Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than

Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than, công suất phát thải 10000 Nm3/h
Nguyễn Ngọc Nhất – Lớp CNMT K52QN

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH ĐIỆN ĐỐT THAN Ở VIỆT NAM
I.1 Vấn đề năng lƣợng nói chung:
Năng lượng đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống xã hội của chúng ta,
xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao.
Tiêu thụ năng lượng trên thế giới gia tăng liên tục, từ năm 1976 đến năm 2006
tổng mức tiêu thụ năng lượng trên thê giới tăng từ khoảng 6 tỷ tấn đổi đổi ra dầu
(TQD) lên đến 12 TQD. Trong đó năng lượng hoá thạch chiếm 80 % tổng lượng
năng lượng nêu trên, năng lượng sinh khối chỉ chiếm khoảng 10 %, còn lại là 10 %
năng lượng điện sơ cấp, nguồn năng lượng này được sản xuất gồm 55 % là năng
lượng tái tạo mà chủ yếu là thuỷ điện, còn 45% là năng lượng hạt nhân. Khoảng từ
những năm 2000, mức tiêu thụ năng lượng hoá thạch tăng trưởng ngày càng cao,
đặc biệt cùng với sự tăng trưởng kinh tế của các nước đang phát triển.[1]
Tiềm năng năng lƣợng ở Việt Nam:
Việt Nam có tiềm năng lớn về các nguồn khoáng sản năng lượng và đang được
huy động tích cực để phục vụ cho sự phát triển nền kinh tế xã hội
Việt Nam có mạng lưới sông ngòi dày đặc có độ dốc cao, là điều kiện tốt cho
việc phát triển các công trình thủy điện phục vụ cung cấp điện cho sự phát triển của
nền kinh tế quốc dân.
Đến nay các nhà địa chất đã phát hiện và xác định được tiềm năng dầu khí ở các
bể trầm tích khoảng 4,3 tỷ tấn dầu quy đổi, trong đó trữ lượng là 1,2 tỷ tấn và trữ
lượng dầu khí có khả năng thương mại là 814,7 triệu tấn. Tổng tài nguyên khoáng
sản than của bể than Quảng Ninh đạt trên 10 tỷ tấn, trong đó trữ lượng đạt hàng tỷ
tấn. Than lignit ở dưới sâu đồng bằng sông Hồng với tiềm năng khoảng 200 tỷ tấn
là nguồn năng lượng lớn cho thế kỷ 21. Như vậy đây là nguồn nhiên liệu dồi dào
cho sự phát triển của ngành nhiệt điện đốt than, đốt dầu và khí thiên nhiên. Ưu thế
của ngành phát triển năng lượng nhiệt điện là nguồn nhiên liệu ổn định hơn và chi
phí đầu tư thấp hơn so với ngành thủy điện.
Ngoài hai nguồn năng lượng truyền thống thì Việt Nam cũng đang có chương
trình nghiên cứu sử dụng các nguồn năng lượng mới như: năng lượng mặt trời, địa
nhiệt, năng lượng gió, năng lượng sóng thủy triều, năng lượng sinh khối…
I.2 Hiện trạng và xu hƣớng phát triển nhiệt điện đốt than ở Việt Nam.
I.2.1 Hiện trạng ngành nhiệt điện ở Việt Nam
Nhu cầu về năng lượng điện ở Việt Nam hiện nay vẫn tiếp tục tăng từ 1416%/năm trong thời kỳ 2011-2015 và sau đó giảm dần xuống 11.15%/năm trong
Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551
Trang 1


thời kỳ 2016-2020 và 7.4-8.4%/năm cho giai đoạn 2021-2030. Vì vậy sản lượng
điện hàng năm cũng đang tăng mạnh, tuy nhiên vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu sử
dụng do nhiều lý do khách quan và chủ quan. Tính đến năm 2011 sản lượng điện
sản xuất trung bình ngày đạt 285 triệu kWh, tính trung bình năm đạt hàng trăm tỉ
kWh. Trong đó nhiệt điện đóng vai trò hết sức quan trọng chiếm khoảng 48-52%
tổng sản lượng điện. Nhìn chung hàng năm tốc độ tăng trưởng sản lượng điện đạt
từ 12-15% so với năm trước.[2]
Để đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ điện, nhiệt điện đốt than đang được ưu tiên
lựa chọn và phát triển vì nguồn nguyên liệu ổn định, chi phí xây dựng thấp và thời
gian thi công nhanh hơn so với thủy điện. Nguồn nguyên liệu chính trong sản xuất
nhiệt điện hiện nay là than, dầu và khí tự nhiên. Theo tổng kết của tập đoàn than
khoáng sản Việt Nam, trữ lượng than của nước ta khoảng 10 tỉ tấn, trong đó đã
thăm dò tìm kiếm 3,5 tỉ tấn chủ yếu là than atraxit, loại than này đang được khai
thác với quy mô lớn và có khả năng đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng than trong nước và
một phần xuất khẩu. Ngoài ra, trữ lượng than nâu ở Việt Nam cũng rất lớn nhưng
hiện nay vẫn chưa khai thác được nhiều; theo Bộ Công Thương năm 2011 tổng sản
lượng dầu khai thác được khoảng 25 triệu tấn/năm, khí thiên nhiên đạt khoảng 9 tỷ
m3/năm…và sản lượng khai thác hàng năm đều tăng hơn so với năm trước từ 210%. Đây là những loại nhiên liệu sẵn có ở Việt Nam, với các mỏ than lớn tập trung
chủ yếu ở tỉnh Quảng Ninh, các mỏ dầu khí tập trung ở miền trung và miền nam.
Chính vì vậy mà các nhà máy nhiệt điện cũng được phân bố một cách hợp lý dọc
theo chiều dài đất nước. Các nhà máy nhiệt điện đốt than tập trung chủ yếu ở miền
Bắc như nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Thái Bình, Hải Phòng, Uông Bí, Cẩm Phả,
Ninh Bình…còn các nhà máy nhiệt điện tua bin khí được xây dựng ở miền trung và
miền nam như nhà máy nhiệt điên Phú Mỹ, Vũng Áng, Nhơn Trạch, Duyên Hải 3…
I.2.2 Xu thế phát triển nhiệt điện đốt than ở Việt Nam
Khoáng sản than năng lượng ở Việt Nam được đánh giá có trữ lượng lớn (10 tỉ
tấn), đáp ứng được nhu cầu cho phát triển nhiệt điện đốt than đến khoảng năm 2025.
Tuy nhiên do trình độ và điều kiện kinh tế của Việt Nam còn thấp nên trữ lượng
than phần lớn còn nằm sâu dưới lòng đất mà chưa khai thác được. Phần có khả năng
khai thác thì cũng đã sắp cạn kiệt, chỉ đủ đáp ứng đến hết năm 2011. Vì vậy, để đáp
ứng đủ nhu cầu sử dụng than trong nước, tập Đoàn điện lực Việt Nam đã chủ
trương chính sách nhập khẩu than Bitum ở các nước láng giềng mà chủ yếu là
Indonesia và Úc. Than nhập khẩu này có thể đốt riêng biệt hoặc pha trộn với than
trong nước để tăng khả năng cháy của than trong nước. Vấn đề ở đây là sẽ phải làm
Trang 2


sao bố trí địa điểm xây dựng nhà máy thật hợp lý, nhằm phân bổ, cân đối công suất
các nhà máy nhiệt điện than giữa các vùng miền. Cụ thể là đảm bảo tỷ lệ 50% công
suất ở miền Nam, còn lại ở miền Bắc và miền Trung. Qua đó mới hạn chế được việc
truyền tải điện Bắc - Nam, giảm tổn thất, nâng cao chất lượng điện năng, đảm bảo
có nguồn cấp cho từng miền, khu vực. Trong việc bố trí xây dựng nhà máy nhiệt
điện thì ưu tiên các nhà máy ở phía Bắc sử dụng nguồn than nội địa, còn các nhà
máy ở phía Nam thì sử dụng nguồn than nhập khẩu và dầu khí.
Trong tương lai việc chuyển giao công nghệ và ứng dụng lò đốt tầng sôi tuần
hoàn cho các nhà máy nhiệt điện than cũng được thực hiện vì công nghệ này ít gây
ô nhiểm môi trường hơn và hiện được nhiều nước trên thế giới ứng dụng.
Dự kiến đến năm 2020 tỉ trọng nhiệt điện than chiếm khoảng 48,6% tổng sản
lượng điện của cả nước và đến năm 2030 thì sản lượng nhiệt điện than đạt khoảng
52% tổng sản lượng điện của cả nước.[2]
Bên cạnh việc gia tăng phát triển các nhà máy nhiệt điện thì vấn đề bảo vệ môi
trường cũng được quan tâm trong trong quá trình đầu tư, lựa chọn công nghệ, lựa
chọn nguyên liệu.
I.3 Vấn đề môi trƣờng do nhà máy nhiệt điện gây ra
I.3.1 Các đặc trƣng của chất thải nhà máy nhiệt điện đốt than:
Đặc trưng chất thải nhà máy nhiệt điện đốt than chủ yếu phụ thuộc vào thành
phần và tính chất của nhiên liệu. Nguồn nguyên liệu chính được sử dụng cho quá
trình sản suất là than antraxit - loại than có hàm lượng tro cao, khi đốt tạo ra lượng
khói lớn nên chất thải nhà máy nhiệt điện có những đặc trưng chính sau:
Thành phần 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 như SO2, NOx,
CO, CO2, dioxin, furan, VOC, hơi thủy ngân …
- Ngoài ra còn có khí thải của các phương tiện giao thông đi lại trong nhà máy;
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…
Nước thải: nhu cầu sử dụng nước của nhà máy nhiệt điện là rất lớn nên vấn
đề nước thải là không thể tránh khỏi, nước thải nhà máy nhiệt điện đốt than có
nguồn gốc từ các quá trình khác nhau và mang những đặc trưng khác nhau:Nước
làm mát: được thải ra từ quá trình làm mát bình ngưng và các thiết bị phụ, thường
Trang 3


thì có nhiệt độ cao, thành phần và tính chất ít biến đổi so với nguồn nước ban đầu;
Nước thải ô nhiễm dầu: do các sự cố rò rỉ dầu, quá trình rửa thiết bị có sử dụng dầu,
rửa nồi hơi, các động cơ, nhà dầu, nước mưa chảy tràn… Nước thải chứa dầu
thường có màng dầu nổi ở phía trên, nếu hàm lượng dầu lớn có màu đen; Nước xả
lò hơi: trong quá trình vận hành lò hơi, để tránh tình trạng đóng cặn lắng trong các
bộ quá nhiệt người ta thường bổ sung thêm các hóa chất chống đóng cặn, theo chu
kì thì thải rửa. Loại nước nước thải này không thường xuyên và lưu lượng cũng
không quá lớn, chất lượng nằm trong tiêu chuẩn xả thải; Nước thải tro xỉ: có lưu
lượng lớn, thường để thải 1 tấn tro xỉ phải tốn 4 m3 nước[3]. Nước thải tro xỉ có độ
đục cao, hàm lượng cặn lớn, khả năng tiếp nhận oxi giảm. Nếu không xử lý thì đây
là nguồn gây ô nhiễm nước đáng lo ngại; Nước thải sinh hoạt: với lượng công nhân
làm việc thường rất đông, nên vấn đề nước thải sinh hoạt cũng đáng quan tâm.
Nước thải sinh hoạt thường có hàm lượng BOD, COD cao, độ màu độ đục cao, hàm
lượng chất dinh dưỡng lớn…; Nước rửa thiết bị, rửa dầm nền thiết bị lọc bụi và
nước mưa chảy tràn: có độ đục cao, chứa các ion kim loại, có chứa dầu mỡ, hàm
lượng chất rắn lớn.
Chất thải rắn: Chất thải rắn nhà máy nhiệt điện 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 (30,32%), trong đó có 10% là xỉ lò được thải ra
nhờ hệ thống tháo xỉ. Phần còn lại là tro bay theo khói (90% hàm lượng tro) 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 hồ chứa tập trung riêng biệt.[3]
- Do quá trình xử lý SO2, người ta thường sử dụng phương phấp 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 nhân viên trong nhà máy cũng
phát sinh thêm lượng chất thải rắn như: bao bì, thức ăn thừa, giấy, nhựa... và một số
chất thải từ các trang thiết bị bị hư hỏng...
-

