thiết kế công nghệ xử lý bụi xi măng

thiết kế công nghệ xử lý bụi xi măng đạt quy chuẩn loại A I. Nhiệm vụ đề tài. Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi nhà máy xi măng kết hợp giữa xyclone và túi vải. Chọn lựa phương án thiết kế, bố trí phù hợp để xây dựng mô hình thực tế. II. Mục tiêu đề tài. Tim hiểu và nắm bắt các công nghệ xử lý bụi hiện nay. Xử lý khói thải có hàm lượng bụi 40gm3 từ mô hình lọc bụi xyclone và túi vải để tham khảo và học hỏi, ứng dụng cho các hệ thống xử lý bụi lớn sau này.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP T.P HỒ CHÍ MINH

VIỆN KHCN VÀ QL MÔI TRƯỜNG

BÀI TẬP LỚN

Kỹ thuật xử lý ô nhiễm không khí

ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG

XỬ LÝ BỤI NHÀ MÁY XI MĂNG

GVHD : Trần Thị Tường Vân SVTH : Nguyễn Văn Đức (NT)

Vũ Ngọc HoàngNguyễn Ngọc Hân

TP Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2016

VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG

Vũ Ngọc HoàngNguyễn Ngọc Hân

TP Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2016

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1

I Nhiệm vụ đề tài 1

II Mục tiêu đề tài 1

III Nội dung 1

CHƯƠNG 2: CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ 2

I CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA BỤI VÀ HIỆU QUẢ TÁCH BỤI 2

1 Độ phân tán các phân tử 2

2 Tính kết dính của bụi 2

3 Độ mài mòn của bụi 3

4 Độ thấm ướt của bụi 3

5 Độ hút ẩm của bụi 3

6 Độ dẫn điện cuả lớp bụi 4

7 Sự tích điện của lớp bụi 4

8 Tính tự bốc nóng và tạo hỗn hợp dễ nổ với không khí 4

9 Hiệu quả thu hồi bụi 4

II CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI 4

1 Phương pháp khô 4

1.1 Buồng lắng bụi 5

1.2 Thiết bị tách bụi kiểu quán tính 6

1.3 Thiết bị lá xách: 6

1.4 Xyclone 7

1.5 Thiết bị lọc bụi li tâm kiểu ngang 8

1.6 Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu gió xoáy 8

1.7 Thiết bị thu hồi bụi kiểu động 10

2 Thiết bị lọc bụi 10

3 Phương pháp ướt 11

I THÔNG SỐ KHÍ ĐẦU VÀO 13

II CHỈ TIÊU KHÍ ĐẦU RA 13

III Sơ đồ công nghệ 14

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ 15

I Chụp hút 15

1 Lý thuyết 15

2 Tính toán 15

II CYCLONE 16

1 Lý thuyết 16

1.1 Giới thiệu 16

1.2 Nguyên tắc hoạt động 17

1.3 Ưu điểm - nhược điểm 17

1.4 Các kích thước cơ bản của xyclone 18

2 Tính toán 19

III MÁY THỔI KHÍ 20

IV THIẾT BỊ LỌC TÚI VẢI 25

1 Lý thuyết 25

1.1 Các loại vải lọc 25

1.2 Thiết bị lọc bụi túi vải 26

1.3 Các phương pháp tái sinh túi vải 27

1.4 Ưu và khuyết điểm 28

2 Tính toán 29

TÀI LIỆU THAM KHẢO 32

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

I Nhiệm vụ đề tài.

- Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi nhà máy xi măng kết hợp giữa xyclone và túivải

- Chọn lựa phương án thiết kế, bố trí phù hợp để xây dựng mô hình thực tế

II Mục tiêu đề tài.

- Tim hiểu và nắm bắt các công nghệ xử lý bụi hiện nay

- Xử lý khói thải có hàm lượng bụi 40g/m3 từ mô hình lọc bụi xyclone và túi vải đểtham khảo và học hỏi, ứng dụng cho các hệ thống xử lý bụi lớn sau này

III Nội dung.

Phần này trình bày kỹ cơ sở lý thuyết và tính toán các thông số cho từng thiết

bị trong hệ thồng xử lý bụi để xây dựng mô hình

Các kích thước lớn nhất nà nhỏ nhất của một khối hạt bụi đặc trưng chokhoảng phân bố phân tán của chúng.

Tùy theo độ kết dính mà chia bụi làm 4 nhóm như sau:

Bảng 1: Các loại bụi.

