thiết kế công nghệ xử lý bụi xi măng

BỘ CÔNG THƯƠNG
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
Công suất: 40m3/phút

GVHD
SVTH

: Trần Thị Tường Vân
: Nguyễn Văn Đức (NT)
Vũ Ngọc Hoàng
Nguyễn Ngọc Hân

TP. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG
BÀI TẬP LỚN XỬ LÝ KHÔNG KHÍ


ĐỀ TÀI:

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ
LÝ BỤI NHÀ MÁY XI MĂNG

Công suất: 40m3/phút

GVHD
SVTH

: Trần Thị Tường Vân
: Nguyễn Văn Đức (NT)
Vũ Ngọc Hoàng
Nguyễn Ngọc Hân

TP. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2016


MỤC LỤC


Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi nhà máy xi măng
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 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 40g/m 3 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.
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.

GVHD: Trần Thị Tường Vân


Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi nhà máy xi măng
CHƯƠNG 2: CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ
I. CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA BỤI VÀ HIỆU QUẢ TÁCH BỤI.
1. Độ phân tán các phân tử.

Kích thước hạt là một thông số cơ bản của nó. Việc lựa chọn thiết bị tách bụi
tùy thuộc vào thành phần phân tán của các hạt bụi tách được. trong các thiệt bị tách
bụi đặc trưng cho kích thước hạt bụi là đại lượng vận tốc lắng của chúng như đại
lượng đường kính lắng. Do các hạt bụi công nghiệp có hình dáng rất khác nhau
(dạng cầu, que, sợi, …); nên nếu cùng một khối lượng thì sẽ lắng với các vận tốc
khác nhau, hạt càng gần với dạng hình cầu thì nó lắng càng nhanh.
Các kích thước lớn nhất nà nhỏ nhất của một khối hạt bụi đặc trưng cho
khoảng phân bố phân tán của chúng.
2. Tính kết dính của bụi.

Các hạt bụi có xu hướng kết dính vào nhau, với độ kết dính cao thì bụi có thể
dẫn đến tình trạng kết nghẹt một phần hay toàn bộ thiết bị tách bụi.
Hạt bụi càng mịn thì chúng càng dễ bám vào bề mặt thiết bị. với những bụi
có 60÷70% số hạt bé hơn 10
nhiều hạt trên 10

µm thì rất dễ dẫn đến dính kết, còn bụi có

µm thì trở thành tơi xốp.

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

 Xỉ thô, thạch anh, đất khô.

Kết dính yếu

 Hạt cốc, magiezit, apatit khô, bụi lò

cao, tro bụi có chứa nhiều chất chưa
cháy, bụi đá.
Kết dính
GVHD: Trần Thị Tường Vân

 Than bùn, magiezit ẩm, bụi kim loại,


Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi nhà máy xi măng
bụi pirit, oxit chì, thiếc, xi măng
khô, tro bay không chứa chất chưa
cháy, tro than bùn,…
Kết dính mạnh

 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 khi
cùng 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 mòn
của bụi.
4. Độ thấm ướt của bụi.

Độ thấm ướt bằng nước của hạt bụi có ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của
các thiết bị tách bụi kiểu ướt, đặc biệt làm việc ở chế độ tuần hoàn. Các hạt phẳng để
thấm ướt hơn các gạt có bề mặt gồ ghề

Theo tính thấm ướt các vật thể rắn được

chia làm 3 nhóm như sau:
•

Vật liệu háo nước: dễ thấm ướt như canxi, thạch anh, đa số các silicat, các khoáng
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, hình
dạng, độ nhám bề mặt của các hạt bụi. Độ hút ẩm của bụi tạo điều kiện tách chúng
trong các thiết bị tách bụi kiểu ướt.

