Phần I: Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý bụi cho một nhà máy I. Xử lý bụi bằng phương pháp khô 1. Xử lý bụi bằng buồng lắng bụi Cấu tạo: • Buồng lắng bụi có dạng hộp có tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện đường ống dẫn khí, không khí vào một đầu và ra ở đầu kia • Buồng lắng bụi được làm từ gạch, bê tông cốt thép, hoặc thép Nguyên tắc hoạt động: Dựa vào cơ sở lực trọng trường để lắng các hạt có kích thước tương đối lớn bằng cách giảm vận tốc dòng khí và bụi khi vào buồng lắng, các hạt bụi có khối lượng (có trọng lực P) nên khi vận tốc giảm các hạt bụi sẽ tách ra khỏi dòng khí và lắng lại. Khí sạch được đưa ra ngoài Phạm vi áp dụng: • Hiệu suất lọc bụi thấp: µ = 40 – 60%, được áp dụng để lắng bụi có kích thước hạt lớn từ 60 – 70 µm • Thường sử dụng ở cấp lọc sơ bọ hoặc những nơi điều kiện môi trường không khắt khe Ưu điểm: • Chi phí đầu tư ban đầu, vận hành thấp • Kết cấu đơn giản • Sử dụng trong xử lý khí có nồng độ bụi cao chứa các hạt bụi có kích thước lớn đặc biệt từ ngành công nghiệp luyện kim, nấu chảy kim loại • Tổn thất áp lực qua thiết bị thấp • Vận tốc khí đi trong thiết bị thấp nên không gây mài mòn thiết bị • Góp phần làm nguội dòng khí trước khi thổi ra môi trường hoặc dẫn qua các thiết bị thu bụi kế tiếp Nhược điểm: • Phải làm sạch thủ công định kỳ • Cồng kềnh, chiếm diện tích, cần có không gian lớn khi lắp đặt • Chỉ có thể thu được những hạt bụi có kích thước tương đối lớn • Không thể thu được bụi có độ bám dính và dính ướt
1 Công nghệ xử lý khí thải Phần I: Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý bụi cho nhà máy I Xử lý bụi phương pháp khô Xử lý bụi buồng lắng bụi Cấu tạo: Buồng lắng bụi có dạng hộp có tiết diện ngang lớn nhiều lần so với tiết diện đường ống dẫn khí, không khí vào đầu đầu • Buồng lắng bụi làm từ gạch, bê tông cốt thép, thép • Nguyên tắc hoạt động: Dựa vào sở lực trọng trường để lắng hạt có kích thước tương đối lớn cách giảm vận tốc dòng khí bụi vào buồng lắng, hạt bụi có khối lượng (có trọng lực P) nên vận tốc giảm hạt bụi tách khỏi dòng khí lắng lại Khí đưa Phạm vi áp dụng: Hiệu suất lọc bụi thấp: µ = 40 – 60%, áp dụng để lắng bụi có kích thước hạt lớn từ 60 – 70 µm • Thường sử dụng cấp lọc sơ bọ nơi điều kiện môi trường không khắt khe • Ưu điểm: Chi phí đầu tư ban đầu, vận hành thấp Kết cấu đơn giản Sử dụng xử lý khí có nồng độ bụi cao chứa hạt bụi có kích thước lớn đặc biệt từ ngành công nghiệp luyện kim, nấu chảy kim loại • Tổn thất áp lực qua thiết bị thấp • Vận tốc khí thiết bị thấp nên không gây mài mòn thiết bị • Góp phần làm nguội dòng khí trước thổi môi trường dẫn qua thiết bị thu bụi • • • Nhược điểm: • • • • Phải làm thủ công định kỳ Cồng kềnh, chiếm diện tích, cần có không gian lớn lắp đặt Chỉ thu hạt bụi có kích thước tương đối lớn Không thể thu bụi có độ bám dính dính ướt Xử lý bụi thiết bị lọc bụi liểu ly tâm Có hai loại: Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu thẳng đứng a Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng Cấu tạo: Thiết bị gồm hai hình trụ lồng vào nhau, hình trụ bọc kín, hình trụ hai đầu rỗng Nguyên tắc hoạt động: Khí bụi đưa vào theo phương tiếp tuyến với thành bình (bề mặt hình trụ ngoài) thực chuyển động xoáy từ xuống Bụi có khối lượng m theo quán tính va đập vào thành bình nên động rơi xuống Không khí đổi chiều theo hình trụ nhỏ bên chuyển động ngược lên Ưu điểm: • • • • • • Khí bụi vào theo phương tiếp tuyến với thành bình nên lực xoáy ly tâm lớn hiệu suất lọc bụi đạt : µ = 60- 80% Lọc loại bụi có kích thước vừa tương đối lớn Khí bụi ngược chiều nên hiệu suất xử lý cao Chế tạo đơn giản, vận hành dễ dàng, sửa chữa thay phận Có thể làm việc nhiệt độ cao (đến 500 oC), làm việc tốt áp suất cao Hiệu không phụ thuộc vào thay đổi nồng độ bụi Chiếm không gian lắp đặt nên thường sử dụng nhiều thực tế Nhược điểm: • • Hiệu xử lý bụi có kích thước nhỏ µm Trở lực dòng khí lớn nên động phải lớn chi phí vận hành cao • Không thể thu bụi có tính kết dính Phạm vi áp dụng: Xyclon thường sử dụng để lọc tro bụi khí thải lò hơi, lò nhiệt điện • Có thể dùng cấp độ lọc thô, lọc vừa, lọc tinh b Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu ngang • Nguyên tắc làm việc: Khí bụi đưa vào thiết bị Dưới tác dụng hướng dòng tạo chuyển động xoáy dòng không khí bụi theo phương tiếp tuyến Lực ly tâm sản sinh từ dòng chuyển động xoáy tác dụng lên hạt bụi đẩy chúng xa lõi hình trụ chạm vào thành ống bao thoát khe hình vành khăn để rơi vào nơi tập trung bụi Không khí theo ống la thoát Đặc điểm: Lực ly tâm sinh phụ thuộc vào hướng dòng, hướng dòng tạo vận tốc dòng khí lớn lực ly tâm sinh mạnh hiệu suất lọc cao Ngược lại hướng dòng tạo vận tốc dòng khí nhỏ lực ly tâm sinh yếu hiệu suất lọc thấp Ưu điểm: • Cấu tạo thiết bị đơn giản Nhược điểm: Khí bụi chiều với nên hiệu suất lọc bụi không cao, hạt bụi to văng • Lá hướng dòng dễ bị gãy, lực ly tâm hướng dòng gây nhỏ • Tốn nhiều diện tích lắp đặt thiết bị nằm dọc theo chiều khí bụi vào • Phạm vi áp dụng: Do nhược điểm mà xyclon kiểu nằm ngang sử dụng thực tế c Xử lý bụi thiết bị lọc bụi kiểu màng lọc (túi vải, lưới lọc bụi) Nguyên lý chung: Dòng khí bụi chặn lại màng túi lọc; túi (màng) có khe (lỗ) nhỏ cho phân tử khí qua dễ dàng giữ lại hạt bụi Khi lớp bụi đủ dày ngăn cản lượng khí qua người ta tiến hành rung thổi ngược để thu hồi bụi làm màng Thường có hai hình thức lọc bụi kiểu màng lọc lưới lọc bụi lọc bụi túi vải Lưới lọc bụi Cấu tạo: Lưới làm thép đan, tùy thuộc vào mức độ xử lý mà chọn kích thước lưới đan khác • Hộp lưới (lưới thép hai bên) vật liệu lọc bụi • Đặc điểm: • • • Hiệu suất lọc bụi cao: µ = 80 – 90% Lọc hạt bụi có kích thước từ nhỏ đến lớn Khi nồng độ bụi lớn, bụi bám nhiều phải thường xuyên làm thiết bị Phạm vi áp dụng: Lưới lọc bụi thường sử dụng để lọc bụi không khí thổi vào hệ thống thông gió, điều hòa không khí nhà với nồng độ bụi ban đâu fkhoong 5mg/m3 • Lưới lọc dầu thường sử dụng nhà máy nhiệt điện • Lọc bụi túi vải (ống tay áo) Cấu tạo: Thiết bị gồm túi vải dệt từ loại sợi khác lồng vào khung lưới ống thép để bảo vệ đa số có trang bị cấu giũ bụi • Đường kính tay áo khác nhau, phổ biến từ 120 – 300 mm, không vượt 600mm • Có hai loại: Lọc từ phía lọc từ phía • Đặc điểm: Hiệu suất lọc bụi cao: µ= 85 – 90% Thời gian làm việc theo chu kỳ thường ngắn Căn nhiệt độ khói thải để chọn vải làm túi Nhiệt độ khói thải > nhiệt độ môi trường: loại vải làm túi thường vải amiang lưới thép Nhiệt độ khói thải < nhiệt độ môi trường: loại vải làm túi thường vải thông thường • Khí bụi vào thiết bị phải khô để tránh tình trạng làm gỉ thiết bị • • • Phạm vi áp dụng: Thiết bị sử dụng nơi cần thu hồi loại bụi quý có giá trị nơi yêu cầu chất lượng không khí cao d Xử lý bụi thiết bị lọc bụi kiểu tĩnh điện Nguyên tắc lọc bụi tĩnh điện: Tích điện âm cho hạt bụi, bụi mang điện tích âm, bụi qua bề mặt có điện tích dương, bụi bị hút vào bề mặt này, trung hòa điện rơi xuống Thiết bị sử dụng dòng điện chiều với điện cao áp (khoảng 50.000V) Thường có hai hình thức lọc bụi tĩnh điện: Lọc bụi điện kiểu ống lọc bụi điện kiểu Thiết bị lọc bụi điện kiểu ống Nguyên tắc hoạt động: Khí bụi đưa vào thiết bị Dưới điện cao mà dây kim loại nạp, tạo bên ống cực dương điện trường mạnh dòng khí mang bụi qua, phân tử khí dòng khí bị ion hóa truyền điện tích âm cho hạt bụi tác động va đập quán tính khuếch tán ion Nhờ hạt bụi bị khuếch tán cực dương, đọng lại bề mặt ống hình trụ, điện tích rơi xuống phễu chứa bụi Khí theo đường ống dẫn khí thoát Đặc điểm: • • • • Thiết bị sử dụng dòng điện chiều U = 30 – 70 kV Yêu cầu bụi vào thiết bị phải khô Hiệu suất lọc bụi cao µ = 95 – 99% Lọc tất loại bụi từ kích thước lớn đến kích thước nhỏ • Giá thành đắt Phạm vi áp dụng: Thiết bị sử dụng nơi cần thu hồi loại bụi quý có giá trị nơi yêu cầu chất lượng không khí cao II Xử lý bụi phương pháp ướt Nguyên tắc: Nguyên lý trình dựa vào tiếp xúc dòng khí mang bụi với chất lỏng, bụi dòng khí bị chất lỏng giữ lại thải dạng cặn bùn Phương pháp lọc bụi thiết bị lọc kiểu ướt xem đơn giản hiệu lại cao Ưu điểm: Thiết bị lọc bụi kiểu ướt dễ chế tạo, giá thành thấp hiệu lọc bụi cao • Có thể lọc bụi kích thước 0,1 µm • Có thể làm việc với khí có nhiệt độ độ ẩm cao mà số thiết bị lọc bụi khác đáp ứng lọc vải, lọc điện • Thiết bị lọc bụi kiểu ướt lọc bụi mà lọc khí độc hại trình hấp thụ, bên cạnh sử dụng thiết bị làm nguội làm ẩm khí nhiều trường hợp trước thiết bị lọc bụi điện phải cần đến • Nhược điểm: Bụi thải dạng bùn cặn gây khó khăn cho việc thu gom bụi đồng thời làm phức tạp cho hệ thống thoát nước xử lý nước thải • Dòng khí thoát khỏi thiết bị mang theo lượng nước gây ăn mòn thiết bị phía sau thiết bị lọc đường ống, ống khói, … • Trong trường hợp khói thải có chứa nhiều chất dễ ăn mòn SO 2, CO2, … có khả làm cho đường ống thiết bị bị ăn mòn cần phải sử dụng vật liệu chống gỉ inox, chất dẻo mạ thiết bị • Thiết bị lọc bụi kiểu ướt thường chia thành loại sau tùy thuộc vào nguyên lý hoạt động chúng: • • • • • Buồng phun, tháp rửa khí rỗng Thiết bị khử bụi có lớp đệm vật liệu rỗng tưới nước Thiết bị lọc bụi ( rửa khí) có đĩa chứa nước sủi bọt Thiết bị lọc bụi ( rửa khí) với lớp hạt hình cầu di động Xyclon ướt Buồng phun, tháp rửa khí rỗng Nguyên tắc hoạt động: Dòng khí mang bụi vào thiết bị từ qua sàn phân phối lên trên, dòng nước phun dạng hạt nhỏ từ xuống Khi hai môi chất tiếp xúc nhau, bụi dòng khí bị theo nước xuống dưới, khí sau tách bụi, qua phận chắn nước tách nước thoát đầu thiết bị Đặc điểm: Yêu cầu vận tốc dòng khí vào thiết bị khoảng 0,6 – 1,2 m/s Hiệu suất xử lý phụ thuộc vào cường độ phun nước vận tốc dòng không khí chuyển động thiết bị • Cấu tạo thiết bị đơn giản, gọn, dễ chế tạo • Vận hành dễ • Hiệu suất xử lý cao µ = 80- 90% • • Phạm vi áp dụng: Thiết bị sử dụng phổ biến để lọc bụi thô khí thải đồng thời để làm nguội khí Thiết bị khử bụi có lớp đệm vật liệu rỗng tưới nước Cấu tạo: Gồm thùng tiết diện tròn chữ nhật bên có chứa lớp đệm vật liệu rỗng tưới nước Nguyên tắc hoạt động: Khi từ lên xuyên qua lớp vật liệu rỗng, tiếp xúc với bề mặt ướt lớp vật liệu rỗng bụi bám lại khí thoát Một phần bụi bị nước trôi xuống thùng chứa xả dạng bùn cặn Định kỳ người ta thau rửa lớp vật liệu rỗng Đặc điểm: • • • • • Vật liệu rỗng thường dùng loại khâu có hình dạng khác làm sứ, thủy tinh, nhựa Cấu tạo thiết bị đơn giản Hiệu suất xử lý cao so với tháp rửa khí rỗng, µ = 90% hạt có δ > 2µm Trở lực thiết bị lớn Phải định kỳ thau rửa lớp vật liệu rỗng Phạm vi áp dụng: Áp dụng làm bậc lọc bụi thứ hệ thống hút bụi máy đập nhỏ phân loại, máy dỡ khuôn phân xưởng đúc • Làm bậc lọc lần thứ hai hệ thống lọc bụi có nồng độ bụi ban đầu lớn Thiết bị lọc bụi (rửa khí) có đĩa chứa nước sủi bọt • Nguyên tắc hoạt động: Nguyên tắc làm việc thiết bị lọc bụi có đĩa chứa nước sủi bọt cấp nước vào đĩa vừa đủ tạo lớp nước có chiều cao thích hợp; dòng khí từ lên qua đĩa đục lỗ, làm cho lớp nước sủi bọt Bụi khí tiếp xúc với bề mặt bong bóng nước bị giữ lại theo nước chảy xuống thùng chứa Đặc điểm: Thiết bị lọc bụi có đĩa chứa nước sủi bọt có khả lọc bụi có kích thước δ ≥ µm với hiệu lọc tương đối cao • Đĩa đục lỗ dùng thiết bị lỗ tròn đường kính d o = – mm rãnh song song bề rộng b = – mm, bề dày đĩa đục lỗ cần lấy khoảng – mm • Trong thiết bị sủi bọt kiểu chảy tràn, người ta thường dùng đĩa đục lỗ tròn đường kính lỗ – mm Vận tốc khí qua tiết diện sống (diện tích lỗ) đĩa – 15 m/s tương ứng với vận tốc khí toàn tiết diện ngang thiết bị 1- m/s • Phạm vi áp dụng: Thiết bị sử dụng để xử lý bụi công nghiệp Thiết bị lọc bụi (rửa khí) với lớp hạt hình cầu di động Cấu tạo: Vật liệu để chế tạo hạt cầu nhựa, cao su thủy tinh Hạt rỗng đặc, khối lượng riêng hạt cầu không vượt khối lượng riêng nước để đảm bảo cho hạt cầu chuyển động cách tự hỗn hợp khí nước bên thiết bị Nguyên tắc hoạt động: Khí mang bụi đưa vào thiết bị từ lên Dòng khí đưa vào làm cho hạt hình cầu chuyển động hỗn loạn trạng thái lơ lửng, bụi khí va đập vào hạt hình cầu tách khỏi dòng khí Nước phun từ xuống theo hạt bụi tạo thành cặn bùn dẫn để xử lý Đặc điểm: • • • • • Hiệu suất lọc bụi với lớp hạt hình cầu di động có hiệu suất xử lý bụi cao Vận tốc dòng khí vào cho phép khoảng 5- m/s tỷ lệ nước khí 0,5 – 0,7 l/m3 Đường kính thích hợp hạt hình cầu d = 20 – 40 mm Trọng lượng đơn vị hạt hình cầu ρ = 200 – 300 kg/m3 Sức cản thiết bị lớn 900 – 1400 Pa Phạm vi áp dụng: Thiết bị sử dụng để xử lý bụi công nghiệp Thiết bị lọc bụi kiểu ướt tác dụng va đập quán tính Nguyên tắc hoạt động: Khi dòng khí hút vào thiết bị, khí vào rãnh cánh hướng dòng kéo theo nước tạo thành màng nước tung tóe lên với giọt mịn 300 – 400 µm Sự luồn lách hỗn hợp không khí - nước qua bề mặt có cấu tạo thay đổi làm cho hạt bụi va đập rơi xuống Khí giũ hết bụi dẫn Đặc điểm: • Thiết bị không cần phương tiện vận chuyển nước phun vào thiết bị, không cần vòi phun Chỉ cần lượng nước chứa sẵn thiết 10 • • • • • bị có sung thêm hệ thống cấp nước sinh hoạt thông thường, không cần bơm áp lực cao Đường kính hạt nước từ 300 – 400 µm Vận tốc khí vào thiết bị 15m/s Vận tốc khí khỏi quạt lớn Áp lực thiết bị 2700 – 3000 N/m2 Lượng nước tiêu hao cho trình thường không lớn; thường 0,7 l/m3 Năng lượng tiêu thụ cho loại thiết bị nằm khoảng – 1,3 kWh cho 1000 m3/h lưu lượng khí cần xử lý Phạm vi áp dụng: Thiết bị làm việc với nồng độ bụi ban đầu cao Rotoclon – N thường sử dụng rộng rãi công nghiệp luyện kim để lọc bụi thông thường lọc bụi có tính kết dính loại bụi dễ gây cháy nổ Xyclon ướt • • Nguyên tắc hoạt động: Nước phun theo chiều thuận với chiều chuyển động xoắn ốc dòng khí bên xyclon phải tạo màng nước mỏng chảy từ xuống láng khắp mặt xyclon Khí vào xyclon từ lên ống dẫn vào nối theo phương tiếp tuyến với vỏ trụ xyclon để tạo cho dòng khí có chuyển động xoắn ốc Bụi tách chạm vào thành ống bị nước nên khả bắn ngược trở lại vào dòng khí Ống thoát khí nối phương tiếp tuyến với vỏ trụ thuận chiều quay xoắn ốc dòng khí bên xyclon Đặc điểm: Vận tốc dòng khí vào v = 18 – 22 m/s Hiệu suất xử lý cao, µ > 90%, lên tới 99% Thiết bị gọn nhẹ Lọc bụi vô lẫn hữu (nhưng không lọc loại bụi kị nước) • Lắp đặt vận hành phức tạp • Cần phải có công trình phụ trợ bể chứa nước • • • • 11 Phạm vi áp dụng: Có thể áp dụng để lọc bụi kết hợp với xử lý chất độc hại khí thải, đồng thời sử dụng để giảm nhiệt độ khói thải 12 Phần II: Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý khí độc cho nhà máy I Khái quát chung Khác với bụi, khí tồn dạng phân tử riêng biệt lẫn vào không khí Ở điều kiện bình thường ngưng tụ được, khí ngưng tụ tạo áp suất nhiệt độ phù hợp (áp suất cao, nhiệt độ thấp) Xử lý khí thải độc hại tiến hành phương pháp tiêu hủy, ngưng tụ, hấp phụ hấp thụ Tùy thuộc vào điều kiện phát sinh, nồng độ chất ô nhiễm, điều kiện địa hình, trang thiết bị có để lựa chọn áp dụng phương pháp xử lý khác II Xử lý khí phương pháp hấp thụ Khái niệm Hấp thụ khí chất lỏng trình hòa tan chất khí chất lỏng chúng tiếp xúc với Quá trình hòa tan chất khí chất lỏng gồm ba bước chính: Khuếch tán phân tử chất ô nhiễm thể khí khối khí thải đến bề mặt chất lỏng hấp thụ • Thâm nhập hòa tan chất khí vào bề mặt chất hấp thụ • Khuếch tán chất khí hòa tan bề mặt ngăn cách sâu vào lòng khối chất lỏng hấp thụ • Tùy thuộc vào chất tương tác chất cần hấp thụ chất hấp thụ mà người ta chia thành hấp thụ vật lý hay hấp thụ hóa học • Hấp thụ vật lý: Là trình dựa tương tác vật lý túy; nghĩa bao gồm khuếch tán, hòa tan chất hấp thụ vào lòng chất lỏng phân bố chúng phần tử chất lỏng Ví dụ phân bố khí hòa tan phân tử chất lỏng: NH3/axeton, CO/benzen, … 13 Hấp thụ hóa học: Là trình kèm với hay nhiều phản ứng hóa học Một trình hấp thụ hóa học gồm hai giai đoạn: Giai đoạn khuếch tán giai đoạn xảy phản ứng hóa học Tháp hấp thụ phun kiểu thùng rỗng • Cấu tạo: Thiết bị hấp thụ kiểu thùng rỗng có dạng hình trụ, có vòi phun sương thường đặt phía phun xuống Trong trường hợp tháp hấp thụ có chiều cao lớn, người ta thường đặt vòi phun chia tầng khác Nguyên tắc làm việc: Trong tháp phun, chất lỏng phun thành bụi mù (sương) từ phía xuống, khí thường từ lên nhằm làm tăng diện tích tiếp xúc để nồng độ thực tế chất cần hấp thụ pha khí giảm dần theo chiều từ lên nồng độ chất bị hấp thụ pha lỏng tăng dần theo chiều tử xuống Đặc điểm: Yêu cầu tốc độ dòng khí không lớn (> 20 g/m 3) Trong trường hợp nhỏ, người ta thường dùng phương pháp hấp thụ hay hấp phụ Trên đường thành công dấu chân kẻ lười biếng Cố lên !!! Kiên Lê ... ướt Xử lý bụi thiết bị lọc bụi liểu ly tâm Có hai loại: Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu thẳng đứng a Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng Cấu tạo: Thiết bị gồm... Đặc điểm: Lực ly tâm sinh phụ thuộc vào hướng dòng, hướng dòng tạo vận tốc dòng khí lớn lực ly tâm sinh mạnh hiệu suất lọc cao Ngược lại hướng dòng tạo vận tốc dòng khí nhỏ lực ly tâm sinh yếu... bị từ qua sàn phân phối lên trên, dòng nước phun dạng hạt nhỏ từ xu ng Khi hai môi chất tiếp xúc nhau, bụi dòng khí bị theo nước xu ng dưới, khí sau tách bụi, qua phận chắn nước tách nước thoát