Chuyên đề Tính toán thiết kế hệ thống xử lý bụi bằng cyclon kết hợp lọc bụi tay áo

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIÊP TP.HCM VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG @&? Môn học: KỸ THUẬT KHỐNG CHẾ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ TIẾNG ỒN Chuyên đề: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ BỤI BẰNG CYCLON KẾT HỢP LỌC BỤI TAY ÁO TP.Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2010 Mục lục Nhận xét của giáo viên CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CYCLON VÀ LỌC BỤI TAY ÁO TỔNG QUAN VỀ CYCLON Thiết bị lắng bụi kiểu quán tính Nguyên lý cơ bản được áp dụng để chế tạo thiết bị XL bụi kiểu quán tính là làm thay đổi chiều hướng chuyển động của dòng khí một cách liên tục, lặp đi lặp lại bằng nhiều loại vật cản có hình dáng khác nhau. Khi dòng đổi hướng chuyển động thì bụi do có sức quán tính lớn sẽ giữ hướng chuyển động ban đầu của mình và va đập vào các vật cản rồi bị giữ lại ở đó hoặc mất động năng và rơi xuống đáy thiết bị. Cyclon Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng thường được gọi là xiclon có cấu tạo rất đa dạng, nhưng về nguyên tắc cơ bản gồm các bộ phận sau. Không khí đi vào thiết bị theo ống 1 nối theo phương tiếp tuyến với thân hình trụ đứng 2. Phần dưới thân hình trụ có phễu 3 và dưới cùng là ống xả bụi 4. Bên trong thân hình trụ có ống thoát khí sạch 5. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC Không khí sẽ chuyển động xoáy ốc bên trong thân hình trụ của xiclon và khi chạm vào ống đáy hình phễu, dòng không khí bị dội ngược trở lên nhưng vẫn giữ được chuyển động xoáy ốc rồi thoát ra ngoài qua ống 5. Trong dòng chuyển động xoáy ốc, các hạt bụi chịu tác dụng bởi lực ly tâm làm cho chúng có xu hướng tiến dần về phía thành ống của thân hình trụ rồi chạm vào đó, mất động năng và rơi xuống đáy phễu. Trên ống xả 4 người ta có lắp van 6 để xả bụi. CÁCH CHỌN CYCLON Yêu cầu đặt ra đối với việc tính toán thiết kế hoặc chọn lựa xiclon phải đáp ứng các thông số kỹ thuật quan trọng sau đây: lưu lượng khí cần lọc, hiệu quả lọc, tổn thất áp suất, diện tích và không gian chiếm chỗ và giá thành thiết bị. Thông thường người ta ưu tiên lựa chọn loại xiclon có lưu lượng phù hợp đồng thời có hiệu quả lọc cao và tổn thất áp suất bé. Trên cơ sở đó các nhà khoa học nghiên cứu thiết kế và chế tạo xiclon luôn tìm cách xác định tỷ lệ kích thước hợp lý của xiclon. CÁC DẠNG TỔNG HỢP CỬA CYCLON Lắp nối tiếp hai xiclon cùng loại: Khi hai xiclon cùng loại lắp nối tiếp nhau thì hiệu quả lọc của hệ thống sẽ cao hơn từng xiclon riêng lẻ. Sự tăng hiệu quả lọc của hệ thống hai xiclon lắp nối tiếp đáng xem xét là hiệu quả lọc theo cỡ hạt chứ không phải là hiệu quả lọc tổng cộng. Lắp song song hai hay nhiều xiclon cùng loại Hiệu quả lọc của xiclon tăng khi lưu lượng tăng hoặc nếu lưu lượng không đổi thì hiệu quả lọc tăng khi đường kính của xiclon giảm. Cả hai trường hợp tổn thất áp suất đều tăng. Xiclon chùm Đây là tổ hợp của nhiều xiclon kiểu đứng – tức kiểu chuyển động ngược chiều có đường kính bé lắp song song trong một thiết bị hoàn chỉnh, gọi là xiclon chùm. Số lượng các xiclon con trong xiclon chùm có thể lên đến hàng trăm chiếc tùy theo năng suất của thiết bị. Hiệu quả lọc của xiclon chùm bằng hiệu quả lọc của từng xiclon riêng biệt, Tổn thất áp suất chung của cả hệ thống bằng tổn thất áp suất của một xiclon con. Lưu lương của hệ thống bằng tổng lưu lượng của tất cả các xiclon con. DÃY CYCLONE Ưu nhược điểm của cyclon Ưu điểm Không có phần chuyển động Có thể làm việc ở nhiệt độ cao (đến 5000C) Có khả năng thu hồi vật liệu mài mòn mà không cần bảo vệ bề mặt cyclon Thu hồi bụi ở dạng khô Trở lực hầu như cố định và không lớn (250 – 1500N/m2) Làm việc tốt ở áp suất cao Chế tạo đơn giản, rẻ; Năng suất cao Hiệu quả không phụ thuộc vào sự thay đổi nồng độ bụi Nhược điểm Hiệu quả xử lý kém khi bụi có kích thước < 5μm. Không thể thu hồi bụi kết dính. TỔNG QUAN VỀ LỌC BỤI TAY ÁO Giới thiệu Thiết bị lọc bụi kiểu túi vải được sử dụng rất phổ biến cho các loại bụi mịn, khô khó tách khỏi không khí nhờ lực quán tính và ly tâm. Nguyên lý hoạt động Túi vải Để lọc người ta cho luồng không khí nhiễm bụi đi qua các túi vải, túi vải sẽ ngăn các hạt bụi lại và để không khí đi thoát qua. Phần thu bụi Các hạt bụi có kích thước lớn, khối lượng của chúng lớn, chịu ảnh hưởng của lực quán tính nên duy trì các hạt bụi chuyển động theo hướng thẳng. Tuy nhiên chúng khắc phục trở lực ma sát của dòng để va chạm vào các sợi và bám trên đó. Các hạt bụi có kích thước nhỏ bị dòng khí cuốn theo và chuyển đọng bao quanh sợi. Sở dĩ các hạt này vẫn có thể va đập vào sợi là do chuyển động nhiệt, còn ảnh hưởng của các lực quán tính thì nhỏ nên các hạt đó vẫn bám vào sợi. Các hạt bụi nhỏ và nhẹ dễ bị dòng khí cuốn theo qua khe hở giữa các sợi vải. Hạt bụi có kích thước càng nhỏ, hạt bụi càng dễ bị lệch ra khỏi quỹ đạo chuyển động càng xa. Do vậy khi dòng khí chứa bụi ở gần sợi các hạt bụi có thể chạm vào bề mặt sợi dưới tác dụng của chuyển động nhiệt và lắng trên bề mặt sợi. CHƯƠNG II: TÍNH TOÀN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ BỤI CÔNG SUẤT 100 m2/phút, C=650 mg/m3N CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO Lưu lượng cần phải xủ lí là Q =100m3/phut=1,667m3/s Khối lượng riêng của hạt bụi Pb=900Kg/m3 Nồng độ bụi C=650 mg/m3N Khối lượng riêng của không khí Pg=1,01 Kg/m3 Nhiệt độ khí đầu vào T0=350 YÊU CẦU ĐẦU RA QCVN:19:2000 đối với bụi này là 100 mg/m3N SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Hệ thống thu khí Bơm áp lực cyclon Lọc bụi tay áo ống khói Sơ đồ công nghệ xử lý bụi bằng cyclon kết hợp lọc túi vải TÍNH TOÁN CYCLON Xác định D: Nồng độ tối đa cho phép trong TCVN theo hệ thống số dùng thải,hệ số nguồn tiếp nhận Ta có:Cmax=C.Kp.kv=650.1,08=520 (mg/Nm3) Vượt QCVN 19:2009 là 30% Lưu lượng lớn :1000 m3/ph → sử dung cyclone năng suất cao. Tính D: cho v = 25m/s v= QWH →WH=QV=1,67725= 0,07 m2 Năng suất cao: 0,75. 0,375. D2 =0,07 ↔ D= 0,499= 0,5 Vận tốc dòng khí vào cyclon: Vi = V = 25m/s Số vòng quay: Ne= 1H (Lb + Lc2) = 10,375(0,75+1,252) = 3,667 ( vòng) Thời gian lưu của hạt bụi trong cyclone: ∆t = π.D.NeVi = π.0,5.3,66725= 0,24 (s) Vận tốc dòng khí trong cyclone: Vt = W∆t = 0,18750,24= 0,78(m/s) Đường kính hạt bụi nhỏ nhất bị thu giữ: Dp=[9.µ.Wπ.Ne.Vi(Pp-Pg)]1/2= [9.0,068.0,1875π.3600.3,667.0,24.(900-1,01)]1/2=1,11.10-5 (m) Vận tốc dòng khí ra khỏi cyclone: Vt = Pp- Pgdp2Vi29µd= 900-1,01.1,14.10-5.2529.0,0683600.0,5=0,86ms Đường kính hạt bụi bị thu giữ 50%: Dpc=[9µW2π.Ne.Vi(Pp-Pg)]1/2=[9.0,068.0,18752π.3600.3,667.25.900-1,01]1/2=5,55.10-6 Hiệu suất thu giữ đối với hạt bụi bất kỳ: nj = 11+dpgdpj2 j µm dpj/ µm dpj/dpc nj mi/µ % nj.mj/µ % 1 0→2 1 0,124 0,015 1 0,015 2 2→4 3 0,37 0,122 9 1,098 3 4→6 5 0,62 0,278 10 2,78 4 6→10 8 0,99 0,498 30 14,94 5 10→18 14 1,73 0,75 30 22,5 6 18→36 24 2,98 0,898 14 12,572 7 30→50 40 4,968 0,961 5 4,805 8 50→100 75 9,316 0,988 1 0,988 59,7% Suy ra hiệu suất thu giữ bụi với cyclone này là: 59,7% TÚI LỌC TAY ÁO Khí bụi sau khi bụi đi qua cyclone nồng độ còn lại C = 650 - (650 *59,7%) =262 mg/m3 Lưu lượng và các yếu tố khác không đổi không đổi. Hiệu suất: ῃ= Cv-CmaxCv=262-100262=0,61 Với nhiệt độ 350C nên ta chọn vải tổng hợp do có các đặc tính: chống axit tốt; chống kiềm tốt; chống rách tốt; giá thành thấp nên chọn vải sợi tổng hợp polypropylene. Tổng diện tích bề mặt túi vải: Ac =QVf.ῃ=60007,2.0,61=1366 m2 Đường kính túi lọc phổ biến là 135→220mm ta chọn d= 0,19m Chọn h = 3,5m Diện tích bề mặt túi vải: Ab = πdh = 3,14.0,19.3,5=2,0881 m2 Số túi vải lọc = 13662,0881=654 túi Chọn số túi 660 túi nên ta chọn 10 đơn nguyên với mỗi đơn nguyên là 66 túi. Chọn d1=0,21 m ; d2 = 0,17m ; d3 = 0,19m ; n1= 11 ; n2 = 6 Chiều rộng: B = d.n1+ (n1-1)d1+ 2d3=0,19.4+ (4-1).0,21 +2.0,19= 1,77m Chiều dài: L = d.n2 +(n2-1)d2 + 2d3 = 0.19.8 + 7.0,17+2.0,19 = 3m Diện tích bề mặt thiết bị: S = B.L =3.1,77 = 5,31m2 Chiều cao thiết bị: H1 = h = 3,5m H2 =1/6h= 1,667m H3 = 1/2h = 1,75m H = H1+H2+H3= 3,5 +1,667 +1,75 = 6,4167m Tỷ lệ lượng khí cần hoàn nguyên: (A/C)net = QAc=60001366=4,392 CHƯƠNG III: TÔNG KẾT Công nghệ xử lí bụi bằng cyclon kết hợp lọc tay áo với lưu lượng đầu Q = 6000 m2/h Có giá thành tương đố thấp cơ chế vận hành dễ dàng, thu hồi gần như hoàn toàn bụi phát sinh. Công nghệ này thường được sử dụng rộng nhờ khả năng gữi bui của nó với các hạt đường kính hạt cỡ um và giá thành của nó. Khuyết điểm của công nghệ này khó xủ lý bụi có tính kết dính nhiệt độ cao có tính dễ cháy nổ. Vì vậy khi lựa chọn một thiết bị xử lý bụi ta phải hết sức cân nhắc đếm nhiều yêu tố Kinh tế kĩ thuật xã hội.