BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
CẤP BỘ NĂM 2007
Tên đề tài:
“NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ BỤI
TẠI GƯƠNG LÒ CHO DÂY CHUYỀN ĐÀO LÒ BẰNG
MÁY COMBAI AM - 50Z”
Cơ quan chủ trì dự án: Viện Nghiên cứu Cơ khí
Chủ nhiệm đề tài: TS. Dương Văn Long
6907
16/5/2008
Hà Nội - 2007
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH ............................................................................. 4
Mở đầu....................................................................................................................... 6
Chương 1. TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
BỤI...................................................................................................................... 7
1.1. Hiện trạng khai thác than hầm lò và mức độ ô nhiễm ....................................... 7
1.1.1 Hiện trạng khai thác than hầm lò ............................................................... 8
1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm bụi than trong hầm lò tại khu vực khai thác than. 11
1.2 Hiện trạng công nghệ xử lý bụi trong hầm lò của thế giới và trong nước ........ 12
1.2.1 Hiện trạng công nghệ xử lý bụi trong hầm lò của thế giới..................... 12
1.2.2. Hiện trạng công nghệ xử lý bụi trong hầm lò trong nước...................... 14
1.3. Nghiên cứu các phương pháp xử lý bụi ........................................................... 14
1.3.1. Khái niệm chung về bụi ............................................................................ 14
1.3.2. Các phương pháp xử lý bụi theo phương pháp khô................................ 15
1.3.2.1. Buồng lắng bụi..................................................................................... 15
1.3.2.2. Lọc bụi ly tâm ...................................................................................... 16
1.3.2.3. Lọc bụi qua lưới vải lọc ....................................................................... 17
1.3.2.4. Lọc bụi điện ......................................................................................... 17
1.3.3 Các phương thức thu bụi theo phương pháp ướt..................................... 18
1.3.3.1. Khái niệm chung .................................................................................. 18
1.3.3.2. Các tháp rửa khí rỗng ......................................................................... 19
1.3.3.3. Các tháp rửa khí có ô đệm................................................................... 20
1.3.3.4. Các thiết bị thu bụi theo phương pháp sủi bọt và bọt ......................... 20
1.3.3.5. Các thiết bị thu bụi ẩm dưới tác động của lực va đập quán tính ........ 21
1.3.3.6. Các thiết bị thu bụi ẩm dưới tác động của lực ly tâm ......................... 21
1.3.3.7. Thu bụi ẩm qua ống venturi ................................................................ 21
1.3.3.8. Ưu nhược điểm của phương pháp ẩm ................................................. 21
1.3.4. Đề xuất giải pháp xử lý bụi than tại gương lò cho dây chuyền đào lò
bằng máy combai AM-50Z.................................................................................. 22
Chương 2. NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT BỊ VENTURI ................... 23
2.1 Khái quát về thiết bị Venturi............................................................................. 23
1
2.1.1. Nguyên lý hoạt động ................................................................................. 23
2.1.2. Cấu tạo....................................................................................................... 23
2.1.3. Phân loại ống Venturi .............................................................................. 24
2.1.4. Thiết bị cấp nước cho ống Venturi........................................................... 25
2.1.5. Phân loại mỏ phun ................................................................................... 25
2.1.5.1. Mỏ phun cơ học ................................................................................... 26
2.1.5.2. Mỏ phun khí nén................................................................................... 30
2.1.5.3. Tính toán vòi phun ............................................................................... 30
2.1.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình vật lý diễn ra trong ống venturi... 30
2.2 Tính toán, thiết kế thiết bị Venturi .................................................................... 33
2.2.1 Các thông số đầu vào ................................................................................. 33
2.2.2. Tính toán các kích thước ống venturi...................................................... 33
2.2.2.1. Đường kính ống thu hẹp D1 ................................................................. 33
2.2.2.2. Đường kính cổ ống D2 ......................................................................... 34
2.2.2.3. Đường kính tại tiết diện ra của ống khuếch tán D3 ............................ 35
2.2.2.4. Chiều dài phần ống thu hẹp l1 ............................................................ 35
2.2.2.5. Chiều dài phần cổ ống l2 ..................................................................... 35
2.2.2.6. Chiều dài phần ống khuếch tán l3 ....................................................... 35
2.2.2.7. Chiều dài tổng cộng của ống venturi................................................... 35
2.2.3. Tính toán đường kính trung bình giọt nước trong ống Venturi ........ 36
2.2.4. Tính toán trở lực của ống Venturi.......................................................... 36
2.2.5. Tính toán hiệu suất hấp thụ bụi của ống Venturi................................. 37
Chương 3. NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TÁCH GIỌT NƯỚC .... 43
3.1. Nghiên cứu các thiết bị tách giọt nước ......................................................... 43
3.2. Nghiên cứu tính toán thiết bị tách giọt dạng ly tâm nằm ngang ...................... 48
3.2.1. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc ........................................................ 48
3.2.2. Tính toán thiết bị ly tâm kiểu nằm ngang................................................ 50
3.2.3. Đường kính giới hạn của giọt nước......................................................... 51
3.2.4. Hiệu suất lọc theo cỡ hạt của thiết bị ...................................................... 51
3.3. Nghiên cứu tính toán thiết bị tách giọt dạng quán tính.................................... 52
3.3.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc .................................................................. 52
2
3.3.2. Tính toán thiết bị tách giọt dạng quán tính ............................................. 52
Chương 4. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM .......................................................... 55
4.1. Mô tả thiết bị .................................................................................................... 55
4.2. Trình tự thí nghiệm .......................................................................................... 56
4.2.1.Chuẩn bị mẫu bụi....................................................................................... 56
4.2.2. Các bước tiến hành thí nghiệm ................................................................ 56
4.2.3. Kết quả đo................................................................................................. 57
4.2.3.1. Thông số hệ thống................................................................................ 57
4.2.3.2. Thông số đo đạc phân tích mẫu bụi ..................................................... 58
4.2.3.3. So sánh kết quả tính toán lý thuyết và chạy khảo nghiệm thực tế....... 58
KẾT LUẬN ............................................................................................................. 59
Tài liệu tham khảo................................................................................................... 60
PHỤ LỤC ............................................................................................................... 62
3
DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH
Trang
Bảng 1.1. Kế hoạch khai thác than theo phương án I và II
8
Bảng 1.2. Mức độ phát thải bụi ở các mỏ hầm lò
12
Bảng 2.1. Tính toán ống venturi
38
Bảng 3.1. Đặc tính của thiết bị tách giọt nước
44
Bảng 3.2 Tỷ lệ tính toán thiết bị tách giọt ly tâm dạng trụ và dạng côn
46
Bảng 3.3 Thông số kết cấu lớp đệm tách giọt dạng quán tính
52
Bảng 3.4 Tính thiết bị lọc ly tâm kiểu nằm ngang
54
Bảng 4.1. Thành phần hợp phần bụi thí nghiệm
56
Hình 1.1 Máy combai AM - 50Z
9
Hình 1.2 Sơ đồ khai thác than bằng máy combai AM-50Z
10
Hình 1.3 Hình ảnh hệ thống phun nước dập bụi đặc trưng
13
Hình 1.4 Thiết bị hút - xử lý bụi của Ba Lan
14
Hình 1.5 Sơ đồ buồng lắng bụi
15
Hình 1.6 Nguyên lý hoạt động của thiết bị lọc bụi ly tâm
16
Hình 1.7 Quá trình tích điện và di chuyển bụi trong điện trường
18
Hình 1.8 Sơ đồ khối thiết bị lọc bụi than
22
Hình 2.1 Ống Venturi tiêu chuẩn
23
Hình 2.2 Cấu trúc của các ống venturi
24
Hình 2.3 Đồ thị tương quan giữa độ nhớt của dịch tưới và kích thước giọt
28
Hình 2.4 Đồ thị tương quan giữa áp suất dịch tưới và kích thước giọt
28
Hình 2.5 Đồ thị tương quan giữa đường kính lỗ phun và kích thước giọt
nước
Hình 2.6 Các dạng luồng phun của các loại mỏ phun khác nhau
Hình 2.7 Đồ thị tương quan giữa áp suất cấp nước và đường kính trung
bình của giọt nước ở miệng ra của vòi phun
Hình 2.8 Đồ thị tương quan giữa vận tốc dòng khí trong ống venturi và
đường kính trung bình giọt nước
29
29
31
31
4
Hình 2.9 Đồ thị mô tả sự thay đổi của vận tốc của hạt bụi trong ống
venturi
32
Hình 2.10 Đồ thị mô tả sự thay đổi vận tốc giọt nước trong ống venturi
32
Hình 2.11 Biểu đồ vận tốc của hạt bụi và giọt nước trong ống venturi
33
Hình 3.1 Thiết bị cyclon
43
Hình 3.2 Thiết bị phân ly dạng chân quỳ
44
Hình 3.3 Thiết bị tách giọt nước ly tâm nằm ngang
45
Hình 3.4 Thiết bị tách giọt nước ly tâm dạng trụ
45
Hình 3.5 Thiết bị tách giọt nước ly tâm dạng côn
45
Hình 3.6 Kết cấu các phần tử của lớp đệm
47
Hình 3.7 Sơ đồ cấu tạo của thiết bị lọc ly tâm kiểu nằm ngang
48
Hình 3.8 Các dạng miệng thoát giọt và khí sạch của thiết bị lọc ly tâm
nằm ngang
Hình 3.9 Các loại cánh hướng dòng khác nhau để tạo chuyển động xoáy
ốc trong thiết bị tách giọt ly tâm nằm ngang
49
50
Hình 3.10 Cấu tạo của lớp đệm dạng mành sáo đứng
52
Hình 4.1 Thiết bị thí nghiệm lọc bụi
55
5
Mở đầu
Ở tất cả các công đoạn sản xuất mỏ đều phát sinh bụi. Ở các mỏ hầm lò
lượng bụi phát sinh nhiều nhất là ở khâu khấu than hoặc đào lò than bằng máy
Combai không sử dụng hệ thống chống bụi, ở giai đoạn khoan nổ mìn ở lò chợ và
lò chuẩn bị, ở điểm chuyển tải than. Theo các số liệu thống kê, khi khai thác 1000
tấn than ở mỏ hầm lò tạo ra 11-12 kg bụi. Với sản lượng khai thác hàng năm như
trên thì lượng bụi được tạo ra ở các mỏ hầm lò là rất lớn.
Năm 2003 khi công ty than Mông Dương đưa chiếc combai đầu tiên và áp
dụng để đào lò, ngoài những ưu điểm vượt trội thì người ta cũng nhận ra rằng việc
đào lò bằng combai luôn gặp khó khăn về khâu thông gió-xử lý bụi. Tại một đợt
khảo sát thực tế thi công tại lò dọc vỉa than I12 - Cánh Đông Công ty than Mông
Dương, các giám sát của Viện KHCN Mỏ đã đo đạc, phân tích và đưa ra được con
số về nồng độ bụi tại khu vực cách gương đào trong lúc đang thi công là 196
mg/m3 không khí (gấp 5 lần quy phạm an toàn cho phép). Lượng bụi này sinh ra
khi combai AM-50Z đang đào một gương than 9,6 m2 có xen kẽ một hai lớp kẹp
mỏng có độ dày 20 – 30 cm trong điều kiện đường lò thi công chỉ sử dụng một hệ
thống thông gió đẩy bằng quạt BM-6M. Điều này cũng xảy ra tương tự đối với các
đường đào lò than áp dụng đào lò bằng combai AM-50Z khác.
Lượng bụi trong khu vực thi công cao cũng đồng nghĩa với việc sức khoẻ
người lao động bị ảnh hưởng, độ chính xác trong các khâu vận hành đồng bộ kém
đi rất nhiều, nguy cơ về hỏng hóc thiết bị do bụi bám vào cao. Đó là còn chưa kể
tới việc mất an toàn khi nguy cơ nổ bụi cao hơn.
Trước thực tế trên, việc nghiên cứu chế tạo thiết bị xử lý bụi tại khu vực
khai thác (gương lò) trong khai thác hầm lò là cấp thiết.
6
Chương 1. TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI
1.1. Hiện trạng khai thác than hầm lò và mức độ ô nhiễm
Tài nguyên thiên nhiên (TNTN) là một trong những nguồn nội lực quan
trọng và là lợi thế so sánh trong thời kỳ công nghiệp hóa, đặc biệt đối với các nước
đang phát triển. Khoáng sản là một trong những tài nguyên thiên nhiên cơ bản.
Cùng với các tài nguyên thiên nhiên cơ bản khác như đất nước, sinh vật…tài
nguyên khoáng sản cung cấp nguyên liệu, nhiên liệu cho các hoạt động của con
người.
Khác với các loại TNTN khác, khoáng sản là loại tài nguyên hữu hạn, không
tái tạo. Tùy theo điều kiện sinh khoáng, khoáng vật có ích thường ở dạng tập hợp
các khoáng vật và có mặt cùng với các khoáng vật cộng sinh khác. Khoáng sản có
thể được sử dụng trực tiếp sau khi khai thác chọn lọc hoặc chế biến thô sơ. Nhưng
khoáng sản cũng là nguyên vật liệu cho các ngành kỹ thuật cao sau khi được chế
biến sâu bằng các công nghệ hỗn hợp và phức tạp.
Khoáng sản than là nguồn TNTN quý giá và có những đóng góp hết sức to
lớn trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Trong mười năm, sản
lượng than tiêu thụ đã tăng từ 6,0 triệu tấn năm 1994 lên 18,8 triệu tấn năm 2003.
Nhận thức được sâu sắc tầm quan trọng của ngành công nghiệp than trong quá
trình xây dựng và phát triển đất nước Tổng Công ty Than Việt Nam đã đề ra những
kế hoạch và định hướng phát triển lâu dài. Trong đó kế hoạch khai thác theo các
năm từ năm 2005 đến năm 2020 của toàn ngành than và của tổng khu vực, theo
phương án I và II do Công ty Tư vấn Đầu tư Mỏ & Công nghiệp đã được điều
chỉnh năm 2004 so với Qui hoạch phát triển ngành than được Chính phủ phê duyệt
tại quyết định số 20/2003/QĐ-TTg ngày 20/01/2003 được trình bày trong bảng 1.1
[5].
Có hai hình thức khai thác là khai thác lộ thiên là khai thác hầm lò. Theo
thống kê thì sản lượng khai thác lộ thiên trong những năm qua chiếm khoảng 60%70% tổng sản lượng than khai thác của toàn ngành. Có 5 mỏ lộ thiên lớn (Cao Sơn,
Cọc Sáu, Đèo Nai, Hà Tu, Núi Béo), 15 mỏ lộ thiên vừa và các công trường khai
thác lộ thiên (do các công ty than hầm lò quản lý), trên 30 mỏ hầm lò đang hoạt
động. Ngoài ra còn một số điểm lộ vỉa và khai thác nhỏ.
7
Bảng 1.1. Kế hoạch khai thác than theo phương án I và II (ĐVT: 1000 tấn) [5]
Toàn
ngành,
khu vực
Toàn
ngành
Vùng Cẩm
Phả
Vùng Hòn
Gai
Vùng
Uông Bí
Vùng Nội
Địa
Toàn
ngành,
khu vực
Toàn
ngành
Vùng Cẩm
Phả
Vùng Hòn
Gai
Vùng
Uông Bí
Vùng Nội
Địa
Phương
án
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
I
31660
33635
35330
36710
40325
44640
45640
47535
II
31660
33635
35330
36710
40875
45240
46340
47935
I
16270
17000
17740
17690
20910
22755
22305
23200
II
16270
17000
17740
17690
21210
23255
22805
23200
I
6920
4765
7650
7850
8050
8850
9700
9800
II
6920
4765
7650
7850
8050
8850
9700
10000
I
6170
6720
7340
8200
8800
10100
10600
11400
II
6170
6720
7340
8200
8850
10200
10800
11600
I
2300
2450
2600
2700
2765
2935
3035
3135
II
2300
2450
2600
2700
2765
2935
3035
3135
Phương
án
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
I
48975
49335
50185
50920
51655
52635
54035
54755
II
49575
49935
50785
51520
52855
54635
57435
59655
I
23640
23800
24050
24275
23930
23800
23800
23705
II
23640
23800
24050
24275
24430
25000
26300
27705
I
9800
9800
9800
9800
9790
9700
9900
9435
II
10200
10200
10200
10200
10290
10300
10600
10135
I
12300
12400
12400
12210
12100
12100
12100
12180
II
12500
12600
12600
12410
12300
12300
12300
12380
I
3235
3335
3935
4635
5835
7035
8235
9435
II
3235
3335
3935
4635
5835
7035
8235
9435
1.1.1 Hiện trạng khai thác than hầm lò
Hiện nay có trên 30 mỏ hầm lò đang hoạt động. Trong đó, có 8 mỏ có trữ
lượng lớn, có công nghệ và cơ sở hạ tầng khá hoàn chỉnh, với sản lượng tương đối
lớn 900-1300 ngàn tấn/năm. Các mỏ còn lại có sản lượng khai thác dưới 500 ngàn
tấn/năm. Một số mỏ còn nhỏ, diện tích khai trường hẹp.
8
Sơ đồ mở vỉa trên mức thông thủy là lò bằng xuyên vỉa, dưới mức thông
thủy tự nhiên là giếng nghiêng kết hợp lò bằng và chỉ có duy nhất Công ty than
Mông Dương là mở vỉa bằng giếng đứng.
Chuẩn bị khai thác đối với các mỏ lớn thường là tầng chia phân tầng có cặp
thượng trung tâm, 1 thượng để vận tải than, 1 thượng để vận chuyển vật liệu và
thông gió. Chiều dài lò chợ theo phương từ 150-400 m, đối với các mỏ nhỏ, 400800 m đối với các mỏ lớn; chiều dài lò chợ theo hướng dốc từ 60-110 m đối với
các mỏ nhỏ, 120-150 m đối với các mỏ lớn.
Hệ thống khai thác phổ biến nhất là cột dài theo phương-chiều dài lò chợ khi
chống cột thủy lực đơn hoặc giá thủy lực di động là 100-150 m, sản lượng lò chợ
100-150 ngàn tấn/năm; khi chống gỗ là 60-100m, sản lượng 50-60 ngàn tấn/năm.
Ngoài ra hiện đang sử dụng một số hệ thống khai thác khác như: chia lớp ngang
nghiêng, khai thác dưới dàn mềm đối với các vỉa dốc trên 500, song những công
nghệ này chưa hoàn thiện, năng suất còn thấp. Hiện nay toàn vùng Quảng Ninh có
một lò chợ cơ giới hóa toàn bộ, bước đầu cho kết quả tốt, sản lượng đạt 200.000
tấn/năm.
Trong vài năm gần đây các combai hạng nhẹ (h.1.1) đã được sử dụng khá rộng
Hình 1.1. Máy combai AM-50Z
9
rãi trong các công ty than hầm lò thuộc tập đoàn TKV để đào các đường lò than và
đá mềm (h 1.2).
Hình 1.2. Sơ đồ khai thác than bằng máy combai AM-50Z
10
Việc ứng dụng thiết bị đào lò cơ giới này đã đem lại được nhiều thành công
đáng kể, ngoài các kỷ lục về tốc độ đào lò đã được xác lập thì công nghệ đào lò cơ
giới này đã làm giảm được nhân lực và chi phí thi công rõ rệt.
Theo chiến lược phát triển ngành than Việt Nam đến năm 2015 và định
hướng đến năm 2020 của TKV thì nhu cầu phải xuống sâu để nâng công suất của
các mỏ hầm lò thì khối lượng lò đào trong đá càng tăng lên một cách đáng kể. Do
đó việc lựa chọn combai đào lò là một xu thế tất yếu.
1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm bụi than trong hầm lò tại khu vực khai thác than
Ở tất cả các công đoạn sản xuất mỏ đều phát sinh bụi. Ở các mỏ hầm lò
lượng bụi phát sinh nhiều nhất là ở khâu khấu than hoặc đào lò than bằng máy
Combai không sử dụng hệ thống chống bụi, ở giai đoạn khoan nổ mìn ở lò chợ và
lò chuẩn bị, ở điểm chuyển tải than. Theo các số liệu thống kê, khi khai thác 1000
tấn than ở mỏ hầm lò tạo ra 11-12 kg bụi. Với sản lượng khai thác hàng năm như
trên thì lượng bụi được tạo ra ở các mỏ hầm lò là rất lớn [5].
Năm 2003 khi công ty than Mông Dương đưa chiếc combai đầu tiên và áp
dụng để đào lò, ngoài những ưu điểm vượt trội thì người ta cũng nhận ra rằng việc
đào lò bằng combai luôn gặp khó khăn về khâu thông gió-xử lý bụi. Tại một đợt
khảo sát thực tế thi công tại lò dọc vỉa than I12 – Cánh Đông Công ty than Mông
Dương, các giám sát của Viện KHCN Mỏ đã đo đạc, phân tích và đưa ra được con
số về nồng độ bụi tại khu vực cách gương đào trong lúc đang thi công là 196
mg/m3 không khí (gấp 5 lần quy phạm an toàn cho phép). Lượng bụi này sinh ra
khi combai AM-50Z đang đào một gương than 9,6 m2 có xen kẽ một hai lớp kẹp
mỏng có độ dày 20 – 30 cm trong điều kiện đường lò thi công chỉ sử dụng một hệ
thống thông gió đẩy bằng quạt BM-6M. Điều này cũng xảy ra tương tự đối với các
đường đào lò than áp dụng đào lò bằng combai AM-50Z khác [2].
Lượng bụi trong khu vực thi công cao cũng đồng nghĩa với việc sức khoẻ
người lao động bị ảnh hưởng, độ chính xác trong các khâu vận hành đồng bộ kém
đi rất nhiều, nguy cơ về hỏng hóc thiết bị do bụi bám vào cao. Đó là còn chưa kể
tới việc mất an toàn khi nguy cơ nổ bụi cao hơn.
Trên cơ sở kế hoạch khai thác, bóc đất đá cũng như các chỉ tiêu về mức độ
phát thải bụi, dưới đây trình bày kết quả tính toán dự báo mức độ phát thải bụi cho
ở bảng 2 với các chỉ số tối đa.
11
Bảng 1.2. Mức độ phát thải bụi ở các mỏ hầm lò (triệu tấn than/tấn bụi) [5]
S¶n l−îng than, triÖu tÊn/tÊn bôi
Khu
vùc
Tæng
sè
CÈm
Ph¶
Hßn
Gai
U«ng
BÝ
2005
2010
2015
2020
P.A.I
P.A.II
P.A.I
P.A.II
P.A.I
P.A.II
P.A.I
P.A.II
148,8
148,8
312
319,2
379,2
386,4
439,2
474
12,4
12,4
20,6
26,6
31,6
32,2
36,6
39,5
61,2
61,2
146,4
152,4
165,6
165,6
163,2
187,2
5,1
5,1
12,2
12,7
13,8
13,8
13,6
15,6
21,6
21,6
48
48
58,8
63,6
70,8
79,2
1,8
1,8
4,0
4,0
4,9
5,3
5,9
6,6
62,4
62,4
114,0
115,2
142,8
145,2
140,4
142,8
5,2
5,2
9,5
9,6
11,9
12,1
11,7
11,9
Từ các số liệu trên chúng ta rút ra nhận xét sau:
Theo phương án II (phương án cao) lượng bụi hàng năm tăng dần từ 148,8
(năm 2005) đến 474 (năm 2020) do các công ty đều tăng sản lượng khai thác, trong
đó lượng bụi có nhiều nhất và tăng nhanh nhất ở hầm mỏ Cẩm Phả từ 61,2 (năm
2005) đến 187,2 (năm 2020).
1.2 Hiện trạng công nghệ xử lý bụi trong hầm lò của thế giới và trong nước
1.2.1 Hiện trạng công nghệ xử lý bụi trong hầm lò của thế giới
Từ rất sớm các nhà kỹ thuật không những đã hiểu được vấn đề này mà còn
nhiều trăn trở xung quanh vấn đề áp dụng combai khai đào để khai thác than. Đã
có nhiều công trình nghiên cứu để giải quyết bài toán xử lý bụi trong quá trình khai
thác than. ở những giai đoạn đầu tiên, các nhà chuyên môn đã tập trung đi sâu vào
việc nghiên cứu áp dụng hệ thống phun nước áp lực cao. Mục tiêu của hệ thống
này nhằm giảm lượng bụi phát sinh, hỗ trợ quá trình khấu than, tăng tuổi thọ răng
cắt và loại trừ các tia lửa phát sinh trong quá trình cắt. Xét về giá trị dập bụi của hệ
thống thì đây là bước dập bụi nguyên sinh. Ở các giai đoạn sau này thì người ta bắt
12
đầu nghĩ tới một hệ thống dập – xử lý bụi thoát ra sau khi đã qua khâu dập bụi
nguyên sinh.
Dossco là một trong những công ty đi tiên phong trong lĩnh vực chế tạo
combai khai đào đưa ra hệ thống áp lực cao (h.3).
Hình 1.3. Hình ảnh hệ thống phun nước dập bụi đặc trưng
Mặc dù có những cải tiến về công nghệ phun nước áp lực cao trên combai
khai đào, bụi phát sinh trong quá trình cắt vẫn không thể được loại trừ tuyệt đối. Sự
phát sinh bụi trên gây nhiều hậu quả:
• Giảm tầm quan sát của thợ vận hành làm giảm độ chính xác trong điều
khiển;
• Khó khăn di chuyển và phối hợp trong đội thợ;
• Ảnh hưởng sức khoẻ người lao động;
13
• Nguy cơ nổ bụi cao (đặc biệt khi cắt than);
• Giảm độ bền của thiết bị trong gương lò.
Đã có nhiều công ty quan tâm nghiên cứu chế tạo các thiết bị hút - xử lý bụi
như: CFT (Đức), Howden (Anh), Wiromag (Ba Lan) (h.1.4),.. tuy nhiên giá thành
nhập khẩu thiết bị trên rất cao.
Hình 1.4. Thiết bị hút - xử lý bụi của Ba Lan
1.2.2. Hiện trạng công nghệ xử lý bụi trong hầm lò trong nước
Hiện nay tại các hầm lò khai thác than ở Việt Nam sử dụng máy combai
AM-50Z còn nhiều mỏ chưa có hệ thống hút - xử lý bụi. Hiện đang dự kiến nhập
thiết bị này của nước ngoài. Phương pháp đang được sử dụng là phun nước (thiết
bị đi kèm máy combai) chỉ có thể xử lý được các hạt bụi kích thước lớn. Do vậy
nồng độ bụi tại khu vực khai thác cao hơn chỉ tiêu cho phép.
Một số đơn vị nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu và sử dụng nhiều phương
pháp khác nhau như cyclone, lọc bụi túi, lọc bụi kiểu ướt để xử lý bụi cho nhiều
ngành công nghiệp khác nhau. Tuy nhiên hệ thống hút - xử lý bụi cho khu vực khai
thác trong hầm lò (gương lò) hiện chưa có đơn vị nào nghiên cứu giải quyết.
1.3. Nghiên cứu các phương pháp xử lý bụi
1.3.1. Khái niệm chung về bụi
Khái niệm:
14
• Bụi là các phần tử chất rắn rời rạc được tạo ra trong quá trình sản xuất,
ngưng kết và các phản ứng hoá học. Dưới tác dụng của các dòng khí hoặc
dòng không khí, chúng chuyển thành trạng thái lơ lửng;
• Bụi thu giữ được bằng các thiết bị thu bụi hoặc chúng lắng đọng là loại vật
chất vụn, rời rạc.
Nguyên nhân tạo thành bụi:
• Các hạt rắn bị nghìền nhỏ;
• Vật liệu dạng hạt bị vỡ vụn trong quá trình vận chuyển;
• Trong quá trình nung luyện, ủ vật liệu;
• Quá trình ngưng tụ và các phản ứng hoá học.
1.3.2. Các phương pháp xử lý bụi theo phương pháp khô
1.3.2.1. Buồng lắng bụi [4]
Bản chất của phương pháp này là cho bụi lắng đọng dưới tác dụng của trọng
lực. Phương pháp này thích hợp với việc lọc các hạt bụi có kích thước lớn và
thường được áp dụng để lọc bụi có kích thước 60 - 70 µm trở lên.
Cấu tạo của buồng lắng: gồm buồng lọc có tiết diện ngang lớn gấp nhiều lần
tiết diện của đường 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 như hình 1.5:
Vµo
Ra
Hình 1.5. Sơ đồ buồng lắng bụi
Trong thực tế người ta sử dụng buồng lắng bụi nhiều tầng thì nâng cao được
hiệu quả lọc bụi. Nhược điểm của loại lọc bụi buồng lắng là khó dọn vệ sinh trên
các tầng lọc.
15
1.3.2.2. Lọc bụi ly tâm [4][8]
Thiết bị lọc bụi kiểu ly tâm được sử dụng phổ biến là dạng buồng xyclon.
Nó có cấu tạo đơn giản (h. 1.6) và lọc bụi với cỡ hạt > 5 µm. Quá trình thu bụi
trong các thiết bị dựa trên nguyên lý lực quán tính.
Không khí mang bụi đi vào xyclon theo ống (1) được nối theo phương tiếp
tuyến với thân ống hình trụ (2). Phía dưới 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 (5). Do cấu tạo như 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 di chuyển và va chạm vào thành ống, mất động năng rồi rơi
xuống đáy côn thu bụi, còn dòng không khí bị dội ngược trở lên nhưng vẫn chuyển
động xoáy ốc và theo ống thoát (5) ra ngoài.
1
Ra
5
Vµo
2
3
4
X¶ bôi
Vµo
Hình 1.6. Nguyên lý hoạt động của thiết bị lọc bụi ly tâm
16
1.3.2.3. Lọc bụi qua lưới vải lọc [4][8]
• Khi dòng khí mang bụi chuyển động qua lớp vải xốp, các hạt rắn, giọt tinh
thể được giữ lại trên bề mặt vải, khí sạch được thoát qua lớp vải ra ngoài;
• Vải dùng để làm lưới lọc được chế tạo từ vật liệu dạng sợi như bông, len,
thuỷ tinh, sợi tổng hợp, chúng có đường 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 thước 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 hưởng của lực quán tính thì nhỏ nên các hạt
bụi đó vẫn có thể bám vào sơị vải.
1.3.2.4. Lọc bụi điện [4][8]
Bản chất của phương pháp này là dưới một điện áp tới hạn, các phân tử khí
hoặc không khí bị ion hoá ở điện cực nạp điện và phân chia thành các ion dương
và âm.
Các ion dương tập trung đậm đặc ở gần điện cực âm và tạo thành quầng
sáng corona xung quanh điện cực. Nếu điện áp được khống chế dưới giới hạn nguy
hiểm thì sẽ không xảy ra tia lửa điện gây sự cố thiết bị và tổn hao năng lượng. Các
ion mang dấu âm (–) sẽ di chuyển về phía cực dương và trên đường chuyển động
chúng va đập vào các hạt bụi làm hạt bụi bị tích điện âm, nhờ đó bụi bị hút vào các
bản cực thu bụi. Quá trình tích điện của các hạt bụi xảy ra rất nhanh do số lượng
ion quá nhiều và dày đặc. Sau khi các hạt bụi đi đến bản cực dương, phóng bớt
điện tử và tích tụ dần trên mặt bản cực đến một độ dày nào đó, thông qua cơ cấu gõ
rung rũ bụi, các hạt bụi sẽ bị rơi xuống phếu hứng bụi. Quá trình tích điện và di
chuyển của hạt bụi cho trên hình 1.7:
17
+
+
Vïng quÇn g s¸ng
cña c¸c ion du¬ng
KhÝ mang
bôi ®i vµo
+
+
+ +
- -
+ + ++
-
+
+
+
+
+
+
-
+
-
+
- -
+
+
+
§iÖn cùc ©m
®uîc nèi víi
nguån ®iÖn mét
chiÒu cao ¸p
Bôi
®iÖn truêng
+
+ +
- - -
H¹t bôi ®u¬c tÝch ®iÖn
vµ ®uîc hót vµo cùc du¬ng
+
+
+
+
+
+
+
+
KhÝ s¹ch
Cùc du¬ng (èng
hoÆc tÊm b¶n)
thu bôi
Hình 1.7. Quá trình tích điện và di chuyển bụi trong điện trường
1.3.3 Các phương thức thu bụi theo phương pháp ướt
1.3.3.1. Khái niệm chung
Quá trình lọc bụi trong các thiết bị lọc bụi kiểu ướt được dựa trên nguyên lý
tiếp xúc giữa dòng khí mang bụi với chất lỏng, bụi trong dòng khí bị chất lỏng giữ
lại và thải ra ngoài dưới dạng cặn bùn. Phương háp lọc bụi bằng thiết bị lọc kiểu
ướt có thể xem là rất đơn giản nhưng hiệu quả lại rất cao.
Thiết bị lọc bụi kiểu ướt có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại lọc bụi khác. Cụ
thể là:
• Thiết bị lọc bụi kiểu ướt dễ chế tạo, giá thành thấp nhưng hiệu quả lọc bụi
cao;
• Có thể lọc được bụi kích thước dưới 0,1µm (ví dụ trong thiết bị lọc venturi);
• Có thể làm việc với khí có nhiệt độ và độ ẩm cao mà một số các thiết bị lọc
bụi khác không thể đáp ứng được như thiết bị lọc bụi túi vải, lọc bụi tĩnh
điện;
• Thiết bị lọc bụi kiểu ướt không những lọc được bụi mà còn lọc được cả khí
độc hại bằng quá trình hấp thụ, bên cạnh đó nó còn được sử dụng như thiết
bị làm nguội và làm ẩm khí mà trong nhiều trường hợp trước thiết bị lọc bụi
tĩnh điện phải cần đến nó.
Tuy nhiên thiết bị lọc bụi kiểu ướt cũng có một số nhược điểm đáng lưu ý:
• Bụi được thải ra dưới dạng cặn bùn do đó có thể làm phức tạp cho hệ thống
thoát nước và xử lý nước thải;
• Dòng khí thoát ra từ thiết bị lọc có độ ẩm cao và có thể mang theo cả những
giọt nước làm han gỉ đường ống, ống khói và các thiết bị khác ở phía sau
thiết bị;
18
• Trường hợp khí thải có chứa các chất ăn mòn cần phải bảo vệ thiết bị và hệ
thống đường ống bằng sơn chống gỉ hoặc phải chế tạo thiết bị và hệ thống
đường ống bằng vật liệu không han gỉ.
Chất lỏng được sử dụng phổ biến nhất trong thiết bị lọc bụi kiểu ướt là nước.
Trường hợp thiết bị lọc có chức năng vừa khử bụi vừa khử khí độc hại thì chất
lỏng có thể là một loại dung dịch nào đó do quá trình hấp thụ quyết định. Với mục
đích giảm lượng dịch thể dùng trong các thiết bị lọc bụi kiểu ướt người ta sử dụng
hệ thống tưới phun khép kín (tuần hoàn).
Thiết bị lọc bụi kiểu ướt có thể được chia thành các loại sau đây tuỳ thuộc vào
nguyên lý hoạt động của chúng:
• Các tháp rửa khí rỗng;
• Các tháp rửa khí có ô đệm;
• Các thiết bị lọc kiểu ướt theo phương pháp sủi bọt;
• Các thiết bị lọc kiểu ướt theo nguyên lý va đập quán tính;
• Các thiết bị lọc kiểu ướt với lớp vật liệu hạt di động;
• Các thiết bị thu bụi ẩm dưới tác động của lực ly tâm;
• Thiết bị lọc kiểu ướt Venturi.
1.3.3.2. Các tháp rửa khí rỗng [4][7][8]
Trong tháp rửa khí rỗng người ta cho khí bụi đi qua màn dịch thể phun. Lúc
này các hạt bụi bị dính kết bởi các giọt dịch thể và lắng xuống, còn khí đã được thu
bụi đi ra khỏi thiết bị
Đường dẫn khí có phun dịch thể:
Các hàng mỏ phun hoặc là máy phun mù được mắc vào trong đường ống
dẫn khí hoặc trong ống khói để tạo ra trên đường đi của dòng khí bụi các màn chắn
nước. Để tránh mất mát nhiều do bắn tóe, vận tốc của khí ở trong đường dẫn khí có
phun dịch thể không vượt quá 3m/s. Lưu lượng nước khoảng từ 0,1 đến 0,3 l/m3.
Trong đa số các trường hợp cần phải đặt ở phía sau các đường dẫn khí có phun
dịch thể một thiết bị thu giọt và trang bị những dụng cụ thoát nước để thải dịch thể
lắng đọng.
Các buồng rửa khí:
Các buồng rửa khí được chế tạo bằng kim loại, bêtông cốt thép hoặc bằng
gạch. Bên trong buồng có các mỏ phun để tạo thành màn chắn nước trên đường đi
của dòng khí, các mỏ phun này được bố trí thành một số hàng, nhưng phổ biến
nhất là xếp theo kiểu bàn cờ. Để tăng hiệu suất thu bụi khí đôi khi trong buồng rửa
19
- Xem thêm -
.PDF 
140 
81 
133 
