Nghiên cứu quá trình phân ly khí rắn trong khói thải sau buồng đốt và sự mài mòn của các bề mặt đốt

MỤC LỤC
Nội dung

Trang

Lời nói đầu

2

Chƣơng 1 Tổng quan

4

Chƣơng 2 Động lực học hai pha khí-rắn

10

2.1. Nguyên lý hình thành hai pha khí - rắn trong khói thải

10

2.2. Phân li bằng phƣơng pháp trọng lực

11

2.3. Phân li bằng phƣơng pháp va đập

16

2.4. Phân ly bằng xyclon

20

2.5. Phƣơng pháp phân ly tĩnh điện

24

Chƣơng 3 Tổng quan vấn đề mài mòn các bề mặt đốt

28

3.1. Nguyên nhân của sự mài mòn và ăn mòn của các bề mặt đốt

28

3.1.1. Nguyên nhân của sự mài mòn cơ học

28

3.1.2. Nguyên nhân của sự mài mòn ăn mòn hóa học ở nhiệt độ thấp

28

3.2. Các yếu tố ảnh hƣởng tới sự ăn mòn và mài mòn của các bề mặt đốt.

30

3.2.1. Các yếu tố ảnh hƣởng tới sự mài mòn cơ học của khói lò hơi

30

3.2.2. Các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình mài mòn ăn mòn hóa học nhiệt

32

độ thấp
Chƣơng 4 Các thiết bị phân ly bụi tro bay trong khói thải lò hơi

34

4.1. Thiết bị phân ly bằng trọng lực và va đập

34

4.2. Các thiết bị phân ly bằng khí xoáy

36

4.3. Các thiết bị khử bụi tĩnh điện

44

Chƣơng 5 Những giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả khử bụi

49

5.1 Đối với lò hơi đốt than bột PC

49

5.2 Đối với lò hơi kiểu tầng sôi và tầng sôi tuần hoàn

49

5.3 Tính toán bộ lọc bụi tĩnh điện cho nhà máy nhiệt điện

50

5.3.1. Thông số nhà máy nhiệt điện dùng để tính toán

50

5.3.2. Tính toán thiết bị lọc bụi cho nhà máy

51

Kết luận và kiến nghị

64

Tài liệu tham khảo

65
1


LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, nhu
cầu sử dụng năng lƣợng ngày càng lớn, đã đặt ra rất nhiều vấn đề liên quan đến sử
dụng năng lƣợng hiệu quả và bảo vệ môi trƣờng. Đã có rất nhiều các nguồn năng
lƣợng đang đƣợc sử dụng trên thế giới, tuy nhiên hiện nay nguồn năng lƣợng chủ yếu

sử dụng vẫn là năng lƣợng than.
Ở nƣớc ta hiện nay nguồn năng lƣợng từ than vẫn là nguồn năng lƣợng đƣợc sử
dụng chủ yếu chính vì vậy đặt ra nhiều vấn đề về sử dụng than sao cho phù hợp cũng
nhƣ để xử lý khí thải từ các lò hơi đốt than sao cho có hiệu quả để góp phần đảm bảo
về môi trƣờng luôn là vấn đề vô cùng cấp thiết.
Đã có rất nhiều các đề tài nghiên cứu về vấn đề sử dụng, sử dụng hiệu quả
nguồn năng lƣợng này và xử lý hiệu quả khí thải sinh ra trong quá trình sử dụng than,
nhƣng đây là vấn đề vô cùng phức tạp và đã đang đƣợc nhiều nhà khoa học trên toàn
thế giới nghiên cứu.
Trong những vấn đề về sử dụng than và xử lý khí thải từ than, thì vấn đề xử lý
bụi tro bay và vấn đề hạn chế mài mòn của các bề mặt đốt trong việc sử dụng than là
vấn đề quan trọng và đầy ý nghĩa. Để có cái nhìn tổng quát nhất về vấn đề này, cũng
nhƣ việc nghiên cứu sâu về việc hình thành và phân ly bụi tro trong khói thải và các
biện pháp xử lý khói thải sẽ tạo ra khả năng xử lý hiệu quả vấn đề bụi tro cũng nhƣ
hạn chế sự mài mòn các bề mặt đốt, bề mặt truyền nhiệt.
Với những ý nghĩa nhƣ vậy, tôi đã chọn “Vấn đề mài mòn và ăn mòn bề mặt
đốt của lò hơi cũng nhƣ nghiên cứu về sự hình thành bụi tro trong khói thải và các giải
pháp xử lí” làm đề tài cho luận văn thạc sỹ kỹ thuật của mình tại trƣờng Đại Học Bách
Khoa Hà Nội.
Đƣợc sự giúp đỡ rất nhiệt tình và tâm huyết của các thầy, cô giáo tại trƣờng
cũng nhƣ các bạn đồng nghiệp, trong đó đặc biệt là sự hƣớng dẫn và chỉ bảo rất tận
tình của thầy giáo: Giáo sƣ, Tiến sỹ khoa học Nguyễn Sỹ Mão tôi đã hoàn thành bài
luận văn của mình. Tôi hi vọng tài liệu này sẽ góp một phần nhỏ bé giúp cho các bạn
đồng nghiệp trong các nghiên cứu khác liên quan đến vấn đề xử lý khí thải của lò hơi,
và cũng hi vọng các kết quả nghiên cứu đƣợc sẽ đóng góp thêm những tài liệu tham

2


khảo để tìm hiểu và xử lý hiệu quả vấn đề tro bụi trong khói thải lò hơi góp phần sử

dụng năng lƣợng hiệu quả và bảo vệ môi trƣờng sinh thái toàn cầu sau này.
Dù đã có rất nhiều cố gắng, và có nhiều sự giúp đỡ của thầy cô, bạn bè đồng
nghiệp nhƣng do kiến thức có hạn việc nghiên cứu có lẽ còn nhiều vấn đề cũng nhƣ
những sai sót nhất định rất mong đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô, bạn bè, và
các nhà nghiên cứu khác để tài liệu đƣợc đầy đủ hơn và nâng cao hiệu quả ứng dụng
thực tế.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể các thầy cô giáo tại trƣờng Đại Học
Bách Khoa Hà Nội, các bạn đồng nghiệp và gia đình, trong đó đặc biệt là thầy giáo,
Giáo sƣ, Tiến sỹ khoa học Nguyễn Sỹ Mão đã giúp đỡ tôi rất nhiều để hoàn thiện bài
luận văn này.
Hà Nội, ngày 04 tháng 03 năm 2014
Người thực hiện

Nguyễn Trung Thành

3


CHƢƠNG I
TỔNG QUAN
Cùng với sự gia tăng mạnh mẽ nhu cầu về năng lƣợng trong các nƣớc Châu Á
cũng nhƣ ở Việt nam trong tƣơng lai thì nhu cầu năng lƣợng than lại trở nên vô cùng
quan trọng và sẽ gia tăng mạnh mẽ hơn. Trên toàn cầu, than vẫn là nguồn chính phát
điện vào năm 2035, mặc dù thị phần của than đã giảm tới 41% năm 2008 và đến 32%
vào năm 2035.
Theo Cục Quản lý Thông tin Năng lƣợng Mỹ (IEA) thì nhu cầu năng lƣợng của
thế giới theo vùng trong Kịch bản khung chính sách mới (World Energy Outlook
2010, đƣợc thể hiện nhƣ các hình H.1 và H2 sau đây)

H1.1Biểu đồ thống kê về sử dụng năng lƣợng toàn cầu tăng 36%, với các nƣớc ngoài

OECD
dẫn đầu là Trung Quốc, nơi mà nhu cầu tăng đột biến 75%
(World Energy Outlook 2010 (IEA, 2010) 1

4


H.1.2 Nhu cầu than đã tăng nhanh hơn so với bất kỳ nguồn năng lƣợng nào khác &
dự báo chiếm hơn 1/3 nhu cầu năng lƣợng toàn cầu gia tăng đến năm 2030
(World Energy Outlook 2010 (IEA, 2010) 1

Ở Việt Nam ta xuất phát từ chiến lƣợc tiết kiệm nguồn năng lƣợng và giảm
thiểu hiệu ứng khí nhà kính thì việc phát triển công nghệ sử dụng nguồn than có hiệu
suất cao để phát điện, để phục vụ công nghiệp có một ý nghĩa vô cùng to lớn, điều này
chúng ta có thể thấy rõ trong Quyết định 1208/QĐ-TTg ngày 21 tháng 7 năm 2011 của
Thủ tƣớng Chính phủ phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011
– 2020 có xét đến 2030 2:
Để đảm bảo đủ nguồn điện, trong gian đoạn từ nay tới 2025, ngoài các nguồn
thủy điện, Việt Nam cần đầu tƣ và đƣa vào vận hành 52 nhà máy nhiệt điện với tổng
công suất lên đến 54.740 MW, bao gồm:
- 07 nhà máy nhiệt điện tua bin khí với tổng công suất là 9000 MW.
- 45 nhà máy nhiệt điện đốt than với tổng công suất là 45.740 MW.
Trong số 45 nhà máy nhiệt điện sẽ xây dựng có 10 nhà máy dự kiến đầu tƣ theo
hình thức BOT (chủ yếu là nhà đầu tƣ nƣớc ngoài) còn lại 35 nhà máy sẽ do các chủ đầu
tƣ trong nƣớc thực hiện.
Với 35 các nhà máy điện do các chủ đầu tƣ trong nƣớc thực hiện, tổng vốn đầu
tƣ có thể lên tới 43,5 tỷ USD (trung bình mỗi năm từ nay tới 2025 sẽ cần phải có 3,1 tỷ
USD). Trong tổng số vốn đầu tƣ đó, vốn đầu tƣ cho các thiết bị nhà máy điện ƣớc tính
sẽ lên tới 32,7 tỷ USD, với khoảng 24,5 tỷ USD chi phí cho thiết bị chính (tua bin,
máy phát, lò hơi), còn lại 8,2 tỷ USD cho các thiết bị phụ khác.

5


Có thể thấy rằng, nhu cầu các thiết bị nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam từ nay
tới năm 2025 là rất lớn. Việc nghiên cứu nâng cao hiệu suất nhiệt, giảm thiểu tác động
môi trƣờng của nó là hết sức quan trọng, và là yêu cầu bức thiết của các chƣơng trình
phát triển kinh tế xã hội cũng nhƣ các chƣơng trình phát triển KHCN của đất nƣớc.
Nhƣ chúng ta đã biết trong nhà máy nhiệt điện, lò hơi là thiết bị hấp thụ lƣợng
nhiệt sinh ra khi cháy các loại nhiên liệu để sản xuất ra hơi nƣớc làm môi chất động
lực trong chu trình nhiệt, (quay tuabin hơi, máy phát để sản xuất điện). Lò hơi là thiết
bị quan trọng nhất, lớn nhất và phức tạp nhất ảnh hƣởng trực tiếp đến hiệu quả hoạt
động, đến vốn đầu tƣ và các vấn đề an toàn khác của toàn nhà máy nhiệt điện.
Để nâng cao hiệu suất nhiệt của các lò hơi trong các nhà máy nhiệt điện thì một
trong những giải pháp công nghệ có hiệu quả là phải nâng cao thông số hơi nƣớc (áp
suất và nhiệt độ), và một số vấn đề kĩ thuật, công nghệ, vận hành liên quan đến phát
thải, đóng xỉ và mài mòn, ăn mòn vvv.. Đây là những vấn đề khoa học kĩ thuật rất
phức tạp mà các nhà khoa học, các trung tâm nghiên cứu trên toàn thế giới cũng nhƣ ở
trong nƣớc đã, đang và sẽ tiếp tục nghiên cứu tìm ra các phƣơng án kĩ thuật tiên tiến
nhất để phục vụ cho sự phát triển kinh tế đất nƣớc.
Dƣới đây tôi chỉ xin đề cập tới một vài nội dung trong đó là : Vấn đề mài mòn
và ăn mòn bề mặt đốt của lò hơi cũng nhƣ nghiên cứu về sự hình thành bụi tro
trong khói thải và các giải pháp xử lí.
Ta biết rằng bụi tro và xỉ hình thành trong quá trình cháy có thể bám vào dàn
ống sinh hơi và ống bộ quá nhiệt/quá nhiệt trung gian. Dẫn đến sự truyền nhiệt từ khói
thải nóng tới hơi nƣớc chuyển động trong ống giảm.
Bụi tro bay trong khói va chạm và bám lên bề mặt ống của các bề mặt truyền
nhiệt đốt, dẫn đến tăng tốc độ dòng ở những nơi đó làm tăng sự mài mòn của các ống.
Các mảng xỉ lớn có thể hình thành, bám lên trên bề mặt các ống truyền nhiệt, có trọng
lƣợng nặng đến hàng tấn, có thể bóp méo các ống. Ngoài ra còn có các rủi ro tiềm tàng

là khối xỉ lớn ấy rơi xuống trong quá trình vận hành của lò hơi, có thể gây tắc lò hơi ở
bộ phận đáy lò.
Ngoài ra, quá trình ăn mòn có thể xảy ra ở phễu chứa xỉ đáy lò. Lƣu huỳnh và
kiềm trong than có quan hệ chặt chẽ với với sự ăn mòn, và vấn đề trở nên trầm trọng

