Nội dung
Tổng quan về ngành sản xuất xi măng
1.1 Tổng quan về ngành công nghiệp sản xuất xi măng
Ngành sản xuất xi măng ở Việt Nam có lịch sử hình thành từ năm 1889 với nhà máy xi măng Hải Phòng, trở thành một trong những ngành kinh tế then chốt, góp phần quan trọng vào phát triển cơ sở hạ tầng và công nghiệp hóa đất nước Với gần 50.000 cán bộ, công nhân, ngành xi măng đã đạt nhiều thành tựu to lớn Tuy nhiên, sản xuất xi măng cũng gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, đặc biệt là ô nhiễm không khí Nhiều nhà máy gặp khó khăn trong việc sử dụng và tái sử dụng năng lượng, cũng như tận dụng phế thải làm nguyên liệu đầu vào, trong khi công tác xử lý chất thải và khí thải còn mang tính hình thức, dẫn đến phản ứng mạnh mẽ từ cộng đồng địa phương.
1.2 Công nghệ sản xuất của nhà máy
Quá trình sản xuất xi măng tại nhà máy được chia thành 6 giai đoạn, bắt đầu với giai đoạn tách chiết nguyên liệu thô Nguyên liệu chính để sản xuất xi măng bao gồm canxi, sắt, silic và nhôm, được tìm thấy trong đất sét, đá vôi và cát Những nguyên liệu này được khai thác từ các mỏ đá vôi và vận chuyển đến nhà máy qua hệ thống băng truyền Ngoài ra, còn có các nguyên liệu phụ như đá phiến, vảy thép cán, tro bay và bô xít được sử dụng với tỷ lệ nhỏ Trước khi đưa vào sản xuất, các khối đá lớn sẽ được nghiền nhỏ để đạt kích thước tương đương với viên sỏi.
Trong giai đoạn 2, các nguyên liệu thô từ quặng sẽ được chuyển đến phòng thí nghiệm của nhà máy để phân tích và xác định tỷ lệ chính xác giữa đá vôi và đất sét, thường là 80% đá vôi và 20% đất sét Sau khi xác định tỷ lệ, nhà máy sẽ tiến hành nghiền hỗn hợp bằng cách sử dụng các con lăn quay và bàn xoay, trong đó bàn xoay quay liên tục dưới con lăn, giúp nghiền nát hỗn hợp thành bột mịn Hỗn hợp nguyên liệu thô còn lại sẽ được lưu trữ trong đường ống sau khi đã hoàn tất quá trình nghiền.
Giai đoạn 3: Trước khi nung, nguyên liệu đã được nghiền hoàn chỉnh sẽ được chuyển vào buồng trước khi nung, nơi có chuỗi buồng xoay trục đứng Nguyên liệu thô sẽ được đẩy qua đây trước khi vào lò nung Buồng này tận dụng nhiệt từ lò nung, giúp tiết kiệm năng lượng và làm cho nhà máy trở nên thân thiện với môi trường hơn.
Giai đoạn 4 trong quá trình sản xuất xi măng diễn ra trong lò với nhiệt độ có thể đạt tới 1450°C Tại đây, phản ứng hóa học khử Carbon xảy ra, dẫn đến sự thải khí CO2 Chuỗi phản ứng giữa Canxi (Ca) và Silic điôxít (SiO2) tạo ra Canxi Silicat (CaSiO3), thành phần chính trong xi măng.
Lò hoạt động bằng cách nhận nhiệt từ nguồn bên ngoài thông qua khí tự nhiên hoặc than đá Khi nguyên liệu rơi xuống đáy lò, quá trình này sẽ tạo ra sỉ khô.
