BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2010
Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ THIẾT BỊ LỌC BỤI KHÍ
THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHÔ TỪ MÁY SẤY VẬT LIỆU CÓ
ĐỘ ẨM TỚI 17% TRONG CÔNG NGHIỆP.

Ký hiệu: 205.10.RD/HĐ-KHCN
Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương
Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Nghiên cứu Cơ khí

Chủ nhiệm đề tài: KS. Trịnh Xuân Đạt


NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ THIẾT BỊ LỌC BỤI KHÍ
THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHÔ TỪ MÁY SẤY VẬT LIỆU CÓ
ĐỘ ẨM TỚI 17% TRONG CÔNG NGHIỆP. Ký hiệu: 205.10.RD/HĐ-KHCN Thủ trưởng đơn vị Chủ nhiệm đề tài

(Ký tên, đóng dấu) (Ký, ghi rõ họ tên)

TRỊNH XUÂN ĐẠT Hà Nội – Năm 2010 4

MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa……………………………………………………………… 01

1.2.2. Lọc bụi ly tâm…………………………………………………
16
1.2.3. Lọc bụi qua lưới vải lọc…………………………………… 18
1.2.4 Lọc bụi điện………………………………………………… 23
1.3. Thiết bị lọc bụi túi lọc tro bay từ khí thải nhà máy nhiệt điện
đốt than……………………………………………………………………

26
1.3.1. Cấu tạo thiết bị lọc bụi túi……………………………………
27
1.3.2. Cấu trúc thiết kế……………………………………………….
29

5

1.3.3. Chức năng lọc…………………………………………… …… 30
1.3.4. Nguyên lý hoạt động của quá trình lọc………………………
31
1.3.5 Điều khiển và sự lọc……………………………………… …
32
1.3.6. Bộ túi lọc………………………………………………………
33
1.3.7. Giai đoạn làm sạch túi lọc……………………………………
35
1.3.8. Van cho hệ thống làm sạch……………………………………. 36
1.3.9. Thiết bị nén khí………………………………… ……………. 36
Kết luận chương 1
37
Chương 2: c¬ së lý thuyÕt vÒ sù ¶nh h−ëng cña mét sè
yÕu tè c«ng nghÖ cña läc bôi tói tíi

2.3. Đặc điểm của quá trình sấy tro bay có độ ẩm cao………………. 53
2.3.1. Tính toán sơ bộ các thông số khi sấy tro bay của dây truyền
sấy tro bay phả lại……………………………………………………
56
2.4. Đặc điểm của quá trình lọc bụi tro bay có độ ẩm cao từ nhà
máy nhiệt đ
iện than……………………………………………………
66
2.5. Những yếu tố công nghệ của lọc bụi túi ảnh hưởng tới hiệu suất
lọc bụi……………………………………………………………………
67
2.6. Kết luận chương 2 ……………… ……………………………
68
Chương 3 NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG
SỐ CÔNG NGHỆ CỦA LỌC BỤI TRO BAY TỪ KHÍ THẢI CỦA
NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN CỦA LỌC BỤI TÚI
69
3.1 Trang thiết bị thí nghiệ
m để chuẩn bị chạy khảo nghiệm ………. 69
3.1.1 Nguyên liệu phục vụ thí nghiệm……………………………… 69
3.1.2 Trang thiết bị thực nghiệm…………………………………… 69
3.1.2.1. Lò đốt than………………………………………………. 70
3.1.2.2. Máy sấy thùng quay……………………………… 71
3.1.2.3 Thiết bị lọc bụi túi……………………………… …
73
3.1.3 Thiết bị và dụng cụ đo lường…………………………………. 74
3.1.3.1.Can nhiệt và đồng hồ hiển thị nhiệt độ……………
74
3.1.3.2. Cân xác định độ ẩm trong phòng thí nghiệm……….
76

3.3 Kết luận chương 3……………………………………………
85
KẾT LUẬN CHUNG ……………………………………… ……….
88
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………
89
PHỤ LỤC 90
8


1. C¬ së ph¸p lý cña ®Ò tµi
- Quyết định số: 6228/QĐ-BTC ngày 10 tháng 12 năm 2009 về việc đặt
hàng thực hiện các nhiệm vụ KHCN năm 2010 của Bộ trưởng Bộ Công Thương.
- Hợp đồng số 205.10.RD/HĐ-KHCN ngày 16 tháng 3 năm 2010 giữa
Bộ Công Thương và Viện Nghiên cứu Cơ khí.

2. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, đất nước ta đang đẩy mạ
nh xây dựng các công
trình thủy điện để đáp ứng nhu cầu điện năng của xã hội và đẩy nhanh xây dựng cơ
sở hạ tầng để đáp ứng như cầu nhà ở và đi lại của người dân, từ đó phát triển kinh tế
xã hội của đất nước.
Để tăng hiệu quả kinh tế dự án thông qua việc áp dụng các giải pháp kỹ thuật
tiên ti
ến trong công tác xây dựng đập thuỷ điện, nhiều dự án trên thế giới và Việt
Nam đã áp dụng công nghệ bê tông đầm lăn (RCC) thay thế cho công nghệ bê tông
thông thường ở các đập thuỷ điện có công suất trung bình và lớn.
Để áp dụng được công nghệ bê tông đầm lăn, vấn đề quan trọng là phải xác
định được nguồn cung cấp vật liệu kết dính (Pozzolan) theo 2 hướng: Sử dụng vật
liệu Pozzolan tự nhiên t
ừ các mỏ Pozzolan hiện có (phương án này theo đánh giá
của các chuyên gia là khó khả thi ở điều kiện Việt Nam); hoặc sử dụng tro bay từ
các nhà máy nhiệt điện (có tính khả thi cao về kỹ thuật, trữ lượng và đáp ứng được
nhu cầu sử dụng trong thời gian ngắn).
Căn cứ theo các báo cáo Quy hoạch phát triển nguồn điện gần đây thì trong
giai đoạn 2006 - 2010, sẽ khởi công đưa vào vận hành kho
ảng 40 dự án thuỷ điện
có quy mô công suất từ 30 MW trở lên, tổng công suất các dự án này khoảng 4.850
MW. Các dự án này dự kiến sử dụng 70% bê tông đầm lăn, khoảng 12,6 triệu m3.
Với khối lượng bê tông dùng công nghệ đầm lăn nói trên, dự kiến cần khoảng 1,7 -

3.1. i tng nghiờn cu
i tng nghiờn cu ca ti l b thụng s ti u cho quỏ trỡnh sy lc
bi tro bay cú m cao 17% v trong mụi trng nhit cao.
Nghiờn cu tng quan cỏc ti liu, lý thuyt kt hp vi kho nghim. 11

3.2. Mục đích nghiên cứu
- Làm chủ công nghệ tính toán, thiết kế thiết bị lọc bụi cho máy sấy thùng
quay có vật liệu đầu vào độ ẩm 17%-19%, đầu ra nhỏ hơn 2% và hàm lượng
than nhỏ hơn 5%.
- Dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất và nghiên cứu

3.3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về lọc bụi có độ ẩm và nhiệt độ cao;
- Khảo nghiệm dây chuyền s
ấy tro bay do trung tâm Thiết kế & Công nghệ chế
tạo máy- Viện nghiên cứu Cơ khí nghiên cứu chế tạo thử và đang chạy thử nghiệm
tại cơ sở sản xuất tro bay.
- Xây dựng được chế độ công nghệ lọc bụi tro bay từ máy sấy thùng quay
Φ2,2x16m với năng suất từ 7-7,5 tấn/giờ, theo điều kiện thực tiễn để đảm bảo lọc
bụi trong đ
iều kiện độ ẩm tro bay đầu vào từ 15-18%, đầu ra nhỏ hơn 2% , hàm
lượng than nhỏ hơn 5% và năng suất 7 tấn/giờ;
- Hoàn thiện hệ thống điều khiển, phần điện, phần cơ để đảm bảo chế độ công
nghệ của lọc bụi đã chọn;
- Hoàn thiện thiết kế tổng thể hệ thống lọc bụi cho máy sấy thùng quay
Φ2,2x16m
3.4. - Lập báo cáo khoa học Phương pháp nghiên cứu


13

Chơng 1
Tổng quan
1.1. Cơ sở lý thuyết về bụi
1.1.1Khái niệm chung về bụi
Các phần tử chất rắn ở dạng rời rạc có thể đợc tạo ra trong các quá trình
nghiền, ngng kết và các phản ứng hoá học khác nhau. Dới tác dụng của các dòng
khí hoặc không khí, chúng chuyển thành trạng thái lơ lửng ta thờng gọi là bụi.
Bụi là một hệ thống gồm hai pha:
- Pha khí
- Pha rắn rời rạc: đó là gồm các hạt có kích thớc nằm trong khoảng từ kích
thớc nguyên tử đến kích thớc có thể nhìn thấy đợc bằng mắt thờng,
chúng có khả năng tồn tại ở dạng lơ lửng trong một thời gian dài ngắn khác
nhau.
- Khái niệm về Sol khí (arêrozon): có thể coi là đồng nghĩa với bụi, đó là hệ
thống vật chất rời rạc gồm từ các hạt thể rắn và thể lỏng ở dạng lơ lửng trong
một thời gian dài khong hạn định. Kích thớc của sol khí rất bé , những hạt
lớn nhất cũng chỉ bằng khoảng 0,2 ữ 1àm.
Bụi thu giữ đợc hoặc bụi đã lắng đọng thờng đồng nghĩa với khái niệm bột,

1.1.3 Nguyên nhân tạo thành bụi
Bụi phát sinh trong quá trình sản xuất luyện kim, sản xuất xi măng, vật liệu xây
dựng và trong một số ngành công nghiệp khác nh công nghiệp hoá chất, hầm mỏ,
là do các nguyên nhân sau:
- Các hạt chất rắn bị nghiền nhỏ
- Khi ta sử dụng khí để vận chuyển nguyên vật liệu. Trong vận chuyển do có
sự va đập, ma sát giữa các hạt rắn với nhau gây ra vỡ vụn.
- Trong quá trình ủ hoặc nung luyện nguyên vật liệu
- Khi dòng khí chuyển động qua kim loại lỏng của lò nấu luyện hoặc sự tạo
các khí H
2
, Cl trong quá trình điện phân
- Khi ngng tụ hơi của các quá trình thăng hoa và các phản ứng hoá học.

15

1.1.4. Sự kết tụ của bụi
Tốc độ kết tụ các hạt bụi có thể biểu thị theo công thức: [1]
)(
11
0
0

= k
nn
(1.1)
Trong đó:
- n, n
0
tơng ứng với nồng độ bụi ở thời gian ,

diện của đờng ống dẫn khí vào với mục đích làm cho vận tốc dòng khí thay đổi đột
ngột và giảm xuống rất nhỏ , nhờ đó các hạt bụi có đủ thời gian để rơi xuống thiết bị
thu hồi.
Buồng lắng bụi có sơ đồ nh hình 1

Vào
Ra

Hình 1.1. Sơ đồ buồng lắng bụi
- Hiệu quả lọc của buồng lắng bụi đợc xác định theo công thức: [1]

%100
)(
)(
x
H
h



= (1.2)
Trong đó:
(

)
- hiệu quả lọc
h
(

)

Trong thực tế ngời ta sử dụng buồng lắng bụi nhiều tầng thì nâng cao đợc hiệu
quả lọc bụi. Nhợc điểm của loại lọc bụi buồng lắng là khó dọn vệ sinh trên các
tầng lọc.
1.2.2. Lọc bụi ly tâm
Thiết bị lọc bụi kiểu ly tâm đợc sử dụng phổ biến là dạng buồng xyclon. Nó có
cấu tạo đơn giản và lọc bụi với cỡ hạt > 5 àm. Quá trình thu bụi trong các thiết bị
dựa trên nguyên lý lực quán tính.
Vào
Ra
1
2
3
4
5
Xả bụi
Vào

Hình1.2. Nguyên lý hoạt động của xyclon
Không khí mang bụi đi vào xyclon theo ống (1) đợc nối theo phơng tiếp tuyến
với thân ống hình trụ (2). Phía dới là phễu côn thu bụi (3) và ống xả bụi (4) có lắp
van quay hoặc loại van lật kiểu đối trọng. Bên trong xyclon có ống thoát khí sạch

18

(5). Do cấu tạo nh vậy, không khí sẽ có chuyển động xoáy ốc bên trong thân ống
hình trụ, trong dòng chuyển động xoáy ốc các hạt bụi chụi tác động bởi lực ly tâm
làm cho chúng tién và va chạm vào thành ống, mất động năng rồi rơi xuống đáy côn
thu bụi, còn dòng không khí bị dội ngợc trở lên nhng vẫn chuyển động xoáy ốc và
theo ống thoát (5) ra ngoài.
Một số nhân tố ảnh hởng đến mức thu bụi trong xyclon:

kể.
- Xyclon chùm: Đây là tổ hợp của nhiều xyclon đứng có đờng kính bé lắp
song song trong một thiết bị. Số lợng các xyclon con trong xyclon chùm có
thể lên tới hàng trăm chiếc tuỳ theo công suất của thiết bị. 19

1.2.3.Lọc bụi qua lới vải lọc
a) Cơ sở lý thuyết
- Khi dòng khí mang bụi chuyển động qua lớp vải xốp, các hạt rắn, giọt tinh thể
đợc giữ lại trên bề mặt vải, khí sạch đợc thoát qua lớp vải ra ngoài
- Vải dùng để làm lới lọc đợc chế tạo từ vật liệu dạng sợi nh bông , len , thuỷ
tinh, sợi tổng hợp, chúng có đờng kính từ vài micrô dến vài chục micrômet và
chiều dày đến vài cm. Trong quá trình lọc, khí chứa bụi chuyển động qua lớp vải có
khả năng bị lắng, kết quả này là do quá trình va chạm của các hạt bụi với sợi vải
làm các hạt bụi lắng trên đó. Các hạt bụi có kích thớc nhỏ bị dòng khí cuốn theo và
chuyển động bao quanh sợi. Sở dĩ các hạt này vẫn có thể va đập vào sợi là do chuyển
động nhiệt, còn ảnh hởng của lực quán tính thì nhỏ nên các hạt bụi đó vẫn có thể
bám vào sơị vải.
- Với các hạt nhỏ, xác suất va chạm của các hạt với sợi vải dới ảnh hởng của lực
quán tính là hàm của tiêu chuẩn không thứ nguyên, trong giới hạn tác dụng của định
luật Stốc đợc biểu thị bằng công thức sau:[4]
0
2
18 D
d
S
tk
à

là hiệu quả lắng các hạt bụi lên mặt sợi vải dới tác dụng của của
chuyển động nhiệt, khi đó ta có thể xác định
2
theo công thức sau:[4]

20

0
2
2
10.35,1
dD



= (1.6)
trong đó: - tốc độ khí, m/s;
d - đờng kính hạt bụi, àm;
D
0
- đờng kính sợi vải, àm;
Nh vậy: tổng số
1
và
2
là tỷ số khối lợng các hạt bụi lắng trên một sợi dới
tác dụng của lực quán tính và lực chuyển động nhiệt trên toàn bộ khối lợng bụi.
Tuy nhiên, sợi có đờng kính D
0
chỉ chiếm một phần chiều rộng vải lọc D, cho nên

bụi. Đối với bụi có kích thớc dới 0,3 àm thì hiện tợng khuyếch tán đóng vai trò
chủ yếu, còn bụi có kích thớc lớn hơn thì các hiện tợng tiếp xúc và va đập quán
tính mới phát huy tác dụng. Nh vậy, khi lọc bụi với thành phần cỡ hạt khác nhau
luôn có những cỡ hạt bị lọt lới. Vì vậy lới lọc bằng vật liệu sợi nhỏ hiệu quả lọc
cao phải đợc tính toán đối với cỡ bụi có hệ số lọt lới cực đại.
- ảnh hởng của vận tốc khí (vận tốc lọc):
Vận tốc lọc có ảnh hởng trái ngợc nhau đối với quá trình thu giữ bụi do
khuếch tán và do va đập quán tính. Giới hạn vận tốc lọc hiệu quả có một giới hạn
nhất định (tăng vận tốc lọc quá giá trị giới hạn thì hiệu quả thu giữ bụi càng giảm).
- ảnh hởng của đờng kính sợi vải lọc

21

Đờng kính càng lớn thì khe hở càng lớn lọc rất thông thoáng nhng hiệu quả
lọc giảm.
- ảnh hởng của độ lèn chặt
Khi độ lèn chặt của vật liệu sợi trong lới lọc tăng thì hiệu quả thu giữ bụi do
các va đập quán tính và va chạm tiếp xúc tăng cao đáng kể, trong khi đó hiệu quả
khuếch tán ít thay đổi. Tóm lại, khi độ lèn chặt tăng cao ( độ rỗng xốp giảm) thì hệ
số lọt lới giảm và hiệu quả lọc tăng lên.
c) Sức cản khí động của lới lọc
Dối với đa số các laọi lới lọc có độ rỗng, chế độ chảy của dòng khí là chế độ
chảy tầng ( R
e
< 1) và tổn thất áp suất đợc xác định:[4]

2
4
D
h

Hình1. 3. Dạng thiết bị lọc túi kiểu nhiều ngăn
Thiết bị này đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp luyện kim và vật liệu xây
dựng để thu hồi bụi. Kết cấu buồng lọc đợc chia thành nhiều ngăn, mỗi một ngăn
có nhiều túi lọc và rũ bụi bám trên túi bằng luồng khí thổi ngợc hoặc bằng rung rũ
túi cơ khí.
- Thiết bị lọc túi vải xơ thuỷ tinh
Xơ thuỷ tinh có độ bền cơ học thấp khi uốn, nên tái sinh túi lọc chỉ bằng phơng
pháp thổi gió ngợc. Xơ thuỷ tinh có độ bền chống ma sát thấp, do vậy cấu tạo túi
lọc khác với các loại túi lọc bằng xơ len và xơ tổng hợp. Loại này đợc ứng dụng
trong công nghiệp hoá chất.
- Sơ lợc cấu tạo thiết bị lọc bụi túi công suất lớn cho trên hình 4 23 Hình 1.4. Dạng chung thiết bị lọc bụi túi công suất lớn

1. Vách ngăn 8. Phễu thu hồi bụi
2. Khoang khí sạch 9. Van xả liệu
3. Cửa khí ra 10. Túi lọc
4. Cửa khí vào 11. Nắp đậy khoang khí sạch
5. Động cơ giảm tốc vít tải 12. ống ventury
6. Van khí nén 13. Xơng túi
7. Vít tải24

1.2.4. Lọc bụi điện

+
-
+
+
+
+
+
+
+
++
Bụi
bụi đi vào
điện truờng
Vùng quần g sáng
của các ion duơng
-
-
-
-
Hạt bụi đuơc tích điện
và đuợc hút vào cực duơng
Điện cực âm
đuợc nối với
nguồn điện một
chiều cao áp
Cực duơng (ống
hoặc tấm bản)
thu bụi
+
-

C
CC

=

(1.12)
Với






=
av
CC

exp
12
; trong đó: C
1
, C
2
nồng độ bụi ban đầu và cuối của khí ở
trớc và sau bộ lọc
l chiều dài tấm bản cực
v vận tốc trung bình của dòng khí
a khoảng cách từ cực ion hoá đến bản cực hút bụi
- vận tốc di chuyển của hạt bụi về phía cực hút bụi
Vậy hiệu quả lọc của thiết bị lọc bụi tĩnh điện đợc xác định nh sau:[4]