Đồ án Tính toán thiết kế thiết bị cyclone, túi vải nhà máy xi măng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG MÔN: THỰC HÀNH XỬ LÝ KHÍ THẢI ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CYCLONE, TÚI VẢI NHÀ MÁY XI MĂNG Công suất: 20m3/phút MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU I. Nhiệm vụ đề tài 3 II. Mục tiêu đề tài 3 III. Nội dung đề tài 3 CHƯƠNG 2: CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ I. Các tính chất cơ bản của bụi và hiệu quả tách bụi 4 1. Độ phân tán các phân tử 4 2. Tính chất kết dính của bụi 4 3. Độ mài mòn của bụi 5 4. Độ thấm ướt của bụi 5 5. Độ hút ẩm của bụi 6 6. Độ dẫn điện của lớp bụi 6 7. Sự tích điện của lớp bụi 6 8.Tính tự bốc nóng và tạo hỗn hợp dễ nổ với không khí 6 9. Hiệu quả thu hồi bụi 7 II. Các phương pháp xử lý bụi 7 1. Phương pháp khô 7 2. Thiết bị lọc bụi 13 3. Phương pháp ướt 13 III. Lựa chọn phương án xử lý 15 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ CHO HỆ THỐNG. Thành phần khí đầu vào 16 Chỉ tiêu khí đầu ra 16 Sơ đồ công nghệ …………………………………………………………………..16 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ. Thùng cấp bụi………………………………………………………………………18 Cyclone……………………………………………………………………………..20 Máy thổi khí ………………………………………………………………………..25 Thiết bị lọc túi vải…………………………………………………………………..28 Chương 1:MỞ ĐẦU. I. Nhiệm vụ đề tài: - Tính toán thiết kế hệ thống lọc bụi kết hợp giữa xyclon và túi vải. - Chọn lựa phướng án thiết kế, bố trí phù hợp để xây dựng mô hình thực tế. II. Mục tiêu đề tài: - Tim hiểu và nắm bắt các công nghệ xử lý bụi hiện nay. - Xử lý khói thải có hàm lượng bụi 20g/m3 từ mô hình lọc bụi xyclon và túi vải để tham khảo và học hỏi, ứng dụng cho các hệ thống xử lý bụi lớn sau này. III. Nội dung: Phần này trình bày kỹ cơ sở lý thuyết và tính toán các thông số cho từng thiết bị trong hệ thồng xử lý bụi để xây dựng mô hình. Chương 2:CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ. CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA BỤI VÀ HIỆU QUẢ TÁCH BỤI: Độ phân tán các phân tử: Kích thước hạt là một thông số cơ bản của nó. Việc lựa chọn thiết bị tách bụi tùy thuộc vào thành phần phân tán của các hạt bụi tách được. trong các thiệt bị tách bụi đặc trưng cho kích thước hạt bụi là đại lượng vận tốc lắng của chúng như đại lượng đường kính lắng. Do các hạt bụi công nghiệp có hình dáng rất khác nhau (dạng cầu, que, sợi, …); nên nếu cùng một khối lượng thì sẽ lắng với các vận tốc khác nhau, hạt càng gần với dạng hình cầu thì nó lắng càng nhanh. Các kích thước lớn nhất nà nhỏ nhất của một khối hạt bụi đặc trưng cho khoảng phân bố phân tán của chúng. Tính kết dính của bụi: Các hạt bụi có xu hướng kết dính vào nhau, với độ kết dính cao thì bụi có thể dẫn đến tình trạng kết nghẹt một phần hay toàn bộ thiết bị tách bụi. Hạt bụi càng mịn thì chúng càng dễ bám vào bề mặt thiết bị. với những bụi có 60÷70% số hạt bé hơn 10 thì rất dễ dẫn đến dính kết, còn bụi có nhiều hạt trên 10 thì trở thành tơi xốp. Tùy theo độ kết dính mà chia bụi làm 4 nhóm như sau: Bảng 1: Các loại bụi Đặc tính bụi Dạng bụi Không kết dính Kết dính yếu Kết dính Kết dính mạnh Xỉ thô, thạch anh, đất khô. Hạt cốc, magiezit, apatit khô, bụi lò cao, tro bụi có chứa nhiều chất chưa cháy, bụi đá. Than bùn, magiezit ẩm, bụi kim loại, bụi pirit, oxit chì, thiếc, xi măng khô, tro bay không chứa chất chưa cháy, tro than bùn,… Bụi xi măng, bụi tách ra từ không khí ẩm, bụi thạch cao và xi măng, cliker, muối natri,… Độ mài mòn của bụi: Độ mài mòn của bụi được đặc trưng bằng cường độ mài mòn kim loại khi cùng vận tóc dòng khí và cùng nồng độ bụi. Nó phụ thuộc vào độ cứng, hình dáng, kích thước, khối lượng hạt bụi. Khi tính toán thiết kế thì phải tính đến độ mài mòn của bụi. Độ thấm ướt của bụi: Độ thấm ướt bằng nước của hạt bụi có ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của các thiết bị tách bụi kiểu ướt, đặc biệt làm việc ở chế độ tuần hoàn. Các hạt phẳng để thấm ướt hơn các gạt có bề mặt gồ ghề vì bề mặt gồ ghề có thể bị bao phủ bởi một lớp vỏ khí hấp phụ trở ngại sự thấm ướt. Theo tính thấm ướt các vật thể rắn được chia làm 3 nhóm như sau: Vật liệu háo nước: dễ thấm ướt như canxi, thạch anh, đa số các silicat, các khoáng chất oxy hóa, halogenua các kim loại kiềm,… Vật liệu kỵ nước: khó thấm ướt như graphit, than lưu huỳnh,… Vật liệu hoàn toàn không thấm ướt:paraffin, tephlon, bitum, … Độ hút ẩm của bụi: Khả năng hút ẩm của bụi phụ thuộc thành phần hóa học, kích thước, hình dạng, độ nhám bề mặt của các hạt bụi. Độ hút ẩm của bụi tạo điều kiện tách chúng trong các thiết bị tách bụi kiểu ướt. Độ dẫn điện cuả lớp bụi: Chỉ số này được đánh giá theo chỉ số điện trở suất của lớp bụi b và phụ thuộc vào tính chất của từng hạt bụi riêng lẻ (độ dẫn điện bề mặt và độ dẫn điện trong, kích thước, hình dạng, …), cấu trúc lớp hạ và các thông số của dòng khí. Chỉ số này ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc của các bộ lọc điện. Sự tích điện của lớp bụi: Dấu của các hạt bụi tích điện phụ thuộc vào phương pháp tạo thành, thành phần hóa học, cả những tính chất mà chúng tiếp xúc. Chỉ tiêu này có ảnh hưởng đến hiệu quả tách chúng trong các thiết bị lọc khí (bộ tách bụi ướt, loc…), đến tính nổ và kết dính cúa các hạt… Tính tự bốc nóng và tạo hỗn hợp dễ nổ với không khí: Các bụi cháy được dễ tạo với O2 của không khí thành hỗn hợp tự bốc cháy và hỗn hợp dễ nổ do bề mặt tiếp xúc rất lớn các các hạt ( 1m2/g). Cường độ nổ phụ thuộc vào các tính chất hóa học, tính chất nhiệt, kích thước, hình dạng các hạt, nồng độ của chúng trong không khí, độ ẩm và thành phần các khí, kích thước và nhiệt độ nguồn lửa và hàm lượng tương đối của các loại bụi trơ (không cháy). Các loại bụi có khả năng bắt lửa như bụi các chất hữu cơ (sơn, plastic, sợi) và cả một số bụi vô cơ như magie, nhôm, kẽm. Hiệu quả thu hồi bụi: Mức độ làm sạch (hệ số hiệu quả) được biểu thị bằng tỉ số lượng bụi thu hồi được trong tổng số vật chất theo dòng khí đi vào thiết bị trong một đơn vị thời gian. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI: Phương pháp khô: Có nhiều loại thiết bị cơ khí kiểu khô để làm sạch bụi nhờ lợi dụng các cơ chế lắng khác nhau như: lắng trọng lượng (buồng lắng bụi) lắng quán tính (phòng lắng có vật cản), lắng ly tâm (cyclone đơn, kép, nhóm, xoáy và động học…) Đó là những thiết bị có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. Tuy nhiên hiệu quả xử lý của chúng không cao lắm nên chỉ dùng làm thiết bị lắng sơ bộ. 1.1.Buồng lắng bụi: Đây là loại thiết bị lọc đơn giản nhất. Phương pháp thu gom bụi hoạt động theo nguyên lý sử dụng lực hấp dẫn, trọng lực để lắng đọng những phân tử bụi ra khỏi không khí. Cấu tạo là một không gian hình hộp có tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện của đường ống dẫn khí vào để cho vận tốc dòng khí giảm xuống rất nhỏ, nhờ thế hạt bụi đủ thời gain rơi xuống chám đáy dưới tác dụng trọng lực và bị giữ lại ở đó mà không bị dòng khí mang theo. Buồng lắng bụi được áp dụng để lắng bụi khô có kích thước hạt từ 60÷70 trở lên. Tuy vậy, các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn vẫn có thể bị giữ lại trong buồng lắng. Có nhiều loại buồng lắng bụi như: buồng lắng bụi có nhiều ngăn, buồng lắng “động năng”… Hình : buồng lắng bụi hình hộp dạng đơn giản Hình :buồng lắng bụi nhiều ngăn và buồng lắng bụi có tấm chắn. Thiết bị tách bụi kiểu quán tính: Nguyên lý cơ bản được áp dụng để chế tạo thiết bị lọc bụi kiểu quán tính là làm thay đổi chiều hướng chuyển động của dòng khí một cách liên tục, lặp đi lặp lại bằng nhiều loại vật cản có hình dáng khác nhau. Khi dòng khí đổi hướng chuyển động thì bụi do có quán tính lớn sẽ giữ hướng chuyển động ban đầu của mình và va đập vào các vật cản rồi bị giữ lại ở đó hoặc mất đi động năng và rơi xuống đáy thiết bị. Vận tốc của khí trong thiết bị khoảng 1m/s, còn ở ống vào khoảng 10m/s. Hiệu quả lọc của thiết bị này đạt từ 65-80% đối với các hạt bụi có kích thước 20-30. Trở lực của chúng trong khoảng 150-390N/m2. Có nhiều loại: thiết bị lọc quán tính Venturi, thiết bị lọc quán tính kiểu màn chắn uốn cong, thiết bị lọc quán tính kiểu “lá xách”,… Thiết bị lá xách: Thiết bị kiểu này có các dãy lá chắn là những tấm bản phẳng hay trục. Khí đi qua mạng chắn, đổi hướng đột ngột, các hạt bụi do quán tính chuyển động theo hướng cũ tách ra khỏi khí hoặc va đập vào các tấm phẳng nghiêng. Lắng trên đó rồi rơi xuống dòng khí bụi. kết quả khí được chia thành 2 dòng. Dòng chứa bụi nồng độ cao(10%) thể tích được hút qua xiclin để tiếp tục xử lí ,rồi sau đó được trộn với dòng đi qua các tấm chắn (80%) thể tích Vận tốc khí trước mạng chóp phải đủ cao(15m/s) để đạt hiệu quả tác bụi quán tính .Trở lực của lưới khoảng 100 -500 N/m2 .Thiết bị lá xách thường được xử dụng để thu hồi bụi có kích thước trên 20. Yếu điểm của lá xách là sự mài mòn các tấm chắn khi nồng độ bụi cao vá có thể tạo thành trầm tích làm bít kín mặt sàng. Nhiệt độ cho phép của khí thải phụ thuộc vào vật liệu lá chắn , thường không quá 450 -6000C. 1.4 Xiclon: Là thiết bị lọc ly tâm kiểu đứng ,thiết bị lọc bụi này hình thành lực ly tâm để tách bụi ra khỏi không khí . Nó được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp . Thân xiclon thường hình trụ có đáy hình chóp cụt .Ống khí vào được bố trí theo phương tiếp tuyến với thân xiclon,khí nhiểm bụi đi vào phần trên của xiclon thực hiện chuyển động xoắn ốc ,dịch chuyển xuống phía dưới và hình thành dòng xoáy ngoài. Lúc đó, các hạt bụi,dưới tác dụng của lực li tâm ,văng vào thành xiclon . Tiến gần đến đáy chóp , dòng khí bắt đầu quay ngược trở lại và chuyển động lên trên hình thành dòng xoắn trong. Các hat bụi văng đến thành , dịch chuyển xuống dưới nhờ lực đẩy của dòng xoáy và trọng lực rồi từ đó ra khỏi xiclon qua ống xả bụi. Ưu điểm: - Không có phần chuyển động . - Có thể làm việc ở nhiệt độ. - Có khả năng thu hồi vât liệu mài mòn mà không cần bảo vệ bề mặt xiclon. - Thu hồi bụi ở dạng thô. - Trở lực hầu như cố định và không lớn . - Làm việc ở áp suất cao. - Chế tạo đơn giản. - Nâng suất cao. - Rẻ - Hiệu quả không phụ thuộc vào nồng độ bụi. Nhược điểm: -Hiệu quả vận hành kém khi bụi có kích thước nhỏ hơn 5 - Không thể thu hổi bụi kết dính. - Thu hồi bụi trong xiclon diễn ra dưới tác dụng của lực li tâm. Trong công nghiệp xiclon chia làm 2 nhóm: hiệu quả cao và năng suất cao. Nhóm thứ nhất đạt hiệu quả cao nhưng yêu cấu chi phí lớn , nhóm thứ 2 có trở lực nhỏ nhưng thu hồi các hạt mịn kém hơn. Trong thực tế , người ta ứng dụng rộng rãi xiclon trụ và xiclon chóp ( không có thân trụ). Xiclon trụ thuộc nhóm năng suất cao, còn xiclon chóp thuộc nhóm hiệu quả cao. Đường kính xiclon trụ không lớn hơn 2000mm và xiclon chóp nhò hơn 3000mm . Vận tốc khí qua xiclon khoảng từ 2,2 đến 5,0 m/s. 1.5 Thiết bị lọc bụi li tâm kiểu ngang. Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang có cấu tạo khá đơn giản . Nó còn được gọi là thiết bị lọc ly tâm một chiều do dòng khí chảy từ đầu này ra đầu kia các thiết bị trong cùng một chiều. 1.6 Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu gió xoáy. Thiết bị này tạo ra nhằm khai thác triệt để lực ly tâm trong chuyển động xoắn ốc của dòng khí để tách lọc bụi . Có 2 loại : thiết bị lọc bụi li tâm kiểu guồng xoắn đơn giản và kiểu guồng xoắn có kèm theo xiclon. Điểm khác cơ bản so với xiclon là trong thiết bị này có dòng khí xoáy phụ trợ . Khí nhiểm bụi được cho vào từ dưới ,được xoáy nhờ cánh quạt , chuyển động lên trên và chịu tác động của tia khí thứ cấp . Dòng khí thứ cấp chạy ra từ vòi phun tiếp tuyến để tạo sự xoáy hỗ trợ cho khí. Dưới tác dụng của lực ly tâm bụi văng ra phía ngoài , gặp dòng khí xoáy thứ cấp hướng xuống dưới , đẩy chúng vào khoảng không gian vành khăn giữa các ống . Không gian vành khăn chung quanh ống được trang bị vòng đệm chắn để bụi không quay trở lại thiết bị. Dòng khí thứ cấp có thể là không khí sạch hoặc là phần khí đã xử lý hoặc khi nhiễm bụi . Thuận lợi nhất là dùng khí nhiểm bụi để làm khí thứ cấp vì điều đó cho phép tăng năng suất thiết bị lên 40- 60 % mà không ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý. Ưu điểm : so với các xiclon là: Hiệu quả thu hồi bụi phân tán cao hơn . Bề mặt trong của thiết bị không bị mài mòn Có thể xử lý khi có nhiệt độ cao hơn. Có thể điều chỉnh quá trình phân riêng bụi bằng cách thay đổi lượng khí thứ cấp. Nhược điểm: Cần có cơ cấu thổi khí phụ trợ . Vận hành phức tạp. Lượng khí qua thiết bị lớn. Bảng: Đánh giá hiệu quả xử lý. Kích thước hạt, Hiệu quả xử lý, % 2,5 92 5,0 95 10,0 98,5 1.7. Thiết bị thu hồi bụi kiểu động: Quá trình xử lý bụi trong thiết bị này được thực hiện nhờ lực li tâm và lực coriolit, xuất hiện khi quay guồng hút. Thiết bị thu hồi bụi kiểu động tiêu thụ năng lượng nhiều hơn qut5 thông thường có cùng năng suất và cột áp. Ưu điểm của thiết bị thu hồi bụi động so với các thiết bị thu hồi bụi li tâm là gọn, lượng kim loại nhỏ, kết hợp máy hút bụi và cyclone vào cùng một thiết bị, khả năng tạo thành các trầm tích trên cánh quạt, do đó làm mất cân bằng phần quay, hiệu quả thu hồi bụi d<10 kém và chế tạo phức tạp. Thiết bị lọc bụi: Các đặc tính quan trọng nhất của lưới lọc bụi là hiểu quả lọc, sức cản khí động và thời gian của chu kỳ hoạt động trước khi thay đổi mới hoăc hoàn nguyên. Quá trình lọc bụi bằng các loại vật liệu lọc như vải, sợi xoắn rối, các tông làm bằng hỗn hợp sợi xenlulozo-amilăng gồmcác sợi có đường kính khác nhau, … Khi cho khí chứa bụi đi qua lưới lọc bụi, các hạt bụi tiếp cận với các sợi của vật liệu lọc và tại đó xảy ra các tác động tương hỗ (va đập quán tính, thu bắt do tiếp xúc và khuếch tán) giữa hạt bụi và vật liệu lọc. Trong quá trình lọc bụi, các hạt bụi khô tích tụ trong các lỗ cảu vật liệu lọc làm môi trường lọc đối với các hạt bụi đến sau. Tuy nhiên, bụi tích tụ càng nhiều làm cho kích thước lỗ ngày càng giảm vì vậy sau một thời gian làm việc nào đó cần phải phá vỡ và loại lớp bụi ra. Thiết bị lọc được chia làm 3 loại, phụ thuộc vào chứa năng và nồng độ bụi vào ra: Thiết bị tinh lọc (hiệu quả cao): dùng để thhu hồi bụi cực nhỏ với hiệu quả rất cao trên 99% với nồng độ đầu vào thấp dưới 1mg/m3 và vận tóc lọc dưới 10cm/s. Thiết bị lọc không được thu hồi. Thiết bị lọc không khí được sử dụng trong hệ thống khí và điều hòa không khí. Chúng được dùng để lọc khí có nồng độ bụi nhỏ hơn 50mg/m3, với vận tốc lọc 2,5-3m/s. Vật liệu có thể được thu hồi hoặc không thu hồi. Thiết bị lọc công nghiệp (vải, hạt, sợi thô): được sử dụng để làm sạch khí công nghiệp có nồng độ bụi đến 60g/m3 với kích thước hạt lớn hơn 0,5m, vật liệu lọc thường được phục hồi. Phương pháp ướt: Quá trình lọc bụi trong thiết bị lọc ướt được dựa trên nguyên lý sự tiếp xúc giữa dòng khí mang bụi với chất lỏng, bụi trong dòng khí bị chất lỏng giữ lại và thải ra ngoài dưới dạng cắn bùn. Phương pháp lọc bụi bằng thiết bị lọc bụi kiểu ướt có thể xem là đơn giản nhưng hiệu quả rất cao. Do tiếp xúc dòng khí nhiễm bụi với chất lỏng hình thành bề mặt tiếp xúc pha. Bề mặt này bao gồm các bọt khí, tia khí, tia lỏng, giọt lỏng và màng lỏng. trong đa số thiết bị thu hồi bụi ướt tồn tại các dạng bề mặt khác nhau, do đó bụi được thu hồi theo nhiều cơ chế khác nhau. Ưu điểm: Hiệu quả thu hồi bụi cao hơn; Có thể ứng dụng để thu hồi bụi có kích thước đến 0,1; Có thể sử dụng bụi khi độ ẩm và nhiệt độ cao; Nguy hiểm cháy, nổ thấp nhất; Cùng với bụi có thể thu hồi hơi và khí. Nhược điểm: Bụi thu được ở dạng cặn do đó phải xử lý nước thải, làm tăng giá quá trình xử lý; Các giọt lỏng có khả năng bị cuốn theo khí và cùng với bụi lắng trong ống dẫn và máy hút bụi; Trong trường hợp khí có tính ăn mòn cần phải bảo vệ thiết bị và đường ống bằng vật liệu chống ăn mòn; Chất lỏng ướt thiết bị thường bằng nước. khi kết hợp quá trình thu hồi bụi với xử lý hóa học, chất lỏng được chọn theo quá trình hấp thụ. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ: Việc lựa chon phương án tối ưu là một vấn đề hết sức quan trọng trong việc xử lý ô nhiễm môi trường không khí. Làm thế nào vửa giảm được nồng độ bụi xuống mức cho phép mà lại vừa có hiệu quả kinh tế nhất. phương pháp được lựa chọn dựa trên những nguyên tắc sau: Thiết bị phù hợp với tính chất, kích thước của hạt bụi. Hiệu quả đạt yêu cầu, giá thành thấp. Dễ dàng thi công, lắp đặt. Dựa vào các nguyên tắc trên và các yêu cầu khác ta đưa ra phương án lựa chọn tối ưu nhất để thi công. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ CHO HỆ THỐNG. THÀNH PHẦN KHÍ ĐẦU VÀO: Thông số Đầu vào Đơn vị Lưu lượng khí vào, Q 20 m3 /phút Nồng độ bụi, C 40 g/m3 Khối lượng riêng của bụi, b 1600 kg/m3 Khối lượng riêng của không khí, g 1.01 kg/m3 Vận tốc duy trì trong đường ống dẫn bụi, V 15 m/s Nhiệt độ dòng khí vào, t 80 0C CHỈ TIÊU KHÍ ĐẦU RA: Nồng độ C của các thông số ô nhiễm trong khí thải công nghiệp sản xuất xi măng (Theo QCVN 23:2009/BTNMT). STT THÔNG SỐ Nồng độ C (mg/Nm3) A B1 B2 1 Bụi tổng 400 200 100 2 Cacbon oxit, CO 1000 1000 500 3 Nito oxit, NOx (tính theo NO2) 1000 1000 1000 4 Lưu huỳnh dioxit, SO2 1500 500 500 Sơ đồ công nghệ : NGUỒN VÀO Thùng cấp bụi Máy thổi khí Thiết bị lọc cyclone Thiết bị tạo rung Thiết bị lọc túi vải ống khói Khí thải sạch đạt loại A thải ra môi trường (theo QCVN 23:2009) CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ THÙNG CẤP BỤI: Lý thuyết: Chụp hút có nhiệm vụ thu gom khí ở trong nhà xưởng dẫn đến xyclon. Chụp hút làm việc được là nhờ vào áp suất âm mà quạt hút tạo ra trong đường ống. Lưu lượng chụp hút cưỡng bức phụ thuộc vào lưu lượng quạt. Luồng không khí trước chụp hút cưỡng bức có các đặc điểm sau: Sự thay đổi tốc độ trên trục của chụp hút phụ thuộc vào góc mở α của chụp. Góc mở càng lớn thì vận tốc tại tâm chụp vmax càng lớn so với vtb. Đối với chụp có góc mở 90o: vmax = 1,65.vtb Đối với chụp có góc mở 60o: vmax ≈ vtb Vận tốc trung bình được xác định: , m/s Vận tốc tại 1 điểm bất kỳ trong phần kéo dài của chụp như sau: Đối với chụp tròn hoặc vuông: Đối với chụp hình chữ nhật có cạnh a > b : Tính toán: Thời gian lưu làm việc t = 1 giờ. Thể tích thùng chứa bụi Chọn chiều cao vùng chứa bụi: h = 5m. Tiết diện thùng chứa bụi Chọn Đối với chụp hút chọn góc nhỏ: φ = 600. Chọn khoảng cách từ chụp tới chụp hút: h1 = 1m. Tiết diện của chụp bằng với tiết diện thùng cấp khí: Chiều dài chụp hút: Chiều rộng chụp hút: Chọn CYCLONE: Lý thuyết: Giới thiệu Bộ lọc bụi xiclon là thiết bị lọc bụi được sử dụng tương đối phổ biến. Nguyên lý làm việc thiết bị lọc bụi kiểu xyclon là lợi dụng lực ly tâm khi dòng không khí chuyển động để tách bụi ra khỏi không khí Nguyên tắc hoạt động Không khí có lẫn bụi đi qua ống 1 theo phương tiếp tuyến với ống trụ 2 và chuyển động xoáy tròn đi xuống phía dưới, khi gặp phễu 3 dòng không khí bị đẩy ngược lên chuyển động xoáy trong ống 4 và thoát ra ngoài. Trong quá trình chuyển động xoáy ốc lên và xuống trong các ống các hạt bụi dưới tác dụng của lực ly tâm va vào thành,mất quán tính và rơi xuống dưới. Ở đáy xyclon người ta có lắp them van xả để xả bụi, van xả 5 là van xả kép 2 cửa 5a và 5b không mở đồng thời nhằm đảm bảo luôn cách ly bên trong xyclon và thùng chứa bụi không cho không khí lọt ra ngoài 1.3. Ưu điểm-nhược điểm - Ưu điểm: Không có phần chuyển động. Có thể làm việc ở nhiệt độ cao (có thể đến 500oC). Thu hồi bụi ở dạng khô. Trở lực hầu như cố định và không lớn (250 ÷ 1500 N/m²). Làm việc tốt ở áp suất cao. Năng suất cao. Hiệu quả không phụ thuộc nồng độ bụi.- Nhược điểm : Hiệu quả vận hành kém khi bụi có kích thước nhỏ hơn 5 Không thể thu hồi bụi kết dính.1.4. Các kích thước cơ bản của xyclon Các loại cyclone Hiệu suất cao Truyền thống Năng suất cao (1) (2) (3) (4) (5) (6) Đường kính D/D 1 1 1 1 1 1 Chiều cao ống vào H/D 0.5 0.44 0.5 0.5 0.75 0.8 Chiều rộng ống vào W/D 0.2 0.21 0.25 0.25 0.375 0.35 Đường kính ống dẫn khí ra De/D 0.5 0.4 0.5 0.5 0.75 0.75 Chiều cao ống dẫn khí ra S/D 0.5 0.5 0.625 0.6 0.875 0.85 Chiều cao thân Lb/D 1.5 1.4 2 1.75 1.5 1.7 Chiều cao phần phễu Lc/D 2.5 2.5 2 2 2.5 2 Đường kính ống thu bụi Dd/D 0.375 0.4 0.25 0.4 0.375 0.4 Nguồn: cột (1) và (5) theo Stairmand,1951, cột (2),(4),(6) theo Swift,1969, cột (3) theo Lapple,1951 2. Tính toán: Q = 20m3/phút Chọn vận tốc dòng khí vào cyclone: v = 15m/s. Khối lượng riêng của bụi: b = 1600kg/m3. Khối lượng riêng của khí: g = 1,01kg/m3. Độ nhớt không khí ở 800C: Đường kính phần hình trụ: Thường lấy vận tốc quy ước Wq = 2.2 – 2.5 m/s. Chọn Wq = 2.3 m/s. Đường kính ống ra: Đường kính ống đáy: Chiều cao ống vỏ: Chiều cao cửa vào: Chiều rộng cửa vào: Chiều cao ống ra: Chiều rộng ống vào: Số vòng xoáy cyclone: vòng. Vận tốc khí vào cyclone: Thời gian lưu của hạt bụi: Đường kính bé nhất của hạt bụi bị thu giữ 50%: 0 – 2 1 0.207 0.0409 1 0.0409 2 – 4 3 0.676 0.278 9 2.502 4 – 6 5 1.127 0.517 10 5.17 6 – 10 8 1.804 0.733 30 21.99 10 – 18 14 3.157 0.893 30 26.79 18 – 30 24 5.412 0.961 14 13.454 30 – 50 40 9.02 0.986 5 4.93 50 - 100 75 16.911 0.996 1 0.996 75.87% Đường kính hạt bụi nhỏ nhất bị thu giữ: Chọn dp = 60 . Lưu lượng bụi: g/phút. Khối lượng bụi cần chứa trong 2h là: Thể tích thùng cần chứa bụi: h = 2.5m š (m) chọn h = 3 m. Nồng độ bụi ra sau quá trình lọc: MÁY THỔI KHÍ: Thông số đầu vào các ống: Lưu lượng khí Q= 20m3/phút. Vận tốc dòng khí đi vào ống dẫn V=15m/s Độ nhớt của không khí Khối lượng riêng của bụi Khối lượng riêng của không khí Trở lực trong đường ống dẫn: Chọn chiều dài ống dẫn =2.5m Đường kính ống dẫn d=0.15m Trở lực lọc tức là áp suất cần thiết tạo ra tốc độ dòng chảy ra khỏi ống dẫn. Ta có: (tra bảng giá trị) Trợ lực để khắc phục trợ lực ma sát trong đường ống: Chọn 1 khủy 900 do 2 khủy 450 tạo thành → Trợ lực của xyclone K : là hệ số sức căng cục bộ k=10 Trợ lực của túi vải Chọn A=5 ,n=1.25 A :hệ số thực nghiệm đối với từng loại vải Trợ lực của ống khói Trợ lực hệ thống + 407.565 +1136.5 +1368 +406.79 = 3336.855 Áp suất của quạt hút tạo ra H = = 1928.68 với B =1 Công suất quạt N = =0.8 KW Chọn lắp trực tiếp với trục động cơ điện Q= 0.33 m3/s → Công suất thiết lập động cơ điện : Ndc =k THIẾT BỊ LỌC TÚI VẢI. Lý thuyết: Các loại vải lọc: Bộ phận chủ yếu của thiết bị là các túi lọc bằng vải được dệt từ các loại vật liệu sợi khác nhau với nhiều kiểu .dệt: dạng sợi đan, sợi con vê từ các sơ ngắn hoặc dài đường kính từ , vải dày hơn được làm từ xơ tự nhiên hoặc xơ tổng hợp. Các loại vải mỏng (nhẹ hơn) làm từ sợi thủy tinh và sợi tổng hợp, loại này không chịu được sự chải nhưng mức độ bền sợi và mật độ phân bố của chúng cao hơn nhiều so với các loại vải dày. Vải lọc phải thỏa mãn các yêu cầu sau: Khả năng chứa bụi cao và ngay sau khi phục hồi đảm bảo hiệu quả lọc cao, Giữ được khả năng cho khí xuyên qua tối ưu, Độ bền cơ học cao khi nhiệt độ cao và môi trường ăn mòn , Có khả năng phục hồi được, Giá thành thấp. Tuy nhiên các vật liệu lọc hiện có không thỏa mãn hết các tính chất trên nên tùy từng điều kiện mà chọn loại vải lọc phù hợp. Các loại vải lọc phổ biến hiện nay là: bông, len, vải tổng hợp, vải thủy tinh: Vải bông: tính lọc tốt và giá thấp nhưng không bền hóa học và nhiệt, dễ cháy và chứa ẩm cao Vải len: có khả năng cho khí xuyên qua lớn,đảm bảo độ sạch ổn định và dễ phục hồi nhưng không bền hóa học và nhiệt, giá cao hơn vải bông, khi làm việc ở nhiệt độ cao thì trởnên giòn,chúng làm việc đến 90oC Vải tổng hợp: những năm gần đây thì vải tổng hợp đã từng bước thay thế bông và len do chúng có độ bền cao,trong đa số các trương2 hợp thì giá của chúng rẻ hơn vải len.ví dụ:vải nitơ được ứng dụng khi nhiêt độ khí từ 120-130oC trong công nghệ hóa chất và luyện kim màu Vải thủy tinh: bền ở 150-250oC, thường sử dụng ở các nhà máy xi măng, luyện kim. Khi nồng độ bụi thấp thường sử dụng các vải nặng (600-800g/m2), khi nồng độ bụi cao sử dụng các loại vải nhẹ hơn (400-500g/m2) 1.2. Thiết bị lọc bụi túi vải: a. Cấu tạo: Thiết bị lọc bụi túi vải thường có hình trụ: được giữ chặt trên lưới ống và được trang bị cơ cấu giũ bụi, gồm các phần chính sau: - Buồng lọc bụi gồm: buồng làm sạch và buồng khí sạch; - Túi lọc bụi: làm bằng các loại vải lọc đường kính từ 125 – 300mm, chiều cao từ 2,5 – 3,5m (hoặc hơn), đầu liên kết vào bản đáy đục lỗ tròn bằng đường kính của ống tay áo hoặc lồng vào khung và cố định một đầu vào bản đục lỗ; - Quạt hút; - Van: van gió chính, van rũ bụi, van thu hồi bụi; - Máy nén khí; - Động cơ rung. b. Nguyên tắc hoạt động: - Không khí mang bụi vào thiết bị được khống chế trong khoảng nhiệt độ từ 70 – 180 0C được quạt hút vào buồng làm sạch. Tại đây, bụi được giữ lại trên thành túi lọc, không khí sạch qua túi lọc đi từ trong ra ngoài hoặc từ ngoài vào trong và theo buồng khí sạch thoát ra ngoài. - Sau khoảng thời gian T đặt trước, khi bụi đã bám nhiều trên mặt vải lọc làm cho sức cản của chúng tăng làm lưu lượng khí qua chúng giảm ảnh hưởng tới năng suất lọc, khi đó ta tiến hành giũ bụi: Động cơ hút và van gió chính đóng lại, van rũ bụi mở ra. Khí nén với áp lực lớn qua buồng làm sạch xả vào túi lọc làm rung các túi lọc hay ta dùng phương pháp rung lắc thủ công hoặc cơ khí để rung lắc túi vải. Hạt bụi được rơi xuống ở đáy buồng thu bụi. - Sau khi rũ xong, van thu hồi liệu mở ra, hạt bụi được thu hồi. - Sau đó mở van gió chính và động cơ hút làm việc. - Quá trình hoạt động tương tự cho các chu trình tiếp theo. 1.3. Các phương pháp tái sinh túi vải: Có hai phương pháp chính để tái sinh vải lọc: - Sự rung lắc các đơn nguyên lọc (cơ học, khí động bằng cách xung động hoặc thay đổi đột ngột hướng của dòng khí, tác động của các dao động âm,…). - Thổi ngược chiều các đơn nguyên lọc bằng khí sạch hoặc bằng không khí. Trong nhiều thiết bị sử dụng cả hai phương pháp tái sinh. Sự rung lắc cơ học hiệu quả nhất đối với các túi vải lọc theo hướng dọc, nhưng phương pháp này làm cho túi vải bị mòn mạnh đặc biệt là ở phần dưới. Sự rung lắc cần phải ngắn và đột ngột nhưng không quá mạnh để tránh các lực cơ học lớn vào vải. Sự dịch chuyển dao động các phần bên trên của túi lọc theo phương ngang gây mài mòn ít hơn nhưng kém hiệu quả hơn. Sự dao động các túi vải theo phương ngang thường được sử dụng cho các loại vải mỏng với bề mặt nhẵn. Sự rung lắc khí động được thực hiện bằng cách cấp xung lượng không khí nén trong lòng mỗi đơn nguyên lọc. Áp suất dư của không khí nén dùng để tái sinh từ 0,4 – 0,8 MPa; thời gian xung lượng từ 0,1 – 0,2 giây. Lưu lượng thổi không khí nén là 0,1 – 0,2% lượng khí sạch. Nguyên tắc làm việc của bộ lọc với sự thổi ngược dòng như sau: một vòng khuyên rỗng chuyển động lên, xuống dọc theo túi vải, qua vòng khuyên này có một dòng không khí nén vận tốc cao chạy theo hướng xuyên tâm và thổi bụi về hướng ngược với sự lọc. Không khí được đưa đến vòng khuyên nhờ quạt cao áp hoặc máy nén khí qua các ống mềm. Sự phá vỡ các lớp bụi chính là kết quả đồng thời của việc vật liệu lọc bị uốn lượn do các vòng khuyên cộng với sự thổi của các dòng với vận tốc 10 – 30 m/s vào lớp bụi. Những đặc tính kỹ thuật của bộ lọc với phương pháp tái sinh vải lọc bằng sự thổi ngược dòng như sau: Hiệu quả lọc bụi đến 99%, nồng độ bụi khi ra khỏi thiết bị không quá 1mg/m3, trở lực 0,7 – 2,0 KPa; vận tốc dịch chuyển của khung với vòng khuyên 6 – 15 m/phút; vận tốc của dòng không khí thổi 10 – 30m/s; lưu lượng tối ưu của không khí trên 1mm khe từ (1,0 – 1,5).10-3 m3/ph; chiều rộng của khe (lỗ) từ 0,75 – 6,2mm, áp suất của không khí dùng để thổi 6 – 8 KPa. 1.4. Ưu và khuyết điểm: - Ưu điểm: hiệu quả xử lý cao, đạt 99% đối với bụi có đường kính , phổ biến tổng công nghiệp do chi phí không cao, có thể phục hồi vải lọc. - Khuyết điểm: dễ cháy nổ, độ bền nhiệt thấp, theo thời gian thì trở lực của vải lọc càng tăng cần có thời gian giũ bụi hay thay đổi vải lọc. 2. Tính toán: Lưu lượng khí đầu vào: Q = 20 m3/ phút = 1200m3/h. Vận tốc làm việc của túi vải: Nồng độ bụi vào thiết bị: Cv = 6.25 g/m3 = 6250 mg/m3. Cmax = 400 mg/m3. Hiệu suất xử lý: Vì yếu tố đầu vào xét ở t = 80oc nên ta có thể chọn loại túi vải tổ hợp polyprotilen Với ưu điểm chống acid, kiềm, chống rách tốt và giá thành thấp, chụi được độ ở 90oc Vf : trong khoảng từ 0,5 – 1 m/phút Chọn Vf = 0.75 m/phút Tổng diện tích bề mặt túi vải: 2 Chọn: Đường kính túi vải D =200mm Chiều cao túi vải : h =1m Thiết bị lọc túi vải có hệ thống rung lắc cơ học Diện tích túi vải Số túi vải túi Chọn số lượng túi vải là 45 túi, chia làm 1 đơn nguyên, mỗi đơn nguyên 45 túi. Chọn: hàng ngang 5 túi, hàng dọc 9 túi. Ta có lưu lượng khí cần lọc L1 = 20 m3/phút + chọn khoảng cách: g Giữa các túi là: d1 = 0,1m Giữa các hàng : d2 = 0,1m Giữa túi vải ngoài cùng đến mặt trong của thiết bị là: d3 = 0,1m Chọn đế dày của thiết bị Chiều dài của một đơn nguyên: Chiều rộng của một đơn nguyên Chiều dài của thiết bị : Chọn L = 3.5(m) Chiều rộng của thiết bị: Chọn B = 6(m) Chiều cao của bộ phận lọc: H1= h = 1m Chiều cao tạo bộ phận chấn động trên túi vải: H2 = 150 mm Chiều cao thu hồi bụi: H3 = 0: 1,5m. chọn H3 = 700 mm Tỉ lệ khí hoàn nguyên: = 0.011m/s Phương pháp dung hoàn nguyên cơ cấu rung cơ học: Mà (A/C)net =0.011m/s Vậy chọn phương pháp hoàn nguyên rung cơ học Thời gian lọc: thơi gian rung lắc 1 đơn nguyên khoảng 1 phút, quá trình lọc 9 phút nên thời gian lọc tổng cộng của cả chu trình làm việc khoảng 10 phút. Tính lượng bụi thu được: Lượng khí đi vào thiết bị lọc túi vải: Nồng độ bụi trong hệ thống khí tính theo % khối lượng đi vào thiết bị lọc bụi túi vải : Nồng độ bụi trong hệ thống khí tính theo % khối lượng đi ra khỏi thiết bị lọc bụi túi vải : Lượng khí đi ra khỏi thiết bị: Lưu lượng khí sạch hoàn toàn: Lượng bụi thu được Thời gian lưu bụi làm việc t = 8 giờ Khối lượng bụi cần chứa: mb = Gb * 8 = 60.08 (kg) chọn mb = 61 (kg) Thể tích thùng chứa bụi : Chọn chiều cao thùng chứa bụi : h = 0.04(m) Ta có: L*B = 1*1 = ống khói : chọn vận tốc khí trong khói v = 15 m/s đường kính ống khói: