Bài giảng Công nghệ xử lý khí thải - Bài 6: Tính toán lựa chọn thiết bị xử lý bụi thải - Nguyễn Văn Hiển

Tính toán lựa chọn thiết bị xử lý bụi thảiCăn cứ vào trạng thái vật lý của các chất ô nhiễm mà chia chúng ra: Các chất ô nhiễm tồn tại dưới dạng hạt, có kích thước, tỷ trọng như các hạt sương, khói, bụi đất đá, bụi xi măng, bụi gỗ đều được gọi chung là bụi (hay chất ô nhiễm dạng hạt).Căn cứ vào tính chất là các chất ô nhiễm dạng này có kích thước, tỷ trọng mà các thiết bị xử lý bụi đều tập trung vào việc sử dụng những tính chất này như: Nguyên lý lắng, ly tâm, quán tính, lọc túi vải, tĩnh điện để xử lý bụi, hay chất ô nhiễm dạng hạt.Các chất ô nhiễm dạng khí: Là những chất ô nhiễm có thể hòa tan lẫn vào trong không khí như hơi axit, hơi dung môi, SO2, NOx vv Tự bản thân nó có thể nặng hoặc nhẹ hơn không khí, nhưng chênh lệch là không đáng kể, do đó để xử lý khí thải người ta thường sử dụng các nguyên lý hấp phụ, hấp thụ, thiêu đốt để xử lý.Lựa chọn thiết bị xử lý bụiKhái niệm về bụi: Bụi là một hê thống gồm 2 pha:Pha rắn rời rạc gồm các hạt có kích thước trong khoảng từ kích thước nguyên tử đến kích thước nhìn thấy được bằng mắt thường, có khả năng tồn tại lơ lửng trong các khỏang thời gian dài ngắn khác nhau.Pha khí là các sol khí, cũng gồm các hệ vật chất rời rạc từ các hạt thể rắn, thể lỏng tồn tại lơ lửng trong thời gian dài không hạn định. Tốc độ lắng chìm của các hạt này là rất bé, kích thước hạt bé gần bằng kích thước nguyên tử, các hạt lớn nhất có kích thước từ 0,2 - 1μ.Phân loại bụi theo kích thước hạt: gồm có:Bụi thô, cát bụi (Grit) gồm những hạt có đường kính tương đương của hạt δ > 75μm.Bụi (dust): là những hạt có kích thước nhỏ hơn bụi thô (5 – 75 μm) Phân loại bụi theo kích thước hạt: gồm có:Khói (smoke): gồm các hạt vật chất có thể là rắn hoặc lỏng được tạo ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu hoặc quá trình ngưng tụ có kích thước hạt δ = 1-5 μm.Khói mịn (fume): Gồm những hạt chất rắn rất mịn, kích thước hạt δ< 1 μm.Sương (mist): gồm những hạt chất lỏng có kích thước δ < 10 μm. Khi mật độ các hạt này đủ dày làm hạn chế tầm nhìn thì gọi là sương giá.Những hạt có ảnh hưởng lớn nhất tới sức khỏe con người là hạt có δ < 10 μm gọi là bụi hô hấp. Chúng có thể thâm nhập sâu vào tận phổi trong quá trình hô hấp.Buồng lắng bụiNguyên lý cơ bản: Bụi là chất ô nhiễm có kích thước và trọng lực, nó luôn có xu hướng bị lắng đọng lại khi vận tốc dòng khí mang nó, nhỏ hơn vận tốc treo của cỡ hạt đó.Vậy nguyên lý cơ bản của buồng lắng bụi là làm giảm vận tốc dòng khí xuống thấp hơn vận tốc treo của cỡ hạt cần lọc. Khi đó hạt sẽ lắng xuống và được giữ lại trong buồng lắng.Cấu tạo của buồng lắng: Cấu tạo của buồng đơn giản chỉ là một không gian hình hộp, mà diện tích tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần tiết diện đường ống dẫn khí vào buồng. Sẽ làm cho vận tốc dòng khí giảm xuống, hạt bụi sẽ lắng lạiBuồng lắng bụi Khi hạt bụi có đường kính δ rơi với vận tốc v, rơi được một đoạn h trong khoảng thời gian t thì: Độ cao rơi h = v * t (v là vận tốc rơi của hạt bụi).Nếu h < H hạt bụi sẽ đi ra khỏi buồng lắng;Nếu h ≥ H thì tất cả những hạt bụi có đường kính δ sẽ bị giữ lại trong buồng lắng.Buồng lắng bụiBiện pháp nâng cao hiệu quả lọc của buồng lắng bụi: Để có thể nâng cao hiệu quả lọc của buồng lắng, ta có 2 giải pháp:Tăng độ cao rơi h, khi H = const.h là không đổi, giảm chiều cao của buồng lắng, với điều kiện đảm bảo năng xuất lọc, tức lưu lượng khí cần lọc là không đổi.Cách thứ hai có thể thực hiện bằng cách chia chiều cao buồng lắng ra thành nhiều tầng đều nhau có chiều cao Hi. Khi đó lưu lượng đi qua Li đều giảm xuống theo một tỷ lệ như nhau. Buồng lắng bụiPhạm vi ứng dụng buồng lắng bụi: Buồng lắng bụi thường được sử dụng để lọc bụi thô, có kích thước lớn, như bụi gỗ, bụi bông vải, bụi lò nấu nhôm, bụi có tính bám dính cao vvThường được sử dụng làm thiết bị lọc sơ cấp, trước khi vào thiết bị lọc tinh khác Cấu tạo của buồng lắng bụi nhiều tầngBuồng lắng bụiƯu điểm của buồng lắng bụi: Đơn giản, dễ chế tạo, dễ vận hành, rẻ tiền, có thể xử lý tốt bụi thải có nhiệt độ cao hoặc những bụi có kích thước lớn. Có trở lực thấp.Không bị tắc nghẽn thiết bị xử lý, thu gom và lấy bụi thải ra dễ dàng.Có thể xử lý tốt các loại bụi ướt, có tính bám dính cao như bụi sơn, hơi dầu mỡ. Nhược điểm: Thiết bị xử lý thường có kích thước lớn, cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích.Hiệu quả xử lý bụi thấp, đặc biệt là đối với loại bụi có kích thước nhỏ mịn, đôi khi không đạt tiêu chuẩn môi trường. Thiết bị lọc bụi quán tínhNguyên lý cơ bản: Thiết bị sẽ làm thay đổi hướng chuyển động của dòng khí một cách liên tục, lặp đi lặp lại bằng nhiều vật cản có hình dáng khác nhau. Khi hướng dòng khí thay đổi, do các hạt bụi có quán tính lớn, nên giữ nguyên hướng chuyển động ban đầu của nó và va đập vào vật cản, mất động năng và rơi xuống đáy thiết bị.Dòng chảy bị thu hẹp tiết diện, làm cho các hạt bụi bị ép sát vào thành vật cản 3, lọt vào khe 2 và rơi vào bẫy bụi 3 sau đó rơi vào phễu chứa bụiThiết bị lọc bụi quán tính kiểuVenturiThiết bị lọc bụi quán tínhThiết bị lọc bụi quán tính kiểu màn chắn uốn cong Dòng khí đi qua các khe hở giữa các tấm chắn được uốn cong, đặt sole với nhau. Các tấm chắn phía trước sẽ chặn dòng khí làm cho chúng chuyển hướng chuyển động theo các gờ cong. Khi đó nhờ lực quán tính, bụi chuyển động thẳng và được giữ lại trong lòng máng, rơi xuống phễu chứa bụi của thiết bị.Thiết bị lọc bụi quán tínhƯu điểm của thiết bị lọc bụi quán tính: Đơn giản, dễ chế tạo, dễ vận hành, rẻ tiền, có thể xử lý bụi có nhiệt độ cao hoặc những bụi có kích thước lớn. Có trở lực thấp.