lọc bụi trong khí thải

XỬ LÝ KHÍ THẢI

LỌC BỤI TRONG KHÍ THẢI

CÁC THÔNG SỐ CỦA BỤI

KÍCH THƯỚC HẠT BỤI

Trong không khí, bụi tồn tại dưới dạng 1 tập hợp các hạt rắn có kích thước khác nhau cùng khuếch tán trong không khí. Duy chỉ có các loại bụi có nguồn gốc từ hơi ngưng tụ lại sẽ cho loại bụi có kích thước thuần nhất. Tùy thuôc vào kích thước và trọng lượng riêng, hạt bụi có thể tồn tại lâu hay mau trong không khí.

Kích thước hạt bụi được xác định bằng kính hiển vi, bằng thiết bị sàng lưới, sàng khí động trên máy Ba-Cô, lắng trong dung môi theo phương pháp Pi -Pet…

Thông số đánh gía kích thước bụi là: Đường kính D50 là đường kính của hạt mà trọng lượng các hạt lớn hơn D50 và nhỏ hơn D50 là bằng nhau. Và khoảng phân tán của đường kính các hạt bụi lgσ .

Người ta chia bụi thành 5 loại có cỡ hạt đại diện như sau:

TRỌNG LƯỢNG RIÊNG CÁC HẠT BỤI

Phụ thuộc vào bản chất hóa học mà mỗi loại bụi có trọng lượng riêng khác nhau .Cần phải phân biệt:

Trọng lượng riêng đặc là trọng lượng riêng của khối vật liệu đặc.

Trọng lượng riêng xốp của tập hợp các hạt bụi lắng là tỷ số của trọng lượng khối bụi với thể tích khối bụi lắng.

CÁC THÔNG SỐ KHÁC

- Độ thấm ướt.

- Hình dạng hạt bụi.

- Độ dẫn điện.

HIỆU QUẢ THU BẮT BỤI

Hệ số lọt bụi: k = 1 -  ().

Hiệu quả lọc bụi được xác định cho từng nhóm hạt bụi có hàm lượng Φi (phần trăm khối lượng) và hiêu suất thu bắt của toàn bộ được xác định theo công thức:

CÁC LOẠI THIẾT BỊ THU BẮT BỤI THÔ VÀ VỪA

BUỒNG LẮNG

Trong buồng lắng, hạt bụi tách ra khỏi dòng không khí dưới tác dụng của lực trong trường và có hướng rơi xuống đất. Đồng thời, hạt bụi chịu lực ma sát của các phần tử khí.

Để tính toán buồng lắng, vận tốc rơi của hạt bụi trong không khí (hay “vận tốc treo” ) được xác định bằng công thức tính toán hay tra biểu đồ phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất môi trường, kích thước hạt bụi và trọng lượng riêng của hạt bụi.

Hạt bụi đường kính δ rơi trong không khí do tác dụng của trong lượng bản thân G và chịu sức cản của môi trường không khí Pms với vận tốc rơi vtr được tính bằng công thức Stốc :

Công thức Stốc:

Hay tra biểu đồ:

Người ta thường cấu trúc buồng lắng bụi theo phương ngang. Dòng khí chứa hạt bụi đi ngang qua không gian buồng lắng với vận tốc được dàn đều trên toàn mặt cắt ngang. Thông thường tốc độ dòng khí không vượt quá 0,3m/s trên toàn mặt cắt ngang. Điều kiện để 1 hạt bụi lắnng trong buồng bụi là:

u - tốc độ dòng khí trong buồng lắng.

v - tốc độ treo của hạt bụi.

H - chiều cao khoảng lắng trong buồng.

L - chiều dài khoảng lắng trong buồng.

Để giảm bớt kích thước buồng lắng người ta có thể chia chiều cao buồng lắng thành nhiều ngăn theo phương ngang để giảm chiều cao tính toán H.

Buồng lắng bụi có hiệu suất thấp, chỉ thu được các hạt bụi lớn nên thường chỉ dùng để thu lại phế liệu như cát, phoi bào, mùn cưa…Với các hạt δ <90 μm hiệu quả lắng đạt 46 - 75%.

7.1.2.2. THIẾT BỊ THU BỤI QUÁN TÍNH

Khi dòng khí lẫn bụi đột ngột đổi hướng chuyển động, hạt bụi có khối lượng lớn hơn nhiều phần tử không khí sẽ chuyển động thẳng tới và tự tách ra khỏi dòng không khí.