Đặc tính bụi Dạng bụi

 Không kết dính

 Kết dính yếu

 Xỉ thô, thạch anh, đất khô

 Hạt cốc, magiezit, apatit khô, bụi lò cao, tro bụi có chứa nhiều chất chưa cháy, bụi đá

 Than bùn, magiezit ẩm, bụi

 Kết dính mạnh

kim loại, bụi pirit, oxit chì, thiếc, xi măng khô, tro bay không chứa chất chưa cháy, tro than bùn,…

 Bụi xi măng, bụi tách ra từ không khí ẩm, bụi thạch cao và xi măng, cliker, muối natri,…

3 Độ mài mòn của bụi.

Độ mài mòn của bụi được đặc trưng bằng cường độ mài mòn kim loại khicùng vận tóc dòng khí và cùng nồng độ bụi Nó phụ thuộc vào độ cứng, hình dáng,kích thước, khối lượng hạt bụi Khi tính toán thiết kế thì phải tính đến độ mài mòncủa bụi

4 Độ thấm ướt của bụi.

Độ thấm ướt bằng nước của hạt bụi có ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc củacác thiết bị tách bụi kiểu ướt, đặc biệt làm việc ở chế độ tuần hoàn Các hạt phẳng đểthấm ướt hơn các gạt có bề mặt gồ ghề Theo tính thấm ướt các vật thể rắn đượcchia làm 3 nhóm như sau:

 Vật liệu háo nước: dễ thấm ướt như canxi, thạch anh, đa số các silicat, cáckhoáng chất oxy hóa, halogenua các kim loại kiềm,…

 Vật liệu kỵ nước: khó thấm ướt như graphit, than lưu huỳnh,…

 Vật liệu hoàn toàn không thấm ướt:paraffin, tephlon, bitum, …

5 Độ hút ẩm của bụi.

Khả năng hút ẩm của bụi phụ thuộc thành phần hóa học, kích thước, hìnhdạng, độ nhám bề mặt của các hạt bụi Độ hút ẩm của bụi tạo điều kiện tách chúngtrong các thiết bị tách bụi kiểu ướt

6 Độ dẫn điện cuả lớp bụi.

Chỉ số này được đánh giá theo chỉ số điện trở suất của lớp bụi b và phụthuộc vào tính chất của từng hạt bụi riêng lẻ (độ dẫn điện bề mặt và độ dẫn điệntrong, kích thước, hình dạng, …), cấu trúc lớp hạ và các thông số của dòng khí Chỉ

số này ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc của các bộ lọc điện

7 Sự tích điện của lớp bụi.

Dấu của các hạt bụi tích điện phụ thuộc vào phương pháp tạo thành, thànhphần hóa học, cả những tính chất mà chúng tiếp xúc Chỉ tiêu này có ảnh hưởng đếnhiệu quả tách chúng trong các thiết bị lọc khí (bộ tách bụi ướt, lọc…), đến tính nổ vàkết dính cúa các hạt…

8 Tính tự bốc nóng và tạo hỗn hợp dễ nổ với không khí.

Các bụi cháy được dễ tạo với O2 của không khí thành hỗn hợp tự bốc cháy vàhỗn hợp dễ nổ do bề mặt tiếp xúc rất lớn các các hạt ( 1m2/g) Cường độ nổ phụthuộc vào các tính chất hóa học, tính chất nhiệt, kích thước, hình dạng các hạt, nồng

độ của chúng trong không khí, độ ẩm và thành phần các khí, kích thước và nhiệt độnguồn lửa và hàm lượng tương đối của các loại bụi trơ (không cháy) Các loại bụi cókhả năng bắt lửa như bụi các chất hữu cơ (sơn, plastic, sợi) và cả một số bụi vô cơnhư magie, nhôm, kẽm

9 Hiệu quả thu hồi bụi.

Mức độ làm sạch (hệ số hiệu quả) được biểu thị bằng tỉ số lượng bụi thu hồiđược trong tổng số vật chất theo dòng khí đi vào thiết bị trong một đơn vị thời gian

II CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI.

Đó là những thiết bị có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo Tuy nhiên hiệu quả xử lýcủa chúng không cao lắm nên chỉ dùng làm thiết bị lắng sơ bộ.