Giai đoạn 5 của quy trình sản xuất xi măng bao gồm việc làm mát và nghiền thành phẩm Sau khi ra khỏi lò, sỉ được làm mát bằng khí cưỡng bức, giúp giảm nhiệt từ từ và thu hồi lượng nhiệt tỏa ra để tái sử dụng trong lò, từ đó tiết kiệm năng lượng Để đạt được độ mịn cần thiết, các viên bi sắt sẽ được sử dụng để nghiền sỉ thành bột mịn, tạo thành sản phẩm xi măng cuối cùng.
Giai đoạn 6 trong quy trình sản xuất xi măng là đóng bao và vận chuyển Sau khi được nghiền thành bột, xi măng sẽ được đóng gói với trọng lượng từ 20 đến 40kg mỗi bao Sản phẩm sau đó sẽ được phân phối đến các cửa hàng và cuối cùng đến tay người tiêu dùng.
1.3 Đặc trưng thành phần khí thải
Khí thải trong nhà máy xi măng chủ yếu bao gồm bụi và các chất ô nhiễm, phát sinh từ quy trình sản xuất từ khai thác nguyên liệu đến đóng gói sản phẩm Bên cạnh đó, khí thải cũng đến từ giao thông vận tải và nhiên liệu sử dụng Đặc biệt, CO2 được sinh ra trong quá trình sản xuất Clinker, một thành phần quan trọng của xi măng.
Cụ thể, đá vôi (CaCO 3 ) được nung nóng trong lò quay ở nhiệt độ
Trong quá trình nung, CO2 là sản phẩm phụ chính, với một nửa lượng khí thải đến từ quá trình này và nửa còn lại từ nhiên liệu hóa thạch dùng để làm nóng lò Các chất ô nhiễm không khí như SOx và NOx cũng phát sinh từ lò nung và quá trình sấy khô SO2 được tạo ra từ hợp chất lưu huỳnh trong quặng và nhiên liệu đốt cháy, trong khi NOx phát sinh từ quá trình đốt cháy nhiên liệu trong lò quay Ngoài ra, các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) xuất hiện từ xăng, dung môi và hóa chất công nghiệp, cùng với việc đốt cháy không hoàn toàn các nhiên liệu có chứa chất hữu cơ Bụi phát sinh từ nhiều quá trình như khai thác, vận chuyển nguyên liệu, và nung ở nhiệt độ cao, với các hạt bụi có kích thước khác nhau có thể lan truyền xa trong không khí.
1.4 Ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người
Tại các công trường và công ty xi măng, ô nhiễm không khí do bụi xi măng là vấn đề phổ biến Bụi mịn xi măng gây ra nhiều tác hại nghiêm trọng đối với môi trường và sức khỏe con người, bao gồm các vấn đề về hô hấp và ô nhiễm đất nước.
Bụi xi măng có kích thước rất nhỏ và lơ lửng trong không khí, dễ dàng bị gió thổi đi, dẫn đến ô nhiễm không khí ở các khu vực lân cận.
Nếu con người hít phải bụi xi măng, bụi đất, bụi than có thể gây bệnh về đường hô hấp, nguy hiểm đến sức khỏe.
Hàm lượng SiO2 trong tro vượt quá 2% sẽ làm tăng nguy cơ mắc bệnh Silicon phổi, một căn bệnh nghề nghiệp nguy hiểm và phổ biến trong ngành sản xuất xi măng.
Bụi xi măng phát tán theo gió có thể lắng xuống mặt nước và mặt đất, gây suy thoái đất trồng và ô nhiễm nguồn nước Hệ quả là bụi xi măng ảnh hưởng nghiêm trọng đến các loài sinh vật.
Khí thải từ động cơ và các lò đốt công nghiệp sử dụng nhiên liệu như than, củi và xăng, cùng với bụi xi măng, đang gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng cho môi trường tự nhiên.
