ĐỒ ÁN Thiết kế khí Môi trường NGÀNH XI MĂNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

Thiết kế khí-Tuần 1

PHỤ LỤC

GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Sản lượng xi măng toàn cầu năm 2010
Hình 1.2: Sơ đồ sản xuất xi măng
Hình 2.1: Buồng lắng bụi thực tế và hình minh họa
Hình 2.2: Đường cong hiệu quả lọc theo cỡ hạt của buồng lắng bụi
Hình 2.3: Mặt cắt dọc buồng lắng chia làm nhiều tầng đều nhau
Hình 2.4: Cấu tạo của thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang
Hình 2.5: Hệ số hiệu quả lọc theo cỡ bụi của thiết bị lọc bụi ly tâm nằm ngang
Hình 2.6: Lọc bụi bằng cyclon
Hình 2.7: Thiết bị lọc bụi bằng túi vải
Hình 2.8: Cấu tạo của thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu ống và kiểu tấm bản
Hình 2.9: Sơ đồ công nghệ xử lý

Trang 1


Thiết kế khí-Tuần 1

DANH MỤC BẢNG

GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của xi măng
Bảng 1.2: Thành phần khoáng của xi măng
Bảng 1.3: Sản lượng xi măng trong nước qua các năm
Bảng 1.4: So sánh công nghệ sản xuất xi măng lò đứng, lò quay khô và lò quay ướt
Bảng 1.5: Nồng độ bụi trong khí thải ở các thiết bị khác nhau của nhà máy xi măng
Bảng 1.6: Thông số đầu vào thiết kế
Bảng 1.7: Thông số đầu ra nồng độ bụi tối đa cho phép trong sản xuất xi măng
η( δ )

Bảng 2.1: Hiệu quả lọc theo cỡ hạt bụi

của cyclon

Bảng 2.2: Các loại thiết bị lọc bụi kiểu ướt
Bảng 2.3: Khả năng ứng dụng của một số thiết bị xử lý bụi chính
Bảng 2.4: Các thông số kinh tế - kỹ thuật của các loại thiết bị lọc bụi chính
Bảng 1.6: Thông số đầu vào thiết kế
Bảng 3.2: Hiệu quả lọc theo kích thước hạt của thiết bị lọc bụi tĩnh điện
Bảng 2.6: Đề xuất thiết bị xử lý
Bảng 3.1: Hiệu suất lọc của cyclon theo cỡ hạt
Bảng 2.5: Phân cấp cỡ hạt theo % khối lượng của bụi xi măng
DANH MỤC BIỂU ĐỒ
Biểu đồ 1.1: Sản lượng sản xuất xi măng qua các năm
Biểu đồ 1.2: Thông số đầu ra và đầu vào của tổng bụi

Trang 2


Thiết kế khí-Tuần 1

GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng

MỞ ĐẦU
Nền kinh tế Việt Nam trong những năm vừa qua đang có nhiều bước chuyển biến tích

cực biểu hiện rõ nét ở mức tăng trưởng kinh tế và thu nhập bình quân đầu người liên tục
tăng. Nhờ vậy mà các ngành công nghiệp đều có nhiều cơ hội để phát triển, mở rộng cả về
quy mô sản xuất và thị trường tiêu thụ, trong đó không thể không kể đến nhóm các ngành
công nghiệp cơ bản như công nghiệp khai thác, công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng,…
Đất nước càng phát triển quá trình đô thị hóa diễn ra càng mạnh mẽ càng đặt ra nhu cầu cấp
thiết phải hoàn thiện việc xây dựng các cơ sở hạ tầng. Vì vậy nếu nhìn nhận theo lợi ích
kinh tế thì ngành sản xuất vật liệu xây dựng nói chung và ngành sản xuất xi măng nói riêng
ở nước ta đang có cơ hội phát triển rất lớn, hứa hẹn mang lại lợi nhuận kinh tế cao. Tuy
nhiên quá trình sản xuất xi măng làm phát sinh rất nhiều chất thải nguy hại khó quản lý nhất
là các loại bụi. Chính vì những lý do trên tôi đã lựa chọn bụi trong sản xuất xi măng làm đối
tượng nghiên cứu, từ đó đề xuất các phương án xử lý bụi phù hợp, giải quyết được hai bài
toán cơ bản về môi trường và kinh tế.