1.1 Buồng lắng bụi

Đây là loại thiết bị lọc đơn giản nhất Phương pháp thu gom bụi hoạt độngtheo nguyên lý sử dụng lực hấp dẫn, trọng lực để lắng đọng những phân tử bụi rakhỏi không khí Cấu tạo là một không gian hình hộp có tiết diện ngang lớn hơnnhiều lần so với tiết diện của đường ống dẫn khí vào để cho vận tốc dòng khí giảmxuống rất nhỏ, nhờ thế hạt bụi đủ thời gain rơi xuống chám đáy dưới tác dụng trọnglực và bị giữ lại ở đó mà không bị dòng khí mang theo

Buồng lắng bụi được áp dụng để lắng bụi khô có kích thước hạt từ 60÷70

trở lên Tuy vậy, các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn vẫn có thể bị giữ lại trongbuồng lắng

Có nhiều loại buồng lắng bụi như: buồng lắng bụi có nhiều ngăn, buồng lắng

“động năng”…

Hình 1: buồng lắng bụi hình hộp dạng đơn giản

Hình 2:Buồng lắng bụi nhiều ngăn và buồng lắng bụi có tấm chắn.

1.2 Thiết bị tách bụi kiểu quán tính.

Nguyên lý cơ bản được áp dụng để chế tạo thiết bị lọc bụi kiểu quán tính làlàm thay đổi chiều hướng chuyển động của dòng khí một cách liên tục, lặp đi lặp lạibằng nhiều loại vật cản có hình dáng khác nhau Khi dòng khí đổi hướng chuyểnđộng thì bụi do có quán tính lớn sẽ giữ hướng chuyển động ban đầu của mình và vađập vào các vật cản rồi bị giữ lại ở đó hoặc mất đi động năng và rơi xuống đáy thiếtbị

Vận tốc của khí trong thiết bị khoảng 1m/s, còn ở ống vào khoảng 10m/s.Hiệu quả lọc của thiết bị này đạt từ 65-80% đối với các hạt bụi có kích thước 20-30

µm Trở lực của chúng trong khoảng 150-390N/m2

Có nhiều loại: thiết bị lọc quán tính Venturi, thiết bị lọc quán tính kiểu mànchắn uốn cong, thiết bị lọc quán tính kiểu “lá xách”,…

1.3 Thiết bị lá xách:

Thiết bị kiểu này có các dãy lá chắn là những tấm bản phẳng hay trục Khí điqua mạng chắn, đổi hướng đột ngột, các hạt bụi do quán tính chuyển động theohướng cũ tách ra khỏi khí hoặc va đập vào các tấm phẳng nghiêng Lắng trên đó rồi

rơi xuống dòng khí bụi, kết quả khí được chia thành 2 dòng Dòng chứa bụi nồng độcao(10%) thể tích được hút qua xiclin để tiếp tục xử lí, rồi sau đó được trộn vớidòng đi qua các tấm chắn (80%) thể tích Vận tốc khí trước mạng chóp phải đủ cao(15m/s) để đạt hiệu quả tác bụi quán tính Trở lực của lưới khoảng 100-500 N/m2.Thiết bị lá xách thường được sử dụng để thu hồi bụi có kích thước trên 20 µm.

Yếu điểm của lá xách là sự mài mòn các tấm chắn khi nồng độ bụi cao và cóthể tạo thành trầm tích làm bít kín mặt sàng Nhiệt độ cho phép của khí thải phụthuộc vào vật liệu lá chắn, thường không quá 450-6000C

Ưu điểm:

 Không có phần chuyển động

 Có thể làm việc ở nhiệt độ cao

 Có khả năng thu hồi vật liệu mài mòn mà không cần bảo vệ bề mặt xyclone

 Thu hồi bụi ở dạng thô

 Trở lực hầu như cố định và không lớn

 Làm việc ở áp suất cao.

 Chế tạo đơn giản

 Năng suất cao

 Chi phí thấp

 Hiệu quả không phụ thuộc vào nồng độ bụi

Nhược điểm:

 Hiệu quả vận hành kém khi bụi có kích thước nhỏ hơn 5µ m

 Không thể thu hổi bụi kết dính

 Thu hồi bụi trong xyclone diễn ra dưới tác dụng của lực li tâm

Trong công nghiệp xyclone chia làm 2 nhóm: hiệu quả cao và năng suất cao.Nhóm thứ nhất đạt hiệu quả cao nhưng yêu cầu chi phí lớn, nhóm thứ 2 có trở lựcnhỏ nhưng thu hồi các hạt mịn kém hơn

Trong thực tế, người ta ứng dụng rộng rãi xyclone trụ và xyclone chóp(không có thân trụ) Xyclone trụ thuộc nhóm năng suất cao, còn xyclone chóp thuộcnhóm hiệu quả cao Đường kính xyclone trụ không lớn hơn 2000mm và xyclonechóp nhò hơn 3000mm Vận tốc khí qua xyclone khoảng từ 2,2 đến 5,0 m/s

1.5 Thiết bị lọc bụi li tâm kiểu ngang

Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang có cấu tạo khá đơn giản Nó còn đượcgọi là thiết bị lọc ly tâm một chiều do dòng khí chảy từ đầu này ra đầu kia các thiết

bị trong cùng một chiều

1.6 Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu gió xoáy

Thiết bị này tạo ra nhằm khai thác triệt để lực ly tâm trong chuyển động xoắn

ốc của dòng khí để tách lọc bụi Có 2 loại: thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu guồng xoắnđơn giản và kiểu guồng xoắn có kèm theo xyclone

Điểm khác cơ bản so với xyclone là trong thiết bị này có dòng khí xoáy phụtrợ Khí nhiễm bụi được cho vào từ dưới, được xoáy nhờ cánh quạt, chuyển động lêntrên và chịu tác động của tia khí thứ cấp Dòng khí thứ cấp chạy ra từ vòi phun tiếptuyến để tạo sự xoáy hỗ trợ cho khí.

Dưới tác dụng của lực ly tâm bụi văng ra phía ngoài, gặp dòng khí xoáy thứcấp hướng xuống dưới, đẩy chúng vào khoảng không gian vành khăn giữa các ống.Không gian vành khăn cung quanh ống được trang bị vòng đệm chắn để bụi khôngquay trở lại thiết bị Dòng khí thứ cấp có thể là không khí sạch hoặc là phần khí đã

xử lý hoặc khí nhiễm bụi Thuận lợi nhất là dùng khí nhiễm bụi để làm khí thứ cấp

vì điều đó cho phép tăng năng suất thiết bị lên 40 - 60% mà không ảnh hưởng đếnhiệu quả xử lý

Ưu điểm : so với các xyclone là:

 Hiệu quả thu hồi bụi phân tán cao hơn

 Bề mặt trong của thiết bị không bị mài mòn

 Có thể xử lý khi có nhiệt độ cao hơn

 Có thể điều chỉnh quá trình phân riêng bụi bằng cách thay đổi lượng khí thứcấp

Nhược điểm :

 Cần có cơ cấu thổi khí phụ trợ

 Vận hành phức tạp

 Lượng khí qua thiết bị lớn

Bảng: Đánh giá hiệu quả xử lý.

Kích thước hạt, µm Hiệu quả xử lý, %

1.7 Thiết bị thu hồi bụi kiểu động.

Quá trình xử lý bụi trong thiết bị này được thực hiện nhờ lực li tâm và lựccoriolit, xuất hiện khi quay guồng hút Thiết bị thu hồi bụi kiểu động tiêu thụ nănglượng nhiều hơn thông thường có cùng năng suất và cột áp

Ưu điểm của thiết bị thu hồi bụi động so với các thiết bị thu hồi bụi li tâm làgọn, lượng kim loại nhỏ, kết hợp máy hút bụi và cyclone vào cùng một thiết bị, khảnăng tạo thành các trầm tích trên cánh quạt, do đó làm mất cân bằng phần quay, hiệuquả thu hồi bụi d<10 µm kém và chế tạo phức tạp

Thiết bị lọc được chia làm 3 loại, phụ thuộc vào chứa năng và nồng độ bụivào ra:

 Thiết bị tinh lọc (hiệu quả cao): dùng để thu hồi bụi cực nhỏ với hiệu quả rấtcao trên 99% với nồng độ đầu vào thấp dưới 1mg/m3 và vận tốc lọc dưới 10cm/s

 Thiết bị lọc không khí được sử dụng trong hệ thống khí và điều hòa khôngkhí Chúng được dùng để lọc khí có nồng độ bụi nhỏ hơn 50mg/m3, với vận tốclọc 2,5-3m/s Vật liệu có thể được thu hồi hoặc không thu hồi

 Thiết bị lọc công nghiệp (vải, hạt, sợi thô): được sử dụng để làm sạch khícông nghiệp có nồng độ bụi đến 60g/m3 với kích thước hạt lớn hơn 0,5 m, vậtliệu lọc thường được phục hồi.

Do tiếp xúc dòng khí nhiễm bụi với chất lỏng hình thành bề mặt tiếp xúc pha

Bề mặt này bao gồm các bọt khí, tia khí, tia lỏng, giọt lỏng và màng lỏng Trong đa

số thiết bị thu hồi bụi ướt tồn tại các dạng bề mặt khác nhau, do đó bụi được thu hồitheo nhiều cơ chế khác nhau

Ưu điểm :

 Hiệu quả thu hồi bụi cao hơn

 Có thể ứng dụng để thu hồi bụi có kích thước đến 0,1µm

 Có thể sử dụng bụi khi độ ẩm và nhiệt độ cao

 Nguy hiểm cháy, nổ thấp nhất

 Cùng với bụi có thể thu hồi hơi và khí

 Chất lỏng ướt thiết bị thường bằng nước khi kết hợp quá trình thu hồi bụi với

xử lý hóa học, chất lỏng được chọn theo quá trình hấp thụ

III LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ.

