Tài liệu Kiểm soát ô nhiễm môi trường không khí

Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí 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 CHƯƠNG 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 SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 1 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí 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 SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 2 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí PHẦN I TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG KIỂM SOÁT ÔNMTKK CHƯƠNG 1 TÍNH SẢN PHẨM CHÁY SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 3 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí 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 (oC) (QCVN 022009/BXD) ở địa điểm là Phan Thiết ta có được: tkk = 32,60C. 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: tkk = 32,60C 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 u10 = 3,3 m/s. 1.1.2. Mùa đông Tra Bảng 2.3. Nhiệt độ không khí cao nhất trung bình tháng và năm (oC) (QCVN 022009/BXD) ở địa điểm là Phan Thiết ta có được: tkk = 21,20C. 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: tkk = 21,20C 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 u10 = 5,4 m/s. Từ đây ta có bảng sau: Bảng 1.1: Thông số tính toán mùa hè Mùa hè Tháng 5 Địa điểm Phan Thiết Nhiệt độ không khí cao nhất (0C) Hướng gió chính Vận tốc gió u10(m/s) Độ ẩm tương đối của không khí (%) Dung ẩm không khí d (g/ kg KKK) 32,6 Tây 3,3 79,8 24,8 Độ ẩm tương đối của không khí (%) Dung ẩm không khí d (g/ kg KKK) Bảng 1.2: Thông số tính toán mùa đông Mùa đông Tháng 1 Địa điểm Nhiệt độ không khí cao nhất (0C) Hướng gió chính Vận tốc gió u10(m/s) SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 4 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí 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 15 Thành phần nhiên liệu than cám (%) Cp Hp Op Np Sp Ap Wp 69,00 2,25 2,59 0,88 0,90 16,00 8,38 SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 5 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí Bảng 1.4: Tính toán sản phẩm cháy – Lượng khói thải và tải lượng các chất ô nhiễm Mùa hè Thứ tự Đại lượng tính toán Đơn vị Ký hiệu Công thức tính Ống khói số 1 Ống khói số 2 Mùa đông Ống khói số 1 Ống khói số 2 1 Lượng không khí khô lý thuyết m3 chuẩn/ kg NL V0 V0 = 0,089Cp + 0,264Hp - 0,0333(OpSp) 6,679 6,679 2 Lượng không khí ẩm lý thuyết m3 chuẩn/ kg NL Va Va = (1 + 0,0016d)V0 6,944 6,799 3 Lượng không khí ẩm thực tế với hệ số α = 1,4 m3 chuẩn/ kg NL Vt Vt = αVa 9,721 9,519 4 Lượng khí SO2 trong SPC m3 chuẩn/ kg NL VSO2 VSO2 = 0,683.10-2Sp 6,147E-03 6,147E-03 5 Lượng khí CO trong SPC với ƞ = 0,03 m3 chuẩn/ kg NL VCO VCO = 1,865.10-2ƞCp 3,861E-02 3,861E-02 6 Lượng khí CO2 trong SPC m3 chuẩn/ kg NL VCO2 VCO2 = 1,853.10-2(1-ƞ)Cp 1,240 1,240 7 Lượng hơi nước m3 chuẩn/ VH20 VH2O = 0,111Hp + 0,0124Wp + 0,739 0,526 SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 6 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí Mùa hè Thứ tự Đại lượng tính toán trong SPC Đơn vị Ký hiệu kg NL Công thức tính Ống khói số 1 Mùa đông Ống khói số 2 Ống khói số 1 Ống khói số 2 0,0016dVt 8 Lượng khí N2 trong SPC m3 chuẩn/ kg NL VN2 VN2 = 0,8.10-2Np + 0,79Vt 7,687 7,527 9 Lượng khí O2 trong không khí thừa m3 chuẩn/ kg NL VO2 VO2 = 0,21(α-1)Va 0,583 0,571 a) Lượng khí NOx trong SPC 10 kg/ h MNOx b) Quy đổi ra m3 chuẩn kg NL m3 chuẩn/ kg NL VNOx c) Thể tích khí N2 tham gia vào phản ứng của NOx m3 chuẩn/ kg NL d) Thể tích khí O2 tham gia vào phản ứng của NOx m3 chuẩn/ kg NL SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 7 MNOx = 3,953.10-8Q1,18 3,974 2,741 3,974 2,741 VNOx = MNOx/(BρNOx) 1,935E-03 1,828E03 1,935E03 1,828E03 VN2(NOx) VN2(NOx) = 0,5VNox 9,674E-04 9,142E04 9,674E04 9,142E04 VO2(NOx) VO2(NOx) = VNox 1,935E-03 1,828E03 1,935E03 1,828E03 = 3,953.10-8(QpB)1,18 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí Mùa hè Thứ tự Đại lượng tính toán Đơn vị Ký hiệu Mùa đông Ống khói số 1 Ống khói số 2 Ống khói số 1 Ống khói số 2 VSPC = Tổng các mục (4-9) + 10b 10c - 10d 10,293 10,294 9,908 9,908 LT = Lc(273 + tkhói)/273 = VSPCB(273 + tkhói)/(3600.273) 4,849 3,540 4,668 3,407 Công thức tính 11 Lượng SPC tổng cộng ở điều kiện chuẩn m3 chuẩn/ kg NL VSPC 12 Lưu lượng khói (SPC) ở điều kiện thực tế (tkhói 0C) m3/ s LT 13 Tải lượng khí SO2 với ρSO2 = 2,926 kg/m3 chuẩn g/ s MSO2 MSO2 = (103VSO2BρSO2)/3600 4,996 3,647 4,996 3,647 14 Tải lượng khí CO với ρCO = 1,25 kg/m3 chuẩn g/ s MCO MCO = (103VCOBρCO)/3600 13,405 9,785 13,405 9,785 15 Tải lượng khí CO2 với ρCO2 = 1,977 kg/m3 chuẩn g/ s MCO2 MCO2 = (103VCO2BρCO2)/3600 681,08 497,19 681,08 497,19 16 Tải lượng khí NOx g/ s MNOx MNOx(g/ s) = 103.MNOx(kg/ h)/3600 1,104 0,762 1,104 0,762 SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 8 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí Mùa hè Thứ tự 17 Đại lượng tính toán Đơn vị Ký hiệu g/ s Mbụi Mbụi = 10aApB3600 a) Khí SO2 g/ m3 CSO2 CSO2  b) Khí CO g/ m3 CCO CCO  c) Khí CO2 g/ m3 CCO2 CCO2  d) Khí NOx g/ m3 CNOx C NO x  Tải lượng tro bụi với hệ số a = 0,5 Công thức tính Mùa đông Ống khói số 1 Ống khói số 2 Ống khói số 1 Ống khói số 2 22,222 16,222 22,222 16,222 1,030 1,030 1,070 1,070 2,764 2,764 2,872 2,872 140,450 140,449 145,912 145,911 0,228 0,215 0,237 0,223 Nồng độ phát thải các chất ô nhiễm trong khói: 18 SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 9 M SO2 LT M CO LT M CO2 LT M NO x LT Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí Mùa hè Thứ tự 19 Đại lượng tính toán Đơn vị Ký hiệu Công thức tính e) Bụi g/ m3 Cbụi Cbui  Nhiệt năng của nhiên liệu kcal/ kgNL Qp Qp = 81Cp + 246Hp - 26(Op-Sp) 6Wp M bui LT Mùa đông Ống khói số 1 Ống khói số 2 Ống khói số 1 Ống khói số 2 4,583 4,583 4,761 4,761 6048 6048 Bảng 1.5. So sánh với QCVN 19-2009/BTNMT T T Nồng độ Cmax (mg/Nm3) Thông số Nồng độ phát thải các chất ô nhiễm trong khói C (mg/m3) Mùa hè A B Ống khói số 1 Mùa đông So sánh với QC 19-2009/BTNMT Mùa hè Mùa đông Ống Ống Ống Ống Ống Ống Ống khói số 2 khói số 1 khói số 2 khói số 1 khói số 2 khói số 1 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 SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 10 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 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   y 2    (z  H) 2   M Cx,y,z =  EXP   EXP   EXP     2  2. 2     2 .u. y . z 2.  2. z2   y  z       Khi tính toán nồng độ ô nhiễm trên mặt đất thì z = 0, khi đó công thức trên trở thành: C x,y     H2  M y2  .EXP   .EXP  2  2. 2  .u. y . z y   2. z   Tính sự phân bố nồng độ trên mặt đất dọc theo trục gió (trục x): z = 0, y = 0.  