Trang 3


Thiết kế khí-Tuần 1

GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng
PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH SẢN XUẤT XI MĂNG
GVHD: ThS Trần Minh Dũng

1.1.
Tổng quan
1.1.1. Tổng quan về xi măng

Xi măng là chất kết dính thủy lực được tạo thành bằng cách nhiền mịn clinker, thạch
cao thiên nhiên và phụ gia. Xi măng có tính chất kết dính khi tác dụng với nước nên thường
được sử dụng để sản xuất vữa và bê tông trong các công trình xây dựng. Để tính toán thành
phần của xi măng phải kể đến cả thành phần hóa học và thành phần khoáng của nó. Thành
phần hóa học của xi măng kèm theo tác dụng và ảnh hưởng của được liệt kê cụ thể theo
bảng sau:
STT
1
2

3

4

5

6

Thành phần
CaO

Đá vôi(
)
Nhóm silicat
SiO 2

(
)

Al2O3

Fe 2O3

Na2O + K 2O

SO3

Phần trăm
(%)
62-69

Tác dụng và ảnh hưởng
Tham gia tất cả các khoáng chính của clinke,
nhiều CaO đóng rắn nhanh, mác cao, kém
bền trong môi trường xâm thực.
Đóng rắn chậm, mác xi măng cao, bền trong
môi trường xâm thực.

17-26

4-10

0,1-5

0,1-5

0-1

Tham gia khoáng nóng chảy, nhiều Al 2O3
đóng rắn nhanh, tỏa nhiều nhiệt, kém bền
trong môi trường xâm thực, tăng độ nhớt pha
lỏng clinke.
Tham gia khoáng nỏng chảy alumoferit caxi,
nhiều Fe2O3 làm giảm mác xi măng, tăng bền
trong môi trường xâm thực, giảm độ nhớt pha
lỏng clinke, giảm nhiệt độ nung clinke.
Ở nhiệt độ cao bay hơi một phần, một phần
tham gia phản ứng tạo các khoáng chất kiềm.
Nhiều R2O làm giảm mác xi măng, không ổn
định thế tích, gây loang màu và ăn mòn cốt
thép.
Ở nhiệt độ cao sinh khí SO2 bay ra một phần,
một phần tham gia phản ứng tạo khoáng chứa
SO3, làm giảm hàm lượng một số khoáng
chính. Nhiều SO3 làm giảm mác xi măng, tạo
các hợp chất có thiệt độ nóng chảy giảm, gây
hại cho hệ thống lò.

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của xi măng
Xi măng được hình thành từ bốn loại khoáng chính: alit, belit, celit và alumino ferit với
thành phần phần trăm theo khối lượng thay đổi như sau:
Trang 4


Thiết kế khí-Tuần 1

GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng

Trang 5


Thiết kế khí-Tuần 1

Bảng 1.2: Thành phần khoáng của xi măng
STT
1
2
3
4

Thành phần
C3S
CxAy
CxAyFz
C2S

Công thức
3CaO.SiO2
3CaO.Al2O3
4CaO.Al2O3.Fe2O3
2CaO.SiO

GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng

GVHD: ThS Trần Minh Dũng

Hàm lượng (%)
40-60
5-15
5-10
20-25

1.1.2. Tổng quan về ngành sản xuất xi măng trên thế giới

Nền kinh tế thế giới trong những năm gần đây đã bước qua giai đoạn khủng hoảng,
dần đi vào giai đoạn phát triển ổn định và ngày càng quan tâm hơn tới nền kinh tế các nước
khu vực Châu Á. Sản lượng tiêu thụ xi măng trong những năm gần đây không ngừng tăng
về số lượng, trở thành động lực thúc đẩy ngành công nghiệp xi măng phát triển tại một số
nước như Thái Lan, Indonesia, Ấn Độ,… Dự báo tới năm 2020 nhu cầu sử dụng xi măng
trên toàn thế giới sẽ tăng 3,6%/năm trong đó nhóm các nước phát triển có nhu cầu tiêu thụ
lớn nhất. Ngoài ra cũng xuất hiện tình trạng dư thừa công suất của các nhà máy phổ biến
nhất là ở Đông Âu, Đông Nam Á,… Dưới đây là biểu đồ sản lượng xi măng của thế giới
năm 2010.
Hình 1.1: Sản lượng xi măng toàn cầu năm 2010

Nguồn: internet
Trang 6


Thiết kế khí-Tuần 1

GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng

1.1.3. Tổng quan về ngành sản xuất xi măng ở Việt Nam

Việt Nam là một trong những nước đang trên tiến trình đô thị hóa, vì vậy nhu cầu sử

dụng xi măng làm vật liệu xây dựng phục vụ cho ngành xây dựng và các ngành sản xuất
khác là rất lớn. Nguồn cung trong nước liên tục tăng tạo điều kiện thuận lợi cho các công ty,
xí nghiệp sản xuất xi măng phát triển. Từ nhà máy xi măng đầu tiên tại Hải Phòng được xây
dựng năm 1899 tới nay ngành sản xuất xi măng đã mở rộng trên quy mô cả nước. Một số
nhà máy lớn phải kể đến như Xi măng The Vissai, xi măng Vicem Hà Tiên, Xi măng Nghi
Sơn, Xi măng Bỉm Sơn,…
Bảng 1.3: Sản lượng xi măng trong nước qua các năm
Năm

