Nghiên cứu xác định bộ thông số công nghệ và cấu tạo của thiết bị
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.8 MB, 67 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
ĐỖ HỒNG PHÚC
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH BỘ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ CẤU
TẠO CỦA THIẾT BỊ VENTURI ÁP DỤNG TRONG XỬ LÝ BỤI
CỦA CƠ SỞ KHAI THÁC, CHẾ BIẾN KHOÁNG SẢN CÓ ÍCH
LUẬN VĂN THẠC SỸ
KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Hà Nội – Năm 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
ĐỖ HỒNG PHÚC
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH BỘ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ CẤU
TẠO CỦA THIẾT BỊ VENTURI ÁP DỤNG TRONG XỬ LÝ BỤI
CỦA CƠ SỞ KHAI THÁC, CHẾ BIẾN KHOÁNG SẢN CÓ ÍCH
Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
LUẬN VĂN THẠC SỸ
KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. DƯƠNG VĂN LONG
Hà Nội – Năm 2015
Luận văn thạc sỹ
Đỗ Hồng Phúc
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và
chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình khác, trừ những phần tham
khảo đã được ghi rõ trong luận văn.
Tác giả
Đỗ Hồng Phúc
Lớp KTMT 2012B
i Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Luận văn thạc sỹ
Đỗ Hồng Phúc
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1.
Ý nghĩa và tính cấp thiết của đề tài: ..............................................................1
2.
Đối tượng, mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu ........................2
3.
Ý nghĩa của đề tài ..........................................................................................3
3.1. Ý nghĩa khoa học ...........................................................................................3
3.2. Ý nghĩa thực tiễn ...........................................................................................4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.......................................................................................5
1.1. Khai thác, chế biến khoáng sản và vấn đề ô nhiễm bụi ...................................5
1.2. Tình hình quản lý khí thải và bụi trong khai thác và chế biến khoáng sản ở
Việt Nam .................................................................................................................7
1.3. Các phương pháp xử lý bụi ..............................................................................7
1.4. Lựa chọn thiết bị xử lý bụi cho quá trình khai thác, chế biến khoáng sản.....13
1.5. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của thiết bị Venturi .......................................15
1.6.
Hiện trạng nghiên cứu ứng dụng thiết bị Venturi ....................................18
1.6.1.
Tình hình nghiên cứu ứng dụng thiết bị venturi. ...............................18
1.6.2. Các hãng sản xuất thiết bị Venturi trên Thế giới ....................................22
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT BỊ VENTURI ...........................28
2.1. Cơ sở lý thuyết quá trình tách bụi của thiết bị venturi ...................................28
2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thiết bị. .................................................29
2.3. Tính toán các thông số công nghệ và cấu tạo của thiết bị venturi. ................32
2.4. Kết quả tính toán ............................................................................................38
Lớp KTMT 2012B
ii Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Luận văn thạc sỹ
Đỗ Hồng Phúc
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG MỘT SỐ QUÁ TRÌNH DIỄN RA TRONG THIẾT BỊ
VENTURI .................................................................................................................42
3.1. Mục đích của việc thực hiện mô phỏng.......................................................42
3.2. Thực hiện mô phỏng quá trình hoạt động của venturi.................................44
3.3. Kết quả thực hiện quá trình mô phỏng ........................................................45
3.4. Kết quả thí nghiệm trên thiết bị Venturi ......................................................47
3.5. Kết quả thực hiện thí nghiệm và mô phỏng CFD ........................................50
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................54
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................56
Lớp KTMT 2012B
iii Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Luận văn thạc sỹ
Đỗ Hồng Phúc
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Vn:
Lượng nước tưới cho ống venturi, l
Vk:
Lưu lượng khí, m3/s
n:
Số vòi phun
v1 :
Vận tốc dòng khí vào miệng ống thu hẹp và khuếch tán, m/s
v2 :
Vận tốc dòng khí trong cổ ống venturi, m/s
