Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò hơi đốt than đá MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI ĐỐT THAN 1.1: Giới thiệu chung 1.1.1: Đặc tính 1.1.2: Các loại lò hơi đang được áp dụng tại Việt Nam 1.2: Phân tích nguồn thải 1.2.1: Thành phần chất thải 1.2.1.1: Khói thải 1.2.1.2: Nước thải 1.2.1.3: Chất thải rắn 1.2.2: Tác hại CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN SẢN PHẨM CHÁY 2.1: Thông số tính toán 2.2: Tính toán sản phẩm cháy và tải lượng các chất ô nhiễm CHƯƠNG III: ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 3.1: Lựa chọn công nghệ xử lý 3.1.1: Tháp rửa khí 3.1.2: Tháp hấp phụ 3.1.3: Tháp gia nhiệt 3.2: Cơ sở lựa chọn thiết bị xử lý 3.3: Đề xuất công nghệ CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ XỬ LÝ CHƯƠNG V: TÀI LIỆU THAM KHẢO MỞ ĐẦU Năng lượng mà chủ yếu là điện năng là một nhu cầu không thể thiếu được trong sự phát triển kinh tế của mỗi nước. Hiện nay ở nước ta cũng như hầu hết các nước khác trên thế giới, lượng điện năng do nhà máy nhiệt điện sản xuất ra chiếm tỷ lệ chủ yếu trong tổng lượng điện năng toàn quốc. Trong quá trình sản xuất điện năng, lò hơi là khâu quan trọng đầu tiên có nhiệm vụ biến đổi năng lượng tàng trữ của nhiên liệu thành nhiệt năng của lò hơi. Nó là một thiết bị không thể thiếu được trong nhà máy nhiệt điện. Lò hơi cũng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác ở nước ta. Chính vì vậy, em đã chọn đề tài “ thiết kế xử lý khí thải lò hơi đốt than đá” là đề tài cho nghiên cứu. Trong quá trình thiết kế và tính toán không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em mong thầy cô có thể đưa ra những nhận xét và góp ý để em có thể rút kinh nghiệm cho những nghiên cứu sau. Em xin chân thành cảm ơn. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI ĐỐT THAN 1.1: Giới thiệu chung 1.1.1: Đặc tính lò hơi đốt than Lò hơi đốt than đá là một loại lò hơi sử dụng loại nhiên liệu bằng than đá ( cũng có thể là than củi, gỗ,…) làm nhiên liệu đốt. Các công ty sản xuất và phân phối lò hơi ở Việt Nam hiện nay đều có đầy đủ các loại, từ những lò có công suất nhỏ đến những lò có công suất lớn. Các lò hơi được thiết kế để có thể phù hợp cho từng loại công suất khác nhau, dễ vận hành hơn, vệ sinh dễ dàng, sửa chữa và đem lại hiệu suất nhiệt lượng cao nhất. Các đặc tính của lò hơi bao gồm: Hiệu suất tương đối cao. Thiết kế phù hợp theo các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành và quản lý theo chất lượng ISO 9001:2000. Hoạt động hoàn toàn tự động: dễ vận hành. Dễ dàng cho công việc bảo dưỡng và bảo trì. 1.1.2: Các loại lò hơi đang được áp dụng tại Việt Nam Nồi hơi đốt than ống lứa kiểu đứng ( công suất từ 501000 kg hơih ): Kiểu dạng ống lứa, đứng. Ghi tĩnh điện. Cấp nước tự động, thải xỉ, cấp than đều thủ công. Nhiên liệu bao gồm vỏ hạt điều, củi, than cục. Nồi hơi đốt than kiểu chữ E ( công suất 5002500 kg hơih ): Kiểu ống nước, tuần hoàn hoàn toàn tự nhiên. Ghi tĩnh điện. Cấp nước tự động, thải xỉ, cấp than đều thủ công. Hiệu suất lên đến 75%. Nhiên liệu bao gồm than cục, vỏ hạt điều. Nồi hơi đốt than theo kiểu KE ( công suất từ 30008000 kg hơih ): Kiểu ống nước, tuần hoàn hoàn toàn tự nhiên. Ghi tĩnh và ghi lật. Cấp nước tự động, máy hất than, cấp than thủ công. Hiệu suất 75%. Nhiên liệu chủ yếu là than cục, củi. 1.2: Phân tích nguồn thải 1.2.1: Thành phần chất thải 