1997 1998 1999 2000 2001

Sản

7,6

9,53

11,1

12,7

2002 2003 2004 2005 2006 2007

14,64 16,8

18,4

20

21,7

23,6

26,9

lượng
Biểu đồ 1.1: Sản lượng sản xuất xi măng qua các năm
Nguồn: VLXD đương đại – Hội VLXD Việt Nam
1.2.
Công nghệ sản xuất xi măng
1.2.1. Sơ đồ sản xuất

Hiện nay có nhiều công nghệ sản xuất xi măng khác nhau nhưng cùng chung một quy
trình sản xuất. Dưới đây là sơ đồ sản xuất xi măng nói chung, quá trình sản xuất trải qua bốn
giai đoạn chủ yếu: chuẩn bị nguyên liệu, phối hợp nguyên liệu, nung tạo clinke và nghiền
clinke với các phụ gia khác.

Trang 7


Thiết kế khí-Tuần 1

Nguyên liệu

GVHD: ThS Trần Minh Dũng

GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng

Nghiền nguyên liệu
Phân ly
Đồng nhất
Đồng nhất tinh
Nung clinke
Làm lạnh
Nghiền xi măng
Tự động hóa
Thành phẩm
Hình 1.2: Sơ đồ sản xuất xi măng
Nguyên liệu được đập búa hoặc đập bằng máy đập xung sau đó dược đưa vào thiết bị
nghiền theo chu trình kín hoặc hở để nghiền đứng hoặc nghiền lăn. Từ 10 năm trở lại đây
việc dùng thiết bị nghiền đứng trở nên phổ biến hơn do tiêu thụ năng lượng ít lại sấy được
vật liệu có độ ẩm cao hơn các loại máy nghiền khác. Bên cạnh đó vật liệu chế tạo máy
nghiền được cải tiến nên tuổi thọ cao, đạt tiêu chuẩn về độ mịn, độ ẩm,… Sau giai đoạn
nghiền, nguyên liệu được phân ly và đồng nhất trong đó đồng nhất là khâu quan trọng vì
nguyên liệu cấp cho phản ứng phải ổn định về thành phần hóa học. Sau đó vật liệu được
đồng nhất tinh bằng nhiều phương pháp, phương pháp thông dụng nhất hiện nay là phương
pháp đồng nhất liên tục bằng khí nén. Sau khâu phân ly là các khâu clinke và làm lạnh, đây
là hai khâu có ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng xi măng. Cuối quá trình làm lạnh đã hình
thành nên xi măng, sau đó tiếp tục được nghiền và đóng gói theo hệ thống tự động hóa.
Trang 8


Thiết kế khí-Tuần 1

GVHD: ThS Trần Minh Dũng

GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng

1.2.2. Các công nghệ sản xuất xi măng hiện nay

Tiêu chuẩn công nghệ

1. Nguyên lý làm việc

Thành phần
2. Phối
liệu
Dạng
3.
Nhiên
liệu

Công nghệ lò
đứng
Gián đoạn

Công nghệ lò
Công nghệ lò
quay ướt
quay khô
Liên tục
Phối liệu được nạp từ đầu cao của lò
đảo trộn để theo vòng quay của lò.
Quá trình tạo khoáng diễn ra theo
chiều dài lò.

Công suất lớn (3000-5000 tấn
clinke/ngày).

Phối liệu cấp
vào theo từng
mẻ, đi từ trên
xuống.
Đá vôi, đất sét, phụ gia, xỉ pirit.
Thêm phụ gia khoáng hóa photphorit ở dạng viên, độ ẩm
14%, trộn lẫn vào nhau.
Bột mịn, trộn lẫn
Bùn, không trộn
phối liệu với
---

lẫn than,

Loại nhiên liệu Chỉ dùng than.
Tiêu tốn NL

4. Quá trình nung
5. Nhiệt độ
6. Chất lượng
7. Mức độ ô gây ô
nhiễm

ϕ = 40%

. nhau,

ϕ = 1 − 2%

.

Than hoặc dầu khí

Lớn
Lớn nhất
Nhỏ nhất
Phải trải qua giai đoạn sấy giảm độ
ϕ
Có hệ thống trao
ẩm từ 40% xuống 2%.
đổi nhiệt, tháp
xyclon.
0
<1450
14500
Không tốt, ổn
Tốt, ổn định
định
Lượng khí thải
Lượng khí thải lớn nhất do sử Lượng khí thải
lớn đặc biệt là
dụng nhiều nhiên gây ô nhiễm nhỏ
HF.
liệu.
nhất.