Vi khí hậu:
Nhiệt: các quá trình hoạt động với công suất lớn, đặc biệt là lò hơi đã toả ra

một lượng nhiệt đáng kể làm cho môi trường không khí xung quanh nóng lên, gây
ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của người lao động.
- Tiếng ồn: các thiết bị điều hoạt động với công suất lớn, tiếng ồn luôn ở mức
quá giới hạn cho phép. Nếu người lao động không có những thiết bị bảo hộ lao
động thì rất dễ bị bệnh nghề nghiệp do tiếng ồn gây ra như: nặng tay, viêm màng
Trang 4


nhĩ, điếc nghề nghiệp... Các nguồn chính phát ra tiếng ồn là: máy nghiền than, bộ
lọc bụi tĩnh điện, máy phát điện....
I.3.2 Các tác hại của khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than:
Tác hại của tro, bụi: [4]
- Tác hại đầu tiên cần phải nói đến là ảnh hưởng đến sức khỏe con người: trẻ
em, người già và những người mắc bệnh về hô hấp là dể bị ảnh hưởng nhiều nhất.
Các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 10 µm có thể đi vào tận phế nang gây viêm
nhiểm phế quản, hạt nhỏ hơn 2,5 µm có thể đi vào tận màng phổi và đọng lại trong
lá phổi gây viêm phổi, sơ hóa phổi, nếu nồng độ cao và kéo dài có thể dẩn đến ung
thư phổi.Một số bệnh ở con người do bụi gây ra: đối với hệ hô hấp:viêm mũi, viêm
phế quản, hen suyễn, viêm phổi, ung thư phổi; đối với hệ tiêu hóa: giảm men răng
gây sâu răng, gây rối loạn tuyến nước bọt, rối loạn hệ tiêu hóa, viêm dạ dày, viêm
nhiểm đường ruột làm giảm khả năng tiêu hóa và hấp thụ chất dinh dưỡng; đối với
da: tác động đến tuyến nhờn ở da làm khô da, kích thích gây dị ứng da, viêm da,
sinh mụn trứng cá, mụn nhọt, lở loét da; đối với mắt: khi bụi tiếp xúc trực tiếp với
mắt sẽ kích thích đến màng tiếp hợp gây sưng đỏ, chảy nước mắt nếu tình trạng này
kéo dài có thể làm tổn thương màng tiếp hợp gây viêm mi mắt, viêm giác mạc, giảm
thị lực, nặng hơn có thể làm mù mắt.
- Bụi còn gây tác hại đến hệ sinh thái, ảnh hưởng đến mùa màng: khi bụi lắng
đọng trên bề mặt lá cây, nếu không có nước mưa để rửa sạch thì ngăn cản quá trình
quang hợp và trao đổi chất của cây làm cây cối chậm phát triển, hệ sinh thái bị tổn
hại nặng nề và năng suất cây trồng giảm sút.
- Khi bụi phát tán ra môi trường làm giảm độ trong suốt của khí quyển, cản trở
tầm nhìn, hư hỏng thiết bị, giảm tuổi thọ của công trình, làm mất giá trị mỹ quan.
Tác hại của SO2: [5], [6]
- Khí SO2, SO3 gọi chung là SOx là những khí độc hại không chỉ với sức khỏe
con người, động thực vật mà còn tác động lên các vật liệu xây dựng, các công trình
kiến trúc. Chúng là những chất có tính kích thích, ở nồng độ nhất định có thể gây co
giật cơ trơn của khí quản. Ở nồng độ lớn hơn sẽ gây tăng tiết dịch niêm mạc đường
khí quản gây viêm khí quản, khi tiếp xúc với mắt có thể tạo thành axit gây tổn hại
đến thị lực.
- SOx có thể xâm nhập vào cơ thể người qua các cơ quan hô hấp hoặc cơ quan
tiêu hóa sau khi được hòa tan trong nước bọt, cuối cùng chúng có thể xâm nhập vào
hệ tuần hoàn. Khi tiếp xúc với SOx có thể tạo ra các hạt axit nhỏ, các hạt này có thể
xâm nhập vào các huyết mạch. SOx có thể xâm nhập vào cơ thể người qua da và gây
Trang 5


các chuyển đổi hóa học, kết quả của nó là hàm lượng kiềm trong máu giảm,
amoniac bị thoát qua đường tiểu và có ảnh hưởng đến tuyến nước bọt.
- SOxbị oxy hóa ngoài không khí và phản ứng với nước mưa tạo thành axit
H2SO4 hay các muối sulfate gây hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến sự phát
triển thực vật, ảnh hưởng đến hệ sinh thái, làm chua đất và là tác nhân gây ăn mòn
kim loại, bê tông và các công trình kiến trúc….
Tác hại của NO2: [5], [6]
- NOx là khí có màu nâu đỏ có mùi gắt và cay, mùi của nó có thể phát hiện
được vào khoảng 0.12 ppm. NO2 là khí có tính kích thích mạnh đường hô hấp. Nó
tác động đến hệ thần kinh và phá hủy mô tế bào phổi, làm chảy nước mũi, viêm
họng. Khi NO2 với nồng độ 100ppm có thể gây tử vong cho người và động vật sau
ít phút. Với nồng độ 5ppm có thể gây ảnh hưởng xấu đến đường hô hấp. Con người
tiếp xúc lâu với NO2 khoảng 0.06 ppm có thể gây các bệnh trầm trọng về phổi.
- Một số thực vật nhạy cảm cũng bị tác hại bởi NO2 khi ở nồng độ khoảng 1
ppm. NO2 cũng là tác nhân gây ra hiệu ứng nhà kính.
Tác hại của CO [5] [6]
- Khí CO là loại khí không màu, không mùi không vị, tạo ra từ quá trình cháy
không hoàn toàn của nguyên liệu than. Sức đề kháng của con người với CO rất
kém. Những người mang thai và đau tim tiếp xúc với CO sẽ rất nguy hiểm vì ái lực
của CO với hemoglobin cao hơn gấp 200 lần so với oxy, nên khi vào cơ thể sẽ lập
tức phản ứng với hemoglobin, cản trở oxy từ máu đến các mô. Vì vậy cần một
lượng máu lớn hơn nhiều được bơm đến để mang cùng một lượng oxy cần thiết đến
các mô.Ở nồng độ khoảng 5ppm có thể gây đâu đầu chóng mặt. Ở những nồng độ
từ 10-250 ppm có thể gây tổn hại đến hệ thống tim mạch thậm chí gây tử vong.
- Rất nhiều nghiên cứu trên con người và động vật chứng tỏ rằng những người
yếu tim sẽ bị tăng thêm căng thẳng khi lượng CO trong máu vượt quá mức. Đặc biệt
các nghiên cứu lâm sàng đã cho thấy khi tiếp xúc với CO ở mức cao thì những
người hay bị đau thắt ngực sẽ tăng thời gian đau. Những người khoẻ mạnh cũng bị
ảnh hưởng, nhưng chỉ khi tiếp xúc với CO cao sẽ dẫn đến khả năng suy giảm thị
lực, năng lực làm việc, sự khéo léo, khả năng học tập và hiệu suất công việc.
Với các tác hại của khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than như đã trình bày thì yêu
cầu cấp bách cho chúng ta là phải có hệ thống xử lý khí thải hợp lý trước khi đưa
dòng khí vào môi trường.

Trang 6


CHƢƠNG II: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ CHO HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ
THẢI
II.1 Một số phƣơng pháp xử lý khí thải thƣờng đƣợc sử dụng:
II.1.1 Các phƣơng pháp xử lý bụi:
1. Xử lý bụi theo phƣơng pháp khô:
i) Buồng lắng:
Buồng lắng là một không gian dạng hình hộp chữ nhật có tiết diện ngang lớn
hơn nhiều lần so với tiết diện của đường ống dẩn khí vào, nhằm giảm vận tốc dòng
khí xuống rất nhỏ khi đi vào buồng lắng. Vì vậy, các hạt bụi có đủ thời gian lắng
xuống đáy thiết bị dưới tác dụng của trọng lực và được giữ lại ở đó mà không bị
dòng khói mang theo. Buồng lắng được ứng dụng để lọc bụi thô, hạt bụi có kích
thước lớn hơn 50µm.
Ưu điểm:
- Thiết bị có cấu tạo đơn giản, đầu tư thấp, có thể xây dựng bằng các vật liệu
dể kiếm như gạch, xi măng.
- Chi phí vận hành, sửa chữa, bảo dưỡng thấp.
- Lọc được hiệu suất cao các hạt bụi có kích thước lớn giảm quá tải cho các
thiết bị phía sau, tổn thất áp suất nhỏ.
- Có khả năng làm việc trong dải nhiệt độ và áp suất rộng
Nhược điểm:
-

Kích thước thiết bị cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích.
Chỉ có thể lọc các hạt bụi có kích thước lớn hơn 50µm.

ii) Thiết bị lọc bụi ly tâm:
Thiết bị lọc bụi ly tâm hay còn gọi là xiclon. Có cấu tạo gồm thân hình trụ tròn,
phía dưới thân hình trụ có phễu thu bụi và dưới cùng là ống thu bụi. Không khí
mang bụi đi vào ở phần trên của thiết bị theo đường ống có phương tiếp tuyến với
thân hình trụ, vì vậy dòng khí vào chuyển động theo đường xoắn ốc từ trên xuống.
Nhờ vào lực ly tâm mà các hạt bụi có xu hướng tiến về phía thành ống rồi va chạm
vào đó, mất động năng và rơi xuống phễu hứng bụi. Khi dòng khí chạm vào đáy
phễu thì bị dội ngược lên nhưng vẫn giữ được chuyển động xoáy ốc và đi ra ngoài
theo đường ống thoát khí được lắp cùng trục với thân thiết bị.
Để có được hiệu suất lọc bụi cao người ta thường bố trí hai hay nhiều xiclon
theo kiểu mắc nối tiếp, song song hoặc theo kiểu chùm.
Ưu diểm: Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp, chi phí vận hành bảo dưỡng thấp, có
khả năng làm việc liên tục, có thể chế tạo bằng nhiều loại vật liệu khác nhau tùy vào
Trang 7


yêu cầu nhiệt độ áp suất.
Nhược điểm: Hiệu suất thấp đối với hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 5µm; Dể bị
mài mòn nếu bụi có độ cứng cao, Hiệu suất sẽ giảm nếu bụi có độ kết dính cao.
iii) Thiết bị lọc bụi bằng vật liệu lọc:
Môi trường lọc hay còn gọi là vật liệu lọc hay lưới lọc. Được cấu tạo từ một
hoặc nhiều lớp sợi mà mỗi sợi được xem là có tiết diện tròn nằm cách nhau từ 5-10
lần so với kích thước của hạt bụi. Khi dòng khí mang bụi đi qua lớp vật liệu lọc thì
bụi bị giữ lại trên bề mặt lớp vật liệu sạch. Sau một khoảng thời gian lớp vật liệu lọc
có sự thay đổi về mặt cấu trúc do bụi bám vào bên trong, do thay đổi độ ẩm hoặc là
do một lí do nào đó làm cho sức cản khí động và hiệu quả lọc bị thay đổi rõ rệt.
iv) Thiết bị lắng bụi tĩnh điện:
Thiết bị có cấu tạo gồm một dây kim loại nhẵn, có tiết diện nhỏ, được căng theo
trục của ống kim loại nhờ có đối trọng. Dây kim loại được nạp dòng điện một chiều
có điện thế cao khoảng 50-100 = kV, còn gọi là cực âm hay cực ion hóa của thiết bị.
Cực dương là ống kim loại được bao quanh cực âm và nối đất hay còn gọi là cực
lắng. Khi cấp điện thế cao vào cực âm thì tạo ra một điện trường mạnh bên trong
ống cực dương và khi dòng khí mang bụi đi qua các phân tử khí sẽ bị ion hóa và
truyền điện tích âm cho các hạt bụi do tác dụng va chạm hoặc khếch tán ion. Các
hạt bụi bị nhiểm điện âm sẽ di chuyển về cực dương (cực lắng) và đọng lại trên bề
mặt bên trong của ống hình trụ, mất điện tích và rơi xuống phễu thu bụi.
Ngoài ra còn có thiết bị lọc bụi tĩnh điện kiểu tấm, là loại thiết bị mà cực dương
là các tấm dạng bảng được đặt song song hai bên các cực âm.
Ưu điểm:
- Có thể thu bụi với hiệu suất cao 99,5 %. Lưu lượng khí thải lớn.
- Có thể thu bụi có kích thước siêu nhỏ, dưới 1µm, và nồng độ bụi lớn 50 g/m3.
- Có thể làm việc trong môi trường có nhiệt độ cao lên đến 5000c.
- Làm việc trong phạm vi áp suất cao hoặc áp suất chân không.
- Có khả năng tách bụi có độ ẩm cao, cả dạng lỏng hoặc rắn.
Nhược điểm:
- Vì khá nhạy cảm nên khó khăn trong việc lọc bụi có nồng độ thay đổi lớn.
- Chi phí chế tạo cao, vận hành, bảo dưỡng cao và phức tạp hơn các thiết bị
khác; dễ bị ăn mòn, hư hỏng trong điều kiện khí thải có chứa hơi axit hay chất ăn
mòn; Không thể lọc bụi mà khí thải có chứa các chất dể cháy nổ.có điện trở suất
quá cao.
- Tốn nhiều không gian để đặt thiết bị.
Trang 8


