Quạt hút khí thải là gì? Vai trò, cách lựa chọn và ứng dụng trong hệ thống xử lý khí thải

Trong nhà máy, xưởng sản xuất và hệ thống xử lý môi trường, quạt hút khí thải là thiết bị tạo dòng khí để thu gom khói, bụi, hơi hóa chất hoặc mùi từ khu vực phát sinh. Dòng khí sau đó được vận chuyển qua đường ống đến thiết bị xử lý hoặc vị trí xả phù hợp.

Nhiều người nhầm rằng quạt có thể trực tiếp làm sạch khí thải. Thực tế, quạt chỉ tạo lưu lượng và áp suất; quá trình lọc bụi, hấp phụ khí độc hoặc khử mùi phải được thực hiện bằng cyclone, túi lọc, thiết bị lọc bụi tĩnh điện, tháp hấp thụ hoặc công nghệ chuyên dụng khác.

Vậy quạt hút hoạt động thế nào và cần dựa vào thông số nào để lựa chọn đúng?

Quạt hút khí thải là gì?

Quạt hút khí thải là thiết bị cơ khí sử dụng động cơ và cánh quạt để tạo chênh lệch áp suất, qua đó hút và vận chuyển không khí chứa bụi, khói, mùi hoặc hơi hóa chất từ nguồn phát sinh đến công đoạn xử lý.

Trong một hệ thống hút cục bộ, quạt thường làm việc cùng các bộ phận:

• Chụp hút hoặc miệng thu khí.
• Hệ thống đường ống.
• Thiết bị xử lý bụi hoặc khí.
• Van điều tiết.
• Ống khói và bộ phận cấp bù không khí.

Quạt hút khí thải khác quạt thông gió như thế nào?

Quạt thông gió thông thường chủ yếu trao đổi không khí trong phòng, giảm nhiệt và độ ẩm. Loại quạt này thường làm việc với đường ống ngắn hoặc gần như không có thiết bị tạo trở lực.

Quạt hút dùng trong hệ thống xử lý khí thải phải thắng được tổng trở lực của chụp hút, đường ống, co cút, van, thiết bị lọc và ống khói. Vì vậy, quạt thường cần cột áp cao hơn, vật liệu phù hợp hơn và phải được lựa chọn theo đường đặc tính của toàn hệ thống.

Quạt hút khí thải chỉ thực hiện nhiệm vụ thu gom và vận chuyển dòng khí, không trực tiếp loại bỏ chất ô nhiễm.

Quạt hút khí thải hoạt động như thế nào?

Nguyên lý tạo lưu lượng và áp suất

Khi động cơ quay, cánh quạt truyền năng lượng cho dòng khí. Sự chuyển động của cánh tạo chênh lệch áp suất giữa cửa hút và cửa đẩy, khiến khí thải đi vào quạt rồi được đẩy qua hệ thống.

Ba bộ phận chính gồm:

• Động cơ: Cung cấp năng lượng quay.
• Cánh quạt: Truyền năng lượng cho dòng khí.
• Vỏ quạt: Định hướng dòng khí và hỗ trợ chuyển đổi vận tốc thành áp suất.

Lưu lượng và áp suất mà quạt tạo ra không cố định trong mọi điều kiện. Điểm vận hành thực tế được xác định tại vị trí giao nhau giữa đường đặc tính quạt và đường trở lực của hệ thống. Vì vậy, không thể lựa chọn quạt chỉ dựa trên công suất motor.

Vị trí của quạt trong hệ thống xử lý khí thải

Một hệ thống hút cục bộ điển hình có thể được bố trí như sau:

Cách đặt quạt sau thiết bị xử lý giúp hạn chế bụi hoặc hóa chất tiếp xúc trực tiếp với cánh quạt trong nhiều ứng dụng.

Tuy nhiên, vị trí thực tế có thể thay đổi tùy nhiệt độ, tính ăn mòn, nguy cơ cháy nổ và yêu cầu công nghệ. Toàn bộ hệ thống phải được tính toán đồng bộ thay vì thiết kế riêng từng thiết bị.

Vai trò của quạt hút trong hệ thống xử lý khí thải

Thu gom khí thải ngay tại nguồn

Chụp hút kết hợp với quạt tạo vùng áp suất âm tại nơi phát sinh, giúp thu khói, bụi hoặc hơi hóa chất trước khi chúng phát tán ra nhà xưởng.

Thu gom tại nguồn thường hiệu quả hơn việc để chất ô nhiễm khuếch tán rồi mới sử dụng thông gió tổng thể. OSHA định nghĩa hệ thống hút cục bộ là giải pháp thu và loại bỏ chất ô nhiễm trước khi chúng bị pha loãng vào không khí nơi làm việc.

Duy trì lưu lượng khí ổn định

Quạt hút khí thải phải duy trì đủ lưu lượng để dòng khí đi qua đường ống và thiết bị xử lý. Nếu lưu lượng quá thấp, bụi có thể lắng trong ống, khí không được thu hết và hiệu suất của thiết bị phía sau giảm.

Nếu lưu lượng quá lớn, hệ thống có thể tiêu thụ nhiều điện hơn, tăng tiếng ồn, kéo theo vật liệu không mong muốn hoặc làm giảm thời gian tiếp xúc trong một số công đoạn xử lý.

Quyết định hiệu suất toàn hệ thống

Cyclone, túi lọc, scrubber và các thiết bị khác đều tạo ra tổn thất áp suất. Chẳng hạn, EPA cho biết cyclone hiệu suất cao thường có tổn thất áp suất lớn hơn, kéo theo nhu cầu năng lượng cao hơn để vận chuyển dòng khí.

Quạt chọn không đúng có thể dẫn đến:

• Không hút hết khí tại nguồn.
• Lưu lượng phân bố không đều.
• Bụi tích tụ trong đường ống.
• Thiết bị xử lý hoạt động sai điểm thiết kế.
• Điện năng tiêu thụ cao.
• Động cơ quá tải hoặc quạt rung, ồn.

Các loại quạt hút khí thải phổ biến

Quạt ly tâm

Quạt ly tâm hút khí theo phương dọc trục quay, sau đó đổi hướng dòng khí và đẩy ra theo phương gần vuông góc. Cánh quạt được đặt trong vỏ dạng xoắn để tạo áp suất.

Ưu điểm:

• Tạo cột áp từ trung bình đến cao.
• Thắng được trở lực của đường ống dài và thiết bị xử lý.
• Có nhiều kiểu cánh phù hợp với bụi, khí sạch hoặc dòng khí có tạp chất.
• Phù hợp điều chỉnh lưu lượng bằng biến tần.

Quạt ly tâm thường được sử dụng cho cyclone, túi lọc bụi, tháp hấp thụ, hệ thống hút khói và đường ống có nhiều co cút. 

Quạt hướng trục

Quạt hướng trục đưa dòng khí đi gần song song với trục quay. Thiết bị có thể tạo lưu lượng lớn nhưng cột áp thường thấp hơn quạt ly tâm có quy mô tương đương.

Quạt hướng trục phù hợp với:

• Thông gió nhà xưởng.
• Hút khí qua khoảng cách ngắn.
• Hệ thống ít co cút.
• Môi trường có tổng trở lực thấp.
• Cấp hoặc hút không khí tổng thể.

Không nên mặc định sử dụng quạt hướng trục cho hệ thống có túi lọc, scrubber hoặc đường ống dài nếu chưa kiểm tra đường đặc tính áp suất.

Quạt chịu nhiệt

Quạt chịu nhiệt được thiết kế cho dòng khí nóng từ lò hơi, lò sấy, lò đốt hoặc bếp công nghiệp. Tùy nhiệt độ thực tế, hệ thống có thể cần:

• Vật liệu cánh và vỏ chịu nhiệt.
• Sơn hoặc lớp phủ chuyên dụng.
• Truyền động gián tiếp để tách động cơ khỏi dòng khí nóng.
• Làm mát ổ trục.
• Khớp giãn nở cho đường ống.

Không nên chọn quạt chịu nhiệt chỉ theo nhiệt độ trung bình. Cần tính cả nhiệt độ cực đại, thời gian duy trì và khả năng xảy ra sự cố quá nhiệt.

Quạt chống ăn mòn

Dòng khí chứa axit, kiềm, hơi muối hoặc hóa chất có thể ăn mòn nhanh quạt thép thông thường. Vật liệu phổ biến gồm:

• Composite FRP.
• Inox.
• Thép phủ epoxy hoặc lớp chống ăn mòn phù hợp.

Việc lựa chọn phải dựa trên loại hóa chất, nồng độ, nhiệt độ và độ ẩm. 

Cách lựa chọn quạt hút khí thải phù hợp

Xác định lưu lượng gió

Lưu lượng là thể tích khí quạt phải vận chuyển trong một đơn vị thời gian, thường được tính bằng m³/h.

Lưu lượng cần thiết phụ thuộc vào:

• Kích thước nguồn phát sinh.
• Kiểu chụp hút.
• Vận tốc bắt giữ yêu cầu.
• Khoảng cách giữa chụp và nguồn.
• Số nhánh hút hoạt động đồng thời.
• Nhiệt độ và mức độ phát tán của dòng khí.

Chụp hút đặt càng xa nguồn thường càng cần lưu lượng lớn. Vì vậy, tối ưu vị trí chụp có thể giúp giảm kích thước quạt và điện năng tiêu thụ.

Tính cột áp và tổn thất áp suất

Cột áp là khả năng của quạt trong việc thắng trở lực của hệ thống. Tổng tổn thất cần tính gồm:

• Tổn thất tại chụp hút.
• Ma sát trong đường ống.
• Co, cút, van và đoạn chuyển tiếp.
• Cyclone, túi lọc hoặc lọc tĩnh điện.
• Tháp hấp thụ, than hoạt tính.
• Ống khói và phụ kiện đầu ra.

Sự thay đổi lớn có thể là dấu hiệu đường ống bị tắc hoặc hệ thống không còn hoạt động bình thường.

Kiểm tra nhiệt độ và thành phần khí

Trước khi chọn quạt cần xác định:

• Nhiệt độ bình thường và cực đại.
• Hàm lượng, kích thước và độ mài mòn của bụi.
• Khả năng bám dính của vật liệu.
• Nồng độ hơi axit, kiềm hoặc dung môi.
• Nguy cơ cháy nổ.
• Độ ẩm và khả năng ngưng tụ.

Dữ liệu này quyết định kiểu cánh, vật liệu, phương thức truyền động, độ kín và cấu hình an toàn.

Lựa chọn theo đường đặc tính quạt

Nhà cung cấp cần thể hiện được điểm vận hành trên đường đặc tính, bao gồm:

• Lưu lượng.
• Áp suất.
• Hiệu suất.
• Công suất trục.
• Tốc độ quay.
• Độ ồn dự kiến.

Tiêu chuẩn thử nghiệm AMCA đánh giá hiệu suất khí động của quạt dựa trên lưu lượng, áp suất, công suất, mật độ không khí và tốc độ quay.

Nên lựa chọn điểm làm việc gần vùng hiệu suất cao của quạt, tránh chọn dư cột áp rồi đóng van quá nhiều để điều tiết.

Giải pháp thiết kế hệ thống quạt hút xử lý khí thải tại xulykhoibui.com

Một hệ thống hiệu quả cần được thiết kế từ nguồn phát sinh thay vì bắt đầu bằng việc chọn sẵn một model quạt.

Quy trình tư vấn nên gồm:

1. Khảo sát vị trí và đặc điểm nguồn khí thải.
2. Xác định loại, nồng độ và nhiệt độ chất ô nhiễm.
3. Thiết kế chụp hút để thu khí ngay tại nguồn.
4. Tính lưu lượng và tổng tổn thất áp suất.
5. Lựa chọn loại quạt và vật liệu phù hợp.
6. Thiết kế đường ống hạn chế co gấp, rò rỉ và tích bụi.
7. Kết hợp quạt với thiết bị xử lý tương ứng.
8. Kiểm tra điểm vận hành, điện năng và độ ồn.
9. Đo kiểm lưu lượng, áp suất sau khi lắp đặt.

Một hệ thống xử lý khí thải hiệu quả không phụ thuộc vào quạt riêng lẻ mà phụ thuộc vào sự đồng bộ giữa chụp hút, đường ống, quạt, thiết bị xử lý và ống khói.

Câu hỏi thường gặp về quạt hút khí thải

Quạt hút khí thải và quạt thông gió khác nhau như thế nào?

Quạt thông gió chủ yếu trao đổi không khí với trở lực thấp. Quạt hút khí thải thường phải vận chuyển dòng khí qua đường ống và thiết bị xử lý nên yêu cầu cột áp, vật liệu và khả năng làm việc cao hơn.

Quạt ly tâm hay quạt hướng trục phù hợp hơn?

Quạt ly tâm thường phù hợp với hệ thống có trở lực trung bình hoặc cao. Quạt hướng trục phù hợp hơn với lưu lượng lớn, đường ống ngắn và trở lực thấp.

Quạt hút khí thải có xử lý được bụi không?

Quạt thông thường không tách bụi mà chỉ vận chuyển dòng khí chứa bụi. Muốn xử lý cần bổ sung cyclone, túi lọc, cartridge hoặc thiết bị lọc bụi tĩnh điện.

Làm sao tính đúng lưu lượng quạt?

Cần dựa trên kiểu nguồn phát sinh, thiết kế chụp hút, vận tốc bắt giữ, diện tích miệng hút và số nhánh hoạt động. Không nên chọn lưu lượng chỉ theo diện tích nhà xưởng.

Có thể thay quạt cũ mà không thay toàn bộ hệ thống không?

Có thể, nhưng cần đo lại lưu lượng, cột áp, kích thước đường ống và điểm vận hành. Thay quạt có công suất motor lớn hơn chưa chắc cải thiện hiệu quả nếu đường ống hoặc thiết bị xử lý đang bị tắc.

Kết luận

Quạt hút khí thải là bộ phận tạo lưu lượng và áp suất để thu gom, vận chuyển dòng khí từ nguồn phát sinh đến thiết bị xử lý. Quạt không trực tiếp lọc bụi, khử mùi hay trung hòa khí độc.

Để lựa chọn đúng, cần tính đồng thời lưu lượng, cột áp, nhiệt độ, thành phần khí, vật liệu và đường đặc tính quạt. Việc thiết kế đồng bộ chụp hút, đường ống, quạt và thiết bị xử lý sẽ giúp hệ thống duy trì hiệu suất, hạn chế tiêu hao điện và vận hành ổn định lâu dài.