Ít bị tắc nghẽn do bụi, thu gom và lấy bụi thải ra dễ dàng.Có thể xử lý tốt các loại bụi ướt, có tính bám dính cao như bụi sơn, hơi dầu mỡ. Nhược điểm: Hiệu quả xử lý thấp đối với loại bụi có kích thước nhỏ mịn.Không có khả năng xử lý đối với các loại bụi lỏng như sương, khói, hơi. Phạm vi ứng dụng thiết bị lọc bụi quán tính: Thiết bị lọc quán tính thường được sử dụng để lọc bụi có nhiệt độ cao, có kích thước, tỷ trọng lớn hoặc bụi có tính bám dính cao vvXiclon lọc bụi ly tâm Nguyên lý làm việc: Bụi đi vào xiclon theo phương tiếp tuyến với phần thân hình trụ đứng. Không khí sẽ chuyển động xoắn ốc bên trong phần thân hình trụ. Hạt bụi sẽ sẽ va chạm với phần đáy hình phễu, mất động năng, rơi xuống đáy phễu. Phía đáy phễu có lắp van xả bụi, để xả bụi khi cần thiếtPhần không khí đã lọc sạch bụi tiếp tục chuyển động xoáy đi vào ống thải hình trụ tại trung tâm của thân xiclon và đi ra ngoài.Vận tốc xoáy của không khí càng cao thì hiệu quả lọc bụi càng cao. Hạt có kích thước và tỷ trọng càng lớn thì hiệu quả lọc cũng càng cao.Tính chọn xiclon lọc bụi ly tâm Bước 1: Chọn loại Xiclon cần dùng:Chọn loại xiclon sử dụng có trong bảng 7.5 trang 118, chọn ra loại xiclon cần dùng.Căn cứ vào đường kính ống nối đầu vào xiclon, để tính toán thiết kế ra được các thông số kỹ thuật của xiclon. Xiclon LIOTXiclon Stairmand C.J.     Lắp đặt xiclon lọc bụi ly tâmLắp nối tiếp xiclon: Được thực hiện khi lắp nối tiếp 2 xiclon cùng loại với nhau. Tuy nhiên cách này rất ít khi được sử dụng vì năng xuất lọc không tăng, hiệu quả lọc tăng không đáng kể nhưng tổn thất áp lực lại tăng gấp đôi, chi phí tăng gấp đôi.Lắp song song xiclon: Khi đó lưu lượng của hệ thống sẽ tăng lên hoặc nếu lưu lượng không tăng thì kích thước xiclon sẽ giảm nhỏ đi.Xiclon chùmXiclon chùm là một tổ hợp nhiều xiclon kiểu đứng có đường kính bé lắp song song trong một tổ hợp hoàn chỉnh. Số xiclon con trong xiclon chùm có thể tới hàng trăm chiếc, tùy theo năng xuất lọc của hệ thống. Hiệu quả lọc của xiclon chùm cao hơn xiclon đơn, vì xiclon có kích thước càng bé, lực ly tâm càng lớn thì hiệu quả lọc càng cao. Tổn thất áp xuất của xiclon = tổn thấp của 1 xiclon con + tốn thất của các bộ phận phụ trợ như ống vào, ra, van khóa. Năng xuất lọc của hệ thống (lưu lượng) bằng tổng năng xuất lọc của các xiclon con . Xiclon chùm1. Hộp khí sạch; 2,3 cửa nối thoát khí sạch ra; 4 cửa vệ sinh; 5,6 ống dẫn khí vào; 7 xiclon con; 8 phễu chứa bụi; 9 miệng xả bụi.Xiclon lọc bụi ly tâmƯu điểm của xiclon lọc bụi ly tâm: Phổ biến, đơn giản, dễ chế tạo, dễ vận hành, rẻ tiền, có thể xử lý bụi có nhiệt độ cao hoặc những bụi có kích thước lớn.Thu gom và lấy bụi thải ra dễ dàng.Nhược điểm: Xiclon chùm rất dễ bị tắc nghẽn khi xử lý bụi có tính chất bám dính như bụi sơn, bụi xi măng, gạch men, fibro xi măng vv.Hiệu quả xử lý thấp đối với loại bụi có kích thước nhỏ mịn. Phạm vi ứng dụng xiclon lọc bụi ly tâm: Xiclon thường được sử dụng để lọc bụi thô có nhiệt độ cao, có kích thước, tỷ trọng lớn. Khi có yêu cầu xử lý cao thì xiclon là thiết bị xử lý sơ cấp, rồi tới thiết bị lọc bụi khác