Loại VTI của Liên Xô: Có trở lực ΔP = 200-500Pa hiệu quả lọc  = 86.5 - 97,7 cho bụi có đường kính δ = 25 - 60 mm.

Loại IP của Liên Xô: Bụi cát có hiệu quả thu bụi < 87% khi chứa 25% hạt có δ = 25 μm.

LẮNG TRONG TRƯỜNG LỰC LY TÂM (LỌC XOÁY)

Lực ly tâm là lực phát sinh khi vật thể tham gia vào một chuyển động quay. Lực ly tâm có xu hướng đẩy vật thể đi ra xa tâm quay. Độ lớn của lực ly tâm tỉ lệ thuận với trọng lượng vật thể và tốc độ quay quanh trục của vật thể.

Trong đó: P - Lực ly tâm đặt lên vật thể.

m – Khối lượng vật thể. kg

u - Tốc độ dài của vật thể. m/s

R - Khoảng cách từ tâm quay tới vật thể. m

Ω- vận tốc góc của chuyển động quay. 1/radian

Người ta lợi dụng nguyên lý này để chế tạo ra thiết bị Cyclon lắng bụi . Cấu tạo Cyclon như sau: Cyclon là thiết bị hình trụ tròn có miệng dẫn khí vào ở phía trên. Không khí vào cyclon sẽ chảy xoáy theo đường xoắn ốc dọc bề mặt trong của vỏ hình trụ. Xuống tới phần phễu, dòng khí sẽ chuyển động ngược lên trên theo đường xoắn ốc và qua ống tâm thoát ra ngoài.

Hạt bụi trong dòng không khí chảy xoáy sẽ bị cuốn theo dòng khí vào chuyển động xoáy. Lực ly tâm gây tác động làm hạt bụi sẽ rời xa tâm quay và tiến về vỏ ngoài cyclon. Đồng thời, hạt bụi sẽ chịu tác động của sức cản không khí theo chiều ngược với hướng chuyển động, kết quả là hạt bụi dịch chuyển dần về vỏ ngoài của cyclon, va chạm với nó, sẽ mất động năng và rơi xuống phễu thu. Ở đó, hạt bụi đi qua thiết bị xả đi ra ngoài.

Giải các phương trình toán về chuyển động của hạt bụi đơn lẻ trong cyclon, người ta có được các công thức tính sau:

Đường kính hạt bụi nhỏ nhất thu lại trong cyclon là:

(m)

Thời gian hạt bụi lưu trong cyclon là:

(σ)

Trong đó:

ν － hệ số nhớt động học m²/s.

d- đường kính hạt bụi m.

Ω- tốc độ góc của hạt bụi.

n- số vòng quay của hạt bụi trong cyclon.

μ và κ － trọng lượng riêng của bụi và không khí kg/m³.

R1- Bán kính ống tâm. m.

R2- Bán kính phần hình trụ của cyclon m.

Các công thức trên chỉ có tính lý thuyết, cho tới nay vẫn không có đủ các công thức chỉ rõ mối liên hệ lý thuyết đủ để tính hết các kích thước cấu tạo nên Cyclon. Vì thế, trong thực tế, người ta không thiết kế cyclon theo lý thuyết mà tính chọn cyclon theo các loại cyclon chuẩn đã được chế tạo, thử nghiệm và đo đạc các thông số cần thiết. Các loại Cyclon của Liên Xô thiết kế thử nghiệm có tốc độ khí trên cửa vào từ 15- 25 m/s, và thường được dùng lọc bụi có đường kính d = 6 ÷ 10 µm với hiệu suất 75 ÷ 85% và lọc bụi có đường kính d >20 µm với hiệu suất 92 ÷ 95%. Các loại Cyclon thường có đường kính phần hình trụ D = 400; 500; 630 và 800 mm. Các kích thước hình học khác của cyclon tỷ lệ với đường kính phần hình trụ D. Đường đặc tuyến làm việc của Cyclon có dạng đường thẳng trên biểu đồ có thang chia theo hàm logarit biểu thị quan hệ giữa lưu lượng và trở lực của dòng khí qua Cyclon. Cyclon thường làm việc trong khoảng trở lực 140 ÷ 170 kg/m2 với vận tốc tối ưu cho mỗi loại cyclon.

Bảng 2-3: Vận tốc trung bình trên mặt cắt ngang phần hình trụ của vài loại cyclon.

Chú ý: V- (vận tốc trung bình quy ước) được tính theo đường kính thân hình trụ của cyclon.

