Tiểu luận kỹ thuật xử lý ô nhiễm không khí
Tiểu luận kỹ thuật xử lý nhiễm khơng khí MỤC LỤC 1.1 Định nghĩa bụi 1.2 Phân loại bụi 1.3 Đặc điểm tính chất 1.4 Tác hại bụi đến sức khỏe NHÓM EV Trang Tiểu luận kỹ thuật xử lý nhiễm khơng khí LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, song song với kinh tế phát triển xã hội văn minh, khoa học kỹ thuật đại nâng sống người lên mức tiện nghi, thoải mái Nhưng điều mà người không ngờ đến để đáp ứng nhu cầu sống, khai thác mức tài nguyên thiên nhiên kết tiến khoa học kỹ thuật dao hai lưỡi, vừa làm cho sống thêm phần tiện nghi vừa làm cho môi trường xuống cấp đến mức báo động Những nhà máy, xí nghiệp, bệnh viện … thải cột khói, bụi, nước thải chứa đầy chất ô nhiễm đe doạ đến sống người hệ sinh thái tự nhiên Chính xử lý tác nhân nhiễm để có bầu khơng khí ta thở hàng ngày lành hơn, giảm bệnh đường hơ hấp, sảng khối tinh thần làm việc hiệu vấn đề quan tâm Trong phạm vị hiểu biết hạn hẹp chúng em, chúng em xin tìm hiểu hệ thống lọc bụi tĩnh điện NHĨM EV Trang Tiểu luận kỹ thuật xử lý ô nhiễm khơng khí CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Định nghĩa bụi Các phần tử chất rắn thể rời rạc (vụn) tạo q trình nghiền, ngưng kết phản ứng hóa học khác Dưới tác dụng dịng khí khơng khí, chúng chuyển thành trạng thái lơ lửng điều kiện định chúng tạo thành thứ vật chất mà người ta gọi bụi Bụi hệ thống gồm hai pha: pha khí pha rắn rời rạc – hạt có kích thước nằm khoảng kích hước ngun tử đến kích thước nhìn thấy mắt thường, có khả tồn dạng lơ lửng thời gian ngắn khác Sol khí (aerosol) hệ thống vật chất rời rạc gồm hạt thể rắn thể lỏng dạng lơ lửng thời gian dài không hạn định Tốc độ lắng chìm hạt aerosol bé Những hạt bé aerosol có kích thước gần kích thước ngun tử lớn, cịn hạt lớn có kích thước khoảng 0,2 - 1µm 1.2 Phân loại bụi Về kích thước, bụi phân chia thành loại sau đây: • Bụi thơ, cát bụi (grit): gồm hạt bụi chất rắn có kích thước hạt > 75 • Bụi (dust): hạt chất rắn có kích thước nhỏ bụi thơ (5 – 75µm) hình thành từ q trình khí nghiền, tán đập,… • Khói (smoke): gồm hạt vật chất rắn lỏng tạo trình đốt cháy nhiên liệu trình ngưng tụ có kích thước hạt (1 – 5µm) hạt bụi cỡ có tính khuếch tán ổn định khí • Khói mịn (fume): gồm hạt chất rắn mịn, kích thước hạt • Sương (mist): hạt chất lỏng kích thước < 1µm < 10µm Phân loại theo nguồn gốc: NHÓM EV Trang Tiểu luận kỹ thuật xử lý nhiễm khơng khí • • • • • • Bụi tự nhiên (bụi động đất, núi lửa,…) Bụi thực vật (bụi gỗ, bụi phấn hoa,…) Bụi động vật, người (lơng, 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, ban,…(bụi bơng, gai, phân hóa học, 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 tính chất Bụi thu giữ bụi lắng đọng đồng nghĩa với khái niệm “bột”, tức loại vật chất vụn, rời rạc Kích thước hạt bụi biểu diễn đường kính, độ dài cạnh hạt lỗ rây, kích thước lớn hình chiếu hạt Đường kính tương đương tđ hạt bụi có hình dáng đường kính hình cầu tích thể tích hạt bụi Vận tốc lắng chìm hạt bụi vận tốc rơi hạt môi trường tĩnh tác dụng trọng lực Vận tốc lắng chìm phụ thuộc vào kích thước hạt, hình dáng khối lượng đơn vị khối lượng đơn vị độ nhớt mơi trường Đường kích lắng chìm hạt bụi đường kính hạt bụi hình cầu mà vận tốc rơi khối lượng đơn vị vận tốc rơi khối lượng đơn vị hạt bụi có hình dáng phi chuẩn xem xét Được xác định theo công thức sau: Trong đó: NHĨM EV Trang Tiểu luận kỹ thuật xử lý nhiễm khơng khí : đường kính lắng chìm, µm : Độ nhớt động lực mơi trường khơng (khí, nước), Pa.s : khối lượng đơn vị vật liệu bụi môi trường, g/cm3 H: chiều cao rơi (lắng) hạt, cm g: gia tốc trọng trường, m/s2 : thời gian rơi, s Tính chất hóa lý bụi Tính tán xạ Tính bám dính Tính mài mịn Tính thấm Tính hút ẩm tính hịa tan Tính mang điện Tính cháy nổ 1.4 Tác hại bụi đến sức khỏe Bụi gây tác hại đến da, mắt, quan hơ hấp, tiêu hố: Tổn thương đường hô hấp: Các bệnh đường hô hấp viêm mũi, viêm họng, viêm phế quản, viêm teo mũi bụi crom, asen, Các hạt bụi bay lơ lửng khơng khí bị hít vào phổi gây tổn thương đường hơ hấp Khi ta thở, nhờ có lơng mũi màng niêm dịch đường hô hấp mà hạt bụi có kích thước lớn 5µm bị giữ lại hốc mũi tới 90% Các hạt bụi có kích thước (2 – 5µm) dễ dàng vào tới phế quản, phế nang, bụi lớp thực bào vây quanh tiêu diệt khoảng 90% nữa, số lại đọng phổi gây nên bệnh bụi phổi bệnh khác (bệnh silicose, asbestose, siderose, ) Bệnh phổi nhiễm bụi: Thường gặp ngành khai thác chế biến vận chuyển quặng đá, kim loại, than, vv Bệnh silicose: Là bệnh phổi bị nhiễm bụi silic thợ khoan đá, thợ mỏ, thợ làm gốm sứ, vật liệu chịu lửa, chiếm 40 - 70% tổng số bệnh NHÓM EV Trang Tiểu luận kỹ thuật xử lý nhiễm khơng khí phổi Ngồi cịn có bệnh asbestose (nhiễm bụi amiang), aluminose (bụi boxit, đất sét), siderose (bụi sắt) Bệnh ngồi da: Bụi dính bám vào da làm viêm da, bịt kín lỗ chân lơng ảnh hưởng đến tiết mơ hơi, bịt lỗ tuyến nhờn, gây mụn, lở loét da, viêm mắt, giảm thị lực, mộng thịt Bệnh đường tiêu hố: Các loại bụi có cạnh sắc nhọn lọt vào dày làm tổn thương niêm mạc dày, gây rối loạn tiêu hoá Bụi gây chấn thương mắt, bụi kiềm, bụi axit gây bỏng giác mạc làm giảm thị lực Bụi hoạt tính dễ cháy nồng độ cao, tiếp xúc với tia lửa dễ gây cháy nổ, nguy hiểm NHÓM EV Trang Tiểu luận kỹ thuật xử lý ô nhiễm khơng khí CHƯƠNG HỆ THỐNG LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN 2.1 Phân loại lọc bụi tĩnh điện Lọc bụi tĩnh điện ngày sử dụng rộng rãi để lọc chất rắn lỏng tính đa hiệu suất cao Hiệu suất lọc bụi tĩnh điện tới 99,9% lọc hạt bụi siêu nhỏ từ nồng độ bụi ban đầu tới 50g/m Lọc bụi tĩnh điện sử dụng vùng nhiệt độ tới 450 0C, tác dụng mơi trường ăn mịn, với áp suất dương chân khơng (áp suất âm) Lọc bụi tĩnh điện có ưu điểm lớn chi phí vận hành thấp, trở lực nhỏ (không lớn 250Pa) nên tiêu hao lượng lọc cho 1000m khí 0,1 ÷ 0,5 Kwh Nhưng lọc bụi cần có vốn đầu tư lớn, suất đầu tư cho lọc bụi tĩnh điện với suất nhỏ lại lớn ngược lại Lọc bụi tĩnh điện có nhược điểm hiệu thấp dùng để khử bụi có điện trở suất q cao; khơng sử dụng cho loại khí tạo thành hợp chất nổ nguy hiểm; cần có chế độ làm việc, lắp đặt, chỉnh nghiêm ngặt Lọc bụi tĩnh điện chia làm hai loại: Lọc bụi tĩnh điện khô lọc bụi tĩnh điện ướt i Lọc bụi tĩnh điện ướt: lọc bụi tĩnh điện ướt dùng để khử bụi dạng vật liệu rắn rửa khỏi bề mặt lắng nước Nhiệt độ dịng khí chứa bụi cần xấp xỉ nhiệt độ đọng sương vào lọc bụi tĩnh điện Ngồi lọc bụi ướt sử dụng để thu hạt lỏng dạng sương giọt ẩm từ dịng khí Trong trường hợp khơng cần đến việc rửa bề mặt lắng mà hạt dạng lỏng tự tích tụ chảy xuống ii Lọc bụi tĩnh điện khô: Lọc bụi tĩnh điện khô thường dùng để khử bụi dạng rắn tách khỏi điện cực lắng cách rung gõ Dịng khí vào lọc bụi tĩnh điện khơ phải có nhiệt độ cao hẳn điểm đọng sương để tránh đọng nước bề mặt lắng tránh ơxy hố cho điện cực Dịng khí vào vùng tích cực lọc bụi tĩnh điện theo chiều ngang chiều đứng lọc bụi tĩnh điện chia làm: Lọc bụi tĩnh điện ngang lọc bụi tĩnh điện đứng NHÓM EV Trang Tiểu luận kỹ thuật xử lý nhiễm khơng khí Lọc bụi tĩnh điện có nhiều trường để đảm bảo tính hiệu làm việc - Lọc bụi tĩnh điện đứng thường có trường làm nhiều trường phức tạp hiệu suất lọc bụi đứng thường thấp - Lọc bụi tĩnh điện ngang phổ biến ưu việt Có thể thiết kế chế tạo nhiều trường hiệu suất cao 2.2 Nguyên lý làm việc lọc bụi tĩnh điện Hình Ngun lý lọc bụi tĩnh điện Dịng khí có bụi qua khe điện cực lắng (dạng hình tấm) cực phóng có dạng hình trịn, chữ nhật, vng, có gai nhọn, đỡ sứ cách điện cao áp Cực phóng nối với điện cực âm với điện áp khoảng 30 ÷ 120kV Cực lắng nối với điện cực dương nối đất NHÓM EV Trang Tiểu luận kỹ thuật xử lý nhiễm khơng khí Hình Sự ion hố chất khí xung quanh điện cực Dưới tác dụng lực điện trường, xung quanh cực phóng xuất vầng quang (corona), làm xuất hiện tượng ion hố chất khí làm cho hạt bụi bị nhiễm điện Các hạt bụi bị hút điện cực trái dấu Hầu hết hạt bụi bị nhiễm điện âm nên bị hút cực lắng Chừng số lượng hạt bụi bám đủ dày cực lắng, hệ thống búa gõ gõ vào cực lắng tạo dao động làm hạt bụi rơi xuống thùng boongke 2.3 Cấu tạo phận hệ thống lọc bụi tĩnh điện Phụ thuộc vào điều kiện bảo quản, thành phần, nhiệt độ,… mà cấu tạo thiết bị lọc bụi có kiểu khác Nhưng cấu tạo chúng đề có phận cấu trúc sau: NHÓM EV Trang Tiểu luận kỹ thuật xử lý nhiễm khơng khí Hình Hình dáng phận thiết bị lọc bụi tĩnh điện khơ, kiểu ngang điển hình 2.3.1 Vỏ thiết bị lọc bụi Thường có dạng hình hộp hình trụ Vỏ chế tạo thép, bê tông gạch vật liệu khác Chọn vật liệu phải vào nhiệt độ khí thải tính ăn mịn hóa học khí thải Phía vỏ hệ thống khung thiết bị Phía bunke chứa bụi Vỏ phải có cấu trúc thuận lợi cho việc lắp đặt sửa chữa thiết bị Phía ngồi vỏ bọc cách nhiệt 2.3.2 Điện cực lắng Chúng thường có dạng ống trụ trịn có đường kính 200 – 300 mm Chiều dài từ – m Đôi sử dụng ống sáu có tiết diện vng, sáu cạnh Các điệnc cực lắng phẳng nhẵn sử dụng thiết bị ọc ướt dùng thiết bị lọc khơ rung học để rũ bụi khó tránh khỏi NHÓM EV Trang 10 Tiểu luận kỹ thuật xử lý nhiễm khơng khí bụi quấn theo khí ngồi Do đó, người ta thường gắn thêm vào điện cực lắng túi chứa máng bụi 2.3.3 Điện cực vầng sáng Phải có cấu trúc thích hợp để tạo phóng điện vầng sáng có cường độ lớn Điện cực vầng sáng phải bền học, phải cứng vững, chịu tác dụng cấu rung lắc, phải chống ăn mòn bền nhiệt độ cao Trong thiết bị thu bụi có suất cao tổng chiều dài điện cực vầng sáng thiết bị đạt tới vài kilomet, điện cực vầng sáng phải đơn giản chế tạo giá thành thấp Ta phân điện cực vầng sáng thành hai loại chính: - Các điện cực vầng sáng khơng có đặc điểm định vị phóng điện điện cực mà phóng điện phân bố theo chiều dài điện cực - Các điện cực vầng sáng có đặc điểm cố định phân bố dọc theo chiều dài điện cực 2.3.4 Thiết bị tạo điện áp cao Hiệu suất thiết bị lọc bụi phụ thuộc chủ yếu vào điện áp điện cực phóng điện tích âm điện cực góp nối đất Thơng thường hiệu suất gần tới giá tri tối ưu Khi làm việc điện áp cần giữ giới hạn phóng điện đánh thùng Giá trị điện áp phóng điện đánh thùng phụ thuộc vào điều kiện vật lý hóa học khí mật độ bụi 2.3.5 Phân bố điện áp cao Mỗi trường hợp có riêng chuyển mạch 3/5 điểm Khóa thao tác từ bên rào bảo vệ buồng điện áp cao Nó dùng để nối thiết bị phát điện áp cao với trường đó, để nối trường điện với đất 2.3.6 Khóa nối đất Tất phần chịu điện áp cao lọc bụi tĩnh điện nối đất nhờ khóa nối đất có nguy nổ Khi khóa đóng tương ứng với hệ thống phóng điện nối đất khơng có hiệu ứng vầng quang hồ quang xảy lọc bụi Do ngăn ngừa nổ hỗ hợp khí Nếu thiết bị khơng làm việc khóa nối đất vị trí đóng hệ thống phóng điện nối đất NHÓM EV Trang 11 Tiểu luận kỹ thuật xử lý nhiễm khơng khí 2.3.7 Thiết bị nối đất Trước vào bên lọc bụi, tất phận chịu điện áp cao cần nối đất tay cửa kiểm tra Điều quan trọng để bảo vệ người, chống lại việc đóng vào điện áp cao sai lầm Thiết bị nối đất bao gồm cáp nối đất, gậy nối đất, chổt nối đất, cửa kiểm tra chốt nối đất khung điện cực phóng điện 2.3.8 Hệ thống cài đặt khí Các cửa kiểm tra thiết bị lọc bụi khóa hệ thống cài đặt khí để chống lại mở khơng cho phép Chúng mở sau cắt điện áp cao phần chịu điện áp cao nối đất Ngược lại điện áp cao khơng thể đóng vào chừng cửa kiểm tra mở phần điện áp cao cịn nối đất NHĨM EV Trang 12 Tiểu luận kỹ thuật xử lý ô nhiễm không khí CHƯƠNG VÍ DỤ TÍNH TỐN THIẾT KẾ LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN CHO NHÀ MÁY XI MĂNG 3.1 Các thơng số ban đầu Lưu lượng khí : 72000 m3/giờ Nhiệt độ khí : 1000C Nồng độ bụi vào : 50 mg/Nm3 Nồng độ bụi ≤ 0,05 mg/Nm3 Độ ẩm : 60% Kích thước hạt bụi bé : 0,1µm 3.2 Hiệu suất tối thiểu cần có Lọc bụi tĩnh điện η= Cv − C r × 100% Cv Trong đó: CV : Nồng độ bụi vào điều kiện tiêu chuẩn (mg/Nm3) Cr : Nồng độ bụi điều kiện tiêu chuẩn (mg/Nm3) Cv = Cv' P 273 + t × PL 273 + 20 Trong đó: Cv' = 50 mg/Nm3 - Nồng độ bụi vào điều kiện vận hành P = 1,013.105 N/m2 - áp suất khí tiêu chuẩn PL= 99300 N/m2 - áp suất lọc bụi tĩnh điện t = 1000C - Nhiệt độ dịng khí Cv = 50 101300 273 + 100 = 64,93 (mg/Nm3) 99300 273 + 20 Hiệu suất cần có lọc bụi tĩnh điện để đảm bảo yêu cầu nồng độ bụi ra: η= NHÓM EV 64,93 − 0,05 = 99,923% 64,93 Trang 13 Tiểu luận kỹ thuật xử lý nhiễm khơng khí 3.3 Kích thước thiết bị Vlv = Vτ× s Ta có: Trong đó: l Vlv : thể tích làm việc thiết bị (m3) Vs : suất thiết bị (m3/s) Vs = 72000 = 20 (m3/s) 3600 τ1: Thời gian lưu hạt bụi thiết bị (s) τ = 10,14 ÷ 20,28 (s) Chọn τ = 20s Suy ra: Vlv = 20.20 = 400 ( m3) Diện tích ngang thiết bị lọc bụi tĩnh điện: f= Trong đó: Q v Q: lưu lượng khí thải (m3/h) v : vận tốc dịng khí thiết bị (m/s) Trong đó, theo cơng thức Deutch : η = 1− e − ψ L.ω a v Hiệu suất lọc bụi tĩnh điện định kích thước hữu ích nó, cụ thể là: v: vận tốc dịng khí L: tổng chiều dài trường tĩnh điện Vận tốc dòng khí lọc bụi tĩnh điện tiết diện lọc bụi tĩnh điện định Tiết diện lớn vận tốc nhỏ ngược lại Vận tốc dòng khí, thực tế yếu tố định hiệu suất lọc bụi tĩnh điện vận tốc lớn mức cần thiết dù bù lại cách tăng chiều dài trường khống chế tượng “bụi lần thứ hai”- tượng bụi bị sau tích tụ điện cực Lọc bụi tĩnh điện đại, để đáp ứng tiêu chuẩn mơi trường khí thải có hiệu suất 99% nên thường có vận tốc NHÓM EV Trang 14 Tiểu luận kỹ thuật xử lý nhiễm khơng khí dịng khí nhỏ 0.6 m/giây Vì để hiệu suất lọc bụi tĩnh điện phải đạt 99,923%, vận tốc dịng khí lọc bụi tĩnh điện 0,55 m/s Suy ra: f= 72000 = 36,36 (m2) 3600.0,55 Chọn : Chiều cao làm việc thiết bị: H=8m Chiều rộng làm việc thiết bị: B = 4,6 m Chiều dài thiết bị : L = τ1.v = 20.0,55 = 11 m Thể tích thực tế thiết bị : Vlv = L x B x H = 11 x x 4,6 = 404,8 ( m3 ) Vận tốc thực tế dịng khí : v= NHĨM EV Vs 20 = = 0,543 (m/s) H.B 8.4,6 Trang 15 Tiểu luận kỹ thuật xử lý nhiễm khơng khí 3.4 Số lượng điện cực + Điện cực lắng (dãy tấm): Ta có: nt = a +1 2y Trong đó: nt : số lượng dãy điện cực lắng trường a : chiều ngang trường (khoảng cách hai điện cực lắng hai cạnh trường), a = 4000 mm y : khoảng cách từ điện cực lắng đến điện cực phóng (mm) Chọn y = 200 mm để phù hợp với nguyên liệu xi măng Suy ra: nt = 4000 + = 11 2.200 Chọn thiết bị có trường Vậy số lượng điện cực lắng toàn thiết bị là: 11 x = 33 điện cực + Điện cực phóng Ta có: n f = (n t − 1) b z Trong đó: nf : số lượng điện cực phóng trường nt : số lượng điện cực lắng trường b: chiều dài điện cực lắng cần bố trí điện cực phóng b= L 11000 − 500 = − 500 = 3167 (mm) 3 z: khoảng cách điện cực phóng theo hướng chiều dài thiết bị, z = 250 mm Suy ra: NHÓM EV Trang 16 Tiểu luận kỹ thuật xử lý nhiễm khơng khí n f = (11 − 1) 3168 = 127 (điện cực) 250 Số điện cực phóng tồn thiết bị là: 127.3 = 381 điện cực + Diện tích bề mặt lắng loc bụi tĩnh điện chọn F = 2.nt.L.H = 2.11.11.8 = 1936 (m2) Các thông số kỹ thuật thiết bị Lưu lượng khí qua thiết bị Q = 72000 m3/h Hiệu suất thu bụi η = 99,923% Số trường điện Vận tốc dịng khí thiết bị v = 0,543 m/s Kích thước làm việc thiết bị B x H x L = 4,6m x 8m x 11m Điện cực lắng dạng (tổng số) nt = 11 Điện cực phóng (tổng số) nf = 381 NHÓM EV Trang 17 Tiểu luận kỹ thuật xử lý nhiễm khơng khí TÀI LIỆU THAM KHẢO Kỹ thuật thơng gió xử lý khí thải (tập 2) – GS.TS Trần Ngọc Chấn Bài giảng phương pháp xử lý bụi – ThS Lâm Vĩnh Sơn Lọc bụi tĩnh điện – Trần Hồng Lam NHÓM EV Trang 18