Tiểu luận kỹ thuật xử lý ô nhiễm không khí

Tiểu luận kỹ thuật xử lý ô nhiễm không khí

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Định nghĩa về bụi 3

1.2 Phân loại bụi 3

1.3 Đặc điểm và tính chất 4

1.4 Tác hại của bụi đến sức khỏe 5

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN 7

2.1 Phân loại lọc bụi tĩnh điện 7

2.2 Nguyên lý làm việc của lọc bụi tĩnh điện 8

2.3 Cấu tạo các bộ phận chính của hệ thống lọc bụi tĩnh điện 9

CHƯƠNG 3 VÍ DỤ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LỌC BỤI 13

3.1 Các thông số ban đầu 13

3.2 Hiệu suất tối thiểu cần có của Lọc bụi tĩnh điện 13

3.3 Kích thước cơ bản của thiết bị 14

3.4 Số lượng các điện cực 16

TÀI LIỆU THAM KHẢO 18

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, song song với nền kinh tế phát triển và xã hội văn minh, nền khoa học kỹ thuật hiện đại đã nâng cuộc sống của con người lên mức tiện nghi, thoải mái hơn Nhưng một điều mà con người không ngờ đến là để đáp ứng được nhu cầu cuộc sống, sự khai thác quá mức tài nguyên thiên nhiên hoặc kết quả của sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật như con dao hai lưỡi, vừa làm cho cuộc sống thêm phần tiện nghi vừa làm cho môi trường xuống cấp đến mức báo động Những nhà máy, xí nghiệp, bệnh viện … thải ra các cột khói, bụi, nước thải chứa đầy các chất ô nhiễm đã đe doạ đến cuộc sống của con người và hệ sinh thái tự nhiên

Chính vì thế xử lý các tác nhân ô nhiễm để có bầu không khí ta thở hàng ngày được trong lành hơn, giảm các bệnh về đường hô hấp, sảng khoái tinh thần làm việc hiệu quả hơn đang là một vấn đề được quan tâm hiện nay

Trong phạm vị hiểu biết còn hạn hẹp của chúng em, chúng em xin tìm hiểu

về hệ thống lọc bụi tĩnh điện

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Định nghĩa về bụi

Các phần tử chất rắn thể rời rạc (vụn) có thể được tạo ra trong các quá trình nghiền, ngưng kết và các phản ứng hóa học khác nhau Dưới tác dụng của các dòng khí hoặc không khí, chúng chuyển thành trạng thái lơ lửng và trong những điều kiện nhất định chúng tạo thành thứ vật chất mà người ta gọi là bụi

Bụi là một hệ thống gồm hai pha: pha khí và pha rắn rời rạc – các hạt có kích thước nằm trong khoảng kích hước nguyên tử đến kích thước nhìn thấy được bằng mắt thường, có khả năng tồn tại ở dạng lơ lửng trong thời gian ngắn khác nhau

Sol khí (aerosol) cũng là hệ thống vật chất rời rạc gồm các hạt thể rắn và thể lỏng ở dạng lơ lửng trong thời gian dài không hạn định Tốc độ lắng chìm của các hạt aerosol rất bé Những hạt bé nhất của aerosol có kích thước gần bằng kích thước các nguyên tử lớn, còn những hạt lớn nhất có kích thước khoảng 0,2 - 1µm

1.2 Phân loại bụi

Về kích thước, bụi được phân chia thành các loại sau đây:

 Bụi thô, cát bụi (grit): gồm các hạt bụi chất rắn có kích thước hạt > 75

.

 Bụi (dust): hạt chất rắn có kích thước nhỏ hơn bụi thô (5 – 75µm) được hình thành từ các quá trình cơ khí như nghiền, tán đập,…

 Khói (smoke): gồm các hạt vật chất có thể là rắn hoặc lỏng được tạo ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu hoặc quá trình ngưng tụ có kích thước hạt (1 – 5µm) hạt bụi cỡ này có tính khuếch tán rất ổn định trong khí quyển

 Khói mịn (fume): gồm những hạt chất rắn rất mịn, kích thước hạt < 1µm

 Sương (mist): hạt chất lỏng kích thước < 10µm

Phân loại theo nguồn gốc:

 Bụi tự nhiên (bụi do động đất, núi lửa,…)

 Bụi thực vật (bụi gỗ, bụi phấn hoa,…)

 Bụi động vật, người (lông, tóc,…)

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

 Bụi kim loại (sắt, đồng, chì,…)

 Bụi hỗn hợp (do mài, đúc,…)

Phân loại theo tác hại:

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

 Bụi gây dị ứng viêm mũi, hen, nổi ban,…(bụi bông, gai, phân hóa học, một

số tinh dầu gỗ)

 Bụi gây ung thư (bụi quặng, Crom, chất phóng xạ,…)

 Bụi xơ hóa phổi (thạch anh, quặng amiang,…)

1.3 Đặc điểm và tính chất

Bụi thu giữ được hoặc bụi đã lắng đọng đồng nghĩa với khái niệm “bột”, tức loại vật chất vụn, rời rạc

Kích thước của hạt bụi được biểu diễn là đường kính, độ dài cạnh của hạt hoặc lỗ rây, kích thước lớn nhất của hình chiếu của hạt

Đường kính tương đương tđ của hạt bụi có hình dáng bất kì là đường kính hình cầu có thể tích bằng thể tích của hạt bụi

Vận tốc lắng chìm của hạt bụi là vận tốc rơi của hạt trong môi trường tĩnh dưới tác dụng của trọng lực Vận tốc lắng chìm phụ thuộc vào kích thước của hạt, hình dáng và khối lượng đơn vị của nó cũng như khối lượng đơn vị và độ nhớt của môi trường

Đường kích lắng chìm của hạt bụi là đường kính hạt bụi hình cầu mà vận tốc rơi và khối lượng đơn vị của nó bằng vận tốc rơi và khối lượng đơn vị của hạt bụi có hình dáng phi chuẩn đang xem xét Được xác định theo công thức sau:

Trong đó:

: đường kính lắng chìm, µm

: Độ nhớt động lực của môi trường không (khí, nước), Pa.s

: khối lượng đơn vị của vật liệu bụi và môi trường, g/cm3

H: chiều cao rơi (lắng) của hạt, cm

g: gia tốc trọng trường, m/s2

: thời gian rơi, s

 Tính chất hóa lý của bụi

Tính tán xạ Tính bám dính Tính mài mòn Tính thấm Tính hút ẩm và tính hòa tan Tính mang điện

Tính cháy nổ

1.4 Tác hại của bụi đến sức khỏe

Bụi gây tác hại đến da, mắt, cơ quan hô hấp, tiêu hoá:

Tổn thương đường hô hấp: Các bệnh đường hô hấp như viêm mũi, viêm họng, viêm phế quản, viêm teo mũi do bụi crom, asen,

Các hạt bụi bay lơ lửng trong không khí bị hít vào phổi gây tổn thương đường hô hấp Khi ta thở, nhờ có lông mũi và màng niêm dịch của đường

hô hấp mà những hạt bụi có kích thước lớn hơn 5µm bị giữ lại ở hốc mũi tới 90% Các hạt bụi có kích thước (2 – 5µm) dễ dàng vào tới phế quản, phế

nang, ở đây bụi được các lớp thực bào vây quanh và tiêu diệt khoảng 90% nữa, số còn lại đọng ở phổi gây nên bệnh bụi phổi và các bệnh khác (bệnh silicose, asbestose, siderose, )

Bệnh phổi nhiễm bụi: Thường gặp ở các ngành khai thác chế biến vận chuyển quặng đá, kim loại, than, vv

Bệnh silicose: Là bệnh do phổi bị nhiễm bụi silic ở thợ khoan đá, thợ mỏ, thợ làm gốm sứ, vật liệu chịu lửa, chiếm 40 - 70% trong tổng số các bệnh

về phổi Ngoài ra còn có các bệnh asbestose (nhiễm bụi amiang), aluminose (bụi boxit, đất sét), siderose (bụi sắt)

Bệnh ngoài da: Bụi có thể dính bám vào da làm viêm da, bịt kín các lỗ chân lông và ảnh hưởng đến bài tiết mô hôi, có thể bịt các lỗ của tuyến nhờn, gây

ra mụn, lở loét ở da, viêm mắt, giảm thị lực, mộng thịt

Bệnh đường tiêu hoá: Các loại bụi có cạnh sắc nhọn lọt vào dạ dày có thể làm tổn thương niêm mạc dạ dày, gây rối loạn tiêu hoá

Bụi gây chấn thương mắt, bụi kiềm, bụi axit có thể gây ra bỏng giác mạc làm giảm thị lực

Bụi hoạt tính dễ cháy nếu nồng độ cao, khi tiếp xúc với tia lửa dễ gây cháy

nổ, rất nguy hiểm

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN

2.1 Phân loại lọc bụi tĩnh điện

Lọc bụi tĩnh điện ngày nay được sử dụng rộng rãi để lọc các chất rắn và lỏng vì tính đa năng và hiệu suất cao Hiệu suất lọc bụi tĩnh điện có thể tới hơn 99,9% và lọc được các hạt bụi siêu nhỏ từ nồng độ bụi ban đầu tới hơn 50g/m3

Lọc bụi tĩnh điện được sử dụng trong vùng nhiệt độ tới 4500C, dưới tác dụng của môi trường ăn mòn, với áp suất dương hoặc chân không (áp suất âm)

Lọc bụi tĩnh điện có ưu điểm lớn là chi phí vận hành thấp, trở lực nhỏ (không lớn hơn 250Pa) nên tiêu hao năng lượng lọc cho 1000m3 khí chỉ bằng 0,1

÷ 0,5 Kwh

Nhưng lọc bụi cũng cần có vốn đầu tư lớn, suất đầu tư cho các bộ lọc bụi tĩnh điện với năng suất càng nhỏ lại càng lớn và ngược lại

Lọc bụi tĩnh điện có nhược điểm là hiệu quả sẽ thấp khi dùng để khử bụi có điện trở suất quá cao; không sử dụng được cho những loại khí tạo thành hợp chất

nổ nguy hiểm; và cần có chế độ làm việc, lắp đặt, căn chỉnh rất nghiêm ngặt

Lọc bụi tĩnh điện được chia làm hai loại: Lọc bụi tĩnh điện khô và lọc bụi tĩnh điện ướt

i Lọc bụi tĩnh điện ướt: lọc bụi tĩnh điện ướt dùng để khử bụi dạng

vật liệu rắn và được rửa khỏi bề mặt lắng bằng nước Nhiệt độ của dòng khí chứa bụi cần bằng hoặc xấp xỉ nhiệt độ đọng sương của nó khi vào lọc bụi tĩnh điện Ngoài ra lọc bụi ướt được sử dụng để thu các hạt lỏng dạng sương hoặc giọt ẩm từ dòng khí Trong các trường hợp này có thể không cần đến việc rửa bề mặt lắng mà các hạt dạng lỏng tự tích tụ và chảy xuống dưới

ii Lọc bụi tĩnh điện khô: Lọc bụi tĩnh điện khô thường dùng để khử

các bụi dạng rắn và được tách ra khỏi điện cực lắng bằng cách rung gõ Dòng khí vào lọc bụi tĩnh điện khô phải có nhiệt độ cao hơn hẳn điểm đọng sương để tránh đọng nước trên bề mặt lắng và tránh ôxy hoá cho các điện cực Dòng khí vào vùng tích cực của lọc bụi tĩnh điện có thể theo chiều ngang hoặc chiều đứng vì thế lọc bụi tĩnh điện được chia ra làm: Lọc bụi tĩnh điện ngang và lọc bụi tĩnh điện đứng

Lọc bụi tĩnh điện có thể có nhiều trường để đảm bảo tính hiệu quả làm việc của nó

- Lọc bụi tĩnh điện đứng thường chỉ có một trường vì làm nhiều trường sẽ

rất phức tạp và vì thế hiệu suất lọc bụi đứng thường thấp

- Lọc bụi tĩnh điện ngang rất phổ biến vì những ưu việt của nó Có thể

thiết kế chế tạo nhiều trường và hiệu suất cao

2.2 Nguyên lý làm việc của lọc bụi tĩnh điện

Hình 1 Nguyên lý lọc bụi tĩnh điện

Dòng khí có bụi đi qua khe giữa các điện cực lắng (dạng hình tấm) và giữa các cực phóng có dạng hình tròn, chữ nhật, vuông, và có thể có gai nhọn, được đỡ bằng sứ cách điện cao áp Cực phóng được nối với điện cực âm với điện áp khoảng 30 ÷ 120kV Cực lắng được nối với điện cực dương và nối đất

Hình 2 Sự ion hoá chất khí xung quanh điện cực

Dưới tác dụng của lực điện trường, xung quanh cực phóng xuất hiện vầng quang (corona), làm xuất hiện hiện tượng ion hoá chất khí và làm cho các hạt bụi

bị nhiễm điện Các hạt bụi này sẽ bị hút về các điện cực trái dấu Hầu hết các hạt bụi bị nhiễm điện âm nên nó sẽ bị hút về cực lắng Chừng nào số lượng hạt bụi bám đủ dày trên cực lắng, hệ thống búa gõ sẽ gõ vào cực lắng tạo ra dao động và làm các hạt bụi rơi xuống thùng boongke

2.3 Cấu tạo các bộ phận chính của hệ thống lọc bụi tĩnh điện

Phụ thuộc vào các điều kiện bảo quản, thành phần, nhiệt độ,… mà cấu tạo thiết bị lọc bụi có các kiểu khác nhau Nhưng cấu tạo của chúng đề có những bộ phận cấu trúc cơ bản sau:

Hình 3 Hình dáng và các bộ phận của một thiết bị lọc bụi tĩnh điện khô,

kiểu ngang điển hình

2.3.1 Vỏ thiết bị lọc bụi

Thường có dạng hình hộp hoặc hình trụ Vỏ được chế tạo bằng lá thép, bê tông gạch hoặc vật liệu khác Chọn vật liệu phải căn cứ vào nhiệt độ của khí thải

và tính ăn mòn hóa học của khí thải Phía trong vỏ là hệ thống khung của thiết bị Phía dưới là các bunke chứa bụi Vỏ phải có cấu trúc thuận lợi cho việc lắp đặt và sửa chữa thiết bị Phía ngoài vỏ được bọc cách nhiệt

2.3.2 Điện cực lắng

Chúng thường có dạng ống trụ tròn có đường kính 200 – 300 mm Chiều dài từ 3 – 5 m Đôi khi sử dụng các ống sáu có tiết diện vuông, sáu cạnh Các điệnc cực lắng là các tấm phẳng nhẵn đôi khi chỉ sử dụng trong các thiết bị ọc ướt

bụi quấn theo khí ra ngoài Do đó, người ta thường gắn thêm vào các điện cực lắng các túi chứa hoặc máng bụi

2.3.3 Điện cực vầng sáng

Phải có cấu trúc thích hợp để tạo ra sự phóng điện vầng sáng đều và có cường độ lớn Điện cực vầng sáng phải bền cơ học, phải cứng vững, chịu được tác dụng của cơ cấu rung lắc, phải chống được sự ăn mòn và bền ở nhiệt độ cao Trong thiết bị thu bụi có năng suất cao thì tổng chiều dài các điện cực vầng sáng trong một thiết bị đạt tới vài kilomet, bởi vậy điện cực vầng sáng phải đơn giản về chế tạo và giá thành thấp Ta có thể phân điện cực vầng sáng thành hai loại chính:

- Các điện cực vầng sáng không có các đặc điểm định vị phóng điện trên điện cực mà sự phóng điện phân bố đều theo chiều dài điện cực

- Các điện cực vầng sáng có các đặc điểm cố định phân bố dọc theo chiều dài của điện cực

2.3.4 Thiết bị tạo điện áp cao

Hiệu suất của thiết bị lọc bụi phụ thuộc chủ yếu vào điện áp giữa các điện cực phóng điện tích âm và các điện cực góp nối đất Thông thường hiệu suất gần tới giá tri tối ưu Khi làm việc điện áp cần được giữ ngay dưới giới hạn phóng điện đánh thùng Giá trị của điện áp phóng điện đánh thùng phụ thuộc vào các điều kiện vật lý và hóa học của các khí và mật độ bụi

2.3.5 Phân bố điện áp cao

Mỗi trường hợp có riêng chuyển mạch 3/5 điểm Khóa này có thể thao tác

từ bên ngoài rào bảo vệ của buồng điện áp cao Nó dùng để nối thiết bị phát điện

áp cao với trường nào đó, hoặc để nối trường điện nào đó với đất

2.3.6 Khóa nối đất

Tất cả các phần chịu điện áp cao của lọc bụi tĩnh điện sẽ lập tức được nối đất nhờ khóa nối đất khi có nguy cơ về nổ Khi khóa đóng tương ứng với hệ thống phóng điện đã được nối đất và không có hiệu ứng vầng quang hoặc hồ quang xảy

ra trong lọc bụi Do đó ngăn ngừa được sự nổ của hỗ hợp khí Nếu thiết bị không làm việc khóa nối đất ở vị trí đóng và hệ thống phóng điện là nối đất

2.3.7 Thiết bị nối đất

Trước khi đi vào bên trong bộ lọc bụi, tất cả các bộ phận chịu điện áp cao cần được nối đất bằng tay ở ngay cửa kiểm tra Điều này là rất quan trọng để bảo

vệ người, chống lại việc đóng vào điện áp cao do sai lầm nào đó Thiết bị nối đất bao gồm cáp nối đất, gậy nối đất, các chổt nối đất, ở các cửa kiểm tra và các chốt nối đất ở các khung và điện cực phóng điện

2.3.8 Hệ thống cài đặt cơ khí

Các cửa kiểm tra của thiết bị lọc bụi được khóa bởi một hệ thống cài đặt cơ khí để chống lại sự mở không cho phép Chúng chỉ được mở sau khi cắt điện áp cao và các phần chịu điện áp cao đã nối đất Ngược lại điện áp cao không thể đóng vào chừng nào các cửa kiểm tra còn mở và các phần điện áp cao còn được nối đất

CHƯƠNG 3 VÍ DỤ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LỌC BỤI

TĨNH ĐIỆN CHO NHÀ MÁY XI MĂNG

3.1 Các thông số ban đầu

Lưu lượng khí : 72000 m3/giờ

Nhiệt độ khí : 1000C

Nồng độ bụi vào : 50 mg/Nm3

Nồng độ bụi ra ≤ 0,05 mg/Nm3

Độ ẩm : 60%

Kích thước hạt bụi bé nhất : 0,1µm

3.2 Hiệu suất tối thiểu cần có của Lọc bụi tĩnh điện

η = v r 100%

v

C





Trong đó:

CV : Nồng độ bụi vào ở điều kiện tiêu chuẩn (mg/Nm3)

Cr : Nồng độ bụi ra ở điều kiện tiêu chuẩn (mg/Nm3)

273 20

L

P



 Trong đó:

'

v

C = 50 mg/Nm3 - Nồng độ bụi vào ở điều kiện vận hành

P = 1,013.105 N/m2 - áp suất khí quyển tiêu chuẩn

PL= 99300 N/m2 - áp suất trong lọc bụi tĩnh điện

t = 1000C - Nhiệt độ dòng khí

101300 273 100

99300 273 20

v

Hiệu suất cần có của lọc bụi tĩnh điện để đảm bảo yêu cầu nồng độ bụi ra:

η =64,93 0,05 99,923%

64,93





3.3 Kích thước cơ bản của thiết bị

Ta có: Vlv V τs l

Trong đó: V : thể tích làm việc của thiết bị (mlv 3)

Vs : năng suất của thiết bị (m3/s)

s

72000

3600

  (m3/s)

τ1: Thời gian lưu của hạt bụi trong thiết bị (s)

τ 1 = 10,14 ÷ 20,28 (s) Chọn τ 1 = 20s

Suy ra: Vlv = 20.20 = 400 ( m3)

Diện tích ngang của thiết bị lọc bụi tĩnh điện:

f Q

v



Trong đó: Q: lưu lượng khí thải (m3/h)

v : vận tốc dòng khí đi trong thiết bị (m/s) Trong khi đó, theo công thức của Deutch :

.v

1

L a

e



   Hiệu suất của lọc bụi tĩnh điện được quyết định bởi các kích thước hữu ích của nó,

cụ thể là:

v: vận tốc dòng khí L: tổng chiều dài trường tĩnh điện

Vận tốc dòng khí trong lọc bụi tĩnh điện do tiết diện của lọc bụi tĩnh điện quyết định Tiết diện càng lớn vận tốc càng nhỏ và ngược lại Vận tốc dòng khí, trong thực tế là yếu tố quyết định hiệu suất của lọc bụi tĩnh điện vì nếu vận tốc lớn hơn mức cần thiết dù có thể được bù lại bằng cách tăng chiều dài trường nhưng cũng không thể khống chế được hiện tượng “bụi lần thứ hai”- hiện tượng bụi bị cuốn đi sau khi đã tích tụ trên các điện cực Lọc bụi tĩnh điện hiện đại, để đáp ứng tiêu chuẩn môi trường về khí thải đều có hiệu suất trên 99% nên thường có vận tốc