Nghiên cứu thực nghiệm thiết bị lọc bụi rotoclon

Thiết bị lọc bụi rotoclon thí nghiệm được thiết kế, chế tạo có cấu tạo khe gió hình chữ S, chiều rộng khe 70 mm, chiều dài khe 500 mm, lưu lượng 1700 – 2940m3 /h. Nghiên cứu thực nghiệm thiết bị rotoclon được thực hiện với bụi thạch anh, khối lượng riêng 2650 kg/m3 , đường kính d50 = 11,35 micronmet(µm), nồng độ bụi ở đầu vào 1400 mg/m3 .

K t qu nghiên c u KHCN Nghiên cứu thực nghiệm thiêt b l c b i rotoclon Nguy n Th ng L i, Tr n Huy Toàn, Nguy n Hoàng Quý, Vi n nghiên c u KHKT b o h Lao đ ng Tóm tắt: hiết bị lọc bụi rotoclon thí nghiệm thiết kế, chế tạo có cấu tạo khe gió hình chữ S, chiều rộng khe 70 mm, chiều dài khe 500 mm, lưu lượng 1700 – 2940m3/h Nghiên cứu thực nghiệm thiết bị rotoclon thực với bụi thạch anh, khối lượng riêng 2650 kg/m3, đường kính d50 = 11,35 micronmet(µm), nồng độ bụi đầu vào 1400 mg/m3 Thí nghiệm thực với chế độ thí nghiệm sau: vận tốc qua khe gió 13,5 m/s; 15,6 m/s; 17,6 m/s; 19,7 m/s; 21,8 m/s 23,3 m/s; tương ứng với lưu lượng 1700 m3/h; 1960 m3/h; 2220 m3/h; 2480 m3/h; 2740 m3/h; 2940 m3/h Các tác giả khảo sát biến thiên tổn thất áp suất hiệu suất lọc theo biến thiên vận tốc qua khe gió, xác định hiệu suất lọc bụi hợp phần thiết bị Kết nghiên cứu thực nghiệm cho thấy chế độ làm việc hợp lý thiết bị lọc bụi rotoclon là: vkh = 19,7 m/s (tương ứng với lưu lượng tính mét chiều dài khe 5000 m3/h.m), η = 99,13% ΔP = 175 mm H2O Hiệu suất lọc bụi hợp phần thiết bị chế độ vkh = 19,7 m/s sau: T Đường kính hạt, m 20 Hiệu suất lọc bụi hợp 93,8 97,8 98,6 99,8 100 Lượng nước sử dụng nhiều so với loại thiết bị lọc bụi ướt khác, chủ yếu để bù vào lượng nước bay hay mát trình lấy bùn ra, bù vào lượng nước chảy tràn (trong trường hợp sợ độ kiểm soát mức nước theo nguyên tắc chảy tràn) Nước tuần hoàn bên thiết bị nên Rotoclon gọi thiết bị lọc bụi ướt tuần hồn [1], [5], [6], [7] Rotoclon có nhược điểm loại thiết bị lọc bụi ướt khác vấn đề nước thải bùn thải, trường hợp khí thải chứa khí axit Hiệu suất lọc bụi cao, có khả lọc hạt bụi từ đến µm; Hiện nay, số nước, thiết bị lọc bụi rotoclon sản xuất hàng loạt bán nhằm đáp ứng nhu cầu thị trường xử lý bụi công nghiệp giới Kiểu dáng, cấu tạo qui mô thiết bị đa dạng tuỳ thuộc vào nhà sản xuất [8], [9] Khơng sử dụng vịi phun, không cần phải sử dụng bơm áp suất cao khơng sợ bụi làm tắc nghẽn vịi phun trình vận hành; Ở nước ta, thiết bị lọc bụi rotoclon đề cập tới số nghiên cứu I ĐẶT VẤN ĐỀ Rotoclon dạng thiết bị lọc bụi kiểu va đập quán tính ướt có số ưu điểm trội như: Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2014 K t qu nghiên c u KHCN trước Tuy nhiên, nhiều lý khác nhau, thiết bị lọc bụi rotoclon chưa nghiên cứu cách bản, trọn vẹn, nên việc áp dụng hạn chế, dè dặt, đơn lẻ [2], [3] tới nội dung kết nghiên cứu thực nghiệm thiết bị lọc bụi rotoclon mà nhiệm vụ thực II NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM Vì lý trên, nhiệm vụ 213/17/VBH thực nhằm nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm giải pháp cấu tạo thiết bị lọc bụi rotoclon làm sở khoa học cho việc triển khai thiết kế, áp dụng thiết bị vào sản xuất Trên sở nghiên cứu lý thuyết, thiết kế, chế tạo mẫu thiết bị lọc bụi rotoclon có cấu tạo khe gió hình chữ S với chiều rộng 70 mm, chiều dài 500 mm, lưu lượng 1700 2960 m3/h, để nghiên cứu thực nghiệm Trong khuôn khổ báo này, tác giả muốn đề cập Sơ đồ hệ thống thí nghiệm trình bày Hình HiĬnh S
đôĬ h thôĭng thiĭ nghi m thiêĭt b l c b i rotoclon 1.Máy nén khí Máy cấp bụi Phễu lấy gió Ống dẫn gió Thiết bị lọc bụi Rotoclon Bộ đo lưu lượng Ventury Van gió Quạt li tâm Máy hút bụi 10 Van nước I15 (4 chiếc) 11 Bơm nước 12 Ống dẫn nước 13 Khoang cấp nước bổ sung 14 Van bùn I50 15 Ống dẫn bùn I50 16 Bơm bùn 17 Ống thải khí lọc Ho t đ ng c a h nghi m: th ng thí Khơng khí chứa bụi tạo dựng cách cấp bụi theo định lượng vào dịng khí máy cấp bụi (2) Máy cấp bụi (2) có nhiệm vụ cấp lượng bụi cần thiết, cịn máy nén khí (1) làm chức đẩy bụi vào hệ thống thí nghiệm Bụi phân bố ống nhờ động dịng khí Để theo dõi đo đạc lưu lượng hệ thống, sử dụng đo lưu lượng (6), thiết kế chế tạo theo nguyên lý ống Venturi Lưu lượng hệ thống xác định theo độ chênh cột chất lỏng vi áp kế đo lưu lượng Nhờ van gió (7) đo lưu lượng (6), xác lập chế độ lưu lượng thí nghiệm khác Bơm nước tự động (11) điện cực mức nước lắp đặt hộp kiểm sốt mức nước sử dụng để trì mức nước thiết bị khơng đổi q trình làm việc Bùn hình thành trình lọc bụi thải định kỳ bơm bùn (16) M c tiêu nghiên c u th c nghi m: a Xác định hiệu suất lọc bụi chung thiết bị b Xác định hiệu suất lọc bụi hợp phần thiết bị c Xác định tổn thất áp suất thiết bị Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2014 K t qu nghiên c u KHCN NôŃi dung nghiên c u th
Ńc nghiêŃm: Bụi thí nghiệm bụi thạch anh, khối lượng riêng 2650 kg/m3, d50 = 11,35 µm Phân bố kích thước hạt bụi xác định máy laze LA-950 hãng HORIBA sau: Đường kính hạt, m < Tỷ lệ % khối lượng 0,206 hợp phần bụi, HPi 1-5 22,720 Xác đ nh hi u su t l c b i h p ph n ηi: Hiệu suất lọc bụi hợp phần xác định theo công thức: – 10 10 – 20 >20 22,154 28,349 26,571 Trong đó, Tiến hành nghiên cứu thiết bị chế độ thí nghiệm sau: Chế độ thí nghiệm Vận tốc, m/s 13,5 15,5 17,5 19,5 21,5 1700 1950 2200 2460 2700 Lưu lượng, m3/h Nồng độ bụi tạo đầu vào 1400 mg/m3 23,5 2960 Nồng độ bụi đầu xác định cách lấy mẫu đẳng tốc vị trí B1 Sử dụng đầu lấy mẫu Casella (Anh) bơm thiết bị lấy mẫu bụi STL Combi dust sampler (Thuỵ Điển) Thời gian lấy mẫu 15 phút Nghiên cứu xác định hiệu suất lọc bụi hợp phần thực chế độ có hiệu suất lọc bụi cao Để xác định phân bố kích thước hạt bụi đầu ra, bố trí ống Ø32 vị trí B2, nối với máy hút bụi để lấy mẫu bụi Mẫu bụi phân tích máy laze LA-950 hãng HORIBA để xác định phân bố kích thước hạt Tại vị trí P1, P2, P3, P4 bố trí sẵn đầu đo áp suất Tổn thất áp suất qua thiết bị xác định thông qua độ chênh áp suất P1 P2 Tổn thất áp suất qua khe gió xác định thông qua độ chênh áp suất P3 P4 Tổn thất áp suất qua tách nước xác định thông qua độ chênh áp suất P4 P2 Xác đ nh hi u su t l c c a thi t b : ηi – Hiệu suất lọc bụi hợp phần i, %; mv,i – Lượng bụi đơn vị thời gian hợp phần thứ i đầu vào thiết bị, g/h; mr,i – Lượng bụi đơn vị thời gian hợp phần thứ i đầu thiết bị, g/h; Lượng bụi đơn vị thời gian hợp phần thứ i đầu vào thiết bị xác định theo cơng thức: Trong đó, mv,i – Lượng bụi đơn vị thời gian hợp phần thứ i đầu vào thiết bị, g/h; mv – Lượng bụi đơn vị thời gian đầu vào thiết bị, g/h; HPv,i – Tỷ lệ % khối lượng hợp phần bụi thứ i Lượng bụi đơn vị thời gian đầu thiết bị xác định theo công thức: Hiệu suất lọc thiết bị xác định theo cơng thức: Trong đó, η – Hiệu suất lọc bụi chung thiết bị, %; Cv – Nồng độ bụi đầu vào thiết bị, mg/m3; Cr – Nồng độ bụi đầu thiết bị, mg/m3 Trong đó, mr – Lượng bụi đơn vị thời gian đầu thiết bị, g/h; mv – Lượng bụi đơn vị thời gian đầu vào thiết bị, g/h; η – Hiệu suất lọc bụi chung Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2014 K t qu nghiên c u KHCN thiết bị, % HPi – Tỷ lệ khối lượng dải hợp phần thứ i, % Lượng bụi đơn vị thời gian dải hợp phần thứ i đầu thiết bị xác định theo công thức: III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM Hi u su t l c b i chung Kết xác định hiệu suất lọc bụi chung Rotoclon tổng hợp Bảng Trong đó, mr,i - Lượng bụi đơn vị thời gian dải hợp phần thứ i đầu thiết bị, g/h; mr – Lượng bụi đơn vị thời gian đầu thiết bị, g/h; Trên sở số liệu Bảng 1, xây dựng biểu đồ biến thiên hiệu suất lọc bụi trung bình thiết bị theo vận tốc, biểu diễn Hình Hi u su t l c b i h p ph n Nghiên cứu xác định hiệu suất lọc bụi hợp phần thực chế độ vận tốc dịng khí qua khe 19,7m/s, với hiệu suất lọc bụi chung 99,13% Kết phân tích hợp phần bụi mẫu bụi đầu vào đầu thiết bị biểu diễn Bảng Kết xác định hiệu suất lọc bụi hợp phần tổng hợp Bảng B ng S li u hi u su t l c b i chung c a thi t b l c b i Rotoclon Các lần thí nghiệm L m3/h vkh, m/s Cv Lần (mg/m ) Cr Laàn Cr Cr Laàn (mg/m ) (%) (mg/m ) (%) Cr (mg/m3) K (%) K (mg/m ) Lan K ỗtb (%) 1700 13,5 1400 28,0 98,25 25,2 98,20 21,8 98,44 23,2 98,35 98,25 1960 15,6 1400 18,2 98,72 15,4 98,90 17,1 98,78 21,0 98,50 98,72 2220 17,6 1400 14,0 98,96 14,0 99,00 15,4 98,90 14,6 98,96 98,96 2480 19,7 1400 12,6 99,13 11,7 99,17 11,2 99,20 13,1 99,07 99,13 2740 21,8 1400 9,2 99,25 11,0 99,22 9,1 99,35 12,6 99,10 99,25 2940 23,3 1400 12,3 99,14 11,6 99,17 11,2 99,20 13,0 99,07 99,14 Hình Bi u đ hi u su t l c b i c a thi t b l c b i Rotoclon theo v n t c dòng khí qua khe gió Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Soá 4,5&6-2014 K t qu nghiên c u KHCN T n th t áp su t IV NHẬN XÉT Kết đo đạc tổn thất áp suất khe gió, tách nước thiết bị lọc bụi rotoclon tổng hợp Bảng V hi u su t l c b i: Trên sở kết thí nghiệm bảng 4, xây dựng biểu đồ biến thiên tổn thất áp suất khe gió, tách nước thiết bị lọc bụi rotoclon theo vận tốc gió qua khe, biểu diễn hình B ng K t qu phân tích h p ph n b i c a m u b i vào đ u Đường kính hạt, m 20 Tỷ lệ % khối lượng hợp phần bụi HPi mẫu bụi đầu vào 0,206 22,720 22,154 28,349 26,571 Tỷ lệ % khối lượng hợp phần bụi HPi mẫu bụi đầu 1,468 57,579 35,344 5,609 B ng Hi u su t l c h p ph n c a thi t b l c b i rotoclon (vkh= 19,7m/s) Đường kính hạt, m 20 Hiệu suất lọc bụi hợp phần Ki 93,83 97,81 98,62 99,83 100 B ng K t qu đo đ c t n th t áp su t c a khe gió, b tách n
c thi t b Tổn thất aùp suaát, mm H2O L, m3/h vkh, m/s 1700 1960 2220 2480 2740 2940 13,5 15,6 17,6 19,7 21,8 23,3 'PP3P4 (khe gió) 'PP4P2 (tách nước) 'PP1P2 (thiết bị) 129 144 152 161 184 219 11 12 13 20 139 154 163 175 198 240 Tại vận tốc gió qua khe 13,5m/s, hiệu suất lọc tốt Khi tăng vận tốc gió qua khe, hiệu suất lọc bụi tăng lên Tuy nhiên, tốc độ tăng hiệu suất lọc có xu hướng giảm dần Đặc biệt, chuyển từ vận tốc 21,8m/s sang 23,3m/s hiệu suất giảm chút Điều xảy nghiên cứu tác giả Trung Quốc [6], nhiên vận tốc cao (khi chuyển từ vận tốc 27,8m/s sang 31,7m/s) Hiệu suất lọc bụi dao động từ 98,25 đến 99,25% tương đương so với thiết bị lọc bụi nguyên lý công bố giới Hiệu suất lọc bụi trung bình cao đạt 99,13% vận tốc gió qua khe 19,7m/s Hiệu suất lọc bụi hợp phần thấp 93,83% dải kích thước hạt bụi 20 µm, hiệu suất lọc đạt 100% V t n th t áp su t: Ở chế độ vkh = 13,5m/s, dòng chảy thiết bị chưa ổn định, biểu chỗ số áp suất dao động khoảng tương đối rộng Bắt đầu từ vận tốc vkh = 15,6m/s trở đi, dòng chảy thiết bị ổn định Khi tăng vận tốc gió qua khe, tổn thất áp suất thiết bị tăng Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2014 K t qu nghiên c u KHCN hướng giảm dần Tốc độ tăng hiệu suất lọc giảm rõ rệt điểm ứng với vận tốc vkh=19,7m/s Thậm chí, tăng vận tốc từ 21,8m/s lên 23,3m/s hiệu suất lọc lại giảm chút, tốc độ tăng hiệu suất lọc mang dấu âm Hình T n th t áp su t c a khe gió, b tách n
c thi t b rotoclon B ng So sánh t c đ tăng c a t n th t áp su t hi u su t l c theo v n t c gió qua khe Tốc độ tăng 'PP1P2 Tốc độ tăng K % % 98,25 0 154 98,72 9,74 0,48 17,6 163 98,96 5,52 0,25 19,7 175 99,13 6,86 0,17 21,8 198 99,25 11,62 0,12 23,3 240 99,14 17,50 - 0,11 vkh 'PP1P2 Chế độ m/s mm H2O % 13,5 139 15,6 K, lên Giá trị tổn thất áp suất thấp 139 mm H2O vận tốc gió qua khe 13,5m/s cao 240 mm H2O vận tốc gió qua khe 23,3m/s So với nghiên cứu [6] nước ngồi tổn thất áp suất xác định nghiên cứu cao Tốc độ tăng tổn thất áp suất tăng dần theo chiều tăng vận tốc gió Từ giá trị vận tốc lớn 19,7m/s tốc độ tăng tổn thất áp suất tăng mạnh, tương ứng với 11,62 % 17,5% Ch đ làm vi c h p lý: So sánh tốc độ tăng tổn thất áp suất tốc độ tăng hiệu suất lọc theo vận tốc gió qua khe biểu diễn bảng Nhìn chung, tổn thất áp suất hiệu suất lọc tăng theo vận tốc lọc Tuy nhiên, tốc độ tăng hiệu suất lọc bụi có xu Tổn thất áp suất thiết bị có xu hướng tăng liên tục tăng vận tốc gió qua khe Tốc độ tăng tổn thất áp suất tăng mạnh vận tốc lớn 19,7m/s Như vậy, thấy rõ rằng, điểm vận tốc vkh=19,7 tốc độ tăng tổn thất áp suất tăng mạnh, đó, tốc độ tăng hiệu suất lọc lại giảm đi, chí hiệu suất cịn giảm (ở vận tốc 23,3m/s so với vân tốc 21,8m/s) Vận tốc gió qua khe vkh=19,7m/s vận tốc làm việc hợp lý thiết bị Với vận tốc gió qua khe 19,7m/s lưu lượng thiết bị lọc bụi rotoclon tính mét chiều dài khe 5.000 m3/h.m V KẾT LUẬN Nghiên cứu thực nghiệm thiết bị lọc bụi rotoclon lưu lượng 1700 – 2960 m3/h thực với bụi thạch anh, khối lượng riêng 2650 kg/m3, d50 = 11,35 mm, nồng độ bụi đầu vào 1400 mg/m3 Kết nghiên cứu cho phép kết luận sau: Chế độ làm việc cho hợp lý thiết bị: vkh = 19,7m/s (tương ứng với lưu Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2014 K t qu nghiên c u KHCN lượng tính mét chiều dài khe 5000 m3/h.m), η = 99,13% ΔP = 175 mm H2O; Hiệu suất lọc bụi hợp phần thiết bị: Đường kính hạt bụi, m 20 Hiệu suất lọc bụi hợp phần 93,83 97,81 98,62 99,83 100 [3] Nguyễn Thắng Lợi cộng (1990), Nghiên cứu ứng dụng số giải pháp kỹ thuật chống bụi cho số công đoạn vài ngành sản xuất công nghiệp, Báo cáo tổng kết đề tài 58A 02.02 thuộc Chương trình cấp Nhà nước 58A, Hà Nội [4] Nguyễn Thắng Lợi cộng (2014), Nghiên cứu sở lý thuyết, thực nghiệm giải pháp cấu tạo nhằm thiết kế chế tạo thiết bị lọc bụi kiểu rotoclon, Báo cáo tổng kết nhiệm vụ 213/17/VBH Trạm QT & PT MTLĐ chủ trì, Hà Nội [5] Aliev G M.-A (1986), Kỹ thuật lọc bụi làm khí thải cơng nghiệp, Nhà xuất Luyện kim, Matxcova (Tiếng Nga) [6] Ngô Trung Chuẩn (2001), Sổ tay kỹ thuật môi trường Kiểm sốt nhiễm khơng khí, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật môi trường, Bắc Kinh (Tiếng Trung Quốc) [7] Uzop V.N., Vanbec A U (1972), Làm khí thải thiết bị lọc bụi ướt, Nhà xuât Hoá học, Matxcova (Tiếng Nga) [8] http://www.keptter.com TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Ngọc Chấn (2001), Ơ nhiễm khơng khí xử lý khí thảitập Cơ học bụi phương pháp xử lý bụi, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [9] http://www.aafintl.com [2] Thái Quang Hoè cộng (1985), Nghiên cứu ứng dụng biện pháp kỹ thuật phòng chống bệnh bụi phổi silicosis cho công nhân làm việc phân xưởng đúc nhà máy khí Việt Nam, Báo cáo tổng kết đề tài 5801.02.02 thuộc Chương trình cấp Nhà nước 5801, Hà Nội Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2014 ... cứu thực nghiệm thiết bị lọc bụi rotoclon mà nhiệm vụ thực II NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM Vì lý trên, nhiệm vụ 213/17/VBH thực nhằm nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm giải pháp cấu tạo thiết bị lọc bụi. .. 19,7m/s lưu lượng thiết bị lọc bụi rotoclon tính mét chiều dài khe 5.000 m3/h.m V KẾT LUẬN Nghiên cứu thực nghiệm thiết bị lọc bụi rotoclon lưu lượng 1700 – 2960 m3/h thực với bụi thạch anh, khối... vào thiết bị, mg/m3; Cr – Nồng độ bụi đầu thiết bị, mg/m3 Trong đó, mr – Lượng bụi đơn vị thời gian đầu thiết bị, g/h; mv – Lượng bụi đơn vị thời gian đầu vào thiết bị, g/h; η – Hiệu suất lọc bụi