Xử lí khí thải bằng phương pháp lắng bụi trọng lực

Mục lục Mở đầu...................................................................................................................................... 3 A. Tổng quan xử lý bụi bằng phương pháp lắng trọng lực ................................................. 3 I. Giới Thiệu về hạt bụi...................................................................................................... 3 1. Sơ lượt hạt bụi............................................................................................................. 3 1.1. Các khái niệm chung về bụi ................................................................................. 3 1.2. Phân loại bụi......................................................................................................... 4 1.3. Tính chất bụi ........................................................................................................ 4 2. Ô nhiễm bụi................................................................................................................. 5 2.1. Ảnh hường đến con người.................................................................................... 5 2.2. Các ô nhiểm khác của bụi .................................................................................... 6 II. Công nghệ xử lý bụi bằng phương pháp lắng trọng lực................................................. 6 1. Tổng quan về lắng bụi................................................................................................. 6 1.1. Khái niệm ............................................................................................................. 6 1.2. Nguyên tắc lắng bụi ............................................................................................. 6 1.3. Công thức tính toán quá trình lắng, thiết kế buồng lắng...................................... 7 1.4. Điều kiện lắng bụi ................................................................................................ 7 1.5. Phân loại ............................................................................................................... 8 2. Các công nghệ lắng bụi............................................................................................... 8 2.1. Buồng lắng đơn giản ............................................................................................ 8 2.2. Buồng lắng có vách ngăn ..................................................................................... 9 2.3. Buồng lắng nhiều tầng ....................................................................................... 12 III. Kết luận ..................................................................................................................... 13 1. Ưu, nhược điểm của phương pháp lắng.................................................................... 13 1.1. Ưu Điểm ................................................................................................................ 13 1.2. Nhược điểm ........................................................................................................... 14 2. Các nghành nghề áp dụng phương pháp ................................................................... 14 B. Ứng Dụng ..................................................................................................................... 