Biểu đồ phát tán khí thải
2.1 Tính toán nồng độ chất ô nhiễm h o : chiều cao ống khói, h o = 100m
D : đường kính miệng ống khói, D = 1m
F = = = 125 m/s t k : nhiệt độ khí thải, t k = 100 o C tmt : nhiệt độ môi trường, tmt = 27 o C u : vận tốc gió tại độ cao quan trắc, u = 2 m/s
C : nồng độ CO ở miệng ống khói, C = 12600 mg/m 3 = 12,6 g/ m 3 M = L x C = 100 x 12,6 = 1260 g/s
Khí quyển cấp D, độ ghồ ghề mặt đất là 0.1
Vận tốc ban đầu của luồng khói:
= = 125 m/s Áp dụng công thức Davison W.F, ta có:
∆T : chênh lệch giữa nhiệt độ khói và nhiệt độ khí xung quanh
T khói : nhiệt độ tuyệt đối của khói, T khói = t k + 273 = 100 + 273 = 373 K
Chiều cao hiệu quả ống khói:
H = h 0 + ∆h = 100 + 390,7 = 490,7 m Giả sử tại điểm x = 150m và độ ổn định là D
Lượng phát thải CO2 tại nguồn điểm liên tục: Đổi 360000 m 3 /h = 100 m 3 /s M = C x L = 12,6 x 100 = 1260 g/s = 0,35 g/h Nồng độ CO 2 cực đại: (CT 3.13) [2]
M: Lượng phát thải chất ô nhiễm tại nguồn điểm liên tục, g/h
H: Chiều cao hiệu quả của nguồn thải dạng ống khói, m p và q: ứng với mức độ rối trung bình của khí quyển có thể nhận p=0,05 và q=0,08 u: vận tốc gió tại độ cao ống khói, m/s mg/m 3
Khoảng cách từ nguồn thải đến vị trí
Chọn vị trí 1 cách nguồn thải 500m với nồng độ mg/m³, vị trí 2 cách 1000m, vị trí 3 cách 1500m, vị trí 4 cách 2000m, vị trí 5 cách 2500m, vị trí 6 cách 3000m, vị trí 7 cách 3500m, vị trí 8 cách 4000m, vị trí 9 cách 4500m và vị trí 10 cách 5000m, cuối cùng là vị trí 11 cách 5500m, tất cả đều có nồng độ mg/m³ tương ứng.
2.2 Biểu đồ phát tán Đồồ th dị ọc theo h ướng gió cho t ừng nguồồn
Đề xuất công nghệ xử lý
Ta có nồng độ CO ở miệng ống khói là 12600 mg/m 3
CCO 27 độ C = CCO miệng ống khói x = 12600 x = 15666 mg/Nm 3
C CO = 1000 mg/Nm 3 , L = 360000 m 3 /h nên Kp bằng 0,8
[4] Vì khu vực sản xuất xi măng thuộc loại 2 nên Kv = 0,8.
C max = C x Kp x Kv = 1000 x 0,8 x 0,8 = 640 mg/Nm 3 Do
C CO 27 độ C = 15666 mg/Nm 3 > C max = 640 mg/Nm 3 nên phải xử lý CO Hiệu suất H = x 100% = 97,95%
3.2 Sơ đồ công nghệ xử lý
Cyclone Thiết bị lọc bụi túi vải
Bụi được thu gom tại vị trí phát sinh qua các chụp hút nối với hệ thống ống dẫn vào thiết bị lọc túi vải Không khí lẫn bụi đi qua tấm vải lọc, trong đó các hạt bụi lớn hơn bị giữ lại trên bề mặt vải theo nguyên lý rây, còn các hạt nhỏ hơn bám dính nhờ va chạm và lực tĩnh điện, tạo thành lớp màng trợ lọc Sau một thời gian, lớp bụi dày lên làm tăng sức cản, yêu cầu phải ngưng khí thải để loại bỏ bụi trên vải, gọi là hoàn nguyên khả năng lọc Khí sau khi qua thiết bị lọc được dẫn ra ống thải, loại bỏ bụi khỏi dòng khí thải Hỗn hợp khí còn lại được đưa vào tháp hấp thụ nhiều tầng để xử lý chất ô nhiễm, tạo thành dung dịch lỏng được chứa trong bồn Dung dịch này sẽ được xử lý để đạt nồng độ cho phép trước khi thải ra môi trường Cuối cùng, khí thải được thải lên qua lớp lọc để làm sạch tro bụi trước khi ra ngoài.
Lựa chọn thiết bị xử lý bụi
Hàm lượng bụi ban đầu: C đ = 20000 mg/m 3
Hiệu suất lắng bụi cần đạt được để xử lý đạt quy chuẩn là:
H = x 100% = 96,8 % Hiệu suất lắng bụi cần đạt được để xử lý đạt quy chuẩn là : 96,8%
Từ đặc điểm của bụi và hiệu suất cần đạt, ta chọn lọc thiết bị xử lý là ba buồng lắng mắc song song.
Lựa chọn thiết bị xử lý bụi sơ bộ:
Với cỏc bụi cú đường kớnh d ≥ 50 àm, ta chọn buồng lắng để xử lớ sơ bộ.
Với cỏc bụi cú đường kớnh 10 àm ≤ d ≤ 50 àm ta chọn phương phỏp xử lớ bằng xyclon.
Với cỏc bụi cú cỡ hạt d ≤ 10 àm, ta chọn phương phỏp xử lớ bằng thiết bị lọc túi vải.
Dải phân cấp cỡ hạt:
Các đại lượng Đơn vị Số liệu
Nồng độ bụi ban đầu mg/m 3 12600
Khối lượng riêng của bụi kg/m 3 3500
Khối lượng riêng của khí thải kg/m 3 1,2 Độ nhớt của không khí ở 0 o C kg/m.s 17,7.10 -6
4.1 Tính toán buồng lắng bụi
Nguyên lý hoạt động của buồng lắng bụi là khi dòng khí chứa bụi di chuyển từ ống dẫn có tiết diện nhỏ vào buồng lắng có tiết diện lớn hơn, tốc độ của khí và bụi sẽ giảm Điều này tạo điều kiện cho các hạt bụi lắng xuống dưới tác động của trọng lực.
Cấu tạo của hệ thống là một không gian hình hộp với tiết diện ngang lớn, giúp giảm tốc độ khí đáng kể khi đi vào Nhờ đó, các hạt bụi có đủ thời gian để rơi xuống dưới tác động của trọng lực và được giữ lại, không bị dòng khí cuốn đi Ưu điểm này đảm bảo hiệu quả trong việc loại bỏ bụi bẩn.
Chi phí đầu tư ban đầu thấp, vận hành thấp.
Trong ngành công nghiệp luyện kim và nấu chảy kim loại, việc xử lý khí có nồng độ bụi cao với các hạt bụi lớn là rất quan trọng Thiết bị được sử dụng trong quá trình này đảm bảo tổn thất áp suất thấp, giúp duy trì hiệu quả hoạt động.
Buồng lắng bụi làm việc tốt với khí có nhiệt độ cao và môi trường ăn mòn.
Phải làm sạch thủ công định kì.
Cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích, cần có không gian lớn khi lắp đặt. Chỉ tách được bụi thô.
Không thể thu được bụi có độ bám dính và dính ướt
Chọn buồng lắng để xử lý tất cả các hạt có δ ≥ 50 àm, với δ min P àm Lưu lượng là 360.000 m³/h, do đó lắp 3 buồng lắng song song nhằm giảm lưu lượng vào mỗi buồng và giảm kích thước của các buồng.
Khi đó lưu lượng vào mỗi buồng sẽ là :
Kích thước buồng lắng bụi:
B: chiều rộng buồng lắng, m l: chiều cao buồng lắng, m.