6. Độ dẫn điện cuả lớp bụi.
GVHD: Trần Thị Tường Vân


Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi nhà máy xi măng
Chỉ số này được đánh giá theo chỉ số điện trở suất của lớp bụi

b

và phụ

thuộc vào tính chất của từng hạt bụi riêng lẻ (độ dẫn điện bề mặt và độ dẫn điện
trong, 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, thành
phần hóa học, cả những tính chất mà chúng tiếp xúc. Chỉ tiêu này có ảnh hưởng đến
hiệu quả tách chúng trong các thiết bị lọc khí (bộ tách bụi ướt, lọc…), đến tính nổ và
kết 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 và
hỗn hợp dễ nổ do bề mặt tiếp xúc rất lớn các các hạt (

1m2/g). Cường độ nổ phụ

thuộc 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 độ
nguồn lửa và hàm lượng tương đối của các loại bụi trơ (không cháy). Các loại bụi có
khả năng bắt lửa như bụi các chất hữu cơ (sơn, plastic, sợi) và cả một số bụi vô cơ
như 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 hồi
được 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.
1. Phương pháp khô.

Có nhiều loại thiết bị cơ khí kiểu khô để làm sạch bụi nhờ lợi dụng các cơ
chế lắng khác nhau như: lắng trọng lượng (buồng lắng bụi) lắng quán tính (phòng
lắng có vật cản), lắng ly tâm (cyclone đơn, kép, nhóm, xoáy và động học…)

GVHD: Trần Thị Tường Vân


Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi nhà máy xi măng
Đó là những thiết bị có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. Tuy nhiên hiệu quả xử
lý của 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 động
theo nguyên lý sử dụng lực hấp dẫn, trọng lực để lắng đọng những phân tử bụi ra
khỏi không khí. Cấu tạo là một không gian hình hộp có tiết diện ngang lớn hơn
nhiều lần so với tiết diện của đường ống dẫn khí vào để cho vận tốc dòng khí giảm
xuống rất nhỏ, nhờ thế hạt bụi đủ thời gain rơi xuống chám đáy dưới tác dụng trọng
lực 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 trong
buồng 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
GVHD: Trần Thị Tường Vân


Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi nhà máy xi măng

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 là
làm thay đổi chiều hướng chuyển động của dòng khí một cách liên tục, lặp đi lặp lại
bằng nhiều loại vật cản có hình dáng khác nhau. Khi dòng khí đổi hướng chuyển
động thì bụi do có quán tính lớn sẽ giữ hướng chuyển động ban đầu của mình và va
đập vào các vật cản rồi bị giữ lại ở đó hoặc mất đi động năng và rơi xuống đáy thiết
bị.
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 màn
chắn 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 đi
qua mạng chắn, đổi hướng đột ngột, các hạt bụi do quán tính chuyển động theo

hướng cũ tách ra khỏi khí hoặc va đập vào các tấm phẳng nghiêng. Lắng trên đó rồi

GVHD: Trần Thị Tường Vân


Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi nhà máy xi măng
rơi xuống dòng khí bụi, kết quả khí được chia thành 2 dòng. Dòng chứa bụi nồng độ
cao(10%) thể tích được hút qua xiclin để tiếp tục xử lí, rồi sau đó được trộn với
dòng 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/m 2.
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 có
thể tạo thành trầm tích làm bít kín mặt sàng. Nhiệt độ cho phép của khí thải phụ
thuộc vào vật liệu lá chắn, thường không quá 450-6000C.
1.4. Xyclone.
Là thiết bị lọc ly tâm kiểu đứng, thiết bị lọc bụi này hình thành lực ly tâm để
tách bụi ra khỏi không khí. Nó được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp .
Thân xyclone thường hình trụ có đáy hình chóp cụt. Ống khí vào được bố trí
theo phương tiếp tuyến với thân xyclone, khí nhiễm bụi đi vào phần trên của
xyclone thực hiện chuyển động xoắn ốc, dịch chuyển xuống phía dưới và hình thành
dòng xoáy ngoài. Lúc đó, các hạt bụi, dưới tác dụng của lực li tâm, văng vào thành
xyclone. Tiến gần đến đáy chóp, dòng khí bắt đầu quay ngược trở lại và chuyển
động lên trên hình thành dòng xoắn trong. Các hat bụi văng đến thành, dịch chuyển
xuống dưới nhờ lực đẩy của dòng xoáy và trọng lực rồi từ đó ra khỏi xyclone qua
ống xả bụi.
 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.
GVHD: Trần Thị Tường Vân


Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi nhà máy xi măng
 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 5

µm.