-

Vì môi trường làm việc có điện thế và nhiệt độ cao nên có thể phát sinh các

chất gây ô nhiểm môi trường như NOx hay O3.
2. Phƣơng pháp ƣớt:
Phương pháp tách bụi ướt dựa trên nguyên tắc cho dòng khí mang bụi tiếp xúc
trực tiếp với chất lỏng mà thông thường là nước. Bụi sẽ bị chất lỏng giữ lại và tách
ra khỏi dòng khí dưới dạng bùn. Trong quá trình xử lý bụi bằng phương pháp ướt có
thể kết hợp xử lý một số chất ô nhiểm dạng khí như SO2, NOx, ngoài ra còn kết hợp
để giảm nhiệt độ khí thải trước khi thải ra môi trường. Các thiết bị tách bụi ướt
thường được bố trí các vòi phun nước ở các vị trí thích hợp tuỳ từng loại thiết bị.
Một số thiết bị được sử dụng để tách bụi theo phương pháp ướt là: Cyclon ướt,
ventury ướt, thiết bị lọc bụi có đĩa chứa nước sủi bọt, thiết bị lọc bụi có lớp đệm
bằng vật liệu rỗng được tưới nước, buồng phun-thùng rửa khí rỗng, thiết bị lọc bụi
kiểu ướt có tác động va đập quán tính.
 Ưu nhược điểm của phương pháp tách bụi ướt:
Ưu điểm:
- Chi phí đầu tư ban đầu thấp.
- Có thể xử lý đồng thời bụi và các khí ô nhiểm.
- Có khả năng lọc được những hạt bụi có kích thước nhỏ, hiệu suất lọc bụi cao
hơn phương pháp khô.
- Không có hiện tượng bụi quay lại.
- Có khả năng làm việc với khí thải có nhiệt độ cao.
Nhược điểm:
- Chi phí vận hành cao, tiêu tốn nhiều năng lượng.
- Thiết bị dể bị ăn mòn, phát sinh nhiều bùn thải.
II.1.2 Các phƣơng pháp xử lý khí SO2 [7]
1. Xử lý SO2 bằng phƣơng pháp hấp thụ:
a. Hấp thụ SO2 bằng đá vôi, vôi nung CaO hoặc sữa vôi (Ca(OH)2)
Xử lý SO2 bằng vôi là phương pháp này được áp dụng rất rộng rãi trong công
nghiệp vì hiệu quả xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền và có sẵn ở mọi nơi.
Trong tháp hấp thụ, dòng khí thải mang khí SO2 đi từ dưới lên trên qua bộ phận
phân phối khí, dòng dung dịch hấp thụ đi từ trên xuống qua hệ thống giàn phun. Khi
SO2 tiếp xúc với dung dịch hấp thụ thì xảy ra quá trình hấp thụ SO2 tạo thành thạch
cao, dòng khí sạch qua bộ khử ẩm rồi đi ra ngoài, còn dung dịch sau hấp thụ được
trộn với dung dịch hấp thụ mới và tiếp tục được sử dụng đến khi nồng độ thạch cao
trong dung dịch trên 60 % [16] thì được tháo ra nhờ hệ thống tách thạch cao.
Trang 9


Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình xử lý như sau:
CaCO3 + SO2CaCO3 + CO2
CaO + SO2 CaSO3
2CaSO3 + O2 2CaSO4
Hiệu quả hấp thụ SO2 bằng sữa vôi đạt 98%. Sức cản khí động của hệ thống
không vượt quá 20 mm H2O.[7]
Nguyên liệu vôi được sử dụng một cách hoàn toàn, cụ thể là cặn bùn từ hệ thống
xử lý thải ra có thể được sử dụng làm chất kết dính trong xây dựng sau khi chuyển
sunfit thành sunfat trong lò nung.
Ưu điểm:
- Công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không lớn, có thể chế tạo thiết bị
bằng vật liệu thông thường, không cần đến vật liệu chống axit và không chiếm
nhiều diện tích xây dựng.
- Hiệu quả xử lý cao, tiêu tốn chất hấp thụ ít và điện năng tiêu thụ thấp.
-

Độ tin cậy và giá trị lợi ích cao, sản phẩm phụ có độ ổn định cao.

b. Hấp thụ SO2 bằng MgO hoặc ZnO:
Về khả năng sử dụng sữa MgO (ZnO) để khử SO2 khói thải đã được biết từ lâu,
nhưng nghiên cứu ứng dụng trong công nhgiệp mới được thực hiện gần đây chủ yếu
là do các nhà khoa học công nghệ của Liên Xô cũ.
SO2 được hấp thụ bởi oxit –hydroxit magiê, tạo thành tinh thể ngậm nước sunfit
magiê. Trong thiết bị hấp thụ xảy ra các phản ứng sau:
MgO + SO2 = MgSO3
MgO + H2O = Mg(OH)2
MgSO3 + H2O + SO2 = Mg(HSO3)2
Mg(OH)2 + Mg( HSO3)2 = 2MgSO3 + 2H2O
Độ hòa tan của sunfit magiê trong nước bị giới hạn, nên lượng dư ở dạng
MgSO3.6H2O và MgSO3.3H2O rơi xuống thành cặn lắng. Tỉ lệ rắn: lỏng trong
huyền phù là 1:10. Độ pH ở đầu vào là 6,8 – 7,5; còn ở đầu ra là 5,5 – 6,0.
Sunfat magiê được hình thành do oxit hóa sunfit magiê: MgSO3 + O2 MgSO4
SO2 thoát ra là 7-15% được làm nguội, tách bụi và sương mù axit sunfuric dùng
để sản xuất axit sunfuric.
Ưu điểm:
- Có thể làm sạch khí nóng mà không cần làm lạnh sơ bộ.
- Thu được axit sunfuric, hiệu quả làm sạch cao.
Nhược điểm:
Trang 10


-

Quy trình công nghệ phức tạp.

-

Không phân giải hoàn toàn sulfat khi nung.
Tổn hao MgO khá nhiều.

c. Xử lý SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ:
Xử lí khí SO2 trong khí thải bằng các chất hấp thụ hữu cơ được áp dụng nhiều
trong công nghiệp luyện kim màu. Chất hấp thụ khí SO2 được sử dụng phổ biến là
các amin thơm như anilin C6H5NH2, toluđin CH3C6H4NH2, xyliđin (CH3)2C6H3NH2,
và đimety-anilin C6H5N(CH3)2.
Quá trình xử lí theo phương pháp trên là quá trình sunfidin: Quá trình này được
các hãng công nghiệp hóa chất và luyện kim của Đức nghiên cứu và áp dụng ở nhà
máy luyện kim Hamburg để khử SO2 trong khói thải của lò thổi luyện đồng. Nồng
độ của khí trong khói thải dao động trong phạm vi 0,5 ÷ 8%, trung bình là
3,6%.Chất hấp thụ là hỗn hợp xylidin và nước tỉ lệ ≈ 1:1.
Quá trình khử SO2 bằng dimetylanilin – Quá trình ASARCO: quá trình này được
nghiên cứu và áp dụng ở nhiều các nhà máy luyện kim.
2. Xử lý SO2 bằng phƣơng pháp hấp phụ thể rắn:
Thực chất của phương pháp này là sử dụng các chất hấp phụ thể rắn có khả năng
hấp phụ SO2 đưa vào trong thiết bị phản ứng. Khi SO2 đi qua lớp chất hấp thụ ở một
điều kiện nhất định sẽ bị giữ lại trong đó, dòng khí sạch đi ra ngoài, chất hấp phụ
được hoàn nguyên bởi những phương pháp khác nhau. Một số chất hấp phụ thể rắn
thường được sử dụng: than hoạt tính, than hoạt tính có tưới nước,nhôm oxit kiềm
hóa, mangan oxit, bằng vôi và dolomit trộn với than nghiền…
II.1.3 Các phƣơng pháp xử lý khí NOx
1. Khử xúc tác chọn lọc với chất khử là ammoniac:( SCR)
Ammoniac là chất khử có khả năng phản ứng chọn lọc với NO và NO2 ở nhiệt
độ cao >232 0c. Quá trình khử được thực hiện trên bề mặt xúc tác tạo thành Nito và
nước theo các phản ứng sau:
Khi có mặt của oxy:
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O
2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O
Phản ứng phụ không mong muốn:
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O
Khi không có mặt của oxy:
6NO + 4NH3 → 5N2 + 6H2O
6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O
Trang 11


Một số nhóm xúc tác thường được dùng cho quá trình này bao gồm:
- Nhóm xúc tác kim loại quý: platin Pt, Rodi, Pt-Ro, Pt/Al2O3 , nhiệt độ làm
việc từ 200-300 0C.
- Nhóm xúc tác oxit kim loại: Fe2O3/Cr2O3, V2O5/ TiO2…Nhiệt độ làm việc từ
300-450 0C.
- Nhóm xúc tác Zeolite, nhiệt độ làm việc 300-600 0C.
Ưu điểm: hiệu quả xử lý cao
Nhược điểm: cần phải gia nhiệt dòng khí trước khi đưa vào hệ thống xử lý.
2. Khử xúc tác không chọn lọc:
Các chất khử thường dùng trong phương pháp này là hydrocacbon, hydro, và
cacbon monoxit với sự có mặt của xúc tác. Các phản ứng xảy ra:
4NO + CH4 → 2N2 + CO2 + 2H2O
2NO2 + CH4 → N2 + CO2 + 2H2O
O2 + CH4 → CO2 + 2H2O.
Các loại xúc tác được sử dụng cho quá trình ở quy mô công nghiệp gồm: Platin,
muối Crom, các oxit kim loại. Khoảng nhiệt độ giới hạn là 350-800 0C, nhiệt độ tối
ưu khoảng 425-650 0C.
Ưu điểm: Hiệu suất khử NOx cao, có thể đạt 80-90%.
Nhược điểm: Chủ yếu được áp dụng với dòng khói thải có nồng độ oxy thấp.Các
chất xúc tác trên dể bị ngộ độc bởi SO2, kẽm và phốt pho có trong khí thải của quá
trình đốt.
3. Khử chọn lọc không có xúc tác:
Phương pháp này cũng dựa trên phản ứng chọn lọc của NH3 với NO và NO2,
giống như khử xúc tác chọn lọc nhưng nhiệt độ để xảy ra các phản ứng cao hơn
(khoảng 900- 1000 0C). Tác nhân khử được sử dụng là NH3 hoặc Ure, quá trình khử
diễn ra chậm. Ở nhiệt độ cao hơn, hầu hết NH3 được chuyển hóa thành NO: NH3
+O2 →NO + 3/2 H2O
Ngoài ra, người ta còn sử dụng một số phương pháp khác để xử lý NOx như: hấp
phụ NOx bằng silicagel, alumogel, than hoạt tính…
II.2 Lựa chọn công nghệ cho hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện với
công suất phát thải 10000 m3/h.
Khí thải của nhà máy nhiệt điện đốt than có lưu lượng lớn, nồng độ bụi cao, và
chứa nhiều chất ô nhiểm dạng khí như SOx, NOx…có tác hại nghiêm trọng đến sức
khỏe con người và môi trường. Vì vậy chúng ta cần có hệ thống xử lý các chất ô
nhiểm này đảm bảo nồng độ của chúng sau khi ra môi trường phải đạt tiêu chuẩn
Trang 12