Việc lựa chon phương án tối ưu là một vấn đề hết sức quan trọng trong việc

xử lý ô nhiễm môi trường không khí Làm thế nào vửa giảm được nồng độ bụixuống mức cho phép mà lại vừa có hiệu quả kinh tế nhất phương pháp được lựachọn dựa trên những nguyên tắc sau:

 Thiết bị phù hợp với tính chất, kích thước của hạt bụi

 Hiệu quả đạt yêu cầu, giá thành thấp

 Dễ dàng thi công, lắp đặt

Dựa vào các nguyên tắc trên và các yêu cầu khác ta đưa ra phương án lựachọn tối ưu nhất để thi công

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ CHO HỆ THỐNG.

I THÔNG SỐ KHÍ ĐẦU VÀO.

Bảng 1: Thông số khí đầu vào.

Thông số Đầu vào Đơn vịLưu lượng khí vào, Q 40 m3 /phút

Khối lượng riêng của bụi, ρb 1600 kg/m3

Khối lượng riêng của không khí, ρkk 1.01 kg/m3

Vận tốc duy trì trong đường ống dẫn

Nhiệt độ dòng khí vào, t 80 0C

II CHỈ TIÊU KHÍ ĐẦU RA.

Nồng độ C của các thông số ô nhiễm trong khí thải công nghiệp sản xuất xi

3 Nito oxit, NOx (tính theo NO2) 1000 1000 1000

4 Lưu huỳnh dioxit, SO2 1500 500 500

III Sơ đồ công nghệ.

Nguồn khí vào

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ

 Đối với chụp có góc mở 90o: vmax = 1,65.vtb

 Đối với chụp có góc mở 60o: vmax ≈ vtb

- Vận tốc trung bình được xác định:

v tb=L

F , m/s

- Vận tốc tại 1 điểm bất kỳ trong phần kéo dài của chụp như sau:

 Đối với chụp tròn hoặc vuông:

 Diện tích tiết diện vào cửa chụp: F = A x B = 0.72 x 0.30 = 0.216m2.

 Vận tốc trung bình vào chụp: vtb = Qvào / F = 0.67 / 0.216 = 3.10m/s

II CYCLONE.

1 Lý thuyết.

1.1 Giới thiệu.

Bộ lọc bụi xyclone là

thiết bị lọc bụi được sử dụng

tương đối phổ biến Nguyên lý

làm việc thiết bị lọc bụi kiểu

xyclone là lợi dụng lực ly tâm khi dòng không khí chuyển động để tách bụi ra khỏikhông khí.

1.2 Nguyên tắc hoạt động.

Không khí có lẫn bụi đi qua ống 1 theo phương tiếp tuyến với ống trụ 2 vàchuyển động xoáy tròn đi xuống phía dưới, khi gặp phễu 3 dòng không khí bị đẩyngược lên chuyển động xoáy trong ống 4 và thoát ra ngoài Trong quá trình chuyểnđộng xoáy ốc lên và xuống trong các ống các hạt bụi dưới tác dụng của lực ly tâm vavào thành,mất quán tính và rơi xuống dưới Ở đáy xyclone người ta có lắp them van

xả để xả bụi, van xả 5 là van xả kép 2 cửa 5a và 5b không mở đồng thời nhằm đảmbảo luôn cách ly bên trong xyclone và thùng chứa bụi không cho không khí lọt rangoài

1.3 Ưu điểm - nhược điểm

 Ưu điểm

Không có phần chuyển động, không có lõi lọc nên không cần thay thế

Xử lý hiệu quả với bụi có nồng độ cao

Có thể làm việc ở nhiệt độ cao (có thể đến 500oC)

Thu hồi bụi ở dạng khô

Chi phí vận hành thấp

Trở lực hầu như cố định và không lớn (250 ÷ 1500 N/m²)

Làm việc tốt ở áp suất cao

Năng suất cao (1000 - 80000 m3/h tùy từng model)

Hiệu suất đạt 95 - 98% đối với bụi thô (đường kính hạt bụi ≥ 5 μmm )

 Nhược điểm.

 Hiệu quả vận hành kém khi bụi có kích thước nhỏ hơn 5 μmm