1.2.1.1: Khói thải Khói thải được tạo ra chủ yếu từ quá trình đốt than ở trong lò hơi với lưu lượng rất lớn chủ yếu mang theo tro bụi và một số chất khí ô nhiễm nhu SO2, NOx, CO, CO2,… Ngoài ra còn có khí thải của các phương tiện giao thông đi lại trong khu vực nhà máy để vận chuyển nhiên liệu, đồ đạc. Các hợp chất hữu cơ bay hơi bị rò rỉ từ đường ống dẫn, thiết bị cũng như từ các quá trình ở trong nhà máy, bụi than trước quá trình đốt thường xuất hiện ở các cảng than, cảng lật toa, kho chứa than, quá trình vận chuyển than về kho và vận chuyển sản xuất,… 1.2.1.2: Nước thải Nhu cầu sử dụng nước của các nhà máy sử dụng lò hơi là lớn nên vấn đề nước thải là không thể tránh khỏi, nước thải có nguồn gốc từ quá trình khác nhau và mang những đặc trưng khác nhau Ví dụ như nước rửa thiết bị, nước thải sinh hoạt, nước làm mát thải ra trong quá trình hoạt động,… 1.2.1.3: Chất thải rắn Chủ yếu là tro xỉ từ quá trình đốt nhiên liệu, thạch cao từ quá trình xử lý SO2 và một phần là chất thải rắn sinh hoạt, các thiết bị hư hỏng,… Than có hàm lượng tro cao, trong đó một phần là xỉ lò được thải ra nhờ hệ thống tháo xỉ. Phần còn lại là tro bay theo khói sẽ được tách ra khỏi khối khí thải nhờ hệ thống lọc bụi. Lượng tro xỉ này được thải theo hệ thống kín và đưa ra một số hồ chứa tập trung riêng biệt. Do quá trình xử lý SO2, người ta thường sử dụng phương pháp hấp thụ bằng dung dịch sữa vôi, nên sau hệ thống xử lý SO2 có tạo ra một lượng lớn thạch cao. Quá trình sinh hoạt làm việc của cán bộ công nhiên viên trong nhà máy cũng phát sinh thêm lượng chất thải rắn như: bao bì, thức ăn thừa,…hay một số chất thải từ thiết bị hư hỏng. 1.2.2: Tác hại
Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt than đá MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI ĐỐT THAN 1.1: Giới thiệu chung 1.1.1: Đặc tính 1.1.2: Các loại lò áp dụng Việt Nam 1.2: Phân tích nguồn thải 1.2.1: Thành phần chất thải 1.2.1.1: Khói thải 1.2.1.2: Nước thải 1.2.1.3: Chất thải rắn 1.2.2: Tác hại CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN SẢN PHẨM CHÁY 2.1: Thông số tính toán 2.2: Tính toán sản phẩm cháy tải lượng chất ô nhiễm CHƯƠNG III: ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 3.1: Lựa chọn công nghệ xử lý 3.1.1: Tháp rửa khí 3.1.2: Tháp hấp phụ 3.1.3: Tháp gia nhiệt 3.2: Cơ sở lựa chọn thiết bị xử lý 3.3: Đề xuất công nghệ CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ XỬ LÝ CHƯƠNG V: TÀI LIỆU THAM KHẢO MỞ ĐẦU Năng lượng mà chủ yếu điện nhu cầu thiếu phát triển kinh tế nước Hiện nước ta hầu khác giới, lượng điện nhà máy nhiệt điện sản xuất chiếm tỷ lệ chủ yếu tổng lượng điện toàn quốc Trong trình sản xuất điện năng, lò khâu quan trọng có nhiệm vụ biến đổi lượng tàng trữ nhiên liệu thành nhiệt lò Nó thiết bị thiếu nhà máy nhiệt điện Lò sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp khác nước ta Chính vậy, em chọn đề tài “ thiết kế xử lý khí thải lò đốt than đá” đề tài cho nghiên cứu Trong trình thiết kế tính toán tránh khỏi thiếu sót Em mong thầy cô đưa nhận xét góp ý để em rút kinh nghiệm cho nghiên cứu sau Em xin chân thành cảm ơn CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI ĐỐT THAN 1.1: Giới thiệu chung 1.1.1: Đặc tính lò đốt than Lò đốt than đá loại lò sử dụng loại nhiên liệu than đá ( than củi, gỗ,…) làm nhiên liệu đốt Các công ty sản xuất phân phối lò Việt Nam có đầy đủ loại, từ lò