Bảng 1.4: So sánh công nghệ sản xuất xi măng lò đứng, lò quay khô và lò quay ướt

Chất ô nhiễm phổ biến nhất trong công nghiệp sản xuất xi măng là bụi, bụi ngành xi
măng có những đặc điểm khác biệt so với các ngành khác như kích thước vô cùng nhỏ, hạt
bụi mịn càng gia tăng tác hại của nó. Các công đoạn phát thải bụi được thống kê theo bảng
dưới đây:

Trang 9


Thiết kế khí-Tuần 1

GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng
Bảng 1.5: Nồng độ bụi trong khí thải ở các thiết bị khác nhau của nhà GVHD:
máy xi ThS
măng
Trần Minh Dũng

Không khí hoặc
khí thải
Thể
Thiết bị
STT
1
2
3

4

5
6

7

tích

m3

TC / kg

Sấy hình trống
Sấy nhanh với máy xúc
Nghiền kết hợp sấy

0,8-2,0
0,5-1,5
0,5-1,5

Nung ẩm

3,3-4,5

Phun bùn

3,3-4,5

Lò
quay Có thiết bị sấy bùn
Nung khô với thiết
bị trao đổi nhiệt
Lò đứng
Làm nguội trên ghi trong

lò quay nung khô
Nghiền xi măng

3,3-4,5
1,6-2,0
2,0-3,5
1,2-1,8
0,2-1,0

Bụi
Bụi lơ
lửng (
Nồng độ
< 10 µ m
trong
khí
)
Nhiệt độ,
3
0
trong khí
g/m
C
thải
thải, %
70 - 150 30 - 90
20 - 70
70 - 150 30 - 70
30 - 70
70 - 150 200 - 1000

20 - 50
120
220
2,0 - 25,0
40 - 60
150
250
30 - 150
40 - 60
120
190
20 - 80
40 - 60
280
350
40 - 70
90 - 99
50 - 190 2,0 - 8,0
15 - 30
200
350
0,7 - 10,0
0 - 10
70 - 120 50 - 250
20 - 50

Nguồn: Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải tập 1 – Trần Ngọc Trấn
Từ bảng số liệu trên ta có thể thấy bụi được sinh ra ở hầu hết các công đoạn và nhiều
nhất là từ công đoạn nghiền. Bụi sinh ra trong quá trình sản xuất xi măng chủ yếu là bụi
than, đất sét, đá vôi, thạch cao, xỉ pirit, clinke, xi măng,… tùy thuộc vào công đoạn sản

xuất, công suất và trang thiết bị của dây chuyền sản xuất.
1.3.
Ảnh hưởng của bụi tới sức khỏe con người
Trong cuộc sống bụi đặc biệt là bụi xi măng có rất nhiều tác hại, tuy nhiên tác hại quan
trộng nhất là đối với sức khỏe con người. Nhìn chung tác hại của bụi phụ thuộc vào kích
thước của nó, hạt bụi có kích thước càng nhỏ thì càng dễ xâm nhập sâu vào cơ thể con
người vì thế mà ảnh hưởng của nó càng lớn. Bụi xi măng là một trong số bụi có kích thước
rất nhỏ và mịn, lượng bụi thải ra tương đối lớn và liên tục. Bụi có thể gây tổn thương mắt,
da hoặc hệ tiêu hóa nhưng chủ yếu vẫn là xâm nhập vào phổi qua con đường hô hấp. Các

Trang 10


Thiết kế khí-Tuần 1

hạt bụi có kích thước

> 10µ m

và một phần hạt có kích thước

mũi. Một phần các hạt có kích thước

< 10 µ m

5 ÷ 2µ m

GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng

được giữ lại nhờ lông

không bị lông mũi giữ lại tiếp tục đi sâu vào

các ống khí quản, lắng đọng hoặc dính vào thành ống dẫn do va đập rồi nhờ chất nhày và
lớp lông của tế bào biểu bì di chuyển lên phía trên để cuối cùng bị khạc ra ngoài hoặc nuốt
chửng vào đường tiêu hóa. Các hạt có kích thước nhỏ hơn khoảng

1 ÷ 2µ m

tiếp tục đi sâu

vào phổi và hầu như bị lắng động tại đó. Còn lại các hạt có kích thước dưới

0,5µ m

được

thở ra tuy nhiên nếu kích thước hạt bụi tiếp tục giảm xuống thì đến một cấp nào đó sự
khuếch tán nguyên tử cộng với chuyển độn Brown thì sự lắng đọng lại tăng lên.
Bên cạnh đó tác hại của bụi còn phụ thuộc vào tính chất tan hay không tan trong nước sau
khi lắng đọng vào hệ hô hấp. Loại bụi tan được có thể gây tổn thương như làm thủng rách
các mô, vách ngăn mũi,… Loại bụi này nếu đi sau vào trong phổi có thể bị hấp thụ và gây
nhiễm độc hoặc gây dị ứng (bệnh hen suyễn). Ví dụ điển hình cho loại bụi này là các muối
của chì, bụi chì xâm nhập vào cơ thể thông qua bề mặt da, hô hấp hoặc tiêu hóa trong đó bụi
thâm nhập theo đường tiêu hóa là nghiêm trọng nhất. Bụi chì gây tá hại cho quá trình tổng
hợp hồng cầu, cho thận và hệ thống thần kinh. Nó có thể cố định trong xương và răng. Theo
tính toán của các nhà khoa học, nếu đưa vào cơ thể 1g bụi chì trong 1 lần và không thoát ra
10mg

ngoài thì chắc chắn sẽ gây tử vong, liều lượng

hằng ngày sẽ gây bệnh cấp tính,

1mg/ngày sẽ gây bện mãn tính…
1.4.

Thông số kỹ thuật
Đánh giá chất lượng bụi thải ở nhà máy xi măng thiết kế dựa vào QCVN

41:2011/BTNMT, bụi thải của nhà máy vượt quá quy định cho phép khoảng 75 lần. Lượng
bụi thải này nếu không qua xử lý sẽ gây hậu quả nghiêm trọng về môi trường. Vì vậy mục
tiêu của đề tài là phải xây dựng phương án xử lý bụi hợp lý, đảm bảo cho thông số đầu vào
nhỏ hơn hoặc ít nhất có giá trị ngang bằng với thông số đầu ra. Số liệu biết kế được trình
bày cụ thể trong hai bảng số liệu như sau.

Trang 11


Thiết kế khí-Tuần 1

Công suất
(trTấn/năm)
11,6

GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng

Bảng 1.6: Thông số đầu vào thiết kế
Q phát thải
Thông số bụi tổng
Nhiệt độ khói thải
(

m3 h

/ )

(

6400

mg m3

/

o

)

7495

Trang 12

(

C

)

450


Thiết kế khí-Tuần 1

GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng
Bảng 1.7: Thông số đầu ra nồng độ bụi tối đa cho phép trong sản xuất
xi măng
GVHD:
ThS Trần Minh Dũng

STT
1
2

Tiêu chí
QCVN 42:2011/BTNMT
Vượt ngưỡng cho phép (lần)

Nồng độ bụi tổng C(mg/m3)
100
75
Nguồn: QCVN 41:2011/BTNMT

Biểu đồ 1.2: Thông số đầu ra và đầu vào của tổng bụi
Thông số đầu vào lớn hơn rất nhiều lần so với thông số đầu ra, vì vậy cần phải xây
dựng phương án xử lý, tăng cường hiệu quả của quá trình lắng đọng bụi để giảm thiểu tác

hại do bụi thải phân tán ra ngoài môi trường.

Trang 13


Thiết kế khí-Tuần 1

GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng

PHẦN 2: DÂY CHUYỀN XỬ LÝ BỤI Ô NHIỄM
2.1. Các phương pháp xử lý bụi
2.1.1. Buồng lắng bụi
Phương pháp được xây dựng dựa trên tính chất lắng nhờ trọng lực của các hạt có kích
thước lớn. Để tăng hiệu quả của quá trình lắng bụi, người ta dẫn bụi vào một thiết bị gọi là

buồng lắng bụi. Theo GS.TS Trần Ngọc Trấn cấu tạo của buồng lắng bụi là một không gian
hình hộp có tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện đường ống dẫn khí vào để cho
vận tốc dòng khí giảm xuống rất nhỏ, nhờ thế hạt bụi đủ thời gian để rơi xuống đáy dưới tác
dụng trọng lực và bị giữ lại ở đó mà không bị dòng khí mang theo. Phương pháp này được
áp dụng để lắng những hạt bụi có kích thước lớn, nằm trong khoảng từ

60 − 70 µ m

trở lên.

Hình 2.1: Buồng lắng bụi thực tế và hình minh họa

Nguồn: Trần Ngọc Chấn

Hiệu quả lọc bụi của buồng lắng phụ thuộc vào kích cỡ của hạt bụi và độ cao

h

. Hạt có kích

thước càng lớn, trọng lực càng lớn, hạt cang dễ lắng. Tuy nhiên nếu các hạt có cùng đường
kính

δ

nếu khi vào buồng lắng tại vị trí ban đầu có nó nằm ở độ cao bằng hoặc thấp hơn

thì mới bị giữ lại trong buồn; các hạt còn lại nằm cao hơn độ cao
dòng khí.

Trang 14

h

sẽ thoát ra ngoài theo

h


Thiết kế khí-Tuần 1

GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng
Hình 2.2: Đường cong hiệu quả lọc theo cỡ hạt của buồng lắngGVHD:

bụi ThS Trần Minh Dũng

Nguồn: Trần Ngọc Chấn
Mỗi công đoạn sản xuất xi măng đều thải ra lượng bụi có kích thước nhất định, vì vậy
để tăng hiệu quả lọc đối với một cỡ hạt nhất định ta phải chia buồng lắng thành nhiều tầng
đều nhau. Khi đó chiều cao của mỗi tầng và lưu lượng đi qua đều giảm xuống, số lần giảm
xuống đúng bằng số tầng của buồng lắng. Dưới đây là hình ảnh của buồng lắng nhiều tầng
thường được áp dụng trong các ngành công nghiệp. Kiểu buồng này có nhiều ưu điểm hơn
buồng truyền thống nhờ chia làm nhiều tâng nên thu gọn được kích thước của buồng lắng
trong khi hiệu suất và lưu lượng lọc vẫn cao. Tuy nhiên kết cầu nhiều tầng cũng gây khó
khăn cho việc dọn bụi bám trên các tầng.

Trang 15


Thiết kế khí-Tuần 1

GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng
Hình 2.3: Mặt cắt dọc buồng lắng chia làm nhiều tầng đều nhau
GVHD: ThS Trần Minh Dũng

Nguồn: Trần Ngọc Chấn
2.1.2. Thiết bị lọc bụi ly tâm
2.1.2.1. Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang
Thiết bị lọc ly tâm kiểu nằm ngang gồm bao hình trụ bên ngoài, bên trong có lõi hình
trụ hai đầu bịt tròn và thon để đảm bỏ chảy bọc được tốt. Dòng khí thải đi vào thiết bị được
các cánh hướng tạo thành chuyển động xoáy. 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 qua khe hình vằn khăn để rơi vào nơi tập trung bụi. Sau đó không khí sạch (đã lọc bụi )

theo ống loa với cánh hướng dòng kết hợp với van điều chỉnh thoát ra ngoài. Đặc điểm của
thiết bị này là dòng khí thải đi một chiều từ đầu này tới đầu kia. Dưới đây là mặt cắt dọc của
thiết bị lịc ly tâm nằm ngang.
Hình 2.4: Cấu tạo của thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang

Nguồn: Trần Ngọc Chấn

Trang 16


Thiết kế khí-Tuần 1

GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng
Hình 2.5: Hệ số hiệu quả lọc theo cỡ bụi của thiết bị lọc bụi ly tâm nằm
ngang
GVHD:
ThS Trần Minh Dũng

Nguồn: Trần Ngọc Chấn
2.1.2.1. Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng (cyclon)
Dòng khí thải chuyển động theo phương tiếp tuyến với thành thiết bị sau đó chuyển
động xoáy ố bên trong thân hình trụ của cyclon. Hạt bụi bị văng ra xa, va chạm vào thành
ống đáy hình phễu. Dòng khí bị dội ngược trở lại lên trên heo hình xoáy ốc rồi theo ống
thoát ra ngoài. Trong dòng chuyển động xoáy ốc, các hạt bụi chịu tác dụng vởi lực ly tâm
nên có xu hướng tiến gần về phía thành ống của thân hình trụ rồi chạm vào đó, mất động
năng và rơi xuống đáy phễu. Để loại bỏ không khí bị hút vào cyclon từ dưới lên trên làm bụi
đã lắng đọng ở đáy phễu bay ngược lên trên người ta thường dùng van kép

Trang 17

Thiết kế khí-Tuần 1

GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng

Hình 2.6: Lọc bụi bằng cyclon
η( δ )
Bảng 2.1: Hiệu quả lọc theo cỡ hạt bụi
của cyclon
δ ( m)
5.10−6
10.10−6
15.10−6
20.10−6 ≥ 25.10 −6
Đường kính hạt bụi
ηδ ( % )
7,1 26,2
52,1
78,6
100
Nguồn: Trần Ngọc Chấn
Trong thực tế để tăng hiệu quả của quá trình lọc bụi người ta thường sử dụng nhiều
cyclon cùng loại thay cho việc sử dụng một cyclon. Ba dạng tổ hợp cyclon: lắp nối tiếp hai
cyclon cùng loại, lắp song song hai hoặc nhiều cyclon cùng loại và cyclon chùm.

Trang 18

Thiết kế khí-Tuần 1

GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng

2.1.3. Lọc bụi bằng túi vải
Cho khí thải qua vật liệu lọc bằng vải, sợi xoắn rối,… , khoảng cách giữa các sợi rất
nhỏ vì thế hạt bụi bị giữ lại trở thành vật liệu lọc. Tác dụng lọc bụi liên quan đến các cơ chế
như va chạm, chặn, khuếch tán hoặc các cơ chế khác như lắng, tĩnh điện,…

Đóng góp của các cơ chế và hiệu quả thu gom bụi tùy thuộc vào kích thước hạt và tốc độ
dòng khí. Vật liệu làm túi lọc có thể bằng vải bông, len, dạ, sợi tổng hợp, sợi thủy tinh,…
Túi lọc bụi cần được làm sạch định kỳ để đảm bảo hiệu quả làm sạch bằng cách rung cơ
học, khí thổi ngược hoặc phun khí theo xung.