cho phép. Việc lựa chọn các thiết bị cho hệ thống xử lý phụ thuộc vào đặc tính của
dòng thải, phụ thuộc vào điều kiện kinh tế kĩ thuật ở mỗi địa phương mỗi quốc gia,
đồng thời phải đạt hiệu suất xử lý theo yêu cầu.
Vì dòng khí thải có nồng độ bụi khá cao nên việc xử lý bụi trước khi thải ra môi
trường là một vấn đề cần cân nhắc trong quy hoạch xây dựng nhà máy nhiệt điện,
mặc khác khí thải có lưu lượng lớn và độ ẩm của khí thải thường thấp nên sử dụng
phương pháp khô để xử lý vừa đảm bảo an toàn cho thiết bị vừa không phát sinh
lượng lớn nước thải phía sau. Đối với khí thải nhà máy nhiệt điện thì yêu cầu thiết
bị xử lý bụi phải có khả năng làm việc với lưu lượng khí thải lớn, nồng độ bụi rất
cao và quan trọng nhất là hiệu suất xử lý phải đạt yêu cầu. Sau khi so sánh ưu
nhược điểm và khả năng lọc bụi của các thiết bị thấy rằng bộ lắng bụi tĩnh điện có
khả năng đáp ứng được các yêu cầu nhiều nhất. Vì vậy chọn bộ lắng bụi tĩnh điện
(ESP) để xử lý bụi là hợp lý nhất.
Đối với SO2, trong các phương pháp xử lý được trình bày ở phần II.1.2 thì
phương pháp hấp thụ SO2 bằng dung dịch đá vôi, với tháp hấp thụ là tháp rữa khí
rỗng là phù hợp với điều kiện kinh tế kĩ thuật nước ta. Ở nước ta các nhà máy nhiệt
điện đốt than có sử dụng hệ thống xử lý SO2 đều sử dụng phương pháp này, đây là
điều kiện thuận lợi để người cán bộ kĩ thuật, vận hành cũng như người chế tạo thiết
bị dễ dàng trao đổi kinh nghiệm. Tháp rữa khí rỗng có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo,
chi phí xây dựng hệ thống không cao. Vật liệu hấp thụ - đá vôi - là nguồn vật liệu có
sẵn ở Việt Nam, dễ kiếm rẻ tiền, đồng thời quá trình xử lý cũng ít tiêu tốn vật liệu
mà hiệu suất xử lý thì khá cao. Vì vậy để xử lý khí thải của nhà máy nhiệt điện đốt
than với lưu lượng 10000 m3/h thì em cũng chọn phương pháp hấp thụ bằng dung
dịch đá vôi với tháp hấp thụ là tháp rửa khí rỗng.
Để xử lý NOx, hiện nay người ta thường sử dụng phương pháp khử xúc tác có
chọn lọc với chất khử là NH3 và xúc tác là V2O5, nhiệt độ làm việc khoảng 300 –
450 oC. Đây là phương pháp có hiệu suất xử lý cao, nhiệt độ làm việc so với các
phương pháp khử khác thì thấp hơn nhiều.

Trang 13


Khí thải lò hơi

Dung dịch NH3

Không khí

Dung dịch
sữa vôi

Bộ trao đổi nhiệt
bằng nước

Nước nóng

Lọc bụi tĩnh điện

Nước sạch

Tro, bụi

Tháp
khử NOx

Thiết bị trao đổi
nhiệt ống chùm

Tháp
hấp thụ
SO2

Không khí nóng

Thạch cao

Quạt ly tâm

Ống
khói
Hình II.2 Sơ đồ dây chuyền xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện

Trang 14


Thuyết minh sơ đồ làm việc của hệ thống:
Dòng khí thải sau khi qua khỏi bộ quá nhiệt thì nhiệt độ vẫn còn cao nên ta phải
cho hạ nhiệt độ của dòng khí trước khi đi vào bộ lắng tĩnh điện nhằm giảm lưu
lượng khí thải vào thiết bị nên có thể giảm được kích thước thiết bị và kích thước
đường ống dẫn. Chất tải nhiệt có thể dùng là nước, vì vừa rẻ tiền lại có sẵn trong hệ
thống cấp nước của nhà máy. Nước nóng sau khi tải nhiệt có thể cấp cho lò hơi, một
phần cung cấp nước nóng cho việc tắm rữa, sinh hoạt của cán bộ trong nhà máy.
Khói thải sau khi đi qua các bộ trao đổi nhiệt để tận dụng nguồn nhiệt thì được
đưa vào bộ lắng bụi tĩnh điện để xử lý bụi. Khi dòng khí mang bụi đi vào thiết bị,
nhờ có điện trường mạnh các phân tử khí sẽ bị ion hóa và nhiểm điện âm và di
chuyển về các điện cực lắng. Trên đường di chuyển các phân tử khí truyền điện tích
âm cho các hạt bụi do tác dụng va chạm hoặc khếch tán ion. Các hạt bụi nhiễm điện
âm sẽ di chuyển về cực lắng và đọng lại trên bề mặt của điện cực, sau một khoảng
thời gian nào đó, các tấm bụi được giũ ra nhờ hệ thống rung, gõ. Dòng khí sạch bụi
đi ra ngoài và được đưa vào thiết bị khử NOx.
Dòng khí mang NOx đi vào thiết bị khử xúc tác chọn lọc với chất khử được sử
dụng là amniac và xúc tác là V2O5. Ở nhiệt độ cao hơn 300 0C NH3 có khả năng
phản ứng chọn lọc với NO và NO2. Quá trình khử được thực hiện trên bề mặt xúc
tác V2O5 tạo thành Nitơ và nước.
Sau khi xử lý NOx, nhiệt độ dòng khí vẫn còn cao và dòng khí vẫn còn chứa
SO2. Như ta đã biết quá trình hấp thụ SO2 xảy ra ở nhiệt độ thấp. Do vậy trước khi
đi vào tháp hấp thụ ta cho dòng khói đi qua bộ trao đổi nhiệt ống chùm, để sấy nóng
không khí cung cấp cho buồng đốt. Dòng khí sau khi qua thiết bị trao đổi nhiệt ống
chùm được đưa đến tháp hấp thụ SO2.
Trong tháp hấp thụ, dòng khí đi từ dưới lên dung dịch sữa vôi được phun từ trên
xuống nhờ hệ thống giàn phun. Khí SO2 tiếp xúc với Ca(OH)2 xảy ra phản ứng mà
sản phẩm tạo thành là bùn thạch cao. Bùn thạch cao theo dòng lỏng đi xuống đáy
tháp và được tháo ra theo định kì. Khí sạch lên trên qua bộ khử ẩm (để tách nước và
bùn còn dính trong khí) rồi ra ngoài qua ống khói nhờ quạt khói.
Ống khói có nhiệm vụ vận chuyển dòng khí thải ra môi trường ở một độ cao
nhất định, đảm bảo các chất ô nhiểm còn lại không gây tác hại đến môi trường
không khí xung quanh.

Trang 15


CHƢƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI
NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN CÔNG SUẤT PHÁT THẢI 10000M3/H
III.1 Các Thông Số Thiết Kế:
III.1.1 Các thông số đầu vào:
Theo yêu cầu thiết kế của đồ án tốt nghiệp thì các thông số đầu vào của hệ thống
như sau:
-

Lưu lượng khí thải: 10000 Nm3/h;
Nhiệt độ khí thải: t = 600oC;
Nồng độ bụi vào: Cv = 38600 mg/Nm3;

-

Nồng độ SO2: 1200 mg/Nm3;

-

Nồng độ NOx: 4000 mg/Nm3

Ở đây Nm3 là mét khối khí thải ở điều kiện chuẩn (t= 0oC và áp suất p = 1 at).
III.1.2 Các thông số đầu ra:
Theo QCVN 22:2009/ BTNMT- Quy Chuẩn Kỹ Thuật Quốc Gia Về Khí Thải
Công Nghiệp Nhiệt Điện thì nồng độ tối đa cho phép của các thông số ô nhiểm
trong khí thải công nghiệp nhiệt điện được xác định như sau:
Cmax = C.Kp.Kv
Với: Cmax: là nồng độ tối đa cho phép của các thông số ô nhiểm trong khí thải
công nghiệp nhiệt điện, mg/Nm3;C: nồng độ của các thông số ô nhiểm trong khí thải
công nghiệp nhiệt điện được thể hiện trong sau:
Bảng III.1: Nồng độ C của các thông số ô nhiễm
trong khí thải công nghiệp nhiệt điện.

Stt

Thông số

A

Nồng độ C (mg/Nm3)
B (Theo loại nhiên liệu sử dụng)
Than

1
2

Bụi tổng

400

Nitơ oxit, NOX 1000
(tính theo NO2)

Dầu

Khí

200

150

50

650 (với than có hàm lượng 600
chất bốc > 10%)

250

1000 (với than có hàm lượng
chất bốc ≤ 10%
3 Lưu huỳnh dioxit

1500

500

500

500

Đối với các tổ máy của nhà máy nhiệt điện hoạt động kể từ ngày 17/10/2005 thì
áp dụng quy chuẩn theo cột B.
Trang 16


-

Kp: là hệ số công suất, với lưu lượng khói thải 10000 Nm3/h, thì công suất

thiết kế của nhà máy nhiệt điện < 300 MW. Nên chọn Kp = 1;
- Kv: hệ số vùng, khu vực hoạt động. Với công suất thiết kế nhỏ, ta chọn vùng
hoạt động thuộc loại 3, phục vụ cho khu công nghiệp. Theo bảng 3 của QCVN
22:2009/BTNMT thì Kv =1.
Giả thiết hàm lượng NOx có trong khí thải chỉ gồm có NO và NO2, và NO2 chỉ
chiếm 7% hàm lượng NOx. Khi đó phân tử lượng trung bình của NOx sẽ là:
MNOx= 0,07.MNO2 + 0,93.MNO = 0,07.46 + 0,93. 30 = 31 (đvc)
Theo quy chuẩn cột B, hàm lượng NOx tính theo NO2 là 1000 mg/Nm3 tương
đương với hàm lượng NOx trung bình là: 1000*31/46 = 676 (mg/Nm3). Như vậy các
thông số đầu ra được tóm tắc trong bảng sau:
Bảng III.2 Các thông số đầu ra của hệ thống đạt quy chuẩn thải
Stt

Thông số

Nồng độ (mg/Nm3)

1

Bụi tổng

200

2

SO2

500

3

NOx

676

III.2 Tính Bộ Trao Đổi Nhiệt:
Khí thải sau khi ra khỏi bộ quá nhiệt của lò hơi thường có nhiệt độ cao khoảng
600oC, vì vậy cần tận dụng nguồn nhiệt này để hâm một lượng nước trước khi cấp
cho bao hơi, một phần cung cấp cho sinh hoạt của cán bộ công nhân nhà máy.
Ta chọn thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống xoắn gồm nhiều đoạn thẳng đặt song
song thẳng đứng được nối với nhau bởi các co, môi chất lạnh là nước đi trong ống,
khói nóng đi cắt ngang bên ngoài ống. Chọn nhiệt độ nước vào là t2’ = 25oC, nhiệt
độ nước ra t2’’ = 85 oC, nhiêt độ khí vào t1’= 600oC, khí ra t1’’= 370oC. Vì thiết bị
làm việc ở nhiệt độ cao, nên ta chọn ống trao đổi nhiệt làm bằng thép CromMangan có hệ số dẫn nhiệt λ = 22 W/m.K [8], kích thước ống là d2/d1 = 36/32 mm.
t2’’
1
t2’

t1’→

→ t1’’

2
Hình 3.1 Bộ trao đổi nhiệt
1 – kênh dẫn khí; 2 - ống trao đổi nhiệt, dẫn chất lỏng.

Trang 17


Với nhiệt độ khí thải ở 600 oC, tra bảng 5 [8] ta được các thông số sau:
-

Khối lượng riêng của khói ở 600oc: ρ600 = 0,405kg/m3
Nhiệt dung riêng đẳng áp: C1p = 1214 J/kg.độ

Lưu lượng khí thải ở 6000C:
V6000C = V0 *

= 10000*

= 31978 m3/h

→lưu lượng khối lượng khí thải ở 600oC là:
G1 = ρ600*V600 = 0,405*31978 = 12951 kg/h = 3,6 kg/s
Lượng nhiệt khói thải tỏa ra để giảm nhiệt độ từ 600oC xuống 370oC là:
Q1 = G1*C1p* (t1’-t1’’) = 3,6*1214*(600-370) = 1005192 W.
Nhiệt độ trung bình của dòng nước đi trong tháp là:t2 = 0,5(25+85) = 55 0C, tại
nhiệt độ này nước có nhiệt dung riêng đẳng áp là:C2p = 4,1765 kJ/kg.độ = 4176,5
J/kg.độ[8].
Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh của thiết bị trao đổi nhiệt trong
các trường hợp hầu như là nhỏ, Qtt= 4%Q1[8]
Qtt = 0,04.1027548 = 40207 (W);
Lượng nhiệt mà nước nhận được từ dòng khói:
Q2 = G2*C2p*(t2’’-t2’)
Với: G2: lưu lượng nước cần sử dụng, kg/s
C2p: nhiệt dung riêng đẳng áp của nước tại nhiệt độ t2, J/kg.độ
Theo phương trình cân bằng nhiệt lượng ta có:
Q1 = Q2 +Qtt → Q2 = Q1-Qtt
→G2* C2p*(t2’-t2’’) = 1005192 - 40207 =964985 (W)
Suy ra lưu lượng nước cần cung cấp cho thiết bị để làm nguội khí thải là:
G2 =

=

= 3,8 (kg/s)