• 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 lực
nhỏ 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 thuộc
nhóm hiệu quả cao. Đường kính xyclone trụ không lớn hơn 2000mm và xyclone
chóp 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 được
gọi 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 xoắn
đơn giản và kiểu guồng xoắn có kèm theo xyclone.

GVHD: Trần Thị Tường Vân


Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi nhà máy xi măng
Điểm khác cơ bản so với xyclone là trong thiết bị này có dòng khí xoáy phụ
trợ. Khí nhiễm bụi được cho vào từ dưới, được xoáy nhờ cánh quạt, chuyển động lên
trên và chịu tác động của tia khí thứ cấp. Dòng khí thứ cấp chạy ra từ vòi phun tiếp
tuyến để tạo sự xoáy hỗ trợ cho khí.
Dưới tác dụng của lực ly tâm bụi văng ra phía ngoài, gặp dòng khí xoáy thứ
cấp 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 không
quay 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 đến
hiệu 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 thứ

cấp.
 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,

GVHD: Trần Thị Tường Vân

µm

Hiệu quả xử lý, %

2.5

92

5.0

95

10.0

98.5


Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi nhà máy xi măng
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 lực
coriolit, xuất hiện khi quay guồng hút. Thiết bị thu hồi bụi kiểu động tiêu thụ năng
lượng 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 là

gọn, lượng kim loại nhỏ, kết hợp máy hút bụi và cyclone vào cùng một thiết bị, khả
năng tạo thành các trầm tích trên cánh quạt, do đó làm mất cân bằng phần quay, hiệu
quả thu hồi bụi d<10

µm kém và chế tạo phức tạp.

2. Thiết bị lọc bụi.

Các đặc tính quan trọng nhất của lưới lọc bụi là hiểu quả lọc, sức cản khí
động và thời gian của chu kỳ hoạt động trước khi thay đổi mới hoặc hoàn nguyên.
Quá trình lọc bụi bằng các loại vật liệu lọc như vải, sợi xoắn rối, các-tông
làm bằng hỗn hợp sợi xenlulozo-amilăng gồmcác sợi có đường kính khác nhau, …
Khi cho khí chứa bụi đi qua lưới lọc bụi, các hạt bụi tiếp cận với các sợi của
vật liệu lọc và tại đó xảy ra các tác động tương hỗ (va đập quán tính, thu bắt do tiếp
xúc và khuếch tán) giữa hạt bụi và vật liệu lọc. Trong quá trình lọc bụi, các hạt bụi
khô tích tụ trong các lỗ của vật liệu lọc làm môi trường lọc đối với các hạt bụi đến
sau. Tuy nhiên, bụi tích tụ càng nhiều làm cho kích thước lỗ ngày càng giảm, vì vậy
sau một thời gian làm việc nào đó cần phải phá vỡ và loại lớp bụi ra.
Thiết bị lọc được chia làm 3 loại, phụ thuộc vào chứa năng và nồng độ bụi
vào ra:
•

Thiết bị tinh lọc (hiệu quả cao): dùng để thu hồi bụi cực nhỏ với hiệu quả rất cao
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 không khí.
Chúng được dùng để lọc khí có nồng độ bụi nhỏ hơn 50mg/m 3, với vận tốc lọc
2,5-3m/s. Vật liệu có thể được thu hồi hoặc không thu hồi.