L1: lưu lượng khí, L1 = 119988 (m 3 /h) = 33,33 (m 3 /s). à: hệ số nhớt động lực của khớ thải ở 100 o C
Hệ số nhớt động lực của khí thải theo công thức Sutherland (CT 5.14 - trang
= 17,17 10 -6 = 2,18 10 -5 (Pa.s) ρ b : Khối lượng riêng của bụi, ρ b = 3500(kg/m 3 ) ρk: Khối lượng riêng của khí ở 100 o C, (kg/m 3 ) ρ k = (kg/m 3 ) (Trang 14) [7] ρk = = 0,945 kg/m 3 g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s 2 )
: Đường kính hạt bụi nhỏ nhất: 50 10 -6 m
Vận tốc chuyển động của bụi (vận tốc dòng khí):
Vì thông thường vận tốc tối đa của dòng khí trong buồng lắng là u = 3m/s [5] Thời gian lưu lại của bụi trong buồng lắng:
13,6 (s) Thời gian rơi của hạt bụi ở vị trí phía trên góc trái trên cùng của buồng lắng đến lúc chạm đáy buồng lắng:
Những hạt bụi cú đường kớnh ≥ 50 àm sẽ lắng 100%
Tiết diện đứng của buồng lắng bụi: m 2
Thể tích làm việc của buồng lắng bụi: m 3
Hiệu suất của buồng lắng theo cỡ hạt:
Theo cỡ hạt, hiệu quả lắng được tính theo :
Trong đó: à : Độ nhớt của khớ thải ở 100 o C
L1 : Lưu lượng khí thải, L1 = 33,33 (m 3 /s) ρb : Trọng lượng riêng của bụi, ρb = 3500 kg/m 3 l : Chiều dài buồng lắng (m)
Lượng bụi trong 1m 3 khí thải : 17% x 12600 = 2142 mg/m 3
Lượng bụi giữ lại trong buồng lắng : 2142 x 1 %= 21,42 mg/m 3
Lượng bụi đi qua buồng lắng: 2142 – 21,42 = 2120,58 mg/m 3
Tính tương tự các cỡ hạt còn lại ta được bảng sau:
Lượng bụi trong 1m 3 2142 1386 1512 1512 1260 2268 2520 khí thải(mg/m 3 )
Hiệu quả lọc theo cỡ hạt 1 9 25 48,8 80,8 100 100
Lượng bụi giữ lại trong
Lượng bụi đi qua buồng 2120,58 1261,26 1134 774,144 241,92 0 0 lắng (mg/m 3 )
Tổng lượng bụi giữ lại trong buồng lắng = 2280,096 (mg/m 3 )
Tổng lượng bụi đi qua buồng lắng = 5531,904 (mg/m 3 )
Xem hiệu quả lọc bụi theo cỡ hạt của buồng lắng là hiệu quả lọc của hạt bụi có đường kính nhỏ nhất trong dải bụi.
Hiệu suất lọc bụi của buồng lắng: ɳ u = x 100% = 41,2 % < 96,8% Không thoả mãn
Vậy ta sẽ thiết kế 3 buồng lắng mắc song song có kích thước:
STT Thông số thiết kế Giá trị Đơn vị
1 Chiều dài buồng lắng bụi (l) 15,2 m
2 Chiều rộng buồng lắng bụi (B) 10 m
3 Chiều cao buồng lắng bụi (H) 3 m
4 Tiết diện đứng của buồng lắng bụi (F) 30 m 2
5 Thể tích làm việc của buồng lắng bụi (V) 456 m 3
Vì buồng lắng chỉ xử lí được những hạt bụi có đường kính trên 50μm nên tam nên ta cần phải xử lí bụi tiếp bằng cyclon.
4.2 Tính toán thiết bị cyclon
Nguyên tắc: Tách bụi bằng lực ly tâm.