Các thông số ban đầu:
- Lưu lượng khí thải: G1 = 3,6 kg/s
- Nhiệt độ khói vào: t1’ = 6000C
- Nhiệt độ khí ra: t1” = 3700C
- Lưu lượng nước cần thiết: G2 = 3,8 kg/s
-

Nhiệt độ nước vào: t2’ = 25oC
Nhiệt độ nước ra: chọn t2” = 85oC

 Xác định hệ số tỏa nhiệt đối lƣu của nƣớc:
Nhiệt độ trung bình của nước trong bộ hâm nước: t2 = 55 oC
Với nhiệt độ trung bình của nước bằng 55 oC, dựa vào bảng 7 –[8], ta có các
thông số vật lý của nước như sau:
Trang 18


Khối lượng riêng của nước: ρ2 =985,65 kg/m3
Độ nhớt động lực: μ2 = 564,4*10-8 Ns/m2
Độ nhớt động: ѵ = 0,517*10-6 (m2/s)
Nhiệt dung riêng đẳng áp: C2p = 4,1765 kJ/kg.độ
Hệ số dẫn nhiệt: λ2 = 0,6535 W/m.độ
Chuẩn số Pran: 3,26
Vì nước có độ nhớt nhỏ nên tốc độ nước trong ống thường nằm trong khoảng
0,5-3m/s [3], để đảm bảo nước chảy rối trong ống và trở lực của nước không quá
lớn. Ở đây ta chọn tốc độ dòng nước ω2 = 0,6 m/s.
Chuẩn số Raynol của dòng lỏng:
Re2 =

=

= 37137,3 > 1*104

Vì Re2 = 37137 > 1*104 nên dòng chất lỏng chuyển động trong ống theo chế độ
chảy rối. Nên chuẩn số Nuyxen được xác định theo công thức [9]:
Nu2 = 0,021ε*Re20,8*Pr20,43*(

)0,25

Trong đó:
Re2 chuẩn số Raynol của nước.
Pr2 : chuẩn số Pran, ở đây hệ số tỏa nhiệt đối lưu của nước α2 lớn hơn nhiều
so với hệ số tỏa nhiệt của khói α1 nên nhiệt độ mặt trong của ống gần như bằng
nhiệt độ trung bình của nước t2 vì vậy ta có thể coi (

)0,25 =1.

ε1: hệ số hiệu chỉnh tính đến tỉ số giữa chiều dài và đường kính ống, chọn
l/d >50 nên ε =1. [10]
Suy ra:
Nu2 = 0,021*1*37137,30,8 *3,260,43 = 158
→Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của nước ở bề mặt trong của ống là:
Nu2 = (α2d.d1)/λ2 → α2d = (Nu2* λ2)/ d1[9]
α2d = (158*0,6535)/0,032 = 3227 (W/m2.oK)
 Xác định hệ số tỏa nhiệt đối lƣu của khói thải:
Khói thải chuyển động bên ngoài ống dẩn chất lỏng, từ trên xuống dưới. Vì yêu
cầu giảm nhiệt độ dòng khói từ 600oC xuống 370oC nên ta xem nhiệt độ trung bình
của khói trong thiết bị là t1 = 0,5(600+370) = 485oC. Theo bảng 5- [8] ta có các
thông số vật lý của khói ở nhiệt độ trung bình 485oC như sau:
- Nhiệt dung riêng đẳng áp: C1p= 1180 J/kg.độ.
- Khối lượng riêng: ρ1 = 0,4655 (kg/m3)
- Độ nhớt động : ѵ 1 = 74,3*10-6 (m2/s)
Trang 19


-

Hệ số dẫn nhiệt: λ1 = 6,4*10-2 (W/m.độ)

-

Chuẩn số Pr1 : Pr1 = 0,631

Chuẩn số Raynol của khí: Re1 =
Trong đó
- ω1: vận tốc dòng khí, ω1 = 10-15 m/s, ta chọn ω1 = 10 m/s;
- d2: đường kính ngoài của ống trao đổi nhiệt, d2= 36 mm.
→ Re1 =

= 4845

Vì Re1 = 4845 nằm trong khoảng 103-105, quá trình cấp nhiệt phụ thuộc nhiều
nguyên nhân. Nên chuẩn số Nuyxen có thể xác định theo công thức 1.25 [8] đối với
chùm ống song song:
Nu1 = 0,26*Re10,65*Pr10,65*(

)0,25*εs

Trong đó:
Pr1: chuẩn số Pran của dòng khí tra theo nhiệt độ khí,
Prt: chuẩn số Pran của dòng khí tra theo nhiệt độ bề mặt ngoài của ống trao
đổi nhiệt. Đối với dòng khí chuẩn số Pr ít thay đổi nên có thể xem (

)=1.

εs: hệ số kể đến ảnh hưởng của bước ống. Có thể bỏ qua giá trị này, εs =1.
→ Nu1 = 0,26*48450,65*0,6310,33 = 55,5
Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của khói : từ công thức V.33 [9] ta có:
Nu1 = (α1d.d2)/λ1
→ α1d = (Nu1 * λ1)/d2
α1d = (55,5*0,064)/0,036 = 98,7 (W/m2.0K).
 Xác định hệ số tỏa nhiệt bức xạ của khói:
Vì khí thải có chứa CO2 và hơi nước H2O là khí có ba nguyên tử, nên có tỏa nhiệt
do bức xạ α1b và được xác định theo công thức: α1b =
Trong đó:
t1: nhiệt độ trung bình dòng khí, oC
tw: nhiệt độ trung bình của ống trao đổi nhiệt, 0C
qb: mật độ dòng nhiệt bức xạ, qb =
Với C0 =5,67 hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối; εqd =

là độ đen quy

dẩn; và εk độ đen của khói, εw độ đen của bề mặt thép.
Xác định độ đen của thép:

Trang 20


Vì thành ống trao đổi nhiệt mỏng và hệ số dẫn nhiệt của thép lớn, nên có thể
xem nhiệt độ ở mặt trong và mặt ngoài của ống là bằng nhau và bằng nhiệt độ trung
bình của vách ống thép, tw1 = tw2 = tw.
Và lượng nhiệt trao đổi qua vách ống: q = α1.δt1 = α2.δt2; với δt1, δt2 độ chênh
lệch nhiệt độ giữa khí và nước với thành ống. Ta xem α1 = 1,05.α1d → α1 = 103,6
(W/m2.0K); α2 = 3227 (W/m2.oK)
Nên ta có: δt1 = * δt2 =

= 31 δt2 (1)

Mặc khác: δt1 + δt2 = ∆t = t1 – t2 = 485 – 55 = 430 0C
δt1 = 430 - δt2(2)
Từ (1) và (2) ta có: δt2 = tw2 – t2 = 430: 32 = 13,44 0C
Vậy nhiệt độ bề mặt ống: tw1 = tw2 = tw = 55 + 13,44 ≈ 69 0C.
Tra bảng 15 –[3] ta có độ đen của thép: εw = 0,96
Xác định độ đen của khói:
εk = εCO2 + εH2O
Để xác định độ đen của CO2 và hơi H2O, ta cần xác định quảng đường đi trung
bình của tia bức xạ:

Với bước ống ngang s1 =2,75d2, bước ống dọc s2 =2,4d2

Thông thường khói có phần thể tích rCO2 =13%, rH2O = 11%, từ đó ta tính được
phần áp suất của CO2 và H2O trong khói và xem áp suất của khói là p = 1 at:
pCO2 = rCO2*p = 0,13 at
pH2O = rH2O*p = 0,11 at
Nên ta có:

pCO2* = 0,13*23 = 2,99 cm.at

pH2O* =0,11*23 = 2,53 cm.at
Tra giản đồ hình 1-5 và 1-6 [8], ứng với nhiệt độ của khí 485oC và giá trị p* ta
có độ đen của CO2 và hơi nước: εCO2 = 0,073 ;εH2O = 0,065
→εk = 0,073 + 0,065 = 0,138
Độ đen quy dẩn: εqd =

= 0,137

Mật độ dòng nhiệt bức xạ:
qb =
Trang 21


qb = 2458

(W/m2)

Hệ số tỏa nhiệt bức xạ của khói:
α1b =

= α1b =

= 5,9 (W/m2.0K)

Hệ số tỏa nhiệt tổng hợp của khói đến bề mặt ngoài của ống
α1 = α1d + α1b = 98,7 + 5,9 = 104,6 (W/m2.0K).
 Xác định hệ số truyền nhiệt qua ống:
Khi tính đến ảnh hưởng của cặn bám và bụi thì hệ số truyền nhiệt được xác định
theo công thức : k = φ.k0.
Với: φ – hệ số bám bẩn bề mặt, đa số thiết bị có thể lấy φ = 0,65 – 0,85. Ta chọn
φ = 0,75; k0: hệ số truyền nhiệt của vách khi không có cặn bám dính. Đối với ống
mỏng và d2/d1 = 36/32 <1,4 nên hệ số truyền nhiệt có thể tính theo công thức:

Trong đó:
Chiều dày ống thép: δ = 0,5(d2 – d1) = 2 mm = 0,002 m
Hệ số dẩn nhiệt của thép: λ = 22 W/m.K
Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của nước α2 = 3227 (W/m2.oK)
Hệ số tỏa nhiệt tổng hợp của khói: α1 = 104,6 (W/m2.oK)
→

(W/m2.oK)

=>k = 0,75*100,4 = 75,3 (W/m2.oK)
 Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:

Với:
Q – lượng nhiệt mà nước nhận được từ khói, Q = 964985 (W)
k – hệ số truyền nhiệt qua vách ống, k = 75,3 (W/m2.oK)
∆t – độ chênh lệch nhiệt đô trung bình có thể tính theo sơ đồ ngược chiều:

Với ∆t1: hiệu nhiệt độ của nguồn nóng vào và nguồn lạnh ra:
∆t1 = t1’ - t2” = 600 – 85 = 515 oC
∆t2: hiệu nhiệt độ của nguồn nóng ra và nguồn lạnh vào:
∆t2 = t1” - t2’ = 370 – 25 = 345 0C
Trang 22


= 424,3 0C

→

= 30,3 (m2) ta chọn F = 31 m2

Vậy tổng diện tích trao đổi nhiệt:
Tổng số phần tử ống uống khúc:

Chiều dài của một phần tử ống uống khúc với đường kính ống trung bình
dtb = 0,5(32+36) = 34 mm = 0,034 m:
F = *dtb* *n =>

, ta chọn = 37 m

Chiều ngang của thiết bị: b = n*s1 = 8*3*0,036 = 0,864 (m)
Giả sử ta chọn chiều cao của ống (kể cả phần co nối) h = 1 m
Số hàng ống:
Chiều dài của thiết bị (dọc theo chiều chuyển động của dòng khói):
a = z*s2 =37*2,2*0,036 = 2,93 (m).
Chọn kích thước máng dẫn khí thải:
Chiều cao H = 1,2 m; Chiều rộng B = 0,9 m; Chiều dài L = 3 m
 Kiểm tra vận tốc khói trong thiết bị:
Tiết diện của thiết bị theo hướng vuông góc với chiều chuyển động của dòng
khói: A1 = B*H = 0,9*1,2 = 1,08 m2
Tiết diện của các ống: A2 = h*d2*n = 1*0,036*8 =0,288 (m2)
Vậy tốc độ dòng khói:
So với vận tốc dòng khí ban đầu ta chọn 10 m/s là có thể chấp nhận được.
Bảng III.3 Kết quả tính toán bộ trao đổi nhiệt bằng nước
Stt

Đại lượng

Giá trị

Đơn vị

1

Lưu lượng khí vào

10000

Nm3/h

2

Nhiệt độ khói vào

600

0

3

Tổng diện tích trao đổi nhiệt

31

m2

4

Kích thước ống trao đổi nhiệt

36/32

mm/mm

5

Số phần tử ống uống khúc

8

ống

6

Chiều dài của một phần tử

37

m

7

Số hàng ống

37

Hàng

8

Chiều dài của thiết bị

3

m

9

Chiều ngang của thiết bị

0,9

m

C

Trang 23


10

Chiều cao của thiết bị

1,2

m

III.3 Tính Toán Bộ Lắng Bụi Tĩnh Điện:
Sau khi được hạ nhiệt độ xuống 370oC, dòng khí được đưa qua bộ lắng bụi tĩnh
điện. Tại đây hầu hết các hạt bụi được loại bỏ khỏi dòng khí nhờ vào khả năng lắng
bụi của thiết bị là khá cao. Ta chọn thiết bị lắng bụi có cực lắng kiểu tấm bảng, các
cực lắng và cực phóng được đặt song song và xen kẻ nhau. Dòng khí thải chuyển
động ở giữa các điện cực.
Các thông số ban đầu:
Lưu lượng khí thải: Q = 10000 Nm3/h
Nhiệt độ khí thải vào: 370oC
Nồng độ bụi vào: Cv = 38,6 g/Nm3
Nồng độ bụi ra: Cr = 200 mg/Nm3
Lưu lượng khí thải ở 370oC : Q = Q*