Cyclon ghép: Các nghiên cứu cho thấy các Cyclon đường kính càng lớn thì

hiệu quả càng giảm thấp vì nhiều lý do. Vì thế người ta đã thiết kế các loại cyclon tiêu chuẩn đường kính 250 mm và ghép nhiều cyclon làm việc song song để lọc lượng khí thải lớn. Khi này hiệu suất lọc hạt bụi ≤ 5 µm đạt tới 85 ÷ 90%. Các loại cyclon này thường có cánh xoắn ở miệng vào với góc nghiêng 25-30^O. Đường kính ống tâm d=158-133mm. vận tốc trung bình trong mắt cắt ngang v=3,5-4,75 m/s.

CÁC LOẠI THIẾT BỊ LỌC BỤI TINH BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHÔ

LỌC BẰNG VẢI LỌC

Nguyên lý lọc bụi của vải như sau: cho không khí lẫn bụi đi qua 1 tấm vải lọc, ban đầu các hạt bụi lớn hơn khe giữa các sợi vải sẽ bị giữ lại trên bề mặt vải theo nguyên lý rây, các hạt nhỏ hơn bám dính trên bề mặt sợi vải lọc do va chạm, lực hấp dẫn và lực hút tĩnh điện, dần dần lớp bụi thu được dày lên tạo thành lớp màng trợ lọc, lớp màng này giữ được cả các hạt bụi có kích thước rất nhỏ . Hiệu quả lọc đạt tới 99,8% và lọc được cả các hạt rất nhỏ là nhờ có lớp trợ lọc. Sau 1 khoảng thời gian lớp bụi sẽ rất dày làm sức cản của màng lọc quá lớn, ta phải ngưng cho khí thải đi qua và tiến hành loại bỏ lớp bụi bám trên mặt vải. Thao tác này được gọi là hoàn nguyên khả năng lọc.

Vải lọc có thể là vải dệt hay vải không dệt, hay hỗn hợp cả 2 loại. Nó thường được làm bằng sợi tổng hợp để ít bị ngấm hơi ẩm và bền chắc .Chiều dày vải lọc càng cao thì hiệu quả lọc càng lớn.

Loại vải dệt thường dùng các loai sợi có độ xe thấp, đường kính sợi lớn, đệt với chi số cao theo kiểu dệt đơn. Chiều dày tấm vải thường trong khoảng 0,3mm. Trọng lượng khoảng 300-500 g/m².

Loại vải không dệt thường làm từ sợi len hay bông thô. Người ta trải sợi thành các màng mỏng và đưa qua máy định hình đề tao ra các tấm vải thô có chiều dày 3-5mm.

Loại vải hỗn hợp là loại vải dệt, sau đó được xử lý bề mặt bằng keo hay sợi bông mịn. Đậy là loại vải nhập ngoại thông dụng hiện nay. Chúng có chiều dày 1,2-5mm.

Vải lọc thường được may thành túi lọc hình tròn đường kính D=125-250 mm hay lớn hơn và có chiều dài 1,5 đến 2 m. Cũng có khi may thành hình hộp chữ nhật có chiều rộng b=20-60mm; Dài l=0,6-2m. Trong một thiết bị có thể có hàng chục tới hàng trăm túi lọc.

Với túi lọc tròn - dài, người ta thường may kín một đầu túi, đầu kia để trống. Khi làm việc, đầu để trống được liên kết với cổ dẫn khí lọc vào túi trên mặt sàng phân cách của buồng lọc bụi. Khi cho không khí trước khi lọc đi vào trong túi qua cổ, dòng khí đi xuyên qua túi vải ra khoang khí sạch và thoát ra ngoài. Chiều đi này sẽ làm túi vải tự căng ra thành bề mặt lọc hình trụ tròn. Với sơ đồ này, miệng túi nối với mặt sàng thường được quay xuống phía dưới để tháo bụi ra khỏi túi khi làm sạch mặt vải.

Khi cho không khí đi theo chiều từ bên ngoài vào bên trong túi, trong túi phải có khung căng túi làm từ kim loại để túi không bị xẹp lại khi làm việc. Với sơ đồ này, miệng túi nối với mặt sàng thường được quay lên phía trên.

Với túi lọc hình hộp chữ nhật, chỉ có một sơ đồ là cho không khí đi từ bên ngoài vào bên trong túi, và bên trong túi buộc phải có khung căng túi vải.

Khoảng cách giữa các túi chọn từ 30 - 100mm.