có công suất nhỏ đến lò có công suất lớn Các lò thiết kế để phù hợp cho loại công suất khác nhau, dễ vận hành hơn, vệ sinh dễ dàng, sửa chữa đem lại hiệu suất nhiệt lượng cao Các đặc tính lò bao gồm: - Hiệu suất tương đối cao Thiết kế phù hợp theo tiêu chuẩn Việt Nam hành quản lý theo chất lượng ISO 9001:2000 Hoạt động hoàn toàn tự động: dễ vận hành Dễ dàng cho công việc bảo dưỡng bảo trì 1.1.2: Các loại lò áp dụng Việt Nam Nồi đốt than ống lứa kiểu đứng ( công suất từ 50-1000 kg hơi/h ): Kiểu dạng ống lứa, đứng Ghi tĩnh điện Cấp nước tự động, thải xỉ, cấp than thủ công Nhiên liệu bao gồm vỏ hạt điều, củi, than cục Nồi đốt than kiểu chữ E ( công suất 500-2500 kg hơi/h ): Kiểu ống nước, tuần hoàn hoàn toàn tự nhiên Ghi tĩnh điện Cấp nước tự động, thải xỉ, cấp than thủ công Hiệu suất lên đến 75% Nhiên liệu bao gồm than cục, vỏ hạt điều Nồi đốt than theo kiểu KE ( công suất từ 3000-8000 kg hơi/h ): Kiểu ống nước, tuần hoàn hoàn toàn tự nhiên Ghi tĩnh ghi lật Cấp nước tự động, máy hất than, cấp than thủ công Hiệu suất 75% Nhiên liệu chủ yếu than cục, củi 1.2: Phân tích nguồn thải 1.2.1: Thành phần chất thải 1.2.1.1: Khói thải Khói thải tạo chủ yếu từ trình đốt than lò với lưu lượng lớn chủ yếu mang theo tro bụi số chất khí ô nhiễm nhu SO2, NOx, CO, CO2,… Ngoài có khí thải phương tiện giao thông lại khu vực nhà máy để vận chuyển nhiên liệu, đồ đạc Các hợp chất hữu bay bị rò rỉ từ đường ống dẫn, thiết bị từ trình nhà máy, bụi than trước trình đốt thường xuất cảng than, cảng lật toa, kho chứa than, trình vận chuyển than kho vận chuyển sản xuất,… 1.2.1.2: Nước thải Nhu cầu sử dụng nước nhà máy sử dụng lò lớn nên vấn đề nước thải tránh khỏi, nước thải có nguồn gốc từ trình khác mang đặc trưng khác Ví dụ nước rửa thiết bị, nước thải sinh hoạt, nước làm mát thải trình hoạt động,… 1.2.1.3: Chất thải rắn Chủ yếu tro xỉ từ trình đốt nhiên liệu, thạch cao từ trình xử lý SO2 phần chất thải rắn sinh hoạt, thiết bị hư hỏng,… - - Than có hàm lượng tro cao, phần xỉ lò thải nhờ hệ thống tháo xỉ Phần lại tro bay theo khói tách khỏi khối khí thải nhờ hệ thống lọc bụi Lượng tro xỉ thải theo hệ thống kín đưa số hồ chứa tập trung riêng biệt Do trình xử lý SO2, người ta thường sử dụng phương pháp hấp thụ dung dịch sữa vôi, nên sau hệ thống xử lý SO2 có tạo lượng lớn thạch cao Quá trình sinh hoạt làm việc cán viên nhà máy phát sinh thêm lượng chất thải rắn như: bao bì, thức ăn thừa,…hay số chất thải từ thiết bị hư hỏng 1.2.2: Tác hại - Khí SO2, SO3 gọi chung SOx khí độc hại không với sức khỏe người, động thực vật mà tác động lên vật liệu xây dựng, công trình kiến trúc Chúng chất có tính kích thích, nồng độ định gây co giật trơn khí quản, nồng độ lớn gây tăng tiết dịch niêm mạc đường khí quản gây viêm khí quản, tiếp xúc với mắt tạo thành axit gây tổn hại đến thị lực - SOx xâm nhập vào thể người qua quan hô hấp quan tiêu hóa sau hòa tan nước bọt, cuối chúng xâm nhập vào hệ tuần hoàn Khi tiếp xúc với SOx tạo hạt axit nhỏ, hạt xâm nhập vào huyết mạch SOx xâm nhập vào thể người qua da gây chuyển đổi hóa học làm hàm lượng kiềm máu giảm, ammonic bị thoát qua đường tiểu gây ảnh hưởng đến tuyến nước bọt - NOx khí có màu nâu đỏ có mùi gắt cay NO2 khí kích thích mạnh đường hô hấp Nó tác động đến hệ thần kinh phá hủy mô tế bảo phổi làm chảy nước mũi, viêm họng, tiếp xúc lâu gây bệnh trầm trọng phổi - Khí CO loại khí không màu, không