= 10000*

= 23553 (m3/h)

=6,543 (m3/s)
Hiệu suất cần thiết kế là: η =

*100% =

*100% = 99,5 %

Xác định tiết diện ngang của thiết bị
Để đảm bảo hiệu suất làm việc của bộ lắng bụi tĩnh điện thì vận tốc dòng khí đi
trong thiết bị thường nằm trong khoảng v = 0,5-1,5 (m/s). Ta chọn vận tốc dòng khí
đi trong thiết bị là v = 1 (m/s).
Như vậy, tiết diện ngang của thiết bị là: F =
Trong đó:
Q: lưu lượng khí thải vào thiết bị ở nhiệt độ làm việc của thiết bị, (m3/s)
v: vận tốc dòng khí đi trong thiết bị, (m/s)
→F=

= 6,54 (m2)

Chọn tiết diện ngang bằng 6,6 (m). Chiều rộng của thiết bị b = 2 (m), chiều cao
của thiết bị h = 3,3 (m). Khi đó vận tốc thực trong thiết bị là: v = 0,9914 m/s.
Hiệu quả lắng bụi của thiết bị lắng bụi phụ thuộc vào kích thƣớc hạt:
η=

(CT 9.24 – [11])

Trong đó:
Ψ: hệ số tỉ lệ, hằng số đối với mọi mặt cắt bất kì, chọn ψ = 1.
ω: vận tốc di chuyển của hạt bụi về phía cực lắng, m/s.
L: Tổng chiều dài của tấm điện cực lắng, m.
Trang 24


a: khoảng cách từ cực ion hóa đến cực lắng, a = 0,1 m.
v: vận tốc trung bình của dòng khí đi giữa các tấm bản cực, v = 0,9914 m/s.
= ω[12]

Vận tốc lắng giới hạn của bụi:

Trong đó:
d: đường kính hạt bụi, ta giả sử với hạt có kích thước 2,5 μm thì đạt hiệu suất
yêu cầu là 99,5 %
ε0: độ thẩm thấu điện, ε0 = 8,85*10-12 (C/V.m)
ε: hằng số điện môi của bụi, đối với bụi rắn ε = 4-8, chọn ε = 5.
E0: cường độ điện trường ion hóa, E0 = 3,8- 4 (Kv/cm), chọn E0 = 4 (kV/cm).
µ: Độ nhớt động lực của khí ở nhiệt độ làm việc 370 0C, µ = 0,03*10-3
N.s/m2, (hình I.35 tập 1)
→ω=

(m/s)

Thay các giá trị vào công thức tính hiệu suất, ta có:
η = 1- exp(-(

)

)

→l = 6,23 m. Vậy chọn chiều dài của tấm cực lắng là l = 6,3 m.
Vì chiều dài của điện cực lắng quá lớn nên ta chia làm ba trường tĩnh điện riêng
biệt. Mỗi trường có chiều dài bản cực lắng là 2,1 m.
Xác định các điện cực:
-

Số lượng các điện cực lắng: nl =

+1

Trong đó: nl : số lượng các điện cực lắng, điện cực
b : chiều rộng của thiết bị, m
2*a: khoảng cách giữa các điện cực lắng, m
Các điện cực trái dấu trong thiết bị lắng bụi tĩnh điện thường cách nhau một
khoảng 100, 150, 200 mm. Chọn khoảng cách giữa các điện cực trái dấu là a = 100
mm, nên khoảng cách giữa các điện cực lắng là 2*a = 200 mm.
→ nl =
-

+1 = 11 (điện cực)

-

Diện tích bề mặt lắng của thiết bị:
F = 2*h*l*nl = 2*3,3*6,3*11 = 457,38 (m2)
Số dãy điện cực phóng trên một trường: n = (nl-1) = 10 (dãy)

-

Tổng số lượng điện cực phóng trên một trường: nf = (nl-1)*
Trong đó: nf : số lượng điện cực phóng trên một trường,

Trang 25


nl: số lượng điện cực lắng trên một trường, nl = 11.
A : khoảng cách giữa hai điện cực ion hóa ngoài cùng theo chiều di
chuyển của dòng khí trên một trường, A = 2,1 (m)
z: khoảng cách giữa hai điện cực ion hóa ở gần nhau, z = 0,2 (m).
A/z: số điện cực phóng trên một dãy, A/z = 10,5 điện cực. Để thuận tiện cho
việc bố trí các điện cực phóng trên một dãy, ta chọn số điện cực phóng trên một
dãy là 10 (điện cực). Khi đó khoảng cách giữa hai điện cực ion hoá ngoài cùng
theo chiều di chuyển của dòng khói là A = 2 m.
→nf = (11-1)*

= 100 (điện cực)

Kiểm tra hiệu suất lắng bụi theo kích thƣớc hạt:
η = 1- exp

(CT 9.24 – [11])

Ta có vận tốc di chuyển các hạt bụi về các điện cực lắng: ω = 33714,3*d (m/s),
chiều dài của các điện cực lắng, lấy cho cả ba trường thì l = 6,3 m.
→

η = 1- exp
Bảng III.4

Kích thước hạt, 0-5

Hiệu xuất xử lý bụi ứng với dải kích thước hạt:
5-10

10-15

µm

15-

20-30

40-

40

20

30-

60-90

>90

60

Kích thước hạt 2,5
trung bình dtb

7,5

12,5

17,5

25

35

50

75

-

Phần trăm khối 3,7
lượng, θi (%)

4,3

1,9

2,7

3,0

3,8

6,6

10

64

Vận tốc lắng ω, 0,0843 0,253 0,42
m/s

0,59

0,843

1,18

1,686 2,53

Hiệu suất lọc 99,528 99,99 100
bụi, %
99

100

100

100

100

100

100

Như vậy hiệu suất lọc bụi của thiết bị là: η =
Với: ηi - hiệu suất lọc đối với cỡ hạt i, %
θi - thành phần phần trăm theo khối lượng của cỡ hạt i
→ η = (99,528*3,7+99,9999*4,3+100*1,9+270+300+380+660+1000+6270):100
= 99,98 %.
Nồng độ bụi trong khói thải sau xử lý: 7,72 mg/ Nm3.
Hiệu điện thế tới hạn:
Cường độ tới hạn của điện trường:
Trang 26


, V/m (CT 9.31 [7])
Trong đó: R: bán kính dây điện cực ion hóa, chọn R = 0,0015 m;
β: tỉ số giữa khối lượng đơn vị của khí trong điều kiện làm việc và điều
kiện chuẩn, (t = 00c; p = 1,013*105 N/m2)
(CT 9.32 – [7])
Với : pkq: áp suất khí quyển, N/m2;
Pk: áp suất (dư hoặc âm) tương đối của khí trong thiết bị lọc, N/m2. Vì ta bố trí
quạt khói sau thiết bị khử NOx cách xa bộ lắng bụi tĩnh điện nên có thể bỏ qua tổn
thất áp suất, pk = 0
t: nhiệt độ của khí, 0C
→
Vậy cường độ tới hạn của điện trường:
(V/m) ≈
2,9.106(V/m)
Điện áp tới hạn:
(CT 9.37 – [7])
Trong đó: E0: cường độ tới hạn của điện trường mà tại đó bắt đầu xuất hiện sự
phóng điện, E0 = 2,9.106 (V/m); R1: bán kính điện cực ion hóa, R1 = 0,0015 m; a:
khoảng cách từ cực ion hóa đến cực lắng, a = 0,1 m; c: khoảng cách giữa các điện
cực ion hóa trên cùng một dảy, c = 0,1 m
Vậy hiệu điện thế tới hạn là:
= 25703,65 (V) = 25,7 (kV)
Cƣờng độ dòng điện:
I0 = Z.U.(U-U0), (A/m)
(CT 9.38 – [7])
Với U0: điện áp tới hạn, V;
U : điện áp vào cực (-) của thiết bị, chọn U = 50 kV;
Z : là hằng số phụ thuộc vào kiểu thiết bị. Đối với thiết bị lắng bụi bằng
điện kiểu tấm thì:
Z=

,

(CT 9.40 – [7])

Trong đó:
Trang 27


- hệ số phụ thuộc vào vị trí tương đối của cực ion hóa và cực thu bụi
thuộc kiểu tấm bản. Với a/c = 1 nên = 0,027 , (tr 198 – [8])
k: độ hoạt động của ion, nhận k = 2,1*10-4 (m2/V.s)
Z=

= 1,87*10-13

Vậy cường độ dòng điện:
I0 = 1,87*10-13 *50000*(50000-25703,65) = 2,27*10-4 (A/m)= 0,227 (mA/m)
Điện năng tiêu thụ:
Công suất tiêu thụ điện của thiết bị lắng bụi tĩnh điện khi không kể đến công
suất các thiết bị phụ được xác định theo công thức 9.42 – [7] như sau:

Trong đó:
- Um : điện áp biên độ của dòng điện cấp, Um = 50 kV.
-

Itb: cường độ trung bình của dòng điện trong thiết bị, A.
Itb = I0*H (9.43 – [5]), với I0 là cường độ đơn vị của dòng điện corona, I0 =
2,27*10-4 A/m; H là tổng chiều dài của các cực ion hoá, H = 100 (điện cực)
* 3,3 (m) * 3 (trường) = 990 (m).
Nên Itb = 2,27*10-4*900 = 0,22473 (A).

-

Kφ: hệ số dạng đường cong của dòng điện, kφ= 1,2 -1,5; chọn kφ= 1,2.

-

ηe: hiệu suất của thiết bị, chọn ηe = 0,8.
Cos φ: hệ số công suất, chọn Cos φ = 0,75.
1,41 là hệ số chuyển đổi từ giá trị điện áp biên độ sang giá trị điện áp hiệu
quả.

Ta có công suất của thiết bị là:

(kW)

Tổn thất nhiệt:
Theo tài liệu vận hành thiết bị lọc bụi tĩnh điện của nhà máy nhiệt điện Phả Lại
thì nhiệt độ dòng khí vào là 121 0C, nhiệt độ dòng khí ra là 116 0C. Trong khoảng
nhiệt độ thay đổi ít (5 0C), ta có thể xem lưu lượng và nhiệt dung riêng đẳng áp của
dòng khí vào và dòng khí ra là bằng nhau. Nên tổn thất nhiệt lượng qua thiết bị có
thể tính theo tổn thất nhiệt độ:
Như vậy lượng nhiệt tổn thất ở thiết bị này ta cũng lấy 4% so với lượng nhiệt
dòng khí mang vào thiết bị.
Nhiệt lượng vào: Qv = Gv*Cp,vào*tv (*)
Tại nhiệt độ khí thải 370 0C ta tra bảng 5 – [3] ta có các thông số:
Trang 28


Khối lượng riêng: ρ370= 0,554 (kg/m3)
Nhiệt dung riêng đẳng áp: Cp,vào,370= 1,142 (kJ/kg.độ)
Trong đẳng thức (*) ở trên thì:
-

G: lưu lượng khối lượng của dòng khí vào, G= Q*ρ370= 6,54*0,554 = 3,623
(kg/s)
Cp: nhiệt dung riêng đẳng áp, Cp,370= 1,142 (kJ/kg.độ)
tv: nhiệt độ dòng khí vào thiết bị, tv = 370 0C.
→Qv = 3,623*1142*370 = 1530930 (W)

Gọi tr là nhiệt độ của dòng khí ra khỏi thiết bị, khi đó lượng nhiệt dòng khí toả ra
để hạ nhiệt độ từ tv xuống đến tr là:
Q = Gv *Cp,vào*(tv- tr) = Qtt = 0,04*Qv
→3,623*1142*370 - 3,623*1142*tr = 0,04*3,623*1142*370
→tr = 355 0C.
Chọn lại kích thƣớc thiết bị:
Vỏ thiết bị cách các điện cực lắng 10 cm, phía trên có bố trí các thanh xà ngang
và các khung treo điện cực chiếm 20 cm, Bên dưới của thân thiết bị là các phểu thu
bụi, chọn chiều cao của phểu là 1,2 m. Để thuận tiện trong việc thu bụi và vận
chuyển bụi, bố trí thân thiết bị cách mặt đất 2 m. Thiết bị được thiết kế gồm ba
trường tĩnh điện riêng biệt, chọn khoảng cách giữa các trường gần nhau là 0,5 m.
Trong khoảng không gian này ta bố trí hệ thống rung gõ để giũ bụi và các bộ phân
phối lại dòng khí.Đầu vào của dòng khí bố trí chụp khuếch tán để đưa dòng khí vào
đều trong thiết bị, đầu ra của dòng khí có chụp tập trung để thu dòng khí ra. Chọn
chiều dài của mỗi cái chụp là 0,55 m. Như vậy kích thước của bộ lắng bụi là
8,4*2,2*3,5 m.
Bảng III.5 Các thông số kĩ thuật của thiết bị lắng bụi tĩnh điện:
Stt