15 I. Sử lý sơ bộ hệ bụi thải nhà máy xi măng ..................................................................... 15 II. Quy trình sản xuất xi măng .......................................................................................... 16 Page 2 III. Tải lượng bụi của nhà máy xi măng ......................................................................... 18 IV. Các công đoạn thải ra bụi.......................................................................................... 19 V. Phương pháp xử lý ....................................................................................................... 20 1. Sơ đồ công nghệ xử lý .............................................................................................. 20 2. Nguyên tắc vận hành................................................................................................. 21 VI. Kết luận ..................................................................................................................... 21 1. Ưu điểm..................................................................................................................... 21 2. Nhược điểm............................................................................................................... 21 Page 3 Mở đầu “ Bảo vệ môi trường là vấn đề sống còn của đất nước, của nhân loại; là nhiệm vụ có tính xã hội sâu sắc, gắn liền với cuộc đấu tranh xóa đói giảm nghèo ở mỗi nước, với cuộc đấu tranh vì hòa bình và tiến bộ xã hội trên phạm vi toàn thế giới” Môi trường không khí ở nước ta, đặc biệt là ở các khu công nghiệp và đô thị lớn vẫn tồn tại những dấu hiệu ô nhiễm đáng lo ngại. phần lớn các nhà máy, xí nghiệp chưa được trang bị các hệ thống xử lý bụi và khí độc hại và hang giờ hang ngày thải vào bầu khí quyển một lượng khổng lồ các chất độc hại, làm vẫn đục không khí cả một vùng rộng lớn xung quanh nhà máy. Để nghiên cứu vấn đề ô nhiễm không khí cần biết rõ tất cả các nguồn phát sinh ra chất ô nhiễm, từ đó ta mới có thể đề xuất các giải pháp giảm thiểu và xử lý ô nhiễm một cách có hiệu quả. A. Tổng quan xử lý bụi bằng phương pháp lắng trọng lực I. Giới Thiệu về hạt bụi 1. Sơ lượt hạt bụi 1.1. Các khái niệm chung về bụi Các phần tử chất rắn thể rời rạc (vụn) dưới tác dụng của các dòng khí hoặc không khí, chúng chuyển thành trạng thái lơ lửng và trong những điều kiện nhất định chúng tạo thành thứ vật chất mà người ta gọi là bụi. Bụi gồm hai pha: pha khí và pha rắn rời rạc. Hạt Bụi có kích thước từ nguyên tử đến nhìn thấy được bằng mắt thường, có khả năng tồn tại ở dạng lơ lửng trong thời gian dài ngắn khác nhau. Sol khí (aêrozon) cũng là hệ thống vật chất rời rạc gồm từ các hạt thể rắn và thể lỏng ở dạng lơ lửng trong thời gian dài không hạn định. Tốc độ lắng chìm của các hạt aêrozon rất bé. Những hạt bé nhất của aêrozon có kích thước gần bằng kích thước các nguyễn tử lớn, còn những hạt lớn nhất có kích thước khoảng 0,2÷1 µm. Bụi thu giữ được hoặc bụi đã lắng đọng thường đồng nghĩa với khái niệm “bột”, tức là loại vật chất vụn rời rạc. Page 4 1.2. Phân loại bụi a. Phân loại bụi theo nguồn gốc - Bụi tự nhiên (bụi do động đất, núi lửa...) - Bụi thực vật (như bụi gỗ, bông, bụi phấn hoa...), bụi động vật (len, lông, tóc...) - Bụi nhân tạo (nhựa hoá học, cao su, cement...) - Bụi kim loại (Sắt, đồng, chì...) - Bụi hỗn hợp (do mài, đúc...) b. Phân loại bụi theo kích thước hạt bụi - Bụi thô, cát bụi: gồm từ các hạt bụi, chất rắn có kích thước hạt lớn hơn 75 μm - Bụi: các hạt chất rắn có kích thước nhỏ hơn bụi thô (5-75 μm) được hình thành từ các quá trình cơ khí như nghiền, tán, đập - Khói (smoke): gồm các hạt vật chất có thể là rắn hoặc lỏng được tạo ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu hoặc quá trình ngưng tụ có kích thước hạt δ = 1 ÷ 5 μm. Hạt bụi cỡ này có tính khuếch tán rất ổn định trong khí quyển. - Khói mịn (fume): gồm những hạt chất rắn rất mịn, kích thước hạt δ < 1 μm. Sương (mist): hạt chất lỏng kích thước δ = ˂ 10 μm. Loại hạt cỡ này ở một nồng độ đủ để làm giảm tầm nhìn thì được gọi là sương giá (fog). - Bụi hô hấp là những hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 10 μm chúng có thể thâm nhập sâu vào tận phổi trong quá trình hô hấp. 1.3. Tính chất bụi  Tính chất lý hóa của bụi - Tính phân tán - Tính kết dính - Tính mài mòn - Tính thấm ướt và hút ẩm - Tính nhiễm điện và dẫn điện - Tính cháy nổ - Tính lắng bụi do nhiệt  Thành phần của bụi Page 5 - Bụi không kích thước - Bụi có kích thước - nhẹ (khô) - Bụi có kích thước - nhẹ (ướt) - Bụi nặng 2. Ô nhiễm bụi 2.1. Ảnh hường đến con người Sức khỏe vá tuổi thọ của con người phụ thuộc rất nhiều vào độ trong sạch của môi trường xung quanh. Trong tất cả nhu cầu vật chất hằng ngày cho cuộc sống của con người thì không khí là nhu yếu phẩm đặt biệt cần đến chúng thường xuyên từng giờ từng phút không lúc nào nghĩ ngơi trong suốt cuộc đởi của mình. Người ta đã tổng kết được rằng con người không thể ngừng thở 5 phút. Lượng không khí mà cơ thể cần cho sự hô hấp hẳng ngày khoảng 10 m3, do đó nếu trong không khí có lẫn nhiểu chất độc hại thì phổi và cơ quan hô hấp sẽ hấp thu hoàn toàn bộ chất độc hại đó và tạo điều kiện cho chúng thâm nhập sâu vào cơ thể gây ra những hậu quả rất nghiệm trọng cho sức khỏe và tính mạng con người. Bụi gây ra nhiều tác hại nhưng quan trọng nhất là tác hại đến con người. Về sức khỏe, bụi có thể gây tổn thương mắt, da, hoặc hệ tiêu hóa, nhưng chủ yếu là sự xâm nhập vào phổi do hít thở. Mũi với các ống dẫn khí uốn lượn có bề mặt bảo phủ bởi chất nhầy cùng với long mũi được xem như máy lọc bụi rất hiệu quả đối với hạt bụi có kích thước 10 và một tỷ lệ đáng kể với các hạt bụi 5-2 , các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn có khả năng xâm nhập sâu vào cuốn phổi, phế nan và ảnh hưởng nghiệm trọng đến quá trình hô hấp. Hàng loạt các bệnh do bụi gây ra cho sức khỏe nhưng đáng lo ngại nhất là bệnh bụi phổi (pneumoconiosis). Các nhóm bệnh bụi phổi bao gồm: bệnh bụi phổi sillic, bệnh bụi phổi amiăng, bệnh bụi sắt bụi thiếc. Các triệu chứng đầu tiên của bệnh phổi nhiểm bụi là tức ngực khó thở, cần nghỉ ngơi và tìm đến bác sỹ để được chuẩn đoán chính xác bệnh lý, thay đổi không gian làm việc trong môi trường thoáng hơn. Page 6 2.2. Các ô nhiểm khác của bụi Đối với thực vật nếu lượng bụi ô nhiểm vượt qua khả năng tự làm sạch của chúng thì bắt đầu gây hại cho chúng. Hàm lượng bụi lớn có thể gây cho các loại thực vật giảm khả năng quang hợp do không thể trao đổi vật chất với môi trường, dẫn đến thực vật không thể phát triển, chết dần chết mòn. Đối với các công trình xây dụng thì bụi bám vào làm các công trình mất mỹ quan, làm hỏng vật liệu sơn, tốn chi phí vệ sinh thường xuyên. II. Công nghệ xử lý bụi bằng phương pháp lắng trọng lực 1. Tổng quan về lắng bụi 1.1. Khái niệm Buồng lắng bụi là một không gian hình hộp có tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện đường ống dẫn khí vào để cho vận tốc dòng khí giảm xuống rất nhỏ, nhờ đó mà hạt bụi đủ thời gian để lắng. Buồng (Phòng) lắng bụi được áp dụng để lắng bụi thô có kích thước hạt từ 60 – 70 m trở lên và dòng khí chuyển động với vận tốc nhỏ (< 1 ÷ 2 m/s). Tuy vậy, các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn vẫn có thể bị giữ lại trong buồng lắng. 1.2. Nguyên tắc lắng bụi Page 7 Khi đi vào không gian kín, hạt bụi chịu ảnh hưởng của trọng lực và trở lực sẽ chuyển động xuống với vận tốc v0 và chuyển động ngang với vận tốc khí vd. Kết quả thì hạt bụi chuyển động theo vận tốc v, Cho nên khi dòng chảy đi hết quảng đường dài L, thì phần tử hạt cũng rơi hết độ cao H. Cuối cùng pha liên tục ra khỏi buồng lắng, còn pha phân tán đọng lại trên bề mặt diện tích B.L 1.3. Công thức tính toán quá trình lắng, thiết kế buồng lắng  Công thức tính toán vận tốc lắng theo stokes cho hạt có đường kính lớn hơn 75 m= 18: Hạt hình cầu có đường kính: Hệ số nhớt động lực: Khối lượng đơn vị của môi chất g: Gia tốc trọng trường  Thời gian lưu: là thời gian mà dòng hỗn hợp đi hết chiều dài L=  Thời gian lắng: là thời gian mà các hạt phân tán rơi hết độ cao H= - Khi hạt bụi thuộc bất kỳ loại vật liệu gì có đường kính δ rơi với vận tốc v và đi được một đoạn h trong thời gian xác định thì: - Nếu h < H: hạt bụi bị dòng khí mang theo ra ngoài phạm vi của buồng lắng. - Nếu h ≥ H: tất cả các hạt bụi có kích thước bằng hoặc lớn hơn δ đều bị giữ lại trong buồng lắng. 1.4. Điều kiện lắng bụi Hạt bụi cần đủ thời gian để lắng. vậy nên điều kiện để lắng bụi là vận tốc lắng phải đủ nhỏ để tăng được thời gian lắng. Page 8 Do đó để hạt bụi có thể lắng tốt trong buồng lắng thì thời gian lắng của hạt phải nhỏ hơn thời gian hạt chuyển động qua buồng.  Muốn quá trình lắng được diễn ra tốt thì điều cần thiết là: ↔ Để nâng hiệu quả quá trình lắng, người ta thường sử dụng cách sau: Tăng diện tích đáy buồng lắng. 1.5. Phân loại - Buồng lắng đơn giản - Buồng lắng nhiều tầng - Buồng lắng có vách ngăn 2. Các công nghệ lắng bụi 2.1. Buồng lắng đơn giản a. Cấu tạo Một khối hình hộp không gian có tiết diện ngang rất lớn so với đường kính ống dẫn khí thải có kích thước B x H x L. Một ống dẫn khí chứa bụi vào thiết bị, một ống dẫn dẫn khí sau xử lý ra ngoài. Bên dưới có các phễu (cửa) thoát bụi có hình chóp cụt. b. Nguyên lý hoạt động Dựa trên nguyên tắc lắng bụi bằng trọng lực. Các hạt bụi Khi đi vào không gian kín, hạt bụi chịu ảnh hưởng của trọng lực và trở lực sẽ chuyển động xuống với vận tốc v0 và chuyển động ngang với vận tốc khí vd. Kết quả thì hạt bụi chuyển động theo vận tốc v, Cho nên khi dòng chảy đi hết quảng đường dài L, thì phần tử hạt cũng rơi hết độ cao H. Page 9 Cuối cùng các hạt bụi được thu ở các cửa thu bụi còn khí sau khi lắng được dẫn đi đến các công trình khác. c. Ưu điểm, nhược điểm  Ưu điểm - Rất đơn giản để vận hành, xây dựng. - Vốn đầu tư, vận hành, chi phí bảo trì thấp. - Xử lí hiệu quả các hạt bụi thô có đường kính lớn. - Nồng độ bụi ban đầu không ảnh hưởng đến thết bị.  Nhược điểm - Thiết bị cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích xậy dựng. - Không xử lí được các hạt bụi có kích thước < 60μm. 2.2. Buồng lắng có vách ngăn a. Cấu tạo Cấu tạo của thiết bị lắng vách ngăn tương tư như lắng đơn giản gồm Một khối hình hộp không gian có tiết diện ngang rất lớn so với đường kính ống dẫn khí thải có kích thước B x H x L. Một ống dẫn khí chứa bụi vào thiết bị, một ống dẫn dẫn khí sau xử lý ra ngoài. Bên dưới có các phễu (cửa) thoát bụi có hình chóp cụt. Bên trong thiết bị có những vách giúp dòng khí di chuyển theo hình zic-zac. b. Nguyên lý hoạt động Tương tự như buồng lắng đơn giản. Các hạt bụi Khi đi vào không gian kín, hạt bụi chịu ảnh hưởng của trọng lực và trở lực sẽ chuyển động xuống với vận tốc v0 và chuyển động Page 10 ngang với vận tốc khí vd. Kết quả thì hạt bụi chuyển động theo vận tốc v. Nhưng hệ bụi phải đi theo hình zich-zac do các vách ngăn. Dòng lưu chất sẽ được đổi hướng nhiều lần hoặc va vào thanh chắn làm mất động năng làm chúng rơi xuống.  Trong thực tế có rất nhiều cách để đặt vách ngăn thay đổi cấu tạo để đạt được hiệu quả lắng cao nhất. sau đây là các cách đặt tấm chắn khác nhau: Hình a: Cửa thoát đặt phía trên buồng lắng. Dòng lưu chất vào cửa thiết bị bị đổi phương đột ngột, va vào thanh chặn nên mất hết động năng rơi xuống. Một phần bụi có kích thước nhỏ và khí thoát ra ngoài. Hình b: Thanh chắn ở hình a sẽ gây hao phí năng lượng cho thiết bị. Nên hình b sử dụng thanh chắn uống cong. Nhằm giảm hao tổn năng lượng cho dòng lưu chất. Hình c: Khí đưa vào từ cửa ở tâm buồng lắng hình trụ. Ống dẫn khí mở rộng một góc 12o để dòng khí không chuyển động rối, xáo trộn bụi lắng ở cửa tháo, khi đi hết ống dẫn vào thì dòng khí vẫn phải đổi phương đột ngột làm mất động năng và rơi xuống. Page 11 Hình d: Tương tự như hình c. Nhưng khí được thổi vào buồng qua 2 ống dẫn khí hình vành khăn. Để không làm bụi đã lắng bị xáo trộn và thoát ra ngoài và tăng hiệu quả lắng lên gấp đôi. Tấm chắn lá sách có thiết kế gồm các tấm vách được lắp nghiên nhằm để đổi hướng đột ngột và tang diện tích lắng. Hệ bụi cần xử lí được đưa vào và đổi phương đột ngột theo phương nghiên của tấm chắn lá sách đặt song song. Bụi sẽ lắng đọng ở tấm chắn và rớt theo chiều nghiên của tấm về cửa tháo bụi. Hệ khí còn lại sẽ thoát ra ngoài.  Buồng lắng vách ngăn kết hợp Tương tự như buống lắng vách ngăn nhưng ở đây nhiều vách ngăn được đặt so le nhau nên làm cho các hạt bụi chuyển hướng đột ngột nhiều lần nên hiệu quả lắng rất cao. c. Ưu và nhược điểm  Ưu điểm - Rất đơn giản để xây dựng và vận hành. Page 12 - Vốn đầu tư, vận hành và chi phí bảo trì thấp. - Xử lí tất cả loại bụi với bất kì nồng độ nào. - Hiệu quả lắng tốt hơn buồng lắng đơn giản.  Nhược điểm - Diện tích xây dựng lớn. - Không thích hợp loại bui <60μm. 2.3. Buồng lắng nhiều tầng a. Cấu tạo 1. Ống dẫn khí vào 2. Ống dẫn khí ra 3. Van điều chỉnh 4. cửa tháo bụi tầng 5. Cửa tháo bụi đáy b. Nguyên lí hoạt động Hệ bụi thải được đưa vào cửa số 1, Được van điều chỉnh số 3 điều chỉnh lưu lượng để dòng khí được phân bố đều và không chảy rối. Tiếp tục hệ bụi sẽ đưa vào các sàn lắng, dưới tác dụng của trọng lực và đổi phương đội ngọt làm cho các hạt bụi sẽ bị lắng trên sàn. Ra khỏi sàn sẽ gặp một thanh chắn, làm dòng khí di chuyển từ trên xuống dưới dẫn đến đổi hướng đột ngột và thoát ra ngoài bằng cửa số 2 sau khi đã điều chỉnh lưu lượng bằng van 3. Các hạt bụi lắng được thu ở cửa số 5. Các hạt bụi lắng trên sản sẽ được thu gom định kì qua các cửa xả bên hông thiết bị. c. Ưu và nhược điểm  Ưu điểm - Do chia thành nhiều tầng nên kích thước chính của buồng lắng được thu gọn, ít chiếm diện tích nhưng vẫn lọc được một lưu lượng khí lớn với hiệu suất lọc cao. - Không tốn năng lượng trong quá trình hoạt động.  Nhược điểm - Khó dọn dẹp vệ sinh khi có bụi bám trên các tầng. - Vận hành cần có kinh nghiệm. Page 13 - Vốn đầu tư cao hơn với hệ thống lắng đơn giản. - Hệ thống làm việc gián đoạn để vệ sinh các sàn lắng. d. Các yếu tố ảnh hưởn dến quá trình lắng Kích thước hạt Đây là yếu tố quan trọng nhất, kích thước càng lớn cùng một loại bụi thì trọng lượng cũng lớn, điều này dẫn đến hạt có khối lượng càng lớn sẽ lắng càng dễ. Kích thước hạt quá bé sẽ không thể nào loại bỏ được trong hệ thống lắng bụi. Diện tích buồng lắng Diện tích buồng lắng cũng ảnh hường rất lớn quá trình lắng. Diện tích buồng lắng lớn dẫn đến vận tốc càng nhỏ nên thời gian lưu tăng lên làm tăng hiệu quả quá trình lắng và ngược lại. Nhiệt độ Nhiệt độ không khí càng tăng thì nội năng của hạt càng lớn vì thế hạt sẽ chuyển động vô hướng. Ngoài ra khi nhiệt độ thiết bị cao hơn nhiệt độ khối khí thì xảy ra hiện tượng đối lưu dòng lưu chất dẫn đến bụi không thể lắng được. Độ ẩm Nồng độ hơi nước trong dòng khí cao sẽ ảnh hưởng đến sự lắng xuống của hạt bụi. Nhưng có khi lại làm kết dính các hạt bụi lại làm tăng thêm khối lượng của hệ làm khối lượng của hạt bụi tăng lên do dó hạt có thể dễ dàng lắng hơn. III. Kết luận • Là phương pháp xử lý bụi đơn giản nhất. • Phương pháp xử lý bụi lâu đời. • Ít được các xí nghiệp áp dụng vào quy trình xử lý khí thải. 1. Ưu, nhược điểm của phương pháp lắng 1.1. Ưu Điểm - Độ bền cao. - Rất đơn giản để xây dựng và vận hành. - Vốn đầu tư thấp. - Xử lý được bụi khô và bụi ướt. Page 14 - Xử lý tất cả các loại bụi với bất kỳ nồng độ bụi đầu vào. - Hiệu quả cao đối với bụi lớn –>giảm tải cho các công trình tiếp theo. - Vận hành đơn giản. - Không tốn hóa chất vận hành. 1.2. Nhược điểm - Không thích hợp cho các hạt nhỏ hơn 60 m. - Tốn diện tích xây dựng. - Thiết bị cồng kềnh. 2. Các nghành nghề áp dụng phương pháp a. Ngành sản xuất xi măng Bụi xi măng phát sinh ở hầu hết các công đoạn trong quá trình sản xuất như: Bụi sinh ra từ băng tải nạp liệu. Khu vực bốc dỡ và tiếp nhận clinker, phụ gia, thạch cao. Khu vực máy đập, máy nghiền, máy sàng, máy phân ly và hệ thống máy vận chuyển. Đóng bao, xuất hàng. Vì đặt tính đặt biệt của bụi xi măng là các hạt bụi lớn nên phương pháp lắng vẫn được xử dụng để loại bỏ các hạt bụi lớn để giảm tải bụi cho các công trình xử lý tiếp theo. b. Ngành sản xuất than Bụi than được thải hầu hết các quá trình sản xuất: khu vực khai thác, khu vực bóc dở vận chuyển, các mày nghiền đập, sàng phân loại, nén ép than, Các hạt bụi được thải ra từ các quá trình có kích thước không điều nhau. Và nằm ở khoảng đường kính 60-80 μm nên có thể áp dụng phương pháp lắng trọng lực để xử lý sơ bộ. Page 15 B. Ứng Dụng I. Sử lý sơ bộ hệ bụi thải nhà máy xi măng Sản xuất xi măng là một ngành thiết yếu của một nước đang phát triển trong đó có quốc gia của chúng ta. Vì sản xuất xi măng là một ngành đặt thù thải ra nhiều bụi nên các công đoạn của điều có bụi vì