mùi không vị, tạo từ trình cháy không hoàn toàn nguyên liệu than Sức đề kháng người với CO Những người mang thai đau tim tiếp xúc với CO nguy hiểm lực CO với hemoglobin cao gấp 200 lần so với oxy, nên vào thể phản ứng với hemoglobin, cản trở oxy từ máu đến mô Vì cần lượng máu lớn nhiều bơm đến để mang lượng oxy cần thết đến mô Những người khỏe mạnh bị ảnh hưởng, tiếp xúc với CO cao dẫn đến khả suy giảm thị lực, lực làm việc, khéo léo, khả học tập hiệu suất công việc - Tro bụi ảnh hưởng đến sức khỏe người Trẻ em, người già người mắc bệnh hô hấp dễ bị ảnh hưởng nhiều Các hạt bụi có kích thước nhỏ vào tận phế nang gây viêm nhiễm phế quản.Một số bệnh bụi gây nên: viêm mũi, viêm phế quản, hen suyễn, ung thư phổi,…Bụi gây tác hại đến hệ sinh thái, ảnh hưởng đến mùa màng Khi bụi lắng đọng bề mặt cây, nước mưa để rửa ngăn cản trình quang hợp trao đổi chất Khi bụi phát tán môi trường làm giảm độ suốt khí quyển, cản trở tầm nhìn, hư hỏng thiết bị, giảm tuổi thọ công trình, mỹ quan CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN SẢN PHẨM CHÁY 2.1 Thông số tính toán Xét Dung ẩm không khí d (g/kg KKK) = 17 theo giáo trình “Ô nhiễm không khí xử lý khí thải” GS.TS Trần Ngọc Chấn 2.2 Tính toán sản phẩm cháy tải lượng chất ô nhiễm Nhiên liệu đốt: Than cám Quảng Ninh( Trang 20- tập 3) Hệ số cháy không hoàn toàn ᶯ = 0.6% Hê số thừa không khí α = 1,4 Hệ số tro bụi bay theo khói A = 0,5 Nhiệt độ khói thải tkhói = 150oC Bảng 2.2: Thành phần sản phẩm cháy Thành phần nhiên liệu than cám (%) CP HP 64,8 3,80 NP OP SP AP WP 0,90 6,70 0,80 15,00 Nhiệt nhiên liệu rắn lỏng sinh đốt cháy 1kg than theo công thức Mendeleev (Công thức 12.7 trang 14 sách ONKK&XLKT tập 3): Qp = 81.64,8 + 246.3,8 - 26 (6,7 – 0,8 ) = 5982 kcal/kgNL Thông qua phương pháp xác định trực tiếp hiệu suất lò hơi: Hiệu suất lò (η) = Trong đó: Khối lượng tạo (Q) theo kg/h Khối lượng nhiên liệu sử dụng (B) theo kg/h Áp suất vận hành (theo kg/cm2(g)) nhiệt độ nhiệt (oC), có Nhiệt độ nước cấp (oC) Loại nhiên liệu suất toả nhiệt nhiên liệu (GCV) theo kcal/kg nhiên liệu GCV than hg – Entanpi bão hoà theo kcal/kg = 665 kcal/kg hf – Entanpi nước cấp theo kcal/kg nước = 85 kcal/kg Sử dụng lò đốt than ống nước ghi xích với hiệu suất 77% ( nguồn: noihoicongnghiep.net Suy ra: 77 = B= B = 547.1 Kg/h Bảng 2.3: Tính toán sản phẩm cháy – lượng khói thải tải lượng chất ô nhiễm St t Đại lượng tính Lượng không khí khô lý thuyết (m3chuẩn/kg NL) Công thức Kết Quả 6.574 Vo = 0, 089C p + 0, 264 H p − 0, 0333(Op − S p ) Thể tích không khí ẩm lý thuyết(m3chuẩn/kg NL) Va = (1 + 0, 0016d )Vo 6.752 Thể tích không khí ẩm thực tế với α = 1,4(m3chuẩn/kg NL) Vt = αVa 9.453 VSO2 = 0, 683 × 10−2 S p 0.0054 VCO = 1,865 × 10−2η C p 0.0072 VCO2 = 1,853 × 10−2 ( − η ) C p 1.193 VH 2O = 0, 011H p + 0,0124Wp + 0, 0016dVt 0.398 VN = 0,5VNOx = 0.8 ×10−2 N p + 0, 79Vt 7.475 Thể tích khí SO2 sản phẩm cháy (SPC)(m3chuẩn/kg NL) Thể tích khí CO SPC với η = 0,006(m3chuẩn/kg NL) Thể tích khí CO2 SPC (m3chuẩn/kg NL) Thể tích nước SPC (m3chuẩn/kg NL) Thể tích N2 SPC (m3chuẩn/kg NL) Thể tích O2 không khí thừa (m3chuẩn/kg NL) VO2 = 0, 21(α − 1)Va 10 a Lượng khí NOx sản phẩm cháy (xem NO2(kg/h) b Quy đổi m3 chuẩn/kg NL ρ NO2 = 2,054 kg/m3 chuẩn M NOx = 3,953 ×10−8 (Q p B)1,18 c Thể tích khí N2 tham gia vào phản ứng NOx(m3chuẩn/kg NL) 0.567 1.925 0.00171 VNOx = M NOx Bϕ NOx 0.00085 VN2 ( NOx ) = 