Thiết Bị Thu Hồi Bụi Ly Tâm Kiểu Đứng (Cyclon)

Thiết bị thu hồi bụi ly tâm kiểu đứng được ứng dụng rất phổ biến trong lọc bụi công nghiệp nhờ vào hiệu suất hoạt động cao và cách vận hành đơn giản. Mời các bạn cùng Môi trường Hợp Nhất tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý làm việc của thiết bị này qua nội dung dưới đây.

1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Thiết bị thu hồi bụi ly tâm kiểu đứng có tên gọi là cyclon, có cấu tạo cơ bản được thể hiện trên hình 1. (hình 2.5 trang 35)

Hình 1: Cấu tạo cyclon

1. Ống dẫn khói – bụi vào

2.  Ống dẫn khói thải ra

3.  Khoang chứa bụi

4.  Ống xả

Nguyên lý làm việc: Dòng khí và hạt bụi được dẫn vào cyclon theo phương tiếp tuyến với thân trụ ngoài, tạo ra lực ly tâm sẽ cuốn hạt bụi va đập vào thành xyclon làm cho hạt bụi mất động năng và rơi xuống phễu chứa. Dòng khí và một số hạt bụi mịn còn lại chuyển động xoáy ốc bên trong thân xyclon nên khi chạm vào phần đáy phễu dòng khí này sẽ chuyển động ngược trở lên nhưng vẫn giữ được chuyển động xoáy ốc và cuối cùng theo ống dẫn khí bên trong cuốn ra khỏi cyclon.

Thông thường ở đáy phễu có áp suất âm, do đó khi mở van xả bụi, không khí bên ngoài sẽ bị hút vào xyclon và làm cho bụi thu hồi được ở khoang 3 bị cuốn ngược lên thoát khỏi cyclon theo ống 4. Vì vậy, để tránh tình trạng này thường chứa 2 van này này hoạt động ngược với nhau.

2. Các ưu nhược điểm của xyclon

Ưu điểm:

• Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp;
• Làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, áp suất cao.
• Dung phân ly thu hồi các hạt bụi khô có khả năng tái sử dụng;
• Nếu có lót vật liệu chịu mài mòn, có thể làm sạch khói có bụi sắc.

Nhược điểm:

• Thiết bị cyclon thu hồi các hạt bụi có kích cỡ lớn hơn 5µm.
• Hiệu suất phân ly bụi giảm đáng kể khi tăng đường kính thân trụ cyclon nên với kiểu xyclon đơn bị hạn chế bởi lưu lượng dòng khí vào. Vì thế tỳ thuộc vào lưu lượng dòng khí sẽ chọn kiểu xyclon chùm.

3. Lý thuyết tính toán

Các kích thước hình dọc của cyclon được thể hiện trên hình 2.

Vận tốc mỗi phần tử không khí cũng như hạt bụi đều có hai thành phần: vận tốc tiếp tuyến VT và vận tốc hướng tâm vy do lực ly tâm gây ra.

Dòng khí có lưu lượng Vk chuyển động trong không gian có tiết diện ngang là hình vành khăn (r1, r2).

Các thông số chính được xác định như sau:

- Chiều cao làm việc Hp của cyclon là:

H_p = H – a

Trong đó: H: Chiều cao thân trụ của cyclon;

a: Chiều cao ống dẫn vào.

- Tốc độ dòng khí ở ống dẫn vào tại tiết diện a x b là:

ꞷ_E = (V_k/a.b), m/s

Tùy thuộc vào kích thước b của ống dẫn vào với bán kính r1, r2 của cyclon mà vận tốc tiếp tuyến trung bình bên trong cyclon ứng với bán kính trung bình: r₀ = (r₁ + r₂)/2 là: ꞷ_T^tb = (0,7 ÷ 1) ꞷ_E.

Từ đó ta có số vòng quay n của dòng không khí trong cyclon là:

n = ꞷ_T^tb/2𝜋r₀ = [(0,7 ÷ 1)ꞷ_E]/2𝜋r₀ vòng/s

Nguyên lý làm việc của các thiết bị cyclon là giống nhau, tuy nhiên công cụ tính toán thiết kế lại có nhiều điểm khác nhau. Do đó, có nhiều công thức khác nhau để xác định đường kính giới hạn hạt bụi d0 mà với đường kính này nó bị giữ lại toàn bộ trong cyclon. Trong mỗi điều kiện nghiên cứu mỗi nhà khoa học thường giới thiệu một công thức xác định d0 khác nhau.

- Một số công thức tiêu biểu để xác định d0

1. Lappele và các cộng sự (1940):

d₀ = 3√(µr₁)/(πnꞷ_E (ρ_b – ρ_k)

2. Gardiner:

d₀ = 3 √((µr₂- r₁)/(πnꞷ_E (ρ_b – ρ_k)))

3. Davies:

d₀ = 3r2 √(µ/8Hꞷ_E (ρ_b – ρ_k)) [1- (r₁/r₂)⁴]

4. Muchlrad:

d₀ = (3/2)r₂ √(3gµ/πρ_bnꞷ_Er₀) [(1 – f⁴)/(1 + f + f²)])

5. Kamenhep P.N

d₀ = 3√((v/πnΩ) (y_k/y_b) ln⁡(r2/r1))

6. Baturin V.V

d₀ = 3 √((µ(r2- r1))/πρ_bnꞷ_E)

Trong các công thức trên:

• d₀: Đường kính giới hạn của hạt bụi, m;
• r₁, r₂, H: Lần lượt là bán kính thân trụ trong, trụ ngoài và chiều cao của xyclon, m;
• µ,v, ρ_k, y_k: Lần lượt là hệ số nhớt động lực (hệ số nhớt tuyệt đối), hệ số nhớt động học, khối lượng riêng và trọng lượng riêng của không khí: Pa.s, m2/s, kg/m3 vafkG/m3;
• ρ_k, y_k: Khối lượng và trọng lượng riêng đơn vị của bụi, kg/m3 và kG/m3;
• ꞷE: Vận tốc dòng khí tại ống dẫn bào xyclon, m/s
• R₀: Bán kính trung bình ở đầu vào của cyclon, m;
• f = r₁/r₂: Tỷ số bán kính ống trong và ống ngoài của xyclon;
• Ω = 2𝜋n: Vận tốc góc của dòng khí trong cyclon, s-1.

Ký hiệu d_o trên có ý nghĩa là đường kính bé nhất mà toàn bộ cỡ hạt lớn hơn hoặc bằng đường kính này sẽ bị giữ lại hoàn toàn trong thiết bị lọc và người ta thường gọi là đường kính giới hạn của hạt bụi.

b) Tổn thất áp suất trong cyclon

Mặc dù xyclon có cấu tạo đơn giản như khí động dòng khí chuyển động bên trong cyclon rất phức tạp, việc xác định vận tốc và tổn thất áp suất rất khó khăn.

Đã có nhiều kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về khí động trong cyclon. Trong đó, Stairmand [3] đã nghiên cứu thực nghiệm tổn thất áp suất với loại cyclon có cấu tạo như hình 3 như sau:

ΔP = 1/2K_Eρꞷ²_E

Trong đó:

- Theo kết quả nghiên cứu của Shepherd và Lappele thì:

K_E = 16ab/D₁² = 4𝜋(A_E/A_s)

- Theo kết quả nghiên cứu của Stairmand thì:

K_E = 1 + 2(ꞷ_T/ꞷ_E) [(r_E/r_m) – 1] + 2(A_E/A_s)2

Với: r_m = r₁/2; r_E = (r₂ – b/2) = (D₂ – b)/2

A_E = a.b; A_s = r_m = r²₁𝜋

Hình 3: Cấu tạo một số cyclon thông dụng

a) Cyclon xoắn ốc b) Xyclon tiếp tuyến

Trên đây là một số thông tin về thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng, nếu Quý khách đang có nhu cầu lắp đặt lắp đặt hệ thống lọc bụi cyclon hoặc hệ thống xử lý khí thải, hãy liên hệ Hotline: 0938.857.768 để được tư vấn giải pháp phù hợp!

Bộ phận Marketing & Truyền thông