Xyclon là thiết bị hình trụ tròn với miệng dẫn khí ở phía trên, cho phép không khí chảy xoáy theo đường xoắn ốc dọc bề mặt trong Khi dòng khí xuống tới phần phễu, nó sẽ chuyển động ngược lên theo đường xoắn ốc và thoát ra ngoài qua ống tâm Trong quá trình này, hạt bụi trong không khí bị cuốn theo chuyển động xoáy, chịu tác động của lực ly tâm và sức cản không khí, dẫn đến việc hạt bụi di chuyển ra ngoài vỏ Xyclon, va chạm và mất động năng trước khi rơi xuống phễu thu để được xả ra ngoài.
Không có bộ phận chuyển động;
Có thể làm việc ở nhiệt độ cao (đến 5000C);
Vận tốc khí làm việc lớn (2,2-
Có khả năng thu bụi mài mòn mà không cần bảo vệ bề mặt Xyclon; Chế tạo đơn giản, giá thành rẻ;
Chi phí vận hành sửa chữa thấp;
Có thể làm việc ở điêu kiện nhiệt độ, áp suất khác nhau; Tách bụi có đường kính δ< 20μm nên tam;
Không thể thu hồi được bụi có tính kết dính; Tổn thất áp suất lớn;
Hiệu quả lọc bụi giảm khi kích thước hạt bụi < 5μm nên tam
Ta có thành phần bụi theo khối lượng sau khi xử lí sơ bộ bằng buồng lắng:
Dải phân cấp % khối 38,33 22,8 20,5 14 4,37 0 0 lượng
Các thông số cần thiết cho tính toán và thiết kế:
Lưu lượng khí vào Cyclon: 360000 m 3 /h
Khối lượng riêng của hạt bụi: 3500 kg/m 3
Nồng độ bụi vào Cyclon: 2,28 g/m 3
D là đường kính của Cyclon (m) b là chiều rộng của cửa dẫn khí vào (m) a là chiều cao ống dẫn khí vào (m)
Chiều cao của thân hình trụ được ký hiệu là H (m), trong khi chiều cao làm việc hiệu quả của Cyclon là l (m) Bán kính của ống trung tâm và thân hình trụ lần lượt được ký hiệu là r1 và r2 (m) Độ nhớt của khối thải được ký hiệu là à (kg/m.s hoặc Pa.s).
100 ρb là trọng lượng riêng của bụi (kg/m 3 )
L là lưu lượng khí thải (m 3 /s)
Hàm lượng bụi có kích thước nhỏ sau khi qua buồng lắng vẫn chiếm tới 41,5%, do đó, chúng tôi thiết kế 3 Cyclon giống nhau mắc song song Việc này giúp giảm lưu lượng vào mỗi Cyclon, từ đó nâng cao hiệu quả lọc bụi chung của hệ thống mà vẫn đảm bảo tổn thất áp suất ở mức thấp.
Tính toán xiclon theo phương pháp chọn, dựa vào đường kính thân Cyclon theo Stairmand C.J (Hình 7.8a – trang 97) [2] Đường kính thân hình trụ (đường kính xiclon): D (m)
Bán kính thân hình trụ : r 2 = 0,5D
Bán kính ống trung tâm : r 1 = 0,5d 1 = 0,25D
Chiều dài của miệng ống dẫn khí vào : a = 0,5D
Chiều rộng của miệng ống dẫn khí vào : b = 0,2D
Chiều cao của thân hình trụ : h = 1,5D
Chiều cao thiết bị xiclon : H = 1,5D
Xác định đường kính Cyclon Đường kính của Cyclon: = = 4.12(m) => Chọn D = 4m
Bán kính thân hình trụ : r 2 = 0,5D = 2
Bán kính ống trung tâm : r 1 = 0,5d 1 = 0,25D = 1 Chiều dài của miệng ống dẫn khí vào : a = 0,5D = 2
Chiều rộng của miệng ống dẫn khí vào : b = 0,2D = 0,8
Chiều cao của thân hình trụ : h = 1,5D = 6