Các đại lƣợng

Đơn vị

Kết quả

1

Lưu lượng khói vào

Nm3/h

10000

2

Nhiệt độ khói

0

370

3

Hiệu suất lắng bụi tính toán

%

99,98%

4

Vận tốc dòng khí

m/s

1

5

Kích thước thân thiết bị, L*B*H

m

7,3*2,2*3,5

6

Tổng chiều cao xây dựng

m

5,5

7

Tổng chiều dài thiết bị

m

8,4

8

Tổng diện tích bề mặt lắng

m2

457,38

9

Số trường tĩnh điện

Trường

3

C

Trang 29


10

Số điện cực lắng/trường

Tấm

11

11

Số dãy điện cực phóng/trường

Dãy

10

12

Số điện cực phóng/trường

Điện cực

100

13

Chiều dài điện cực ion hoá

m

3,3

14

Tổng chiều dài điện cực ion hoá

m

990

15

Cường độ dòng điện

mA/m

0,227

16

Điện áp làm việc

kV

50

17

Điện áp tới hạn

kV

25,7

18

Điện năng tiêu thụ

kW

8,965

III.4Tính Toán Thiết Bị Khử NOx:
Khí thải sau khi được xử lý bụi bằng bộ lắng bụi tĩnh điện được đưa vào tháp
xử lý NOx. Chọn phương pháp xử lý là khử xúc tác chọn lọc, với chất khử là
dung dịch NH3, xúc tác V2O5. Nhiệt độ làm việc của quá trình là nhiệt độ của
khói thải ra sau bộ lắng tĩnh điện (t= 3550C).
 Các thông số đầu vào thiết kế:
Lưu lượng khí thải: 10000 Nm3/h
Nhiệt độ làm việc: 3550C
Nồng độ NOx vào: 4000 mg/Nm3
Nồng độ NOx ra: 674 mg/Nm3
Lưu lượng khí thải ở 3550C:
V355 = V0

m3/h = 6,4 (m3/s) = 2,8 (Nm3/s)

Để khí thải đầu ra đạt được nồng độ NOx theo tiêu chuẩn thải thì hiệu suất của
quá trình xử lý là:

 Các phản ứng xảy ra trong thiết bị:
Dưới tác dụng của NH3 trên nền xúc tác V2O5 ở nhiệt độ 350 0C, thì NOx bị
khử thành Nitơ tự do theo các phản ứng sau:
Khi không có mặt Oxi:
6NO + 4NH3 → 5N2 + 6H2O(1)
6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O
(2)
Khi có mặt của Oxi:
4NO+4NH3 + O2 4N +6H2O. (3)
2
2NO2+4NH3+O2 2+6H2O. (4)
3N
Trang 30


Bên cạnh các phản ứng khử NOx còn xảy ra một số phản ứng phụ như: oxi
hoá NH3, SO2, tạo muối amôn:
4NH3 + 3O2 =2N2+6H2O
4NH3 + 5O2 =4NO+6H2O
2SO2 + O2 → 2SO3
2SO3 + NH3 +H2O → NH4HSO4
Trong điều kiện có xúc tác V2O5 trên nền oxit Titan, NH3 ưu tiên phản ứng
với NOx theo các phản ứng từ (1) đến (4). Tuy nhiên, trong dòng khí thải đi vào
tháp có chứa lượng oxi dư từ quá trình đốt, lượng oxi này đủ dư để tham gia vào
các phản ứng (3) và (4) nên trong trường hợp này quá trình khử NOx chủ yếu xảy
ra theo hai phản ứng (3) và (4). Để đơn giản, ta giả sử quá trình khử NOx trong
thiết bị chỉ xảy ra theo hai phản ứng (3) và (4).
 Xác định lƣợng NH3 cần dùng:
Lượng NOx trong khói thải: 4000 (mg/Nm3)*10000 (Nm3/h) = 4*107
(mg/h)= 40(kg/h)
Trong đó: NO2 chiếm một lượng nhỏ từ 5-10 % tổng lượng NOx. Vì số mol
NH3 tiêu tốn cho phản ứng khử một mol NO2 lớn gấp đôi cho phản ứng khử một
mol khí NO nên ta giả sử rằng NO2 chiếm 10% tổng lượng NOx.
- Lượng NO trong khí thải: mNO = 90%*40 = 36 (kg/h)
- Lượng NOx trong khí thải: mNO2 = 10%*40 = 4 (kg/h)
Với yêu cầu hiệu suất của thiết bị phải khử được 83,15 % lượng NO x trong
khí thải nên:
- Lượng NO cần xử lý là: 36*0,8315 = 29,943 kg/h = 997,8 (mol/h)
- Lượng NO2 cần xử lý là: 4*0,8315 = 3,326 kg/h = 72,3 (mol/h)
Ta gọi m1, n1 là khối lượng và số mol NH3 trong phản ứng (3); m2, n2 là khối
lượng và số mol NH3 trong phản ứng (4), ta có:
Lượng NH3 cần thiết để xử lý NO:
Lượng NH3 cần thiết để xử lý NO2:
Vậy lượng NH3 cần thiết là: mNH3 = m1 + m2 = 16962,6+2458,2 = 19420,8
(g/h) = 19,42 (kg/h) = 1142,4 (mol/h)
Thông thường lượng NH3 bị tổn thất do tham gia vào các phản ứng phụ, tuy
lượng này nhỏ không đáng kể nhưng có thể gây thiếu NH3 cho quá trình khử.
Nhưng nếu cho dư NH3 quá nhiều sẽ gây ô nhiểm NH3. Ta giả sử lượng
Trang 31


NH3tham gia vào các phản ứng phụ chiếm 5% so với tham gia vào phản ứng khử.
Vậy lượng NH3 thực tế cần dùng là: mNH3,dư + mNH3,tt, trong đó:
- mNH3,pư: lượng NH3 tham gia phản ứng khử NOx, mNH3,pư= 19420,8 (g/h)
mNH3,tt: lượng NH3 tham gia các phản ứng phụ,
mNH3,tt = 0,05*19420,8 = 971,04 (g/h)
→ mNH3,sd = 19420,8 + 971,04 = 20391,84 (g/h) = 1199,52 (mol/h)
-

Trong thực tế, việc sử dụng trực tiếp dung dịch NH3 làm tác nhân khử gần
như là không thể vì việc lưu trữ NH3 là rất khó khăn. Vì vậy ta phải tạo dung dịch
NH3 một cách gián tiếp từ quá trình thuỷ phân urê và phân huỷ urê theo phản ứng
sau:(NH2)2CO + H2O = 2NH3 + CO2
Như vậy lượng urê cần dùng là:
nurê = 0,5* nNH3 = 0,5*1199,52 = 599,76 (mol/h)
murê = Murê*nurê = 60*599,76 = 35985,6 (g/h) = 36 kg/h
Tuy nhiên urê không thể được sử dụng dưới dạng tinh chất được do ở trạng
thái thông thường thì urê là một chất ở dạng bột và không thể đưa vào hỗn hợp
khí thải với một lượng xác định được. Vì vậy ta phải sử dụng urê dưới dạng dung
dịch, và một loại dung dịch urê rất nổi tiếng đã được thương mại hóa có tên gọi
là AdBlue (dung dịch 32,5% urê).
Lượng dung dịch urê 32,5 % cần dùng trong một giờ là:
→
Vậy lượng dung dịch urê cần dùng là:
Vdd = 35985,6+ 74739,32 =110724,92 (g/h) = 111 (lít/h)
 Xác định thể tích xúc tác:
Xúc tác được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là V2O5-TiO2. Đây là loại xúc
tác thương mại dạng ống vuông có thành phần hoạt tính V2O5 chiếm 0,8 % trên
nền chất mang là oxit Ti tan, có hằng số tốc độ phản ứng ở 320 0C là 8,16 (l/s), ở
400 0C là 10.8 (l/s), ta chọn ở 355 0C là k0 = 9,04 (l/s) với độ rỗng của xúc tác là
0,6.
Thể tích xúc tác được xác định theo công thức:
[13]
Trong đó:
- G: lưu lượng khí thải vào (tính theo điều kiện chuẩn), G = 2,8 (Nm3/s)
- α: hệ số tính đến sự giảm xúc tác, α = 0,2
Trang 32


-

k0: hằng số tốc độ phản ứng ở thời điểm đầu, k0 = 9,04 (l/s)

-

η: hiệu suất xử lý theo yêu cầu, η = 0,8315
CNH3,ra: nồng độ dư cao nhất cho phép, là giới hạn nồng độ để khống chế

tác hại của NH3 dư, chọn CNH3,ra=10 mg/Nm3.
- CNox,vào: nồng độ NOx vào thiết bị, CNox,vào= 4000 mg/Nm3.
(m3)

→

Với độ rỗng của xúc tác là 60% thì thể tích thực của lớp xúc tác là:

Thời gian lưu của khí trong lớp xúc tác:
Trong đó:
-

V: thể tích phần rỗng của xúc tác, V= 60%Vxt = 13,5 m3
G: lưu lượng khí đi trong lớp xúc tác, G = 6,4 (m3/s)

 Xác định kích thƣớc thiết bị:
Chọn tháp khử NOx dạng hình hộp chữ nhật, bên trong chứa lớp xúc tác theo
hình hình dạng của tháp nên tiết diện ngang của lớp xúc tác có kích thước là a*a,
chiều cao của lớp xúc tác là Hxt= 2*a. Như vậy, thể tích lớp xúc tác là:
a*a*2a = 22,5 → a = 2,24 (m).
Tiết diện ngang của lớp xúc tác: Sxt = a*a = 2,24*2,24 = 5,018 m2. Tổng
chiều cao của lớp xúc tác: Hxt= 2*a = 4,48 (m).
Tiết diện ngang của tháp (SSCR) : thông thường tiết diện ngang của tháp
lớn hơn 15 % so với tiết diện ngang của xúc tác để tạo không gian cho các thiết
bị phụ và lắp đặt.[14].
SSCR = 1,15*Sxt = 5,8 m2
Chọn kích thước tháp có cạnh at = 2,4 m.
-

Chiều cao của tháp: H = Hxt*ac, với:
Hxt: chiều cao lớp xúc tác, Hxt = 4,48

- ac: hệ số ảnh hưởng của số tầng lớp xúc tác, để tăng khả năng tiếp xúc tối
đa của NH3 với khí thải và lớp xúc tác ta chia lớp xúc tác làm 4 tầng riêng biệt.
Khi đó ac = 1,7.
→ H = 4,48*1,7 = 7,62 (m)
Chiều cao xây dựng:Hxd = H + Hđáy + Hđỉnh
Ta chọn chiều cao đáy bằng 1,5 m chiều cao đỉnh bằng 0,5 m.
Trang 33


→Hxd = 7,62 + 2 = 9,62 (m)
Chiều cao một lớp xúc tác: Hxt/4 = 4,48/4 = 1,12 (m)
Khảng cách giữa hai lớp xúc tác: l = 0,7*1,12 = 0,78 (m).
Bảng III.6 Các thông số cơ bản của thiết bị khử xúc tác chọn lọc(SCR)
Stt

Thành phần

Giá trị

Đơn vị

1

Hình dạng

-

2

Kích thước đáy

2,4*2,4

(m2)

3

Chiều cao tháp

7,62

M

4

Chiều cao xây dựng

8,62

m

5

Thể tích xúc tác

22,5

m3

6

Số lớp xúc tác

4

Lớp

7

Khoảng cách giữa hai
lớp xúc tác

0,78

m

Hình hộp chữ nhật

III.5 Tính Toán Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt Ống Chùm:
Khí thải sau khi được xử lý NOx bởi tháp khử xúc tác chọn lọc được đưa vào
thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm để hạ nhiệt độ dòng khí xuống đến nhiệt độ làm
việc của quá trình hấp thụ SO2 bằng dung dịch CaCO3. Hiệu suất xử lý SO2 phụ
thuộc nhiều vào nhiệt độ của khí thải, để quá trình hấp thụ đạt trên 95% thì yêu cầu
nhiệt độ khí thải phải nhỏ hơn 150 oC[5]. Vì vậy ta chọn nhiệt độ vào thấp hấp thụ
là 120 oC.
Trong thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm, ta chọn tác nhân làm nguội khí là không
khí sạch để tận dụng nguồn nhiệt của khí thải cung cấp không khí nóng cho buồng
đốt của lò hơi. Khí thải đi trong ống để hạn chế tổn thất nhiệt ra môi trường, không
khí sạch chuyển động cắt ngang bên ngoài ống. Chọn ống trao đổi nhiệt làm bằng
thép cacbon chịu nhiêt, có đường kính ống d2/d1 = 53/50, trong đó d2, d1 lần lượt là
đường kính ngoài và đường kính trong của ống. Tra bảng 17 – [8] ta có hệ số dẫn
nhiệt của thép ở khoảng nhiệt độ 200 0C là λ = 50,2 W/m.0K.
 Các thông số ban đầu:
Đối với dòng khí thải:
Nhiệt độ khí thải vào: t1’ = 355 oC
Nhiệt độ khí thải ra: t1’’ = 120 oC
Nhiệt độ trung bình của dòng khí thải trong thiết bị:
t1 = 0,5 (t1’ + t1’’) = 237,5 oC
Trang 34


