Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 1 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 3 PHẦN I. Tính toán và thiết kế hệ thống kiểm soát ô nhiễm môi trường không khí 4 CHƯƠNG 1. Tính sản phẩm cháy 4 1.1. Thông số tính toán 5 1.2. Tính toán sản phẩm cháy – Lượng khó thải và tải lượng các chất ô nhiễm trong khói 6 CHƯƠNG 2. Tính khuếch tán 12 2.1. Xác định nồng độ cực đại, nồng độ trên mặt đất 13 C HƯƠNG 3. Thiết kế hệ thống xử lý bụi 49 3.1. Phương án giải quyết 50 3.2. Lựa chọn thiết bị xử lý bụi 50 3.3. Tính toán thiết bị xử lý bụi 51 PHẦN II. Tính toán và thiết kế hệ thống thông gió cho phân xưởng cơ khí 56 CHƯƠNG 1. Tính nhiệt thừa 56 1.1. Chọn thông số tính toán bên trong nhà 57 1.2. Tính tổn thất nhiệt 57 1.3. Tính tỏa nhiệt trong phòng 68 1.4. Thu nhiệt do bức xạ mặt trời 86 CHƯƠNG 2. Tính lưu lượng thông gió 91 2.1. Lưu lượng hút cục bộ nhiệt tại lò 92 2.2. Lưu lượng thông gió 94 2.3. Tính toán buồng phun ẩm 100 CHƯƠNG 3. Tính thủy lực hệ thống thông gió 102 3.1. Thủy lực ống chính số 1 103 3.2. Thủy lực ống chính số 2 107 3.3. Thủy lực ống nhánh 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO 115 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 2 LỜI MỞ ĐẦU Bảo vệ môi trường được coi là một vấn đề sống còn của nhân loại. Với sự phát triển của khoa học kĩ thuật hiện nay, tốc độ đô thị hoá ngày càng cao làm cho tình hình ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm không khí nói riêng ngày càng trầm trọng. Với tầm quan trọng của việc bảo vệ môi trường như vậy, các cấp các ngành trong cả nước đã và đang đẩy mạnh công tác bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, môi trường không khí ở nước ta hiện nay, đặt biệt là ở các khu công nghiệp và các đô thị lớn vẫn tồn tại dấu hiệu ô nhiễm đáng lo ngại. Phần lớn các nhà máy xí nghiệp chưa được trang bị các hệ thống xử lý bụi và khí thải độc hại. Hàng ngày hàng giờ vẫn đang thải vào khí quyển một lượng lớn các chất độc hại làm cho bầu khí quyển xung quanh các nhà máy trở nên ngột ngạt khó chịu. Còn ở các đô thị do tốc độ phát triển nhanh cộng với thiếu qui hoạch hợp lý nên khu vực cách ly của khu công nghiệp ngày càng bị lấn chiếm hình thành các khu dân cư làm cho môi trường ở đây thêm phần phức tạp và khó được cải thiện . Trên cơ sở những kiến thức đã được học và được cô giáo, thầy giáo hướng dẫn, em đã hoàn thành đồ án kiểm soát môi trường không khí Nội dung đồ án gồm các vấn đề: Tính toán sự khuếch tán ô nhiễm từ các ống khói. Thiết kế hệ thống xử lý khí (bụi) đạt yêu cầu cho phép. Tính toán thông gió cho nhà công nghiệp. Các bản vẽ kèm theo. Do nhiều yếu tố khác nhau nên đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong thầy, cô giáo hướng dẫn thêm để đồ án này trở nên hoàn chỉnh hơn. Em xin chân thành cảm ơn. Đà Nẵng, ngày 26 tháng 12 năm 2012 Sinh viên thực hiện Nguyễn Ngọc Huy Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 3 PHẦN I TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG KIỂM SOÁT ÔNMTKK CHƯƠNG 1 TÍNH SẢN PHẨM CHÁY Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 4 1.1. Thông số tính toán 1.1.1. Mùa hè Tra Bảng 2.3. Nhiệt độ không khí cao nhất trung bình tháng và năm ( o C) (QCVN 02- 2009/BXD) ở địa điểm là Phan Thiết ta có được: t kk = 32,6 0 C. Tra Bảng 2.10. Độ ẩm tương đối của không khí trung bình tháng và năm (%) (QCVN 02-2009/BXD) có được: φ = 79,8%. Từ hai giá trị: t kk = 32,6 0 C và φ = 79,8% tra biểu đồ I-d ta có được d = 24,8. Tra Bảng 2.16. Tần suất lặng gió (PL %) tần suất (P %) và vận tốc gió (V m/s) trung bình theo 8 hướng (QCVN 02-2009/BXD), ta có vận tốc gió u 10 = 3,3 m/s. 1.1.2. Mùa đông Tra Bảng 2.3. Nhiệt độ không khí cao nhất trung bình tháng và năm ( o C) (QCVN 02- 2009/BXD) ở địa điểm là Phan Thiết ta có được: t kk = 21,2 0 C. Tra Bảng 2.10. Độ ẩm tương đối của không khí trung bình tháng và năm (%) (QCVN 02-2009/BXD) có được: φ = 74,3%. Từ hai giá trị: t kk = 21,2 0 C và φ = 74,3% tra biểu đồ I-d ta có được d = 11,3. Tra Bảng 2.16. Tần suất lặng gió (PL %) tần suất (P %) và vận tốc gió (V m/s) trung bình theo 8 hướng (QCVN 02-2009/BXD), ta có vận tốc gió u 10 = 5,4 m/s. Từ đây ta có bảng sau: Bảng 1.1: Thông số tính toán mùa hè Địa điểm Mùa hè Tháng 5 Nhiệt độ không khí cao nhất ( 0 C) Hướng gió chính Vận tốc gió u 10 (m/s) Độ ẩm tương đối của không khí (%) Dung ẩm không khí d (g/ kg KKK) Phan Thiết 32,6 Tây 3,3 79,8 24,8 Bảng 1.2: Thông số tính toán mùa đông Địa điểm Mùa đông Tháng 1 Nhiệt độ không khí cao nhất ( 0 C) Hướng gió chính Vận tốc gió u 10 (m/s) Độ ẩm tương đối của không khí (%) Dung ẩm không khí d (g/ kg KKK) Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 5 Phan Thiết 21,2 Đông 5,4 74,3 11,3 1.2. Tính toán sản phẩm cháy – Lượng khó thải và tải lượng các chất ô nhiễm trong khói Ta sử dụng nhiên liệu đốt là than cám và thành phần nhiên liệu như sau: Bảng 1.3: Thành phần sản phẩm cháy Đề số Thành phần nhiên liệu than cám (%) Cp Hp Op Np Sp Ap Wp 15 69,00 2,25 2,59 0,88 0,90 16,00 8,38 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 6 Bảng 1.4: Tính toán sản phẩm cháy – Lượng khói thải và tải lượng các chất ô nhiễm Thứ tự Đại lượng tính toán Đơn vị Ký hiệu Công thức tính Mùa hè Mùa đông Ống khói số 1 Ống khói số 2 Ống khói số 1 Ống khói số 2 1 Lượng không khí khô lý thuyết m 3 chuẩn/ kg NL V 0 V 0 = 0,089C p + 0,264H p - 0,0333(O p - S p ) 6,679 6,679 2 Lượng không khí ẩm lý thuyết m 3 chuẩn/ kg NL V a V a = (1 + 0,0016d)V 0 6,944 6,799 3 Lượng không khí ẩm thực tế với hệ số α = 1,4 m 3 chuẩn/ kg NL V t V t = αV a 9,721 9,519 4 Lượng khí SO 2 trong SPC m 3 chuẩn/ kg NL V SO2 V SO2 = 0,683.10 -2 S p 6,147E-03 6,147E-03 5 Lượng khí CO trong SPC với ƞ = 0,03 m 3 chuẩn/ kg NL V CO V CO = 1,865.10 -2 ƞC p 3,861E-02 3,861E-02 6 Lượng khí CO 2 trong SPC m 3 chuẩn/ kg NL V CO2 V CO2 = 1,853.10 -2 (1-ƞ)C p 1,240 1,240 7 Lượng hơi nước m 3 chuẩn/ V H20 V H2O = 0,111H p + 0,0124W p + 0,739 0,526 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 7 Thứ tự Đại lượng tính toán Đơn vị Ký hiệu Công thức tính Mùa hè Mùa đông Ống khói số 1 Ống khói số 2 Ống khói số 1 Ống khói số 2 trong SPC kg NL 0,0016dV t 8 Lượng khí N 2 trong SPC m 3 chuẩn/ kg NL V N2 V N2 = 0,8.10 -2 N p + 0,79V t 7,687 7,527 9 Lượng khí O 2 trong không khí thừa m 3 chuẩn/ kg NL V O2 V O2 = 0,21(α-1)V a 0,583 0,571 10 a) Lượng khí NOx trong SPC kg/ h M NOx M NOx = 3,953.10 -8 Q 1,18 = 3,953.10 -8 (Q p B) 1,18 3,974 2,741 3,974 2,741 b) Quy đổi ra m 3 chuẩn kg NL m 3 chuẩn/ kg NL V NOx V NOx = M NOx /(Bρ NOx ) 1,935E-03 1,828E- 03 1,935E- 03 1,828E- 03 c) Thể tích khí N 2 tham gia vào phản ứng của NO x m 3 chuẩn/ kg NL V N2(NOx) V N2(NOx) = 0,5V Nox 9,674E-04 9,142E- 04 9,674E- 04 9,142E- 04 d) Thể tích khí O 2 tham gia vào phản ứng của NO x m 3 chuẩn/ kg NL V O2(NOx) V O2(NOx) = V Nox 1,935E-03 1,828E- 03 1,935E- 03 1,828E- 03 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 8 Thứ tự Đại lượng tính toán Đơn vị Ký hiệu Công thức tính Mùa hè Mùa đông Ống khói số 1 Ống khói số 2 Ống khói số 1 Ống