Đề cương Công nghệ xử lý khí thải

Phần I: Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý bụi cho một nhà máy I. Xử lý bụi bằng phương pháp khô 1. Xử lý bụi bằng buồng lắng bụi Cấu tạo: • Buồng lắng bụi có dạng hộp có tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện đường ống dẫn khí, không khí vào một đầu và ra ở đầu kia • Buồng lắng bụi được làm từ gạch, bê tông cốt thép, hoặc thép Nguyên tắc hoạt động: Dựa vào cơ sở lực trọng trường để lắng các hạt có kích thước tương đối lớn bằng cách giảm vận tốc dòng khí và bụi khi vào buồng lắng, các hạt bụi có khối lượng (có trọng lực P) nên khi vận tốc giảm các hạt bụi sẽ tách ra khỏi dòng khí và lắng lại. Khí sạch được đưa ra ngoài Phạm vi áp dụng: • Hiệu suất lọc bụi thấp: µ = 40 – 60%, được áp dụng để lắng bụi có kích thước hạt lớn từ 60 – 70 µm • Thường sử dụng ở cấp lọc sơ bọ hoặc những nơi điều kiện môi trường không khắt khe Ưu điểm: • Chi phí đầu tư ban đầu, vận hành thấp • Kết cấu đơn giản • Sử dụng trong xử lý khí có nồng độ bụi cao chứa các hạt bụi có kích thước lớn đặc biệt từ ngành công nghiệp luyện kim, nấu chảy kim loại • Tổn thất áp lực qua thiết bị thấp • Vận tốc khí đi trong thiết bị thấp nên không gây mài mòn thiết bị • Góp phần làm nguội dòng khí trước khi thổi ra môi trường hoặc dẫn qua các thiết bị thu bụi kế tiếp Nhược điểm: • Phải làm sạch thủ công định kỳ • Cồng kềnh, chiếm diện tích, cần có không gian lớn khi lắp đặt • Chỉ có thể thu được những hạt bụi có kích thước tương đối lớn • Không thể thu được bụi có độ bám dính và dính ướt

Công nghệ xử lý khí thải Phần I: Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý bụi cho một nhà máy

I. Xử lý bụi bằng phương pháp khô

1. Xử lý bụi bằng buồng lắng bụi

Cấu tạo:

• Buồng lắng bụi có dạng hộp có tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện đường ống dẫn khí, không khí vào một đầu và ra ở đầu kia

• Buồng lắng bụi được làm từ gạch, bê tông cốt thép, hoặc thép

Nguyên tắc hoạt động: Dựa vào cơ sở lực trọng trường để lắng các hạt có kích thước tương đối lớn bằng cách giảm vận tốc dòng khí và bụi khi vào buồng lắng, các hạt bụi có khối lượng (có trọng lực P) nên khi vận tốc giảm các hạt bụi sẽ tách ra khỏi dòng khí và lắng lại Khí sạch được đưa ra ngoài

Phạm vi áp dụng:

• Hiệu suất lọc bụi thấp: µ = 40 – 60%, được áp dụng để lắng bụi có kích thước hạt lớn từ 60 – 70 µm

• Thường sử dụng ở cấp lọc sơ bọ hoặc những nơi điều kiện môi trường không khắt khe

Ưu điểm:

• Chi phí đầu tư ban đầu, vận hành thấp

• Kết cấu đơn giản

• Sử dụng trong xử lý khí có nồng độ bụi cao chứa các hạt bụi có kích thước lớn đặc biệt từ ngành công nghiệp luyện kim, nấu chảy kim loại

• Tổn thất áp lực qua thiết bị thấp

• Vận tốc khí đi trong thiết bị thấp nên không gây mài mòn thiết bị

• Góp phần làm nguội dòng khí trước khi thổi ra môi trường hoặc dẫn qua các thiết bị thu bụi kế tiếp

Nhược điểm:

• Phải làm sạch thủ công định kỳ

• Cồng kềnh, chiếm diện tích, cần có không gian lớn khi lắp đặt

• Chỉ có thể thu được những hạt bụi có kích thước tương đối lớn

• Không thể thu được bụi có độ bám dính và dính ướt

2. Xử lý bụi bằng thiết bị lọc bụi liểu ly tâm

Có hai loại: Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang và thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu thẳng đứng

a. Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng

Cấu tạo: Thiết bị gồm hai hình trụ lồng vào nhau, hình trụ ngoài được bọc kín, hình trụ trong hai đầu rỗng

Nguyên tắc hoạt động: Khí và bụi được đưa vào theo phương tiếp tuyến với thành bình (bề mặt hình trụ ngoài) và thực hiện chuyển động xoáy từ trên xuống dưới Bụi có khối lượng m theo quán tính va đập vào thành bình nên mất động năng và rơi xuống dưới Không khí sạch đổi chiều và theo hình trụ nhỏ bên trong chuyển động ngược lên trên ra ngoài

Ưu điểm:

• Khí và bụi đi vào theo phương tiếp tuyến với thành bình nên lực xoáy ly tâm lớn do đó hiệu suất lọc bụi đạt : µ = 60- 80% Lọc được các loại bụi có kích thước vừa và tương đối lớn

• Khí và bụi đi ngược chiều nhau nên hiệu suất xử lý cao

• Chế tạo đơn giản, vận hành dễ dàng, có thể sửa chữa thay thế từng bộ phận

• Có thể làm việc ở nhiệt độ cao (đến 500oC), làm việc tốt ở áp suất cao

• Hiệu quả không phụ thuộc vào sự thay đổi nồng độ bụi

• Chiếm ít không gian lắp đặt nên thường được sử dụng nhiều trong thực tế

Nhược điểm:

• Hiệu quả xử lý kém nếu bụi có kích thước nhỏ hơn 5 µm

• Trở lực của dòng khí lớn nên động cơ phải lớn do đó chi phí vận hành cao

• Không thể thu được bụi có tính kết dính

Phạm vi áp dụng:

• Xyclon thường được sử dụng để lọc tro bụi trong khí thải lò hơi, lò nhiệt điện

• Có thể dùng ở cấp độ lọc thô, lọc vừa, lọc tinh

b. Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu ngang

Nguyên tắc làm việc: Khí và bụi được đưa vào thiết bị Dưới tác dụng của

lá hướng dòng tạo ra chuyển động xoáy của dòng không khí và bụi theo phương tiếp tuyến Lực ly tâm sản sinh từ dòng chuyển động xoáy tác dụng lên các hạt bụi và đẩy chúng ra xa lõi hình trụ rồi chạm vào thành ống bao và thoát ra khe hình vành khăn để rơi vào nơi tập trung bụi Không khí sạch theo ống la thoát ra ngoài

Đặc điểm: Lực ly tâm sinh ra phụ thuộc vào lá hướng dòng, nếu lá hướng dòng tạo vận tốc dòng khí lớn thì lực ly tâm sinh ra mạnh do vậy hiệu suất lọc sẽ cao hơn Ngược lại nếu lá hướng dòng tạo vận tốc dòng khí nhỏ thì lực ly tâm sinh ra yếu do vậy hiệu suất lọc thấp

Ưu điểm:

• Cấu tạo thiết bị đơn giản

Nhược điểm:

• Khí và bụi đi cùng chiều với nhau nên hiệu suất lọc bụi không cao, chỉ những hạt bụi to mới văng ra ngoài

• Lá hướng dòng dễ bị gãy, lực ly tâm do lá hướng dòng gây ra nhỏ

• Tốn nhiều diện tích lắp đặt do thiết bị nằm dọc theo chiều khí và bụi vào

Phạm vi áp dụng: Do những nhược điểm trên mà xyclon kiểu nằm ngang ít được sử dụng trong thực tế

c. Xử lý bụi bằng thiết bị lọc bụi kiểu màng lọc (túi vải, lưới lọc bụi)

Nguyên lý chung: Dòng khí và bụi được chặn lại bởi màng hoặc túi lọc; túi (màng) này có các khe (lỗ) nhỏ cho các phân tử khí đi qua dễ dàng nhưng

giữ lại các hạt bụi Khi lớp bụi đủ dày ngăn cản lượng khí đi qua thì người

ta tiến hành rung hoặc thổi ngược để thu hồi bụi và làm sạch màng

Thường có hai hình thức lọc bụi kiểu màng lọc là lưới lọc bụi và lọc bụi bằng túi vải

Lưới lọc bụi

Cấu tạo:

• Lưới được làm bằng thép đan, tùy thuộc vào mức độ xử lý mà chọn kích thước lưới đan khác nhau

• Hộp lưới (lưới thép hai bên) ở giữa là các vật liệu lọc bụi

Đặc điểm:

• Hiệu suất lọc bụi rất cao: µ = 80 – 90%

• Lọc được các hạt bụi có kích thước từ nhỏ đến lớn

• Khi nồng độ bụi quá lớn, bụi bám nhiều thì phải thường xuyên làm sạch thiết bị

Phạm vi áp dụng:

• Lưới lọc bụi thường được sử dụng để lọc sạch bụi trong không khí thổi vào của hệ thống thông gió, điều hòa không khí nhà với nồng độ bụi ban đâu fkhoong quá 5mg/m3

• Lưới lọc dầu thường được sử dụng ở các nhà máy nhiệt điện

Lọc bụi bằng túi vải (ống tay áo)

Cấu tạo:

• Thiết bị gồm những túi vải dệt từ các loại sợi khác nhau được lồng vào khung lưới ống bằng thép để bảo vệ và đa số có trang bị cơ cấu giũ bụi

• Đường kính tay áo có thể khác nhau, phổ biến nhất là từ 120 – 300

mm, không vượt quá 600mm

• Có hai loại: Lọc từ phía trong và lọc từ phía ngoài

Đặc điểm:

• Hiệu suất lọc bụi cao: µ= 85 – 90%

• Thời gian làm việc theo chu kỳ thường ngắn

• Căn cứ nhiệt độ khói thải để chọn vải làm túi

 Nhiệt độ khói thải > nhiệt độ môi trường: loại vải làm túi thường là vải amiang hoặc lưới thép

 Nhiệt độ khói thải < nhiệt độ môi trường: loại vải làm túi thường là vải thông thường

• Khí và bụi vào thiết bị phải khô để tránh tình trạng làm gỉ thiết bị Phạm vi áp dụng: Thiết bị này chỉ được sử dụng ở những nơi cần thu hồi những loại bụi quý có giá trị hoặc những nơi yêu cầu chất lượng không khí cao

d. Xử lý bụi bằng thiết bị lọc bụi kiểu tĩnh điện

Nguyên tắc lọc bụi bằng tĩnh điện: Tích điện âm cho hạt bụi, bụi sẽ mang điện tích âm, bụi đi qua bề mặt có điện tích dương, bụi sẽ bị hút vào bề mặt này, trung hòa điện và rơi xuống Thiết bị sử dụng dòng điện một chiều với điện thế cao áp (khoảng 50.000V)

Thường có hai hình thức lọc bụi bằng tĩnh điện: Lọc bụi bằng điện kiểu ống và lọc bụi bằng điện kiểu tấm

Thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu ống

Nguyên tắc hoạt động: Khí và bụi được đưa vào thiết bị Dưới điện thế cao

mà dây kim loại được nạp, nó sẽ tạo ra bên trong ống cực dương một điện trường mạnh và dòng khí mang bụi đi qua, những phân tử khí trong dòng khí sẽ bị ion hóa rồi truyền điện tích âm cho hạt bụi dưới tác động va đập quán tính hoặc khuếch tán ion Nhờ thế các hạt bụi bị khuếch tán về cực dương, đọng lại trên bề mặt trong của ống hình trụ, mất điện tích và rơi xuống phễu chứa bụi Khí sạch theo đường ống dẫn khí thoát ra ngoài

Đặc điểm:

• Thiết bị sử dụng dòng điện một chiều U = 30 – 70 kV

• Yêu cầu bụi vào thiết bị phải khô

• Hiệu suất lọc bụi cao µ = 95 – 99%

• Lọc được tất cả các loại bụi từ kích thước lớn đến kích thước nhỏ

• Giá thành đắt

Phạm vi áp dụng: Thiết bị này chỉ được sử dụng ở những nơi cần thu hồi những loại bụi quý có giá trị hoặc những nơi yêu cầu chất lượng không khí cao

II. Xử lý bụi bằng phương pháp ướt

Nguyên tắc: Nguyên lý của quá trình là dựa vào sự tiếp xúc giữa dòng khí mang bụi với chất lỏng, bụi trong dòng khí bị chất lỏng giữ lại và thải ra ngoài dưới dạng cặn bùn Phương pháp lọc bụi bằng thiết bị lọc kiểu ướt

có thể xem là rất đơn giản nhưng hiệu quả lại rất cao

Ưu điểm:

• Thiết bị lọc bụi kiểu ướt dễ chế tạo, giá thành thấp nhưng hiệu quả lọc bụi cao

• Có thể lọc bụi kích thước dưới 0,1 µm

• Có thể làm việc với khí có nhiệt độ và độ ẩm cao mà một số thiết bị lọc bụi khác không thể đáp ứng được như lọc bằng vải, lọc bằng điện

• Thiết bị lọc bụi kiểu ướt không những lọc được bụi mà còn lọc được

cả khí độc hại bằng quá trình hấp thụ, bên cạnh đó còn sử dụng như thiết bị làm nguội và làm ẩm khí trong nhiều trường hợp trước thiết

bị lọc bụi bằng điện phải cần đến nó

Nhược điểm:

• Bụi thải ra dưới dạng bùn cặn gây khó khăn cho việc thu gom bụi đồng thời làm phức tạp cho hệ thống thoát nước và xử lý nước thải

• Dòng khí thoát ra khỏi thiết bị mang theo lượng hơi nước có thể gây

ăn mòn các thiết bị ở phía sau thiết bị lọc như đường ống, ống khói,

…

• Trong trường hợp khói thải có chứa nhiều chất dễ ăn mòn như SO2,

CO2, … cũng có khả năng làm cho các đường ống và thiết bị bị ăn mòn vì vậy cần phải sử dụng những vật liệu chống gỉ như inox, chất dẻo hoặc mạ các thiết bị đó

Thiết bị lọc bụi kiểu ướt thường có thể chia thành các loại sau đây tùy thuộc vào nguyên lý hoạt động của chúng:

• Buồng phun, tháp rửa khí rỗng

• Thiết bị khử bụi có lớp đệm bằng vật liệu rỗng tưới nước

• Thiết bị lọc bụi ( rửa khí) có đĩa chứa nước sủi bọt

• Thiết bị lọc bụi ( rửa khí) với lớp hạt hình cầu di động

• Xyclon ướt

1. Buồng phun, tháp rửa khí rỗng

Nguyên tắc hoạt động: Dòng khí mang bụi đi vào thiết bị từ dưới qua sàn phân phối lên trên, dòng nước được phun dưới dạng hạt nhỏ từ trên xuống Khi hai môi chất tiếp xúc nhau, bụi trong dòng khí bị cuốn theo nước đi xuống dưới, còn khí sau khi tách bụi, qua bộ phận chắn nước tách được hơi nước thoát ra ngoài ở đầu thiết bị

Đặc điểm:

• Yêu cầu vận tốc dòng khí vào thiết bị trong khoảng 0,6 – 1,2 m/s

• Hiệu suất xử lý phụ thuộc vào cường độ phun nước và vận tốc dòng không khí chuyển động trong thiết bị

• Cấu tạo thiết bị đơn giản, gọn, dễ chế tạo

• Vận hành dễ

• Hiệu suất xử lý khá cao µ = 80- 90%

Phạm vi áp dụng: Thiết bị này được sử dụng phổ biến để lọc bụi thô trong khí thải đồng thời để làm nguội khí

2. Thiết bị khử bụi có lớp đệm bằng vật liệu rỗng tưới nước

Cấu tạo: Gồm một thùng tiết diện tròn hoặc chữ nhật bên trong có chứa một lớp đệm bằng vật liệu rỗng và được tưới nước

Nguyên tắc hoạt động: Khi đi từ dưới lên xuyên qua lớp vật liệu rỗng, khi tiếp xúc với bề mặt ướt của lớp vật liệu rỗng bụi sẽ bám lại ở đó còn khí sạch thoát ra ngoài Một phần bụi sẽ bị nước cuốn trôi xuống thùng chứa

và được xả ra dưới dạng bùn cặn Định kỳ người ta thau rửa lớp vật liệu rỗng

Đặc điểm:

• Vật liệu rỗng thường dùng các loại khâu có hình dạng khác nhau làm bằng sứ, thủy tinh, nhựa

• Cấu tạo thiết bị đơn giản

• Hiệu suất xử lý cao hơn so với tháp rửa khí rỗng, µ = 90% đối với các hạt có δ > 2µm

• Trở lực thiết bị lớn

• Phải định kỳ thau rửa lớp vật liệu rỗng

Phạm vi áp dụng:

• Áp dụng làm bậc lọc bụi thứ nhất trong các hệ thống hút bụi ở máy đập nhỏ và phân loại, máy dỡ khuôn trong các phân xưởng đúc

• Làm bậc lọc lần thứ hai trong các hệ thống lọc bụi có nồng độ bụi ban đầu lớn

3. Thiết bị lọc bụi (rửa khí) có đĩa chứa nước sủi bọt

Nguyên tắc hoạt động: Nguyên tắc làm việc của thiết bị lọc bụi có đĩa chứa nước sủi bọt là cấp nước vào đĩa vừa đủ tạo một lớp nước có chiều cao thích hợp; dòng khí đi từ dưới lên trên qua đĩa đục lỗ, làm cho lớp nước sủi bọt Bụi trong khí tiếp xúc với bề mặt của những bong bóng nước và bị giữ lại rồi theo nước chảy xuống thùng chứa

Đặc điểm:

• Thiết bị lọc bụi có đĩa chứa nước sủi bọt có khả năng lọc được bụi có kích thước δ ≥ 5 µm với hiệu quả lọc tương đối cao

• Đĩa đục lỗ dùng trong thiết bị có thể là lỗ tròn đường kính do = 4 – 8

mm hoặc rãnh song song bề rộng b = 4 – 5 mm, bề dày của đĩa đục lỗ cần lấy trong khoảng 4 – 6 mm

• Trong thiết bị sủi bọt kiểu chảy tràn, người ta thường dùng đĩa đục lỗ tròn đường kính lỗ 3 – 8 mm Vận tốc khí qua tiết diện sống (diện tích lỗ) của đĩa 5 – 15 m/s tương ứng với vận tốc khí trên toàn tiết diện ngang của thiết bị là 1- 3 m/s

Phạm vi áp dụng: Thiết bị này được sử dụng để xử lý bụi trong công nghiệp

4. Thiết bị lọc bụi (rửa khí) với lớp hạt hình cầu di động

Cấu tạo: Vật liệu để chế tạo hạt cầu là nhựa, cao su hoặc thủy tinh Hạt rỗng hoặc đặc, khối lượng riêng của hạt cầu không được vượt quá khối lượng riêng của nước để đảm bảo cho các hạt cầu chuyển động một cách

tự do trong hỗn hợp khí nước bên trong thiết bị

Nguyên tắc hoạt động: Khí mang bụi được đưa vào thiết bị từ dưới lên Dòng khí đưa vào này làm cho các hạt hình cầu chuyển động hỗn loạn trong trạng thái lơ lửng, bụi trong khí va đập vào các hạt hình cầu tách khỏi dòng khí Nước được phun từ trên xuống cuốn theo các hạt bụi tạo thành cặn bùn được dẫn ra ngoài để xử lý

Đặc điểm:

• Hiệu suất lọc bụi với lớp hạt hình cầu di động có hiệu suất xử lý bụi khá cao

• Vận tốc dòng khí vào cho phép trong khoảng 5- 6 m/s và tỷ lệ nước khí là 0,5 – 0,7 l/m3

• Đường kính thích hợp của các hạt hình cầu là d = 20 – 40 mm

• Trọng lượng đơn vị của các hạt hình cầu ρ = 200 – 300 kg/m3

• Sức cản của thiết bị khá lớn 900 – 1400 Pa

Phạm vi áp dụng: Thiết bị này được sử dụng để xử lý bụi trong công nghiệp

5. Thiết bị lọc bụi kiểu ướt dưới tác dụng va đập quán tính

Nguyên tắc hoạt động: Khi dòng khí được hút vào thiết bị, khí đi vào rãnh giữa các cánh hướng dòng và kéo theo nước tạo thành một màng nước tung tóe lên với giọt mịn 300 – 400 µm Sự luồn lách của hỗn hợp không khí - nước qua các bề mặt có cấu tạo thay đổi đó sẽ làm cho các hạt bụi va đập và rơi xuống Khí sạch giũ hết bụi được dẫn ra ngoài

Đặc điểm:

• Thiết bị này không cần phương tiện vận chuyển nước phun vào thiết

bị, không cần vòi phun Chỉ cần một lượng nước chứa sẵn trong thiết

bị và có sung thêm bằng hệ thống cấp nước sinh hoạt thông thường, không cần bơm áp lực cao

• Đường kính của hạt nước từ 300 – 400 µm

• Vận tốc khí vào thiết bị là 15m/s Vận tốc khí ra khỏi quạt là khá lớn

• Áp lực của thiết bị là 2700 – 3000 N/m2

• Lượng nước tiêu hao cho quá trình này thường không quá lớn; thường là 0,7 l/m3

• Năng lượng tiêu thụ cho loại thiết bị này nằm trong khoảng 1 – 1,3 kWh cho 1000 m3/h lưu lượng khí cần xử lý

Phạm vi áp dụng:

• Thiết bị làm việc được với nồng độ bụi ban đầu rất cao

• Rotoclon – N thường được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp luyện kim để lọc bụi thông thường và lọc bụi có tính kết dính cũng như các loại bụi dễ gây cháy nổ

6. Xyclon ướt

Nguyên tắc hoạt động: Nước được phun ra theo chiều thuận với chiều chuyển động xoắn ốc của dòng khí bên trong xyclon và phải tạo ra được màng nước mỏng chảy từ trên xuống dưới và láng khắp mặt trong của xyclon Khí đi vào xyclon từ dưới lên trên bằng ống dẫn vào nối theo phương tiếp tuyến với vỏ trụ của xyclon để tạo cho dòng khí có chuyển động xoắn ốc Bụi tách ra chạm vào thành ống bị nước cuốn đi nên không

có khả năng bắn ngược trở lại vào dòng khí Ống thoát khí ra cũng được nối tiếp theo phương tiếp tuyến với vỏ trụ thuận chiều quay xoắn ốc của dòng khí bên trong xyclon

Đặc điểm:

• Vận tốc dòng khí vào v = 18 – 22 m/s

• Hiệu suất xử lý cao, µ > 90%, có thể lên tới 99%

• Thiết bị gọn nhẹ

• Lọc được cả bụi vô cơ lẫn hữu cơ (nhưng không lọc được các loại bụi kị nước)

• Lắp đặt và vận hành phức tạp

• Cần phải có công trình phụ trợ là bể chứa nước