6


hơn khi nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng cao. Cả hai hiện tƣợng mài mòn và ăn mòn đều
tăng lên cùng với sự tăng cao nhiệt độ vách ống kim loại.
Sự bám bụi và xỉ ảnh hƣởng đến kích thƣớc của lò hơi và diện tích bề mặt
truyền nhiệt.
Trong các lò hơi sự truyền nhiệt diễn ra thông qua các dàn ống sinh hơi của lò
hơi và nhiệt độ vách ống đƣợc khống chế ở phần đƣờng khói đối lƣu phía trên của
buồng đốt.
Nồng độ của các kim loại kiềm trong tro xỉ cao có ảnh hƣởng lớn đến mài mòn
và bám xỉ vì kim loại kiềm ảnh hƣởng đến nhiệt độ mềm và nhiệt độ nóng chảy của xỉ.
Kinh nghiệm trong các nhà máy những năm qua cho thấy nếu giữ cho dàn ống
sinh hơi sạch bằng các giải pháp thổi bụi tro hình thành từ tro than chất lƣợng thấp,
tăng nhiệt độ lò khóí thải ra có thể tránh đƣợc và các hiện tƣợng mài mòn bề mặt bộ
quá nhiệt.
Để giảm bám bụi tro gây tắc nghẽn bộ quá nhiệt đƣợc khống chế bằng cách
tăng tần suất của thổi bụi, nhƣng các bộ hâm nƣớc của lò hơi vẫn có thể có vấn đề mài
mòn.
Sự kết hợp các nghiên cứu, kiểm định trong phòng thí nghiệm, với các thiết bị
bằng kính hiển vi điện tử, máy tính kiểm định, và bằng các mô hình mô phỏng toán
học có khả năng dự đoán xu hƣớng bám bụi và đóng xỉ liên quan đến than thiết kế.
Trong một nghiên cứu quan trọng của Zygarlicke [5] đã phân tích các mẫu của
than đƣa vào nhà máy để sử dụng hàng ngày để tính toán các chỉ số về mài mòn sau đó
đƣợc so sánh với hiệu suất lò hơi. Đây là chỉ số liên quan trực tiếp đến mức độ nghiêm

trọng của bám bụi trên ống lò hơi và các sự làm việc của các vòi phun. Sự sạch sẽ của
dàn ống sinh hơi, và các vùng có bộ quá nhiệt/quá nhiệt trung gian thƣờng xuyên đƣợc
ghi nhận, mẫu bám bụi cũng đƣợc thu thập từ bộ quá nhiệt trung gian cũng đƣợc thu
thập để phân tích. Ngoài ra, một mối tƣơng quan giữa các chỉ số dự đoán lắng đọng
tro, kiểm soát thổi bụi, sự điều chỉnh gió nóng, tuần hoàn khói lò và ống khói/Hệ số
oxy đƣợc thành lập để tạo điều kiện thuận lợi cho việc giảm thiểu bám xỉ/tắc nghẽn
đƣờng khói.
Kết quả là, nó đã có thể kéo dài thời gian làm sạch bụi định kì của tổ máy tới 23 tuần, do đó giảm đƣợc các khoản chi phí đáng kể.
7


Xuất phát từ các phân tích trên tôi đã hình thành đề cƣơng nghiên cứu: “Nghiên
cứu phân li khí - rắn trong khói thải sau buồng đốt và sự mài mòn của các bề mặt đốt.”
Mục tiêu của đề tài chia theo hai phần:
+ Thu thập tài liệu, đi sâu phân tích về mặt lí thuyết về nguyên lý hình thành
bụi tro bay trong khói thải sau khi cháy để làm cơ sở cho các cho các nghiên cứu về
nguyên lí khí động học quá trình phân li khí – rắn trong dòng khói
+ Đi sâu mô tả giải trình các nguyên lí làm việc của các thiết bị phân ly khí –
rắn:
 Phân ly bằng phƣơng pháp trọng lực
 Phân ly bằng phƣơng pháp va đập
 Phân ly bằng phƣơng pháp xoáy
 Phân ly bằng phƣơng pháp điện từ
Từ đó để phân tích lựa chọn các loại thiết bị phân ly bụi phù hợp với các lò hơi
với các công nghệ cháy nhiên liệu khác nhau.
+Trên cơ sở nghiên cứu trên sẽ đề ra những đề xuất về hƣớng sử dụng loại hình
thiết bị khử bụi, các giải pháp kĩ thuật phụ trợ đi kèm cho từng loại nhà máy điện
đốt than để nâng cao hiệu quả năng lƣợng của nhà máy và bảo vệ môi trƣờng.
Chính bởi vậy bản luận văn đƣợc biên tập thành các chƣơng mục sau:
I.

Tổng quan

II. Động lực học dòng hai pha khí rắn:
2.1 Nguyên lí hình thành dòng hai pha khí rắn trong khói thải
2.2 Phân ly bằng phƣơng pháp trọng lực
2.3 Phân ly bằng phƣơng pháp va đập
2.4 Phân ly bằng phƣơng pháp xoáy
2.5 Phân ly bằng phƣơng pháp điện từ
III. Tổng quan vấn đề mài mòn các bề mặt đốt
3.1. Nguyên nhân của sự mài mòn và ăn mòn của các bề mặt đốt
3.2. Các yếu tố ảnh hƣởng tới sự ăn mòn và mài mòn của các bề mặt đốt.
IV. Các Thiết bị phân ly bụi tro bay trong khói thải của lò hơi:
4.1 Thiết bị phân ly bằng trọng lực và va đập
8


4.2 Thiết bị phân ly bằng công nghệ xoáy
4.3 Thiết bị khử bụi theo nguyên lí tĩnh điện
V

Những giải pháp kĩ thuật để nâng cao hiệu quả khử bụi
5.1 Đối với lò hơi đốt than bột PC
5.2 Đối với lò hơi kiểu tầng sôi và tầng sôi tuần hoàn
5.3 Tính toán cho một bộ lọc bụi tĩnh điện của nhà máy điện
Kết luận và kiến nghị

VI.

Các tài liệu tham khảo:

.

9


CHƢƠNG II
ĐỘNG LỰC HỌC HAI PHA KHÍ - RẮN
2.1. Nguyên lý hình thành hai pha khí - rắn trong khói thải
Trong thực tế vận hành các nhà máy nhiệt điện của nƣớc ta hiện nay phần lớn
sử dụng loại than đƣợc khai thác từ Quảng Ninh
Theo nhiều tài liệu nghiên cứu, ta thấy rằng tổng trữ lƣợng than ở Việt Nam chủ
yếu là than antraxít ở Quảng Ninh chiếm khoảng 95%. Trữ lƣợng than còn lại chủ yếu
là than mỡ và than bùn phân bố khắp các vùng chủ yếu ở Nam Bộ.
Thành phần hóa học của than gồm có Cácbon (C), Hydro (H), Lƣu huỳnh
(S),Oxy (O), Nitơ (N), Tro hay còn gọi là khoáng chất (A) và nƣớc hay còn gọi là độ
ẩm (W).
Quá trình cháy của than là tập hợp các phản ứng hóa học xảy ra giữa các thành phần
trên có trong than với Oxy bao gồm các quá trình sau:
+ Quá trình cháy hạt Cácbon là quá trình phản ứng giữa Oxy và Cácbon xảy ra
trên bề mặt hấp thụ của cácbon. Sản phẩm của quá trình cháy này chủ yếu là khí CO
và CO2.
+ Quá trình cháy lƣu huỳnh: Trong kỹ thuật cháy than, toàn bộ lƣu huỳnh có thể
cháy đƣợc trong than dƣới tác dụng của nhiệt độ sẽ phân hủy và chuyển thành khí SO2.
Sau đó trong môi trƣờng nhiệt độ cao của buồng lửa một bộ phận của chúng sẽ kết hợp
với Oxy tạo thành khí SO3.
+ Quá trình phản ứng của Nitơ: Trong quá trình cháy bột than sẽ hình thành
phản ứng giữa Ôxy và Nitơ hình thành nên khí NO và NO2 và một ít N2O. Lƣợng khí
này sinh ra có quan hệ mật thiết với điều kiện cháy nhƣ phƣơng thức đốt đặc biệt là
nhiệt độ cháy và hệ số không khí thừa.