GVHD: Trần Thị Tường Vân


Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi nhà máy xi măng
•

Thiết bị lọc công nghiệp (vải, hạt, sợi thô): được sử dụng để làm sạch khí công
nghiệp có nồng độ bụi đến 60g/m 3 với kích thước hạt lớn hơn 0,5

m, vật liệu

lọc thường được phục hồi.
3. Phương pháp ướt.

Quá trình lọc bụi trong thiết bị lọc ướt được dựa trên nguyên lý 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 bụi kiểu ướt có
thể xem là đơn giản nhưng hiệu quả rất cao.
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 hồi
theo 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 0,1

µm.

 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.
 Nhược điểm:
• Bụi thu được ở dạng cặn do đó phải xử lý nước thải, làm tăng giá quá trình xử

lý.
• Các giọt lỏng có khả năng bị cuốn theo khí và cùng với bụi lắng trong ống dẫn

và máy hút bụi.
• Trong trường hợp khí có tính ăn mòn cần phải bảo vệ thiết bị và đường ống

bằng vật liệu chống ăn mòn.
GVHD: Trần Thị Tường Vân


Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi nhà máy xi măng
• 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 bụi
xuống mức cho phép mà lại vừa có hiệu quả kinh tế nhất. phương pháp được lựa
chọn 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 lựa
chọn tối ưu nhất để thi công.

GVHD: Trần Thị Tường Vân


Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi nhà máy xi măng
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 vị

Lưu lượng khí vào, Q

40

m3 /phút

Nồng độ bụi, C

40

g/m3

Khối lượng riêng của bụi, ρb

1600

kg/m

Khối lượng riêng của không khí, ρkk

1.01

kg/m

15

m/s

Vận tốc duy trì trong đường ống dẫn
bụi, V
Nhiệt độ dòng khí vào, t

II.

3
3

0

80

C

CHỈ TIÊU KHÍ ĐẦU RA.
Nồng độ C của các thông số ô nhiễm trong khí thải công nghiệp sản xuất xi
măng (Theo QCVN 23:2009/BTNMT).
Bảng 2: Chỉ tiêu khí đầu ra.
STT

III.

THÔNG SỐ

Nồng độ C (mg/Nm3)
A

B1

B2

1

Bụi tổng

400

200

100

2

Cacbon oxit, CO

1000

1000

500

3

Nito oxit, NOx (tính theo NO2)

1000

1000

1000

4

Lưu huỳnh dioxit, SO2

1500

500

500

Sơ đồ công nghệ.

Nguồn khí vào
GVHD: Trần Thị Tường Vân


Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi nhà máy xi măng

Thùng cấp bụi
Máy thổi khí
Thiết bị lọc cyclone

Thiết bị lọc túi vải

Ống khói

Khí thải loại A
(QCVN 23:2009)

GVHD: Trần Thị Tường Vân

Thiết bị tạo rung


Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi nhà máy xi măng
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ
Chụp hút.

I.

1. Lý thuyết.

Chụp hút có nhiệm vụ thu gom khí ở trong nhà xưởng dẫn đến xyclone. Chụp
hút làm việc được là nhờ vào áp suất âm mà quạt hút tạo ra trong đường ống.
Lưu lượng chụp hút cưỡng bức phụ thuộc vào lưu lượng quạt. Luồng không
khí trước chụp hút cưỡng bức có các đặc điểm sau:
-

Sự thay đổi tốc độ trên trục của chụp hút phụ thuộc vào góc mở α của chụp.
Góc mở càng lớn thì vận tốc tại tâm chụp vmax càng lớn so với vtb.



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:
vtb =

-

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:



v xy = v max ×

ro2
,m / s
x2 + y2

Đối với chụp hình chữ nhật có cạnh a > b :



v xy = v max ×

2. Tính toán.

GVHD: Trần Thị Tường Vân

h2
 a
 
h +  b − 0,5a . y 
 
 

2

,m/ s

Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi nhà máy xi măng
•

Đối với chụp hút chọn góc nhỏ: φ = 600.

