BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Hệ thống lọc bụi tĩnh điện trong nhà máy nhiệt điện

Nhược điểm: Không thích hợp dùng cho các loại bụi dầu nhờn, kết dính hoặc bụi dễ cháy nổ.Ứng dụng: - Chủ yếu trong các khu chế xuất, nhà máy thuộc như các ngành: chế biến gỗ, sản xuất xi

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

Hệ thống lọc bụi tĩnh điện trong nhà

máy nhiệt điện

Giảng viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Huy Phương

Bộ môn: Tự động hóa công nghiệp – Viện Điện

Sinh viên thực hiện: Lê Văn Trường - 20174306

Nguyễn Minh Tú - 20174317

HÀ NỘI, 12/2021

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LỌC BỤI 1

2.1 Vị trí của hệ thống lọc bụi tĩnh điện trong nhà máy nhiệt điện 3

2.2.2 Hệ thống điện cực phóng ( vầng quang ) 42.2.3 Hệ thống rung gõ điện cực lắng và phóng 52.2.4 Hệ thống cách điện lọc bụi tĩnh điện 52.2.5 Hệ thống phân phối khí của lọc bụi tĩnh điện 6

2.2.7 Hệ thống phễu chứa bụi và thiết bị thải bụi 7

2.5 Quá trình chính trong tiến trình lọc bụi 9

2.5.2 Sự chuyển động của các hạt bụi trong điện trường 92.5.3 Sự lắng bụi trên bề mặt của điện cực lắng 102.5.4 Đặc tính Volt-Ampe của quầng sáng 10

3.4.1 Tính chọn Diode 15

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LỌC BỤI 1.1 Hệ thống lọc bụi là gì ?

Hệ thống lọc bụi hay còn gọi là hệ thống xử lý bụi Đây là hệ thống được lắp đặt

để hút bụi và lọc sạch các loại bụi có kích thước nhỏ tại một số vị trí nhất địnhthông qua đường ống cùng một số thiết bi khác, Bụi sẽ được xử lý triệt để, tránhphát tán ra môi trường gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người

Hệ thống lọc bụi không những đảm bảo không gian bên trong nhà máy sạch sẽthoáng mát cho công nhân làm việc mà còn tạo điều kiện giúp bảo quản hànghóa, máy móc tốt hơn

1.2 Các loại hệ thống lọc bụi

Để xử lý bụi phát sinh trong quá trình sản xuất, các hệ thống lọc bụi được ra đờigiúp loại sạch bụi bẩn ra khỏi nhà máy, tránh gây ô nhiễm môi trường Dướu đây

là 2 phương pháp lọc bụi được ứng dụng phổ biến nhất hiện nay

1.2.1 Hệ thống lọc bụi túi vải

Hệ thống lọc bụi túi vải hay còn gọi là hệ thống lọc bụi tay áo, hệ thống lọc khô.Đây là hệ thống hút lọc bụi sử dụng túi lọc vải để loại bỏ hoàn toàn những hạtbụi có kích thước nhỏ bay lơ lửng trong không khí, tránh để con người hít vàogây ảnh hưởng đến sức khỏe cũng như khí thải sạch ra ngoài hạn chế ô nhiễmmôi trường

Ưu điểm:

- Loại bỏ các loại hạt bụi thô, mịn hoặc siêu mịn

- Dễ dàng lắp đặt vận hành

- Cho hiệu quả cao, không gây ảnh hưởng đến quạt hút

- Đảm bảo cho khí xuyên qua tối ưu

- Độ bền sử dụng cao, có thể tái sử dụng nhiều lần

- Chịu được nhiệt độ cao, môi trường ăn mòn

Nhược điểm:

Không thích hợp dùng cho các loại bụi dầu nhờn, kết dính hoặc bụi dễ cháy nổ.Ứng dụng:

- Chủ yếu trong các khu chế xuất, nhà máy thuộc như các ngành: chế biến

gỗ, sản xuất xi măng, gạch đá…….Tạo lề cho văn bản in 2 mặt

1.2.2 Hệ thống lọc bụi tĩnh điện

Hệ thống lọc bụi tĩnh điện được sử dụng nhằm lọc bỏ các hạt bụi có kích thướcnhỏ ra khỏi dòng không khí khi đi qua buồng lọc theo nguyên lý ion hóa Bụiđược tách ra khỏi không khí khi chúng đi qua vùng điện trường mạnh, bám lạitrên các tấm cực lâu dần sẽ tạo ra những mảng bụi lớn Sau đó, chung được tháo

gỡ xuống nhờ rung động mạnh được tạo ra bằng hệ thống búa gõ, rơi xuống và đivào trong boong chứa

Ưu điểm:

- Hiệu suất cao lên tới 98%

- Công suất lọc lớn, có thể lọc hơn 100000m3/h

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY

NHIỆT ĐIỆN 2.1 Vị trí của hệ thống lọc bụi tĩnh điện trong nhà máy nhiệt điện

Hình 2.1 Vị trí hệ thống lọc bụi

Với mục đích làm sạch khí thải đưa ra môi trường thì bắt buộc hệ thống lọc bụitĩnh điện phải thu được hầu hết bụi của quá trình đốt nhiên liệu trong nhà máy.Vậy hệ thống lọc bụi tĩnh điện cần phải đặt giữa đường dẫn khí thải và hệ thốngthoát khói của nhà máy

2.2 Cấu tạo hệ thống lọc bụi tĩnh điện

2.2.1 Hệ thống điện cực lắng

Kết cấu của điện cực lắng ảnh hưởng đến hiệu suất thu của lọc bụi tĩnh điện Hệthống điện cực lắng thường có 2 dạng: dạng tấm và dạng ống Dạng tấm được sửdụng trong lọc bụi tĩnh điện đứng và lọc bụi tĩnh điện ngang, còn dạng ống chỉ sửdụng trong lọc bụi tĩnh điện đứng

Yêu cầu chung cho các điện cực lắng là bề mặt hướng về điện cực phóng phảibằng phẳng không có lồi, nhô nhọn ảnh hưởng đến điện áp làm việc của lọc bụitĩnh điện

Hệ thống dạng tấm được sử dụng rộng rãi hơn vì:

- Đảm bảo độ cứng vững lớn nhất với chi phí vật liệu nhỏ nhất

- Giảm tối đa lượng bụi cuốn theo khí 2 lần vì có phần che thủy khí độnglực học

- Có thể sử dụng vận tốc dòng khí lớn 1.7 m/s và chiều dày trong tấm chỉcần khoảng 0.8-1.5mm và vì thế nó có tính kinh tế nhất

2.2.3 Hệ thống rung gõ điện cực lắng và phóng

Hình 2.4 Hệ thống rung gõ điện cực lắng và phóng

a Rung đập điện cực

Hệ thống rung thực hiện bằng cách đẩy các điện cực được treo lệch tâm bằng 1

cơ cấu cam theo hướng nằm ngang và tiếp theo là thả đột ngột cho điện cực về vịtrí ban đầu, các điện cực sẽ va chạm vào nhau và rũ bụi bám vào bề mặt củamình

d Rung rũ bụi dạng rung

Hệ thống rung sử dụng nam châm điện hoặc cơ cấu rung điện – cơ nhằm tạo racác dao động định hướng hoặc không ổn định để rung rũ bụi tích tụ trong cácđiện cực nhưng vì kết cấu phức tạp và kém tin cậy khi làm việc lâu dài với nhữngdao động gây mỏi và phá hủy chi tiết nên trong thực tế ít ứng dụng

2.2.4 Hệ thống cách điện lọc bụi tĩnh điện

Các bộ cách điện trong lọc bụi tĩnh điện phải làm việc trong môi trường nhiệt ẩmcủa khí với nồng độ bụi cao Vì vậy chúng thường được đặt trong hộp bên ngoài

dòng khí với các biện pháp nhằm giữ cho chúng không bị bụi bẩn, đặc biệt phảigiữ cho nhiệt độ bề mặt các bộ phận cách điện phải cao hơn điểm đọng sương.Trong các lọc bụi tĩnh điện khô thường sử dụng các bộ cách điện có bộ sấy khikhởi động lọc bụi tĩnh điện và trong 1 số trường hợp khác có yêu cầu Trongtrường hợp các hạt bụi là các hạt dẫn điện thường phải sử dụng hệ thống thổi khísạch hoặc không khí vào các hộp cách điện.

Các bộ cách điện của điện cực phóng và cơ cấu rung gõ của chúng là đặc biệtquan trọng với các hệ thống lọc bụi tĩnh điện, thường được làm bằng sứ hoặcthạch anh

2.2.5 Hệ thống phân phối khí của lọc bụi tĩnh điện

Hệ thống phân phối khí là các kết cấu và thiết bị phân phối dòng khí đi vào

lọc bụi tĩnh điện , mục đích làm cho dòng khí phân phối đều trong mọi mặt cắt củalọc bụi tĩnh điện để các bề mặt thu bụi để chúng có thể làm việc trong môi

trương đồng nhất và cản trở không cho dòng khí đi qua phần không

tích cựccủa lọc bụi tĩnh điện

a Hệ thống lưới phân phối khí

Hình 2.5 Hệ thống phân phối khí

Hệ thống lưới phân phối khí thường có kết cấu: 2 tấm mặt sàng khoang gỗ vớitiết diện sống bằng khoảng 32% đặt cách nhau, hoặc cửa phân phối dạng chóphình lăng trụ có tiết diện sống bằng 50% kết hợp với mặt sàn như trên

Đối với dạng thứ nhất chỉ cho khả năng đồng đều của dòng khí tới 80% Đối vớidạng chóp hình lăng trụ, tiết diện sống bằng 50% kết hợp với 1 mặt sàng, đảmbảo đồng đều dòng khí lên tới 96% và nếu kết hợp 2 mặt sàng sẽ đảm bảo tới98%

b Các tấm chắn dòng khí của phễu thu bụi

Để đảm bảo hiệu suất cao của lọc bụi tĩnh điện cần có giải pháp để ngăn chặndòng khí đi qua các vùng không tích cực của trường điện Trong lọc bụi ngang

đó là các vùng phía trên và dưới các tấm điện cực, các vùng nằm giữa các tấmđiện cực lắng ở dãy ngoài cùng và vỏ thành của lọc bụi tĩnh điện Ngoài ra, khirung gõ các điện cực bụi đã tích tụ sẽ rơi xuống phễu thu bụi và lại tung ra thànhđám mây bụi Đám mây bụi này có thể bị cuốn đi và làm giảm hiệu suất của hệthống lọc bụi tĩnh điện Bởi vậy trong hệ thống cần phải bố trí các tấm chắn dòngkhí trên các phễu thu bụi

2.2.6 Thiết bị tạo điện cao áp

Hiệu suất của thiết bị lọc bụi phụ thuộc chủ yếu vào điện cao áp giữa các điệncực phóng điện tích điện âm và các điện cực góp nối đất Thông thường hiệu suấtgần tới giá trị tối ưu tức là khi lọc để đạt được hiệu suất cao cần phải xác địnhsao cho khoảng cách giữa các điện cực khoảng 50mm – 70mm và hiệu điện thếđặt vào giữa các điện cực khoảng 60kV – 80kV Khi làm việc điện áp cần đượcgiữ ngay giới hạn phóng điện đánh thủng Giá trị của điện áp phóng điện đánhthủng phụ thuộc vào các điều kiện vật lý và hóa học của các khí và mật độ bụi

2.2.7 Hệ thống phễu chứa bụi và thiết bị thải bụi

Hệ thống phễu chứa bụi của lọc bụi tĩnh điện là bộ phận thu gom bụi sau khi bụiđược rung gõ và rơi xuống từ các điện cực Các phễu có độ dốc hợp lý đảm bảobụi được thu xuống đáy phễu Bụi thu gom ở đáy phễu được thải ra ngoài bằngvít tải thông qua van uay kín khi tháo bụi nhằm mục đích ngăn chặn dòng khíxâm nhập từ ên ngoài vào Để tránh hiện tượng bết dính các phễu thu chứa bụicòn được bố trí các bộ sấy và các bộ rung tháo bụi

2.3 Vai trò của hệ thống lọc bụi tĩnh điện

Trong các hệ thống xử lý khí thải thì thiết bị lọc bụi tĩnh điện truyền thống chủyếu dựa vào đặc điểm của than và tro Các ESP thông thường lại có công nghệlạc hậu, nhiệt độ không cao khiến việc loại bỏ PM2.5 trở nên kém hiệu quả hơn

Để khắc phục những hạn chế này, các nhà máy nhiệt điện phải nâng cấp hệ thốnglọc bụi tĩnh điện nhằm tăng hiệu suât loại bỏ Các nhà máy nhiệt điện thanthường dùng bộ lọc tĩnh điện trong lò luyện sơ cấp, thứ cấp Các hạt mang điện

đi qua điện cực và di chuyển qua điện trường tĩnh Giải pháp này đều có khảnăng làm sạch khí thải, hiệu suất cao, loại bỏ hạt li ti Khi vận hành đúng cách,ESP đạt hiệu suất thu khảong 99% hạt PM10 và 95% PM2.5 Hiện nay bộ lọc bụitĩnh điện được sử dụng phổ biến trong các quy trình công nghiệp.ESP với tácdụng kiểm soát khí thải từ ống khói qua khu vực chứa các tấm điện cực tích điện

âm Các hạt khí, bụi, khí thải đi qua tấm điện âm tiếp xúc với tấm kim loại tíchđiện dương bị hút và gắn trên bề mặt

2.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Nguyên lý:

- Khi cấp điện cao áp vào các điện cực ion hoá, trong khoảng không giangiữa các điện cực của bộ lọc bụi xuất hiện một điện trường mà cường độcủa nó có thể thay đổi bằng cách thay đổi điện thế cấp vào Khi tăng điệnthế đến một trị số nhất định, trong khoảng không gian giữa các điện cựcxảy ra hiện tượng phóng điện

- Khi dòng khí ô nhiễm có chứa các hạt bụi lơ lửng đi qua khoảng khônggian giữa các điện cực của bộ lọc bụi thì các hạt này được tích điện Cáchạt bụi lơ lửng đã tích điện dưới tác động của điện trường sẽ chuyển độngđến các điện cực và sẽ bám vào các điện cực đó, còn khí sau khi đã đượclàm sạch khi qua các bộ lọc bụi sẽ được quạt khói đẩy qua ống khói thảivào khí quyển Bụi lắng tụ trên các điện cực dưới tác dụng của hệ thốngrung gõ rơi vào các phễu hứng bụi và sẽ được hệ thống chuyển về hố thảibụi

Nhìn chung thì quá trình lọc bụi sẽ tiến hành theo 5 bước sau:

- Bước 1: Tạo ra các hạt phóng điện

- Bước 2 : Tích điện cho bụi

- Bước 3 : Đổi hướng và phân tách bụi

- Bước 4 : Lắng bụi

- Bước 5 : Thải bụi

2.5 Quá trình chính trong tiến trình lọc bụi

2.5.1 Sự tích điện cho các hạt bụi.

Trong điện trường giữa hai điện cực các hạt bụi được tích điện là do việc hấp thụcác ion lên bề mặt hạt bụi Quá trình tích điện của hạt bụi xảy ra chủ yếu ở bênngoài vùng quầng sáng Các hạt bụi vẫn có thể tích điện thêm khi mà các ion vẫncòn có thể tiêp tục hút bám thêm lên bền mặt hạt bụi Số ion hút bám trên bề mặthạt bụi ngày càng nhiều thì điện tích của hạt bụi ngày càng tăng lên, có nghĩa làcường độ điện trường gây ra do điện tích có được của hạt bụi cũng tăng lên.Cường độ điện trường này có hướng ngược với cường độ điện trường giữa 2 điệncực Vì vậy tốc độ chuyển động của các ion tiếp theo tới hạt bụi sẽ giảm đi, nghia

là giảm tốc độ tích điện co các hạt bụi Khi cường độ điện trường của điện tíchhạt bụi có giá trị bằng cường độ điện trường ngoài thì tốc độ chuyển động củacác ion tới hạt bụi sẽ bằng 0 có nghĩa là hạt bụi không nhận thêm các ion nữa.Lúc này ta nói hạt bụi đó đạt được điện tích tới hạn Sự tích điện của hạt bụi xảy

ra rất nhanh Đối với hầu hết bụi công nghiệp, trong những điều kiện bìnhthường thì chỉ cần 1s hạt bụi đó tích được lượng điện tích hơn 90% tới hạn Vớihạt bụi có kích thước lớn hơn 1μmthì điện tích tới hạn của nó tỷ lệ với cường độđiện trường và tỷ lệ với bình phương bán kính của hạt bụi

Trong đó:

q th- Điện tích tới hạn của hạt bụi

n - Số lượng điện tích hạt bụi tích

được r - Bán kính của hạt bụi

E - Cường độ điện trường

2.5.2 Sự chuyển động của các hạt bụi trong điện trường.

Trong không gian giưa điện cực lắng và điện cực quần sáng, mỗi hạt bụi chịu tácđộng bởi nhiều lực: lực điện trường, trọng lực của bản thân hạt bụi, lực cản củamôi chất, lực của dòng khí quấn hạt bụi theo chiều dòng khí Do giữa các điệncực có các điện tử chuyển động nên nó va chạm vào hạt bụi và bám vào hạt bụi,làm hạt bụi trở thành ion âm nên nó chuyển động về phía cực điện lắng Quátrình cứ tiếp diễn và làm cho lớp không khí giữa khoảng không gian 2 điện cựcđược làm sạch Do vậy, trong quá trình làm việc thì lớp bụi ở điện cực lắng cứdày lên

2.5.3 Sự lắng bụi trên bề mặt của điện cực lắng.

Sự lắng bụi trên bề mặt của điện cực lắng phụ thuộc vào kết cấu của điện cựclắng nhưng chủ yếu là sự bám dính của các hạt bụi Sự bám dính của các hạt bụilại phụ thuộc vào quá trình trao đổi chất của các hạt bụi cho cực lắng, mà quátrình trao đổi điện tích của hạt lại phụ thuộc vào điện trở suất của chúng

2.5.4 Đặc tính Volt-Ampe của quầng sáng.

Đặc tính Volt- Ampe, một trong những chỉ tiêu cơ bản của thiết bị lọc bụi tĩnhđiện Khi điện áp tăng đến điện áp nào đó sẽ xuất hiện sự phóng điện của quầngsáng Mức điện áp mà ở giá trị đó bắt đầu sự xuất hiện phóng điện quầng sánggọi là điện áp tới hạn Đặc tính Volt-Ampe của quần sáng phụ thuộc đáng kể vàokhoảng cách giữa các điện cực trái dấu , phụ thuộc vào hình dáng và kích thướccủa điện cực quần sáng Đặc tính Volt-Ampe cũng phụ thuộc vào nhiệt độ, độ

ẩm, tốc độ và thành phần của khí Trong thực tế, điện thế cần xuất hiện tượngquầng sáng thường có giá trị lướn Quầng sáng sẽ xuất hiện khi cường độ điệntrường đạt tới giá trị tới hạn

● Đối với điện cực lắng dạng ống trụ rỗng và điện cực quầng sáng là sợi dâydẫn thì cường độ điện trường tới hạn được tính theo công thức:

Trong đó:

R1 – Bán kính của điện cực quần sáng

E th- Cường độ điện trường tới hạn

● Đối với hệ thống điện cực lắng dạng ống trụ và điện cực quầng sáng là sợidây dẫn nhẵn không gai thì điện áp tới hạn để xuất hiện quầng sáng đượcxác định theo công thức:

● Đối với điện cực lắng dạng tấm và điện cực quầng sáng có dạng dây dẫnthì điện áp tới hạn được tính theo công thức:

Trong đó:

E th- Cường độ điện trường tới hạn

U th- Điện áp tới hạn ( điện áp bắt đầu xuất hiện quầng sáng)

R1- Bán kính điện cực quầng sáng

H – Khoảng cách giữa các quầng sáng và điện cực lắng dạng tấm

a - Khoảng cách giữa các điện cực quầng sáng trong một dãy

Để thu bụi, người ta thường dùng quầng sáng âm, có nghĩa là điện cực quầngsáng nối với cực âm của quầng sáng âm vì các ion âm có độ linh động hơn so với

độ linh động của các ion dương

2.6 Các tham số cần giám sát và điều khiển

Một hệ thống lọc bụi có hoạt động tốt hay không nó sẽ phụ thuộc vào hiệu suấtlàm việc của hệ thống Ta có công thức tính hiệu suất làm việc của hệ thống lọcbụi tĩnh điện như sau:

−vA C n

gom (m2) Q là lưu lượng khói

thải (m3/s)C vàolà nồng độ bụi

μlà độ nhớt động lực của khí ở điều kiện thực tế

Qua đó ta thấy để biết được hệ thống có hoạt động tốt hay không thì ta phải dựavào hiệu suất mà hệ thống đạt được Do đó để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn

định và đạt hiệu quả cao thì ta phải giám sát nồng độ bụi đầu vào và nồng độ bụi đầu ra của hệ thống.

Ở công thức ở trên ta thấy hiệu suất của hệ thống lọc bụi phụ thuộc vào 3 thànhphần là v, A và Q Nếu tăng v, A hoặc giảm Q thì hiệu suất của hệ thống sẽ tăngtheo Nhưng giảm Q thì có lẽ là không thể vì khi giảm lưu lượng khói thải thìcũng đồng nghĩa với giảm năng suất của nhà máy điện Vì vậy chỉ có thể tăng v