Nghiên cứu, đề xuất giải pháp, thiết kế và chế tạo thiết bị xử lý bụi tại gương lò cho dây chuyền đào lò bằng máy combai AM 50z

Hình 2.9 Đồ thị mô tả sự thay đổi của vận tốc của hạt bụi trong ống Hình 2.10 Đồ thị mô tả sự thay đổi vận tốc giọt nước trong ống venturi 32 Hình 2.11 Biểu đồ vận tốc của hạt bụi và gi

“NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ BỤI

TẠI GƯƠNG LÒ CHO DÂY CHUYỀN ĐÀO LÒ BẰNG

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH 4

Mở đầu 6

Chương 1 TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI 7

1.1 Hiện trạng khai thác than hầm lò và mức độ ô nhiễm 7

1.1.1 Hiện trạng khai thác than hầm lò 8

1.1.2 Hiện trạng ô nhiễm bụi than trong hầm lò tại khu vực khai thác than 11 1.2 Hiện trạng công nghệ xử lý bụi trong hầm lò của thế giới và trong nước 12

1.2.1 Hiện trạng công nghệ xử lý bụi trong hầm lò của thế giới 12

1.2.2 Hiện trạng công nghệ xử lý bụi trong hầm lò trong nước 14

1.3 Nghiên cứu các phương pháp xử lý bụi 14

1.3.1 Khái niệm chung về bụi 14

1.3.2 Các phương pháp xử lý bụi theo phương pháp khô 15

1.3.2.1 Buồng lắng bụi 15

1.3.2.2 Lọc bụi ly tâm 16

1.3.2.3 Lọc bụi qua lưới vải lọc 17

1.3.2.4 Lọc bụi điện 17

1.3.3 Các phương thức thu bụi theo phương pháp ướt 18

1.3.3.1 Khái niệm chung 18

1.3.3.2 Các tháp rửa khí rỗng 19

1.3.3.3 Các tháp rửa khí có ô đệm 20

1.3.3.4 Các thiết bị thu bụi theo phương pháp sủi bọt và bọt 20

1.3.3.5 Các thiết bị thu bụi ẩm dưới tác động của lực va đập quán tính 21

1.3.3.6 Các thiết bị thu bụi ẩm dưới tác động của lực ly tâm 21

1.3.3.7 Thu bụi ẩm qua ống venturi 21

1.3.3.8 Ưu nhược điểm của phương pháp ẩm 21

1.3.4 Đề xuất giải pháp xử lý bụi than tại gương lò cho dây chuyền đào lò bằng máy combai AM-50Z 22

Chương 2 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT BỊ VENTURI 23

2.1 Khái quát về thiết bị Venturi 23

2.1.1 Nguyên lý hoạt động 23

2.1.2 Cấu tạo 23

2.1.3 Phân loại ống Venturi 24

2.1.4 Thiết bị cấp nước cho ống Venturi 25

2.1.5 Phân loại mỏ phun 25

2.1.5.1 Mỏ phun cơ học 26

2.1.5.2 Mỏ phun khí nén 30

2.1.5.3 Tính toán vòi phun 30

2.1.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình vật lý diễn ra trong ống venturi 30

2.2 Tính toán, thiết kế thiết bị Venturi 33

2.2.1 Các thông số đầu vào 33

2.2.2 Tính toán các kích thước ống venturi 33

2.2.2.1 Đường kính ống thu hẹp D 1 33

2.2.2.2 Đường kính cổ ống D 2 34

2.2.2.3 Đường kính tại tiết diện ra của ống khuếch tán D 3 35

2.2.2.4 Chiều dài phần ống thu hẹp l 1 35

2.2.2.5 Chiều dài phần cổ ống l 2 35

2.2.2.6 Chiều dài phần ống khuếch tán l 3 35

2.2.2.7 Chiều dài tổng cộng của ống venturi 35

2.2.3 Tính toán đường kính trung bình giọt nước trong ống Venturi 36

2.2.4 Tính toán trở lực của ống Venturi 36

2.2.5 Tính toán hiệu suất hấp thụ bụi của ống Venturi 37

Chương 3 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TÁCH GIỌT NƯỚC 43

3.1 Nghiên cứu các thiết bị tách giọt nước 43

3.2 Nghiên cứu tính toán thiết bị tách giọt dạng ly tâm nằm ngang 48

3.2.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc 48

3.2.2 Tính toán thiết bị ly tâm kiểu nằm ngang 50

3.2.3 Đường kính giới hạn của giọt nước 51

3.2.4 Hiệu suất lọc theo cỡ hạt của thiết bị 51

3.3 Nghiên cứu tính toán thiết bị tách giọt dạng quán tính 52

3.3.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc 52

3.3.2 Tính toán thiết bị tách giọt dạng quán tính 52

Chương 4 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 55

4.1 Mô tả thiết bị 55

4.2 Trình tự thí nghiệm 56

4.2.1.Chuẩn bị mẫu bụi 56

4.2.2 Các bước tiến hành thí nghiệm 56

4.2.3 Kết quả đo 57

4.2.3.1 Thông số hệ thống 57

4.2.3.2 Thông số đo đạc phân tích mẫu bụi 58

4.2.3.3 So sánh kết quả tính toán lý thuyết và chạy khảo nghiệm thực tế 58

KẾT LUẬN 59

Tài liệu tham khảo 60

PHỤ LỤC 62

Bảng 3.2 Tỷ lệ tính toán thiết bị tách giọt ly tâm dạng trụ và dạng côn 46

Bảng 3.3 Thông số kết cấu lớp đệm tách giọt dạng quán tính 52

Hình 1.2 Sơ đồ khai thác than bằng máy combai AM-50Z 10

Hình 1.3 Hình ảnh hệ thống phun nước dập bụi đặc trưng 13

Hình 1.6 Nguyên lý hoạt động của thiết bị lọc bụi ly tâm 16

Hình 1.7 Quá trình tích điện và di chuyển bụi trong điện trường 18

Hình 2.3 Đồ thị tương quan giữa độ nhớt của dịch tưới và kích thước giọt 28

Hình 2.4 Đồ thị tương quan giữa áp suất dịch tưới và kích thước giọt 28

Hình 2.5 Đồ thị tương quan giữa đường kính lỗ phun và kích thước giọt

Hình 2.6 Các dạng luồng phun của các loại mỏ phun khác nhau 29

Hình 2.7 Đồ thị tương quan giữa áp suất cấp nước và đường kính trung

Hình 2.8 Đồ thị tương quan giữa vận tốc dòng khí trong ống venturi và

Hình 2.9 Đồ thị mô tả sự thay đổi của vận tốc của hạt bụi trong ống

Hình 2.10 Đồ thị mô tả sự thay đổi vận tốc giọt nước trong ống venturi 32

Hình 2.11 Biểu đồ vận tốc của hạt bụi và giọt nước trong ống venturi 33

Hình 3.7 Sơ đồ cấu tạo của thiết bị lọc ly tâm kiểu nằm ngang 48

Hình 3.8 Các dạng miệng thoát giọt và khí sạch của thiết bị lọc ly tâm

Hình 3.9 Các loại cánh hướng dòng khác nhau để tạo chuyển động xoáy

Mở đầu

Ở tất cả các công đoạn sản xuất mỏ đều phát sinh bụi Ở các mỏ hầm lò lượng bụi phát sinh nhiều nhất là ở khâu khấu than hoặc đào lò than bằng máy Combai không sử dụng hệ thống chống bụi, ở giai đoạn khoan nổ mìn ở lò chợ và

lò chuẩn bị, ở điểm chuyển tải than Theo các số liệu thống kê, khi khai thác 1000 tấn than ở mỏ hầm lò tạo ra 11-12 kg bụi Với sản lượng khai thác hàng năm như

trên thì lượng bụi được tạo ra ở các mỏ hầm lò là rất lớn

Năm 2003 khi công ty than Mông Dương đưa chiếc combai đầu tiên và áp dụng để đào lò, ngoài những ưu điểm vượt trội thì người ta cũng nhận ra rằng việc đào lò bằng combai luôn gặp khó khăn về khâu thông gió-xử lý bụi Tại một đợt khảo sát thực tế thi công tại lò dọc vỉa than I12 - Cánh Đông Công ty than Mông Dương, các giám sát của Viện KHCN Mỏ đã đo đạc, phân tích và đưa ra được con

số về nồng độ bụi tại khu vực cách gương đào trong lúc đang thi công là 196 mg/m3 không khí (gấp 5 lần quy phạm an toàn cho phép) Lượng bụi này sinh ra khi combai AM-50Z đang đào một gương than 9,6 m2 có xen kẽ một hai lớp kẹp mỏng có độ dày 20 – 30 cm trong điều kiện đường lò thi công chỉ sử dụng một hệ thống thông gió đẩy bằng quạt BM-6M Điều này cũng xảy ra tương tự đối với các đường đào lò than áp dụng đào lò bằng combai AM-50Z khác

Lượng bụi trong khu vực thi công cao cũng đồng nghĩa với việc sức khoẻ người lao động bị ảnh hưởng, độ chính xác trong các khâu vận hành đồng bộ kém

đi rất nhiều, nguy cơ về hỏng hóc thiết bị do bụi bám vào cao Đó là còn chưa kể tới việc mất an toàn khi nguy cơ nổ bụi cao hơn

Trước thực tế trên, việc nghiên cứu chế tạo thiết bị xử lý bụi tại khu vực khai thác (gương lò) trong khai thác hầm lò là cấp thiết

Chương 1 TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI

1.1 Hiện trạng khai thác than hầm lò và mức độ ô nhiễm

Tài nguyên thiên nhiên (TNTN) là một trong những nguồn nội lực quan trọng và là lợi thế so sánh trong thời kỳ công nghiệp hóa, đặc biệt đối với các nước đang phát triển Khoáng sản là một trong những tài nguyên thiên nhiên cơ bản Cùng với các tài nguyên thiên nhiên cơ bản khác như đất nước, sinh vật…tài nguyên khoáng sản cung cấp nguyên liệu, nhiên liệu cho các hoạt động của con người

Khác với các loại TNTN khác, khoáng sản là loại tài nguyên hữu hạn, không tái tạo Tùy theo điều kiện sinh khoáng, khoáng vật có ích thường ở dạng tập hợp các khoáng vật và có mặt cùng với các khoáng vật cộng sinh khác Khoáng sản có thể được sử dụng trực tiếp sau khi khai thác chọn lọc hoặc chế biến thô sơ Nhưng khoáng sản cũng là nguyên vật liệu cho các ngành kỹ thuật cao sau khi được chế biến sâu bằng các công nghệ hỗn hợp và phức tạp

Khoáng sản than là nguồn TNTN quý giá và có những đóng góp hết sức to lớn trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Trong mười năm, sản lượng than tiêu thụ đã tăng từ 6,0 triệu tấn năm 1994 lên 18,8 triệu tấn năm 2003 Nhận thức được sâu sắc tầm quan trọng của ngành công nghiệp than trong quá trình xây dựng và phát triển đất nước Tổng Công ty Than Việt Nam đã đề ra những

kế hoạch và định hướng phát triển lâu dài Trong đó kế hoạch khai thác theo các năm từ năm 2005 đến năm 2020 của toàn ngành than và của tổng khu vực, theo phương án I và II do Công ty Tư vấn Đầu tư Mỏ & Công nghiệp đã được điều chỉnh năm 2004 so với Qui hoạch phát triển ngành than được Chính phủ phê duyệt tại quyết định số 20/2003/QĐ-TTg ngày 20/01/2003 được trình bày trong bảng 1.1 [5]

Có hai hình thức khai thác là khai thác lộ thiên là khai thác hầm lò Theo thống kê thì sản lượng khai thác lộ thiên trong những năm qua chiếm khoảng 60%-70% tổng sản lượng than khai thác của toàn ngành Có 5 mỏ lộ thiên lớn (Cao Sơn, Cọc Sáu, Đèo Nai, Hà Tu, Núi Béo), 15 mỏ lộ thiên vừa và các công trường khai thác lộ thiên (do các công ty than hầm lò quản lý), trên 30 mỏ hầm lò đang hoạt động Ngoài ra còn một số điểm lộ vỉa và khai thác nhỏ

Bảng 1.1 Kế hoạch khai thác than theo phương án I và II (ĐVT: 1000 tấn) [5]

1.1.1 Hiện trạng khai thác than hầm lò

Hiện nay có trên 30 mỏ hầm lò đang hoạt động Trong đó, có 8 mỏ có trữ lượng lớn, có công nghệ và cơ sở hạ tầng khá hoàn chỉnh, với sản lượng tương đối lớn 900-1300 ngàn tấn/năm Các mỏ còn lại có sản lượng khai thác dưới 500 ngàn tấn/năm Một số mỏ còn nhỏ, diện tích khai trường hẹp

Sơ đồ mở vỉa trên mức thông thủy là lò bằng xuyên vỉa, dưới mức thông thủy tự nhiên là giếng nghiêng kết hợp lò bằng và chỉ có duy nhất Công ty than Mông Dương là mở vỉa bằng giếng đứng

Chuẩn bị khai thác đối với các mỏ lớn thường là tầng chia phân tầng có cặp thượng trung tâm, 1 thượng để vận tải than, 1 thượng để vận chuyển vật liệu và thông gió Chiều dài lò chợ theo phương từ 150-400 m, đối với các mỏ nhỏ, 400-

800 m đối với các mỏ lớn; chiều dài lò chợ theo hướng dốc từ 60-110 m đối với các mỏ nhỏ, 120-150 m đối với các mỏ lớn

Hệ thống khai thác phổ biến nhất là cột dài theo phương-chiều dài lò chợ khi chống cột thủy lực đơn hoặc giá thủy lực di động là 100-150 m, sản lượng lò chợ 100-150 ngàn tấn/năm; khi chống gỗ là 60-100m, sản lượng 50-60 ngàn tấn/năm Ngoài ra hiện đang sử dụng một số hệ thống khai thác khác như: chia lớp ngang nghiêng, khai thác dưới dàn mềm đối với các vỉa dốc trên 500, song những công nghệ này chưa hoàn thiện, năng suất còn thấp Hiện nay toàn vùng Quảng Ninh có một lò chợ cơ giới hóa toàn bộ, bước đầu cho kết quả tốt, sản lượng đạt 200.000 tấn/năm

Trong vài năm gần đây các combai hạng nhẹ (h.1.1) đã được sử dụng khá rộng

Hình 1.1 Máy combai AM-50Z

Việc ứng dụng thiết bị đào lò cơ giới này đã đem lại được nhiều thành công đáng kể, ngoài các kỷ lục về tốc độ đào lò đã được xác lập thì công nghệ đào lò cơ giới này đã làm giảm được nhân lực và chi phí thi công rõ rệt

Theo chiến lược phát triển ngành than Việt Nam đến năm 2015 và định hướng đến năm 2020 của TKV thì nhu cầu phải xuống sâu để nâng công suất của các mỏ hầm lò thì khối lượng lò đào trong đá càng tăng lên một cách đáng kể Do

đó việc lựa chọn combai đào lò là một xu thế tất yếu

1.1.2 Hiện trạng ô nhiễm bụi than trong hầm lò tại khu vực khai thác than

Ở tất cả các công đoạn sản xuất mỏ đều phát sinh bụi Ở các mỏ hầm lò lượng bụi phát sinh nhiều nhất là ở khâu khấu than hoặc đào lò than bằng máy Combai không sử dụng hệ thống chống bụi, ở giai đoạn khoan nổ mìn ở lò chợ và

lò chuẩn bị, ở điểm chuyển tải than Theo các số liệu thống kê, khi khai thác 1000 tấn than ở mỏ hầm lò tạo ra 11-12 kg bụi Với sản lượng khai thác hàng năm như trên thì lượng bụi được tạo ra ở các mỏ hầm lò là rất lớn [5]

Năm 2003 khi công ty than Mông Dương đưa chiếc combai đầu tiên và áp dụng để đào lò, ngoài những ưu điểm vượt trội thì người ta cũng nhận ra rằng việc đào lò bằng combai luôn gặp khó khăn về khâu thông gió-xử lý bụi Tại một đợt khảo sát thực tế thi công tại lò dọc vỉa than I12 – Cánh Đông Công ty than Mông Dương, các giám sát của Viện KHCN Mỏ đã đo đạc, phân tích và đưa ra được con

số về nồng độ bụi tại khu vực cách gương đào trong lúc đang thi công là 196 mg/m3 không khí (gấp 5 lần quy phạm an toàn cho phép) Lượng bụi này sinh ra khi combai AM-50Z đang đào một gương than 9,6 m2 có xen kẽ một hai lớp kẹp mỏng có độ dày 20 – 30 cm trong điều kiện đường lò thi công chỉ sử dụng một hệ thống thông gió đẩy bằng quạt BM-6M Điều này cũng xảy ra tương tự đối với các đường đào lò than áp dụng đào lò bằng combai AM-50Z khác [2]

Lượng bụi trong khu vực thi công cao cũng đồng nghĩa với việc sức khoẻ người lao động bị ảnh hưởng, độ chính xác trong các khâu vận hành đồng bộ kém

đi rất nhiều, nguy cơ về hỏng hóc thiết bị do bụi bám vào cao Đó là còn chưa kể tới việc mất an toàn khi nguy cơ nổ bụi cao hơn

Trên cơ sở kế hoạch khai thác, bóc đất đá cũng như các chỉ tiêu về mức độ phát thải bụi, dưới đây trình bày kết quả tính toán dự báo mức độ phát thải bụi cho

ở bảng 2 với các chỉ số tối đa

Bảng 1.2 Mức độ phát thải bụi ở các mỏ hầm lò (triệu tấn than/tấn bụi) [5]

S¶n l−îng than, triÖu tÊn/tÊn bôi

2005 2010 2015 2020 Khu

vùc

P.A.I P.A.II P.A.I P.A.II P.A.I P.A.II P.A.I P.A.II 148,8 148,8 312 319,2 379,2 386,4 439,2 474 Tæng

sè 12,4 12,4 20,6 26,6 31,6 32,2 36,6 39,5

61,2 61,2 146,4 152,4 165,6 165,6 163,2 187,2 CÈm

Ph¶ 5,1 5,1 12,2 12,7 13,8 13,8 13,6 15,6

21,6 21,6 48 48 58,8 63,6 70,8 79,2 Hßn

62,4 62,4 114,0 115,2 142,8 145,2 140,4 142,8 U«ng

BÝ 5,2 5,2 9,5 9,6 11,9 12,1 11,7 11,9

Từ các số liệu trên chúng ta rút ra nhận xét sau:

Theo phương án II (phương án cao) lượng bụi hàng năm tăng dần từ 148,8 (năm 2005) đến 474 (năm 2020) do các công ty đều tăng sản lượng khai thác, trong

đó lượng bụi có nhiều nhất và tăng nhanh nhất ở hầm mỏ Cẩm Phả từ 61,2 (năm

2005) đến 187,2 (năm 2020)

1.2 Hiện trạng công nghệ xử lý bụi trong hầm lò của thế giới và trong nước

1.2.1 Hiện trạng công nghệ xử lý bụi trong hầm lò của thế giới

Từ rất sớm các nhà kỹ thuật không những đã hiểu được vấn đề này mà còn nhiều trăn trở xung quanh vấn đề áp dụng combai khai đào để khai thác than Đã

có nhiều công trình nghiên cứu để giải quyết bài toán xử lý bụi trong quá trình khai thác than ở những giai đoạn đầu tiên, các nhà chuyên môn đã tập trung đi sâu vào việc nghiên cứu áp dụng hệ thống phun nước áp lực cao Mục tiêu của hệ thống này nhằm giảm lượng bụi phát sinh, hỗ trợ quá trình khấu than, tăng tuổi thọ răng cắt và loại trừ các tia lửa phát sinh trong quá trình cắt Xét về giá trị dập bụi của hệ thống thì đây là bước dập bụi nguyên sinh Ở các giai đoạn sau này thì người ta bắt

đầu nghĩ tới một hệ thống dập – xử lý bụi thoát ra sau khi đã qua khâu dập bụi nguyên sinh

Dossco là một trong những công ty đi tiên phong trong lĩnh vực chế tạo combai khai đào đưa ra hệ thống áp lực cao (h.3)

Hình 1.3 Hình ảnh hệ thống phun nước dập bụi đặc trưng

Mặc dù có những cải tiến về công nghệ phun nước áp lực cao trên combai khai đào, bụi phát sinh trong quá trình cắt vẫn không thể được loại trừ tuyệt đối Sự phát sinh bụi trên gây nhiều hậu quả:

• Giảm tầm quan sát của thợ vận hành làm giảm độ chính xác trong điều khiển;

• Khó khăn di chuyển và phối hợp trong đội thợ;

• Ảnh hưởng sức khoẻ người lao động;

• Nguy cơ nổ bụi cao (đặc biệt khi cắt than);

• Giảm độ bền của thiết bị trong gương lò

Đã có nhiều công ty quan tâm nghiên cứu chế tạo các thiết bị hút - xử lý bụi như: CFT (Đức), Howden (Anh), Wiromag (Ba Lan) (h.1.4), tuy nhiên giá thành nhập khẩu thiết bị trên rất cao

Hình 1.4 Thiết bị hút - xử lý bụi của Ba Lan

1.2.2 Hiện trạng công nghệ xử lý bụi trong hầm lò trong nước

Hiện nay tại các hầm lò khai thác than ở Việt Nam sử dụng máy combai AM-50Z còn nhiều mỏ chưa có hệ thống hút - xử lý bụi Hiện đang dự kiến nhập thiết bị này của nước ngoài Phương pháp đang được sử dụng là phun nước (thiết

bị đi kèm máy combai) chỉ có thể xử lý được các hạt bụi kích thước lớn Do vậy nồng độ bụi tại khu vực khai thác cao hơn chỉ tiêu cho phép

Một số đơn vị nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu và sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như cyclone, lọc bụi túi, lọc bụi kiểu ướt để xử lý bụi cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau Tuy nhiên hệ thống hút - xử lý bụi cho khu vực khai thác trong hầm lò (gương lò) hiện chưa có đơn vị nào nghiên cứu giải quyết

1.3 Nghiên cứu các phương pháp xử lý bụi

1.3.1 Khái niệm chung về bụi

Khái niệm:

• Bụi là các phần tử chất rắn rời rạc được tạo ra trong quá trình sản xuất, ngưng kết và các phản ứng hoá học Dưới tác dụng của các dòng khí hoặc dòng không khí, chúng chuyển thành trạng thái lơ lửng;

• Bụi thu giữ được bằng các thiết bị thu bụi hoặc chúng lắng đọng là loại vật chất vụn, rời rạc

Nguyên nhân tạo thành bụi:

• Các hạt rắn bị nghìền nhỏ;

• Vật liệu dạng hạt bị vỡ vụn trong quá trình vận chuyển;

• Trong quá trình nung luyện, ủ vật liệu;

• Quá trình ngưng tụ và các phản ứng hoá học

1.3.2 Các phương pháp xử lý bụi theo phương pháp khô

1.3.2.1 Buồng lắng bụi [4]

Bản chất của phương pháp này là cho bụi lắng đọng dưới tác dụng của trọng lực Phương pháp này thích hợp với việc lọc các hạt bụi có kích thước lớn và thường được áp dụng để lọc bụi có kích thước 60 - 70 µm trở lên

Cấu tạo của buồng lắng: gồm buồng lọc có tiết diện ngang lớn gấp nhiều lần tiết diện của đường ống dẫn khí vào với mục đích làm cho vận tốc dòng khí thay đổi đột ngột và giảm xuống rất nhỏ, nhờ đó các hạt bụi có đủ thời gian để rơi xuống thiết bị thu hồi

Buồng lắng bụi có sơ đồ như hình 1.5:

Hình 1.5 Sơ đồ buồng lắng bụi

Trong thực tế người ta sử dụng buồng lắng bụi nhiều tầng thì nâng cao được hiệu quả lọc bụi Nhược điểm của loại lọc bụi buồng lắng là khó dọn vệ sinh trên các tầng lọc

1.3.2.2 Lọc bụi ly tâm [4][8]

Thiết bị lọc bụi kiểu ly tâm được sử dụng phổ biến là dạng buồng xyclon

Nó có cấu tạo đơn giản (h 1.6) và lọc bụi với cỡ hạt > 5 µm Quá trình thu bụi trong các thiết bị dựa trên nguyên lý lực quán tính

Không khí mang bụi đi vào xyclon theo ống (1) được nối theo phương tiếp tuyến với thân ống hình trụ (2) Phía dưới là phễu côn thu bụi (3) và ống xả bụi (4)

có lắp van quay hoặc loại van lật kiểu đối trọng Bên trong xyclon có ống thoát khí sạch (5) Do cấu tạo như vậy, không khí sẽ có chuyển động xoáy ốc bên trong thân ống hình trụ, trong dòng chuyển động xoáy ốc các hạt bụi chụi tác động bởi lực ly tâm làm cho chúng di chuyển và va chạm vào thành ống, mất động năng rồi rơi xuống đáy côn thu bụi, còn dòng không khí bị dội ngược trở lên nhưng vẫn chuyển động xoáy ốc và theo ống thoát (5) ra ngoài

V µ o

R a 1

1.3.2.3 Lọc bụi qua lưới vải lọc [4][8]

• Khi dòng khí mang bụi chuyển động qua lớp vải xốp, các hạt rắn, giọt tinh thể được giữ lại trên bề mặt vải, khí sạch được thoát qua lớp vải ra ngoài;

• Vải dùng để làm lưới lọc được chế tạo từ vật liệu dạng sợi như bông, len, thuỷ tinh, sợi tổng hợp, chúng có đường kính từ vài micrô dến vài chục micrômet và chiều dày đến vài cm;

• Trong quá trình lọc, khí chứa bụi chuyển động qua lớp vải có khả năng bị lắng, kết quả này là do quá trình va chạm của các hạt bụi với sợi vải làm các hạt bụi lắng trên đó Các hạt bụi có kích thước nhỏ bị dòng khí cuốn theo và chuyển động bao quanh sợi Sở dĩ các hạt này vẫn có thể va đập vào sợi là

do chuyển động nhiệt, còn ảnh hưởng của lực quán tính thì nhỏ nên các hạt bụi đó vẫn có thể bám vào sơị vải

Bôi bôi ®i vµo

®iÖn truêng

Vïng quÇn g s¸ng cña c¸c ion du¬ng

- - -

H¹t bôi ®u¬c tÝch ®iÖn

vµ ®uîc hót vµo cùc du¬ng

§iÖn cùc ©m

®uîc nèi víi nguån ®iÖn mét chiÒu cao ¸p

Cùc du¬ng (èng hoÆc tÊm b¶n) thu bôi

+

-KhÝ s¹ch

Hình 1.7 Quá trình tích điện và di chuyển bụi trong điện trường

1.3.3 Các phương thức thu bụi theo phương pháp ướt

1.3.3.1 Khái niệm chung

Quá trình lọc bụi trong các thiết bị lọc bụi kiểu ướt được dựa trên nguyên lý tiếp xúc giữa dòng khí mang bụi với chất lỏng, bụi trong dòng khí bị chất lỏng giữ lại và thải ra ngoài dưới dạng cặn bùn Phương háp lọc bụi bằng thiết bị lọc kiểu ướt có thể xem là rất đơn giản nhưng hiệu quả lại rất cao

Thiết bị lọc bụi kiểu ướt có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại lọc bụi khác Cụ thể là:

• Thiết bị lọc bụi kiểu ướt dễ chế tạo, giá thành thấp nhưng hiệu quả lọc bụi cao;

• Có thể lọc được bụi kích thước dưới 0,1µm (ví dụ trong thiết bị lọc venturi);

• Có thể làm việc với khí có nhiệt độ và độ ẩm cao mà một số các thiết bị lọc bụi khác không thể đáp ứng được như thiết bị lọc bụi túi vải, lọc bụi tĩnh điện;

• Thiết bị lọc bụi kiểu ướt không những lọc được bụi mà còn lọc được cả khí độc hại bằng quá trình hấp thụ, bên cạnh đó nó còn được sử dụng như thiết

bị làm nguội và làm ẩm khí mà trong nhiều trường hợp trước thiết bị lọc bụi tĩnh điện phải cần đến nó

Tuy nhiên thiết bị lọc bụi kiểu ướt cũng có một số nhược điểm đáng lưu ý:

• Bụi được thải ra dưới dạng cặn bùn do đó có thể làm phức tạp cho hệ thống thoát nước và xử lý nước thải;

• Dòng khí thoát ra từ thiết bị lọc có độ ẩm cao và có thể mang theo cả những giọt nước làm han gỉ đường ống, ống khói và các thiết bị khác ở phía sau thiết bị;

• Trường hợp khí thải có chứa các chất ăn mòn cần phải bảo vệ thiết bị và hệ thống đường ống bằng sơn chống gỉ hoặc phải chế tạo thiết bị và hệ thống đường ống bằng vật liệu không han gỉ

Chất lỏng được sử dụng phổ biến nhất trong thiết bị lọc bụi kiểu ướt là nước Trường hợp thiết bị lọc có chức năng vừa khử bụi vừa khử khí độc hại thì chất lỏng có thể là một loại dung dịch nào đó do quá trình hấp thụ quyết định Với mục đích giảm lượng dịch thể dùng trong các thiết bị lọc bụi kiểu ướt người ta sử dụng

hệ thống tưới phun khép kín (tuần hoàn)

Thiết bị lọc bụi kiểu ướt có thể được chia thành các loại sau đây tuỳ thuộc vào nguyên lý hoạt động của chúng:

• Các tháp rửa khí rỗng;

• Các tháp rửa khí có ô đệm;

• Các thiết bị lọc kiểu ướt theo phương pháp sủi bọt;

• Các thiết bị lọc kiểu ướt theo nguyên lý va đập quán tính;

• Các thiết bị lọc kiểu ướt với lớp vật liệu hạt di động;

• Các thiết bị thu bụi ẩm dưới tác động của lực ly tâm;

• Thiết bị lọc kiểu ướt Venturi

1.3.3.2 Các tháp rửa khí rỗng [4][7][8]

Trong tháp rửa khí rỗng người ta cho khí bụi đi qua màn dịch thể phun Lúc này các hạt bụi bị dính kết bởi các giọt dịch thể và lắng xuống, còn khí đã được thu bụi đi ra khỏi thiết bị

Đường dẫn khí có phun dịch thể:

Các hàng mỏ phun hoặc là máy phun mù được mắc vào trong đường ống

dẫn khí hoặc trong ống khói để tạo ra trên đường đi của dòng khí bụi các màn chắn nước Để tránh mất mát nhiều do bắn tóe, vận tốc của khí ở trong đường dẫn khí có phun dịch thể không vượt quá 3m/s Lưu lượng nước khoảng từ 0,1 đến 0,3 l/m3 Trong đa số các trường hợp cần phải đặt ở phía sau các đường dẫn khí có phun dịch thể một thiết bị thu giọt và trang bị những dụng cụ thoát nước để thải dịch thể lắng đọng

Các buồng rửa khí:

Các buồng rửa khí được chế tạo bằng kim loại, bêtông cốt thép hoặc bằng gạch Bên trong buồng có các mỏ phun để tạo thành màn chắn nước trên đường đi của dòng khí, các mỏ phun này được bố trí thành một số hàng, nhưng phổ biến nhất là xếp theo kiểu bàn cờ Để tăng hiệu suất thu bụi khí đôi khi trong buồng rửa

trên đường chuyển dộng của khí người ta đặt các tấm chắn, các lá khoan lỗ hoặc là các lưới, ở cuối buồng rửa người ta đặt bộ gom hạt nước

Các tháp rửa phun rỗng:

Các tháp rửa phun rỗng là tháp có tiết diện tròn hoặc hình chữ nhật, trong đó

sự tiếp xúc giữa khí cần thu bụi với các giọt dịch thể được tiến hành nhờ các mỏ phun Theo hướng chuyển động của khí và dịch thể, các tháp rửa rỗng được chia thành loại ngược dòng, đồng dòng và chính giao Người ta thường sử dụng các thiết bị với sự chuyển động ngược dòng của khí và dịch thể, còn loại cấp dịch thể chính giao tức là dịch thể được đưa vào dưới góc vuông với hướng của dòng khí thì ít được sử dụng Trong các tháp rửa ngược dòng, các giọt dịch thể từ mỏ phun rơi xuống gặp dòng khí bụi Các giọt này phải đủ lớn để không bị dòng khí thường

có vận tốc từ 0,6 đến 1,2 m/s cuốn ra ngoài Khi vận tốc dòng khí lớn hơn nữa thì trong thiết bị cần phải đặt tấm chắn nước Người ta đặt mỏ phun trong thiết bị ở một hoặc nhiều tiết diện: đôi khi bố trí thành nhiều tầng, đôi khi lại chỉ đặt dọc theo trục thiết bị

1.3.3.3 Các tháp rửa khí có ô đệm

Khác với tháp rửa khí rỗng, trong tháp rửa có ô đệm người ta đặt các cục

nguyên liệu (cốc, thạch anh), các khối định hình của các vật liệu khác nhau: gốm,

sứ, gỗ Khi dịch thể có tính axit hoặc tính kiềm yếu thì các ô đệm được chế tạo bằng gốm, sứ Ô đệm có thể có hình dạng khối trụ, vành khuyên có đường kính ngoài bằng chiều cao, còn chiều dày của thành nhỏ hơn 10 lần Những vòng nhỏ có đường kính ngoài nhỏ hơn hoặc bằng 50 mm được xếp trong tháp không theo thứ

tự, còn nếu vòng có đường kính lớn hơn chúng được xếp thứ tự theo từng dãy Nếu dịch thể có tính chất trung tính, nhiệt độ khí vào tháp rửa không cao thì các ô đệm

có thể được chế tạo bằng gỗ

Trở lực qua thiết bị thu bụi kiểu có ô đệm lớn hơn nhiều so với tháp rửa khí rỗng Trở lực qua ô đệm phụ thuộc vào kích thước, hình dạng mỗi đơn nguyên trong ô, chiều cao của nó và vận tốc khí Do hay bị lấp ô đệm khi làm sạch khí bụi nên thiết bị này ngày càng ít được sử dụng trong kỹ thuật thu bụi làm sạch khí Chỉ nên sử dụng các tháp rửa khí có đệm khi thu hồi các loại bụi thấm ướt tốt, đặc biệt trong các trường hợp khi các quá trình thu bụi kèm theo sự làm nguội khí hoặc hấp thụ khí

1.3.3.4 Các thiết bị thu bụi theo phương pháp sủi bọt và bọt

Trong các thiết bị sủi bọt, khí cần lọc bụi đi qua lớp dịch thể dạng bọt, trên

bề mặt của bọt sẽ xảy ra sự lắng các hạt bụi Vận tốc nổi tự do của bọt bằng 0,25 –

0,35 m/s, còn vận tốc của khí ở tiết diện của dụng cụ sủi bọt thông thường không lớn hơn nhiều so với vận tốc nổi của bọt Hiệu suất của các thiết bị loại này cao khi thu bụi có kích thước lớn hơn 5 µm Nhưng do có năng suất không cao nên ngày nay các thiết bị thu bụi sủi bọt ít được sử dụng trong công nghiệp

1.3.3.5 Các thiết bị thu bụi ẩm dưới tác động của lực va đập quán tính

Cấu trúc đơn giản nhất của thiết bị thu bụi ẩm dưới tác động của lực va đập quán tính là một tháp đứng có lớp dịch thể ở phần dưới tháp Khi dòng khí bụi quay ngoắt 1800, các hạt bụi lắng trên mặt nước, còn khí sạch sẽ đi về phía ống xả khí Các thiết bị loại này chỉ thích hợp để thu bụi có kích thước lớn hơn 20 µm Cặn được lấy ra khỏi thiết bị theo chu kỳ hoặc liên tục qua cửa chắn nước

1.3.3.6 Các thiết bị thu bụi ẩm dưới tác động của lực ly tâm

Các thiết bị thu bụi ẩm dưới tác động của lực ly tâm được chia làm hai loại theo cấu trúc: ở loại thứ nhất có chuyển động quay của dòng khí do đưa khí vào theo hướng tiếp tuyến; còn ở loại thứ hai cấu tạo cánh ở tâm chính là bộ phận tạo xoáy ở Nga đối với các máy rửa khí người ta đưa dòng khí vào theo phương tiếp tuyến và với sự tưới màng bởi các mỏ phun Khi hàm lượng bụi lớn hơn 2 g/m3 thì

ở phía trước xyclon với màng nước nên đặt một thiết bị lọc bụi bước một như xyclon khô hoặc một dạng thu bụi quán tính khác

1.3.3.7 Thu bụi ẩm qua ống venturi [4][6][7]

Các máy rửa khí Venturi là những thiết bị thu ẩm hiệu quả Đặc điểm cấu trúc chung của các thiết bị này là có ống biến bụi trong đó xảy ra quá trình đập nhở thể tích tưới phun bởi dòng khí bụi chuyển động với vận tốc lớn đến 150 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

1.3.3.8 Ưu nhược điểm của phương pháp ẩm

Ưu điểm:

• Thiết bị dễ chế tạo, giá thành thấp nhưng hiệu quả lọc bụi cao

• Có thể lọc được các loại bụi có kích thước < 0,1µm

• Có thể làm việc được với khí có nhiệt độ và độ ẩm cao

• Có thể lọc được các khí độc hại mà các phương pháp lọc khác khôngthực hiện được

Tuy nhiên phương pháp lọc này có một điểm hạn chế cần chú ý sau:

• Phải thêm hệ thống thoát nước và xử lý nước thải

• Khí thoát ra mang theo hơi ẩm có thể làm giảm khả năng sử dụng thiết bị

1.3.4 Đề xuất giải pháp xử lý bụi than tại gương lò cho dây chuyền đào lò bằng máy combai AM-50Z

Thiết bị được sử dụng phải đắp ứng khả năng thu lắng được cả bụi có kích thước 0,5 – 10 µm và thiết bị thu lọc bụi đạt hiệu suất 95-98% do đó hai thiết bị buồng lắng bụi và xyclon không phù hợp Lọc bụi túi vải có thể xử lý bụi kích thước nhỏ với hiệu suất rất cao nhưng vùng không khí có bụi than tại gương lò trong dây chuyền đào lò bằng máy combai AM-50Z có độ ẩm cao và điều này sẽ ảnh hưởng tới tính hoạt động ổn định của thiết bị

Trong hầm lò diện tích rất nhỏ hẹp nên thiết bị thu lắng bụi ở đây cũng phải

có kích thước nhỏ gọn Lọc bụi điện thường có kích thước lớn do đó không phù hợp trong trường hợp này

Với những yêu cầu và đặc điểm nơi sản xuất như vậy chúng ta thấy sử dụng thiết bị thu bụi ẩm ống Venturi là thích hợp nhất, với sơ đồ khối thiết bị như trình bày dưới đây (hình 1.8) Ngoài ra thiết bị lọc ướt cũng có thể làm giảm một số khí độc hại có trong hầm lò

Hình 1.8 Sơ đồ khối thiết bị lọc bụi than

Ra kh«ng khÝ

Ra b·i th¶i

ThiÕt bÞ läc bôi

Bé phËn cÊp bôi

Qu¹t hót

BÓ chøa n−íc B¬m TuÇn

hoµn

B¬m bïn x¶ cÆn

Chương 2 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT BỊ VENTURI

2.1 Khái quát về thiết bị Venturi

2.1.1 Nguyên lý hoạt động

Các máy rửa khí Venturi là những thiết bị thu bụi ẩm hiệu quả Đặc điểm cấu trúc chung của các thiết bị này là có ống biến bụi trong đó xảy ra quá trình đập nhỏ thể tích tưới phun bởi dòng khí bụi chuyển động với vận tốc lớn từ 40 m/s đến

150 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 Sự 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

2.1.2 Cấu tạo [1][4][6][8]

Hình 2.1 mô tả ống Venturi bao gồm có các phần sau:

• Ống thu hẹp tạo nên sự tăng tốc độ dòng khí bụi

• Cổ ống tạo tốc độ dòng khí bụi có giá trị cực đại

• Ống khuếch tán (ống loe) trong đó dòng khí giảm tốc độ và xảy ra sự kết tụ các hạt bụi cùng với các giọt nước

Ống Venturi có thể có tiết diện tròn hoặc chữ nhật Ống phần cổ venturi có nhiệm vụ tạo ra

sự xáo trộn khí đảm bảo ống làm việc có hiệu quả Vì dòng chuyển động ở trạng thái chảy rối nên tại cổ ống xảy ra sự va đập giọt nước và tạo nên sự xáo trộn mạnh giữa khí và các giọt Nhiệt

độ vào ống venturi không được vượt quá 2500C Nếu nhiệt độ khí vượt quá nhiệt độ trên thì phải làm nguội trước để tránh sự bốc hơi nước trong ống

2 1

2 1

tg

D D

2 2

2 3

tg

D D

Thiết bị venturi tưới phun theo trục tâm bằng mỏ phun (h 2.2a) Trong thiết

bị kiểu này sự cấp nước vào để tưới phun được thực hiện bởi các mỏ phun đặt

trước ống thu hẹp hoặc đặt trực tiếp ngay trong nó Áp suất ở trước các mỏ phun thường khoảng từ 0,2 đến 0,3 MPa Chủ yếu sử dụng các mỏ phun ly tâm

Thiết bị venturi tưới phun biên (h 2.2b) được sử dụng khi tưới phun dịch thể qua ống thu hẹp hoặc ống trụ

Thiết bị venturi phun theo màng (h.2.2c) Khi sử dụng nước tuần hoàn không sạch để phun trong ống thì có khả năng gây lắng kết trên thành của ống thu hẹp và ống loe, để tránh điều này người ta sử dụng màng phun dịch thể Sự cấp dịch thể như vậy có thể sử dụng kết hợp với sự cấp dịch thể qua các mỏ phun hoặc cấp theo biên, cũng có thể sử dụng độc lập chủ yếu là cấp qua các ống biến bụi Đường kính tối đa của phần trụ không nên lấy lớn hơn 100 mm

Các thiết bị venturi đưa dịch thể đến bằng năng lượng của dòng khí (h 2.2d) còn được gọi là thiết bị venturi không cần mỏ phun Chúng có thể dùng làm máy hấp thụ và để thu bụi khi dùng nước tuần hoàn Trở lực của ống Venturi tăng cùng với việc tăng sự tưới phun tuần hoàn, điều này thực hiện được do tăng vận tốc của khí (giữ nguyên mức chất lỏng), cũng như do tăng mức chất lỏng (khi vận tốc khí không đổi) Ví dụ như khi vận tốc của khí ở phần trụ của ống biến bụi là 50-60 m/s nếu tăng lưu lượng riêng tưới phun từ 0,8 đến 3,3 l/m3 sẽ dẫn tới sự tăng trở thủy lực của thiết bị từ 700 đến 3000 N/m2

2.1.4 Thiết bị cấp nước cho ống Venturi

Phương pháp đưa nước vào các thiết bị thu bụi ẩm đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc phân bố năng lượng cần thiết để thực hiện quả trình thu bụi Trong các thiết bị mà sự tưới phun nước chiếm phần chủ yếu trong việc tiêu tốn năng lượng (các tháp rửa rỗng có mỏ phun, thiết bị hút…) phải sử dụng mỏ phun làm việc với áp suất cao

Nếu tiêu thụ năng lượng để đưa nước vào đóng vai trò thứ cấp (các ống venturi, các thiết bị thu ẩm quán tính…) thì chỉ sử dụng các mỏ phun áp suất thấp Trong các trường hợp mà hầu như toàn bộ năng lượng cấp vào dành cho dòng khí (tháp rửa có ô đệm, tháp có đĩa…) và yêu cầu phải tạo được tưới phun đồng đều theo toàn bộ tiết diện của thiết bị thì người ta sử dụng những thiết bị tưới nước có cấu trúc khác nhau

2.1.5 Phân loại mỏ phun [8]

Đối với các thiết bị lọc bụi kiểu ướt hoạt động dựa trên nguyên lý bụi bị hấp thụ các giọt nước hiệu quả lọc và tính chất ổn định của thiết bị phụ thuộc không nhỏ vào việc lựa chọn đúng thiết bị vòi phun

• Mỏ phun ly tâm

• Mỏ phun tia - ly tâm

Đặc điểm luồng phun của các loại mỏphun:

• Loại mỏ phun ly tâm cho luồng phun đồng đều và kích thước giọt nước nhỏ

• Loại mỏ phun tia và tia-va đập cho luồng phun thô và kích thước giọt nước lớn

• Loại mỏ phun tia-ly tâm cho luồng phun có mức độ trung bình

Kích thước giọt nước phun phụ thuộc vào một số yếu tố sau:

Dịch tưới có độ nhớt càng lớn thì kích thước giọt chất lỏng bị đập nhỏ càng tăng theo (hình 2.3) [8]

Hình 2.3 Đồ thị tương quan giữa độ nhớt của dịch tưới và kích thước giọt

Ảnh hưởng của tính chất vật lý của khí thải lên mức độ đập nhỏ dòng khí là không đáng kể

Khi tăng áp suất dịch tưới trước và phun đường kính trung bình của giọt nước sẽ giảm (hình 2.4)

Hình 2.4 Đồ thi tương quan giữa áp suất dịch tưới và kích thước giọt

Về ảnh hưởng kích thước hình học của mỏ phun thì đường kính lỗ phun có ảnh hưởng lớn nhất đến mức độ đập nhỏ của giọt nước Khi tăng đường kính lỗ phun kích thước giọt nước tăng theo (hình 2.5) [8]

Hình 2.5 Đồ thị tương quan giữa đường kính lỗ phun và kích thước giọt nước

Suất tiêu hao dịch phun của các mỏ phun chủ yếu xác định bởi các yếu tố kết cấu (cấu tạo) và ít phụ thuộc vào tính chất vật lý của dịch phun và môi trường xung quanh Mỏ phun dạng tia có hệ số tiêu hao dịch phun lớn nhất (0,75 - 0,98) còn mỏ phun dạng ly tâm có hế số tiêu hao dịch phun nhỏ nhất (0,2 - 0,5)

Đối với các mỏ phun còn lại giá trị hệ số tiêu hao dịch phun ở khoảng giữa giá trị trên

Sự phân bố luồng phun chỉ phụ thuộc vào cấu tạo của mỏ phun và khoảng cách từ miệng mỏ phun Chính vì thế sự phân bố luồng phun do dạng mỏ phun quyết định (hình 2.6) [8]

a) b) c) d) e)

Hình 2.6 Các dạng luồng phun của các loại mỏ phun khác nhau

a Mỏ phun ly tâm; b Mỏ phun tia; c Mỏ phun tia – va đập; d Mỏ phun dòng tia va đập tương hỗ; e Mỏ phun tia – ly tâm

2.1.5.2 Mỏ phun khí nén

Trong các mỏ phun khí nén dòng nước bị đập nhỏ bởi động năng của dòng khí hoặc hơi có vận tốc lớn Còn nước được đưa vào mỏ phun dưới áp suất nhỏ thường không lớn hơn 4.105 N/m2, hoặc được cuốn vào dưới sức hút của dòng khí

Tác động tương hỗ của các dòng có thể xảy ra trong hộp của mỏ phun hoặc

ở bên ngoài Dạng của luồng phun phụ thuộc vào hình dạng của miệng ra (khi các dòng hòa trộn trong hộp) và vào lưu lượng của khí (khi hòa trộn ở bên ngòai) Kết quả biến bụi nước tốt nhất nhận được khi đưa nước song song vào chỗ khí có vận tốc lớn nhất Với cùng một năng suất khi sử dụng các mỏ phun khí nén sẽ tiêu tốn năng lượng lớn hơn khi sử dụng các mỏ phun cơ học Tuy nhiên các mỏ phun khí nén cho phép biến bụi nước nhỏ hơn

2.1.5.3 Tính toán vòi phun [11]

a Lượng nước tưới tiêu hao:

Lượng nước tưới cho ống venturi tiêu hao được tính theo công thức sau:

b Đường kính lỗ vòi phun

Đường kính lỗ vòi phun xác định theo công thức:

Trong đó:

ψ = 0,73 hệ số tiêu hao nước

p – áp suất nước cấp, Pa

ρ n - khối lượng riêng của nước, kg/m 3

2.1.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình vật lý diễn ra trong ống venturi

Đường kính trung bình của giọt nước trong ống venturi phụ thuộc vào các yếu tố sau:

• Áp suất cấp nước càng cao thì đường kính trung bình của giọt nước ở miệng

ra của vòi phun càng nhỏ và ngược lại Mối quan hệ giữa đường kính trung bình của giọt nước ở miệng ra của vòi phun và áp suất cấp nước được thể hiện ở hình 2.7 [6]

Hình 2.7 Đồ thị tương quan giữa áp suất cấp nước và đường kính trung bình của

giọt nước ở miệng ra của vòi phun

• Đường kính trung bình của giọt nước tỷ lệ nghịch với vận tốc dòng khí trong ống venturi như thể hiện trên hình 2.8 [6]

Vận tốc dòng khí càng lớn thì đường kính trung bình giọt nước càng nhỏ

Sự thay đổi vận tốc của hạt bụi và giọt nước trong ống venturi được thể hiện qua các đồ thị như trên hình 2.7, hình 2.8, hình

2.9: [6]

Hình 2.11 Biểu đồ vận tốc của hạt bụi và giọt nước trong ống venturi

Nhận xét chung:

• Hiệu suất của thiết bị lọc bụi tỷ lệ nghịch với đường kính trung bình giọt nứơc, do đó hiệu suất của thiết bị sẽ tăng khi áp suất cấp nước tăng, vận tốc dòng khí trong ống venturi tăng

• Vận tốc của giọt nước và hạt bụi sẽ tăng dần khi vào ống thu hẹp, đạt giá trị cao nhất ở trong ống trụ sau đó sẽ giảm dần ở trong ống khuếch tán Trong quá trình di chuyển vận tốc giảm dần trong ống khuếch tán sẽ xảy ra quá trình kết tụ giữa hạt bụi và giọt nước

2.2 Tính toán, thiết kế thiết bị Venturi

2.2.1 Các thông số đầu vào

• Lưu lượng của khí bụi vào thiết bị: Vk1 = 2.800 m3/h

• Nhiệt độ ban đầu của khí: tk1 = 20 0C

• Độ ẩm ban đầu của khí: dH20 = 0,0138 kg/m3

• Khí vào thiết bị lọc bụi có áp suất âm: ∆p = -15 mmH20

• Áp suất khí quyển của môi trường ngoài: B = 760 mmHg

• Khối lượng riêng của bụi: ρb = 2500 kg/m3

• Nhiệt độ ban đầu của nước phun: tn = 20 0

2.2.2 Tính toán các kích thước ống venturi

V D

V D

k V V

ρ

ρ

= (m3/s) (2.5) Vok: lượng khí ẩm vào ống venturi ở điều kiện tiêu chuẩn

) 804 , 0 1 (

) 273 (

1 1

1

H k

k

k

p t

V V

+ +

Trong đó:

pk1: áp suất tuyệt đối của khí vào ống venturi, pk1 = B - ∆p (N/m2) (2.7)

ρok2: khối lượng riêng của khí ở cổ ống ở điều kiện tiêu chuẩn

804,0)

(

m

kg d

d k

k ok

+

= ρ

ρok: khối lượng riêng của khí ở điều kiện tiêu chuẩn, ρok = 1,293 (kg/m3)

dk2 = 0,059 (kg/m3): độ chứa hơi nước trong 1 m3 khí

ρk2: khối lượng riêng của khí qua cổ ống ở điều kiện làm việc

2

2 2

101325)

273(

.273

m

kg t

p k

k ok

Trong đó:

tk2: nhiệt độ của khí vào cổ ống,

pk2: áp suất tuyệt đối của khí qua cổ ống venturi

2

2 2 2

3

2 2

2 1 1 1

273)

1(10.345,11

2 2

m N

t

m p

p

k

k ok

th

k dt dt

k k k k

++

ξ

ω ρ

(2.10)

Trong đó:

ρk1: khối lượng riêng của khí vào ống thu ở điều kiện thực tế

3

1 1

1

).

273 (

273

m

kg p t

p

k k

k ok

ξdt: hệ số trở lực tính đến tổn thất áp suất bổ sung khi phun dịch thể, ξdt = 0,1-0,23 [6]

ξth: hệ số trở lực của khí trong ống thu hẹp, ξth = 0,12 [6]

m: suất tiêu hao nước tưới, m3/m3 khí, m = 0,00021 m3/m3

2.2.2.3 Đường kính tại tiết diện ra của ống khuếch tán D 3 [1]

D D

2

2 1

2 1

D D

2

2 3

2.2.3 Tính toán đường kính trung bình giọt nước trong ống Venturi [6]

Trong trường hợp dịch thể cấp cho ống Venturi là nước, đường kính trung bình giọt nước tạo thành do hiệu ứng xé nhỏ dịch thể trong ống Venturi được tính toán theo công thức sau:

ω - vận tốc tia nước cấp qua vòi phun, m/s

m - suất tiêu hao nước tưới, m = 0,00012 – 0,0004 m3/m3 khí

2.2.4 Tính toán trở lực của ống Venturi

Theo tác giả Kropp L.I trở lực của ống Venturi được tính toán theo công thức sau:

2 2 2

ρk2: khối lượng riêng của khí qua cổ ống ở điều kiện làm việc

Trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm nhiều thiết bị lọc bụi venturi có kích thước

và thông số kỹ thuật khác nhau, Hesketh H.E đưa ra công thức thực nghiệm sau đây để xác định tổn thất áp suất trong ống Venturi [4]:

ω - vận tốc khí tại chỗ thắt của ống Venturi, m/s

S - tiết diện ngang của ống thắt, m 2

m - tỉ lệ nước/khí, m 3 /m 3

2.2.5 Tính toán hiệu suất hấp thụ bụi của ống Venturi

Như trên đã phân tích vai trò chủ yếu của ống Venturi là tạo ra quá trình hấp thụ bụi bởi các giọt nước

Theo tác giả Kropp L.I hiệu suất hấp thụ bụi bởi các giọt nước diễn ra trong ống Venturi được tính toán theo công thức sau:

η - hiệu suất hấp thụ bụi của ống Venturi

ν - hệ số hấp thụ bụi của giọt nước, ν = 0,75 [6]

Từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm, Hesketh H.E có đưa ra kết luận: thiết bị lọc bụi Venturi có khả năng khử được 100% loại bụi có đường kính hạt trên 5 µm và

do đó việc nghiên cứu hiệu quả lọc của thiết bị này chủ yếu là tiến hành đối với bụi

có đường kính hạt ≤ 5 µm Kết quả thực nghiệm đã được gia công thành công thức tính hiệu suất hấp thụ bụi bởi các giọt nước diễn ra trong ống Venturi như sau:

η = − 1 354, 2 p ∆ −1.43 (2.21)

Kết quả tính toán ống Venturi thể hiện trong bảng 2.1

Bảng 2.1 TÍNH TOÁN ỐNG VENTURI

1

1

1 1 , 13

k k

V D

ω

=

V D

ω

=

1 1

1 1

).

273 (

273

k k

k ok

k

p t

p

+

= ρ ρ

)273/(

.)

1.(

10.345,11

2/ 2/

2 2

2 2 3

2 2

2 1 1 1 2

k k

ok th

k dt dt k

k k k

t

m p

p p

++

+

−+

ωρξ

ωρξω

2

2 2

804,0

804,0)

(

k

k ok ok

101325 ) 273 (

273

2

2 2

2

k

k ok

) 273 (

1 1

1

h k

k

k ok

d p

t

V V

+ +

V

ρ ρ

=