Chiều cao thiết bị xiclon: : H = 1,5D = 6
Diện tích tiết diện ngang của Cyclon:
F = = = 277,7 (m 2 ) Trong đó: F là diện tích tiết diện ngang của Cyclon (m 2 )
L là lưu lượng dòng khí (m 3 /s)
W q là tốc độ quy ước (= 2,2 - 2,5 m/s) => Chọn 2,5 m/s. Vận tốc dòng khí tại cửa vào:
Vận tốc tiếp tuyến trung bình bên trong Cyclon:
Bán kính trung bình của Xyclon:
= = 1,5 (n là số vòng quay; vg/s)
Trong đó: r1: Bán kính ống trung tâm, (m). r2: Bán kính thân hình trụ, (m). μm nên ta: Hệ số nhớt động lực học của khí thải ở 90 o C
Hệ số nhớt động lực của khí thải theo công thức Sutherland (CT 5.14-T16) [2]. à = à o
= 17.17 10 -6 = 2.18 10 -5 (Pa.s) ào: hệ số nhớt động lực học của khụng khớ ở ỏp suất khớ quyển và nhiệt độ t = 0 o C, ào = 17.17 10 -6 (Pa.s). l: Chiều cao làm việc của cyclon, l = h-a = 6 – 2 = 4
Tổng chiều cao làm việc của Cyclon:
Thể tích làm việc của Cyclon:
Hiệu suất của cỡ hạt:
Lượng bụi trong 1m 3 khí thải: 38,33% x 2280,096 = 873,96 mg/ m 3
Lượng bụi giữ lại trong cyclon : 873,96 x 32,28% = 282,11 mg/ m 3
Lượng bụi đi ra cyclon : 873,96 – 282,11 = 591,85 mg/m 3
Tính tương tự các cỡ hạt còn lại ta được bảng sau:
Dải phân cấp % khối 38,33 22,8 20,5 14 4,37 0 0 lượng
Lượng bụi trên 1m 3 873,96 519,86 467,41 319,21 100 0 0 khí thải
Hiệu suất lọc theo cỡ 32,28 97 100 100 100 100 100 hạt η (δ)
Lượng bụi đi 591,85 15,62 0 0 0 0 0 ra (mg/m 3 )
Tổn thất áp suất trong xiclon:
− Tổn thất áp suất qua cyclon: (CT 3.6/61) [1]
+ : tổn thất áp suất của thiết bị cyclon
+ KE : hằng số đối với một loại cyclon xác định KE = = = 6,4 (D1 = 2r1) [6] + : khối lượng riêng của không khí (kg/m 3 )
Kích thước chi tiết của Cyclon:
ST Các thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
1 Chiều rộng của cửa dẫn khí b m 0,8 vào
2 Chiều cao ống dẫn khí vào a m 2
3 Chiều cao của thân hình trụ H m 6
4 Chiều cao làm việc hiệu quả l m 4 của Cyclon
5 Bán kính ống trụ trung tâm r1 m 1
6 Bán kính thân hình trụ r 2 m 2
Tổng lượng bụi giữ lại trong cyclon 786,35 (mg/m 3 )
Tổng lượng bụi đi ra cyclon 607,47 (mg/m 3 )
Hiệu suất của cyclon = x100% = 23,88 % < 96,8% chưa đạt tiêu chuẩn nên phải xử lí tiếp bằng thiết bị túi lọc vải.
Do bụi có chứa nhiều hạt có kích cỡ bụi nhỏ nên ta chọn thiết bị túi lọc vải để xử lí do hiệu suất của túi lọc cao.
4.3 Tính toán thiết bị lọc túi vải
Vật liệu lọc trong thiết bị này chủ yếu bao gồm các loại vải bông, len dạ, vải sợi tổng hợp và vải sợi thủy tinh Trong số đó, vải sợi tổng hợp được ưa chuộng nhất nhờ vào những ưu điểm vượt trội như khả năng chịu nhiệt độ cao, độ bền dưới tác động cơ học và hóa học, cũng như chi phí thấp Thông số quan trọng nhất của vải lọc là tải trong khí qua vải, được đo bằng m3/m2.ph.