Hình 2.7: Thiết bị lọc bụi bằng túi vải
2.1.4. Thiết bị lọc bằng điện
Thiết bị lọc bụi bằng điện gồm một dây kim loại nhẵn tiế diện nhỏ được căng theo trục
của ống kim loại. Cực âm của thiết bị là dây kim loại được cách điện hoàn toàn với các bộ
phận xung quanh và được nap điện thế một chiều khoảng

50000V

trở lên. Cực dương là ống

kim loại bao bọc xung quanh cực âm và được nối xuống đất. Dưới điện thế cao mà cực âm
được nạp, nó sẽ tạo ra bên trong cực dương một điện trường mạnh và khi dòng khí thải đi
qua, những phân tử trong dòng khí sẽ bị ion hóa rồi truyền electron cho hạt bụi dưới tác

động va đạp quán tính hoặc khếch tán ion. Nhờ thế hạt bụi bị hút về phía cựu dương, đọng
lại trên bề mặt trong của ống hình trụ, mất điện tích và rơi xuống phễu chữa bụi.

Trang 19


Thiết kế khí-Tuần 1

GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng
GVHD: ThS Trần Minh Dũng

Trang 20


Thiết kế khí
Minh Dũng

GVHD: Th.S
TrầnThS Trần Minh Dũng
GVHD:

Hình 2.8: Cấu tạo của thiết bị lọc bụi bằng
điện kiểu ống và kiểu tấm bản
2.1.5. Thiết bị lọc bụi kiểu ướt
Quá trình lọc bụi dựa trên nguyên lý 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
bùn. Trong thực tế, nễu chỉ cần tách bụi khỏi dòng thải người ta thường dùng
nước làm dung dịch hấp phụ. Thiết bị lọc ướt có nhiều ưu việt hơn các thiết bị
khác như cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo nhưng hiệu quả lọc bụi cao. Những loại

bụicó kích thước dưới

0,1µ m

vẫn được làm sạch (trong thiết bị lọc Ventury).

Ngoài ra thiết bị còn có thể làm biệc với khí có nhiệt độ và độ ẩm cao mà một
số thiết bị khác không đáp ứng được như lọc bằng túi vải hay lọc bằng điện.
SVTH: Phạm Thị Nga-53MT

Trang 21


Thiết kế khí
Minh Dũng

GVHD: Th.S
TrầnThS Trần Minh Dũng
GVHD:

Tuy nhiên do chất thải ra dạng bùn nên sẽ gây khó khăn cho hệ thống thoát
nước và xử lý bùn thải.

SVTH: Phạm Thị Nga-53MT

Trang 22


Thiết kế khí
Minh Dũng

STT
1
2
3
4
5
6
7

GVHD: Th.S
TrầnThS Trần Minh Dũng
GVHD:

Thiết bị
Buồng phun, buồng (thùng) rửa khí rỗng.
Thiết bị lọc có lớp đệm bằng vật liệu rỗng và được tưới ướt.
Thiết bị lọc có đĩa sục khí hoặc đĩa sủi bọt.
Thiết bị lọc với lớp vật liệu hạt di động.
Thiết bị lọc theo nguyên lý va đập quán tính.
Thiết bị lọc theo nguyên lý ly tâm.
Thiết bị lọc Ventury.

Bảng 2.2: Các loại thiết bị lọc bụi kiểu ướt
2.2. So sánh hiệu quả lọc bụi và các thông số kinh tế-kỹ thuật của các thiết
bị
Bảng 2.3: Khả năng ứng dụng của một số thiết bị xử lý bụi chính
STT Thiết bị
Trường hợp sử dụng
Bụi thô.

1 Buồng lắng bụi
Thành phần cỡ hạt trên 50 chiếm tỷ lệ cao.
Bụi thô.
( > 20 g / m3 )
Nồng độ bụi ban đầu cao
.
2 Cyclon
Hiệu quả lọc bụi không yêu cầu cao.
Cần lọc sạch bụi mịn với hiệu suất tương đối cao.
Kết hợp giữa lọc bụi và khử khí độc hại.
Kết hợp làm nguội khí thải.
Khí thải đi ra khỏi thiết bị có độ ẩm cao phải không ảnh
3 Thiết bị lọc ướt
hưởng tới các thiết bị, công nghệ khác.
Yêu cầu hiệu quả lọc cao hoặc rất cao.
4 Thiết bị lọc túi vải Cần thu hồi bụi có giá trị ở trạng thái rắn.
Nguồn: ô không khí và xử lý khí thải tập 2

SVTH: Phạm Thị Nga-53MT

Trang 23


STT

Loại thiết bị

1

Buồng lắng bụi

2

Thiết bị lọc
kiểu ly
tâm(cyclon) áp
suất thấp

3

4

5
6

Thiết bị lọc
kiểu ly
tâm(cyclon) áp
suất vừa và cao
Thiết bị lọc ướt
áp suất thấp