+ Ngoài các sản phẩm cháy đã nêu ở trên thì trong sản phẩm cháy còn có thành
phần rắn đó có thể là tro, bụi, hoặc một số khoáng chất không cháy đƣợc. Theo nghiên
cứu ngƣời ta thấy rằng bụi trong khói thải lò hơi là một tập hợp các hạt rắn có kích
thƣớc rất khác nhau, từ vài micrômét tới vài trăm micrômét. Các kết quả nghiên cứu
đã cho thấy tỷ lệ phân bố các loại hạt bụi ở các khoảng đƣờng kính trung bình (dtb) của
lò đốt than nhƣ trong bảng 1.
10


Bảng 1. Tỷ lệ phân bố các loại hạt bụi ở lò đốt than[3]:
dtb(μm)

0÷10 10÷20 20÷30 30÷40 40÷50 50÷60 60÷86 86÷100 >100

%

3

3

4

3

4

3

7

6

67

Các hạt bụi này cùng với các chất khí sinh ra trong quá trình cháy cũng nhƣ
lƣợng oxy còn thừa trong quá trình cháy tạo nên khói thải của buồng đốt. Do các hạt
bụi có kích thƣớc và trong lƣợng lớn hơn nhiều so với phân tử các chất khí có trong
khói thải chính vì vậy dƣới tác dụng của trọng lực cũng nhƣ chuyển động khí động do
quạt hút có tốc độ di chuyển cũng nhƣ quỹ đạo di chuyển của các hạt bụi cũng nhƣ các
hạt khí, chính bởi vậy tạo ra sự phân ly của hai pha khí và rắn trong khói thải.
Đây cũng là cơ sở cho việc sử dụng các phƣơng pháp phân ly khác nhau để tạo
ra sự phân ly hiệu quả nhất giữa hai pha khí và rắn nhằm tách hai pha này riêng biệt
trong quá trình xử lý bụi và các hạt rắn khác có trong khói thải.
Để tạo cơ sở lý thuyết cho việc đánh giá các phƣơng pháp phân ly dƣới đây tôi
xin tổng hợp trình bày về vấn đề động lực học của quá trình phân ly trong từng
phƣơng pháp cụ thể.
2.2. Phân li bằng phƣơng pháp trọng lực
Trong quá trình nghiên cứu động lực học về phân ly bằng trọng lực, ngƣời ta
thấy rằng thực tế khi các hạt bắt đầu lắng đọng, thƣờng xảy ra quá trình lắng đọng
không đồng đều. Cùng với sự tăng dần của thời gian dƣới tác dụng của trở lực gia tốc
của các hạt không ngừng giảm. Khi lực tác dụng hữu hiệu bằng trở lực thì quá trình gia
tốc lắng kết thúc, và quá trình lắng tốc độ đồng đều bắt đầu, đây chính là quá trình tốc
độ lắng đọng cuối. Bình thƣờng, hệ số trở lực của quá trình lắng đọng gia tốc lớn hơn
một ít hệ số trở lực của quá trình lắng đồng đều và hệ số trở lực của quá trình lằng
đọng gia tốc là một số không đổi.

11


L

n

H
Khí - rắn vào

Bụi ra

Hình 2.1.Sơ đồ buồng phân ly trọng lực
Trong quá trình nghiên cứu động lực học về phân ly bằng trọng lực ngƣời ta
thấy rằng thực tế khi các hạt bắt đầu lắng đọng thì thƣờng xảy ra quá trình lắng đọng
không đồng đều. Cùng với sự tăng dần của thời gian, dƣới tác dụng của trở lực, gia tốc
của các hạt không ngừng giảm. Khi lực tác dụng hữu hiệu bằng trở lực thì quá trình gia
tốc lắng kết thúc, và quá trình lắng tốc độ đồng đều bắt đầu, đây chính là quá trình tốc
độ lắng đọng cuối. Bình thƣờng, hệ số trở lực của quá trình lắng đọng gia tốc lớn hơn
một ít so với hệ số trở lực của quá trình lắng đồng đều và hệ số trở lực của quá trình
lằng đọng gia tốc là một số không đổi.
Từ đây ta có phƣơng trình cân bằng của quá trình lắng gia tốc:
F0  m p a p  C D' a

g  2
2



d p2
4

(2-1)

Trong đó:
F0 - Lực bên ngoài tác dụng lên hạt (N)
a p - Gia tốc của hạt (m/s)

C D' - Hệ số trở lực của quá trình lắng đọng gia tốc

Ta giả sử hạt bụi có dạng cầu thì thời gian từ khi hạt lắng không đều đền khi đạt
tốc độ lắng cuối là:

12




d p2 (  p   g )



3 C D'  g

F0

C D  C D'

ln

(2-2)

C D'  C D

Trong đó:
C D - Hệ số trở lực của quá trình lắng đọng đều
C D' - Hệ số trở lực của quá trình lắng đọng gia tốc

 p - Khối lƣợng riêng của khói trƣớc khi lọc
 g - Khối lƣợng riêng của khói sau khi lọc

Theo lý thuyết ta có thời gian từ lắng đọng gia tốc đến lắng đọng cuối là nhỏ
Từ đó ta có thể tìm đƣợc khoảng cách lắng trong quá trình lắng gia tốc của hạt:
l

(2-3)

4d p (  p   g )
3C D'  g

 3 2C '  F

D g 0

ln ch  2

 2d p (  p   g ) 1 / 2 



dp
v
u0
ut

u
H

L

Hình 2.2. Trình bày quá trình lắng đọng đơn lớp.
Khi dòng lắng đọng ổn định và đồng đều thì thời gian đi qua buồng lắng với
chiều dài L là:


Veq
Vg



LBH L

Vg
u

Trong đó:
Veq - Thể tích buồng lắng
13

(2-4)


V g - Lƣu lƣợng thể tích

u- Tốc độ nằm ngang trung bình của dòng hỗn hợp
H- Độ cao của buồng lắng
B- Bề ngang của buồng lắng
Tốc độ lắng của hạt (Thời gian từ đỉnh lắng đến đáy của buồng lắng):
u 

H

(2-5)



Nhƣ vậy để hạt có thể lắng đọng xuống thì thời gian dừng của hỗn hợp trong
buồng lắng phải lớn hơn thời gian lắng đọng của hạt tức là ta có:
L
L H
(2-6) Hay H  u

u
v u

(2-6)