khói số 2 11 Lượng SPC tổng cộng ở điều kiện chuẩn m 3 chuẩn/ kg NL V SPC V SPC = Tổng các mục (4-9) + 10b - 10c - 10d 10,293 10,294 9,908 9,908 12 Lưu lượng khói (SPC) ở điều kiện thực tế (t khói 0 C) m 3 / s L T L T = L c (273 + t khói )/273 = V SPC B(273 + t khói )/(3600.273) 4,849 3,540 4,668 3,407 13 Tải lượng khí SO 2 với ρ SO2 = 2,926 kg/m 3 chuẩn g/ s M SO2 M SO2 = (10 3 V SO2 Bρ SO2 )/3600 4,996 3,647 4,996 3,647 14 Tải lượng khí CO với ρ CO = 1,25 kg/m 3 chuẩn g/ s M CO M CO = (10 3 V CO Bρ CO )/3600 13,405 9,785 13,405 9,785 15 Tải lượng khí CO 2 với ρ CO2 = 1,977 kg/m 3 chuẩn g/ s M CO2 M CO2 = (10 3 V CO2 Bρ CO2 )/3600 681,08 497,19 681,08 497,19 16 Tải lượng khí NO x g/ s M NOx M NOx (g/ s) = 10 3 .M NOx (kg/ h)/3600 1,104 0,762 1,104 0,762 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 9 Thứ tự Đại lượng tính toán Đơn vị Ký hiệu Công thức tính Mùa hè Mùa đông Ống khói số 1 Ống khói số 2 Ống khói số 1 Ống khói số 2 17 Tải lượng tro bụi với hệ số a = 0,5 g/ s M bụi M bụi = 10aA p B3600 22,222 16,222 22,222 16,222 18 Nồng độ phát thải các chất ô nhiễm trong khói: a) Khí SO 2 g/ m 3 C SO2 2 2 SO SO T M C L  1,030 1,030 1,070 1,070 b) Khí CO g/ m 3 C CO T M C L CO CO  2,764 2,764 2,872 2,872 c) Khí CO 2 g/ m 3 C CO2 2 2 CO CO T M C L  140,450 140,449 145,912 145,911 d) Khí NO x g/ m 3 C NOx NO NO T M C L x x  0,228 0,215 0,237 0,223 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 10 Thứ tự Đại lượng tính toán Đơn vị Ký hiệu Công thức tính Mùa hè Mùa đông Ống khói số 1 Ống khói số 2 Ống khói số 1 Ống khói số 2 e) Bụi g/ m 3 C bụi T M C L bui bui  4,583 4,583 4,761 4,761 19 Nhiệt năng của nhiên liệu kcal/ kgNL Q p Q p = 81C p + 246H p - 26(O p -S p ) - 6W p 6048 6048 Bảng 1.5. So sánh với QCVN 19-2009/BTNMT T T Thông số Nồng độ C max (mg/Nm 3 ) Nồng độ phát thải các chất ô nhiễm trong khói C (mg/m 3 ) So sánh với QC 19-2009/BTNMT Mùa hè Mùa đông Mùa hè Mùa đông A B Ống khói số 1 Ống khói số 2 Ống khói số 1 Ống khói số 2 Ống khói số 1 Ống khói số 2 Ống khói số 1 Ống khói số 2 1 Bụi tổng 400 200 4583 4583 4761 4761 Không đạt Không đạt Không đạt Không đạt 2 Cacbon oxit, 1000 1000 2764 2764 2872 2872 Không Không Không Không [...].. .Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí CO đạt đạt đạt đạt 3 Lưu huỳnh đioxit, SO2 1500 500 1030 1030 1070 1070 Không đạt Không đạt Không đạt Không đạt 4 Nitơ oxit, NOx (tính theo NO2) 1000 850 228 215 237 223 Đạt Đạt Đạt Đạt 5 Cacbon đioxit, CO2 Không quy định Không quy định SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 11 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí CHƯƠNG 2... Phương Trang 15 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí -  Tkhói : độ chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ khói thải Tkhói và nhiệt độ môi trường xung quanh Txq Tkhói = Tkhói - Txq = tkhói - txq - txq : nhiệt độ không khí của môi trường - Kết quả tính toán được thể hiện ở các bảng sau: SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 16 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí Bảng 2.3 Bảng... (mg/m3) 681,08 497,19 681,08 497,19 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí số 2 30 33,21 23,48 SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 20 0,35 40,76 6,09 0,33 0,20 0,07 9,98 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí Bảng 2.5 Tính nồng độ Cx, Cxy, Chh Bụi của ống khói 1 vào mùa hè Ống khói 1 Cmax Bụi QCVN 052009 (mg/m3) Khoảng cách x (km) Tải lượng chất ô nhiễm M = 22,22 g/s σy (m) σz... khói