•

Chọn khoảng cách từ chụp tới chụp hút: hs = 0.3 m.
Qvào=40m3/phút=0.67m3/s
Vvào=15m/s
Đường kính ống hút:

•

D=

Qvào

π
× Vvaò
4

=

0.67
= 0.24m
π
× 15

4

Vì nguồn tỏa chủ yếu tập trung các loại bụi có kích thước tương đối nên chọn
chụp hút có tiết diện hình chữ nhật, làm bằng inox để chống rỉ...

II.

•

Chọn nguồn tỏa có kích thước hình chữ nhật và tiết diện: 0.48 x 0.06m.

•

Kích thước miệng chụp hút:
-

Chiều dài: A = 0.48 + 0.8 x 0.3 = 0.72m

-

Chiều rộng: B = 0.06 + 0.8 x 0.3 = 0.30m

•

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

CYCLONE.
1. Lý thuyết.

1.1.

Giới thiệu.
Bộ lọc bụi xyclone là thiết bị lọc bụi được

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 khỏi không khí.
1.2.

sử

Nguyên tắc hoạt động.
GVHD: Trần Thị Tường Vân


Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi nhà máy xi măng
Không khí có lẫn bụi đi qua ống 1 theo phương tiếp tuyến với ống trụ 2 và
chuyển động xoáy tròn đi xuống phía dưới, khi gặp phễu 3 dòng không khí bị đẩy

ngược lên chuyển động xoáy trong ống 4 và thoát ra ngoài. Trong quá trình chuyển
động xoáy ốc lên và xuống trong các ống các hạt bụi dưới tác dụng của lực ly tâm va
vào 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 đảm
bảo luôn cách ly bên trong xyclone và thùng chứa bụi không cho không khí lọt ra
ngoài.
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

 Nhược điểm.

µm
•

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

•

Không thể thu hồi bụi kết dính.

GVHD: Trần Thị Tường Vân

.

µm

).


Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi nhà máy xi măng
1.4. Các kích thước cơ bản của xyclone.

Các loại cyclone

Hiệu quả lọc cao

Đường kính D/D

1

Chiều cao ống vào H/D

0.5

Chiều rộng ống vào W/D

0.2

Đường kính ống dẫn khí ra Dc/D

0.5

Chiều cao ống dẫn khí ra S/D

0.5

Chiều cao thân Lb/D

1.5

Chiều cao phần phễu Lc/D

2.5

Đường kính ống thu bụi Dd/D

GVHD: Trần Thị Tường Vân

0.375


Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi nhà máy xi măng
Nguồn: Stairmand,1951
2. Tính toán.
Q = 40 m3/phút = 0.67 m3/s.
Chọn vận tốc dòng khí vào cyclone: v = 15 m/s.
Khối lượng riêng của bụi: b = 1600 kg/m3.
Khối lượng riêng của khí: g = 1,01 kg/m3.
•

Đường kính phần hình trụ:

Thường lấy vận tốc quy ước Wq = 2.2 – 2.5 m/s.
Chọn Wq = 2.3 m/s.
D=

DC =
•

•

•

Đường kính ống ra:
Đường kính ống đáy:
Chiều cao ống vỏ:

0.33
= 0.608m.
0.785 × 2.3

D
= 0.304m.
2

D d = 0.375 D = 0.228m.

Lb = 1.5D = 0.912m.
LC = 2.5 D = 1.52m.

•

•

•

Chiều cao phần phễu:
H=

D
= 0.304m.
2

b=

D
= 0.152m.
4

Chiều cao cửa vào:

Chiều rộng cửa vào:

GVHD: Trần Thị Tường Vân


Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi nhà máy xi măng
S=
•

Chiều cao ống ra:

D
= 0.1216m.
5

w=
•

Chiều rộng ống vào:

•

Số vòng xoáy cyclone:
Ne =

•

L 
1
1 
1.52 
 Lb + c  =
 0.912 +
 = 5.5
H
2  0.304 
2 

Q
0.67
=
= 14.50m / s.
W × H 0.152 × 0.304

Thời gian lưu của hạt bụi:
∆t = π × D ×

Ne
5.5
= 3.14 × 0.608 ×
= 0.72s.
Vi
14.50

•

Lưu lượng bụi: L1= C x Q = 40 x 40 = 1600 g/phút.