Tại nhiệt độ trung bình của dòng khói t1 = 237,5 oC ta có các thông số vật lý của
khói thải như sau: bảng 5 – [8]
- Khối lượng riêng của khói: ρ355 = 0,571 (kg/m3).
-

Nhiệt dung riêng đẳng áp: Cp,1= 1106 (J/kg.độ)
Hệ số dẫn nhiệt: λ1 = 4,32*10-2 (W/m.độ)
Độ nhớt động: ν1 = 37,68*10-6 (m2/s)

- Chuẩn số Pran: Pr1 = 0,6625
Lưu lượng khí thải ở 355 oC:
(m3/h) = 6,39 (m3/s)

G=

Lưu lượng khối lượng của dòng khí thải: G1 = G* ρ355 = 6,39*0,571 = 3,65 (kg/s)
Đối với dòng không khí sạch:
Nhiệt độ không khí vào: t2’ = 25 oC
Nhiệt độ không khí ra: t2’’= 235 oC
Nhiệt độ trung bình của dòng không khí: t2 = 0,5(25+235) = 130 oC
Tại nhiệt độ trung bình của không khí là 130 oC ta tra bảng 4 – [8] ta có:
-

Nhiệt dung riêng đẳng áp,

= 1011 (J/kg.độ)

-

Khối lượng riêng, ρ2 = 0,876 (kg/m3)

-

Hệ số dẫn nhiệt, λ2 = 3,275*10-2 (W/m.độ)
Độ nhớt động, ν2 = 26,625 *10-6 (m2/s)
Chuẩn số Pran, Pr2 = 0,685

 Cân bằng nhiệt lƣợng:
Lượng nhiệt khí thải toả ra để hạ nhiệt độ từ 355 0C xuống 120 oC
Q1 =

, Trong đó:

- G1: lưu lượng khối lượng khí thải, G1 = 3,65 (kg/s)
- Cp,1: nhiệt dung riêng đẳng áp của khí thải, Cp,1= 1106 (J/kg.độ)
→Q1 = 3,65*1106*(355-120) = 948671,5 (W)
Lượng nhiệt dòng không khí nhận được từ dòng khí thải:
Q2 =
Trong đó:
-

G2: lưu lượng khối lượng không khí vào

-

Cp,2: nhiệt dung riêng đẳng áp, ,

= 1011 (J/kg.độ)

Vì khói nóng đi trong ống, ta giả sử toàn bộ lượng nhiệt khói toả ra đều được không
khí hấp thụ vào nên: Q1 = Q2 =
→ G2 =

(kg/s)

Trang 35


 Xác định hệ số toả nhiệt của khói tới vách trong của ống:
Hệ số toả nhiệt đối lƣu:
Chuẩn số Raynol của khói:

, trong đó:

-

ω1: tốc độ dòng khí thải đi trong ống, vận tốc dòng khí đi trong ống từ 2 -20

-

(m/s) [3], ta chọn ω1 = 12 (m/s)
d1: đường kính trong của ống, d1 = 50 mm = 0,05 m
ν1: độ nhớt động của khí thải, ν1 = 37,68*10-6 (m2/s)

Vì Re1 = 15924 > 104 nên dòng khí thải chuyển động rối trong ống, theo công
, trong đó:

thức 1-18 [3] ta có:

, Pr của khói ít phụ thuộc vào nhiệt độ nên lấy A= 1.

-

A=

-

εs, εk: hệ số kể đến ảnh hưởng của bước ống và chiều dài ống, khi giả thiết
chiều dài ống l

50 d1 thì εs = 1, vì ống thẳng nên εk = 1.

Nên hệ số toả nhiệt đối lưu của khói tới mặt trong của ống:

Hệ số toả nhiệt bức xạ của khói:
Vì khí thải có chứa CO2 và hơi nước H2O là khí có ba nguyên tử, nên có tỏa nhiệt
do bức xạ α1b và được xác định theo công thức: α1b =

, trong đó: t1: nhiệt độ

trung bình dòng khí, 0C; tw: nhiệt độ trung bình của ống trao đổi nhiệt, 0C;
qb: mật độ dòng nhiệt bức xạ, qb =
Với C0 =5,67 hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối; εqd =

là độ đen quy dẫn; và

εk độ đen của khói, εw độ đen của bề mặt thép.
- Xác định độ đen của thép:
Để xác định độ đen của thép ta cần xác định nhiệt độ bề mặt trong của ống tw1.
Do ống có bề dày nhỏ và hệ số dẫn nhiệt lớn nên ta có thể xem nhiệt độ bên trong
và bên ngoài thành ống là bằng nhau tw1 = tw2= tw. Mặt khác, vì dòng chuyển động
bên trong ống là khí thải, bên ngoài ống là không khí nên hệ số toả nhiệt đối lưu của
khói và không khí sẽ là tương đương nhau. Nên ta có thể ước lượng nhiệt độ bề mặt
vách ống là nhiệt độ trung bình của khói t1 và không khí t2.
4 (0C) → εw = 0,96[8]
Trang 36


- Xác định độ đen của khói:
εk = εCO2 + εH2O
Để xác định độ đen của CO2 và hơi H2O, ta cần xác định quảng đường đi trung
bình của tia bức xạ l, khi dòng khói chuyển động bên trong ống đường kính trong
d1:
(cm)
Thông thường khói có phần thể tích rCO2 =13%, rH2O = 11%, từ đó ta tính được
phần áp suất của CO2 và H2O trong khói và xem áp suất của khói là p = 1 at:
pCO2 = rCO2*p = 0,13 at
pH2O = rH2O*p = 0,11 at
Nên ta có:

pCO2* = 0,13*4,5 = 0,585 cm.at

pH2O* =0,11*4,5 = 0,495 cm.at
Tra giản đồ hình 1-5 và 1-6 [8], ứng với nhiệt độ của khí 237,5 oC và giá trị p*
ta có độ đen của CO2 và hơi nước: εCO2 = 0,037;εH2O = 0,03.
→εk = 0,037+0,03 = 0,067
Độ đen quy dẫn: εqd =

= 0,0668

Mật độ dòng nhiệt bức xạ:
qb =
-

(W/m2)

Hệ số tỏa nhiệt bức xạ của khói:

α1b =
-

= 253
= α1b =

= 4,729 (W/m2.oK)

Hệ số tỏa nhiệt tổng hợp của khói đến bề mặt trong của ống:

α1 = α1d + α1b =

+ 4,729 = 40,153 (W/m2.oK).

 Xác định hệ số toả nhiệt của không khí tới vách ngoài của ống
Chuẩn số Raynol của khí:
Re2 =
Trong đó
- ω2 : vận tốc dòng khí, ω2 = 6 - 10 m/s, ta chọn ω1 = 8 m/s;
- d2: đường kính ngoài của ống trao đổi nhiệt, d2= 53 mm.
- ν2: Độ nhớt động của không khí, ν2 = 26,625 *10-6 (m2/s)
→ Re2 =

= 15925

Vì Re2 = 15925 nằm trong khoảng 103-105, quá trình cấp nhiệt phụ thuộc nhiều
nguyên nhân. Nên chuẩn số Nuyxen có thể xác định theo công thức 1.25 [8] đối với
chùm ống song song:

Trang 37


Nu2 = 0,26*Re20,65*Pr20,33*(

)0,25*εs

Trong đó:
Pr2: chuẩn số Pran của dòng không khí tra theo nhiệt độ dòng khí.
Prt: chuẩn số Pran của dòng khí tra theo nhiệt độ bề mặt ngoài của ống trao đổi
nhiệt. Đối với dòng không khí chuẩn số Pr ít thay đổi nên có thể xem (

)=1.

εs: hệ số kể đến ảnh hưởng của bước ống. Có thể bỏ qua giá trị này, εs =1.
→ Nu2 = 0,26*159250,65*0,6850,33 = 123,62
Hệ số tỏa nhiệt trung bình của không khí đến bề mặt ngoài chùm ống khi bỏ qua
ảnh hưởng của hàng ống: từ công thức V.33 [1] ta có:
Nu2 = (α2d.d2)/λ2
→ α2d = (Nu2 * λ2)/d2
α2d = (123,62*3,275*10-2)/0,053 = 76,4 (W/m2.oK).
Không khí khô chủ yếu gồm O2 và N2 là khí hai nguyên tử nên không có bức xạ.
Và d2/d1 = 53/50 = 1,06 < 1,4 nên hệ số truyền nhiệt được tính theo vách phẳng:

Trong đó:
Chiều dày ống thép: δ = 0,5(d2 – d1) = 1,5 mm = 0,0015 m
Hệ số dẫn nhiệt của thép: λ = 50,2 W/m.K
Hệ số toả nhiệt tổng hợp của khói: α1 = 40,153 (W/m2.oK).
Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của không khí α2 = 76,4 (W/m2.oK)
→

(W/m2.oK)

Khi kể đến bụi trong khói thì hệ số truyền nhiệt thường được nhân thêm với hệ
số φ = 0,65 – 0,85. Vì khí thải đã được làm sạch bụi trước đó nên ta chọn φ = 0,85.
=>k = 0,85*26,3 = 22,35 (W/m2.oK)
 Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:

[8]

Với Q – lượng nhiệt mà không khí nhận được từ khói, Q = 948671,5 (W)
k – hệ số truyền nhiệt qua vách ống, k = 22,35 (W/m2.0K)
∆t – độ chênh lệch nhiệt đô trung bình có thể tính theo sơ đồ ngược chiều:

Với ∆t1: hiệu nhiệt độ của khí thải vào và không khí ra
∆t1 = t1’ - t2” = 355 – 235 = 120 oC
Trang 38


∆t2: hiệu nhiệt độ của khí nóng ra và không khí vào
∆t2 = t1” - t2’ = 120 – 25 = 95 oC
→

= 107 oC
= 397 (m2)

Vậy tổng diện tích trao đổi nhiệt:
Tổng số ống cần dùng là:

Chiều dài mỗi ống:
Chọn chiều dài ống là l = 9,4 m
Chọn cách bố trí ống theo hình sáu cạnh, khi đó ta có: [10]
- Số ống trên đường xuyên tâm của hình sáu cạnh là b = 19 ống;
- Số hình sáu cạnh là 9
- Số ống trên một cạnh của hình sáu cạnh ngoài cùng là a = 10 ống.
Xác định đường kính trong của thiết bị:
D = t*(b-1)+4d
( V.140 – [10])
Trong đó:
- b: số ống trên đường xuyên tâm của hình sáu cạnh, b = 19
- d: đường kính ngoài của ống, d = d2 = 0,053 m.
- t: bước ống, khoảng cách giữa hai ống trên đường xuyên tâm, chọn t = 1,3d =
0,0689 (m)
→ D = 0,0689*(19-1) +4*0,053 = 1,4522 (m), chọn D = 1,46 m
Bảng III.6 Các thông số thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm
Stt

Thông số

1

Giá trị

Kiểu thiết bị

Ống chùm
2

2

Diện tích trao đổi nhiệt, (m )

397

3

Số ống TĐN, (ống)

271

4

Chiều dài ống, (m)

9,4

5

Đường kính trong của thiết bị, m

1,46

III.6 Tính Toán Tháp Hấp Thụ SO2:
Khí thải sau khi được hạ nhiệt độ bằng bộ trao đổi nhiệt ống chùm được đưa vào
tháp hấp thụ SO2 kiểu tháp rửa khí rỗng nhờ quạt khói. Trong tháp hấp thụ khí đi từ
dưới lên, dung dịch hấp thụ đi từ trên xuống nhờ bơm và giàn phun lỏng. Khi
Trang 39

Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than

Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than

Empfohlen

Empfohlen

Weitere ähnliche Inhalte

Was ist angesagt?

Was ist angesagt? (20)

Andere mochten auch

Andere mochten auch (20)

Ähnlich wie Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than

Ähnlich wie Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than (20)

Mehr von Linh Linpine

Mehr von Linh Linpine (20)

Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than