H2  M C(x) =  EXP   2   .u. y . z  2. z  Trong đó M : Tải lượng chất ô nhiễm, (mg/s) u : Vận tốc gió tại chiều cao hiệu quả của ống khói, (m/s) σy, σz : Lần lượt là hệ số khếch tán theo chiều ngang, theo chiều đứng. Trường hợp tính nồng độ hỗn hợp nguồn thải trên mặt đất của ống khói 1 chịu ảnh hưởng từ ống khói 2 và ngược lại: Chh = C(x,y) + C(x) σy, σz được xác định theo công thức sau: σy = a.x0,894 ; σz = b.xc + d; Với x: khoảng cách xuôi theo chiều gió kể từ nguồn, (km) Các hệ số a, b, c lấy tùy cấp độ khí quyển, lấy theo bảng sau theo bảng sau: Bảng 2.1. Các hệ số a, b, c, d Cấp độ ổn định khí quyển a A x < 1 km x > 1 km B C d b c d 123 440,8 1,941 9,27 459,7 2,094 -9,6 B 156 106,6 1,149 3,3 108,2 1,098 2 C 104 61 0,911 0 61 0,911 0 D 6,8 33,2 0,725 -1,7 44,5 0,516 -13 E 50,5 22,8 0,678 -1,3 55,4 0,305 34 SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 13 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí F 34 14,35 0,74 Trong trường hợp này cấp độ khí quyển là C. Ta có bảng tính σy, σz theo x như sau: SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 14 0,35 62,6 0,18 -48,6 Đồ Án Kiểm Soát Môi Trường Không Khí Bảng 2.2. Bảng giá trị hệ số khuếch tán Khoảng Cấp độ cách x (km) C σy (m) σz (m) Khoảng cách x (km) 0,06 8,41 4,7 0,26 31,19 17,88 0,7 75,61 44,08 0,08 10,87 6,11 0,28 33,33 19,13 0,8 85,19 49,78 0,1 13,27 7,49 0,3 35,45 20,37 0,9 94,65 55,42 0,12 15,63 8,84 0,32 37,55 1 104 61 0,14 17,93 10,17 0,34 39,64 22,83 1,1 113,25 66,53 0,16 20,21 11,49 0,36 41,72 24,05 1,2 122,41 72,02 0,18 22,45 12,79 0,38 43,79 25,26 1,3 131,49 77,47 0,2 24,67 14,08 0,4 45,84 26,47 1,4 140,5 0,22 26,86 15,36 0,5 55,96 32,44 1,5 149,44 88,26 0,24 29,04 16,62 0,6 65,87 σy (m) σz (m) Khoảng cách x σy (m) (km) 21,6 σz (m) 82,88 38,3 Chiều cao hiệu quả của ống khói được xác định theo công thức: H = h + h Với: h : Chiều cao thực của ống khói, m h : Độ nâng của trục vệt khói, được xác định theo công thức Berliand h = 1,875  .D 3 10 u  1,6 g .LT .T u103 .Txq Trong đó: - D là đường kính của miệng ống khói, m là vận tốc phụt ra khỏi miệng ống khói, m/s = - LT 4 LT = (m/s) F  D2 LT :lưu lượng khói thải ở điều kiện thực tế, m3/s u10 : vận tốc gió ở độ cao 10 m Tkhói : nhiệt độ khói thải (K) với Tkhói = tkhói + 273 = 190 + 273 = 463K SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh 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 tính chiều cao hiệu quả ống khói Mùa Ống khói Ống khói số 1 LT (m3/s) 4,85 D (mm) 650 ω (m/s) 4.LT =  .D 2 u10 (m/s) 14,62 Mùa hè Ống khói số 1 3,54 4,67 500 650 5,92 14,07 3,44 5,4 Ống khói số 2 3,41 500 SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 17 157 18,04 Mùa đông 17,36 Δh (m) =  .D g .LT .T 1,875.  1, 6 u10 u10 3 .Txq 6,49 3,3 Ống khói số 2 ΔT = Tkhói - Txung quanh = tkhói - txung quanh 169 3,21 h (m) H (m) = Δh + h 15 21,49 25 31,49 30 36,49 15 20,92 25 30,92 30 35,92 15 18,44 25 28,44 30 33,44 15 18,21 25 28,21 30 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 b σy (m) = ax0,894 uz (m/s) =  h  u10   n  10  (với n = 0,11) h (m) H (m) 15 21,49 15,20 0,22 26,59 3,45 25 31,49 22,27 0,33 38,68 3,65 30 36,49 25,80 0,39 44,70 15 20,92 14,79 0,21 25 30,92 21,86 30 35,92 15 (m) = H 2 Tải lượng chất ô nhiễm M (g/s) Bụi CO SO2 CO2 1,87 1,13 0,42 57,20 0,83 0,50 0,19 25,37 3,72 0,61 0,37 0,14 18,57 25,90 3,45 1,44 0,87 0,32 44,04 0,32 38,00 3,65 0,63 0,38 0,14 19,20 25,40 0,38 44,02 3,72 0,46 0,28 0,10 13,98 18,44 13,04 0,18 22,88 5,65 1,54 0,93 0,35 47,33 25 28,44 20,11 0,30 35,01 5,97 0,62 0,37 0,14 18,96 30 33,44 23,65 0,35 41,04 6,09 0,44 0,27 0,10 13,49 15 18,21 12,88 0,18 22,60 5,65 1,16 0,70 0,26 35,44 25 28,21 19,95 0,29 34,72 5,97 0,46 0,28 0,10 14,07 SVTH: Nguyễn Ngọc Huy – Lớp 09QLMT GVHD: Trần Thị Minh Phương Trang 19 Bụi 22,22 16,22 22,22 16,22 CO 13,40 9,79 13,40 9,79 SO2 5,00 3,65 5,00 3,65 CO2 Nồng độ cực đại Cmax (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