0,5VNOx d Thể tích khí O2 tham gia vào phản ứng NOx(m3chuẩn/kg NL) 0.00171 VO2 ( NOx ) = VNOx 11 Lượng sản phẩm cháy tổng cộng điều kiện tiêu chuẩn(m3chuẩn/kg NL) 12 Lưu lượng khói điều kiện thực tế (tkhói= 150oC) (m3/s) VSPC= Tổng mục (4÷9)+10b-10c10d LT = VSPC × B × ( 273 + tkhoi ) 3600 × 273 2.722 103 × VSO2 × B × ϕSO2 2.401 13 Tải lượng khí SO2 với ρSO2=2,926kg/m3 chuẩn (m3/s) M SO2 = 14 Tải lượng khí CO với ρCO = 1,25 kg/m3 chuẩn (g/s) M CO = 15 Tải lượng khí CO2 với ρCO2 = 1,977 kg/m3 chuẩn (g/s) 11.563 3600 103 × VCO × B × ϕCO 3600 1.367 103 × VCO2 × B × ϕCO2 358.435 M CO2 = 3600 16 Tải lượng khí NOx(g/s) 17 M NOx = 103 × VNOx × B × ϕ NOx 0.533 3600 11.398 Tải lượng tro bụi với hệ số a=0,5 (g/s) 18 Nồng độ phát thải chất ô nhiễm khói: a Khí SO2 (g/m3) b Khí CO (g/m LT CCO = 3) c Khí CO2 (g/m3) CCO2 = d Khí NOx (g/m3) Cbui = M CO LT 0.502 M CO2 131.68 LT CNOx = e Bụi(g/m3) 0.88 M SO2 CSO2 = 0.196 M NOx LT 4.187 M bui = CNOx LT Bảng 2.4:So sánh với QCVN 19:2009/BTNMT Nồng độ Cmax A B Bụi tổng 400 500 6487 Không đạt Cacbon oxit, CO 1000 1000 777 Đạt STT Thông số (mg/Nm3) So sánh với QCVN 19-2009/BTNMT Lưu huỳnh dioxit, SO2 1500 500 1524 Không đạt Nito oxit, NOx 1000 850 303 Đạt Cacbon dioxit, CO2 Không quy định Không quy định So sánh với QCVN 19-2009/BTNMT ta thấy nồng độ bụi SO2 vượt mức quy định Do cần phải có phương pháp để xử lý hai loại khí bụi Sau em xin đề xuất công nghệ xử lý thích hợp CHƯƠNG III: ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 3.1: Xử lý bụi 3.1.1 Buồng lắng Sự lắng bụi buồng lắng tạo điều kiện để trọng lực tác dụng lên hạt bụi thắng lực tác dụng lên hạt bụi thắng lực đẩy nang dòng khí Trên sở tạo giảm đột ngột lực đẩy dòng khí cách tăng đột ngột mặt cắt dòng khí chuyển động Trong thời điểm ấy, hạt bụi lắng xuống Để lắng có hiệu hơn, đưa vào buồng lắng chắn lửng Các hạt bụi chuyển động theo quán tính đập vào vật chắn rơi nhanh xuống đáy Buồng lắng thiết bị truyền thống để thu gom bụi với kích thước hạt khác kích thước buồng lắng khác Muốn xử lý hạt bụi có kích thước nhỏ tgian lưu bụi kích thước phòng thay đổi cho phù hợp.Dưới mối quan hệ giứ kích thước hạt vận tốc lắng loại kích thước Bảng 3.1: Mối quan hệ kích thước hạt vận tốc lắng Đường kính hạt bụi(µm) 10 Vận tốc lắng 10-3(m/s) Số liệu thực nghiệm Số liệu lý thuyết 0,76 0,75 3,06 - Lượng khí trơ vào thiết bị là: Gtr=(kmol/h) Lượng khí đầu bao gồm khí SO2 lượng khí trơ Gc = Gd x (1-yd)(1 + yc ) = 282.59 x (1 – 0.000483) x ( + 0.000215 ) = 282.51(kmol/h) Để tối ưu hóa thiết bị hấp thụ chất khí phải đạt độ bão hòa Tức độ hòa tan khí dung môi đạt cực đại Yd = 0.000483 = X = Xcmax = Lượng dung môi cần thiết sử dụng (T2-158) Ltr = Gtr x Ltr = 1.2 x Ltr = 1.2 x 7569,66 = 9083,592 (kmol/h) - Nồng độ cuối dung môi khỏi thiết bị hấp thụ Áp dụng phương trình cân Ld X d + GdYd = Lc X c + GcYc - = 8,34E -06 Y= Ltr L X + Yc − tr X d Gtr Gtr Phương trình đường làm việc có dạng Y= 32.16.X + 0.000215 Từ đồ thị ta xác định số bậc thay đổi nồng độ tức số mâm lý thuyết tháp hấp thụ mâm Với hiệu suất làm việc đạt 55.5% số mâm thực tế mâm Khối lượng riêng trung bình pha khí pha lỏng Khối lượng riêng pha lỏng: Tra bảng I.2 trang 9, sổ tay trình thiết bị tập ta có khối lượng riêng dung dịch NaOH 10% 30oC 1104,5 (kg/m3) Áp dụng công thức IX.102 – Trang 183 – Sổ tay trình thiết bị tập ρ ytb = [ytb1 × M + (1 − ytb1 ) × M ] × 273 22, × T Ytb1 = Trong đó: M = M SO2 = 64( g / mol ) M = M kk = 29( g / mol ) Suy ra: Pytb = 4.2.2.