Bên cạnh đó, do các hạt bụi có đƣờng kính khác nhau, nên tốc độ lắng cũng
khác nhau, vì vậy khi thời gian lắng là nhƣ nhau các hạt là khác nhau sẽ có độ cao lắng
đọng là khác nhau, có thể viết chung:
h  u

(2-7)

Trong đó:
h- Chiều cao lắng đọng
u - Tốc độ lắng của hạt

Khi chiều cao của buồng lắng lớn hơn chiều cao lắng đọng, thì để đánh giá hiệu
quả của quá trình lắng nhƣ sau:




h u  u L


H
H
u H

(  p   g )d p2 gL
18  g HV



(2-8)

(  p   g )d p2 gBL
18  gVg

 kd p2

(2-9)

Trong đó:
k

(  p   g ) gBL

(2.10)

18  gVg

14


Từ công thức ở trên ta thấy rằng k phụ thuộc vào kích thƣớc hình học của
buồng lắng, đặc tính và tốc độ dòng chảy. Ta cũng thấy rõ ràng là hiểu quả của buồng
lắng tỉ lệ thuận với bình phƣơng của đƣờng kính hạt, đƣờng kính hạt càng lớn hiệu quả
càng cao. Tuy nhiên kích thƣớc và kết cấu buồng lắng, tính chất của hạt và với lƣu
lƣợng nhất định thì buồng lắng có thể lắng hoàn toàn hạt nhỏ nhất là có giới hạn. Khi
dòng phân ly chuyển động vào vùng Stokes, thì phân ly trọng lực có thể lắng 100% hạt
có đƣờng kính nhỏ nhất là:
d min 

18 uH

g ( p   g )L

18 Vg
g (  p   g ) BL

(2-11)

Do  p >>  g nên ta có thể viết lại nhƣ sau:
d min 

18 uH

g p L

18 Vg
g p BL

( 2-12)

Từ trên ta có thể nhận thấy việc tăng chiều cao buồng lắng, tăng tốc độ dòng,
tăng chiều dài buồng lắng đều có thể nâng cao hiệu suất phân ly tuy nhiên khi tính toán
thiết kế buồng lắng tùy thuộc vào điều kiện cụ thể ta lựa chọn phƣơng án nào cho phù
hợp mà vẫn đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật.

Hình 2.3.Biểu đồ tra vận tốc lắng của hạt[5]

Trong thực tế để tăng hiệu quả phân ly ngƣời ta thiết kế với buồng lắng nhiều
ngăn, hay có thể coi đó là ghép nhiều buồng lắng lại với nhau nhƣ hình dƣới
15


Hình 2.4. Buồng lọc bụi nhiều ngăn
Ƣu điểm chủ yếu của phƣơng pháp này:
+ Kết cấu của thiết bị tƣơng đối đơn giản do đó giá thành rẻ.
+ Tiêu hao năng lƣợng ít, thích hợp để khử bụi có mật độ lớn, hạt to với hiệu
suất lọc bụi đạt khoảng 60% đến 80%.

Tuy nhiên nếu kích thƣớc hạt bụi mà quá nhỏ thì hầu nhƣ không thực hiện phân li
đƣợc vì nó bị quấn theo khí ra khỏi thiết bị.
2.3. Phân li bằng phƣơng pháp va đập
Phân ly bằng va đập là phƣơng pháp phân ly dựa trên nguyên lý phân ly bằng
quán tính. Với phƣơng pháp này, ngƣời ta bố trí một loạt các tấm cản có hình dạng đặc
biệt trong không gian phân ly. Biện pháp này làm cho dòng phân ly chảy qua nhiều lần
va đập và chuyển hƣớng dòng liên tục qua đó tận dụng đƣợc sự khác nhau về quán
tính của dòng khí và rắn, làm cho hiệu suất phân ly cao hơn so với phƣơng pháp phân
ly bằng trọng lực.
Một trong những phƣơng pháp phân ly đƣợc sử dụng nhiều nhất áp dụng
nguyên lý này là phƣơng pháp phân ly kiểu chảy vòng va đập với tấm cản hình chữ U.
Trong phƣơng pháp này theo hƣớng chảy của dòng khí - rắn ngƣời ta đặt một loạt các
tấm cản hình chữ U làm cho dòng khí - rắn bị liên tục va đập với các tấm cản trên và
không ngừng thay đổi phƣơng hƣớng, các hạt rắn trong dòng chảy do tác dụng của lực
quán tính càng lớn không biến đổi dòng mà tiếp tục theo hƣớng chuyển động đến khi
lực đập trực tiếp vào tấm cản làm mất hết lực quán tính và cuối cùng đƣợc phân ly ra
khỏi dòng, còn dòng có hàm lƣợng rắn không lớn tiếp tục chuyển động vòng qua tấm
cản chảy về phía trƣớc và đƣợc thải ra ngoài.

16


Trƣờng hiệu suất phân ly của biện pháp phân ly này phụ thuộc vào độ va đập
giữa dòng khí - rắn và các tấm cản.
Hiệu suất phân ly kiểu va đập chủ yếu phụ thuộc vào hệ số Kt là thông số đặc
trƣng đƣợc xác định nhƣ sau
 p d p2ui
Kt 
9Dt

(2-13)

Hiệu suất phân ly đối với kiểu chặn đứng đƣợc tính nhƣ sau:
c  1  R 

1
(1  R )

(2-14)

Hiệu suất phân ly kiểu lắng đọng
 g   exp( ut

A
)
Q

(2-15)

Căn cứ quan điểm trên thì hiệu suất cuối cùng của quá trình phân ly này là:
  total   g   gtotal

(2-16)

Trong đó:
total - Là hiệu suất phân ly qua va đập và chặn đứng

 Các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình phân ly

Hình 2.6, buồng tách bụi có tấm chắn

Qua các nghiên cứu ngƣời ta thấy rằng có rất nhiều các yếu tố có thể ảnh hƣởng
tới quá trình phân ly theo phƣơng pháp sử dụng tấm cản, dƣới đây sẽ trình bày một số

17


các yếu tố có tác động lớn nhất tới quá trình phân ly theo phƣơng pháp này để làm rõ
nguyên lý của quá trình phân ly trên.
-

Ảnh hưởng của khoảng cách ngang các tấm phân ly

Khoảng cách ngang các tấm phân ly là S1, và tỷ số S1/B sẽ ảnh hƣởng đến hiệu
suất và trở lực của thiết bị phân ly đã đƣợc tính ở trên. Khi S1 nhỏ quá hoặc lớn quá
đều làm cho hiệu suất phân ly giảm, thực tế cho thấy tỷ số này bằng 2,0 đến 2,5 thì
hiệu suất đạt là tốt nhất. Do S1 quá nhỏ tốc độ giữa các ống quá lớn khả năng dòng
mang theo hạt quá lớn không lợi cho quá trình phân ly. Khi S1 quá lớn, góc chuyển
dòng bé, đồng thời giảm số lƣợng tấm phân ly cũng không đều làm cho hiệu suất giảm
xuống.
S2