ΔP:
Tổn thất áp suất, mm H20
ρk :
Khối lượng riêng của khí, kg/m3
Vk2:
Lưu lượng dòng khí vào cổ ống Venturi, m3
vk2:
Vận tốc dòng khí vào cổ ống Venturi, m/s
Vk2:
Lượng khí ẩm vào cổ ống venturi ở điều kiện thực tế, m3
Vok:
Lượng khí ẩm vào ống venturi ở điều kiện tiêu chuẩn, m3
pk1:
Áp suất tuyệt đối của khí vào ống venturi, N/m2
ρok2:
Khối lượng riêng của khí ở cổ ống ở điều kiện tiêu chuẩn, kg/m3
ρok:
Khối lượng riêng của khí ở điều kiện tiêu chuẩn, kg/m3
dk2
Độ chứa hơi nước trong 1 m3 khí
ρk2:
Khối lượng riêng của khí qua cổ ống ở điều kiện làm việc, kg/m3
tk2:
Nhiệt độ của khí vào cổ ống, 0C
pk2:
Áp suất tuyệt đối của khí qua cổ ống venturi, N/m2
ρk1:
Khối lượng riêng của khí vào ống thu ở điều kiện thực tế, kg/m3
ξdt:
Hệ số trở lực tính đến tổn thất áp suất bổ sung khi phun dịch thể
ξth:
Hệ số trở lực của khí trong ống thu hẹp
m:
Suất tiêu hao nước tưới, m3/m3 khí
l2:
Chiều dài cổ ống, m
Lớp KTMT 2012B
iv Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Luận văn thạc sỹ
Đỗ Hồng Phúc
D3:
Đường kính ống khuếch tán, m
Vk3:
lưu lượng dòng khí vào cổ ống Venturi, m3/s
vk3:
Vận tốc dòng khí vào cổ ống Venturi, m/s
l3 :
Chiều dài ống khuếch tán, m
CFD: computational fluid dynamics
Lớp KTMT 2012B
v Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Luận văn thạc sỹ
Đỗ Hồng Phúc
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Kết quả tính toán thông số công nghệ và cấu tạo thiết bị venturi ….46
Bảng 3.1: Kết quả đo đạc vận tốc dòng khí trong thiết bị venturi ..……….…...57
Bảng 3.2: Kết quả đo áp suất gây ra bởi dòng khí trong thiết bị venturi ….….58
Bảng 3.3: Bảng kết quả vận tốc dòng khí trong thiết bị venturi (m/s) ……. ….58
Bảng 3.4: Bảng kết quả áp suất dòng khí trong thiết bị venturi (Pa) …… .…..59
Lớp KTMT 2012B
vi Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Luận văn thạc sỹ
Đỗ Hồng Phúc
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Sơ đồ các nguồn thải chính và nguy cơ rủi ro, ô nhiễm môi trường trong
khai thác và chế biến quặng đất hiếm …………………………………….…………14
Hình 1.2: Sơ đồ phân loại các phương pháp xử lý bụi ………………….……..16
Hình 1.3: Sơ đồ buồng lắng bụi ………………………………………………..…….17
Hình 1.4: Thiết bị xử lý bụi cyclone …………………………………………………18
Hình 1.5 Thiết bị lọc bụi túi công suất lớn ……………………………………..….19
Hình 1.6. Sơ đồ cấu tạo lọc bụi tĩnh điện ...........................................................20
Hình 1.7: Hình ảnh mô tả quá trình làm việc của thiết bị venturi ……………. 24
Hình 1.8: Cấu tạo chung của thiết bị Venturi ……………………………………..24
Hình 1.9: Hình ảnh thiết bị Venturi …………………………………………………25
Hình 1.10: Hình ảnh mô phỏng quá trình kết tụ giữa hạt bụi và giọt nước …...26
Hình 1.11. Hình ảnh thiết bị venturi theo được ứng dụng tại các làng nghề chế biến,
sản xuất gỗ tại Việt Nam …………………………………………………………… .28
Hình 1.12: Hình ảnh thiết bị venturi theo thiết kế của công ty Enviroflo Engineering
……………………………………………………………………………………………32
Hình 1.13: Hình ảnh thiết bị venturi theo thiết kế của công ty SLY inc ……….33
Hình 1.14: Hình ảnh thiết bị venturi theo thiết kế của công ty MikroPul……..34
Hình 2.1: Đồ thị tương quan giữa áp suất cấp nước và đường kính trung bình của
giọt nước ở miệng ra của vòi phun ……………………………………...…….…...38
Hình 2.2: Đồ thị tương quan giữa vận tốc dòng khí trong ống Venturi và đường
kính trung bình giọt nước………………………………………………………. …..39
Hình 2.3: Đồ thị mô tả sự thay đổi vận tốc của hạt bụi trong ống Venturi…...39
Hình 2.4: Sơ đồ quy trình tính toán thiết bị venturi………………………………41
Hình 3.1: Hình ảnh thể hiện các nút (node) ………………………… ………….52
Lớp KTMT 2012B
vii Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Luận văn thạc sỹ
Đỗ Hồng Phúc
Hình 3.2: Hình ảnh mô phỏng vận tốc dòng khí khi đi qua thiết bị venturi theo trục
X-Z ………………………………………………………………………… …………53
Hình 3.3: Hình ảnh mô phỏng trường vận tốc dòng khí khi đi qua thiết bị venturi
theo trục Y-Z …………………………………………………………………… …..54
Hình 3.4: Hình ảnh mô phỏng vận tốc dòng khí khi đi qua thiết bị venturi theo
không gian 3 chiều ………………………………………………………… ……...55
Hình 3.5: Hình ảnh mô phỏng giá trị áp suất gây ra bởi dòng khí đi qua thiết bị
venturi ……………………………………………………………………… ………55
Hình 3.6: Sơ đồ mô tả bộ thí nghiệm venturi …………………………… ……56
Hình 3.7: Kích thước thiết bị venturi được chế tạo ………………………….. 57
Hình 3.8: Hình ảnh thí nghiệm trên thiết bị venturi ……………..…………...57
Hình 3.9: Đồ thị so sánh vận tốc dòng khí theo lý thuyết, mô phỏng CFD và thí
nghiệm ……………………………………………………………………………..59
Hình 3.10: Đồ thị so sánh áp suất gây ra bởi dòng khí theo lý thuyết, mô phỏng
CFD và thí nghiệm …………………………………………………………….. 60
Lớp KTMT 2012B
viii Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Luận văn thạc sỹ
Đỗ Hồng Phúc
MỞ ĐẦU
1.