Việc hoàn nguyên bề mặt lọc có thể tiến hành sau khi ngừng cho không khí đi qua thiết bị và làm sạch bụi trên mặt vải bằng 2 cách:

- Rung rũ bằng cơ khí nhờ một cơ cấu đặc biệt.

- Thổi ngược lại bằng khí nén hay không khí sạch.

Vì có đặc điểm là chu kỳ làm việc gián đoạn xen kẽ với chu kỳ hoàn nguyên nên thiết bị này bao giờ cũng có hai hay nhiều ngăn (hay nhiều block trong cùng 1 ngăn) để có thể ngừng làm việc từng ngăn (hay từng block) mà rũ bụi. Tải trọng không khí của vải lọc thông thường là 150-200 m/h. Trở lực của thiết bị khoảng 120-150 kg/m² . Chu kỳ rũ bụi là 1-3 h. Chu kỳ thổi bụi bằng khí nén 1 - 3phút.

Sơ đồ thiết bị lọc bụi bằng túi vải tròn thổi bụi bằng khí nén.

Tính toán sơ bộ thiết bị như sau:

Tổng diện tích túi lọc bụi yêu cầu: F = Q/(150-180) (m²)

Diện tích của 1 túi: Túi tròn f = π x D x l (m²)

Túi hộp chữ nhật f = 2 x (a + b) x l (m²)

Số túi trong 1 ngăn lọc: n = F/f (lấy tròn) (túi).

Với: Q – Lưu lượng khí thải cần lọc. (m³/h)

D - Đường kính túi lọc hình trụ tròn. (m)

a; b; l - Chiều rộng, chiều dày và chiều dài túi hộp chữ nhất. (m).

LẮNG BỤI TRONG TRƯỜNG TĨNH ĐIỆN

Nguyên lý làm việc của thiết bị như sau: Khi cho dòng không khí lẫn bụi đi qua điện trường 1 chiều đủ mạnh, chất khí sẽ bị ion hóa bám vào bề mặt hạt bụi làm bề mặt hạt bụi nhiễm điện. Do tác dụng của lực điện trường, hạt điện tích điện sẽ bị hút về cực khác dấu( thường là cực dương). Khi va vào điện cực, hạt bụi bị trung hoà điện và rơi xuống phía dưới đáy xả bụi.

Điện trường một chiều trong thiết bị thường có điện áp rất cao, từ 11 KV đến 80KV tuỳ theo từng loại thiết bị. Trong điện trường, hạt bụi đường kính 0,1mm sẽ tích điện tối đa trong khoảng 1s. Vì thế thời gian dòng khí đi qua thiết bị từ 2 – 8 giây tuỳ theo thiết bị.

Các thiết bị công nghiệp có 2 loại, loại 1 giai đoạn và 2 giai đoạn.

- Loại một giai đoạn là loại giống như sơ đồ nguyên lý. Điện trường vừa ion hoá hạt bụi vừa thu hạt bụi nên điện cực âm thường là các dây kim loại treo ở giữa các bản hay các ống điện cực dương nối đất.

- Loại hai giai đoạn là loại chia ra vùng ion hoá hạt bụi, các điện cực âm là dây treo giữa các bản cực dương và vùng thu hạt bụi là vùng có hai bản cực song song xen kẽ nhau.

Đây là loại thiết bị lọc bụi hiệu suất rất cao tới 99,8 % khi nồng độ ban đầu đạt 7 g/cm3. Nó thường được sử dụng để lọc tinh không khí sau các cấp lọc thô bằng buồng lắng và Cyclon. Nó còn có ưu điểm là lọc sạch khí thải ở nhiệt độ rất cao mà không làm nguội khí thải. Thiết bị này còn là thiết bị tiêu hao điện năng thấp 0,2 KW / 1000m3/h vì trở lực thấp (10 – 20 kg/m²).

Tuy vậy, nồng độ các chất gây cháy nổ trong khí thải như CO, bụi than… cần được kiểm soát chặt chẽ để tránh bị kích nổ do dòng khí bị ion hóa phát sinh ra tia lửa điện.

LỌC BỤI THÔ VÀ VỪA BẰNG PHƯƠNG PHÁP ƯỚT

BUỒNG PHUN

.