S1

B
B

Hình 2.7. Mô tả khoảng cách các tấm chắn trong phân ly hình chữ U
-

Ảnh hưởng của khoảng cánh dọc của tấm phân ly

Khoảng cách dọc của các tấm phân ly là S2, Thì cũng nhƣ S1, tỷ số S2/B cũng
ảnh hƣởng tới hiệu suất và trở lực nhƣng so với ảnh hƣởng của khoảng cách theo chiều
ngang thì ảnh hƣởng của khoảng cách theo chiều dọc tƣơng đối nhỏ hơn. Đối với hiệu
suất thì S2 tốt nhất là 2,0B đến 2,5B, ngoài giá trị đó thì hiệu suất sẽ giảm xuống một
ít. Trong phạm vi thí nghiệm ta thấy S2 tƣơng đối nhỏ hoặc lớn đều có lợi cho trở lực.
Tổng hợp xem xét đánh giá đến cả hiệu suất và trở lực, đồng thời xét đến kết cấu gọn
của lò hơi thì giá trị S2=1,5B là thích hợp nhất tuy nhiên lúc đó hiệu suất phân ly có
giảm đi một ít nhƣng trở lực lại giảm và kết cấu lò càng gọn hơn và thông thƣờng
ngƣời ta thƣờng lấy S2=1,5B đến 2B.
-

Ảnh hưởng của số dãy tấm phân ly

Hiệu suất tấm phân ly tăng lên khi số dãy tấm phân ly tăng lên nhƣng tác dụng
phân ly chủ yếu đạt hiệu quả ở bốn tấm ban đầu. Thực tế cho thấy khi số dãy nrãy=4 thì
18


hiệu suất của phân ly có thể đạt tới 90%. Khi tiếp tục tăng số dãy lên nữa thì hiệu suất
phân ly có tăng nhƣng không rõ rệt. Nguyên nhân tại các dãy đầu đƣờng kính hạt
tƣơng đối lớn, nồng độ hạt cũng cao nên phân ly dễ dàng hơn. Càng về sau số hạt có
kích thƣớc lớn đã hết chỉ còn lại các hạt có kích thƣớc nhỏ và nồng độ các hạt cũng
nhỏ hơn nên hiệu suất của quá trình phân ly tại các dãy sau không đƣợc rõ ràng. Tuy
nhiên khi các tần số tấm phân ly càng nhiều trở lực của thiết bị càng tăng và làm cho
kích thƣớc thiết bị cũng tăng theo, chính vì vậy nếu xét tổng thể cả về hiệu suất và trở
lực thì số tấm phân ly từ 4 đến 5 là tối ƣu nhất.
-

Ảnh hưởng của tốc độ dòng

Trong phân ly quán tính tốc độ dòng càng cao thì động năng của hạt càng lớn
gia tốc ly tâm của hạt khi chuyển dòng càng lớn điều đó đều có lợi cho quá trình phân
ly hạt. Mặt khác khi tốc độ dòng càng lớn có nghĩa tác động đối với hạt càng lớn điều
đó làm cho hạt dễ tách ra thành những hạt có kích thƣớc nhỏ hơn gây khó khăn cho
quá trình phân ly. Hai tác dụng đó quan hệ ảnh hƣởng lớn nhỏ đến quá trình phân ly.
Đối với tấm chắn hình chữ U thì tốc độ dòng có ảnh nhất định tới hiệu suất phân ly của
thiết bị. Khi tốc độ dòng đạt 3,5m/s đến 5,2m/s thì hiệu suất phân ly đạt cao nhất ra
ngoài phạm vi đó hiệu suất phân ly sẽ giảm xuống nhƣng biên độ giảm là không nhiều.
Bên cạnh đó khi tốc độ tăng thì trở lực cũng tăng lên rõ rệt nhƣng trở lực trong phân ly
với tấm chắn hình chữ U là rất bé do đó tấm chắn này đƣợc sử dụng khá rộng dãi.
Từ góc độ hiệu suất phân ly mà xét, vì tốc độ tăng lên làm hiệu suất phân ly
giảm đáng kể, vì vậy có thể chọn tốc độ dòng tƣơng đối lớn nhƣng xét tổng hợp cả trở
lực và mài mòn thì không nên chọn tốc độ quá cao
Đây cũng là phƣơng pháp phân li tƣơng đối đơn giản và phù hợp với nhiều hạt
bụi hơn so với phƣơng pháp lắng nhƣng phƣơng pháp này ít tiêu tốn năng lƣợng nhiều
hơn, nhƣng các tấm va đập thƣờng xuyên bị mài mòn và cần phải thay thế. Phù hợp
với dạng bụi có nồng độ cao.

Hình 2.7. Kết cấu phân ly kiểu va đập

19


2.4. Phân ly bằng xyclon
Phân ly kiểu xyclon là phƣơng pháp phân ly khí - rắn theo phƣơng pháp dựa
trên nguyên tắc ly tâm hỗn hợp khí và rắn đi vào thiết bị phân ly từ chuyển động thẳng
qua chuyển động xoay tròn. Đại bộ phận thiết bị phân ly này có chuyển động xoắn
theo vách trụ đi xuống. Dòng khí - rắn xoáy sinh ra lực ly tâm, các chất rắn có trọng
lƣợng lớn sẽ bị văng ra vách ngoài, một bộ phận do vách đàn hồi trở lại dòng khí lại

mang theo, hầu hết các hạt do trọng lực rơi xuống dƣới dọc theo vách hình trụ đi vào
phễu tro. Khi dòng chuyển động xoáy bên ngoài đi đến phễu hình chóp, do hình chóp
thu nhỏ nên áp suất trung tâm của phân li. Căn cứ theo mô men xoáy không đổi thì tốc
độ tiếp tuyến của nó tăng lên không ngừng, khi dòng khí đến tận cùng của hình chóp,
với phƣơng xoáy vòng nhƣ cũ, từ dƣới đi lên theo hình xoắn ốc gọi là xoáy bên trong.
Cuối cùng khí đƣợc thải ra ngoài theo ống thải các chất rắn xuống phễu tro và đƣợc
thải ra ngoài. Một bộ phận nhỏ của khí chuyển động men theo mặt trong của nắp trên,
sau đó chuyển động xuống theo bên ngoài của ống thoát khí đi đến mép cuối của ống
thoát thì ngoặt lại thải ra theo ống thoát theo dòng khí phân bụi trong đó cũng đƣợc
thải luôn ra

axb
fthdocu
ment or
ht
ha0x b
the
fthdoc
summar
ument
y of an
or the
interest
summ
ing
ary of
point.
an
You can
interes

position
hn ting
the text
point.
fthdocu
box
mentYou
or
anywhe
can
the
re in
positio
summar
the
n the
y of an
docume
text
interest
nt. Use
ing box
Hìnhthe
2.8. Quá trình lọc bụi xyclon
point.anywh
Drawin
ere in
You can
g Tools
Nguyên lý chung của phân

ly khí - rắn đó là hạt rắn trong dòng
không khí chảy
the
position
xoáy sẽ bị cuốn theo dòng khí tab
vàotochuyển động xoáy. Lực ly tâm gây tác
động làm hạt
docum
the text
change
box ent.
20
the
Use
anywhe
formatti
re in the
ng of
Drawi
the
the pull


rắn sẽ rời xa tâm quay và tiến về vỏ ngoài xyclon. Đồng thời, hạt rắn sẽ chịu tác động
của sức cản không khí theo chiều ngƣợc với hƣớng chuyển động, kết quả là hạt rắn
dịch chuyển dần về vỏ ngoài của xyclon, va chạm với nó, sẽ mất động năng và rơi
xuống phễu thu. Ở đó, hạt rắn đi qua thiết bị xả đi ra ngoài.
Giải các phƣơng trình về chuyển động của hạt rắn đơn lẻ trong xyclon, ngƣời ta
có đƣợc các công thức tính sau:
Đƣờng kính hạt bụi nhỏ nhất thu lại trong xyclon là:

d 3

k
R
. ln 2
 .n.  m
R1


(2.17)

.