Ý nghĩa và tính cấp thiết của đề tài:
Theo từ điển địa chất thì khoáng sản (hữu ích) là thành tạo khoáng vật của
lớp vỏ Trái Đất, mà thành phần hóa học và các tính chất vật lý của chúng cho phép
sử dụng chúng có hiệu quả và lợi ích trong lĩnh vực sản xuất ra của cải vật chất của
nền kinh tế quốc dân.
Khai thác khoáng sản là hoạt động khai thác các vật liệu địa chất từ lòng
đất, thường là các thân quặng, mạch hoặc vỉa than. Các vật liệu được khai thác từ
mỏ khoáng sản như kim loại cơ bản, kim loại quý, sắt, urani, than, kim cương, đá
vôi, đá phiến dầu, đá muối và kali cacbonat. Bất kỳ vật liệu nào không phải từ trồng
trọt hoặc được tạo ra trong phòng thí nghiệm hoặc nhà máy đều được khai thác từ
mỏ khoáng sản. Khai thác khoáng sản ở nghĩa rộng hơn bao gồm việc khai thác các
nguồn tài nguyên không tái tạo (như dầu mỏ, khí thiên nhiên). Việt Nam là nước có
tiềm năng về tài nguyên khoáng sản. Cho đến nay ngành Địa chất đã tìm kiếm, phát
hiện hơn 5000 mỏ và điểm quặng của khoảng 60 loại khoáng sản khác nhau. Một số
khoáng sản đã được phát hiện và khai thác từ rất lâu như vàng, thiếc, chì, kẽm, than
đá và các loại vật liệu xây dựng; số khác mới được phát hiện và khai thác như dầu
khí, sắt, đồng… Một số nơi, có những mỏ nằm tập trung như than ở Quảng Ninh,
bôxit ở Tây Nguyên và apatit, đất hiếm ở miền núi phía Bắc. Những năm gần đây,
cùng với sự phát triển chung của cả nước, các hoạt động khai thác, chế biến khoáng
sản đã và đang góp phần to lớn vào công cuộc đổi mới đất nước. Ngành công
nghiệp khai thác mỏ và chế biến khoáng sản đã và đang ngày càng chiếm vị trí quan
trọng trong nền kinh tế của Việt Nam. Trong những năm qua, hoạt động khai
khoáng sản đã đóng góp tới 5,6% GDP. Tuy nhiên, bên cạnh những mặt tích cực đạt
được, chúng ta cũng đang phải đối mặt với nhiều vấn đề về môi trường. Quá trình
khai thác, chế biến khoáng sản phục vụ cho lợi ích của mình, con người đã làm thay
đổi môi trường xung quanh. Yếu tố chính gây tác động đến môi trường là khai
trường của các mỏ, bãi thải, khí độc hại, bụi và nước thải…làm phá vỡ cân bằng
Lớp KTMT 2012B
1 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Luận văn thạc sỹ
Đỗ Hồng Phúc
điều kiện sinh thái, đã được hình thành từ hàng chục triệu năm, gây ra sự ô nhiễm
nặng nề đối với môi trường và là vấn đề cấp bách mang tính chất xã hội và chính trị
của cộng đồng.