D (mm) ω (m/s) 4.LT =  D 2 15 Mùa LT (m3/s) 33,21 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 18 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí Bảng 2.4 Bảng tính nồng độ cực đại trên mặt đất Cmax tại khoảng cách x theo trục gió thổi Mùa Ống khói Ống khói số 1 Mùa hè Ống khói số 2 Mùa đông Ống khói số 1 Ống khói σz (Cmax) xmax (m) = z  d c... 0,219 0,210 SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 22 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí Bảng 2.6 Tính nồng độ Cx, Cxy, Chh Bụi của ống khói 1 vào mùa đông Ống khói 1 Cmax Bụi QCVN 052009 (mg/m3) Tải lượng chất ô nhiễm M = 22,22 g/s Khoảng cách x (km) σy (m) σz(m) = a.x0,894 = b.xc + d Mùa đông Cx (mg/m3) Cx,y (mg/m3) Chh (mg/m3) h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25... 0,211 0,203 SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 27 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí Bảng 2.8 Tính nồng độ Cx, Cxy, Chh Bụi của ống khói 2 vào mùa đông Ống khói 2 Cmax Bụi QCVN 052009 (mg/m3) Tải lượng chất ô nhiễm M = 16,22 g/s Khoảng cách x (km) σy (m) σz (m) = = a.x0,894 b.xc + d Mùa đông Cx (mg/m3) Cx,y (mg/m3) Chh (mg/m3) h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h =... 0,049 0,047 SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 33 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí Bảng 2.10 Tính nồng độ Cx, Cxy, Chh SO2 của ống khói 1 vào mùa đông Ống khói 1 Cmax SO2 QCVN 052009 (mg/m3) Tải lượng chất ô nhiễm M = 5 g/s Khoảng cách x (km) σy (m) σz (m) = a.x0,894 = b.xc + d Mùa đông Cx (mg/m3) Cx,y (mg/m3) Chh (mg/m3) h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25... 1,313E-09 6,182E-11 8,369E-12 1,030 0,048 0,007 SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 23 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí Ống khói 1 Cmax Bụi QCVN 052009 (mg/m3) Tải lượng chất ô nhiễm M = 22,22 g/s Khoảng cách x (km) σy (m) σz(m) = a.x0,894 = b.xc + d Mùa đông Cx (mg/m3) Cx,y (mg/m3) Chh (mg/m3) h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h... 0,198 0,185 0,129 0,113 0,106 0,321 0,281 0,262 SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 24 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí Ống khói 1 Cmax Bụi QCVN 052009 (mg/m3) Tải lượng chất ô nhiễm M = 22,22 g/s Khoảng cách x (km) σy (m) σz(m) = a.x0,894 = b.xc + d Mùa đông Cx (mg/m3) Cx,y (mg/m3) Chh (mg/m3) h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h... – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 11 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí CHƯƠNG 2 TÍNH KHUẾCH TÁN SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 12 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí 2.1 Xác định nồng độ cực đại, nồng độ trên mặt đất Ta có mô hình khuyếch tán Gauss (áp dụng đối với nguồn điểm, nguồn cao)   z - H 2   y2    (z  H) 2   M   Cx,y,z =  EXP . 200 4583 4583 4761 4761 Không đạt Không đạt Không đạt Không đạt 2 Cacbon oxit, 1000 1000 2764 2764 2872 2872 Không Không Không Không Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí SVTH: Nguyễn Ngọc Huy. 1070 Không đạt Không đạt Không đạt Không đạt 4 Nitơ oxit, NO x (tính theo NO 2 ) 1000 850 228 215 237 223 Đạt Đạt Đạt Đạt 5 Cacbon đioxit, CO 2 Không quy định Không quy định Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường. Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 1 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 3 PHẦN I. Tính toán và thiết kế hệ thống kiểm soát ô nhiễm môi trường