Nguyên tắc làm việc của bộ phậ tách bụi kiểu quán tính là dựa trên cơ sở thay đổi đột ngột chuyển động của dòng khí. Khí đó phân tử bụi d−ới tác dụng của lực quán tính, bị văng ra khỏi dòng khí.
Hình 6.9. Bộ phận tách bụi kiểu quán tính.
a - Buồng chắn; b - Buồng dòng khí quay nhẹ; c - Buồng côn d6n; d - Buồng côn sâu. 6.4.3. Bộ phận tách bụi kiểu khe chớp.
Bộ phận tách bụi kiểu khe chớp có cấu tạo đơn giản và làm việc hiệu quả. Trên kênh dẫn tiết diện chữ nhật, bố trí các cánh chớp nghiêng một góc 300. Nhờ các cánh chớp mà h−ớng chuyển động của dòng khí thay đổi, khí thoát qua khe cánh chớp, bụi đ−ợc tách ra. Tốc độ dòng khí đi vào dao động trong khoảng 12 ữ 15 m/s. Phụ thuộc vào nhiệt độ, ng−ời ta sử dụng các cánh chớp bằng thép hoặc bằng ngang
Hiệu quả bộ phận tách bụi kiểu khe chớp phụ thuộc kích th−ớc phần tử bụi sẽ bị loại bỏ. Đối với phần tử bụi có kích th−ớc khoảng 40àm, hiệu quả tách 80%, còn kích th−ớc phần tử khoảng 10àm, hiệu quả đạt 60%. Trong thực tế các giá trị trên thấp hơn. Nh−ợc điểm của ph−ơng pháp này là làm mòn các tấm chớp và tạo n−ớc khi khí lạnh tới nhiệt độ điểm s−ơng.
6.4.4. Bộ phận tách bụi kiểu xyclôn.
Xiclôn là thiết bị tách bụi do sự phân ly quán tính. Không khí dẫn bụi vào xyclôn tiếp tuyến với thân của nó, thực hiện chuyển động xoáy xuống phía d−ới trong không gian giữa vỏ và ống rỗng ở giữa.
Nguyên tắc làm việc của xyclôn nh− sau:
ở phần hình trụ của xyclôn dòng khí - bụi đi vào với tốc độ tiếp tuyến lớn, xoáy dần xuống phía d−ới sau một vài vòng theo chu vi hình trụ; sau đó tạo thành hàng loạt vòng xoáy có đ−ờng kính nhỏ và thoát ra khỏi xyclôn qua ống rỗng.
Phần tử bụi bị tách ra d−ới tác dụng của lực ly tâm trong quá trình dòng khí quay, tr−ợt theo thành trong hình trụ xuống phần d−ới xyclôn và rơi vào hộp chứa bụi ở d−ới.
So với các kiểu tách bụi khác, xyclôn có một số −u điểm sau:
- Không có bộ phận chuyển động, làm việc đ−ợc ở môi tr−ờng có nhiệt độ tới 5000C, bụi thu gom ở dạng khô nên có thể sử dụng lại dễ dàng.
- Có thể thu gom đ−ợc bụi có tính mài mòn, làm việc đ−ợc khi áp suất cao , trị số sức cản thuỷ lực ổn định.
- Chế tạo đơn giản, khi nồng độ bụi tăng vẫn không làm giảm hiệu quả làm sạch. Nh−ợc điểm: tổn thất áp suất trong thiết bị t−ơng đối cao, hiệu quả lọc bụi sẽ giảm khi kích th−ớc các phần tử nhỏ hơn 5àm.
Hình 6.10. Bộ phận tách bụi kiểu khe chớp.
Hình 6.11. Mô tả cấu tạo xyclôn SN-11 có hiệu suất làm sạch cao và đ−ợc áp dụng rộng r6i trong sản xuất.
Hiệu quả làm sạch không khí trong xyclôn phụ thuộc vào độ phân tán của phần tử bụi, khối l−ợng các loại hạt bụi thành phần, vận tốc chuyển động của không khí lối vào, kết cấu, kích th−ớc của xyclôn.
Những xyclôn làm việc với không khí có chứa bụi ẩm, cần lắp đặt trong phòng có toả nhiệt lớn, nếu không rất dễ bị bám dính bụi ở bên trong và cửa ra của xyclôn.
Xyclôn hình trụ có năng suất cao hơn xyclôn hình côn. Đ−ờng kính xyclôn hình trụ không nên v−ợt quá 2000mm, hình côn là 3000mm. Trong xyclôn, phần tử bụi có kích th−ớc > 6àm sẽ đ−ợc tách ra. Mức độ làm sạch không khí khi kích th−ớc phần tử bụi 6 ữ 10àm có thể đạt η = 92 ữ 95%. Sức cản của xyclôn giảm sự xoáy lốc của dòng khí ở ống ra.
Khi cần thiết phải làm sạch một l−ợng lớn không khí có bụi, để thay thế việc phải dùng một xyclôn có kích th−ớc lớn, ta dùng một số xyclôn có kích th−ớc nhỏ hơn. Số l−ợng xyclôn đ−ợc ghép vào một nhóm th−ờng có số l−ợng chẵn 2, 4, 6, ... Trong một nhóm lắp chung thùng thu gom bụi và chung ống góp không khí đ7 đ−ợc làm sạch (hình 6.12 trình bày nhóm 4 xyclôn) hoặc cụm nhiều xyclôn nh− trong (hình 6.13).
Khí sạch
Bụi Khí bụi
Hình 6.12. Nhóm 4 xyclôn.
1 - ống vào; 2 - buồng khí đ6 tách bụi; 3 - Khuếch tán; 4 - phần hình trụ; 5 - thùng chứa; 6 - cửa xả.
Cụm xyclôn gồm vỏ 1 với nắp 2, thùng chứa bụi 4, phần tử xyclôn 5 với đ−ờng dẫn khí dọc trục, ống 6 để dẫn khí và làm kín vách 7. Khí sạch thoát ra qua lỗ 3. Đ−ờng kính xyclôn phần tử 250mm, đ−ờng kính ống thoát phần tử 150mm, chiều dài phần trụ 375mm, phần côn 500mm. Không khí có bụi theo ống ngắn 6 đi vào khoảng không a giữa vách b và c, vào phần tử xyclôn và theo ống 5 vào khoảng không d và thoát khỏi xyclôn.
Xyclôn SIOT bao gồm vỏ 1, nắp của vỏ 2 trên có ống nối vào 3, nắp nhỏ 4 có ống nối ra 5 và ống xả bụi 6 ở phần d−ới xyclôn. Khác biệt của xyclôn này là không có phần hình trụ và ống nối vào hình tam giác.
Xyclôn SIOT dùng làm sạch không khí khỏi bụi không phải dạng sợi và không dính kết, năng suất 1500 ữ 10.000m3/h.
Hình 6.13. Cụm xyclôn.
1 - Vỏ; 2 - Nắp; 3 - Lỗ khí sạch; 4 - Thùng chứa; 5 - Phần tử xyclôn; 6 - ống ngắn; 7 - Vách
Hình 6.14. Xyclôn SIOT Hình 6.15. Xyclôn côn xoắn SDK.
Để tính toán xyclôn, có thể có nhiều ph−ơng pháp, tuy nhiên để tính toán ta cần một số số liệu sau: L−u l−ợng không khí cần đ−ợc làm sạch bụi L (m3/s), nồng độ bụi trong không khí cb (g/m3), khối l−ợng riêng của bụi ρb (Kg/m3), tiêu chuẩn làm sạch. Những tham số của không khí trong điều kiện làm việc, tính toán theo hình trụ sau:
1 - Sau khi chọn xyclôn, xác định vận tốc chuyển động tối −u của dòng trong thiết bị: - Đối với xyclôn SDK vu = (1,7 ữ 2)m/s.
- Đối với xyclôn SIOT vu = 1m/s.
- Đối với xyclôn SN vu = (3,5 ữ 4,5)m/s 2 - Tính diện tích tiết diện cần của xyclôn.
u L F V = 3 - Xác định đ−ờng kính xyclôn. 0, 785 F D n = ⋅ (m). Đ−ờng kính xyclôn cần đ−ợc làm tròn số. 4 - Tính vận tốc thực tế trong xyclôn. 0 2 0, 785 L V n D = ⋅ ⋅
Vận tốc thực tế v0 không nên quá 15% so với vận tốc tối −u đ7 chọn.
2 2 0 2 2 v v x v v v P ρ ρ ξ ⋅ ξ ⋅ ∆ = ⋅ = ⋅ Trong đó:
ξ0, ξV - hệ số sức cản cục bộ của xyclôn t−ơng ứng với áp suất động Pđ0 trong tiết diện ngang của vỏ xyclôn và với áp suất động Pđv trong cửa vào của xyclôn.
v0, vv - tốc độ không khí trong vỏ và cửa vào của xyclôn, có thể lấy vv = 12 ữ 18m/s.
ρ - khối l−ợng riêng không khí trong điều kiện làm việc (Kg/m3). Hệ số sức cản cục bộ của một số loại xyclôn cho trong (bảng 6.4)
L−ợng không khí đi qua xyclôn (m3/h) phụ thuộc vào tốc độ không khí ở cửa vào và kích th−ớc cửa vào: 2 3600 3600 x v v v v P L F v F ρ ξ ∆ = ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ Bảng 6.5. Hệ số cản của xyclôn. Hệ số cản cục bộ của xyclôn
Không xoắn ốc ở ống ra Có xoắn ốc ở ống ra
ξv ξ0 ξv ξ0 SN-11 6,1 250 5,2 210 SN-15 7,8 160 6,7 140 SN-24 10,9 80 12,5 90 SDK 20,0 600 31,3 920 SIOT 6,0 4,2
Nếu kênh dẫn có tiết diện chữ nhật với kích th−ớc b (1,5 2)
a = ữ thì bán kính xyclôn R và bán kính ống trung tâm R1 lấy theo quan hệ:
1
R−R =a
Chiều dài ống trung tâm h1 (m)
2 1 4a h D a = −
Chiều cao phần hình trụ của xyclôn h2 (m)
2 1 2
h =h + a
Chiều cao phần hình côn của xyclôn h3 (m)
3 2
D d h = − tgβ
Hình 6.16. Kích th−ớc cơ bản của xyclôn. Bảng 6.6. Kích th−ớc và xyclôn V m3/h D a b d h1 h2 h3 D1 D - a 90 ữ450 0,2 0,050 0,10 0,04 0,07 0,100 O,16 0,10 0,150 240 ữ 1050 0,3 0,075 0,15 0,06 0,10 0,140 0,24 0,15 0,225 370 ữ 1800 0,4 0,100 0,20 0,08 0,13 0,185 0,32 0,20 0,300 675 ữ 3380 0,5 0,125 0,25 0,10 0,17 0,230 0,40 0,25 0,875 810 ữ 4050 0,6 0,150 0,30 0,12 0,20 0,275 0,48 0,30 0,450 1440 ữ 7200 0,8 0,200 0,40 0,16 0,23 0,366 0,64 0,40 0,600 2250 ữ 11250 1,0 0,250 0,50 0,20 0,33 0,458 0,80 0,50 0,750 3240 ữ16200 1,2 0,300 0,60 0,24 0,40 0,550 0,96 0,60 0,900 4400 ữ 22000 1,4 0,350 0,70 0,28 0,46 0,641 1,12 0,70 1,050 5750 ữ28700 1,6 0,400 0,80 0,32 0,54 0,733 1,23 0,80 1,200 7290 ữ 36450 1,8 0,450 0,90 0,36 0,60 0,825 1,44 0,90 1,350 9000 ữ 45000 2,0 0,500 1,00 0,40 0,67 0,916 1,60 1,00 1,500 14100 ữ 70500 2,5 0,625 1,25 0,50 0,88 1,145 2,00 1,20 1,875
6.5. Bộ phận tách bụi kiểu ống túi vải
Bộ phận làm sạch không khí kiểu này đạt đến độ sạch 99% hoặc cao hơn. Khi dòng khí xuyên qua vải, các hạt bụi bị ép vào các lỗ nhỏ của vật liệu lọc hay tích tụ thành từng lớp trên bề mặt của nó. Để làm sạch vật liệu lọc ta dùng vải bông, len dạ, vải sợi tổng hợp nh− capron, nitron, vải thuỷ tinh...
Những thiết bị thu gom bụi ống vải chế tạo ở dạng đơn và kép. thiết bị dạng đơn gồm 4, 6, 8, 10 đơn nguyên. Thiết bị dạng kép gồm có số đơn nguyên gấp đôi.
Hình 6.17. Bộ phận tách bụi kiểu ống túi vải
a) Thiết bị lọc bụi ống vải b) ph−ơng pháp cung cấp không khí bụi vào ống thải.
Thiết bị lọc bụi ống vải gồm vỏ, thùng chứa bụi2, hộp phân phối không khí 3, ống vải lọc 4, nắp trên có cơ cấu rung lắc ống vải và van điều chỉnh - tiết l−u 5, ống góp không khí sạch 6, quạt thổi ống vải 7, vít tải bụi sạch 8, van xả 9.
Không khí theo ống dẫn vào hộp phân phối không khí, đi vào phần d−ới của thiết bị. Sau đó dòng khí bụi quay 1800 đi vào các ống vải. Khi đi qua ống vải, bám bụi vào mặt trong của ống vải, không khí sạch thoát vào không gian giữa các ống vải và vào ống góp không khí sạch. Hình d−ới (Hình 6.16 b) cho thấy 3 ph−ơng pháp đ−a không khí bẩn vào bộ lọc ống vải: Trên xuống, d−ới lên và hỗn hợp.
Ph−ơng pháp hàn nguyên, bộ lọc ống vải là yếu tố quan trọng. Cờu tạo của vật liệu, quyết định sức cản chuyển lực của thiết bị, tải trọng không khí cần lọc, diện tích cần thiết của bộ lọc và chi phí năng l−ợng.
Hoàn nguyên phân tố lọc là phá huỷ và tách lớp bụi bám ra khỏi vật liệu lọc, nhằm giảm sức cản khí đọng của thiết bị. Hình 6.17 trình bày các ph−ơng pháp hoàn nguyên bộ lọc ống vải.
b/
Hình 6.18. Các ph−ơng pháp hoàn nguyên bộ lọc ống vải
a - Thổi ng−ợc b - Thổi tia c - Thổi xung d - Dao động âm e - Cơ khí f - Xoắn ống vải g - Dao động ống vải h - Rung
1 - H−ớng đi dòng khí 2 - Vòng chuyển động 3 - Thổi gió 4 - Phình bóng khí 5 - Phun 6 - áp lực xung 7 - cơ cấu quay 8 - Cơ cấu rung.
Chu trình làm việc 10 phút (thời gian lọc 9 phút, rung lắc một đơn nguyên 1 phút). Tốc độ lọc trung bình 1 ữ 1,5 m/ph (m3/m2phút), sức cản thuỷ lực khoảng 750 - 1500 Pa.
Diện tích chung của vật liệu lọc xác định theo công thức
1 2 1 lv h c L L S S S S V + = + = + (6.11) Trong đó:
Slv, Sh - Diện tích vải lọc trong một đơn nguyên làm việc và đơn nguyên tuần hoàn (m2)
L1, L2 - L−u l−ợng không khí bụi hút vào buồng xử lý và đi vào bộ phận hoàn nguyên (m3/ph).
V1 - Vận tốc lọc (tải trọng không khí tới vải lọc m3/m2phút)
Vận tốc lọc cực đại phụ thuộc đặc tính vải lọc. Đối với vải sợi thuỷ tinh vân tốc lọc cho phép không quá 0,5 m/ph, vải tổng hợp là 1,5 m/ph.
Sức cản thuỷ lực giới hạn của bộ lọc th−ờng không quá 2,5 N/m2. 6.6 Bộ phận tách bụi có dòng xoắy gặp nhau:
Nguyên tắc làm việc của thiết bị nh− sau:
Không khí bẩn vào bộ phận 1 qua ống 3 chuyển động từ d−ới lên trên dọc trục thiết bị. Phần tử bụi chuyển động cùng dòng khí đ−ợc tách ra theo đ−ờng xoắn. Dùng khi chuyển động ng−ợc chiều từ trên xuống qua ống lọc 5 d−ới áp suất 0,3 MPa, quay theo h−ớng tiếp tuyến,
nh−ng bụi chuyển động theo h−ớng dọc trục; khi đó các phần tử bụi di chuyển từ dòng thứ nhất vào dòng thứ hai; Dòng thứ hai chuyển động vào thùng ch−a, bị thay đổi h−ớng, phần tử chuyển về phía d−ới vành 2, tại đó đặt thùng chứa 4. Phân biệt hai dạng chính bộ phận tách bụi có dòng xoáy gặp nhau: Từ phân phối vào dọng thứ hai (b) và từ tập chung vào dòng thứ hai (c).
Hình 6.19. Sơ đồ bộ phận tách bụi có dòng xoáy gặp nhau
a - Sơ đồ nguyên lý b - Phân phối vào dòng c - tập chung vào dòng chi tiết trong bình (a và b). 1 - Đ−ờng ra 2 - Hệ thống lọc tiếp tuyến vào dòng thứ hai 3 - Vào dòng thứ hai 4 - Buồng
5 - Bộ phận thoát ra ngoài 6 - Vào dòng thứ nhất 7 - Thùng chứa bụi 8 - Bộ xoáy dòng thứ nhất 9 - Bộ xoáy dòng thứ hai
Bộ phận tách bụi kiểu dòng xoáy gặp nhau đ−ợc chế tạo nhiều ở pháp, Mỹ, Nhật....Năng suất bộ phận tách bụi BZΠ là 330 ữ 30000 m3/h để làm sạch khí. số liệu d−ới cho đối với thiết bị BZΠ - 200 năng suất 300 m3/h.
Đ−ờng kính thiết bị (mm) 200 Chi phí khí dòng thứ hai (m3/h) 220 Chiều cao thể tích phân ly (mm) 643 Góc nghiêng ống loe (độ) 30 Đ−ờng kính ống vào (mm) 100 Đ−ờng kính ống ra (mm) 90 Số ống loe dòng thứ hai 2ì4 Sức cản thuỷ lực (KPa) 3,7 Đ−ờng kính ống loe (mm) 11
áp suất dòng thứ hai (KPa) 5,5
Giá trị bằng số của hiệu quả nhận đ−ợc của máy tách bụi BZΠ-200 đối với vật liệu (thạch anh H600) hàm l−ợng 35% phân tử < 5àm, theo các phần nh− sau:
d (à) 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 6,0 7,5 10,0
η (%) 98,6 99,1 99,3 99,5 99,7 99,8 100 100 100 Hệ số phân ly đạt 99,9%, còn khả năng phân loại đạt 0,5àm.
Hình 6.20. Sơ đồ bố trí thiết bị phân ly bụi trong hệ thống làm sạch khí. I - Khí sạch; II - Khí bẩn; III - Bụi; IV - Khí sạch.
Bảng 6.7. Kết quả nghiên cứu mô hình từ phân phối vào dòng thứ hai.
v1 m3/s v2 m3/s d0àm d50àm η % 0,024 KKB 0,014 KKS 3,3 2,5 60 ữ 65 0,024 KKB 0,014 KKB 2,3 2,8 61 ữ 66 0,014 KKB 0,024 KKB 0,7 0,8 80 ữ 83 0 0,024 KKB 0,7 0,9 80 ữ 85 0,014 KKS 0,024 KKB 0,7 1,3 77 ữ 82
Bảng 6.8. Kết quả nghiên cứu mô hình từ tập trung vào dòng thứ hai.
v1 m3/s v2 m3/s v2/v1 d0àm d50àm η % 0,0167 KKB 0,0167 KKS 1 1,0 1,8 96,7 0,0111 KKB 0,0222 KKS 2 0,8 1,2 98,4 0,0083 KKB 0,0249 KKS 3 0,8 1,0 98,45 0,0167 KKB 0,0167 KKB 1 0,8 1,2 97,45 0,0111 KKS 0,0222 KKB 2 0,75 1,0 98,45 0,0083 KKS 0,0249 KKB 3 0,75 1,0 98,5 0,0167 KKB 0,0167 KKB 1 1,5 1,8 95,65 0,0111 KKB 0,0222 KKB 2 1,3 1,6 96,4 0,0083 KKB 0,0249 KKB 3 1,3 1,5 96,5 Chú ý: KKS và KKB là không khí sạch và không khí bẩn.
v1 và v2 - chi phí không khí ở r7nh thứ nhất và thứ hai. d0 - kích th−ớc giới hạn của phần tử nhận đ−ợc. d50 - kích th−ớc phần tử nhận đ−ợc đạt 50%.
Về mặt lý thuyết, ng−ời ta xác định tổn thất áp suất trên r7nh thứ nhất và thứ hai (∆P1, ∆P2). Sau đó tìm tổn thất t−ơng đ−ơng trong máy tách bụi ∆P và trình bày các tổn thất trên qua các hệ số
ξ1, ξ2 và ξ. 2 2 v P ξ ρ ∆ = ⋅ ⋅ 2 1 1 1 2 v P ξ ρ ∆ = ⋅ ⋅ 2 2 2 2 2 v P ξ ρ ∆ = ⋅ ⋅
Trong đó: v - là tốc độ trung bình của khí theo tiết diện.