•

Khối lượng bụi cần chứa trong 1h là:
L = 1600 × 60 = 96000 g = 96kg

=> Khối lượng bụi cần chứa trong 7 ngày là:
L7 = 96 x 24 x 2 = 16128kg
•

vòng.

Vận tốc khí vào cyclone:
Vi =

•

D
= 0.152m.
4

Thể tích thùng cần chứa bụi:
V =

GVHD: Trần Thị Tường Vân

L 16128
=
= 10.08m 3 .
ρ p 1600


Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi nhà máy xi măng
h = 2m 

L × B = 2.5 × 2

(m)

Nồng độ bụi ra sau quá trình (chọn hiệu suất cyclone là 75%):

•

C r = C v × (1 − 0.75) = 40 × (1 − 0.75) = 10 g / m 3

MÁY THỔI KHÍ.

III.
•

Thông số đầu vào các ống:

•

-

Lưu lượng khí Q = 40m3/phút.

-

Vận tốc dòng khí đi vào ống dẫn V=15m/s

-

Độ nhớt của không khí

-

Khối lượng riêng của bụi

-

Khối lượng riêng của không khí

µ=21,08 x 10-6
ρb = 1600kg/m3.
ρg = 1.01kg/m3.

Trở lực trong đường ống dẫn:
∆P = ∆Pd + ∆Pm + ∆Pc

•

Chọn chiều dài ống dẫn:

•

Đường kính ống dẫn d = 0.15m
Re =

•

l = 2.5m

v × d × ρ b 15 × 0.15 × 1.01
=
= 10.7803 × 10 4 > 4000
µ
21.08 × 10 − 6

Trở lực động lực học tức là áp suất cần thiết tạo ra tốc độ dòng chảy ra khỏi
ống dẫn.
ρb × v
1.01 × 15 2
=
= 113.625( N / m 2 )
2

2
2

∆Pd =

•

Trở lực để khắc phục trở lực ma sát trong đường ống:

GVHD: Trần Thị Tường Vân


Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi nhà máy xi măng

Ta có:

 68 K 
λ = 0.11 × 
+ 
 Re d 

0.25

Trong đó: K gọi là độ nhám tuyệt đối
Đối với thép tấm, K = 0.1 => λ = 0.02
 ρ ×v
2.5 1.01 × 15 2
∆Pm = λ × × b
= 0.017 ×
×

= 37.87 ( N / m 2 )
d
2
0.15
2
2

•

Trở lực cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ:
Chọn 1 khủy 900 do 2 khủy 450 tạo thành →

0.38 = 0.76
∆PC = 0.5 x ε x ρb x v2 = 86.355(N/m2) => ∆P = 237.85 (N/m2)
∆Pxyclone =
•

Trở lực của xyclone:

Trong đó:

k × ρb × v 2
= 1136.35( N / m 2 )
2

v = 15 m/s
k là hệ số sức căng cục bộ, k = 10.

•

Trở lực của túi vải: Chọn A=5 , n=1.25
∆Ptúi vải= A x Vn = 5 x 901.25 = 1386.03 (N/m2)
(A :hệ số thực nghiệm đối với từng loại vải)

•

Trở lực của ống khói.



Xác định chiều cao hiệu quả của ống khói (Công thức Davidson).
Chiều cao hiệu quả của ống khói được xác định theo công thức:
H=h+∆h
h: Chiều cao thực của ống khói, m

GVHD: Trần Thị Tường Vân

ε =1 x 2 x