Buồng phun được sử dụng để kết hợp lọc sạch bụi và hơi khí độc bằng dung dịch phun. Người ta đưa dòng khí thải có lẫn bụi và hơi khí độc vào một đầu buồng phun qua một thiết bị có thể phân đều dòng khí thải theo toàn bộ tiết diện ngang của buồng. Trong không gian buồng phun có bố trí 1,2 hay 3 giàn mũi phun để phun dung dịch thành chùm các hạt nước nhỏ ngược chiều dòng khí thải. Hơi khí độc bị dung dịch hấp thụ qua bề mặt các hạt dung dịch, không khí sạch qua khỏi buồng phun được dẫn vào Cyclon ướt để thu lại các hạt nước phun. Sau đó khí thải có thể được thải thẳng vào khí quyển hay đưa qua bộ sấy nóng trước khi thải để giảm độ ẩm tương đối của dòng khí.

Dung dịch nước phun được thu hồi đưa qua thiết bị lắng cặn và xử lý hóa trước khi được phun trở lại. Sau một khoảng thời gian làm việc, dung dịch phun được thải vào hệ thống xử lý nước thải.

Người ta thường cấu tạo buồng phun với tốc độ khí thải v = 1 - 2,5 kg/ms . Lượng nước phun trung bình trên đơn vị khí thải thường là : μ = 1,2 - 7 kg/kg. Các vòi phun dung dịch hấp thụ thường là vòi phun góc có lưu lượng 250 l/h với đường kính lổ phun 2,5 - 3,5 mm. Áp suất dung dịch phun nhỏ nhất là 2,5 kg/cm².

THÁP TẠO BỌT

Trong tháp bọt, người ta đưa không khí đi qua một tấm phẳng đục lỗ, phía trên có nước hay dung dịch hấp thụ. Khí thải đi qua lớp nước dưới dạng các bọt khí và nổ vỡ ở mặt trên của mặt nước. Quá trình thu bắt hạt bụi và hấp thụ hơi khí độc xảy ra trên bề mặt các bọt khí.

Người ta thường làm mặt sàng bằng kim loại có chiều dày từ 4 - 6mm có các lỗ hình tròn đường kính d = 4 - 8mm. Tổng diện tích lỗ chiếm 20 - 25% diện tích mặt sàng. Lượng nước trên lưới đươc tính hay cấu tạo máng tràn sao cho lớp bọt có chiều cao 80 - 120mm. Tốc độ khí đi qua lỗ giới hạn trong khoảng 6 - 10m/s là vận tốc tốt nhất để có lớp bọt ổn định. Tốc độ khí đi qua thiết diện ngang của thiết bị trong khoảng 1,5-2,5 m/s. Thiết bị thường có nhiều lớp mặt sàng để nâng cao hiệu quả của thiết bị.

Sơ đồ nguyên lý tháp bọt.

CYCLON MÀNG NƯỚC

Một trong những khuyết điểm của cyclon là do vận tốc xoáy trong thiết bị lớn nên dễ gây ra hiện tượng cuốn trở lại vào dòng không khí các hạt hụi đã lắng trên thành thiết bị. Vì vậy , trên mặt trong thành thiết bị Cyclon màng nước, người ta tạo ra một lớp màng nước chảy để cuốn theo các hạt bụi lắng, ngăn không cho chúng bị cuốn vào dòng khí. Cyclon màng nước có khả năng lọc sạch 90% các hạt có kích thước 1,5 µm.

Cấu tạo loại Cyclon thường có cửa cho khí và bụi vào ở phía dưới và thoát ra ở cửa phía trên thân hình trụ, với phương tiếp tuyến với mặt trong thân hình trụ. Trước cửa ra có bố trí các vòi phun nước vào mặt trong thành thiết bị tạo màng nước chảy từ trên xuống. Lượng nước tiêu hao làm ướt thành thiết bị trong khoảng 0,1 ÷ 0,2 lít/m3 khí. Lượng nước này thường được lắng sơ bộ và dùng tuần hoàn, định kỳ xả qua hệ thống xử lý nước.

Cyclon màng nước thường được dùng với vận tốc dòng khí ở cửa vào Vv=16-25 m/s và vận tốc trung bình quy ước V=4.5-7m/s. Chiều dài thân hình trụ H=5-5,2D (Thậm chí tới 10D).

LỌC TINH BỤI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ƯỚT

Thiết bị PVM.

Thiết bị venturi.

CHỌN THIẾT BỊ LỌC BỤI

Lĩnh vực áp dụng của các loại thiết bị.

Tính toán số cấp lọc bụi.

Với Ccp – Nồng độ bụi cho phép có trong ống thải.

C1 – Nồng độ bụi ban đầu.

_n – Hiệu quả lọc bụi cấp thứ n.

Tài liệu tham khảo phần 1 chương 7.