Thời gian hạt bụi lƣu trong xyclon là:


R
18.  k
. . ln 2
2
2
R1
 .d  m

(2.18)

Trong đó:
 － hệ số nhớt động học m2/s.

d- đƣờng kính hạt bụi m.

Ω- tốc độ góc của hạt bụi.
n- số vũng quay của hạt bụi trong cyclon.
 m và  k － trọng lƣợng riêng của bụi và không khí

R1- Bán kính ống tâm m.
R2- Bán kính phần hình trụ của xyclon m.
Các công thức trên chỉ có tính lý thuyết, cho tới nay vẫn không có đủ các công
thức chỉ ra mối liên hệ lý thuyết đủ để tính hết các kích thƣớc cấu tạo nên xyclon. Vì
thế, trong thực tế, ngƣời ta không thiết kế xyclon theo lý thuyết mà tính chọn xyclon
theo các loại xyclon chuẩn đó đƣợc chế tạo, thử nghiệm và đo đạc các thông số cần
thiết. Các loại xyclon của Liên Xô thiết kế thử nghiệm có tốc độ khí trên cửa vào từ
15- 25 m/s, và thƣờng đƣợc dùng lọc bụi có đƣờng kính d = 6 ÷ 10 µm với hiệu suất
75 ÷ 85% và lọc bụi có đƣờng kính d >20 µm với hiệu suất 92 ÷ 95%. Các loại xyclon
thƣờng có đƣờng kính phần hình trụ D = 400; 500; 630 và 800 mm. Các kích thƣớc
hình học khác của xyclon tỷ lệ với đƣờng kính phần hình trụ D. Đƣờng đặc tuyến làm
việc của xyclon có dạng đƣờng thẳng trên biểu đồ có thang chia theo hàm logarit biểu

21


thị quan hệ giữa lƣu lƣợng và trở lực của dòng khí qua xyclon. Xyclon thƣờng làm
việc trong khoảng trở lực 140 ÷ 170 kg/m2 với vận tốc tối ƣu cho mỗi loại xyclon.
 Các yếu tố ảnh hƣởng tới qúa trình phân ly khí - rắn kiểu xyclon
Có rất nhiều các yếu tố ảnh hƣởng tới việc phân ly khí - rắn theo nguyên tắc
xyclon dƣới đây là một số các yếu tố chủ yếu ảnh hƣởng trực tiếp tới hiệu suất phân li
của thiết bị.
-

Tốc độ vào

Tốc độ vào có ảnh hƣởng trực tiếp tới hiệu suất và trở lực của thiết bị. Khi tốc
độ tăng thì hiệu suất của thiết bị phân ly cũng tăng, giai đoạn đầu hiệu suất tăng rất
nhanh khi tốc độ tăng lên hầu nhƣ thành đƣờng thẳng, đến một tốc độ nào đó thì hiệu
suất phân ly của thiết bị tăng lên rất chậm. Khi tốc độ vƣợt một giới hạn nào đó (từ
30m/s đến 40m/s) dòng chảy rối của hỗn hợp khí - rắn tăng lên hạt va đập vào lớp vỏ
và bị bật trở lại ngày càng nhiều, hạt bị bật trở lại dòng khí phân ly làm cho hiệu suất
của thiết bị giảm xuống. Còn đối với trở lực của thiết bị nhƣ ta thấy khi tốc độ tăng lên
thì trở lực tăng lên rất nhanh theo bình phƣơng của tốc độ, do đó cần xem xét tổng hợp
cả hai yếu tố để lựa chọn tốc độ vào hợp lí. Thông thƣờng ngƣời ta thấy rằng tốc độ
vào của dòng khí - rắn cần phân ly nằm trong khoảng 6m/s đến 25m/s là tốc độ hợp lý
nhất.
-

Nhiệt độ khí

Nhiệt độ dòng khí - rắn đƣa vào phân ly có ảnh hƣởng trực tiếp tới độ nhớt của
nó. Khi nhiệt độ tăng lên độ nhớt của nó cũng tăng lên làm cho trở lực của thiết bị
cũng tăng lên và làm giảm hiệu suất phân ly của thiết bị
-

Tính chất bụi

Tính chất của chất rắn trong hỗn hợp cũng ảnh hƣởng tới tính năng của phân ly
xyclon, trong đó ảnh hƣởng lớn nhất là kích thƣớc hạt, mật độ và nồng độ hạt. Khi
kích cỡ hạt quá nhỏ hiệu suất phân li của xyclon không cao chính vì vậy lọa thiết bị
phân ly này thƣờng đƣợc sử dụng để lọc bụi sơ bộ
+ Với kích cỡ hạt: Hiệu suất của thiết bị phân ly có ảnh hƣởng rất nhạy với kích
cỡ hạt. kích cỡ hạt càng nhỏ thì hiệu suất phân ly càng thấp, với kích cỡ hạt từ
20  30 m hiệu suất của phân ly có thể đạt đến 90%. Còn khi xem xét đối với trở lực
thì ta thấy rằng kích cỡ hạt hầu nhƣ không ảnh hƣởng tới trở lực của thiết bị phân ly.

+ Về mật độ hạt rắn: Do có nhiều nguyên nhân phát sinh dòng khí rắn khác
nhau lên mật độ chất rắn trong dòng khí - rắn cũng trênh lệch nhau rất nhiều. Các
nghiên cứu đều chỉ ra rằng khi mật độ bụi càng lớn thì hiệu suất phân ly càng tăng khi
mật độ tăng quá một giới hạn nào đó thì độ tăng lên là không rõ ràng, bên cạnh đó với
22


kích cỡ các hạt rắn càng nhỏ thì ảnh hƣởng của mật độ hạt càng lớn tuy nhiên hầu hết
lƣợng khí rắn cần phân ly là cố định ta không thể lai đem làm tăng lƣợng rắn vào
luồng khí đi phân li vì thế việc nghiên cứu tính chất này chỉ đánh giá về hiệu suất phân
li chứ không thể đánh giá đƣợc hiệu quả thực tế thiết bị phân ly mang lại.
-

Ảnh hưởng của chất lượng chế tạo và lắp ráp

Để đảm bảo thiết bị phân ly có thể làm việc lâu dài và ổn định về hiệu suất phân
ly thì chất lƣợng chế tạo và phƣơng pháp lắp ráp có ảnh hƣởng rất lớn nhƣ một số các
yếu tố sau:
+ Với việc chế tạo làm bề mặt trong của thiết bị phân ly càng trơn chu không có
lồi lõm, nhất là không có những chỗ lồi ra trên đƣờng chuyển động của hạt nếu không
sẽ sinh ra xoáy cục bộ đem hạt hất lên một lần nữa làm hiệu suất của thiết bị phân ly
giảm xuống.
+ Độ tròn của hình trụ xyclon: Vấn đề này cần phải đặc biệt chú ý nếu không
hạt sẽ chuyển động vòng tròn dễ bị va đập với than tròn mà tung lên và bị vòng xoáy
trong mang đi làm cho hiệu suất giảm. Thƣờng độ ô van cho phép khi chế tạo không
quá 0,5% D, còn nếu có tấm lót trong thì sau khi chế tạo không vƣợt quá 1%D. Ngoài
ra để đảm bảo khi chế tạo song không bị biến dạng khi vận chuyển thì cần đảm bảo độ
dầy của vỏ không đƣợc quá mỏng, hoặc làm thêm các vành bên ngoài để tăng thêm độ
cứng.
+ Ống thoát khí: Ống thoát khí phải đƣợc bố trí phải đƣợc đặt ở trên cùng trục,

đặc biệt là miệng ra của miệng dƣới ống thoát khí và miệng cả ống thoát tro bụi của
phễu phải nằm trên cùng một trục, nếu không không ổn định của vòng xoáy trong sẽ
lệch với đƣờng tâm của phân ly dễ hình thành hiện tƣợng “cái đuôi” đem hạt bụi xung
quanh miệng thoát của tro thổi lên trở lại làm giảm hiệu suất phân ly. Trong công
nghiệp ngƣời ta khống chế độ không đồng tâm đó vào khoảng 0,3%D đến 0,5%D.
+ Độ mài mòn xyclon: Trong phân ly xyclon sự mài mòn là một vấn đề rất quan
trọng, đặc biệt là khi có nồng độ bụi cao, không những vách xyclon bị mài mòn ảnh
hƣởng đến tuổi thọ mà mà hạt rắn bị mài và vỡ ra làm giảm hiệu suất của thiết bị phân
ly.
 Ƣu điểm của phƣơng pháp phân li này:
+ Kết cấu đơn giản giá thành thấp
+ Không có bộ phận động trong phân li, duy tu tiện lợi
+ Chịu đƣợc nhiệt độ cao đến 9000C
+ Có thể chịu áp suất cao (âm hoặc dƣơng), dùng để khử bụi áp suất cao
23


+ Dùng dƣợc trong phân li khô, có thể thu hồi tro khô, có thể dùng thu hồi bột
than khô.
+ Nếu có lót vật liệu chịu mài mòn có thể làm sạch khói và bụi sắc.
Tuy nhiên đối với phƣơng pháp này cũng có một số các hạn chế nhất định nhƣ:
+ Thu hồi tro bụi có kích thƣớc nhỏ thì hiệu suất không cao
+ Hiệu suất phân li giảm xuống thấp khi đƣờng kính hạt trụ bao tăng lên, do
vậy nếu dùng đơn chiếc phân li thì lƣợng khử bụi là hạn chế
+ Khi lƣợng khí lớn dùng nhiều phân li xyclon nối tiếp nhau, nếu lắp đặt không
hợp lí sẽ gây ảnh hƣởng xấu nghiêm trọng đến phân li.
2.5. Phƣơng pháp phân ly tĩnh điện
Nguyên lý chung của việc phân ly khí - rắn bởi quá trình lọc bụi tĩnh điện là
dựa trên khả năng tác dụng của điện trƣờng. Khi cho dòng khí - rắn đi qua môi trƣờng
điện trƣờng không đồng đều, khi đó dòng khí - rắn sẽ bị điện li tạo thành các điện tử

và các ion dƣơng, ion âm và các chất rắn cũng bị nhiễm điện. Các hạt rắn nhiễm điện
sẽ chuyển động về phía các bản cực trái dấu và bám lên các bản tích bụi, khí lớp bụi
đạt chiều dầy nhất định thì có hệ thống máy tạo rung các tấm tích bụi làm cho bụi rơi
xuống đƣa về phễu thu hồi đặt phía dƣới môi trƣờng.
Trong hệ thống lọc bụi tĩnh điện này cần đảm bảo một số các yêu cầu sau về
tấm hút bụi:
+ Có tính năng về điện cao nhƣ cƣờng độ điện trƣờng, mật độ dòng điện đồng
đều
+ Thuận lợi cho việc tích bụi và dễ tách bụi khi thải khí khi rung, có tính năng
chống bay bụi lần hai.
+ Cực bản có tính năng rung động tốt nhƣ cƣờng độ rung cao, phân bố gia tốc
rung đồng đều.
+ Dòng khói đi vào thông suốt, tốn trở lực bé, kết cấu gọn và độ biến dạng ít, dễ
chế tạo.
Hệ thống phân phối dòng khói đồng đều nhờ có các cánh hƣớng dòng đặt ở đầu
vào.
Hệ thống cấp điện bao gồm có máy tăng áp, bộ chỉnh lƣu, và hộp điều khiển.
Thông thƣờng điện áp sử dụng 380V đƣợc tăng áp lên tới 60-90KV. Bộ chỉnh lƣu

24


thƣờng sử dụng bộ chỉnh lƣu Silic để đảm bảo làm việc ổn định và dễ điều khiển tự
dộng. Để làm việc an toàn thì vỏ thiết bị khử bụi phải tiếp đất
 Động lực học quá trình khử bụi bằng phân li tĩnh điện.
Giả sử hạt bụi có đƣờng kình là d, đi qua điện trƣờng là E khi đó giả sử cần
thiết để cho hạt bụi nhiễm điện với điện tích là q ta có vận tốc của dòng khí rắn đi qua
là v:
v

qE
3d

(2.19)

Trong đó:
v- là vận tốc của khói (cm/s)
 - là độ nhớt của dòng khí_rắn

Khi đó hiệu suất của thiết bị khử bụi là:
  1 e



vA
Q

(2.20)

Trong đó:
 - Hiệu suất thiết bị khử bụi (%)
v - Tốc độ dòng đi vào (m/s)

A-Tổng diện tích bề mặt tích bụi
Q-Lƣu lƣợng dòng khí chứa bụi
Dựa trên công thức trên ta dễ dàng nhận thấy hiệu suất của việc khử bụi phụ
thộc vào lƣu lƣợng dòng khí - rắn đi vào thiết bị phụ thuộc vào tốc độ đi của dòng khí
đó và phụ thuộc vào diện tích bề mặt tích bụi.

Trong đó:

-Tốc độ gió trong buồng khử bụi đƣợc gọi là tốc độ gió điện trƣờng và đƣợc xác định
nhƣ sau:
v

L
Fn

(2.21)

Trong đó:
25