Quá trình lọc bụi trên vải xảy ra theo 3 giai đoạn:
Trong giai đoạn đầu, khi vải còn mới và sạch, bụi bẩn sẽ lắng đọng trên các lớp xơ bề mặt của sợi vải Ở thời điểm này, hiệu suất lọc bụi của vải vẫn còn thấp.
Giai đoạn thứ 2 là khi bề mặt vải đã xuất hiện lớp bụi, lớp bụi này đóng vai trò như một môi trường lọc thứ hai, giúp nâng cao hiệu suất lọc bụi một cách đáng kể.
Sau một thời gian sử dụng, bụi bám trên vải lọc sẽ dày lên, gây cản trở cho dòng khí Do đó, việc làm sạch vải lọc là cần thiết Mặc dù sau khi làm sạch, vẫn còn một lượng bụi nằm giữa các sợi vải, nhưng trong giai đoạn này, hiệu suất lọc vẫn duy trì ở mức cao.
Thiết bị lọc bụi sử dụng túi vải lọc hình trụ với đường kính tối đa 600mm và chiều dài từ 16 đến 20 lần đường kính Bên trong túi lọc thường có khung đỡ bằng thép, và các túi lọc được sắp xếp theo từng dãy song song hoặc so le để tối ưu hiệu quả lọc bụi.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống lọc bụi là không khí chứa bụi được dẫn vào hộp phân phối, nơi bụi được giữ lại trên bề mặt ngoài của ống, trong khi không khí sạch đi vào ống vải và thoát ra ngoài Sau một thời gian, khi bụi tích tụ nhiều trên túi vải, làm tăng trở lực của hệ thống, cần tiến hành hoàn nguyên túi lọc để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
Phương pháp hoàn nguyên bộ túi vải đóng vai trò quan trọng trong việc liên quan đến vật liệu vải lọc, sức cản khí động, tải trọng không khí cần lọc và chi phí năng lượng hoàn nguyên Có hai phương pháp hoàn nguyên chính.
Cơ khí: lắc rung và đôi khi vặn xoắn.
Thổi bằng nén khí: thổi ngược, thổi liên tục hoặc thổi xung.
Thiết bị lọc túi vải có hiệu suất thu bụi cao đến trên 99% và tổn thất áp lực vao khoảng 1300-1400 N/m2.
Trở lực khí động của vải chưa bám bụi khi lưu lượng khí từ 0,3-2 m/s thường từ 5-40 N/m2.
Nồng độ bụi sau khi lọc vải là 10-50mg/m3. a) Số liệu đầu vào
Nồng độ bụi vào của túi lọc vải: Cv = 607,47 (mg/m 3 )
Nhiệt độ khí thải là: 100 o C chọn chấất liệu túi vải là sợi bông.
Hiệu suất tối thiểu mà lưới lọc bụi cần xử lý để bụi thải ra đạt QCVN 19:2009/BTNMT là:
Lựa chọn thiết bị lọc vải có các thông số sau [1]: Đường kính túi lọc: D = 125-300 mm, chọn D = 300mm
Chiều cao túi lọc: h = 2-3,5 m, chọn h = 2,5 m Diện tích một túi: m 2 Diện tích bề mặt lọc:
Diện tích lọc bụi là 3705,3 m², trong đó cường độ lọc bụi (q) được xác định bằng thực nghiệm và phụ thuộc vào khí, vải lọc, và pha phân tán nhiệt độ Với chất liệu vải bông ở nhiệt độ 100°C, cường độ lọc bụi đạt q = 1.14 m³/m².ph, tương đương 68.4 m³/m².h Hiệu suất bề mặt lọc đạt 79.7%.
Chọn số túi lọc: n = 1570 túi, chia làm 3 đơn nguyên, mỗi đơn nguyên
