Đồ án tốt nghiệp: Xử lý bụi cho lò luyện thép

Đồ án tốt nghiệp

MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1...............................................................................................................6
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP............................................................................6
1.1 Mô tả ngành sản xuất thép [1].............................................................................6
1.2 Quy trình sản xuất thép bằng lị điện hồ quang [1]..............................................9
1.2.1 Chuẩn bị liệu [1]...............................................................................................9
1.2.2 Nạp liệu [1].................................................................................................10
1.2.3 Nấu chảy [1]................................................................................................11
1.2.4 Rót thép và ra xỉ [1].....................................................................................11
1.2.5 Tinh luyện [1]..............................................................................................12
1.2.6 Đúc liên tục [1]............................................................................................12
1.3 Ơ nhiễm mơi trường và một số thiết bị xử lý khói bụi trong nhà máy luyện thép
[1]............................................................................................................................ 13
1.3.1 Ơ nhiễm mơi trường trong các nhà máy luyện thép [1]..................................13
1.3.2 Một số thiết bị xử lý khói bụi trong các nhà máy luyện thép [1].................14
1.4 Đề xuất phương án xử lý bụi cho lò luyện thép hồ quang điện [1]....................23
CHƯƠNG 2.............................................................................................................25
TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ..................................................................................25
LỌC BỤI TÚI..........................................................................................................25
2.1 Thiết kế cơ cấu lọc và thành phần thiết bị lọc bụi túi [5]...................................25
2.1.1 Hoạt động của bụi [5]..................................................................................25
2.1.2 Thành phần thiết bị lọc bụi túi [5]...............................................................26
Nguyễn Công Quý – Máy và thiết bị cơng nghiệp Hóa chất – Dầu khí K52

Trang 1


Đồ án tốt nghiệp

2.2 Làm sạch túi (Hoàn nguyên vải lọc) [5].............................................................31
2.2.1 Rũ bụi bằng cơ học......................................................................................32
2.2.2 Rũ bụi bằng thổi khí đảo ngược..................................................................36
2.2.3 Rũ bụi bằng xung khí nén............................................................................39
2.3 Thông số thiết kế thiết bị lọc bụi túi [5].............................................................44
2.3.1 Động lực lọc................................................................................................44
2.3.2 Vận tốc lọc (Tỉ số A/C)...............................................................................45
2.3.3 Hiệu suất thu hồi bụi...................................................................................46
2.4 Vật liệu vải lọc [5].............................................................................................47
2.4.1 Vải dệt.........................................................................................................47
2.4.2 Nỉ [5]...........................................................................................................49
2.4.3 Các loại sợi [5]............................................................................................50
2.4.4 Xử lý vải [5]................................................................................................52
2.4.5 Các yếu tố không mong muốn [5]...............................................................54
2.5 Các ứng dụng của lọc túi trong cơng nghiệp [5]................................................55
CHƯƠNG 3............................................................................................................. 56
TÍNH TỐN THIẾT BỊ LỌC..................................................................................56
BỤI TAY ÁO...........................................................................................................56
3.1 Tính cơng nghệ..................................................................................................56
3.1.1 Tính kích thước thiết bị...............................................................................57
3.1.2 Tính trở lực của thiết bị...............................................................................58
3.1.3 Tính cửa vào................................................................................................59
3.1.4 Tính hiệu suất thiết bị..................................................................................59
3.1.5 Cơ cấu rũ bụi...............................................................................................60
Nguyễn Công Quý – Máy và thiết bị công nghiệp Hóa chất – Dầu khí K52

Trang 2


Đồ án tốt nghiệp

3.2 Tính tốn cơ khí.................................................................................................62
3.2.1 Chọn vật liệu...............................................................................................62
3.2.2 Tính bề dầy vỏ thiết bị.................................................................................63
3.2.3 Tính bề dầy vỉ ống.......................................................................................65
3.2.4 Tính vít tải tháo bụi.....................................................................................66
CHƯƠNG 4............................................................................................................. 69
TÍNH TỐN CYCLONE........................................................................................69
4.1 Tính tốn cơng nghệ..........................................................................................69
4.2 Tính cơ khí.........................................................................................................82
4.2.1 Tính tốn bunke...........................................................................................82
4.2.2 Tính chiều dày vỏ cyclone...........................................................................83
4.2.3 Tính van xoay tháo bụi................................................................................85
CHƯƠNG 5.............................................................................................................88
TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ TRỢ.........................................................................88
5.1 Tính quạt hút [9]................................................................................................88
5.2 Tính ống khói [9]...............................................................................................92
CHƯƠNG 6.............................................................................................................94
QUY TRÌNH CHẾ TẠO, LẮP RÁP VÀ VẬN HÀNH THIẾT BỊ..........................94
6.1 Quy trình chế tạo, lắp ráp...................................................................................94
6.1.1 Quy trình chế tạo, lắp ráp túi lọc.................................................................94
6.1.2 Tạo nền móng bêtơng..................................................................................94
6.1.3 Quy trình chế tạo và lắp ráp thân thiết bị.....................................................95
6.2 Quy trình vận hành thiết bị................................................................................97
KẾT LUẬN...........................................................................................................101
Nguyễn Công Quý – Máy và thiết bị công nghiệp Hóa chất – Dầu khí K52

