Tại Sao Nên Dùng Bộ Lọc Nằm Ngang Trong Hệ Thống Thu Bụi Dạng Lõi Lọc Cartridge
Nguồn:
The Case for Horizontal Filters in Cartridge Dust Collectors
Tác giả: John Woolever, Donaldson Torit Production Manager
Thu gom bụi bằng các phần tử lọc có màng xếp nếp, còn gọi là hộp lọc (cartridge), đã trở thành một giải pháp phổ biến cho các nhu cầu thông gió công nghiệp trong vài thập kỷ gần đây. Thiết bị thu bụi sử dụng hộp lọc có thể được chia thành hai loại dựa trên hướng đặt hộp lọc và thiết kế luồng khí trong buồng chứa:
- Thiết kế thu bụi dạng dòng chảy xuống (downflow) với các hộp lọc được đặt nằm ngang, và cửa vào của không khí bẩn nằm phía trên toàn bộ hệ thống lọc;
- Thiết kế thu bụi dạng dòng chảy ngang (crossflow) hoặc dòng chảy lên (upflow) với các hộp lọc được treo thẳng đứng, và cửa vào của không khí bẩn nằm phía dưới hoặc bên hông của hệ thống lọc.
Một số người trong ngành thông gió công nghiệp cho rằng máy thu bụi với các hộp lọc treo dọc là ưu việt hơn; họ viện dẫn những ví dụ mang tính giai thoại mà không có dữ liệu hỗ trợ. Tuy nhiên, các dữ kiện đáng tin cậy lại ủng hộ những lợi thế của thiết kế máy thu bụi dòng chảy xuống, bao gồm cả American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH®) Industrial Ventilation: A Manual of Recommended Practice for Design, 31st Edition:
Mục 8.3.2 củaIndustrial Ventilation Manual states, EPA-Sponsored¹ research đã chỉ ra rằng luồng không khí bẩn chảy xuống dưới mang lại hiệu suất vượt trội. Luồng chảy xuống này giúp giảm hiện tượng bụi tái lắng đọng, vì nó hỗ trợ lực hấp dẫn đưa các hạt bụi xuống phễu thu gom.
Trước khi xem xét các yếu tố khác liên quan đến chủ đề này, việc điểm qua nguồn gốc của hệ thống thu bụi bằng hộp lọc là điều cần thiết.
Vào những năm 1970, các bộ thu bụi bằng hộp lọc (cartridge collectors) ban đầu được thiết kế để mô phỏng theo các hệ thống thu bụi kiểu túi (baghouse), trong đó sử dụng các túi lọc vải được treo thẳng đứng và không khí bẩn đi vào từ phía dưới bộ lọc. (Xem hình A.)
Phương tiện lọc dạng nếp gấp (pleated media) của hộp lọc cartridge mang lại hiệu quả lọc vượt trội và giảm phát thải so với loại vải lọc túi truyền thống tương đương. Tuy nhiên, kiểu bộ thu bụi mới này vẫn tồn tại nhiều hạn chế tương tự như thiết kế baghouse trước đó, bao gồm:
- Bụi được xả ra từ các bộ lọc cartridge đã được làm sạch vẫn phải đối mặt với luồng không khí vào trước khi lắng xuống phễu thu gom/bể chứa. Điều này dẫn đến hiện tượng bụi tái nhiễm vào bề mặt bộ lọc, gây tăng áp suất vận hành và làm giảm tuổi thọ của bộ lọc.
- Hoạt động thay thế bộ lọc vẫn tốn thời gian, bẩn và nói chung là không dễ chịu, vì việc bảo dưỡng bộ lọc vẫn yêu cầu người vận hành phải mở buồng không khí bẩn qua cửa truy cập lớn.
Cải tiến thiết kế cho bộ thu bụi treo dọc đã được thực hiện trong suốt những năm qua, với việc bổ sung các cửa vào bên (side inlets) (cho phép người vận hành vào bộ thu bụi gần khu vực lọc thay vì ở dưới bộ lọc). Điều này đã giúp giảm bớt phần nào hiện tượng bụi tái nhiễm. Tuy nhiên, các hạt bụi đã được làm sạch vẫn bị tác động bởi luồng không khí vào, và quy trình thay bộ lọc cartridge vẫn khiến người vận hành và khu vực xung quanh bộ thu bụi tiếp xúc với một cửa mở lớn dẫn vào buồng không khí bẩn. (Xem hình B.)
Cuối cùng, vào những năm 1980, một bước đột phá đã được thực hiện bằng cách thay đổi hướng bộ lọc cartridge từ dọc sang ngang và đặt cửa vào không khí bẩn ở phía trên tất cả các lớp vật liệu lọc. Sự thay đổi này dẫn đến một mô hình luồng không khí vào phù hợp với vị trí cuối cùng của bụi được xả ra từ các bộ lọc đã được làm sạch. Vì trọng lực tự nhiên đưa các hạt bụi đã xả xuống hướng về phễu chứa ở dưới đáy bộ thu bụi, nên mô hình luồng không khí vào của bộ thu bụi dòng chảy xuống (downflow collector) giờ đây có thể hỗ trợ việc di chuyển các hạt bụi đến bể chứa ở đáy thiết bị, thay vì chống lại nó. (Xem hình C.)
Sự cải tiến của thiết kế luồng không khí này đã giảm hiện tượng bụi tái nhiễm, và có thể được nâng cao thêm bằng cách sử dụng các cartridge lọc chứa vật liệu lọc sợi mịn có khả năng tải bề mặt. Việc giảm tái nhiễm bụi có thể làm giảm áp suất vận hành, kéo dài tuổi thọ bộ lọc và giảm lượng không khí nén sử dụng để làm sạch bộ lọc bằng phương pháp xung – tất cả đều mang lại lợi ích cho chi phí vận hành của bộ thu bụi và cải thiện tổng chi phí sở hữu thiết bị.
Các phương pháp phân tích luồng không khí tiên tiến đã cho phép cải tiến thêm trong thiết kế bộ thu bụi dòng chảy xuống. Tối ưu hóa khoảng cách giữa các cartridge lọc và khoảng cách giữa cartridge và thành tủ của bộ thu bụi giúp tăng khả năng lọc không khí cho một kích thước vỏ bộ thu bụi nhất định. Phân tích ví dụ bên phải so sánh kết quả của các thiết kế quản lý luồng không khí tinh vi cho bộ thu bụi dòng chảy xuống và bộ thu bụi cửa vào bên. Bộ thu bụi dòng chảy xuống bên trái cho thấy tốc độ luồng không khí thấp hơn trong buồng không khí bẩn, giúp các hạt bụi rơi ra khỏi luồng không khí hiệu quả hơn. Ngược lại, bộ thu bụi treo dọc bên phải cho thấy tốc độ luồng không khí cao hơn, cũng như các mô hình “quét” hướng lên trong phần phễu, điều này ảnh hưởng đến cách các hạt bụi đã được làm sạch lắng xuống vào bể chứa dưới phễu.
Ngay cả những cải tiến lớn hơn cũng có thể đạt được với những phương pháp mới trong việc định vị cửa vào không khí bẩn để tách trước với tổn thất thấp. Các tiến bộ thiết kế gần đây cho thấy khả năng lọc không khí được tăng cường khi cửa vào không khí bẩn được định vị theo hướng dòng chảy xuống, cách xa vật liệu lọc. Khu vực rơi này cho phép các hạt bụi nặng rơi ra khỏi luồng không khí mà không chạm vào vật liệu lọc và cũng giúp phân phối luồng không khí đồng đều, loại bỏ các “vùng nóng” có tốc độ cao có thể làm mòn vật liệu lọc một cách nhanh chóng. (Xem hình D.)
Một số nhà sản xuất bộ thu bụi chỉ ra các hình ảnh mang tính giai thoại về các bộ lọc ngang với sự tích tụ bụi và sự kết nối qua các bề mặt trên của các phần tử lọc. Trong thực tế, các bộ thu bụi dòng chảy xuống được thiết kế, vận hành và bảo trì đúng cách có hệ thống làm sạch ngược (reverse pulse cleaning) giúp hạn chế sự tích tụ bụi trên bề mặt vật liệu lọc. Một nhà cung cấp bộ thu bụi cartridge có kinh nghiệm sẽ có khả năng cung cấp dữ liệu ký hiệu xung làm sạch toàn diện, định lượng năng lượng làm sạch được truyền đến vật liệu lọc.
Gần đây, một bước đột phá đáng kể trong công nghệ làm sạch xung đã được giới thiệu ra thị trường và hiện tại chỉ có sẵn trong cấu hình bộ thu bụi cartridge dòng chảy xuống. Với thiết kế kiểm soát sự mở rộng của hệ thống làm sạch xung và tối thiểu hóa các tổn thất năng lượng trong quá trình truyền năng lượng, hệ thống làm sạch mới đã được chứng minh là cung cấp năng lượng làm sạch xung cao hơn 27%. Việc tăng năng lượng làm sạch có thể tăng khả năng lọc và giảm mức tiêu thụ năng lượng của không khí nén.
Khi thiết kế quản lý luồng không khí vượt trội, hiệu suất làm sạch xung hiệu quả và vật liệu lọc sợi mịn tải bề mặt được kết hợp trong một bộ thu bụi dòng chảy xuống, nó có thể mang lại những lợi ích ấn tượng về khả năng lọc không khí. Một cách để đánh giá khả năng luồng không khí của bộ thu bụi là so sánh tỷ lệ luồng không khí thể tích với diện tích vật liệu lọc. Tỷ lệ không khí trên vật liệu (AMR) hoặc vận tốc lọc thường được sử dụng để xác định kích thước thiết bị thu bụi cho các ứng dụng cụ thể.
Ngoài hiệu suất và khả năng của bộ thu bụi, khả năng mở rộng và cấu hình linh hoạt là hai ưu điểm bổ sung mà bộ thu bụi dòng chảy xuống có được so với bộ thu bụi treo dọc. Hướng bộ lọc ngang của bộ thu bụi dòng chảy xuống cho phép các cartridge lọc được đặt theo một ma trận có thể tăng chiều cao cũng như chiều rộng, mang lại sự linh hoạt lớn hơn và giảm diện tích chiếm dụng tổng thể trên sàn xưởng. Các bộ thu bụi treo dọc chỉ có một lớp bộ lọc, vì vậy việc tăng diện tích vật liệu lọc đòi hỏi phải tăng chiều rộng và chiều sâu vì chiều cao là cố định. Điều này thường dẫn đến việc diện tích chiếm dụng tổng thể lớn hơn để tăng khả năng xử lý không khí.
Thông gió khi xảy ra nổ là một lĩnh vực khác mà bộ thu bụi dòng chảy xuống khác biệt với các bộ thu bụi có phần tử treo dọc. Các cửa thoát nổ có thể được đặt trên mái hoặc bên hông của bộ thu bụi dòng chảy xuống mà không thay đổi diện tích chiếm dụng thiết bị. Vì các cửa thoát nổ phải được đặt ở bên hông của bộ thu bụi treo dọc, chúng thường yêu cầu một diện tích mở rộng để hướng cửa thoát nổ lên trên. Nhiều cơ sở ưa chuộng cửa thoát nổ hướng lên hoặc gắn trên mái vì mặt trận ngọn lửa deflagration và các vật liệu xả ra trong sự kiện deflagration đều được hướng lên trên, nơi có sự giảm thiểu tiếp xúc với các khu vực có người ở.
Việc tháo cartridge lọc của bộ thu bụi dòng chảy xuống cũng đơn giản và sạch sẽ hơn, yêu cầu người vận hành chỉ cần đưa tay vào bộ thu bụi để lấy các bộ lọc cartridge. Các bộ thu bụi treo dọc thường yêu cầu dụng cụ đặc biệt để tiếp cận vào buồng không khí bẩn rộng lớn, hoặc cần người vận hành thực sự vào trong (có thể là vào không gian hạn chế) để tiếp cận các bộ lọc cartridge ở sâu trong cấu trúc tủ. Mặc dù gần như tất cả các thiết kế bộ thu bụi đều có các nền công nghiệp để tiếp cận bộ lọc, nhưng bộ thu bụi dòng chảy xuống còn có thể được tiếp cận bằng thang bước, giúp giảm thiểu tác động lên diện tích sàn xưởng.
Vì cửa truy cập lớn hơn và việc tiếp cận bộ lọc cartridge khó khăn hơn, cùng với việc bộ lọc thường lớn hơn/nặng hơn, việc thay thế bộ lọc trên các bộ thu bụi treo dọc thường yêu cầu một nền tảng, cần có giàn nâng người, hoặc một loại phương tiện truy cập phức tạp khác.
Hơn 40 năm sau khi ra đời, các bộ thu bụi cartridge vẫn tiếp tục là một giải pháp hấp dẫn và kinh tế cho các nhà điều hành cơ sở ở nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Các bộ thu bụi dòng chảy xuống mang lại giảm thiểu bụi tái nhiễm, diện tích chiếm dụng nhỏ hơn, linh hoạt cấu hình cao hơn, và trải nghiệm thay bộ lọc vượt trội. Với những lợi ích cho người sử dụng này, lý do cho việc sử dụng bộ thu bụi cartridge dòng chảy xuống là rõ ràng