Đường kính tháp hấp thụ Công thức xác định đường kính tháp theo sổ tay trình thiết bị tập trang 181: 4Vtb ( m) π 3600.ωtb D= Trong đó: Vtb : Lượng khí trung bình tháp (m3/h) ωtb : tốc độ khí trung bình tháp Lượng khí trung bình tháp (sổ tay trình thiết bị tập 2, trang 183: Vtb = Vđ + Vc Trong Vđ, Vc lưu lượng hỗn hợp khí vào khỏi tháp (m3/h) Theo thông số thiết kế, Vđ = 7716.47 (m3/h) Vc tính theo công thức trang 183 sổ tay trình thiết bị tập 2: Vc = Vtr (1+Yc) Trong đó, Vtr thể tích khí trơ (m3/h) Lượng khí trơ vào tháp tính mục 3.2.1.2, theo Gtr = 282.45 (kmol/h) Vì để xác định thể tích khí trơ ta cần đổi đơn vị Gtr từ kmol/h sang m3/h: Vtr = = 7712.58 /h Suy thể tích khí khỏi tháp: Vc = Vtr (1 + Yc ) = 7712.58x( + 0.000215 ) = 7714.23 Suy lượng khí trung bình tháp: Vtb = = 7715.35 (/h) Tốc độ khí tháp tính theo tốc độ giới hạn (khoảng cách đĩa 600 mm, đường kính lỗ 10 mm) ω gh = 0,05 ρx ρy Ta có px, py khối lượng riêng pha lỏng pha khí: px =1104.5, py = 1.1668 Suy : ωgh = 0.05 = 0.05 = 1.5383 (m/s) Tốc độ khí trung bình : ωtb = 0.9ωgh = 0.9x1.5383 = 1.3844 (m/s) Vậy đường kính tháp: D = = = 1.4 (m) 4.2.3 Chiều cao tháp Theo sổ tay trình thiết bị tập trang 169, chiều cao tháp đĩa tính theo công thức: H = ( N tđ− 1)( H + δ ) + (0,8 ÷ 1) ( m ) Nt: số đĩa thực tế Hđ: khoảng cách đĩa (m) δ: chiều dày đĩa (m) (0,8 ÷ 1): khoảng cách cho phép đỉnh đáy thiết bị, chọn Ta có, số đĩa thực tế 4, khoảng cách đĩa 0,6(m) Chiều dày đĩa chọn 0,1 ÷ 0,3 lần đường kính lỗ, chọn δ = 0,3d δ = 0,3.10 = 3( mm) Vậy chiều cao tháp là: H = x (0.6 + 0.0003) + = 2.889 ~ (m) 4.2.4 Thiết kế lỗ mâm Diện tích mặt cắt tự đĩa thường thấy từ (15 ÷ 20)% mặt cắt tháp (Trần Xoa, 2006) Tổng diện tích lỗ (diện tích tự do) đĩa: π D2 π D2 ∑ F = 0, × (m ) =0, × ×10002 (mm2 ) Diện tích lỗ (với đường kính lỗ chọn mục 3.2.2, d = 10 mm): πd2 Fi = Số lỗ đĩa: n= Khoảng cách lỗ tính từ đường kính tới đường kính 10 mm 4.2.5 Trở lực tháp Trở lực tháp đĩa lưới có ống chảy chuyền (trang 192, sổ tay thiết bị tập 2) ∆P = N tt ∆Pđ ( N / m ) Trong đó: Ntt số đĩa thực tế tháp ∆Pđ : tổng trở lực đĩa (N/m2) ∆Pđ = ∆Pk + ∆Ps + ∆Pt ∆Pk : trở lực đĩa khô, ∆Ps : trở lực đĩa sức căng bề mặt, ∆Pt : trở lực thủy tĩnh chất lỏng đĩa tạo - Trở lực đĩa khô: ρ y ω02 ∆Pk = ξ ( N / m2 ) ω02 ξ : tốc độ khí qua lỗ (m/s) : Hệ số trở lực ξ = 4,5 ρy : khối lượng riêng trung bình pha khí (kg/m 3), theo kết tính toán mục ρy 3.2.2 ta có =1.1668 (kg/) ρ y ω02 1,167 × 1,3844 ∆Pk = ξ = 4,5 = 3,63( N / m ) 2 - Trở lực sức căng bề mặt: Đường kính lỗ chọn 10 mm nên trở lực sức căng bề mặt tính theo công thưc IX.142 trang 194, sổ tay trình tập ∆Ps = 4σ ( N / m2 ) 1,3d lô + 0,08d lô σ 77,3.10−3 o : sức căng bề mặt (N/m ), sức căng bề mặt NaOH 10% 30 C (N/m2) ∆Ps = - 4σ 4.77,3.10 −3 = = 23,77( N / m ) 2 − − 1,3dlô + 0,08dlô 1,3.10.10 + 0,08 ( 10.10 ) Trở lực thủy tĩnh (công thức IX.146 trang 195, sổ tay thiết bị tập 2): ∆Pt = ρb ghb ( N / m ) Trong hb : chiều cao lớp bọt đĩa 0,2 0,2 ω2 1,3844 hb = 4dtđ ÷ = × 10−2 × = 0,0724(m) −2 ÷ g d 9,81 × 10 tđ ρb khối lượng riêng bọt, thường lấy ρb = (0,4 – 0,6) ρx (kg/m3) ρb = 0, ×1104,5 = 441,8( kg / m3 ) Chọn ρb = 0,4 Gx=Lđ=9083.592(kmol/h), Gy= 282.45 ∆Pt = 441,8 × 9,81× 0, 0724 = 313,78( N / m ) Trở lực thủy tĩnh: Vậy tổng trở lực tháp: ∆P = Ntt ( ∆Pk + ∆Ps + ∆Pt ) = ( 3.63 + 23.77 + 313.78 ) = 1364.72 ( N/ 4.2.6 Tính toán khí thiết bị phụ trợ 4.2.6.1 Chiều dày thân Sau tính toán kích thước tháp ta cần xác định chiều dày thân hình trụ tháp để chịu áp suất làm việc p Số liệu chiều dày thân tính theo công thức XIII.8, trang 360, sổ tay trình thiết bị tập 2: S= Dt p + C ( m) 2[ σ k ] ϕ − p Trong đó: Dt - ϕ - : đường kính (m), đường kính tính Dt = 1.4 m : hệ số bền thành hình trụ Do lỗ bố trí theo kiểu hành lang có đường kính nên hệ số bền tính theo chiều dọc là: (trang 361, sổ tay trình thiết bị tập 2) Với t: khoảng cách từ tâm lỗ tới tâm lỗ kia, d: đường kính lỗ ϕ= - σ t − d 20 − 10 = =1 t 10 : Ứng suất trục dọc, tính theo công thức XIII.2 trang 355 sổ tay trình thiết bị tập (giá trị σc tra sổ tay trình thiết bị tập trang 374) σc 900.106 ×1 = 450.106 ( N / m ) [σk ] = η = nc σk 1050.106 ×1 = 300.106 ( N / m ) [σk ] = η = nk 3,5 Ta lấy giới hạn nhỏ hai ứng suất làm ứng suất chuẩn σ = 300.106 ( N / m ) - C: hệ số bổ sung ăn mòn, bào mòn dung sai chiều dày (m) C = C1 + C2 + C3 (m) C1 : vật liệu tháp làm thép không gỉ X18H10T vật liệu bền hoàn toàn C1 = 1mm nên chấp nhận 15 ÷ 20 với tốc độ ăn mòn 0,05 ÷ 0,1 (mm/năm), thời gian làm việc từ (năm) Thiết bị hóa chất bỏ qua C2 Dung sai theo chiều dày C3 = 0, ( mm ) C3 thép X18H10T với chiều dày thép mm, Vậy tổng hệ số bổ sung ăn mòn C = 1, ( mm ) (trang 364, sổ tay trình thiết bị tập 2) - p: áp suất thiết bị (N/m2) Do môi trường khí – lỏng nên áp suất làm việc tổng áp suất khí (pmt) áp suất thủy tính cột chất lỏng (pl) pmt = atm = 1, 013.105 ( N / m ) Áp suất khí theo giả thiết tính toán ρl pl = g ρl H l ( N / m ) Áp suất thủy tĩnh cột chất lỏng: với g – gia tốc trọng trường, khối lượng riêng NaOH 10%, Hl: chiều cao lớn cột chất lỏng (trang 360, sổ tay trình thiết bị tập 2) Pi = 9.81x1104.5x3 = 32505.43 (N/ Vậy áp suất thiết bị: P = Pmt + Pi = 1.013x+32505.43 = 133805.43 (N/ Suy ta bỏ p mẫu số Chiều dày thân: S= 4.2.6.2 Đáy nắp thiết bị Đáy nắp tháp cần tính toán cho phù hợp, nội dung tính toán bao gồm chiều dày S, đường kính trong, chiều cao hđ (chiều cao phần lồi đáy), h Hình 4.1:Cấu tạo nắp (đáy) hình elip N guồn: Trần Xoa, 2006b Đường kính nắp lấy đường kính tháp: Dt = 1,4 (m) Chiều cao hđ = 0,275 (m) (tra theo bảng XIII.13 trang 388 sổ tay trình thiết bị tập 2) Chiều dày S xác định theo công thức XIII.47 trang 385 sổ tay trình thiết bị tập 2: S= hb Dt p D × t + C (m) 3,8 [ σ k ] kϕ h − p 2hb : chiều cao phần lồi đáy, ϕh hb = 0,375m : hệ số bền mối hàn hướng tâm, nắp sử dụng mặt bích không sử dụng mối hàn nên bỏ qua giá trị ϕh k: hệ số không thứ nguyên k=1Do nên bỏ qua p mẫu Chiều dày nắp: S= S= S= 4.2.6.3 Ống dẫn nhập tháo liệu Đường kính ống dẫn khí vào thiết bị Vận tốc ống khoảng 10 – 30 m/s Chọn tốc độ khí vào 20 m/s Suy d1= = 0.37 (m) Theo tiêu chuẩn TCVN 2981 – 79, ta chọn ống có đường kính 400 mm có bề dày mm Đường kính ống dẫn thiết bị tháp Vận tốc ống khoảng 10 – 30 m/s Chọn tốc độ khí 20 m/s Suy d2 = = = 0.357(m) Theo tiêu chuẩn TCVN 2981 – 79, ta chọn ống có đường kính 400 mm có bề dày mm Kích thước đường ỗng dẫn dung môi: Vận tốc dung môi ỗng dẫn vào tháp có giá trị từ 1,5 đến 2,5 m/s Chọn vx = 2,5 m/s Theo kết tính toán, Ltr = 9083.592(kmol/h) = 3364 m3/h Đường kính ống dẫn dung dịch vào khỏi tháp (Công thức II.36 trang 369 sổ tay thiết bị tập 1): Dv =Dr = = = 0.69 (m) Theo