Trang 3


Đồ án tốt nghiệp

TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................101

MỞ ĐẦU
Sản xuất thép là một trong những ngành cơng nghiệp kim khí được ưu tiên đi
đầu để phát triển ngành công nghiệp nặng và nó cũng trở thành một ngành cơng
nghiệp khơng thể thiếu trong đời sống con người. Tuy nhiên, do vấn đề bảo vệ môi
trường đang được đặt lên hàng đầu, vì vậy, khơng chỉ ngành thép mà các ngành
cơng nghiệp khác cũng bị đòi hỏi gắt gao về vấn đề mơi trường. Vì vậy, việc thu hồi
bụi trong sản xuất thép là yêu cầu sống còn của các nhà máy sản xuất thép.
Các nhà máy luyện thép ở nước ta chủ yếu sử dụng lò luyện thép hồ quang.
Trong quá trình luyện thép, lượng bụi phát sinh là rất lớn, thường từ 14-20 kg/tấn
thép cacbon và 6-15 kg/tấn thép hợp kim, có thành phần chủ yếu là Fe, Zn, Pb và
các oxit kim loại khác được cuốn theo khói lị. Vì vậy, việc xử lý khói bụi cũng là
vấn đề trọng tâm, ưu tiên hàng đầu trong các nhà máy sản xuất thép.
Hiện nay, chúng ta có rất nhiều cơng nghệ xử lý khói bụi như cyclone, lọc
bụi tĩnh điện, lọc bụi túi vải, máy lọc khí ướt…Tuy nhiên, các nhà máy luyện thép ở
nước ta hiện nay chủ yếu sử dụng thiết bị lọc bụi túi vải bởi những ưu điểm của
thiết bị này như cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng, giá
thành rẻ, thiết bị không lớn lắm, tiết kiệm mặt bằng…
Bản đồ án của em với đề tài là:

Nguyễn Công Quý – Máy và thiết bị cơng nghiệp Hóa chất – Dầu khí K52

Trang 4


Đồ án tốt nghiệp
“Tính tốn và thiết kế hệ thống xử lý bụi cho lò luyện thép hồ quang, năng suất
xử lý 150000

/h”

Trong đó gồm các phần chính sau:
+ Chương 1: Công nghệ sản xuất thép
+ Chương 2: Tổng quan về thiết bị lọc bụi tay áo
+ Chương 3: Tính tốn thiết bị lọc bụi tay áo
+ Chương 4: Tính tốn cyclone
+ Chương 5: Tính tốn thiết bị phụ trợ
+ Chương 6: Quy trình chế tạo, lắp ráp và vận hành thiết bị

Nguyễn Công Quý – Máy và thiết bị cơng nghiệp Hóa chất – Dầu khí K52

Trang 5


Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 1

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP
Chương này cung cấp thơng tin về tình hình sản xuất thép ở Việt Nam, xu
hướng phát triển của thị trường, cũng như những thơng tin cơ bản về quy trình sản
xuất.
1.1 Mô tả ngành sản xuất thép [1]
Gang thép giữ một vai trị rất quan trọng trong q trình phát triển của nền văn
minh nhân loại qua nhiều thiên niên kỷ do chúng được sử dụng rất rộng rãi trong
các ngành nông nghiệp, xây dựng, sản xuất và phân phối năng lượng, chế tạo máy
móc thiết bị, sản xuất hàng gia dụng và trong y học, trong an ninh quốc phòng …
Cùng với than và giấy, gang thép là vật liệu cơ bản của cuộc cách mạng cơng
nghiệp. Chính vì vậy, sản lượng thép trên thế giới đã tăng trưởng rất nhanh chóng,

đặc biệt trong nửa sau của thế kỷ 20 đến nay, đạt 1.240 triệu tấn năm 2006.
Hiện nay, trên thế giới, thép được sản xuất bằng hai công nghệ chính :
- Cơng nghệ lị cao - lị chuyển thổi ô xy - đúc liên tục
- Công nghệ lò điện hồ quang - đúc liên tục
Ngồi hai cơng nghệ chính nêu trên, có hai cơng nghệ mới phát triển là
- Hồn ngun nấu chảy - luyện thép lị chuyển – đúc liên tục và
Nguyễn Công Quý – Máy và thiết bị cơng nghiệp Hóa chất – Dầu khí K52

Trang 6


Đồ án tốt nghiệp
- Hoàn nguyên trực tiếp - luyện thép lị điện – đúc liên tục.
Tuy nhiên, hai cơng nghệ mới này mới triển khai ở một số nước như Ấn Độ,
Iran, Venezuela … Sản lượng của các công nghệ này còn rất nhỏ, chỉ chiếm khoảng
5% tổng sản lượng thép của thế giới (năm 2005 tổng sản lượng sắt hoàn nguyên nấu
chảy và hoàn nguyên trực tiếp đạt 55,4 triệu tấn).
Ngành công nghiệp thép Việt Nam được bắt đầu từ năm 1959 bằng việc xây
dựng Khu gang thép Thái Nguyên, nay là Công ty gang thép Thái Nguyên, do Cộng
hồ nhân dân Trung Hoa giúp đỡ với cơng suất thiết kế 100.000 tấn/năm. Tiếp đó,
nhà máy Luyện cán thép Gia Sàng cũng được khởi công xây dựng vào năm 1972
với sự giúp đỡ của CHDC Đức có cơng suất thiết kế 50.000 tấn/năm.
Sau khi đất nước thống nhất năm 1975, Công ty Thép Miền Nam đã tiếp quản
các cơ sở luyện kim nhỏ của chế độ cũ để lại với tổng công suất khoảng 80.000
tấn/năm. Từ năm 1994, một loạt các nhà máy liên doanh với nước ngoài được xây
dựng và đi vào sản xuất. Sau đó nhiều nhà máy của các doanh nghiệp trong và
ngoài quốc doanh ra đời. Ngành cơng nghiệp thép Việt Nam đã có thể sản xuất được
thép trịn dài, thép hình nhỏ, thép ống hàn và bắt đầu sản xuất thép tấm cán nguội.
Các nhà máy sản xuất thép của nước ta hiện nay tập trung chủ yếu ở Miền Bắc
và Miền Nam. Ở Miền Bắc trên các tỉnh Thái Nguyên, Hải Phòng, Hưng Yên, Bắc

Ninh. Ở Miền Nam tại thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai và Bà Rịa-Vũng Tàu.
Trong tương lai, một số nhà máy luyện kim liên hợp sẽ được xây dựng ở Miền
Trung như nhà máy luyện kim liên hợp 4,5 triệu tấn/năm ở Hà Tĩnh và Dung Quất,
Quảng Ngãi.
Trong những năm gần đây ngành thép Việt Nam đã có tốc độ tăng trưởng cao,
trên 18%/năm. Năm 2006, Việt Nam đã sản xuất được 4.743.000 tấn thép bao gồm
thép thanh, thép dây, thép hình nhỏ, thép tấm lá cán nguội, thép ống hàn và thép tấm
mạ các loại, đáp ứng được gần 66% nhu cầu thép của đất nước. Sản lượng phôi thép
năm 2006 đạt khoảng 1.100.000 tấn, đáp ứng được 33,4% nhu cầu phôi của cả
nước. Sản lượng phôi thép của nước ta, theo số liệu của Hiệp hội thép Việt Nam,
trong những năm gần đây được nêu trong hình 1.1.
Nguyễn Cơng Q – Máy và thiết bị cơng nghiệp Hóa chất – Dầu khí K52

Trang 7


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.1 Sản lượng thép phơi của Việt Nam
Tuy nhiên, sự phát triển của ngành công nghiệp thép Việt Nam vẫn đang mất
cân đối giữa các khâu luyện gang, luyện thép và cán thép.
Ở Việt nam, phần lớn thép được sản xuất bằng cơng nghệ lị điện hồ quang –
đúc liên tục. Ngành sản xuất thép của Việt nam bắt đầu bằng 2 lò mactanh 50
tấn/mẻ tại Cơng ty gang thép Thái Ngun và 2 lị BOF 5 tấn/mẻ tại nhà máy Luyện
cán thép Gia Sàng. Sau một số năm vận hành, Công ty đã chuyển sang lò điện hồ
quang. Hiện tại, ngành thép Việt Nam sử dụng 100% cơng nghệ lị điện. Điều này
xuất phát từ điều kiện thiếu gang lỏng của nước ta. Gần đây nhiều nhà máy sản xuất
phôi thép đã được xây dựng và đi vào hoạt động như Hồ Phát, Đình Vũ, Lương
Tài, Vạn Lợi …
Các lò điện sản xuất thép của Việt nam hiện rất nhỏ, trừ nhà máy thép Phú Mỹ

được trang bị lò điện hồ quang kiểu DANARC 70 tấn/mẻ mới được đưa vào vận
hành. Các lò điện này đã áp dụng một số tiến bộ kỹ thuật như phun ô xy và than vào
tạo xỉ bọt, dùng biến thế siêu cao công suất, sử dụng các loại vật liệu chịu lửa siêu
bền, ra thép đáy lệch tâm …
Trong thời gian tới, ngành thép sẽ có những lị chuyển thổi ô xy 25 T, 50 T và
đặc biệt khi xây dựng các nhà máy luyện kim liên hợp sẽ có lị chuyển thổi ơ xy 200

Nguyễn Cơng Q – Máy và thiết bị cơng nghiệp Hóa chất – Dầu khí K52

Trang 8


Đồ án tốt nghiệp
T. Lúc đó, trình độ cơng nghệ ngành luyện thép sẽ được nâng lên một tầm cao mới,
đáp ứng được nhu cầu của công cuộc xây dựng đất nước và hội nhập kinh tế.
1.2 Quy trình sản xuất thép bằng lò điện hồ quang [1]
Sản xuất thép trong lò điện hồ quang bao gồm các khâu chuẩn bị liệu, nạp liệu,
nấu luyện, ra thép và xỉ, tinh luyện, thu gom xỉ và đúc liên tục. Sơ đồ hình 1.2 mơ tả
tóm tắt các cơng đoạn cơ bản trong quy trình sản xuất thép bằng lị điện.

Hình 1.2 Quy trình sản xuất thép lị điện hồ quang
1.2.1 Chuẩn bị liệu [1]
Nguyên liệu cho luyện thép lò điện là sắt thép phế, sắt xốp và gần đây ở một số
nước như Trung Quốc, Ấn Độ và cả Việt Nam đã sử dụng một lượng gang lỏng tới
50- 60%. Sắt thép phế được tập trung tại bãi chứa liệu. Tại đây liệu được xử lý như
phân loại, cắt, băm thành các kích thước theo quy định. Các tạp chất như đất cát,
nhựa, gỗ và các chất gây cháy nổ như vũ khí cũ các loại được loại bỏ hoặc cắt làm
Nguyễn Công Quý – Máy và thiết bị công nghiệp Hóa chất – Dầu khí K52

Trang 9

Đồ án tốt nghiệp
thống các ống kín… Sau khi xử lý, liệu được chất vào các thùng chứa liệu rồi vận
chuyển đến vị trí quy định của xưởng luyện.
Trong một số trường hợp nguyên liệu được gia nhiệt trong quá trình vận chuyển
(trong thùng chứa liệu hoặc trên băng tải) bằng nhiệt tuần hồn hoặc trong lị điện.
Một số loại lị điện có hệ thống sấy liệu bằng nhiệt của khí thải như lị kiểu lị đứng
(shaft furnace) hoặc consteel. Tuy nhiên việc gia nhiệt liệu có thể dẫn đến sinh ra
lượng khí thải gồm các chất độc hữu cơ chứa halogen như polyclorin dibenzo-pdioxin furam (PCDD/F), polyclorin biphenil (PCB), polyciclic aromatic
hydrocarbon (PAH)… cao hơn và cần thêm chi phí xử lý.
Việc kiểm tra các đồng vị phóng xạ trong nguyên liệu là rất quan trọng. Các
nguyên liệu khác như chất tạo xỉ ở dạng cục hay bột (vôi, bột carbon), chất hợp kim
hóa, hợp kim phero, các chất khử ôxy và vật liệu chịu lửa phải được lưu trữ, bảo
quản trong các thùng hay boongke có mái che. Các vật liệu dạng bột cần được chứa
trong xilo kín.
Bảng 1.1 Tiêu hao nguyên nhiên liệu cho 1 tấn thép lò điện

1.2.2 Nạp liệu [1]
Sắt thép vụn cùng với chất trợ dung như vôi, dolomit được chất vào thùng chứa
liệu. Khi nạp liệu, các điện cực được nâng lên cao, nắp lị được xoay sang một bên
Nguyễn Cơng Q – Máy và thiết bị cơng nghiệp Hóa chất – Dầu khí K52

Trang 10


Đồ án tốt nghiệp
để chất liệu từ thùng chứa liệu vào lị. Thơng thường lần đầu chất 50-60% liệu cho
cả mẻ. Sau đó nắp lị đóng lại, điện cực từ từ hạ xuống tới khoảng cách 20-30 mm
tới liệu thì bắt đầu đánh hồ quang. Sau khi liệu đầu nóng chảy thì chất phần liệu cịn

lại vào lị.
1.2.3 Nấu chảy [1]
Khi bắt đầu quá trình nấu chảy cần lưu ý sử dụng cơng suất điện thấp để phịng
ngừa sự phá hủy tường lò và nắp lò do bức xạ nhiệt. Khi hồ quang bị bao che bởi
sắt thép phế xung quanh thì có thể nâng cơng suất điện cho đến khi nấu chảy hồn
tồn. Các vịi phun oxy ngày nay cũng được sử dụng để cường hóa q trình nấu
luyện. Ngồi điện, q trình nấu chảy cịn sử dụng nhiên liệu là khí thiên nhiên và
dầu nhằm rút ngắn quá trình nấu luyện. Oxi có thể được phun vào thép lỏng bằng
những vòi phun đặc biệt ở dưới hoặc từ hơng lị.
Oxi trong luyện thép lị điện hồ quang được sử dụng ngày càng nhiều từ 30 năm
nay không chỉ vì lý do luyện kim mà cịn do u cầu tăng năng suất. Việc sử dụng
oxi có thể từ bình oxi lỏng hoặc từ trạm sản xuất oxi. Về luyện kim, oxi được dùng
để khử cacbon của thép lỏng và khử các chất không mong muốn như P, Mn, Si, S.
Hơn nữa, oxi còn phản ứng với cacbua hydro tạo nên các phản ứng tỏa nhiệt, hỗ trợ
cường hóa.
Cần lưu ý việc thổi oxi có thể tăng khí và khói lị. Khí CO, C

, hạt oxit sắt cực

mịn và các sản phẩm khói khác có thể được tạo thành. Trong trường hợp cháy sau
(post composting), hàm lượng CO là dưới 0,5% thể tích. Argon và các khí trơ khác
có thể được phun vào trong thép lỏng để khuấy đảo bể thép làm đồng đều thành
phần hóa học và nhiệt độ của thép.

1.2.4 Rót thép và ra xỉ [1]
Khi thép lỏng đạt u cầu thì cần tháo xỉ trước khi rót thép vào thùng để đưa
sang lò tinh luyện. Lò được nghiêng về phía cửa tháo xỉ để xỉ chảy vào thùng xỉ.
Nguyễn Công Quý – Máy và thiết bị công nghiệp Hóa chất – Dầu khí K52

Trang 11

Đồ án tốt nghiệp
Sau đó thép lỏng được rót vào thùng chứa thép. Hiện nay thường áp dụng công
nghệ ra thép ở đáy lệch tâm (Eccentric Bottom Tapping-EBT) với lượng xỉ phủ trên
bề mặt của thùng thép lỏng là ít nhất.
Trong các nhà máy khơng có các thiết bị tinh luyện riêng thì các nguyên tố hợp
kim được cho vào thép trước hoặc trong khi ra thép. Các chất cho thêm như vậy
cũng làm tăng lượng khói trong q trình ra thép.
Xỉ cần được vớt ra trong q trình nóng chảy và oxi hóa ở cuối mẻ luyện, trước
khi ra thép.
1.2.5 Tinh luyện [1]
Tinh luyện thép thông thường được tiến hành trong lò thùng (Ladle Furnace-LF)
sau khi thép được lấy ra từ lò điện hồ quang. Trong lò thùng, bể thép lỏng được
nâng nhiệt bằng hồ quang điện và đồng đều hoá nhiệt độ cũng như thành phần hoá
học bằng cách thổi khí argon. Việc thổi khí argon cịn có tác dụng khử sâu các tạp
chất khí và tạp chất phi kim loại. Ngồi ra cịn bón dây nhơm và CaSi vào để khử
sâu lưu huỳnh, ôxy.
1.2.6 Đúc liên tục [1]
Hiện nay, trên 90% sản lượng thép sản xuất trên tồn thế giới được đúc liên tục
do cơng nghệ này cải thiện được năng suất và chất lượng của phôi thép. Thép lỏng
sau khi tinh luyện được rót vào thùng trung gian (tundish) của máy đúc liên tục để
đúc thành thép phôi vuông (billet), phôi dẹt (slab) … qua hệ thống hộp kết tinh
bằng đồng được làm nguội bằng nước. Tốc độ làm nguội cần được kiểm tra chặt chẽ
để đảm bảo chất lượng của phôi thép.
Để phôi thép không bám dính vào thành hộp kết tinh, người ta áp dụng cơ cấu
rung theo hướng đúc và bôi trơn hộp bằng dầu thực vật. Khi ra khỏi hộp kết tinh,
phôi thép được kéo ra liên tục và làm nguội bằng hệ thống giàn phun. Sau khi được
làm nguội, phôi thép được cắt theo chiều dài yêu cầu bằng máy cắt ngọn lửa.

Nguyễn Công Quý – Máy và thiết bị công nghiệp Hóa chất – Dầu khí K52

Trang 12


Đồ án tốt nghiệp
1.3 Ơ nhiễm mơi trường và một số thiết bị xử lý khói bụi trong nhà máy luyện
thép [1]
1.3.1 Ơ nhiễm mơi trường trong các nhà máy luyện thép [1]
Song song với việc sản xuất thép, các nhà máy thép hiện nay phải đối mặt với
vấn đề ô nhiễm môi trường do quá trình sản xuất tạo ra. Giải quyết vấn đề ô nhiễm
môi trường đang là yếu tố sống còn của các nhà máy. Lựa chọn phương pháp và
thiết bị xử lý khí thải tối ưu là mục tiêu của các nhà máy hiện nay, để giảm thiểu
mức tối đa vấn đề khí thải gây ơ nhiễm mơi trường.
Khí thải trong sản xuất thép lị điện bao gồm khí thải trực tiếp từ lị điện hồ
quang và lị thùng tinh luyện, khí thải do vận chuyển và nạp liệu, rót thép và đúc
thép và khói do chế biến xỉ. Khí thải trực tiếp từ lị điện và lị thùng tinh luyện
chiếm khoảng 95% tồn bộ khí thải trong xưởng thép lị điện. Khí thải trực tiếp
cùng với các loại khí thải khác được lọc bụi bằng túi vải hay lọc bụi tĩnh điện. Có
thể thu hồi 85-90% khí thải trực tiếp để xử lý bằng lỗ bổ sung trên nắp lị điện.
Khí thải lị điện hồ quang có dải thành phần rộng, gồm các thành phần chính
như bụi, kim loại nặng, S

,N

,C

, và các chất hữu cơ bay hơi, trong đó thành

phần và lượng các chất hữu cơ bay hơi là đặc biệt quan trọng. Tuy nhiên số liệu

khảo sát còn hạn chế.
Bụi: Lượng bụi chứa trong khí thải lị điện hồ quang là 14-20 kg/tấn thép
cacbon và 6-15 kg/tấn thép hợp kim. Nồng độ bụi của các nhà máy thép lò điện ở
Châu Âu khoảng từ 10 mg/N

đến 50 mg/N

.

Bảng 1.2 Thành phần hóa học của bụi,%
Nguyễn Công Quý – Máy và thiết bị công nghiệp Hóa chất – Dầu khí K52

Trang 13


Đồ án tốt nghiệp

Phần lớn lượng bụi được chôn lấp, một phần nhỏ được tái sử dụng.
Kim loại nặng: Hàm lượng kim loại nặng trong khí thải dao động tương đối
rộng, nhiều nhất là Zn. Hàm lượng Hg tuỳ thuộc vào chất lượng thép phế.
S

,N

, CO, C

: phụ thuộc vào số lượng và chất lượng nhiên liệu sử dụng.

Chất hữu cơ bay hơi: Phát thải chất hữu cơ, đặc biệt là benzen được ghi nhận là cao
đáng kể và phụ thuộc vào than sử dụng được phân hủy trước khi cháy. Than được

đưa vào để lót trong các thùng thép phế. Từ phát thải trên có thể dự đốn phát thải
toluen, xylen và các cacbua hydro khác phát sinh từ than. Các hợp chất hữu cơ chứa
clo như PCB, PCDD/F, PAH cũng được ghi nhận phát thải tại một số nhà máy.
Khí thải từ vận chuyển liệu, nạp liệu, rót thép và đúc thép nói chung khơng nhiều
lắm, lượng chất ô nhiễm cũng ít hơn khí thải trực tiếp từ lị điện. Khói từ khâu xử lý
xỉ chứa nhiều chất kiềm vì trong xỉ có nhiều CaO.
Sau đây là một số phương pháp xử lý khói, bụi được sử dụng rộng rãi hiện nay.
1.3.2 Một số thiết bị xử lý khói bụi trong các nhà máy luyện thép [1]
A. Lọc bụi tĩnh điện

Nguyễn Công Quý – Máy và thiết bị cơng nghiệp Hóa chất – Dầu khí K52

Trang 14


Đồ án tốt nghiệp
Thiết bị thông dụng nhất để xử lý một khối lượng rất lớn khí thải là lọc bụi tĩnh
điện khô với ba hay bốn buồng đặt liên tiếp nhau. Thiết bị này tạo ra trường tĩnh
điện dọc theo đường đi của các hạt bụi trong dịng khí. Các hạt bụi được tích điện
âm và chuyển động về phía tấm thu bụi được tích điện dương. Trong các thiết bị lọc
bụi tĩnh điện, các hạt bụi được tách khỏi các tấm thu bụi bằng cách gõ hoặc rung
các tấm này theo một chu kỳ nhất định. Bụi thu được sẽ đóng vào các túi thu bụi.
Trong các thiết bị lọc bụi tĩnh điện ướt, bụi được tách khỏi các tấm thu bụi bằng
dòng nước chảy liên tục. Bụi thu được sẽ được xử lý tiếp. Để đảm bảo thu bụi tốt thì
điện trở suất của các hạt bụi phải nằm trong khoảng 104 – 109 Ωm. Thông thường,
phần lớn các hạt bụi đều có điện trở suất nằm trong khoảng này, nhưng một số hợp
chất như các clorua kiềm, clorua của các kim loại nặng và ôxit canxi có điện trở
suất cao hơn nhiều nên khó loại bỏ hết.
Các nhân tố khác có ảnh hưởng đến hiệu quả khử bụi là lưu lượng khí thải,
cường độ điện trường, tỷ lệ bụi trong khí thải, nồng độ S

; độ ẩm; hình dạng và

diện tích của các điên cực.
Các cải tiến cho thiết bị lọc bụi tĩnh điện đã được áp dụng là dùng điện thế xung
cao hơn, và kiểm tra dòng điện và điện thế phản ứng nhanh. Cũng có thể lắp thêm
hệ thống để cải thiện lực gõ hoặc rung đến 200 Gs, tăng năng lượng xung bằng cách
tăng khoảng cách các tấm điện cực. Điều hoà lượng khí S

và/hoặc hơi nước cũng

làm tăng hiệu quả lọc bụi.
Mức độ giảm phát tán
Lọc bụi tĩnh điện có thể giảm 95 – 99% nồng độ bụi. Lượng bụi của khí thải ở
nhà máy sau khi lọc là 20 – 160 mg/N
xung: 20 – 30 mg/N

, lọc bụi tĩnh điện với chồng năng lượng

.

Nguyễn Công Quý – Máy và thiết bị cơng nghiệp Hóa chất – Dầu khí K52

Trang 15


Đồ án tốt nghiệp
Các hiệu ứng phụ
Việc sử dụng thiết bị lọc bụi tĩnh điện tạo ra dòng chất thải rắn. Có thể tái sử
dụng bụi trở lại nhà máy thiêu kết. Tuy nhiên, cần chú ý nếu hàm lượng kim loại

nặng hoặc các hợp chất kiềm quá cao có thể có hại khi tái sử dụng. Tiêu hao năng
lượng có thể tăng. Đối với nhà máy có lượng khí thải khoảng 1 MN

/h thì tiêu

hao năng lượng là 300-400 kW, tương ứng 0,002-0,003 GJ/t.
B. Lọc bụi túi vải
Lọc bụi túi vải rất hiệu quả trong việc giảm thiểu bụi, PCDD/F, HCl, HF và một
phần SO2. Các túi vải được thiết kế áp lực làm rơi các hạt bụi vào một điểm xác
định bằng một trong ba cơ chế: không khí đảo chiều, rung và xung. Lọc bụi túi vải
dùng cho các nhà máy với khí thải khơng có nhiệt độ cao, mơi trường mài mịn và
lượng khí thải lớn. Có thể dùng kết hợp với thiết bị lọc bụi tĩnh điện.
Thiết kế lọc bụi kiểu túi vải được sử dụng rất phổ biến cho các loại bụi mịn, khơ
khó tách khỏi khơng khí nhờ lực qn tính và ly tâm. Khơng khí được thổi bên
trong túi vải, bụi được giữ lại tại túi, khí sạch thốt ra ngồi. Hiệu quả lọc bụi đạt
95-99%.
Lọc bụi túi vải yêu cầu rũ bụi định kỳ. Thông thường rũ bụi được thực hiện với
khí nén. Khí ẩm cần được sấy khơ trước khi lọc bụi tránh hiện tượng bết dính trên
bề mặt vải lọc làm tăng trở lực và năng suất lọc.
Thiết bị lọc bụi kiểu túi vải có năng suất lọc khoảng 150 - 180

/h trên 1

diện tích bề mặt vải lọc. Khi nồng độ bụi trong khơng khí cao trên 5000 mg/

thì

cần lọc sơ bộ bằng thiết bị lọc khác trước khi đưa sang bộ lọc túi vải.

Nguyễn Công Quý – Máy và thiết bị cơng nghiệp Hóa chất – Dầu khí K52

Trang 16


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.3 Lọc bụi túi vải
C. Cyclon
Các cyclon tách bụi bằng lực hướng tâm. Cyclon chỉ lọc hiệu quả các hạt bụi
tương đối thô. Nhiều cyclon được lắp đặt song song sẽ cho hiệu quả cao hơn. Đôi
khi các cyclon được dùng trong các nhà máy như một thiết bị lọc bụi trung gian
nhằm bảo vệ các thiết bị như ống dẫn, quạt… khỏi bị mài mòn do các hạt bụi thô.
Nguyên lý làm việc của thiết bị lọc bụi kiểu Cyclon là lợi dụng lực ly tâm khi
dịng khí thải với vận tốc là 20÷25m/s đi vào phần hình trụ của cyclone theo
phương tiếp tuyến với hình trụ nên sẽ quay trịn xung quanh ống tâm. Dưới tác dụng
của lực ly tâm các hạt bụi sẽ văng ra thành cyclone, lắng ở đó rổi rơi xuống đáy
hình nón. Bụi được tách ra ở đáy. Khí sạch theo ống tâm đi lên ra ngoài. Hiệu quả
lọc bụi đạt 80-98%. Ở đáy Cyclon người ta có lắp thêm van xả bụi vào thùng chứa.
Van xả 5 là van xả kép 2 cửa 5a và 5b không mở đồng thời nhằm đảm bảo luôn cách
ly bên trong Cyclon với thùng chứa bụi, khơng cho khí thải lọt ra ngồi.
Nguyễn Cơng Q – Máy và thiết bị cơng nghiệp Hóa chất – Dầu khí K52

Trang 17


Đồ án tốt nghiệp
Ưu điểm
Khơng có phần chuyển động, có thể làm việc ở nhiệt độ cao, có khả năng thu hồi
vật liệu mài mịn mà khơng cần bảo vệ bề mặt cyclon, thu hồi bụi ở dạng khô, trở
lực hầu như cố định và khơng lớn (250 ÷ 1500N/

), làm việc tốt ở áp suất cao, chế

tạo đơn giản, năng suất cao, giá thành rẻ, hiệu quả không phụ thuộc sự thay đổi
nồng độ bụi.
Nhược điểm
Hiệu quả vận hành kém khi bụi có kích thước nhỏ hơn 5µm, khơng thể thu hồi
bụi kết dính.
Mức độ giảm phát tán
Cyclon có thể lọc được 90 – 95% bụi có kích thước ≥ 10 μm. Tuy nhiên, nếu bụi
của nhà máy nhỏ hơn thì chỉ lọc được 60-80%. Vì vậy, khí thải ra vẫn còn lượng bụi
khoảng 300 – 600 mg/N

.

Hiệu ứng phụ
Cần thêm năng lượng điện cho máy bơm, khoảng 200 kW, tương đương 0,001
GJ/t.

Hình 1.4 Cyclone
Nguyễn Cơng Q – Máy và thiết bị cơng nghiệp Hóa chất – Dầu khí K52

Trang 18


Đồ án tốt nghiệp
Cyclone HUOΓAZ
Cyclone HUOΓAZ cùng giống như các loại cyclone khác là nắp cyclone
HUOΓAZ tạo thành vít xoắn để dẫn khí vào tiếp tuyến với hình trụ. Bước vít xoắn
bằng chiều cao cửa vào, đường xoắn nghiêng một góc α so với đường nằm ngang.

Loại cyclone này thường có đường kính từ 40÷800mm.
Để q trình phân riêng tốt thì lực ly tâm C=m

/r phải lớn nghĩa là phải có vận

tốc lớn và/hoặc giảm đường kính. Nếu vận tốc dịng khí mà tăng thì trở lực sẽ tăng
rất nhanh, vận tốc tăng đến một giới hạn nào đó thì hiệu suất làm sạch sẽ giảm đột
ngột do dịng khí xốy mạnh. Do đó để tăng hiệu suất lắng bụi của cyclone, người ta
giảm bớt đường kính của nó bằng cách thay cyclone đơn bằng cyclone nhóm và
thường đặt từ 2, 4 hoặc 6 chiếc.

h4

h
l

Ht

h1

Hn
ro
r1
r2
b

Hình 1.5 Cyclon HUOΓAZ
Khi dùng cyclone các hạt rắn chuyển động theo hướng ly tâm đến tường
cyclone, xảy ra khi có sự cân bằng về lực ly tâm tác dụng lên vật rắn và trở lực của
môi trường hạt rắn chuyển động. Sauk hi hai lực này cân bằng với nhau thì hạt rắn

sẽ chuyển động đến tường theo qn tính với tốc độ khơng đổi. Ưu điểm của loại
cyclone này là hiệu suất làm sạch bụi cao và trở lực thủy lực bé.
Nguyễn Công Quý – Máy và thiết bị cơng nghiệp Hóa chất – Dầu khí K52

Trang 19


Đồ án tốt nghiệp
D. Máy lọc khí ướt tinh (Fine Wet Scrubber)
Trong máy lọc khí ướt, các hạt bụi được chất lỏng cuốn đi. Chất lỏng này thường
được xử lý và tái sử dụng. Khí thải của các nhà máy thường chứa nhiều
cacbuahydro và bụi nhỏ nên các máy lọc khí thơng thường (máy venturi, các máy
lọc kiểu cột, tia) khơng đạt hiệu quả cao. Vì vậy, một loại máy lọc khí mới được sản
xuất với tên AIRFINE bao gồm một thiết bị lọc bụi tĩnh điện để lọc bụi thơ, một hệ
thống làm nguội khí thải và bão hồ độ ẩm, một hệ thống máy lọc tinh để lọc bụi
nhỏ mịn và làm sạch khí và một thiết bị xử lý nước để tách sản phẩm phụ và thu
hồi. Trái tim của q trình này là máy lọc khí tinh.
Mức độ giảm phát tán
Máy lọc khí ướt tinh có thể lọc được 95% bụi. Nồng độ bụi trong khí thải sau xử
lý đạt ≤ 50 mg/N

. Thiết bị này cũng có thể lọc được 95% PCDD/F, 80 – 95%

HCl, trên 90% kim loại nặng và có khả năng lọc S

nếu thiết bị được lắp thêm

máy phun trợ dung.
Các hiệu ứng phụ
Tạo ra nước thải nên cần phải xử lý lắng đọng bùn.

Hệ thống lọc khí ướt tinh tiêu hao tương đối nhiều năng lượng (tiêu hao điện 39
MJ/t và nhiệt 79 MJ/t để nung lại khí thải trước khi thải).
E. Khử lưu huỳnh ướt
Sau khi làm nguội khí thải, S
tạo nên thạch cao CaS

và MgS

hấp thụ trong tháp phun có hồ tan Ca và Mg,
. Những chất này có thể loại bỏ như bùn cặn.

Có một số chất phản ứng có thể sử dụng :
• Xỉ luyện thép khử lưu huỳnh: Xỉ này chứa 30-40% CaO được nghiền nhỏ,
trộn với nước để đưa vào dưới dạng bùn chứa Ca(OH ;
Nguyễn Công Quý – Máy và thiết bị công nghiệp Hóa chất – Dầu khí K52

Trang 20


Đồ án tốt nghiệp
• Vơi tơi Ca(OH ;
• CAL : Canxi clorua CaC và vơi tơi Ca(OH ;
• Vơi tơi Ca(OH

và phấn viết CaC

;

• Magiê hydroxid Mg(OH .
Bùn cặn được sấy khơ và có thể bán cho các nhà máy xi măng.

Nước được tách từ bùn cặn có thể được tái sử dụng.
Mức độ giảm phát thải
Hiệu quả khử lưu huỳnh dễ dàng đạt ≥ 90%. Hơn nữa, phương pháp này cịn có
thể khử được cả HCl, HF và bụi trong khí thải.
Hiệu ứng phụ
Q trình này có tạo ra bùn cặn. Vì vậy cần chú ý đến việc thu gom và xử lý bùn
cặn để không gây ô nhiễm.
Nước tách từ bùn cặn cũng phải xử lý trước khi dùng lại bằng hệ thống tuần
hoàn.
Tiêu hao năng lượng ước tính là 6,1 – 7,2 MJ/TSP.
F. Cacbon hoạt tính tái sinh (Regenerative Activated carbon- RAC)
Công nghệ khử lưu huỳnh khô dựa trên nguyên lý hấp phụ S

bằng cacbon

hoạt tính tái sinh. Loại cacbon hoạt tính chất lượng cao này đắt nhưng ta lại thu
được sản phẩm phụ là

S

.

Trong một số trường hợp có thể dùng than non hoạt tính.

Nguyễn Cơng Q – Máy và thiết bị cơng nghiệp Hóa chất – Dầu khí K52

Trang 21


Đồ án tốt nghiệp

Cơng nghệ cacbon hoạt tính tái sinh có thể khử được nhiều chất ơ nhiễm trong
khí thải: S

, HCl, HF, Hg và một phần N

. Có thể dùng công nghệ một bước và

công nghệ hai bước.

Mức độ giảm ơ nhiễm
Có thể khử lưu huỳnh đạt trên 95% và khử N

đạt 80 – 90% khi phun thêm N

.
Có thể sử dụng phương pháp này để khử đồng thời S

, HF, HCl và N

trong

khí thải. Tuy nhiên, cần chú ý là phương pháp này cần không gian tương đối lớn.
Các hiệu ứng phụ
Tiêu hao năng lượng tăng lên khoảng 8,6 MJ/TSP .
Tạo ra một lượng nhỏ nước thải. Nước thải này được xử lý trong hệ thống xử lý
nước thải của nhà máy.
Thu được sản phẩm phụ là

S

.

G. Hoàn nguyên bằng chất xúc tác (Selective Catalytic Reduction-SCR)
Trong quá trình này, N
thành

và

trong khí thải được hồn ngun bằng N

O. Chất xúc tác thường dùng là

hay W

hay urê

trong chất mang là Ti

. Cũng có thể dùng chất xúc tác là ơxit sắt và platin. Nhiệt độ vận hành tối ưu là
300 - 400°C.
Cần chú ý đến các chất gây nổ N

N

, chất xâm thực S

.

Nguyễn Công Quý – Máy và thiết bị cơng nghiệp Hóa chất – Dầu khí K52

Trang 22


Đồ án tốt nghiệp
Mức độ giảm ơ nhiễm
Có thể giảm được trên 90% N

.

Khí thải trước khi vào q trình này phải được làm sạch ( ≤ 40 mg bụi/N

) và

phải nung lên trên 300°C.
Các hiệu ứng phụ
Cần chú ý đến việc tái xử lý các chất xúc tác tái hoạt tính.
Q trình cũng cần thêm năng lượng điện và nhiệt.
1.4 Đề xuất phương án xử lý bụi cho lò luyện thép hồ quang điện [1]
Phạm vi sử dụng hợp lý của thiết bị lọc bụi phụ thuộc nhiều yếu tố như : kích
thước hạt bụi, nhiệt độ khí thải, nồng độ ban đầu, điều kiện vận hành, …Do đó việc
lựa chọn thiết bị lọc bụi chủ yếu được tiến hành theo các chỉ dẫn sơ bộ sau :
-

Buồng lắng bụi : cần sử dụng chắc chắn trường hợp bụi thơ, thành phần
cỡ hạt trên 50 µm chiếm tỷ lệ cao. Ngoài ra buồng lắng bụi được sử dụng
như cấp lọc thô trước các thiết bị lọc tinh đắt tiền khác.

-

Cyclon thường được sử dụng trong các trường hợp :

•

Bụi thơ

•

Nồng độ bụi ban đầu cao > 20 mg/m3

•

Khơng địi hỏi hiệu quả lọc cao Khi cần đạt hiệu quả cao hơn nên
dùng cyclon ướt hoặc cyclon chùm.

-

Thiết bị lọc ướt được sử dụng khi :
• Cần lọc bụi mịn với hiệu quả tương đối cao
• Kết hợp giữa lọc bụi và khử khí độc hại trong phạm vi có thể, nhất là
loại khí, hơi cháy được có mặt trong khí thải.
• Kết hợp làm nguội khí thải

Nguyễn Cơng Q – Máy và thiết bị cơng nghiệp Hóa chất – Dầu khí K52

Trang 23


Đồ án tốt nghiệp
• Độ ẩm trong khí thải đi ra khỏi thiết bị khơng gây ảnh hưởng gì đáng
kể đối với thiết bị cũng như các q trình cơng nghệ liên quan.
-

Thiết bị lọc túi vải sử dụng trong các trường hợp sau :
• Cần đạt hiệu quả lọc tương đối cao
• Cần thu hồi bụi có giá trị ở trạng thái khơ
• Lưu lượng khí thải cần lọc khơng q lớn
• Nhiệt độ khí thải tương đối thấp nhưng phải cao hơn nhiệt độ điểm
sương.

-

Thiết bị lọc bụi bằng điện sử dụng trong :
• Cần lọc bụi tinh với hiệu quả lọc rất cao
• Lưu lượng khí thải cần lọc rất lớn
• Cần thu hồi bụi có giá trị

Do bụi của lò điện luyện thép rất mịn, cần thiết thu hồi bụi ở dạng khô nên
thiết bị xử lý thích hợp là thiết bị túi vải dạng tay áo và thiết bị lọc điện.
Tuy nhiên thiết bị tối ưu nhất là thiết bị lọc tay áo tái sinh vải lọc bằng khí
nén vì :
-

Ưu điểm thiết bị lọc túi vải so với thiết bị lọc điện :
• Hệ thống xử lý tương đối đơn giản và dễ chế tạo
• Hiệu quả xử lý cao
• Vận hành gần như tự động hồn tồn do đó giảm được số lượng nhân
cơng vận hành
• Thiết bị lọc tĩnh điện làm việc ở áp suất cao 30 – 50 Kw rất khó khăn
cho việc nối cáp và cung cấp điện
• Chi phí lắp điện của thiết bị lọc điện cao hơn hẳn so với lọc tay áo có
cùng năng suất

Nguyễn Cơng Q – Máy và thiết bị cơng nghiệp Hóa chất – Dầu khí K52

Trang 24


Đồ án tốt nghiệp
Do đó, ta lựa chọn thiết bị lọc bụi tay áo để xử lý bụi cho lò điện luyện
thép.

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ
LỌC BỤI TÚI
2.1 Thiết kế cơ cấu lọc và thành phần thiết bị lọc bụi túi [5]
Nhiều ngành công nghiệp hiện nay vấn đề của họ là khí thải q nhiều bụi.
Cơng nghiệp có thể chọn giữa hoặc là dùng thiết bị thu bụi hoặc hạn chế phát sinh
bụi bằng : lọc bụi túi, lọc bụi điện, cyclon, tháp rửa…Hiện nay, người ta tập trung đi
vào cơ cấu lọc dùng vải lọc để thu bụi. Cơ cấu này sử dụng nhiều trong công nghiệp
như luyện thép, sản xuất xi măng…bởi vì nó thu lại hiệu quả tất cả các cỡ hạt bụi.
Lọc vải hiệu quả khi thu các hạt bụi có kích thước lớn hơn phân tử khí. Khi khí bụi
được lọc đi qua màng, các hạt bụi được giữ lại trên màng vải,khí sạch đi ra ngoài.
2.1.1 Hoạt động của bụi [5]
Như các tồn tại vật chất khác, hoạt động của hạt thật sự có thể dự đốn được
đường đi, được khống chế bởi các định luật vật lý. Các hạt từ nguồn gốc cơng
nghiệp thường trơi nổi trong dịng khí, nếu ta đặt vật cản trong vùng của chúng,
chúng sẽ va chạm với các vật này và có thể sẽ bị giữ lại đây. Đó là cơ chế hoạt động
của máy lọc. Máy lọc sẽ cho các phân tử khí xuyên qua chúng. Các phân tử này tạo
thành dòng liên tục quanh kết cấu trong máy lọc. Hạt nhỏ có thể dễ dàng bị cuốn
theo dịng khí xun qua vật chắn và làm việc ở áp suất âm. Nhưng hạt lớn khơng

có khả năng đó, vì chúng có qn tính lớn chúng không thể xoay quanh kết cấu. Các

Nguyễn Công Quý – Máy và thiết bị cơng nghiệp Hóa chất – Dầu khí K52

Trang 25