Trong quy trình khai thác mỏ có nhiều công đoạn phát sinh bụi như đào,
xúc, múc, khoan đá, nổ mìn, vận chuyển, nghiền sàng, bốc dỡ đất đá than, quặng. Vì
vậy có nhiều vị trí lao động bị ô nhiễm bụi nghiêm trọng, nồng độ bụi toàn phần cao
từ 30 - 100mg/m3, vượt tiêu chuẩn vệ sinh cho phép (TCVSCP) từ 15 – 30 lần, nồng
độ bụi hô hấp có nơi vượt TCVSCP từ 9 – 11 lần, hàm lượng silic tự do trung bình
từ 15 – 21%. Tỷ lệ mắc bệnh bụi phổi - silic trong công nhân khai thác than từ 314%, trong đó khai thác hầm lò là chủ yếu (chiếm 70%) và bệnh viêm phế quản
mãn tính là khoảng 19,3%. Chế biến sơ bộ khoáng sản theo các phương pháp vật lí
và hóa học đã tạo ra khói bụi, các chất khí độc hại và chất thải gây ô nhiễm môi
trường xung quanh. Các hoạt động chế biến trong nhà máy với các quá trình trình
đập, nghiền, sàng. Các quá trình sấy nguyên liệu và sản phẩm cũng phát sinh ra bụi
thải. Hơn một nửa số người mắc bệnh bụi phổi silic trong toàn quốc, tập trung tại
các vùng khai thác mỏ. Ngoài ra, các bệnh khác như viêm phế quản mãn tính chiếm
60%, lao 4-5%...
Do những ảnh hưởng của bụi phát sinh trong quá trình khai thác, chế biến
khoáng sản được kể trên, cần phải có hướng nghiên cứu về thiết bị xử lý bụi để có
thể giảm thiểu được lượng bụi phát sinh, gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con
người và rộng hơn là không gian xung quanh khu vực khai thác, chế biến khoáng
sản. Dựa trên tiêu chí này đề tài “Nghiên cứu xác định bộ thông số công nghệ và
cấu tạo của thiết bị venturi áp dụng trong xử lý bụi của cơ sở khai thác, chế biến
khoáng sản có ích” được đề xuất với mục tiêu xác định các thông số công nghệ và
cấu tạo cơ bản phục vụ công tác thiết kế, chế tạo thiết bị venturi đủ điều kiện ứng
dụng vào thực tế.
2.
Đối tượng, mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu
2.1.
Đối tượng nghiên cứu
Lớp KTMT 2012B
2 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Luận văn thạc sỹ
Đỗ Hồng Phúc
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là xác định các thông số công nghệ và cấu
tạo của thiết bị Venturi ứng dụng trong xử lý bụi của cơ sở khai thác, chế biến
khoáng sản có ích.
Nghiên cứu tổng quan tài liệu, lý thuyết và mô phỏng CFD quá trình diễn ra
trong thiết bị.
2.2.
Mục đích nghiên cứu
Xây dựng được một bài tính tổng thể các thông số của thiết bị, kết hợp với
phương pháp mô phỏng quá trình diễn ra trong thiết bị từ đó có sự so sánh đối chiếu
giữa tính toán lý thuyết và phương pháp mô phỏng để phục vụ cho công tác thiết kế
chế tạo thiết bị.
Dùng làm tài liệu cho thiết kế và sản xuất.
2.3.
Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu tổng quan về các loại thiết bị Venturi: các hãng sản xuất và các nghiên
cứu về thiết bị Venturi đã được tiến hành trước đó;
Nghiên cứu lý thuyết về thiết bị Venturi và xây dựng trình tự tính toán các thông số
Công nghệ và Cấu tạo cho thiết bị Venturi;
Xây dựng mô hình CFD mô phỏng quá trình diễn ra trong thiết bị Venturi.
Thí nghiệm trên thiết bị được chế tạo thử nghiệm
2.4.
Phương pháp nghiên cứu
Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết và phương
pháp xây dựng mô hình CFD:
Mô phỏng một số quá trình diễn ra trong thiết bị venturi
Khảo nghiệm và xử lý số liệu khảo nghiệm
Phân tích và đánh giá kết quả khảo nghiệm
3.
Ý nghĩa của đề tài
3.1.
Ý nghĩa khoa học
Lớp KTMT 2012B
3 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Luận văn thạc sỹ
Đỗ Hồng Phúc
Nghiên cứu về các thông số Công nghệ và Cấu tạo của thiết bị Venturi đã
được nhiều quốc gia trên Thế giới qua tâm nghiên cứu và ứng dụng. Tuy nhiên để
xây dựng được một bài toán tổng thể nghiên cứu lý thuyết và tính toán để xác định
bộ thông số công nghệ và cấu tạo của thiết bị venturi thì hiện chưa có nghiên cứu
nào đầy đủ về lĩnh vựa này, do đó đề tài có ý nghĩa khoa học và phù hợp với hướng
nghiên cứu của khoa học và công nghệ.
3.2.
Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu, xác định bộ thông số công nghệ và cấu tạo của thiết bị
Venturi có tính ứng dụng phục vụ cho công tác thiết kế, chế tạo thiết bị Venturi xử
lý bụi không những chỉ trong ngành công nghiệp khai thác, chế biến khoáng sản mà
còn là một giải pháp hữu ích trong các ngành công nghiệp khác, góp phần giảm
thiểu ô nhiễm môi trường, nâng cao chất lượng môi trường không khí.
Lớp KTMT 2012B
4 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Luận văn thạc sỹ
Đỗ Hồng Phúc
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Khai thác, chế biến khoáng sản và vấn đề ô nhiễm bụi
Trong quá trình phát triển của đất nước, ngành công nghiệp khai thác và chế
biến khoáng sản có sự đóng góp quan trọng vào sự tăng trưởng kinh tế của đất
nước, tạo công ăn việc làm cho hàng trăm nghìn lao động ở các khu vực nông thôn
và miền núi. Tuy nhiên các hoạt động khai thác và chế biến khoáng sản cũng được
xếp vào danh mục các hoạt động công nghiệp có nhiều tác động tiêu cực tới môi
trường tự nhiên và kinh tế xã hội. Do trong một thời gian dài chỉ chú ý tới lợi ích
kinh tế, ít quan tâm tới bảo vệ môi trường, đặc thù của ngành khai thác và chế biến
khoáng sản thường sinh ra một khối lượng lớn các chất thải nhiều khu vực khai thác
khoáng sản trong nước hiện nay đang bị ô nhiễm nghiêm trọng từ nguồn thải trong
quá trình hoạt động sản xuất.
Ở các quốc gia có nền công nghiệp khai khoáng phát triển, vấn đề quản lý
các nguồn thải được chú ý từ khi xây dựng dự án khai thác mỏ, trong suốt quá trình
vận hành mỏ cho đến giai đoạn sau khi đóng cửa mỏ. Các loại chất thải này nếu
không được quản lý thích hợp sẽ là nguồn gây ô nhiễm môi trường tiềm tàng. Trên
thực tế nhiều khu vực đã và đang phải gánh chịu hậu quả của các hoạt động khai
thác và chế biến khoáng sản trước đây. Ô nhiễm bụi là một trong số các nguồn thải
có tác động tiêu cực vã rõ rệt tới môi trường, cảnh quan sinh thái và sức khỏe con
người.
-
Bụi được sinh ra trong quá trình khai thác và khu vực chế biến. Hàm lượng
bụi ở nhiều khu vực khai thác và chế biến đã vượt tiêu chuẩn cho phép nhiều
lần đối với không khí xung quanh.
Lớp KTMT 2012B
5 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Luận văn thạc sỹ
Đỗ Hồng Phúc
Hình 1.1: Sơ đồ các nguồn thải chính và nguy cơ rủi ro, ô nhiễm môi trường
trong khai thác và chế biến quặng đất hiếm
-
Theo số liệu khảo sát thực tế của Viện Khoa học Công nghệ mỏ - vinacomin
đã đo đạc, xử lý và đưa ra con số về nồng độ bụi tại khu vực cách gương đào
lò trong lúc đang thi công là 196mg/m3 không khí (gấp nhiều lần so với quy
phạm kỹ thuật an toàn trong các hầm lò than và diệp thạch TCN-14-06-2006
Lớp KTMT 2012B
6 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Luận văn thạc sỹ
Đỗ Hồng Phúc
cho phép là 10mg/m3). Lượng bụi này sinh ra khi máy combai AM-50Z đang
đào tại một gương lò có diện tích 9,6m2
1.2. Tình hình quản lý khí thải và bụi trong khai thác và chế biến khoáng sản ở
Việt Nam
Một số phương pháp chống bụi và khí thải thường được áp dụng tại các đơn
vị khai thác và chế biến kháng sản như sau:
-
Sử dụng xe tưới nước chống bụi dọc đường giao thông vận chuyển quặng từ
khai trường về xưởng tuyển;
-
Phủ bạt kín cho các xe vận chuyển quặng; trồng cây xanh dọc tuyến đường
vận chuyển quặng và xung quanh nhà tuyển, trên bãi thải đất đá;
-
Lắp các hệ thống thông gió, bụi trong các xưởng tuyển khu vực nghiền đập
quặng;
-
Một số công ty lắp đặt hệ thống xử lý bụi cho thiết bị gây bụi khu vực xưởng
tuyển;
-
Phun ẩm cho khu vực bốc xúc và đập nghiền quặng; sử dụng băng tải khép
kín trong xưởng tuyển;
Tuy nhiên việc ứng dụng các phương pháp xử lý bụi, khí thải này chưa được
triệt để, hệ thống xử lý chưa được duy trì thường xuyên. Một số biện pháp phòng
chống ô nhiễm còn đang ở mức tạm thời.
1.3. Các phương pháp xử lý bụi
Để xử lý bụi trước khi thải ra môi trường hoặc tạo môi trường xung quanh
người lao động người ta nghiên cứu và sử dụng nhiều cách khác nhau. Mỗi cách
(phương pháp) phù hợp với các loại bụi, kích thước hạt bụi khác nhau và có những
ưu nhược điểm riêng. Chính vì vậy mà tùy thuộc vào đối tượng bụi, người ta chọn
phương pháp xử lý bụi phù hợp.
Lớp KTMT 2012B
7 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Thiết bị xử lý bụi
Thiết bị xử lý bụi
theo phương pháp khô
theo phương pháp ướt
Thiết bị Venturi
Tháp rửa khí
Hình 1.2: Sơ đồ phân loại các phương pháp xử lý bụi
Thu bụi theo phương pháp khí động
Thu bụi có lớp vật liệu đệm
Buồng phun hoặc
tháp rửa khí rỗng
Lọc bụi tĩnh điện
Tháp rửa khí rỗng
Thu bụi dưới tác động của lực tĩnh điện
Xyclon
Lọc bụi túi vải
Thu bụi dựa trên nguyên lý ly tâm
Buồng lắng bụi
Thu bụi dưới tác động của quá trình thu
bắt và va chạm quán tính
Thu bụi nhờ quá trình phân ly do trọng
lực
8 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Lớp KTMT 2012B
Đỗ Hồng Phúc
Luận văn thạc sỹ
Dòng khí mang bụi
Thiết bị xử lý bụi
Luận văn thạc sỹ
Đỗ Hồng Phúc
a) Phương pháp xử lý bụi bằng buồng lắng
Sự lắng bụi bằng buồng lắng là tạo ra điều kiện để trọng lực tác dụng lên hạt
bụi thắng lực đẩy ngang của dòng khí. Trên cơ sở đó người ta tạo ra sự giảm đột
ngột lực đẩy của dòng khí bằng cách tăng đột ngột mặt cắt của dòng khí chuyển
động. Trong thời điểm ấy, các hạt bụi sẽ lắng xuống.
Để lắng có hiệu quả hơn, người ta còn đưa vào buồng lắng các tấm chắn
lửng. Các hạt bụi chuyển động theo quán tính sẽ đập vào vật chắn và rơi nhanh
xuống đáy.
Ra
Vμo
Hình 1.3: Sơ đồ buồng lắng bụi
b) Phương pháp xử lý bụi dựa vào lực ly tâm (cyclon)
Khi dòng khí và bụi chuyển động theo một quỹ đạo tròn (dòng xoáy) thì các
hạt bụi có khối lượng lớn hơn nhiều so với các phân tử khí sẽ chịu tác dụng của lực
ly tâm văng ra phía xa trục hơn, phần gần trục xoáy lượng bụi sẽ rất nhỏ. Nếu ta
giới hạn dòng xoáy trong một vỏ hình trụ thì bụi sẽ va vào thành vỏ và rơi xuống
đáy. Khi ta đặt ở tâm dòng xoáy một ống dẫn khí ra, ta sẽ thu được khí không có bụi
hoặc lượng bụi đã giảm đi khá nhiều.
Lớp KTMT 2012B
9 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Luận văn thạc sỹ
Đỗ Hồng Phúc
Hình 1.4: Thiết bị xử lý bụi cyclon
c) Phương pháp xử lý bụi bằng màng lọc, lọc túi:
Dòng khí và bụi được chặn lại bởi màng hoặc túi lọc; túi (màng) này có các
khe (lỗ) nhỏ cho các phân tử khí đi qua dễ dàng nhưng giữ lại các hạt bụi. Khi lớp
bụi đủ dày ngăn cản lượng khí đi qua thì người ta tiến hành rung hoặc thổi ngược để
thu hồi bụi và làm sạch màng. Màng lọc là những tấm vải được đặt trên một giá đỡ
là những tấm cứng đan hoặc tấm cứng liền có đục lỗ. Túi lọc bằng vải có dạng ống
một đầu hở để khí đi vào còn đầu kia khâu kín. Để túi được bền hơn người ta
thường đặt trong một khung cứng bằng lưới kim loại hoặc nhựa. Năng suất lọc của
thiết bị phụ thuộc vào bề mặt lọc, loại bụi và bản chất, tính năng của vật liệu làm túi
(màng).
Lớp KTMT 2012B
10 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Luận văn thạc sỹ
Đỗ Hồng Phúc
Hình 1.5 Thiết bị lọc bụi túi công suất lớn
d) Khử bụi bằng tĩnh điện:
Nguyên lý: Trong một điện trường đều, có sự phóng điện của các điện tử từ
cực âm sang cực dương. Trên đường đi, nó có thể va phải các phân tử khí và ion
hóa chúng hoặc có thể gặp phải các hạt bụi làm cho chúng tích điện âm và chúng sẽ
chuyển động về phía cực dương. Tại đây chúng được trung hòa về điện tích và nằm
lại ở đó. Lợi dụng nguyên lý này người ta sẽ thu được bụi từ các tấm điện cực
dương và khí đi ra là khí sạch bụi.
Lớp KTMT 2012B
11 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Luận văn thạc sỹ
Đỗ Hồng Phúc
Hình 1.6. Sơ đồ cấu tạo lọc bụi tĩnh điện
e) Phương pháp dập bụi bằng màng chất lỏng:
Nguyên lý: Dòng khí có chứa bụi đi qua màng chất lỏng (thường là nước).
Các hạt bụi gặp nước sẽ bị dìm xuống hoặc cuốn bám theo màng nước, còn dòng
khí đi qua. Nước thường được đi từ trên xuống, còn dòng khí đi từ dưới lên. Đây là
một trong các kiểu tách bụi ra khỏi khí thải bằng phương pháp ướt có hiệu quả cao
(với bụi có đường kính lớn hơn 5 μm, hiệu suất làm sạch khí đạt tới 99%).
f) Phương pháp sục khí qua chất lỏng (nước) – Tháp rửa khí:
Nguyên lý: Khí chứa bụi đi qua màng đục lỗ rồi qua lớp chất lỏng dưới dạng
các bọt khí. Bụi trong các bọt khí bị thấm ướt và bị kéo vào pha nước tạo thành các
huyền phù rồi được thải ra ngoài. Khí sau khi được làm sạch sẽ thải ra môi trường.
Lớp KTMT 2012B
12 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Luận văn thạc sỹ
Đỗ Hồng Phúc
g) Phương pháp rửa khí kiểu Venturi:
Nguyên lý: Dòng khí được dẫn qua một ống thắt, tại đây tốc độ dòng khí
tăng lên cao (60 - 180 m/s) và phía sau có đặt bộ phận thu giọt. Nguyên tắc thu bụi
theo phương pháp khí động, đó là tạo ra sự thấm ướt các hạt bụi trong dòng khí
chuyển động ở trạng thái chảy rối bằng nước trong ống Venturi. Thấm ướt các hạt
bụi ở trạng thái chảy rối tạo nên sự kết tụ các hạt bụi cùng với giọt nước. Các hạt
bụi kết tụ đã được tăng lên về kích thước và các giọt nước được thu lại trong bộ
phận thu giọt.
1.4. Lựa chọn thiết bị xử lý bụi cho quá trình khai thác, chế biến khoáng sản
Với mỗi loại thiết bị xử lý bụi đều ứng với nhu cầu xử lý bụi khác nhau, để
lựa chọn được thiết bị xử lý bụi phù hợp cần căn cứ vào loại bụi, kích thước trung
bình hạt bụi, độ ẩm và nồng độ bụi để lựa chọn được thiết bị phù hợp, ngoài ra đặc
điểm của nguồn thải cũng là một yếu tố cần quan tâm trong quá trình lựa chọn thiết
bị xử lý bụi.
Buồng lắng bụi và xyclon thường được sử dụng cho trường hợp lọc bụi thô,
chúng được sử dụng như cấp lọc thô trước các loại thiết bị lọc tinh khác.
Thiết bị lọc bụi túi vải được sử dụng trong trường hợp yêu cầu xử lý đạt hiệu
quả cao, tuy nhiên trong quá trình sử dụng thiết bị cần lưu ý đến lưu lượng khí thải
và nhiệt độ dòng khí đi vào thiết bị.
Thiết bị lọc bụi tĩnh điện được sử dụng khi hiệu quả lọc yêu cầu là cao, bụi
có thể được thu hồi để tái sử dụng vào mục đích khác, đồng thời lọc bụi tĩnh điện
cũng có thể được sử dụng khi lưu lượng khí thải vào thiết bị lớn.
Thiết bị lọc bụi ướt được sử dụng khi cần lọc sạch bụi mịn với hiệu quả
tương đối cao, đồng thời kết hợp với khử khí độc trong phạm vi có thể. Song song
với quá trình lọc bụi kết hợp với quá trình làm nguội khí thải.