Thiết bị lọc túi
vải

Bảng 2.4: Các thông số kinh tế - kỹ thuật của các loại thiết bị lọc bụi chính
Nồng độ ban
Độ ẩm
Giới hạn cỡ
Độ bền

đầu
bụi bé nhất chống han gỉ
Nguy cơ
Giới hạn lưu
( µm)
cháy nổ
lượng (m3/ph)
Có khẳ năng
15 ÷ 25
1m3
làm tăng hiệu
Không
cho
> 20 g / m3
40 ÷ 50
quả lọc
Tốt
đáng kể
thể tích buồng
Phụ thuộc
kích thước
thiết bị và độ
Có khẳ năng
80 ÷100
1m 2
kết dính của
làm tăng hiệu
Không
trên
30 ÷ 40

bụi
quả lọc
Tốt
đáng kể
tiết diện ngang
Phụ thuộc
100 ÷150
kích thước
trên
2
thiết bị và độ
Có khẳ năng
1m
kết dính của
làm tăng hiệu
Không
tiết diện
10 ÷ 25
bụi
quả lọc
Tốt
đáng kể
ngang
120 ÷180

Phụ thuộc vào
lượng nước
cấp

Có khẳ năng

làm tăng hiệu
quả lọc

< 20 g / m3

Có thể gây kết
dính

< 20 g / m

Có khẳ năng
làm tăng hiệu
quả lọc

Thiết bị lọc
bằng điện
3

1m

2 ÷5

Cần có lớp
sơn bảo vệ

Thấp nhất

0,1 ÷ 0,5

Không han

gỉ

Nhiều

0,25 ÷ 1

Tốt nếu nhiệt
độ cao hơn
điểm sương

Nhiều

Giá thành
tương đối
của xử lý
L

1,0 ÷ 1,5

2 ÷3

trên

2

tiết diện
ngang
1m 2
÷
0,3 1,8 cho

diện tích mặt vải
0,6 ÷ 2,4
1m 2
cho
diện tích cực thu
bụi

2,5 ÷ 4
3 ÷ 7,5

5 ÷15

Nguồn: ô không khí và xử lý khí thải tập 2


2.3. Đề xuất phương án xử lý
Chất thải của ngành sản xuất vật liệu xây dựng nói chung và ngành sản xuất xi
măng nói riêng chủ yếu là bụi và khí thải. Trong đó xử lý bụi là công đoạn đầu tiên
phải thực hiện trước khi tiến hành xử lý các chất thải khác. Hiện nay phần lớn các nhà
sản xuất xi măng trong nước vẫn sử dụng công nghệ lò đứng, công nghệ này tuy đã lạc
hậu và đang được khuyến khích chuyển đổi sang công nghệ lò quay nhưng do chi phí
đầu tư công nghệ mới tương đối lớn, vượt quá khả năng chi trả của phần các doanh
nghiệp. Vì vậy để giải quyết được cả hai bài toán kinh tế và môi trường, phương án bổ
sung, nâng cấp hệ thống xử lý chất thải sao cho phù hợp với quy chuẩn quốc gia là
phương án tối ưu nhất. Bài toán giả thuyết đặt ra là xử lý bụi tại nhà máy sản xuất xi
măng X đang sử dụng công nghệ lò đứng và có các thông số kỹ thuật như bảng 1.6:
Q phát thải

Công suất
(trTấn/năm)

(

11,6

Thông số bụi tổng

m3 h

/ )

(

6400

mg m3

/

Nhiệt độ khói thải
o

)

(

7495

C

)

450

Bảng 1.6: Thông số đầu vào thiết kế
3.1. Cơ sở lựa chọn phương pháp
Quá trình lựa chọn thiết bị xử lý bụi cần lưu ý tới tính chất của bụi, tính chất của
khói thải, hiệu quả lọc bụi,… bên cạnh đó cũng cần xem xét tới các yếu tố khác như
giá thành, đặc thù thời tiết, khí hậu ở nước ta,…
Bảng 2.5: Phân cấp cỡ hạt theo % khối lượng của bụi xi măng
( µm)
Kích thước hạt bụi
<5
5 ÷ 10
10 ÷ 20
20 ÷ 40
40 ÷ 60
> 60
Phần trăm (%)

37

18

8

6

12

19

Nguồn: ô không khí và xử lý khí thải tập 2
Bụi xi măng có đặc trưng riêng là rất mịn, thành phần bụi có kích thước nhỏ hơn

5µ m

chiếm tỷ trọng lớn nhất (khoảng 37%), các loại bụi còn lại có thành phần tương đối
đồng đều. Các thông số còn lại của nguồn thải như công suất, lưu lượng phát thải,
nhiệt độ khói thải rất lớn, chỉ số bụi tổng vượt ngưỡng cho phép tới 75 lần. Dựa và các
dữ liệu trên và các thông tin đã trình bày trong mục 2.3 tôi đề xuất một số phương án
xử lý bụi như sau: