Đồ án Xử lý ô nhiễm bụi từ nhà máy xi măng

iết bị lọc bụi túi vải. Tuy nhiên hạn chế của thiết bị lọc bụi túi vải là độ bền nhiệt không cao dễ phá hủy khi nhiệt độ dao động mạnh. Nên chọn xử lý bụi bằng phương pháp lọc bụi tĩnh điện rất phù hợp. Thiết bị lọc bụi tĩnh điện dạng ống có ưu điểm hơn thiết bị lọc bụi tĩnh điện dạng tấm là: Điện thế của điện trường lớn nên làm sạch khí tốt hơn Thuận lợi với khí có độ ẩm nhỏ, khó làm sạch Vì vậy chọn phương pháp sử dụng thiết bị lọc bụi tĩnh điện dạng ống SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ: Đường ống dẫn bụi Quạt hút Thùng chứa bụi Thiết bị lọc bụi tĩnh điện Quạt đẩy Nguồn phát sinh bụi Chụp hút Ống khói thải ra ngoài Phía trên khu vực cần xử lý bụi ta lắp đặt các chụp hút để thu gom bụi, quạt hút trên đường ống sẽ dẫn dòng khí mang bụi vào thiết bị lọc bụi tĩnh điện. Bụi rơi xuống phễu chứa bụi sau đó được thu gom, quạt hút sẽ hút khí sạch và khí này sẽ theo đường ống khói bay ra ngoài không khí. Chương 3: CƠ SỞ LÍ THUYẾT LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN 3.1 Nguyên lí làm việc và cấu tạo của thiết bị lọc bụi tĩnh điện. 3.1.1 Nguyên lí làm việc của thiết bị lọc bụi tĩnh điện kiểu ống Cấu tạo và nguyên lý làm việc của thiết bị như sau: Thiết bị lọc bụi bằng điện gồm:một dây kim loại nhẫn tiết diện bé 1 được căn theo trục của ống kim loại 2 nhờ có đối trọng 3 (hình trên) Dây kim loại được cách điện hoàn toàn với các bộ phận xung quanh tại vị trí 4 và được nạp điện một chiều với điện thế cao,khoảng 50000V trở lên.Đó là cực âm của thiết bị. Cực dương là ống kim loại bao bọc xung quanh cực âm và được nối đất.Dưới điện thế cao mà dây kim loại (cưc âm) được nạp điện sẽ tạo ra bên trong ống cực dương một điện trường mạnh và khi dòng khí mang bụi đi qua, những phân tử khí trong dòng khí sẽ bị ion hóa rồi truyền điện tích âm cho hạt bụi dưới tác va đập quán tính (bắn phá) và/hoặc khuếch tán ion. Nhờ đó các hạt bụi bị hút về phía cực dương, đọng lại trên bề mặt trong của ống hình trụ, mất diện tích và rơi xuống phễu chứa bụi. 3.1.2 Cấu tạo thiết bị. 3.1.2.1 Vỏ thiết bị. Vỏ thiết bị lọc điện là bộ phận chứa các điện cực lắng, điện cực quầng sáng, phần bụi đã được lắng. Tùy thuộc vào công nghệ, tính chất khí thải, kinh tế mà có thể làm vỏ thiết bị bằng thép (thép thường hay thép đặc biệt), gạch, bêtông cốt thép… Vỏ thiết bị có dạng hình khối chữ nhật hay hình trụ. 3.1.2.2 Thiết bị phân bố dòng khí. Gồm thiết bị định hướng dòng và lưới phân phối khí. Đó là yếu tố quan trọng của thiết bị loc điện vì việc phân phối đều vào các cực điện là điều kiện bắt buộc để thiết bị làm việc hiệu quả. Các thiết bị được lắp đặt sao cho dòng khí đi qua thiết bị lọc điện một cách đều đặn, thẳng hướng. 3.1.2.3 Khung treo cực ion hóa. Với chức năng treo các cực ion hóa với trọng lượng nhỏ và trong quá khắt khe ta có thể chọn vật liệu làm thanh treo là thép( thép thường và thép đặc biệt ) 3.1.2.4 Các cực điện. Đây là bộ phận quan trọng của thiết bị ảnh hưởng đến hiệu suất lọc. Gồm cực thu bụi và cực ion hóa. Chúng phải đảm bảo hai điều kiện là phải có độ bền và độ cứng cơ học cần thiết để có tuổi thọ cao trong điều kiện rung động do rũ bụi bằng cơ khí hay ảnh hưởng của điện trường và dòng khí chuyển động. Phải có tính bền trong môi trường xâm thực cũng như môi trường khí ở nhiệt độ cao. Cực thu bụi Cực thu bụi cần có độ cứng và độ bền cơ học cần thiết. Bề mặt cực thu bụi phải nhẵn không có mấu nhọn, có tính chất khí động tốt và chịu được sức rung động khi giũ bụi. Bề mặt nhẵn đảm bảo cường độ mạnh của điện trường, dễ chế tạo, dễ giũ bụi nhưng có nhược điểm là bụi dễ bị tung trở lại dòng khí. Cực thu bụi có hình chắn song, hình túi, hình máng và hình chữ C được áp dụng rất phổ biến trong thiết bị lọc bụi tĩnh điện kiểu tấm loại khô. Loại hình chữ C hoặc M đáp ứng được nhiều yêu cầu: độ cứng, ít tung bụi và chi phí vậy liệu thấp. Đối với thiết bị lọc kiểu tấm bản lọc ướt người ta sử dụng cực thu bụi nhẵn và phẳng Đối với thiết bị lọc kiểu ống là các loại ống tiết diện tròn, vuông, 6 cạnh. Đường kính từ 200 ¸ 300 mm, chiều dài từ 3000 ¸ 5000 mm. Vật liệu: thép cacbon được sử dụng nhiều nhất, trong môi trường ăn mòn có thể sử dụng thép không gỉ hoặc hợp kim khác. Cực ion hóa. Hình:các dạng khác nhau của cực ion hóa: 1- dây thép tròn; 2- dây tiết diện 4 cạnh; 3- kiểu băng; 4-kiểu lò xo; 5-kiểu dây cáp xoắn; 6-băng lật từng đọan; 7-tiết diện chữ thập; 8-9-10-11 – băng có gai nhọn; 12-dây thép gai; 13-băng có gai hai bên; 14-băng kiểu hoa văn trang trí; 15- hình răng cưa; 16-17-băng có mấu nhỏ ra đều đặn.) Được treo thành từng hàng trên cùng một thanh, phía dưới được gắn các vật nặng để cực ion hóa tránh dao động. Vật liệu: phải có tình cơ khí tốt như: thép không gỉ, đồng, hợp kim titan, nhôm… thường là thép giàu cacbon. Các yêu cầu kĩ thuật đối với cực ion hóa. Có hình dạng xác định để tạo ra sự phóng điện corona mạnh và cùng dấu. Có độ cứng và độ bền cơ học cao. Theo tính năng kĩ thuật chia thành 2 nhóm: Nhóm thứ nhất là các cực ion hóa không có điểm phóng điện một cách xác định, được sử dụng trong thiết bị lọc bụi kiểu ống, kiểu tấm bản. Hình dạng tiết diện ngang của cực ion hóa nhóm 1: Tiết diện tròn đường kính từ 2 - 4 mm, đôi khi được xoắn lòa xo Tiết diện vuông mỗi cạnh 3 - 4 mm thẳng hoặc xoắn để cạnh thành đường sóng. Tiết diện hình sao số cánh khác nhau. Tiết diện dẹt kiểu băng. Tiết diện ngang của dây cực ion hóa là đảm bảo chịu lực, nhưng bề mặt phóng điện cần có bán kính cong bé để phóng diện corona được mạnh và hiệu quả. Nhóm thứ hai là các cực ion hóa có điểm phóng điện rõ ràng trên chiều dài của chúng.Trên chiều dài của cực ion hóa cần có những gai, mấu nhọn cách nhau đều đặn nhưng không làm giảm độ bền cơ học của dây cực. Điển hình cho cực ion hóa loại này là dây thép gai. Nhóm này chỉ được sử dụng trong thiết bị lọc bụi kiểu tấm bản. Cực ion hóa được chế tạo từ kim loại bền vững trong môi trường làm việc: thép cường độ cao, thép silic… 3.1.2.5 Cơ cấu tách bụi ra khỏi điện cực. Có 2 cơ chế là dùng búa và dùng lực hút nam châm. Cơ cấu dùng búa là loại phổ biến nhất vì lực đập của búa mạnh hơn lực hút của nam châm. Cơ cấu dùng búa: Cơ cấu truyền động ngoài làm quay búa và dập định kỳ vào đe, đe truyền động đến điện cực lắng. Cơ cấu dùng lực hút nam châm. Cơ cấu này dễ dàng thay đổi và kiểm soát tần số đập nhung cường độ lực đập không lớn bằng dùng búa. 3.1.2.6 Hộp sứ cách điện. Các sứ cách điện làm việc trong môi trường lực cơ học lớn ( khi rung giủ bụi). Tùy vào điều kiện làm việc làm việc của thiết bị lọc điện mà bộ phận cách điện có thể làm bằng sứ, thạch anh… 3.1.2.7 Bunke (1) Cửa để kiểm tra, lau chùi (2) Dùng tháo bụi khi bụi quá nhiều và bị kẹt (3) Cửa tháo bụi (4) Bộ phận vận chuyển bụi. Sau khi bụi rơi ra từ điện cực lắng, chúng được giữ tạm thời tại các phễu chứa bụi. Phễu được thiết kế với góc nghiêng từ 50 ¸ 70 , để bụi chảy xuống phía dưới dễ dàng. Bộ phận vận chuyển bụi: có thể dùng băng tải hoặc hệ thống nén áp suất cao để dưa bụi ra ngoài. 3.2. Ưu nhược điểm của thiết bị lọc bụi tĩnh điện Thiết bị lọc bụi tĩnh điện rất quan trọng đối với ngành công nghiệp hiện nay. Chúng có nhiều đặc điểm so với các thiết bị lọc bụi khác: Ưu điểm: Hiệu suất làm việc cao h= 99 - 99,9 % Năng suất rộng: 1 m đến vài triệu m Thiết bị có trở lực thủy lực bé: 5 - 20 mm H0 Có thể làm sạch ở áp xuất thường, áp xuất âm, hoặc áp xuất dương Nồng độ bụi trong không khí cần làm sạch từ vài phần gam đến 50g/m Có thể tự động hóa hoàn toàn tất cả các khâu. Nhược điểm: Tốn nhiều năng lượng. Giá thành đắt. Phù hợp quy mô sản xuất lớn . Yêu cầu làm sạch cao. 3.3 Sự ion hóa dưới tác dụng của điện trường Khi ta mắc nguồn điện vào hai bản cực của kim loại đặt song song với nhau cách nhau bởi một lớp không khí, trên mạch đặt một điện kế. Ta thấy kim điện kế không lệch đi chứng tỏ mạch không có dòng điện chạy qua vì không khí nằm giữa hai bản cực kim loại không dẫn điện. Nếu ta tăng hiệu số điện thế giữa hai điện cực thì thấy kim điện kế lệch đi. Như vậy trong mạch lúc đó có dòng điện chạy qua vì không khí giữa hai bản cực bị ion hóa. Sự ion hóa có thể xảy ra theo hai trường hợp: Tự ion hóa xảy ra khi tăng hiệu số điện thế giữa hai điện cực đến một giá trị vượt quá giá trị ứng với hằng số điện môi của không khí. Bị động ion hóa xảy ra dưới tác dụng của các nhân tố như tia phóng xạ, tia Rơnghen… Trong kĩ thuật lọc bụi tĩnh điện người ta ứng dụng phương pháp tự ion hóa. Dưới tác dụng của điện thế, các phần tử khí bị phân li thành các ion dương và các điện tử tự do, các ion và các điện tử này chuyển động đến các điện cực trái dấu. Trên đường đi đến các điện cực, các ion và điện tử sẽ va đập vào các phần tử khí trung hòa và các hạt bụi lơ lửng, ion hóa luôn các phần tử đó. Tốc độ chuyển động, động năng của các ion và diện tử càng tăng khi điện thế giữa hai điện cực càng tăng. Nhưng ta tăng đến một giới hạn nào đó gọi là “điện thế xuyên thủng” của khí, khi đó cường độ dòng điện tăng rất nhanh. Giữa hai bản cực xuất hiện tia lửa điện, gọi là hiện tượng tự phóng điện. Trong lọc điện người ta hết sức tránh xuất hiện tia lửa điện bằng cách làm cho điện trường hai điện cực không đồng nhất với nhau. Một điện cực là dạng tấm phẳng hoặc ống , còn diện cực kia là dây dẫn. Điện cực dương ( điện cực lắng) Điện cực âm( Điện cực quầng hay điện cực dây) a, b, d: điện trường không đều. c: điện trường đều. Điện cực dây là điện cực âm, còn điện cực tấm hay điện cực ống là điện cực dương. Bụi sẽ lắng trên điện cực tấm hay ống nên gọi là điện cực lắng. Thực tế bụi làm sạch nhờ lực tĩnh điện cần phải có hai điều kiện sau: Khí chứa bụi phải đạt 10 ion/ cm khí. Cần phải có điện trường mạnh một chiều. 3.4 Sức hút tĩnh điện - vận tốc di chuyển của hạt bụi. Dưới một điện áp tới hạn, các phân tử khí hoặc không khí bị ion hóa 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 quần sáng corona xung quanh điện cực. Các ion khí mang dấu - sẽ di chuyển về phía cực dương và trên đường chuyển động chúng va đập vào các hạt bụi làm cho các 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 dày đặc và kích thước của chúng nhỏ hơn nhiều lần so với ngay cả hạt bụi dưới micromet. Kết quả là hầu hết bụi được tích điện ngay từ tiết diện vào của thiết bị. Hình: Qúa trình tích điện và di chuyển của hạt bụi trong điện trường của thiết bị lọc bằng điện Điện lượng q mà hạt bụi hình cầu đường kính d tích được trong điện trường có cường độ E : Đối với hạt bụi có đường kính d ³ 0,5 mm do quá trình tích điện xảy ra dưới tác động va đập quán tính của ion vào các hạt bụi là chủ yếu. q = p.p.e.E.d Trong đó: p = với D là hằng số tĩnh điện của hạt bụi. Đa số bụi D nằm trong khoảng 2 ¸ 8 và p = 1,5 ¸ 2,4. Bụi không dẫn điện có thể lấy p = 1,75. Bụi kim loại có D = ¥ và lúc đó p = 3 e : hệ số thẩm thấu điện. e = 8,854.10 E : cường độ điện trường ion hóa tức độ thay đổi điện áp trên đơn vị chiều dài, ( ) q : điện lượng, Culong ( C ) d : đường kính hạt bụi, m Đối với hạt bụi đường kính d £ 0,2 mm do quá trình tích điện xảy ra chủ yếu là do khuếch tán ion. Q = 10 e d Trong đó: e là điện tích của electron, e = 1,6.10 C Đối với bụi có đường kính d = 0,2 ¸ 0,5 mm cả hai tác động va đập và khuếch tán đều xảy ra. Tốc độ tính điện nhanh nhất là bụi có đường kính d = 0,3 mm. Thiết bị lọc điện 1 vùng thì điện trường ion hóa và điện trường hút bụi là một và bằng E. F = ppe E d Dưới tác dụng của lực tĩnh điện F hạt bụi sẽ dịch chuyển với vận tốc w theo phương trực giao với dòng chảy của khí hướng về phía điện cực hút bụi và với vận tốc ấy sẽ gây ra lực cản F theo phương ngược lại. F = 3p m d w Trong đó: K: hệ điều chỉnh cho sát với định luật Stokes đối với bụi có đường kính 10 mm, được gọi là hệ số Cunningham. K = 1 + Trong đó: l : bước tự do của phân tử khí l = u vận tốc trung bình của phân tử, m : hệ số nhớt động lực của khí, Pa.s r : khối lượng đơn vị của khí, u = M: phân tử gam của chất khí, R: hằng số vạn năng của chất khí, ( R = 8314,4 ) Ở nhiệt độ 25 0C và áp suất 1 atm ta có u = 467 và l = 0,067 mm. Ở điều kiện này đối với hạt bụi hình cầu đường kính trên 1mm hệ số Cunningham sẽ có giá trị : K = 1 + T tính theo K và d tính theo mm Cân bằng hai lực F và F ta thu được vận tốc chuyển động của hạt bụi về phía cựa hút gọi là vậ tốc di chuyển w = K Trị số vận tốc này một cách gần đúng có thể xem là hằng số dối với cỡ hạt bụi d trong điện trường E. 3.5 Phương trình của thiết bị lọc bụi tĩnh điện Đầu tiên ta xem xét thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu ống, bán kính ống cực dương hút bụi R, đường kính dây kim loại cực âm ở giữa rất nhỏ so với R ta có thể bỏ qua. Hình: Sơ đồ tính tóan thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu ống Chọn trục x trùng với dây cực âm - tức trục của ống hình trụ và trục y là trục vuông góc theo phuong bán kính của hình trụ Nếu dòng khí chuyển động trong ống với vận tốc trong bình tương dối nhỏ tức là chế độ chuyển động của khí mang tính chất chảy tầng thì trường vận tốc trên mặt cắt ngang của ống sẽ có dạng gần như parabon. Lúc đó vận tốc dòng khí chảy dọc theo trục x tại tung độ y bất kì sẽ được biễu diễn bằng phương trình sau đây: u = = u Trong đó: u : vận tốc cực đại ở tại tâm của tiết diện ống. Có thể chứng tỏ rằng u đúng bằng 2 lần vận tốc trung bình của dòng khí trong ống: u = 2u = 2 Trong đó: L: lưu lượng của dòng khí đi qua ống, R: bán kính tiết diện ngang của ống, m Vận tốc di chuyển của hạt bụi dưới tác dụng của lực tĩnh điện: w = = const = = Giới hạn cuối cùng của hạt bụi để nó bị giữ lại trong thiết bị là khi nó di hết chiều dài l của ống hình trụ thì nó cũng vừa chạm vào thành ống: dx = Kết quả ta có: l = R = Khi chế chuyển động của khí trong ống là chảy rối thì trường vận tốc trên mặt cắt ngang của ống gần như hình chử nhật, tức vận tốc tâm cũng như ở cách xa tâm đều bằng nhau u » = const, lúc đó có: l = R = Trường hợp thiết bị lọc kiểu tấm bản, khi các tấm bản cách nhau 2a và có chiều cao h với chế độ chảy rối của khí giữa các tấm bản thì: l = a = Cần lưu ý rằng chuyển động của dòng khí trong thiết bị lọc bụi bằng điện trên thực tế thường mang tính chất chảy rối. Bởi vì w là hàm số của đường kính hạt bụi d nên các phương trình nêu trên cho phép ta xác định được chiều dài l của thiết bị lọc ứng với các thông số khác đã cho để toàn bộ cở bụi đường kính d nào đó cho trước đều bị giữ lại trong thiết bị lọc, nói cách khác thiết bị lọc đât hiệu quả lọc 100% đối với cỡ bụi d cho trước. Ngược lại, khi mọi thông số của thiết bị lọc đã biết các phương trình cho phép ta xác định được cỡ bụi đường kính d mà tất cac3 các hạt có đường kính ³ d sẽ bị giữ lại hoàn toàn trong thiết bị. Các cỡ hạt < d cũng có thể bị giữ lại trong thiết bị nhưng ở mức hiệu quả nhỏ hơn 100%. 3.6 Hiệu quả lọc theo cỡ hạt của thiết bị lọc bụi tĩnh điện Xem xét trường hợp lọc bụi bằng điện kiểu tấm bản. Hình: Sơ đồ tính tóan hiệu quả lọc của thiết bị bụi bằng điện kiểu tấm bản Giả thiết rằng sự phân bố nồng độ bụi trên tiết diện ngang của thiết bị là như nhau và không phụ thuộc vào khoảng cách từ chổ vào đến tiết diện xem xét. Nồng độ C của bụi ở gần các bản cực hút bụi có thể biểu diễn dưới dạng: C = yC Trong đó: y : hệ số tỷ lệ Do có sự tích tụ của bụi trong thời gian dttrên bề mặt của bản cực hút bụi có điện tích 2hdx, khối lượng bụi trong khí giảm xuống một lượng dm dm = -2Cwh dx dt Trong đó: w : vận tốc di chuyển của hạt bụi về phía cực hút bụi, h: chiều cao của tấm bản cực hút bụi, m Do sự giảm khối lượng bụi mà: dm = 2ah dx dC a: khoảng cách từ cực ion hóa đến tấm bản cực hút bụi, m Từ các phương trình ta thu được = - dt Lấy tích phân với các cận vế trái từ C đến C và vế phải từ 0 đến t và thay thời gian t bằng tỷ số của chiều dài l và vận tốc u: C = C exp Trong đó: C, C : nồng độ bụi ban đầu và cuối cùng của khí ở trước và sau bộ lọc, l: chiều dài của tấm bản, m u: vận tốc trung bình của dòng khí đi giữa các tấm bản, Hiệu quả lọc của thiết bị được biểu diễn qua nồng độ đầu và cuối khi qua bộ lọc h= Cuối cùng ta thu được: h = 1- exp Thiết bị lọc bụi tĩnh điện kiểu ống lập luận tương tự như thiết bị lọc bụi tĩnh điện kiểu tấm. Có một vài thay đổi cho phù hợp. Cụ thể : Khoảng cách a thay cho bán kính R của cực hút bụi hình trụ, trục x là trục của hình trụ và đồng thời đó là cực ion hóa của bộ lọc. Lúc đó diện tích của bề mặt hút bụi của đoạn dx là 2pRdx, thể tích khối khí của đoạn có độ dài dx là pRdx. Hiệu quả lọc của thiết bị lọc bụi tĩnh điện kiểu ống: h = 1- exp Gọi A là diện tích bề mặt hút bụi của bộ lọc. Bộ lọc kiểu tấm bản: A = 2lh Bộ lọc kiểu ống: A = 2pRl Vận tốc trung bình của dòng khí đi qua thiết bị thiết bị lọc bụi tĩnh điện kiểu ống và thiết bị lọc bụi tĩnh điện kiểu tấm. Bộ lọc kiểu tấm bản: u = Bộ lọc kiểu ống: u = Trong đó: L: lưu lượng của khí đi qua bộ lọc trong từng ống hoặc từng khe hở giữa 2 tấm bản, Hiệu quả lọc của thiết bị thiết bị lọc bụi tĩnh điện kiểu ống và thiết bị lọc bụi tĩnh điện kiểu tấm cùng 1 dạng thống nhất: h = 1- exp Muốn đạt được hiệu quả lọc h > 0,99 thì hệ số y >1. Có thể nhận giá trị y = 2 ¸ 5. Điện trở của bụi và ảnh hưởng của nó đến chế độ làm việc của thiết bị Về mặt điện trở, các loại bụi trong công nghiệp được chia thành 3 nhóm sau: Điện trở thấp: r < 10 W.m Điện trở trung bình: r = 10 ¸ 10 W.m Điện trở cao: r > 10 W.m Bụi thuộc nhóm điện trở thấp cũng rất dễ tích điện nhưng cũng rất nhanh chóng mất điện tích.Các hạt bụi nhóm này Khi chạm vào cực dương chúng lập tức mất điện tích âm và nhận điện tích dương của cực hút bụi. Vì vậy chúng bị đẩy ra khỏi cực hút bụi và nhập lại vào dòng khí. Để lọc bụi điện trở thấp: Bố trí thiết bị lọc cơ học ( Xyclon…)trước thiết bị lọc bằng điện. Chế tạo cực hút bụi có bề mặt hãm được vận tốc của dòng khí xuống mức thấp nhất. Bụi thuộc nhóm điện trở trung bình khi chạm vào cực hút bụi điện tích của chúng mất đi từ từ do đó cúng vẫn bám được vào bề mặt cực hút bụi. Khi bề dày của lớp bụi đủ lớn thì dưới tác dụng của trọng lực chúng bị bong ra và rơi xuống phễu chứa bụi. Nhóm này dùng thiết bị lọc bụi đạt hiệu quả rất cao. Nhóm bụi có điện trở cao gây trở ngại lớn cho quá trình làm việc của tiết bị lọc bụi bằng điện. Lớp bụi đọng trên bề mặt cực hút bụi tạo thành lớp cách điện. Các điện tích liên tục đi vào bề mặt cực hút bụi cùng với bụi đã đọng lại không giải phóng được điện tích của mình và tạo thành chênh lệch điện áp trên lớp bụi, dẫn đến phá vỡ chế độ làm việc bình thường của thiết bị. Nếu lớp bụi không có lỗ rỗng ở giữa và trải đều trên bề mặt cực hút sẽ làm giảm điện áp phóng điện Corona của thiết bị. Kết quả làm giảm hiệu quả lọc. Ngoài ra, nhóm bụi có điện trở cao rất khó giũ bằng rung động cơ học. Hình: Phân bổ điện áp trong thiết bị lọc bụi bằng điện khi có lớp bụi điện trở cao đọng lại trên bề mặt cực hút bụi (1-cực hút bụi;2-lớp bụi;3-cực ion hóa) Biện pháp khắc phục những ảnh hưởng trên là áp dụng biện pháp gia công bụi. Độ ẩm càng cao thì điện trở xuất càng giảm, nhiệt độ thì có một giá trị nhiệt độ mà trên hoặc dưới giá trị ấy điện trở xuất đều giảm. Biết được quy luật này của điện trở xuất của loại bụi cần xử lí ta có thể làm nóng, làm nguội, phun ẩm vào khí trước khí trước khi đưa vào bộ lọc bằng điện để phù hợp với hiệu xuất cần đạt của bộ lọc tĩnh điện. Các thông số điện quan trọng và công suất của thiết bị lọc bụi bằng điện 3.8.1 Điện áp tới hạn U và cường độ dòng điện I Cường độ tới hạn của điện trường mà tại đó bắt đầu xuất hiện sự phóng điện từ cực ion hóa có thể được xác định theo công thức: E = 3,04 10 Trong đó: R : bán kính của dây điện cực ion hóa, m b : tỉ số giữa khối lượng đơn vị của khí trong điều kiện làm việc và trong điều kiện tiêu chuẩn.. t = 20 oC và P= 1,013.10 p : áp suất tương đối của khí trong thiết bị lọc p : áp suất khí quyển, t : nhiệt độ không khí, oC Cường độ điện trường tại một điểm cách tâm cực ion hóa là x, sau khi xuất hiện phóng điện corona trong thiết bị lọc kiểu ống được xác định như sau: E = Trong đó: I : cường độ đơn vị của dòng điện trong điện trường của thiết bị lọc, k : độ hoạt động của ion. Đối với ion âm k = ( 2,1¸ 2,48 )10 , đối với ion dương k = 10 Bán kính R rất nhỏ và khoảng cách x nào đó, đại lượng có thể bỏ qua, lúc đó ta có: E = = const Đối với thiết bị lọc kiểu tấm bản: E = Trong đó: c: khoảng cách đều nhau giữa các cực ion hóa, m a : khoảng cách từ cực ion hóa đến cực hút bụi, m Điện áp tới hạn U Thiết bị thiết bị lọc bụi tĩnh điện kiểu ống U = E R ln Trong đó: R : bán kính của ống cực thu bụi, m Thiết bị lọc bụi tĩnh điện kiểu tấm. U = ER , V Cường độ dòng điện I trong thiết bị lọc bụi bằng điện cả kiểu ống và tấm bản là: I= ZU( U - U ) , Trong đó: U: điện áp đấu vào cực âm của thiết bị lọc bụi tĩnh điện, V Z: hệ số phụ thuộc vào kiểu thiết bị Lọc kiểu ống: Z = Lọc kiểu tấm bản: Z = Trong đó: c: hệ số phụ thuộc vào vị trí tương đối của cực ion hóa và cực thu bụi thuộc kiểu tấm bản. Hệ số c nhận các giá trị sau: a/c 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 c 0,08 0,046 0,035 0,035 0,027 0,022 0,0175 0,015 0,013 0,0115 3.8.2 Công suất điện của thiết bị lọc bụi bằng điện Theo quy luật, lực F sẽ cân bằng với lực cản Stokes F , do đó công q dùng để vận chuyển hạt bụi hình cầu đường kính d sẽ là: q = F x = 3p m d w x, J Trong đó : q: công tính bằng jun, J d: đường kính hạt bụi, m e: vận tốc di chuyển của hạt bụi trong điện trường, x: khoảng cách từ cực ion hóa đến cực hut bụi, m m: độ nhớt động lực của khí, Pa.s Công suất thực tế của thiết bị lọc bụi được xác định theo công thức: N = + N Trong đó: U : điện áp biên độ của nguồn điện cấp, kV I : cường độ trung bình của dòng điện trong thiết bị lọc bụi, A I = I.H H: Tổng chiều dài của các cực ion hóa của thiết bị lọc. m k : hệ số dạng đường cong của dòng điện , k = 1,2 ¸ 1,5 h : hiệu suất của thiết bị, h = 0,98 cosj = 0,7 ¸ 0,75. 1,14 : hệ số chuyển đổi từ giá trị điện áp biên độ sang giá trị điện áp hiệu quả. N: công suất của các cơ quan giũ bụi và các thiết bị phụ trợ khác bao gồm cả công suất máy quạt. kW Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN DẠNG ỐNG THÔNG SỐ TÍNH TOÁN Năng suất bụi 50000m/h Nồng độ khí vào thiết bị 300 g/m Nồng độ bụi ra đạt chuẩn A của QCVN 19 - 2009 50 mg/m Nhiệt độ khí vào 100oC Nhiệt độ khí ra 40 oC Đường kính hạt bụi 5mm Chọn các thông số: Bán kính của ống cực thu bụi R = 150 mm Bán kính của dây điện cực ion hóa R = 1,5 mm (Theo: Ô nhiễm không khí và xử lí khí thải_tập 2_Trần Ngọc Chấn_NXB khoa học và kĩ thuật) Điện áp tới hạn U và cường độ dòng điện I Cường độ tới hạn của điện trường E = 3,04 10 VM Trong đó: R : bán kính của dây điện cực ion hóa, m b : tỉ số giữa khối lượng đơn vị của khí trong điều kiện làm việc và trong điều kiện tiêu chuẩn. t = 20 oC và P= 1,013.10 b= Trong đó: p : áp suất khí quyển , p : áp suất ( dư ) tương đối của khí trong thiết bị lọc, p 0 khi thiết bị lọc làm việc trên đường ống đẩy của quạt. Chọn p = 250 t : nhiệt độ không khí, oC b = 1,013.105+2501,013.105 = = 0,787 E = 3,04 ()10 = 4,56.10 Điện áp tới hạn U U = E R ln R : bán kính của ống cực thu bụi, m U : điện áp tới hạn, V U = 4,56.10.1,5.10 ln = 31,5.10 ( V ) Như vậy, ta chọn điện áp cho thiết bị lọc điện: U = 50 kV Cường độ đơn vị của dòng điện I I= Z.U.( U - U ) Trong đó: U: điện áp đầu vào cực âm của thiết bị lọc bụi tĩnh điện, V Z: hệ số phụ thuộc vào kiểu thiết bị Z = Với k : độ hoạt động của ion. Đối với ion âm k = ( 2,1¸ 2,48 )10 Chọn k= 2,1.10 Z = = 4,5.10 I = Z U( U - U ) I = 4,5.10.50000( 50000 - 31,5.10 ) = 4,16.10 ( ) Điện lượng q mà hạt bụi tích được q = p.p.e.E.d Trong đó: p = với D là hằng số tĩnh điện của hạt bụi. D = 2 ¸ 8 Chọn D = 6 (Nguồn: Trang 174_Ô nhiễm không khí và xử lí khí thải- tập 2_Trần Ngọc Chấn_NXB khoa học và kĩ thuật) p = = 2,25 e : hệ số thẩm thấu điện. e = 8,854.10 E : cường độ điện trường ion hóa ( ) Đối với thiết bị lọc bụi 1 vùng điện trường ion hóa và điện trường hút bụi là một và bằng E. E = E = = q : điện lượng, Culong ( C ) d : đường kính hạt bụi, m q = 2,25.p.8,854.10 = 5,21.10 C Mà 1 Culong = 6,24.10 electron q = 5,21.10.6,24.10 = 3251,04 electron 4.3 Thể tích làm việc của thiết bị lọc bụi Hệ số nhớt động lực của khí ở 100 oC = m m = 17,17.10 Pa.s (Ô nhiễm không khí và xử lí khí thải- tập 2_Trần Ngọc Chấn_NXB khoa học và kĩ thuật) = 17,17.10 ( ) = 21,79.10-6 Pa.s Hệ số hiệu chỉnh Cunningham khi ở 100 oC và 1atm K = 1 + T tính theo K và d tính theo mm K = 1 + = 1,038 Vận tốc di chuyển của hạt bụi về phía cực hút w = K =1,038 = 0,18 Thời gian lắng của hạt bụi t = = = 0,83 Thể tích làm việc của thiết bị lọc tĩnh đ