Với đặc điểm của quá trình khai thác, chế biến khoáng sản đó là bụi trong
quá trình khai thác, chế biến có nồng độ tương đối cao, độ ẩm của bụi tương đối
Lớp KTMT 2012B
13 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Luận văn thạc sỹ
Đỗ Hồng Phúc
lớn. Do đó, sử dụng thiết bị venturi là phù hợp trong trường hợp này do thiết bị
venturi là thiết bị thu bụi theo phương pháp ướt nên độ ẩm cao của bụi không còn là
trở ngại và có thể được sử dụng trong trường hợp nồng độ bụi lớn. Quá trình khai
thác cũng được thực hiện tại những nơi nhỏ hẹp, với lợi thế kích thước nhỏ gọn của
mình, thiết bị venturi cũng phù hợp để xử lý bụi với đặc điểm này của quá trình khai
thác.
Trong quá trình chế biến khoáng sản có thể phát sinh các hạt bụi mịn có kích
thước nhỏ, đồng thời dòng khí thải có nhiệt độ cao (trong quá trình luyện quặng
hoặc sản xuất phân lân nung chảy).
Với đặc điểm của thiết bị venturi là loại bỏ được các hạt mịn với giá thành
tương đối rẻ. Vận hành tương đối đơn giản so với các loại thiết bị lọc bụi phức tạp
khác. Do đó, việc nghiên cứu ứng dụng thiết bị venturi là cần thiết trong công cuộc
xử lý ô nhiễm, góp phần bảo vệ môi trường. Thiết bị venturi không chỉ hữu ích
trong xử lý bụi từ quá trình khai thác, chế biến khoáng sản mà trong các ngành công
nghiệp khác cũng có thể được sử dụng như xử lý bụi của khí thải khói lò trong các
ngành công nghiệp:
-
Công nghiệp luyện kim
-
Công nghiệp vật liệu xây dựng
-
Công nghiệp sản xuất phân bón
-
Công nghệp sản xuất giấy
-
Công nghiệp hóa chất
Để đảm bảo được tính đồng bộ và hiệu quả xử lý bụi, thông thường thiết bị
venturi được đặt phía trước thiết bị tách giọt nước, trong quá trình làm việc thiết bị
venturi đóng vai trò kết tụ giữa bụi và nước, tăng kích thước hạt bụi, hạt bụi với
kích thước lớn sẽ dễ dàng được tách ra khỏi dòng khí khi đi qua thiết bị tách giọt
nước:
Lớp KTMT 2012B
14 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Luận văn thạc sỹ
Đỗ Hồng Phúc
Để áp dụng thiết bị venturi vào sơ đồ công nghệ xử lý khí thải, cần có sự
nghiên cứu xác định được thông số công nghệ và cấu tạo của thiết bị để có thể kiểm
soát được quá trình diễn ra khi thiết bị làm việc. Để làm được điều này, đề tài đã
thực hiện các bước sau:
-
Nghiên cứu tổng quan ứng dụng của thiết bị venturi
-
Tìm hiểu cơ sở lý thuyết, xác định các thông số cơ bản từ đó đưa ra được quy
trình tính toán thiết bị venturi
-
Thực hiên mô phỏng CFD một số thông số của thiết bị, đồng thời có sự so
sánh với thí nghiệm. Từ đó có thể có sự so sánh giữa tính toán lý thuyết,
phương pháp mô phỏng và thí nghiệm, quá đó đánh giá được hiệu quả của
việc sử dụng mô phỏng phục vụ cho quá trình thiết kế, ứng dụng của thiết bị.
1.5. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của thiết bị Venturi
Tính năng của thiết bị venturi
Thiết bị Venturi là một thiết bị lọc bụi dạng ướt, với việc sử dụng dòng chất
lỏng để làm sạch bụi. Thiết bị Venturi được sử dụng rộng rãi trọng việc xử lý dòng
khí bị ô nhiễm (ví dụ như xử lý bụi thải đúc, khói lò, sương axit) vì chúng có làm
việc khá hiệu quả trong việc loại bỏ bụi và các chất ô nhiễm dạng khí. Khi thiết bị
hoạt động, nguyên tắc cơ bản cơ bản của quá trình thu bụi là sự va chạm quán tính,
và sự chặn, cản các hạt bụi bởi các giọt nước. Khi đó kích thước của giọt nước sẽ
lớn hơn và tách ra khỏi dòng khí bởi trọng lực. Việc tăng vận tốc khí hoặc giọt chất
lỏng sẽ làm tăng hiệu quả thu bụi vì số lượng va chạm trong đơn vị thời gian.
Lớp KTMT 2012B
15 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