tiêu chuẩn TCVN 2981 – 79, ta chọn ống có đường kính 700 mm có bề dày mm Kích thước chiều dài đoạn ống nối tra bảng XIII.32 trang 434 sổ tay trình thiết bị tập Bảng 4.2:Kích thước chiều dài đoạn ống nối Py.106(N/m2) 0,1 106 0,1 106 Dy(mm) 200 300 L (mm) 130 140 4.2.6.4 Tính toán ống chảy chuyền Đường kính ống chảy chuyền (công thức IX.217, trang 236 sổ tay trình thiết bị tập 2) dc = 4Gx ( m) 3600πρ xωc z Trong đó: Gx ρx z : lưu lượng lỏng trung bình tháp (kg/h) : khối lượng riêng dung môi (kg/m3) : Số ống chảy chuyền, số lượng ống chảy chuyền số lượng đĩa ωx : tốc độc chất lỏng ống chảy chuyền thường lấy ωx = 0,1 ÷ 0, ( m / s ) Dc = = 0.038 (m) = 38 (mm) Khoảng cách từ đĩa đến chân ống chảy chuyền (công thức IX.218 sổ tay trình thiết bị tập 2, trang 236) S1 = 0.25dc = 0.25x0.038=0.00095 (m) = 9.5 (m) Vậy đường kính mâm: Dmâm = Dt -2xdc – 2xS1 = 1400- 2x38 -2x9.5 = 1305 mm Chọn chiều cao gờ chảy tràn 60 mm Chọn chiều cao gờ chảy tràn htr=60mm Khoảng cách từ mép ống chảy truyền đến mâm (Bảng 4A.7.7, Sách Absolution and tripping Asian) h=htr 13 = 60 −13 = 47 (mm) 4.2.6.5 Khối lượng tháp ρ = 196 kg / m Khối lượng riêng thép: Khối lượng thép làm thân: Tính được: m1 = Fxq x p = πDtHp = 3.14 x 1.4 x x 196 = 2586.16 (kg) Trong Fxq diện tích xung quanh tháp Khối lượng mâm Khối lượng mâm: Tính được: mmâm = = 403.56 kg Khối lượng mâm: m2 = x m mâm = x 403.56 = 1614.24 (kg) Khối lượng đáy nắp Khối lượng đáy nắp tra sổ tay trình thiết bị tập trang 384 ta được: m3 = ( kg ) Khối lượng bích nối thân: có ba bích nối thân, thân, hai bích nối đáy nắp với thân tháp m4 = × π π × ( Dn2 − Dt2 ) × H × ρ = × × ( 1,5022 − 1,52 ) × × 196 = 11,08 ( kg ) 4 Khối lượng khí dung môi chứa tháp Khối lượng không khí nhỏ nhiều so với khối lượng dung môi nên bỏ qua Khói lượng NaOH tháp tính theo công thức: m5 = π π Dt ( N tt − 1) H ρ = × 1,5 × (6 − 1) × × 1104,5 = 26011( kg ) 4 Vậy tổng khối lượng tháp là: M = ∑ mi = 3692,6 + 2927,8 + + 11,08 + 26011 = 32,6 ( tan ) i =1 4.2.6.6 Chân đỡ thiết bị Tháp hấp thụ đặt nhà nên ta chọn chân đỡ kiểu V theo sổ tay thiết bị trang 436 Kích thước chân đỡ chọn theo bảng XIII.35 trang 437 sổ tay trình thiết bị tập Tải trọng cho phép toàn tháp là: G = M g = 32,6.103.9,81 = 319806( N ) Tải trọng cho phép chân: Gi = G 319806 = = 79951,5( N ) 4 Bảng 4.3: Kích thước chân đỡ Tải trọng cho phép chân G.104 (N) L B B1 B2 H h s l D 320 265 270 400 500 275 22 120 34 Nguồn: Trấn Xoa, 2006b Hình 4.2:Cấu tạo chân đỡ Ngu ồn: Trần Xoa, 2006b Bộ phận Thân tháp Mâm Lỗ mâm Đáy nắp Chiều cao Đường kính Bề dày Số lượng Chiều dày mâm Khoảng cách mâm Số lượng Đường kính Khoảng cách lỗ (tính từ đường kính) Đường kính Bề dày Kích thước(mm) 3000 1600 600 4500 lỗ/mâm 10 10 1500 ... CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI ĐỐT THAN 1.1: Giới thiệu chung 1.1.1: Đặc tính lò đốt than Lò đốt than đá loại lò sử dụng loại nhiên liệu than đá ( than củi, gỗ,…) làm nhiên liệu đốt Các công ty sản... NaOH lý sau: - Hiệu hấp thu tốt - Dễ chế tạo - Dễ vận hành - Giá thành chế tạo không cao - Xử lý với khoảng dao động nồng độ rộng - Xử lý với loại khí thải có nồng độ cao - Xử lý với nhiều loại khí. .. suất xử lý thấp NaOH em lựa chọn dung dịch nước kiểm để xử lý SO2 NaOH 10% CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ XỬ LÝ 4.1: thông số đầu vào - Lưu lượng khí thải: 2.722 m3/s = 9799.2 m3/h Nhiệt độ khí thải:
