Đồ án xử lí ô nhiễm không khí

Xi măng (từ tiếng Pháp: ciment) là chất kết dính thủy lực được tạo thành bằng cách nghiền mịn clinker, thạch cao thiên nhiên và phụ gia

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Sơ lược về xi măng :

Xi măng (từ tiếng Pháp: ciment) là chất kết dính thủy lực được tạo thành bằng cách

nghiền mịn clinker, thạch cao thiên nhiên và phụ gia Khi tiếp xúc với nước thì xảy ra cácphản ứng thủy hóa và tạo thành một dạng hồ gọi là hồ xi măng Tiếp đó, do sự hình thànhcủa các sản phẩm thủy hóa, hồ xi măng bắt đầu quá trình ninh kết sau đó là quá trình hóacứng để cuối cùng nhận được một dạng vật liệu có cường độ và độ ổn định nhất định

Vì tính chất kết dính khi tác dụng với nước, xi măng được xếp vào loại chất kếtdính thủy lực

Nguyên liệu chính dùng để sản xuất xi măng là đá vôi và đất sét, ngoài ra người tacòn dùng quặng sắt và Bôxít để làm nguyên liệu điều chỉnh

1.2 Tổng quan ngành xi măng

1.2.1 Ngành xi măng trên thế giới:

Nền kinh tế thế giới trong những năm qua (2000 - 2007) bước vào giai đoạn phát

triển ổn định và có thiên hướng chú ý vào nền kinh tế Châu Á Tiêu dùng xi măng trongnhững năm trở lại đây không ngừng tăng trưởng và là động lực quan trọng thúc đẩy ngànhcông nghiệp xi măng phát triển tại một số nước đang phát triển như: Trung Quốc, TháiLan, Ấn Độ, Indonesia… (trên thế giới hiện nay có khoảng hơn 160 nước sản xuất ximăng, tuy nhiên các nước có ngành công nghiệp xi măng chiếm sản lượng lớn của thế giớithuộc về Trung Quốc, Ấn Độ và một số nước như khu vực Đông Nam Á là Thái Lan vàIndonesia)

Theo dự báo nhu cầu sử dụng xi măng từ nay đến năm 2020: Tăng hàng năm 3,6% nămnhu cầu sử dụng xi măng có sự chênh lệch lớn giữa các khu vực trên thế giới: (nhu cầu cácnước đang phát triển 4,3% năm, riêng châu Á bình quân 5%/năm, các nước phát triển xấp

xỉ 1%/năm Ngoài ra tình trạng dư thừa công suất của các nhà máy là phổ biến ở Đông Âu,Đông Nam Á (Thái Lan, ngược lại ở Bắc Mỹ)

Các nước tiêu thụ lớn xi măng trong những năm qua phải kể đến: Trung Quốc, Ấn

Độ, Mỹ, Nhật bản, Hàn Quốc, Nga, Tây Ban Nha, Italya, Braxin, Iran, Mê hy cô, Thổ Nhĩ

Kỳ, Việt Nam, Ai Cập, Pháp, Đức…

1.2.2 Ngành công nghiệp xi măng tại Việt Nam

1.2.2.1 Vị trí ngành công nghiệp xi măng trong nền kinh tế Việt Nam

Xi măng là một trong những ngành công nghiệp được hình thành sớm nhất ở nước ta(cùng với các ngành than, dệt, đường sắt)

• Ngày 25/12/1889 khởi công xây dựng nhà máy xi măng đầu tiên của ngành Ximăng Việt Nam tại Hải Phòng

• Đến nay đã có khoảng 90 Công ty, đơn vị tham gia trực tiếp sản xuất và phục vụsản xuất xi măng trong cả nước, trong đó: khoảng 33 thành viên thuộc tổng công ty

xi măng Việt Nam, 5 công ty liên doanh, và hơn 50 công ty nhỏ và các trạm nghiền

Đá vôi

Máy đậpKho trộn đều

Máy đập

Silo đá vôiNguyên liệu

Silo quặng sắt

Máy nghiềnSilo trộn đều

Lò nung

Máy nghiền xi măng

Thiết bị làm nguộiSILO CLINKER

Silo xi măng

Máy đập

Silo thạch cao

Thạch caoQuặng sắt

Đồ án xử lí ô nhiễm không khí GVHD: ThS Võ Thị Thu Như

Tuy nhiên sản lượng xi măng sản xuất trong những năm qua không đáp ứng được nhu cầutiêu thụ trong nước

Trong những năm qua ngành xi măng đóng góp một phần không nhỏ vào tốc độ tăngtrưởng kinh tế Việt Nam, trung bình từ 10% - 12% GDP Vì thế Chính phủ xác định ximăng là ngành phát triển chiến lược nhằm hỗ trợ phát triển kinh tế

• Xi măng Portland hỗn hợp vẫn với thành phần chính là clinker và thạch cao,

ngoài ra còn một số thành phần phụ gia khác như đá pudôlan, xỉ lò Ở thị trường cácloại xi măng này có tên gọi như PCB 30, PCB 40

1.3 Bụi xi măng

Trong toàn bộ quy trình sản xuất xi măng:

Gồm 6 giai đoạn sau:

- Giai đoạn 1: Khai thác mỏ

- Giai đoạn 2: Gia công sơ bộ nguyên liệu

- Giai đoạn 3: Nghiền, sấy phối liệu sống

- Giai đoạn 4: Nung Clinker

- Giai đoạn 5: Nghiền xi măng

- Giai đoạn 6: Đóng gói xi măng

Trong giai đoạn nào cũng phát sinh ra bụi và khí thải, trong đó khí thải độc hại chỉ chiếm mộtphần rất nhỏ còn phần lớn là ô nhiễm không khí do bụi Tuỳ thuộc vào nguồn phát sinh mà bụi

ở các công đoạn có thành phần, nồng độ và kích thước khác nhau, mang những đặc trưngkhác nhau

Quy trình sản xuất xi măng

SVTH: Huỳnh Tấn Phiêm 07115052

Nguyễn Thị Thùy Quyên 07115057Trang 2

1.4 Ô nhiễm không khí và ô nhiễm bụi do sản xuất xi măng gây ra

1.4.1 Ô nhiễm không khí: là sự thay đổi lớn trong thành phần của khôngkhí hoặc có sự xuất hiện các khí lạ làm cho không khí không sạch, có sự tỏa mùi,làm giảm tầm nhìn xa, gây biến đổi khí hậu, gây bệnh cho con người và sinh vật

Các loại khí oxit: CO, CO2, SO2, NOx

Đồ án xử lí ô nhiễm không khí GVHD: ThS Võ Thị Thu Như

Các chất lơ lửng: sương mù, bụi

Giao thông vận tải

Đây là nguồn gây ô nhiễm lớn đối với không khí đặc biệt ở khu đô thị và khu đông dân cư.Các quá trình tạo ra các khí gây ô nhiễm là quá trình đốt nhiên liệu động cơ: CO, CO2,SO2, NOx, Pb, Các bụi đất đá cuốn theo trong quá trình di chuyển Nếu xét trên từngphương tiện thì nồng độ ô nhiễm tương đối nhỏ nhưng nếu mật độ giao thông lớn và quyhoạch địa hình, đường xá không tốt thì sẽ gây ô nhiễm nặng cho hai bên đường

Sinh hoạt

Là nguồn gây ô nhiễm tương đối nhỏ, chủ yếu là các hoạt động đun nấu sử dụng nhiên liệunhưng đặc biệt gây ô nhiễm cục bộ trong một hộ gia đình hoặc vài hộ xung quanh Tácnhân gây ô nhiễm chủ yếu: CO, bụi

1.4.4 Ô nhiễm không khí do bụi:

- Định nghĩa: Bụi là một tập hợp nhiều hạy, có kích thước nhỏ bé, tồn tại lâu trong không khí dưới dạng

bụi bay, bụi lắng và các khí dung nhiều pha gồm hơi, khói, sương mù

Bụi bay có kích thước từ 0,001 – 10 μm bao gồm tro, muội, khói và những hạt rắn đượcnghiền nhỏ, chuyển động theo kiểu Brao hoặc rơi xuống đất với vận tốc không đổi theo địnhluật Stok Về mặt sinh học, bụi này thường gây tổn thương nặng cho cơ quan hô hấp, nhất làkhi phổi nhiễm bụi thạch anh ( Silicose ) do hít phải không khí có chứa bụi bioxit silic lâungày

Bụi lắng có kích thước lớn hơn 10 μm, thường rơi nhanh xuống đất theo định luật Niutonvới tốc độ tăng dần Về mặt sinh học, bụi này thường gây tổn thương cho da, mắt, gây nhiễm

trùng, dị ứng….

1.4.5 Phân loại bụi:

Theo nguồn gốc

• Bụi hữu cơ như bụi tự nhiên ( bụi do động đất, núi lửa…)

• Bụi thực vật ( bụi gỗ, bông, phấn hoa…)

• Bụi động vật (len, lông, tóc…)

• Bụi nhân tạo (nhựa hóa học, cao su, cement…)

• Bụi kim loại (sắt, đồng, chì…)

• Bụi hỗn hợp ( do mài, đúc…)

Theo kích thước hạt bụi

• Khi D > 10 μm : gọi là bụi

• Khi D = 10 - 0,1 μm : gọi là sương mù

• Khi D < 0,1 μm: gọi là khói

Với loại bụi có kích thước nhỏ hơn 0,1 μm ( khói ) khi hít thở không được giữ lại trong phếnang của phổi, bụi từ 0,1 - 5 μm ở lại phổi chiếm 80-90%, bụi từ 5 – 10μm khi hít vào đượcđào thải ra khỏi phổi, còn bụi lớn hơn 10μm thường đọng lại ở mũi

Theo tác hại

Theo tác hại của bụi có thể phân ra:

• Bụi nhiễm độc chung (chì, thủy ngân, benzen)

• Bụi gây dị ứng viêm mũi,hen, nổi ban… ( bụi bông, gai, phaanhoas hoc, một số tinhdầu gỗ… )

• Bụi gây ung thư ( bụi quặng, crom, các chất phóng xạ…)

• Bụi gây sỏ hóa phổi ( thạch anh, quặng amiang…)

 Công nghệ sản xuất xi măng là một trong những ngành công nghiệp phát triển nhấtViệt Nam cả về số lượng lẫn chất lượng Bên cạnh những đóng góp to lớn về kinh

tế, xã hội, vấn đề môi trường do sản xuất xi măng đem lại về tài nguyên thiên nhiên

và cảnh quan sinh thái cần xem xét nghiêm túc nhằm giảm thiểu thiệt hại, lựa chọnphương hướng phát triển bền vững

 Trong quá trình công nghệ, vấn đề môi trường là việc giải quyết toàn bộ nhữngphần không cần thiết cho sự hình thành sản phẩm làm ô nhiễm môi trường xungquanh như: ô nhiễm không khí, mưa axit, nhiễm bẩn nguồn nước, phá hủy cảnh

Đồ án xử lí ô nhiễm không khí GVHD: ThS Võ Thị Thu Như

quan thiên nhiên trong đó ô nhiễm không khí do bụi đá, bụi xi măng đem lại lànhiều nhất

 Bụi xi măng ở dạng rất mịn (cỡ hạt nhỏ hơn 3µm) lơ lững trong khí thải, khi hít vàophổi dễ gây bệnh về đường hô hấp Đặc biệt khi hàm lượng SiO2 tự do lớn hơn 2%

có khả năng gây bệnh silicon phổi, một bệnh được coi là bệnh nghề nghiệp nguyhiểm, phổ biến nhất của công nghệ sản xuất xi măng Ngoài ra bụi theo gió phát tánrất xa, sa lắng xuống mặt đất và nước, lâu dần làm hỏng đất trồng, suy thoái hệ thựcvật

 Bụi trong không khí là vấn đề nan giải trong công nghiệp sản xuất xi măng Bụiphát sinh từ hầu hết các công đoạn sản xuất: nổ mìn, lấy đá, khai thác đất sét,nghiền nguyên liệu, nghiền xi măng, vận chuyển, nung lượng bụi tạo thành trongquá trình khai thác là:

 0,4kg bụi/tấn đá trong công đoạn nổ mìn từ khai thác đá hộc

 0,14kg bụi/tấn đá nghiền thô và 0,009kg/tấn theo phương pháp ướt

 0,17kg bụi/tấn đá khi bốc xếp, vận chuyển

 Lượng bụi bay vào không khí khi khai thác đất sét được coi là không đáng kể (40tấn/năm) so với bụi do khai thác than đá, điều này được giải thích do độ ẩm tựnhiên của đất sét khá cao (16 – 20%) nên ít gây bụi

 Bụi đất, đá, than vào phổi thường gây kích thích cơ học, sinh phản ứng xơ hóa phổi,bệnh về hô hấp

1.5 Tính chất lý hóa của bụi:

dụ bụi thạch anh cỡ 10 μm trong không khí chuyển động mỗi giây rơi xuống đất còn các hạt

bé hơn sẽ bay trong không khí, trong đó bụi cỡ 2 μm đạt 7,87 mm/s, bằng 100 lần tốc độ củahạy bụi có kích thước 1 μm ( 0,078 mm/s ) Tính chất này cho ta thấy rõ ảnh hưởng của bụiđến viêc thâm nhập vào cơ quan hô hấp và đến phương pháp phòng chống bụi

1.5.2 Tính nhiễm điện của hạt bụi:

Nhờ kính hiển vi, người ta xác định được điện tích của hạt bụi Bụi đặt trong một điện trường 3000Volt sẽ bị hút với tốc độ khác nhau tùy theo kích thước của hạt bụi Do đó, khi thiết kế hệ thống xử lý bụi bằngtĩnh điện cần lưu ý đến kích thước hạt bụi

Bảng 2.4 Tốc độ hút bụi của điện thế 3000 Volt

1.5.4 Tính lắng bụi do nhiệt:

Nếu cho khói chuyển động từ một ống có nhệt độ cao sang ống có nhiệt độ thấp hơn rất nhiều sẽ cóhiện tượng phần lớn khói lắng đọng trên bề mặt ống lạnh hơn Hiện tượng này là do sự trầm lắng của cáchạt do sự giảm tốc độ chuyển động của phân tử khí theo nhiệt độ

1.5.5 Tính dính kết của bụi

Các hạt có xu hướng kết dính vào nhau, với độ kết dính cao bụi có thể dẫn tới tìnhtrạng bệ nghẹt một phần hay toàn bộ thiết bị tách bụi Do đó đối với các thiết bị lọc, người

ta thường thiết lập giới hạn sử dụng theo độ kết dính của hạt bụi

Kích thước hạt bụi càng nhỏ thỉ chúng càng dễ bị bám vào bề mặt thiết bị Vớinhững bụi có (60-70) % hạt có đường kính nhỏ hơn 10 μm thì rất dễ dẫn đến dính bết,còn bụi có nhiều hạt trên 10 μm thì dễ trở thành tơi xốp

1.5.6 Độ mài mòn của bụi

Độ mài mòn của bụi đặc trưng cho cường độ mài mòn kim loại khi cùng vận tốc khí

và cùng nồng độ bụi

Độ mài mòn của bụi phụ thuộc vào độ cứng, hình dạng, kích thước và mật độ củahạt

Khi tính toán thiết kế phải tính đến độ mài mòn của bụi

1.5.7 Độ thấm ướt của bụi

Độ thấm ướt bằng nước của các hạt bụi có ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của cácthiết bị tách bụi kiểu ướt, đặc biệt là các thiết bị làm việc ở chế độ tuần hoàn

Theo tính chất thấm ướt các vật liệu rắn, được chia làm 3 nhóm:

- Vật liệu lọc nước: dễ thấm nước (canxi, thạch cao, phần lớn silicat và khoáng vậtđược oxy hóa, halogenua của kim loại kiềm)

- Vật liệu kỵ nước: khó thấm nước (grafit, than, lưu huỳnh)

- Vật liệu kỵ nước tuyệt đối: (paraffin, nhựa Teflon, bitum)

1.5.8 Độ hút ẩm của bụi

Đồ án xử lí ô nhiễm không khí GVHD: ThS Võ Thị Thu Như

dạng và độ nhám bề mặt các hạt bụi Độ hút ẩm của bụi tạo điều kiện tách chúng trong cácthiết bị lọc bụi kiểu ướt

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI 2.1 Buồng lắng bụi

Nguyên tắc

Sự lắng bụi bằng buồng lắng là tạo ra điều kiện để trọng lực tác dụng lên hạt bụi thắnglực đẩy ngang của dòng khí Trên cơ sở đó người ta tạo ra sự giảm đột ngột lực đẩy củadòng khí bằng cách tăng đột ngột mặt cắt của dòng khí chuyển động

Hình 1: Cấu tạo buồng lắng bụi đơn và kép

Ưu điểm:

Chi phí thiết bị và vận hành thấp

Không có bộ phận chuyển động

Không phải bảo trì thường xuyên

Không có vật liệu dễ ăn mòn

Ngoài ra còn có nhiều loại buồng lắng như: buồng lắng bụi có vách ngăn, buồnglắng có tấm chắn ở cửa, buồng lắng bụi động năng

2.2 Phương pháp xử lý bụi dựa vào lực ly tâm (cyclon)

Nguyên lí: không khí mang bụi vào thiết bị theo ống dẫn được lắp theo phương tiếp

tuyến với thân hình trụ của xiclon, không

khí sẽ chuyển động xoắn ốc bên trong thân

hình trụ của xiclon, khi chạm vào ống đáy

hình phễu dòng khí bị dội ngược trở lên

nhưng vẫn giữ được chuyển động xoắn ốc

và thoát ra ngoài ống thải Các hạt bụi chịu

tác dụng bởi lực ly tâm sẽ chuyển động về

phía thành ống của thân hình trụ, rồi chạm

vào đó, mất động năng, rơi xuống đáy phễu

suất ổn định, thu hồi bụi ở dạng khô

+ Hiệu quả xử lí không phụ thuộc vào sự

thay đổi nồng độ bụi

 Nhược điểm:

+ Hiệu quả thấp dối với bụi có đường kính d < 5 μm

+ Không thể thu hồi bụi kết dính

+ Dễ bị mài mòn thiết bị nếu trong dòng khí độc có hơi khí độc

2.3 Hệ thống lọc túi vải

Nguyên lý hoạt động

Đồ án xử lí ô nhiễm không khí GVHD: ThS Võ Thị Thu Như

Không khí chứa bụi thông qua lực hút của quạt được dẫn vào thiết bị lọc bụi, tại đây bụitiếp xúc với các túi vải được thiết kế trong thùng lọc, bụi bị tách ra không khí và dính vào

bề mặt túi vải, không khí sau đó thông qua các lỗ thông khí của vải thoát lên trên và theođường ống ra ngoài Bụi bị giữ ở bề mặt túi vải, sẽ rơi xuống thùng chứa bụi phía dướithiết bị lọc Sau một đơn vị thời gian nhất định, để làm sạch túi có thể dùng biện pháp rũtúi để làm sạch bụi ra khỏi túi hoặc có thể dùng các sóng âm thanh truyền trong khôngkhí hoặc rũ túi bằng phương pháp đổi ngược chiều dòng khí, hoặc dùng khí nén để rũbụi

 Ưu điểm

• Hiệu quả thu hồi bụi cao kể cả những hạt có kích thước nhỏ, có thể ứng dụngnhiều loại bụi

• Tổn thất áp suất thấp

• Gồm nhiều đơn nguyên và có thể lắp ráp tại nhà máy

• Phổ biến trong công nghiệp do chi phí không cao và có thể phục hồi vải lọc

 Nhược điểm

• Dễ cháy nổ, độ bền nhiệt thấp

• • Vải lọc dễ bị hư hại nếu nhiệt độ cao và ăn mòn hóa học

• Không thể vận hành trong môi trường ẩm

• Cần diện tích bề mặt lớn

2.4 Thiết bị lọc bụi bằng phương pháp ướt

Dòng khí mang bụi tiếp xúc với chất lỏng, bụi được giữ lại và thải ra ngoài dướidạng cặn bùn , do

1. Bụi được tách ra khỏi khí nhờ va chạm giọt nước

2. Bụi bị hút bởi màng nước và tách ra khỏi dòng khí

3. Dòng khí bụi sục vào nước và bị chia ra thành các bọt khí, bụi bị ướt và loại ra khỏidòng khí

 Ưu điểm

- Lọc bụi < 0.1 μm ( thiết bị lọc bụi Venturi)

- Có thể làm việc với khí nhiệt độ cao và độ ẩm cao

- Lưới lọc được khí độc

- Làm lạnh hay làm ấm khí thải

 Nhược điểm

- Phải xử lí bùn cặn

- Khí thoát mang theo hơi nước, gây hen rỉ đường ống

- Khí thải chứa các chất ăn mòn, vì thế phải bảo vệ thiết bị

Hình 1.13 Thiết bị tháp trần có vòi phun.

1 - Vỏ thiết bị, 2 - Vòi phun nước, 3 - Tấm chắn nước,

3 - Bộ phận hướng dòng và phân phối khí

2.5 Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Không khí bẩn được dẫn qua một bộ phận phân phối đi vào những ống hoặc mương trong

đó dọc theo trục của các ống có đặt những điện cực nối với cực âm của nguồn điện mộtchiều điện thế cao Dưới tác dụng của điện trường trên bề mặt của các điện cực sẽ tạothành những ion và electron Các ion và electron này sẽ truyền cho bụi điện tích nhờ thếbụi thu được điện tích âm và bị hút vào thành ống

Hiệu quả lọc bụi phụ thuộc vào kích thước hạt, cường độ dòng diện và thời gian bụinằm trong thiết bị

Ưu điểm : hiệu quả thu hồi cao với những hạt có kích thước cực nhỏ (0,01µm) và

nếu vận hành tốt có thể > 99,5%, tổn thất áp suất tương đối thấp, có thể xử lý lưu lượnglớn, lưu lượng dòng chảy vào thay đổi được, nồng độ bụi dao động 2,0- 250.000 mg/m3 ,

Đồ án xử lí ô nhiễm không khí GVHD: ThS Võ Thị Thu Như

Nhược điểm : chất ô nhiễm thể khí và hơi không thể thu hồi và xử lý, chi phí bảo

dưỡng cao, dễ cháy nổ, vận hành phức tạp, khí Ozon và NOx tạo ra ở điện cực âm

3. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Bụi xi măng rất mịn với đường kính trung bình khoảng 5µm, có tính kết dính cao nên sửdụng phương pháp lọc bụi tĩnh điện và thiết bị lọc bụi túi vải

Tuy nhiên hạn chế của thiết bị lọc bụi túi vải là độ bền nhiệt không cao dễ phá hủy khinhiệt độ dao động mạnh Nên chọn xử lý bụi bằng phương pháp lọc bụi tĩnh điện rất phùhợp

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện dạng ống có ưu điểm hơn thiết bị lọc bụi tĩnh điện dạng tấm là:

 Điện thế của điện trường lớn nên làm sạch khí tốt hơn

 Thuận lợi với khí có độ ẩm nhỏ, khó làm sạch

3 1 2

kh«ng khÝ bôi vµo

Vì vậy chọn phương pháp sử dụng thiết bị lọc bụi tĩnh điện dạng ống

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ:

Phía trên khu vực cần xử lý bụi ta lắp đặt các chụp hút để thu gom bụi, quạt hút trên đườngống sẽ dẫn dòng khí mang bụi vào thiết bị lọc bụi tĩnh điện Bụi rơi xuống phễu chứa bụisau đó được thu gom, quạt hút sẽ hút khí sạch và khí này sẽ theo đường ống khói bay rangoài không khí

Chương 3: CƠ SỞ LÍ THUYẾT LỌC BỤI

Đường ốngdẫn bụi

Quạt hút

Thùng chứabụi

Thiết bị lọc bụitĩnh điệnQuạt đẩy

Nguồn phát

sinh bụi

Chụp hút

Ống khói thải rangoài

Đồ án xử lí ô nhiễm không khí GVHD: ThS Võ Thị Thu Như

3.1 Nguyên lí làm việc và cấu tạo của thiết bị lọc bụi tĩnh điện.

3.1.1 Nguyên lí làm việc của thiết bị lọc bụi tĩnh điện kiểu ống

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của thiết bị như sau:

Cực dương là ống kim loại bao bọc xung quanh cực âm và được nối đất.Dưới điệnthế cao mà dây kim loại (cưc âm) được nạp điện sẽ tạo ra bên trong ống cực dương mộtđiện trường mạnh và khi dòng khí mang bụi đi qua, những phân tử khí trong dòng khí sẽ bịion hóa rồi truyền điện tích âm cho hạt bụi dưới tác va đập quán tính (bắn phá) và/hoặckhuếch tán ion Nhờ đó các hạt bụi bị hút về phía cực dương, đọng lại trên bề mặt trongcủa ống hình trụ, mất diện tích và rơi xuống phễu chứa bụi.

3.1.2 Cấu tạo thiết bị.

− Các thiết bị được lắp đặt sao cho dòng khí đi qua thiết bị lọc điện một cách đều đặn,thẳng hướng

3.1.2.3 Khung treo cực ion hóa.

Đồ án xử lí ô nhiễm không khí GVHD: ThS Võ Thị Thu Như

 Cực thu bụi

Cực thu bụi cần có độ cứng và độ bền cơ học cần thiết Bề mặt cực thu bụi phải nhẵnkhông có mấu nhọn, có tính chất khí động tốt và chịu được sức rung động khi giũ bụi

− Bề mặt nhẵn đảm bảo cường độ mạnh của điện trường, dễ chế tạo, dễ giũ bụi nhưng

có nhược điểm là bụi dễ bị tung trở lại dòng khí

− Cực thu bụi có hình chắn song, hình túi, hình máng và hình chữ C được áp dụng rấtphổ biến trong thiết bị lọc bụi tĩnh điện kiểu tấm loại khô

Loại hình chữ C hoặc M đáp ứng được nhiều yêu cầu: độ cứng, ít tung bụi và chiphí vậy liệu thấp

− Đối với thiết bị lọc kiểu tấm bản lọc ướt người ta sử dụng cực thu bụi nhẵn vàphẳng

− Đối với thiết bị lọc kiểu ống là các loại ống tiết diện tròn, vuông, 6 cạnh Đườngkính từ 200 ÷ 300 mm, chiều dài từ 3000 ÷ 5000 mm

− Vật liệu: thép cacbon được sử dụng nhiều nhất, trong môi trường ăn mòn có thể sửdụng thép không gỉ hoặc hợp kim khác

 Cực ion hóa.

Đồ án xử lí ô nhiễm không khí GVHD: ThS Võ Thị Thu Như

Hình:các dạng khác nhau của cực ion hóa:

1- dây thép tròn; 2- dây tiết diện 4 cạnh; 3- kiểu băng; 4-kiểu lò xo; 5-kiểu dây cáp xoắn; 6-băng lật từng đọan; 7-tiết diện chữ thập; 8-9-10-11 – băng có gai nhọn; 12-dây thép gai; 13-băng có gai hai bên; 14-băng kiểu hoa văn trang trí; 15- hình răng cưa; 16-17- băng có mấu nhỏ ra đều đặn.)

− Được treo thành từng hàng trên cùng một thanh, phía dưới được gắn các vật nặng

để cực ion hóa tránh dao động

− Vật liệu: phải có tình cơ khí tốt như: thép không gỉ, đồng, hợp kim titan, nhôm…thường là thép giàu cacbon

− Các yêu cầu kĩ thuật đối với cực ion hóa

 Có hình dạng xác định để tạo ra sự phóng điện corona mạnh và cùng dấu

 Có độ cứng và độ bền cơ học cao

− Theo tính năng kĩ thuật chia thành 2 nhóm:

+ Nhóm thứ nhất là các cực ion hóa không có điểm phóng điện một cách xácđịnh, được sử dụng trong thiết bị lọc bụi kiểu ống, kiểu tấm bản

Hình dạng tiết diện ngang của cực ion hóa nhóm 1:

 Tiết diện tròn đường kính từ 2 - 4 mm, đôi khi được xoắn lòa xo

 Tiết diện vuông mỗi cạnh 3 - 4 mm thẳng hoặc xoắn để cạnh thành đường sóng

 Tiết diện hình sao số cánh khác nhau

 Tiết diện dẹt kiểu băng

Tiết diện ngang của dây cực ion hóa là đảm bảo chịu lực, nhưng bề mặt phóng điện cần

có bán kính cong bé để phóng diện corona được mạnh và hiệu quả

+ Nhóm thứ hai là các cực ion hóa có điểm phóng điện rõ ràng trên chiều dàicủa chúng.Trên chiều dài của cực ion hóa cần có những gai, mấu nhọn cách nhau đều đặnnhưng không làm giảm độ bền cơ học của dây cực Điển hình cho cực ion hóa loại này làdây thép gai Nhóm này chỉ được sử dụng trong thiết bị lọc bụi kiểu tấm bản

Cực ion hóa được chế tạo từ kim loại bền vững trong môi trường làm việc: thép cường độcao, thép silic…

3.1.2.5 Cơ cấu tách bụi ra khỏi điện cực.

Có 2 cơ chế là dùng búa và dùng lực hút nam châm Cơ cấu dùng búa là loại phổbiến nhất vì lực đập của búa mạnh hơn lực hút của nam châm

 Cơ cấu dùng búa:

Đồ án xử lí ô nhiễm không khí GVHD: ThS Võ Thị Thu Như

Cơ cấu truyền động ngoài làm quay búa và dập định kỳ vào đe, đe truyền động đếnđiện cực lắng

 Cơ cấu dùng lực hút nam châm

Cơ cấu này dễ dàng thay đổi và kiểm soát tần số đập nhung cường độ lực đập khônglớn bằng dùng búa.

(1) Cửa để kiểm tra, lau chùi

(2) Dùng tháo bụi khi bụi quá nhiều và bị kẹt

(3) Cửa tháo bụi

(4) Bộ phận vận chuyển bụi

Đồ án xử lí ô nhiễm không khí GVHD: ThS Võ Thị Thu Như

Sau khi bụi rơi ra từ điện cực lắng, chúng được giữ tạm thời tại các phễu chứa bụi.Phễu được thiết kế với góc nghiêng từ 50 ÷ 70 , để bụi chảy xuống phía dưới dễ dàng

Bộ phận vận chuyển bụi: có thể dùng băng tải hoặc hệ thống nén áp suất cao để dưabụi ra ngoài

3.2 Ưu nhược điểm của thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện rất quan trọng đối với ngành công nghiệp hiện nay Chúng

có nhiều đặc điểm so với các thiết bị lọc bụi khác:

 Ưu điểm:

− Hiệu suất làm việc cao η= 99 - 99,9 %

− Năng suất rộng: 1 m đến vài triệu m

− Thiết bị có trở lực thủy lực bé: 5 - 20 mm H0

− Có thể làm sạch ở áp xuất thường, áp xuất âm, hoặc áp xuất dương

− Nồng độ bụi trong không khí cần làm sạch từ vài phần gam đến 50g/m

− Có thể tự động hóa hoàn toàn tất cả các khâu

 Nhược điểm:

− Tốn nhiều năng lượng

− Giá thành đắt

− Phù hợp quy mô sản xuất lớn

− Yêu cầu làm sạch cao

3.3 Sự ion hóa dưới tác dụng của điện trường

Khi ta mắc nguồn điện vào hai bản cực của kim loại đặt song song với nhau cách nhaubởi một lớp không khí, trên mạch đặt một điện kế Ta thấy kim điện kế không lệch đichứng tỏ mạch không có dòng điện chạy qua vì không khí nằm giữa hai bản cực kim loạikhông dẫn điện Nếu ta tăng hiệu số điện thế giữa hai điện cực thì thấy kim điện kế lệch đi.Như vậy trong mạch lúc đó có dòng điện chạy qua vì không khí giữa hai bản cực bị ionhóa

Sự ion hóa có thể xảy ra theo hai trường hợp:

− Tự ion hóa xảy ra khi tăng hiệu số điện thế giữa hai điện cực đến một giá trị vượtquá giá trị ứng với hằng số điện môi của không khí

− Bị động ion hóa xảy ra dưới tác dụng của các nhân tố như tia phóng xạ, tiaRơnghen…

Trong kĩ thuật lọc bụi tĩnh điện người ta ứng dụng phương pháp tự ion hóa Dưới tácdụng của điện thế, các phần tử khí bị phân li thành các ion dương và các điện tử tự do, cácion và các điện tử này chuyển động đến các điện cực trái dấu Trên đường đi đến các điện

Đồ án xử lí ô nhiễm không khí GVHD: ThS Võ Thị Thu Như hóa luôn các phần tử đó Tốc độ chuyển động, động năng của các ion và diện tử càng tăngkhi điện thế giữa hai điện cực càng tăng Nhưng ta tăng đến một giới hạn nào đó gọi là

“điện thế xuyên thủng” của khí, khi đó cường độ dòng điện tăng rất nhanh Giữa hai bảncực xuất hiện tia lửa điện, gọi là hiện tượng tự phóng điện

Trong lọc điện người ta hết sức tránh xuất hiện tia lửa điện bằng cách làm cho điệntrường hai điện cực không đồng nhất với nhau Một điện cực là dạng tấm phẳng hoặc ống ,còn diện cực kia là dây dẫn

Điện cực dương ( điện cực lắng)

Điện cực âm( Điện cực quầng hay điện cực dây)

a, b, d: điện trường không đều.

c: điện trường đều

Điện cực dây là điện cực âm, còn điện cực tấm hay điện cực ống là điện cực dương.Bụi sẽ lắng trên điện cực tấm hay ống nên gọi là điện cực lắng

Thực tế bụi làm sạch nhờ lực tĩnh điện cần phải có hai điều kiện sau:

− Khí chứa bụi phải đạt 10 ion/ cm khí

− Cần phải có điện trường mạnh một chiều

3.4 Sức hút tĩnh điện − vận tốc di chuyển của hạt bụi.

Dưới một điện áp tới hạn, các phân tử khí hoặc không khí bị ion hóa ở điện cực nạpđiện và phân chia thành các ion dương và âm

Các ion dương tập trung đậm đặc ở gần điện cực âm và tạo thành quần sáng coronaxung quanh điện cực Các ion khí mang dấu − sẽ di chuyển về phía cực dương và trên

đường chuyển động chúng va đập vào các hạt bụi làm cho các hạt bụi bị tích điện âm, nhờ

đó bụi bị hút vào các bản cực thu bụi Quá trình tích điện của các hạt bụi xảy ra rất nhanh

do số lượng ion dày đặc và kích thước của chúng nhỏ hơn nhiều lần so với ngay cả hạt bụidưới micromet Kết quả là hầu hết bụi được tích điện ngay từ tiết diện vào của thiết bị

Đồ án xử lí ô nhiễm không khí GVHD: ThS Võ Thị Thu Như

Hình: Qúa trình tích điện và di chuyển của hạt bụi trong điện trường của

p = với D là hằng số tĩnh điện của hạt bụi

Đa số bụi D nằm trong khoảng 2 ÷ 8 và p = 1,5 ÷ 2,4 Bụi không dẫn điện có thể lấy

p = 1,75 Bụi kim loại có D = ∞ và lúc đó p = 3

ε : hệ số thẩm thấu điện ε = 8,854.10

E : cường độ điện trường ion hóa tức độ thay đổi điện áp trên đơn vị chiềudài, ( )

q : điện lượng, Culong ( C )

δ : đường kính hạt bụi, m

− Đối với hạt bụi đường kính δ ≤ 0,2 µm do quá trình tích điện xảy ra chủ yếu là dokhuếch tán ion

Q = 10 e δ Trong đó: e là điện tích của electron, e = 1,6.10 C

− Đối với bụi có đường kính δ = 0,2 ÷ 0,5 µm cả hai tác động va đập và khuếch tánđều xảy ra Tốc độ tính điện nhanh nhất là bụi có đường kính δ = 0,3 µm

Thiết bị lọc điện 1 vùng thì điện trường ion hóa và điện trường hút bụi là một và bằng E

F = pπε E δ Dưới tác dụng của lực tĩnh điện F hạt bụi sẽ dịch chuyển với vận tốc ω theo phươngtrực giao với dòng chảy của khí hướng về phía điện cực hút bụi và với vận tốc ấy sẽ gây ralực cản F theo phương ngược lại

F = 3πµδω

Trong đó:

K: hệ điều chỉnh cho sát với định luật Stokes đối với bụi có đường kính 10

µm, được gọi là hệ số Cunningham

K = 1 + Trong đó:

Đồ án xử lí ô nhiễm không khí GVHD: ThS Võ Thị Thu Như

λ : bước tự do của phân tử khí

Ở nhiệt độ 25 0C và áp suất 1 atm ta có u = 467 và λ = 0,067 µm Ở điều kiện nàyđối với hạt bụi hình cầu đường kính trên 1µm hệ số Cunningham sẽ có giá trị :

K = 1 +

T tính theo K và δ tính theo µm Cân bằng hai lực F và F ta thu được vận tốc chuyển động của hạt bụi về phía cựahút gọi là vậ tốc di chuyển

ω = K

Trị số vận tốc này một cách gần đúng có thể xem là hằng số dối với cỡ hạt bụi δ

trong điện trường E

3.5 Phương trình của thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Đầu tiên ta xem xét thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu ống, bán kính ống cực dương hút bụi

Hình: Sơ đồ tính tóan thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu ống

Chọn trục x trùng với dây cực âm - tức trục của ống hình trụ và trục y là trục vuông góc

theo phuong bán kính của hình trụ

Nếu dòng khí chuyển động trong ống với vận tốc trong bình tương dối nhỏ tức là chế

độ chuyển động của khí mang tính chất chảy tầng thì trường vận tốc trên mặt cắt ngang

của ống sẽ có dạng gần như parabon Lúc đó vận tốc dòng khí chảy dọc theo trục x tại tung

độ y bất kì sẽ được biễu diễn bằng phương trình sau đây:

υ = = υ Trong đó:

υ : vận tốc cực đại ở tại tâm của tiết diện ống Có thể chứng tỏ rằng υ đúngbằng 2 lần vận tốc trung bình của dòng khí trong ống:

Đồ án xử lí ô nhiễm không khí GVHD: ThS Võ Thị Thu Như

υ = 2υ = 2 Trong đó:

L: lưu lượng của dòng khí đi qua ống, R: bán kính tiết diện ngang của ống, m

Vận tốc di chuyển của hạt bụi dưới tác dụng của lực tĩnh điện:

ω = = const = =

Giới hạn cuối cùng của hạt bụi để nó bị giữ lại trong thiết bị là khi nó di hết chiều

dài l của ống hình trụ thì nó cũng vừa chạm vào thành ống:

l = R = Trường hợp thiết bị lọc kiểu tấm bản, khi các tấm bản cách nhau 2a và có chiều cao h

với chế độ chảy rối của khí giữa các tấm bản thì:

l = a =

Cần lưu ý rằng chuyển động của dòng khí trong thiết bị lọc bụi bằng điện trên thực

tế thường mang tính chất chảy rối

Bởi vì ω là hàm số của đường kính hạt bụi δ nên các phương trình nêu trên cho phép ta xác

định được chiều dài l của thiết bị lọc ứng với các thông số khác đã cho để toàn bộ cở bụi

đường kính δ nào đó cho trước đều bị giữ lại trong thiết bị lọc, nói cách khác thiết bị lọcđât hiệu quả lọc 100% đối với cỡ bụi δ cho trước

Ngược lại, khi mọi thông số của thiết bị lọc đã biết các phương trình cho phép taxác định được cỡ bụi đường kính δ mà tất cac3 các hạt có đường kính ≥ δ sẽ bị giữ lạihoàn toàn trong thiết bị Các cỡ hạt < δ cũng có thể bị giữ lại trong thiết bị nhưng ở mứchiệu quả nhỏ hơn 100%

3.6 Hiệu quả lọc theo cỡ hạt của thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Xem xét trường hợp lọc bụi bằng điện kiểu tấm bản

Hình: Sơ đồ tính tóan hiệu quả lọc của thiết bị bụi bằng điện kiểu tấm bản

Giả thiết rằng sự phân bố nồng độ bụi trên tiết diện ngang của thiết bị là như nhau

và không phụ thuộc vào khoảng cách từ chổ vào đến tiết diện xem xét

Đồ án xử lí ô nhiễm không khí GVHD: ThS Võ Thị Thu Như

C = ψC Trong đó:

ψ : hệ số tỷ lệ

Do có sự tích tụ của bụi trong thời gian dτtrên bề mặt của bản cực hút bụi có điện

tích 2hdx, khối lượng bụi trong khí giảm xuống một lượng dm

dm = -2Cωh dx dτ Trong đó:

ω : vận tốc di chuyển của hạt bụi về phía cực hút bụi,

h: chiều cao của tấm bản cực hút bụi, m

Do sự giảm khối lượng bụi mà:

dm = 2ah dx dC a: khoảng cách từ cực ion hóa đến tấm bản cực hút bụi, m

Từ các phương trình ta thu được

= − dτ

Lấy tích phân với các cận vế trái từ C đến C và vế phải từ 0 đến τ và thay thời gian τ bằng

tỷ số của chiều dài l và vận tốc υ:

C = C exp

Trong đó:

C, C : nồng độ bụi ban đầu và cuối cùng của khí ở trước và sau bộ lọc,

l: chiều dài của tấm bản, m

υ: vận tốc trung bình của dòng khí đi giữa các tấm bản, Hiệu quả lọc của thiết bị được biểu diễn qua nồng độ đầu và cuối khi qua bộ lọc

η= Cuối cùng ta thu được:

η = 1− exp

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện kiểu ống lập luận tương tự như thiết bị lọc bụi tĩnh điện kiểu tấm

Có một vài thay đổi cho phù hợp Cụ thể :

Khoảng cách a thay cho bán kính R của cực hút bụi hình trụ, trục x là trục của hình

trụ và đồng thời đó là cực ion hóa của bộ lọc

Lúc đó diện tích của bề mặt hút bụi của đoạn dx là 2πRdx, thể tích khối khí của đoạn có độ dài dx là πRdx Hiệu quả lọc của thiết bị lọc bụi tĩnh điện kiểu ống:

η = 1− exp Gọi A là diện tích bề mặt hút bụi của bộ lọc