Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị lọc bụi rotoclon

ISO 9001:2015

VIMCERTS 025

TRẠM QUAN TRẮC VÀ PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG LAO ĐỘNG

NATIONAL WORKING ENVIRONMENT MONITORING STATION

VILAS 441

Trang chủ»Dịch vụ »Sản phẩm dịch vụ»Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị lọc bụi rotoclon

Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị lọc bụi rotoclon

Nghiên cứu đã thiết kế và chế tạo được thiết bị lọc bụi rotoclon với lưu lượng thiết kế 1700 – 2940m³/h. Đã thực hiện nghiên cứu thực nghiệm thiết bị với bụi thạch anh, khối lượng riêng 2650kg/m³, d50 = 11,35mm và nồng độ bụi ở đầu vào 1400mg/m³. Đã khảo sát sự biến thiên của tổn thất áp suất và hiệu suất lọc bụi chung theo 5 chế độ vận tốc gió qua khe là: 13,5m/s; 15,6m/s; 17,6m/s; 19,7m/s; 21,8m/s và 23,3m/s. Đã xác định được chế độ làm việc hợp lý nhất của thiết bị là: v_kh = 19,7m/s; η = 99,13% và ∆P = 175mm H₂O. Hiệu suất lọc bụi hợp phần của thiết bị ở v_kh = 19,7m/s như sau:

Đường kính hạt, µm	< 1	1 - 5	5 – 10	10 – 20	>20
Hiệu suất lọc bụi hợp phần η_i	93,83	97,81	98,62	99,83	100

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Rotoclon là một dạng thiết bị lọc bụi kiểu va đập quán tính ướt có nhiều ưu điểm nổi trội như: i) Hiệu suất lọc bụi cao, có khả năng lọc được các hạt bụi từ 2 đến 5µm; ii) Không sử dụng vòi phun, bởi vậy không cần phải sử dụng bơm áp suất cao và không sợ bụi làm tắc nghẽn vòi phun trong quá trình vận hành; iii) Lượng nước sử dụng ít hơn nhiều so với các loại thiết bị lọc bụi ướt khác, chủ yếu là để bù vào lượng nước bay hơi hay mất mát trong quá trình lấy bùn ra, hoặc bù vào lượng nước chảy tràn (trong trường hợp sơ độ kiểm soát mức nước theo nguyên tắc chảy tràn). Nước được tuần hoàn bên trong thiết bị nên Rotoclon còn được gọi là thiết bị lọc bụi ướt tuần hoàn trong [1], [5], [6], [7].

Rotoclon cũng có nhược điểm như các loại thiết bị lọc bụi ướt khác đó là vấn đề nước thải và bùn thải, nhất là trong trường hợp trong khí thải chứa các khí axit. Trong những trường hợp này cần phải có thêm công đoạn xử lý nước thải.

Hiện nay, ở một số nước, thiết bị lọc bụi rotoclon được sản xuất hàng loạt và bán nhằm đáp ứng nhu cầu thị trường xử lý bụi công nghiệp của thế giới. Kiểu dáng, cấu tạo và qui mô thiết bị rất đa dạng tuỳ thuộc vào nhà sản xuất [8], [9].

Ở nước ta, thiết bị lọc bụi rotoclon cũng đã được đề cập tới trong một số nghiên cứu trước đây. Tuy nhiên, vì nhiều lý do khác nhau, thiết bị lọc bụi rotoclon chưa được nghiên cứu trọn vẹn, nên việc áp dụng vẫn còn rất hạn chế [2], [3].

Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và tham khảo một số thiết kế, nhóm nghiên cứu đã thiết kế và chế tạo được 1 mẫu thiết bị lọc bụi rotoclon lưu lượng 1700 – 2960m³/h.

2. NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM

Thực hiện thí nghiệm thiết bị rotoclon với bụi thạch anh, khối lượng riêng 2650kg/m³, d50=11,35mm, nồng độ đầu vào 1400mg/m³. Phân bố kích thước hạt của bụi được xác định trên máy laze LA-950 của hãng HORIBA như sau:

Đường kính hạt, µm	< 1	1 - 5	5 – 10	10 – 20	>20
Tỷ lệ % khối lượng hợp phần, HP_i	0,206	22,720	22,154	28,349	26,571

2.1. Mục tiêu

Xác định hiệu suất lọc bụi chung, hiệu suất lọc bụi hợp phần và tổn thất áp suất.

2.2. Hệ thống thí nghiệm

Không khí chứa bụi được tạo dựng bằng cách cấp bụi theo định lượng vào dòng khí bằng máy cấp bụi (2). Máy cấp bụi (2) có nhiệm vụ cấp đúng lượng bụi cần thiết, còn máy nén khí (1) làm chức năng đẩy bụi vào hệ thống thí nghiệm. Bụi được phân bố đều trong ống nhờ động năng của dòng khí. Để có thể theo dõi và đo đạc lưu lượng của hệ thống, sử dụng bộ đo lưu lượng (6), được thiết kế và chế tạo theo nguyên lý ống Venturi. Lưu lượng của hệ thống được xác định theo độ chênh cột chất lỏng trên vi áp kế của bộ đo lưu lượng. Nhờ van gió (7) và bộ đo lưu lượng (6), có thể xác lập các chế độ lưu lượng thí nghiệm khác nhau.

Bơm nước tự động (11) và điện cực mức nước lắp đặt trong hộp kiểm soát mức nước được sử dụng để duy trì mức nước trong thiết bị không đổi trong quá trình làm việc. Bùn hình thành trong quá trình lọc bụi được thải ra ngoài định kỳ bằng bơm bùn (16).

Rotoclone hinh 1

2.3. Nội dung nghiên cứu

Tiến hành nghiên cứu thiết bị ở các chế độ thí nghiệm như sau:

Chế độ thí nghiệm	1	2	3	4	5	6
Vận tốc, m/s	13,5	15,5	17,5	19,5	21,5	23,5
Lưu lượng, m³/h	1700	1950	2200	2460	2700	2960

Nồng độ bụi ở đầu ra được xác định bằng cách lấy mẫu đẳng tốc tại vị trí B1. Sử dụng đầu lấy mẫu Casella (Anh) và bơm của thiết bị lấy mẫu bụi STL Combi dust sampler (Thụy Điển). Thời gian lấy mẫu là 15 phút mỗi mẫu.

Nghiên cứu xác định hiệu suất lọc bụi hợp phần được thực hiện ở chế độ có hiệu suất lọc bụi cao nhất. Để xác định phân bố kích thước hạt của bụi ở đầu ra, bố trí một ống Ø32 tại vị trí B2, nối với máy hút bụi để lấy mẫu bụi. Mẫu bụi được phân tích trên máy laze LA-950 của hãng HORIBA để xác định phân bố kích thước hạt.

Tại các vị trí P1, P2, P3, P4 bố trí sẵn các đầu đo áp suất. Tổn thất áp suất qua thiết bị được xác định thông qua độ chênh áp suất giữa P1 và P2. Tổn thất áp suất qua khe gió được xác định thông qua độ chênh áp suất giữa P3 và P4. Tổn thất áp suất qua bộ tách nước được xác định thông qua độ chênh áp suất giữa P4 và P2. Xác định tổn thất áp suất bằng ống chữ U.

2.4. Xác định hiệu suất lọc bụi chung

Hiệu suất lọc bụi chung của thiết bị được xác định theo công thức:

Rotoclone CT 1

3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM

3.1. Hiệu suất lọc bụi chung

Mối quan hệ giữa hiệu suất lọc bụi chung và vận tốc qua khe được biểu diễn trong Hình 2.

Rotoclone hinh 2

3.2. Hiệu suất lọc bụi hợp phần

Hiệu suất lọc bụi hợp phần ở vận tốc qua khe bằng 19,7 m/s (xem Bảng 1)

Bảng 1. Hiệu suất lọc bụi hợp phần của thiết bị rotoclon (v_kh= 19,7m/s)

Đường kính hạt, µm	< 1	1 - 5	5 – 10	10 – 20	>20
Hiệu suất lọc bụi hợp phần η_i	93,83	97,81	98,62	99,83	100

3.3. Tổn thất áp suất

Mối quan hệ giữa tổn thất áp suất và vận tốc qua khe được biễu diễn trong Hình 3.

Rotoclone hinh 3

4. NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ

4.1. Về hiệu suất lọc bụi

Ngay ở vận tốc gió qua khe bằng 13,5m/s, hiệu suất lọc đã là khá 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, khi chuyển từ vận tốc bằng 21,8m/s sang 23,3m/s thì hiệu suất giảm đi một chút. Điều này cũng xảy ra như trong nghiên cứu của tác giả Trung Quốc [6]. Hiện nay, chưa có lý giải xác đáng về hiện tượng này, cần có nghiên cứu sâu hơn.

Hiệu suất lọc bụi dao động từ 98,25 đến 99,25% là tương đương so với các thiết bị lọc bụi cùng nguyên lý được công bố trên thế giới. Hiệu suất lọc bụi trung bình cao nhất đạt 99,13% ở vận tốc gió qua khe bằng 19,7m/s.

Hiệu suất lọc bụi hợp phần thấp nhất là 93,83% đối với dải kích thước hạt bụi <1µm. Đối với dải kích thước hạt từ 1 – 5µm, hiệu suất lọc đạt 97,81%. Còn đối với các hạt bụi có kích thước >20µm, hiệu suất lọc đạt 100%.

4.2. Về tổn thất áp suất

Ở chế độ v_kh = 13,5m/s, dòng chảy trong thiết bị chưa ổn định, biểu hiện ở chỗ các chỉ số áp suất dao động trong khoảng tương đối rộng. Bắt đầu từ vận tốc v_kh= 15,6m/s trở đi, dòng chảy trong thiết bị là ổn định.

Khi tăng vận tốc gió qua khe, tổn thất áp suất của thiết bị tăng lên. Giá trị của tổn thất áp suất thấp nhất là 139mm H₂O ở vận tốc gió qua khe bằng 13,5m/s và cao nhất là 240mm H₂O ở vận tốc gió qua khe bằng 23,3m/s. So với nghiên cứu [6] của nước ngoài thì tổn thất áp suất xác định được trong nghiên cứu này là cao hơn. Nguyên nhân có thể là do chất lượng chế tạo khe gió chưa tốt.

Tốc độ tăng của tổn thất áp suất tăng dần theo chiều tăng của vận tốc gió. Từ giá trị vận tốc lớn hơn 19,7m/s thì tốc độ tăng của tổn thất áp suất tăng mạnh, tương ứng với 11,62% và 17,5%.

4.3. Chế độ làm việc hợp lý

Nhìn chung, cả tổn thất áp suất và hiệu suất lọc đều tăng theo vận tốc lọc. Tuy nhiên, tốc độ tăng của hiệu suất lọc bụi có xu hướng giảm dần. Tốc độ tăng của hiệu suất lọc giảm rõ rệt bắt đầu từ điểm ứng với vận tốc v_kh=19,7m/s. Thậm chí, khi tăng vận tốc từ 21,8m/s lên 23,3m/s thì hiệu suất lọc lại giảm đi một chút.

Tổn thất áp suất của thiết bị có xu hướng tăng liên tục khi tăng vận tốc gió qua khe. Tốc độ tăng của tổn thất áp suất tăng mạnh khi vận tốc lớn hơn 19,7m/s.

Như vậy, có thể thấy rõ rằng, bắt đầu từ điểm vận tốc v_kh=19,7m/s thì tốc độ tăng của tổn thất áp suất tăng mạnh, trong khi đó, tốc độ tăng của hiệu suất lọc lại giảm đi, thậm chí hiệu suất còn giảm (ở vận tốc 23,3m/s so với ở vân tốc 21,8m/s). Vận tốc gió qua khe v_kh=19,7m/s là vận tốc làm việc hợp lý của thiết bị.

Với vận tốc gió qua khe bằng 19,7m/s thì lưu lượng của thiết bị lọc bụi rotoclon tính trên 1 mét chiều dài khe là 5.000m³/h.m.

5. KẾT LUẬN

Thiết bị lọc bụi rotoclon làm việc hợp lý nhất ở chế độ: v_kh = 19,7m/s; η = 99,13% và ∆P = 175mm H₂O.

Hiệu suất lọc bụi hợp phần của thiết bị rotoclon như sau:

Đường kính hạt, µm	< 1	1 - 5	5 – 10	10 – 20	>20
Hiệu suất lọc bụi hợp phần η_i	93,83	97,81	98,62	99,83	100

Thiết bị lọc bụi rotoclon có hiệu suất lọc tương đối cao, kể cả với các hạt nhỏ, nên có thể sử dụng đối với bụi máy mài, máy đánh bóng, đúc kim loại, khai thác và chế biến khoáng sản… Không khuyến cáo sử dụng đối với các loại bụi hữu cơ, sơ sợi, bụi có tính dính bết khi gặp nước….

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Trần Ngọc Chấn (2001), "Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải- tập 2 Cơ học về bụi và phương pháp xử lý bụi", Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.

[2]. Thái Quang Hoè và cộng sự (1985), "Nghiên cứu và ứng dụng các biện pháp kỹ thuật phòng chống bệnh bụi phổi silicosis cho công nhân làm việc trong các phân xưởng đúc của nhà máy cơ khí Việt Nam", Báo cáo tổng kết đề tài 5801.02.02 thuộc Chương trình cấp Nhà nước 5801, Hà Nội.

[3]. Nguyễn Thắng Lợi và cộng sự (1990), "Nghiên cứu ứng dụng một số giải pháp kỹ thuật chống bụi cho một số công đoạn trong một 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 và cộng sự (2014), "Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, thực nghiệm và giải pháp cấu tạo nhằm thiết kế và chế tạo thiết bị lọc bụi kiểu rotoclon", Báo cáo tổng kết nhiệm vụ 213/17/VBH do Trạm QT & PT NTLĐ chủ trì, Hà Nội.

[5]. Aliev G. M.-A. (1986), "Kỹ thuật lọc bụi và làm sạch khí thải công nghiệp", Nhà xuất bản luyện kim, Matxcova. (Tiếng Nga).

[6]. Ngô Trung Chuẩn (2001), "Sổ tay kỹ thuật môi trường. Kiểm soát ô nhiễm không khí", Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật môi trường, Bắc Kinh.(Tiếng Trung Quốc).

[7]. Uzop V.N., Vanbec A. U (1972), "Làm sạch khí thải bằng các thiết bị lọc bụi ướt", Nhà xuất bản hoá học, Matxcova. (Tiếng Nga).

[8]. http://www.keptter.com

[9]. http://www.aafintl.com

TS. Nguyễn Thắng Lợi*, Trần Huy Toàn, Nguyễn Hoàng Quý.

Viện Khoa học An toàn và Vệ sinh lao động