NGHIÊN cứu TÍNH TOÁN VÀ mô PHỎNG QUÁ TRÌNH NẠP điện CHO MUỘI TRONG bầu LỌC TĨNH điện DÙNG để xử LÝ KHÍ XẢ CỦA ĐỘNG cơ TÀU THỦY

Việc nghiên cứu và chế tạo bầu lọc tĩnh điện để xử lí muội trong khí xảmột cách hiệu quả của các động cơ diesel tàu thủy là điều cần thiết... Lọc muội khí xả bằng Hệ thống bầu lọc t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

KHOA MÁY TÀU BIỂN

THUYẾT MINH

ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH NẠP ĐIỆN CHO MUỘI TRONG BẦU LỌC TĨNH ĐIỆN DÙNG ĐỂ XỬ LÝ

KHÍ XẢ CỦA ĐỘNG CƠ TÀU THỦY

Thành viên tham gia:

1 Phạm Trung Nam Lớp: MKT53-ĐH2

2 Lưu Minh Tân Lớp: MKT53-ĐH2

3 Bùi Văn Hiệp Lớp: MKT53-ĐH2

Đơn vị : Khoa Máy Tàu Biển

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Hồng Hà

Hải Phòng, 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các sốliệu, kết quả nêu trong nghiên cứu là trung thực Tôi xin cam đoan rằng cácthông tin trích dẫn trong nghiên cứu khoa học đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

LỜI CẢM ƠN

Nghiên cứu khoa học được hoàn thành năm 2016 tại trường Đại họcHàng hải Việt Nam Trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu, em đã nhậnđược sự giúp đỡ nhiệt tình của bạn bè, các thầy cô giáo Khoa Máy Tàu BiểnTrường Đại học Hàng Hải Việt Nam Trong đó, không thể không kể đến vaitrò quan trọng của PGS.TS Trần Hồng Hà, người đã tận tình giúp đỡ em tiếnhành nghiên cứu và hoàn thành bản nghiên cứu này

Do thời gian nghiên cứu đề tài không dài, kiến thức cũng như nguồnthông tin còn hạn chế, do vậy đề tài nghiên cứu không tránh khỏi nhữngthiếu sót nhất định Vì vậy, em rất mong nhận được sự góp ý, nhận xét củacác thầy cô giáo và các bạn học viên để đề tài nghiên cứu được hoàn thiệnhơn

Xin chân thành cám ơn!

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 2

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - BẢNG BIỂU 4

MỞ ĐẦU 7

1 Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu 7

2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 7

3 Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 7

 Mục tiêu nghiên cứu 7

4 Phương pháp nghiên cứu, kết cấu của công trình nghiên cứu 8

5 Kết quả đạt được của đề tài 8

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 9

1.1 Khái niệm về muội và sự hình thành muội trong động cơ diezel 9

1.1.1 Khái niệm về muội 9

1.1.2 Các thiết bị xử lý muội hiện đang sử dụng trong nước và nước ngoài Phân tích ưu nhược điểm của các thiết bị đó 9

CHƯƠNG 2 CƠ SƠ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH NẠP TĨNH ĐIỆN CHO MUỘI TRONG BẦU LỌC TĨNH ĐIỆN 12

2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán 12

2.1.1 Lý thuyết bầu lọc tĩnh điện 12

2.1.2 Cơ sở tính toán 12

2.2 Mô phỏng quá trình nạp điện 20

2.3 Phân tích và đánh giá kết quả mô phỏng 22

2.3.1 Mô Phỏng Của Bộ Lọc Tĩnh Điện 22

2.3.2 Kết Quả Của Mô Phỏng 24

2.3.3 Thiết kế bầu lọc tĩnh điện 32

2.3.4 Phân tích và đánh giá kết quả 41

2.3.5 Kết Luận Và Thảo Luận 44

CHƯƠNG 3 THÍ NGHIỆM VÀ XỬ LÝ MUỘI TRONG KHÍ XẢ BẰNG BỘ LỌC TĨNH ĐIỆN 48

3.1 Đặc điểm của bộ lọc tĩnh điện 48

3.1.1 Bầu lọc tĩnh điện bao gồm: 48

3.1.2 Kích thước : 48

3.2 Đặc điểm của động cơ diezel và nồng độ muội khí xả ở các chế độ tải khác nhau 52

3.2.1 Đặc điểm của động cơ diezel 52

3.2.2 Nồng độ muội khí xả ở các chế độ tải khác nhau 52

3.3 Thí nghiệm 52

3.4 Phân tích kết quả và nhận xét đánh giá 53

3.4.1 Phân tích kết quả 53

3.4.2 Nhận xét đánh giá 54

KẾT LUẬN 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - BẢNG BIỂU

1.1 Lọc muội khí xả bằng thiết bị phin lọc muội 12

1.2 Lọc muội khí xả bằng hệ thống tháp phun nước 13

1.3 Lọc muội khí xả bằng thiết bị xử lý xúc tác 14

1.4 Lọc muội khí xả bằng Hệ thống bầu lọc tĩnh điện 15

2.1 Cho thấy cách làm việc của một bầu lọc tĩnh điện

2.2 Sự phân bố diện trường từ cực phóng đến ống thu ở-30 kV

2.3 Sự phân bố diện trường từ cực phóng đến ống thu ở-50kV

2.4 Sự phân bố diện trường từ cực phóng đến ống thu ở-70kV

2.5 cho thấy cường độ điện trường giữa cực phóng vàống thu ở -30 kV.

2.6 Cường độ điện trường (V/m) tại -50kV

2.7 Cường độ điện trường (V/m) tại -70kV

2.8 Sự phân bố đường sức điện

2.9 Phân bố áp suất với D = 165 mm

Số hình Tên hình Trang1.1 Lọc muội khí xả bằng thiết bị phin lọc muội 12

1.2 Lọc muội khí xả bằng hệ thống tháp phun nước 13

1.3 Lọc muội khí xả bằng thiết bị xử lý xúc tác 14

1.4 Lọc muội khí xả bằng Hệ thống bầu lọc tĩnh điện 15

3.6 Thiết bị đo độ chênh áp

3.7 Trước khi cấp điện cho bầu lọc tĩnh điện

3.8 Sau khi cấp điện cho bầu lọc tĩnh điện

3.9 Độ muội bám trên phin lọc giấy với công suất độngcơ thay đổi

3.10 Hiệu suất của bầu lọc với các chế độ điện áp khácnhau

Số bảng BẢNG BIỂU

2-1 Kết quả của quá trình mô phỏng

2-2 Lưu lượng quạt và vận tốc của dòng khí

3-1 Thông số động cơ

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu.

Ô nhiễm không khí là một vấn đề cấp thiết của toàn thế giới nói chung

và Việt Nam nói riêng, cùng với việc phát triển của các ngành công nghiệpvấn đề này đang trở nên khó khăn hơn Việt Nam là một nước công nghiệpđang phát triển sẽ kéo theo sự phát triển của các ngành công nghiệp nặng nhưxây dựng, khai khoáng, sản xuất giấy, xi măng cùng với đó kéo theo sựphát triển của các thiết và máy móc công nghiệp Tuy nhiên đi kèm với đó lànhững hệ quả về ô nhiễm môi trường đặc biệt nghiêm trọng Ô nhiễm khôngkhí ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống và sức khỏe của người dân và môitrường xung quanh do khói muội ô nhiễm trong quá trình sản xuất xả thải ramôi trường

Không chỉ vậy, việc xả khí thải của các động cơ diesel tàu thủy trực tiếp

ra môi trường Cũng góp phần làm cho môi trường không khí càng trở nên ônhiễm môi trường Vấn đề cấp thiết đặt ra là chúng ta cần có những thiết bịxử lí khí thải của động cơ trước khi thải ra môi trường

2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài.

Việc nghiên cứu và chế tạo bầu lọc tĩnh điện để xử lí muội trong khí xảmột cách hiệu quả của các động cơ diesel tàu thủy là điều cần thiết

3 Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu.

Mục tiêu nghiên cứu.

Nghiên cứu, tính toán và mô phỏng quá trình nạp điện cho muội trongbầu lọc tĩnh điện

Thử nghiệm áp dụng trên các động cơ diesel thực tế

Đối tượng nghiên cứu.

Đề tài tập trung nghiên cứu tính toán và mô phỏng quá trình nạp điệncho muội trong bầu lọc tĩnh điện

Phạm vi nghiên cứu.

Tính toán và mô phỏng quá trình nạp điện cho muội trong bầu lọc tĩnhđiện

Thí nghiệm xử lí muội của khí xả động cơ bằng bầu lọc tĩnh điện

4 Phương pháp nghiên cứu, kết cấu của công trình nghiên cứu.

Tính toán quá trình nạp điện cho muội trong bầu lọc tĩnh điện

Mô phỏng quá trình nạp điện cho muội trong bầu lọc tĩnh điện

Thực nghiệm xử lí muội của khí xả động cơ bằng bầu lọc tĩnh điện

5 Kết quả đạt được của đề tài.

Đã tính toán và mô phỏng quá trình nạp điện cho muội trong bầu lọctĩnh điện

Kết quả của thực nghiệm phù hợp với quá trình mô phỏng

Hiệu suất lọc bụi đạt được hiệu quả cao

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm về muội và sự hình thành muội trong động cơ diezel

1.1.1 Khái niệm về muội

Muội là kết quả của quá trình cháy không hoàn toàn của động cơ diesel.Muội có thành phần hóa học bao gồm : NOx, SOx, CO, CnHm …

a Cơ chế hình thành muội trong quá trình cháy của động cơ Diesel

Cơ chế tổng quát về sự tạo thành hạt nhân muội ở nhiệt độ thấp và trungbình Ở nhiệt độ thấp (<1700K), hydrocarbone thơm có thể sinh ra muội mộtcách trực tiếp và nhanh chóng biến thành cấu trúc gần graphite Khi nhiệt độcao hơn 1800K, một cơ chế hình thành muội khác diễn ra chậm hơn và íttrực tiếp hơn, trước hết qua trung gian những thành phần HC có khối lượngphân tử nhỏ và sau đó bị polymer hóa thành những phần tử kém bão hòa cókhối lượng phân tử lớn hơn Đây là các mầm cơ bản để hình thành các hạtnhân muội

Theo Borghi, sự hình thành muội qua trung gian các aromatics đượcviết như sau:

Aromatic→(khử hydro) →Alcanes (CH4, C2H6 ) →Các gốc

(C2H2)→(khửhydro)→

Các gốc C2H Và sau đó : C2H.+C2H2→ C4H2 + H

C2H và Diacetylene C4H2 l ại tiếp tục tác dụng với nhau và cơ chế tiếptục kéo dài Ở mỗi một chu trình đều có sự tham gia của C2H

b Những ảnh hưởng của muội tới môi trường và con người

Nhìn chung tổng lượng muội trong động cơ chỉ khoảng 1miligam/1gamnhiên liệu tiêu thụ và không phụ thuộc vào điều kiện vận hành Mặc dù khốilượng này khá nhỏ nhưng cần phải quan tâm vì các lý do sau:

Sự góp phần của chúng trong tổng lượng các hạt lơ lửng trong các đôthị, chúng co liên quan tới các bệnh về đường hô hấp (hen xuyễn, viêm phếquản,viêm cơ phổi ).

Khả năng có thể gây bệnh ung thư và đột biến gen của các hợp chất hữu

cơ bị hấp thụ trong muội

Thực tế trong tất cả các loại bụi có trong không khí, muội là loại có kíchthước hạt dễ bị giữ lại nhiều nhất, với thời gian lâu nhất trong hệ thống hôhấp Các hạt muội có khả năng làm rối loạn hệ hô hấp và tạo điều kiện thuậnlợi cho các tác động ung thư từ các chất khác Muội còn gây tổn thương mắt,

dị ứng mũi và cũng có khả năng gây ung thư da nếu tiếp xúc liên tục.Một số nghiên cứu cho thấy hạt muội đi qua đường mũi, đường miệng làmtăng khả năng tụ máu và do đó dễ gây tác động tới hoạt đông của hệ timmạch, gây tắc nghẽn động mạch…

Cho đến năm 1930, tác nhân chính gậy ung thư trong muội là cáchidrocacbon thơm nhiều nhân (PHA) đã được xác định Những nghiên cứuchuyên sâu về muội chỉ thực sự phát triển từ những năm 1970 nhờ kỹ thuậtquang học để khảo sát quá trình tạo thành muội trong buồng cháy

1.1.2 Các thiết bị xử lý muội hiện đang sử dụng trong nước và nước

ngoài Phân tích ưu nhược điểm của các thiết bị đó

Các thiết bị xử lý muội hiện đang sử dụng trong nước và nước ngoài

a Phin lọc muội

Hình 1.1 Lọc muội khí xả bằng thiết bị phin lọc muội

- Ưu điểm :

Kết cấu đơn giản

Lọc được các hạt muội có kích thước nhỏ

- Nhược điểm :

Tăng sức cản trên đường xả

Thường xuyển phải vệ sinh

b Tháp phun nước

Hình 1.2 Lọc muội khí xả bằng hệ thống tháp phun nước

- Ưu điểm:

Kết cấu đơn giản

Xử lý được lượng khí xả lớn

Không tạo sức cản của

- Nhược điểm:

Không lọc được các hạt muội nhỏ

Cần thêm thiết bị xử lý nước, cấp nước

Khó lắp đặt

c Thiết bị xử lý xúc tác

Hình 1.3 Lọc muội khí xả bằng thiết bị xử lý xúc tác

- Ưu điểm:

Kết cấu đơn giản

Lọc được lớn muội

d Hệ thống bầu lọc tĩnh điện

Hình 1.4 Lọc muội khí xả bằng Hệ thống bầu lọc tĩnh điện

Hệ thống bầu lọc tĩnh điện là một phương pháp hiệu quả để kiểm soátkhí thải của các ngành công nghiệp nói chung và khí xả của động cơ dieselnói riêng Nó được thiết kế để giữ lại và loại bỏ các hạt muội từ dòng khíthải bằng cách sử dụng lực điện trường

Chúng ta sử dụng hệ thống bầu lọc tĩnh điện nhằm giảm thiểu ô nhiễmkhí thải vào bầu khí quyển Hệ thống Bầu lọc tĩnh điện có thể loại bỏ hơn99% của các hạt muội trong khí thải, mà không cần phải dùng một bộ lọckhông khí khác

Hệ thống bầu lọc tĩnh điện chủ yếu được sử dụng trong quá trình côngnghiệp sau đây

1 Nhà máynhiệt điện sử dụng than

Trong nhiều nhà máy công nghiệp, các hạt muội được tạo ra trong quátrình sản xuất được xử lý như muội trong khí thải động cơ Các hạt muộitrong dòng khí đưa qua một vùng tích điện và được hút vào các ống thu,dòng khí được làm sạch sau đó đi ra khỏi thiết bị vào khí quyển

b Ưu điểm của quá trình lắng bằng tĩnh điện

Hệ thống bầu lọc tĩnh điện có khả năng xử lý khối lượng lớn khí thải ởnhiệt độ cao, nếu cần thiết, với sự sụt giảm áp suất nhỏ hợp lý, và việc loại

bỏ các hạt trong phạm vi micromet Bầu lọc tĩnh điện thường đạt hiệu quả99,9%

" Hệ thống bầu lọc tĩnh điện

1 Có thể xử lý tất cả các hạt muội có kích khac nhau

2 Có thể hoạt động ở nhiệt độ lên đến 850 0C

3 Có thể hoạt động ở dòng khí bão hòa

4 Có lượng sụt áp thấp

5 Thời gian làm việc lâu dài

6 Công suất tiêu thụ điện thấp"

CHƯƠNG 2

CƠ SƠ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH NẠP TĨNH ĐIỆN CHO MUỘI TRONG BẦU LỌC TĨNH ĐIỆN 2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán

2.1.1 Nguyên lý làm việc của bầu lọc tĩnh điện

“Hệ thống bầu lọc tĩnh điện là một thiết bị sử dụng lực điện trường đểlọc muội Các hạt muội được tích điện nhờ các ion có trong trường điện từ.Cực thu hút các hạt muội mang điện Cực phóng luôn được duy trì ở mứcđiện áp cao.”

Khi các hạt này được hút vào các ống thu, hạt muội sẽ được loại bỏ khỏicác ống thu Điều này thường được thực hiện bằng cách rửa, cạo, gõ ốngthu, cho phép các lớp hạt muội rơi xuống một phễu từ đó chúng ta loại bỏchúng đi

Để thực hiện các hoạt động trên và lọc hiệu quả của các hạt muội từdòng khí xả trong bầu lọc tĩnh điện kết cấu một thiết bị nói chung là giốngnhau cho tất cả các cực phóng và ống thu của bầu lọc tĩnh điện nhưng kíchthước của nó và khả năng làm việc phụ thuộc vào các loại khí thải, khốilượng khí, kích thước của các hạt rắn và đặc điểm muội

Bầu lọc tĩnh điện được sử dụng trong một loạt các ứng dụng côngnghiệp bao gồm cả than đốt lò hơi, lò nung xi măng, nhà máy giấy, lọc dầu,

lò ôxy, lò hồ quang điện và thủy tinh

Trong một cực phóng và ống thu của bầu lọc tĩnh điện, dòng khí chảygiữa các ống thu và cực phóng có điện áp cao Những điện cực là dây gai vàtreo giữa các ống thu hoặc được hỗ trợ bởi các cấu trúc khung cứng Trongmỗi dòng chảy, lưu lượng khí phải vượt qua từng điện cực theo thứ tự

Bầu lọc tĩnh điện cho phép nhiều dòng lưu lượng cao có thể hoạt độngsong song Đây là lý do mà các thiết bị bầu lọc tĩnh điện rất thích hợp để sử

dụng làm sạch khối lượng khí lớn Và hãy nhớ, cần phải rửa các ống thu đểloại bỏ các hạt muội từ các ống thu, thường là ba hoặc bốn ống thu, tùy loại

có thể được rửa theo cụm hoặc rửa độc lập Khi cung cấp nguồn điệnthường được tiến hành một cách đồng thời để tăng độ tin cậy Muội đượcnạp vào qua bầu lọc tĩnh điện và phải được loại bỏ theo định kỳ

Làm việc của một Hệ thống bầu lọc tĩnh điện

Làm việc của thiết bị bầu lọc tĩnh điện yêu cầu một giá trị cao của dảiđiện áp DC được cung cấp tới điện cực phóng Các nguồn cung cấp điện chobầu lọc tĩnh điện được chuyển đổi từ điện áp xoay chiều công nghiệp (220-

480 V) sang điện áp DC trong khoảnggiá trị điện áp từ 20.000 V đến100.000 V theo yêu cầu Hệ thống có chứa một biến áp, chỉnh lưu điện ápcao, và đôi khi tụ lọc Bầu lọc tĩnh điện có thể cung cấp một trong hai nửasóng hoặc toàn bộ sóng điện áp DC có điều chỉnh Có những thành phần phụtrợ và kiểm soát để cho phép điện áp được điều chỉnh đến mức cao nhất cóthể mà không phát ra tia lửa điện quá mức và để bảo vệ các nguồn cung cấp

và các điện cực khi xảy ra hiện tượng hồ quang điện hoặc ngắn xảy ra mạch.Điện áp đưa vào các điện cực làm cho không khí giữa các điện cựcphóng bị ion hóa Ion hóa này gây ra một sự phóng điện Phóng điện xảy rakhi không khí xung quanh một dây dẫn ion hóa Các cường độ trường điệnphải đủ lớn để gây ra sự ion hóa Các điện cực thường có một khoảng phóngđiện, một điện áp cao hơn so với sự phóng điện có thể đẫn đến phát ra tialửa Các ion được tạo ra trong quá trình phóng điện theo đường sức điện, từcác cực phóng đến các ống thu Vì vậy, mỗi cực phóng thiết lập một khuvực nạp mà các hạt muội phải vượt qua

Tại bất kỳ điện áp đặt nào cũng tồn tại một điện trường trong khônggian của các điện cực Đối với điện áp đặt ít hơn một giá trị gọi là "điện ápđặt ban đầu ", tạo thành một khu vực được tích điện Khi giá trị của điện ápđặt tăng cao hơn so với điện áp đặt điện ban đầu, dòng khí xả gần điện cực

bị ion hóa Ion hóa này được gọi là sự phóng điện, xuất hiện trong dòng khíthải như là một khu vực có tính nhiễm điện cao.

Để bắt đầu sự phóng điện, phải có sẵn các electron tự do trong khu vựcxung quanh điện cực phóng Trong trường hợp điện cực âm, các electron tự

do có năng lượng từ trường tạo ra các ion dương và các electron khác do vachạm Các phần tử mới đang lần lượt tăng tốc và tạo ion hóa hơn nữa, do đódẫn đến một quá trình tích lũy được gọi là một trường electron

Khi các hạt ion hoá vượt qua mỗi điện cực phóng thì được định hướnggần, sát hơn với các ống thu Những bất ổn trong dòng khí thải, tuy nhiên,chúng có xu hướng tạo dòng cho hỗn hợp khí xả Vì vậy quá trình lọc là mộtcuộc cạnh tranh giữa các lực điện trường và sự phân tán, cuối cùng các hạtmuội tiến đủ gần tới các ống thu để giảm xuống mức thấp nhất các nhiễuloạn các hạt trong dòng khí thải, và các hạt muội được hút vào ống thu

Hình 2-1 Cho thấy cách làm việc của một bầu lọc tĩnh điện.

2.1.2 Cơ sở tính toán

Các hoạt động bầu lọc tĩnh điện gồm nhiều quá trình Để hiểu rõ về các

lý thuyết của bầu lọc tĩnh điện, các quá trình được mô tả dưới đây Các hoạtđộng chính của bầu lọc tĩnh điện là việc nạp điện cho các hạt muội và thu lạicác hạt muội tới các ống thu

Các phần dưới đây sẽ giải thích các quá trình khác nhau về mặt lý thuyết:

- Cấp điện áp một chiều

- Nạp điện cho muội

- Vận tốc chuyển động của các hạt muội trong trường điện

- Hiệu suất bầu lọc tĩnh điện

2.1.2.a Cấp điện áp một chiều

Việc điều chỉnh điểm tích điện cho một bầu lọc tĩnh điện là điều chỉnhđiện áp và dòng điện Kết quả của sự phóng điện phụ thuộc vào các cựcphóng Vì vậy toàn bộ quá trình hoạt động của bầu lọc tĩnh điện phụ thuộcchủ yếu vào điện áp

Các mối quan hệ của dòng điện phóng cho một bầu lọc tĩnh điện là

Tại mỗi điện cực d > 5×10-2 m, điện áp ban đầu để phóng điện âm là 15

kV với d là khoảng cách giữa các cực trong (cm)

Điện trường của việc phóng điện được xác định bằng thực

nghiệm Các mối quan hệ của điện trường là

E c=3.126× 10 6d r[1+0.0301(d r

r ω)0.5] (2.2)Trong đó

Ec: Trường phóng điện ở bề mặt dây (V/m);

dr: Mật độ không khí tương đối;

rω: Bán kính của dây(m);

Ec là trường phóng điện được yêu cầu để có sự phóng điện Các mứcđiện áp phải phù hợp cho từng loại cực phóng để có được phạm vi phóngđiện,Vc được xác định bởi mối quan hệ

V c=E c r ωln d

r ω

(2.3)

Trong đó

Vc: Điện áp phóng ban đầu (V);

d : Khoảng cách giữa cực phóng và ống thu(m).

Điện áp đạt giá trị này sẽ không xảy ra sự phóng điện Mật độ dòngđiện tối đa trên tấm của dây là

J=μ ϵ0V2

L3,(2.4)

Trong đó

J: Mật độ dòng điện(A/m2);

µ: Độ nhớt của dòng khí (m2/Vs);

V: Điện áp cấp;

L: Khoảng cách ngắn nhất từ dây đến ống thu.

Điện trường giữa các ống thu và cực phóng tăng với sự gia tăng điện ápcấp Khi điện trường tăng cao mà vẫn tiếp tục tăng điện áp sẽ tạo ra tia lửađiện Các giá trị có mối quan hệ :

E s=6.3 ×10 5

(273T P)1.65 (2.5)Trong đó

Es: Cường độ điện trường(V/m);

T: Nhiệt độ tuyệt đối (K);

P: Áp suất khí (atm).

2.1.2.b Nạp điện cho muội.

Tích điện cho hạt là quá trình quan trọng của bầu lọc tĩnh điện Các hạt muội được tích điện bởi sự liên kết của các ion được tạo ra bởi quá trình phóng điện Những ion có thể được tạo

ra thông qua 2 phương pháp là điện trường hoặc khuyếch tán Các hạt được tích điện nhờ các ion chuyển động trong dòng điện trường được gọi là vùng tích điện Các hạt có kích thước lớn ≥ 2

µm thì nạp điện cho muội bằng phương pháp điện trường, còn các hạt có kích thước nhỏ hơn ≤ 0.2 µm thì nạp điện cho muội bằng phương pháp khuyếch tán

Điện tích của các hạt muội hình cầu được tính:

(2.8)

Trong đó

q∞: Điện tích bão hòa ( C);

t : Thời gian nạp điện cho muội (s);

τ: Hằng số thời gian trường tĩnh điện (s);

ε0: Hằng số điện môi chân không; 8.85×10-12F/m;

εs : Hằng số điện môi của môi trường thí nghiệm;

dp : Đường kính hạt muội (m);

E :Cường độ điện trường (V/m);

J : Mật độ dòng điện (A/m2).

Các q∞ điện tích bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ điện trường Thời gian τ tỉ lệ nghịch với mật độ dòng điện J Vì vây, để tích điện nhiều hơn,

E: Điện tích điện tử ≈ 1.6 × 10-19C;

Ci: Vận tốc truyền nhiệt của ion(m/s);

ni : Mật độ số lượng của các ion trong không gian (m-3); mi: Khối lượng ion(kg);

µi: Độ dịch chuyển ion (Vm/s2);

E: Cường độ điện trường (V/m);

J : Mật độ dòng điện (A/m2);

2.1.2.c Vận tốc chuyển động của các hạt muội trong điện trường

Vận tốc di chuyển là vận tốc của các hạt muội khi chuyển động về phía

ω e=qE C m

3 πμ d p (2.15)

λ=6.61 ×10−8(293T ) (101.3 ×10 P 3) (2.17)

Trong đó

ω e: Vận tốc dịch chuyển của hạt muội (m/s);

µ: Độ nhớt của dòng khí (Pas);

dp: Đường kính hạt muội (m);

Cm: Yếu tố điều chỉnh Cuning;

λ: Khoảng cách di chuyển tự do trung bình của phần tử khí(m);

T: Nhiệt độ (K);

P: Là áp suất (Pa);

λ = 0.07 µm cho không khí ở áp suất 1atm và nhiệt độ phòng (300 0K)

Đối với một phạm vi điện trường, vận tốc di chuyển được viết như:

2.1.2.d Hiệu suất của bầu lọc tĩnh điện.

Hiệu suất thu của một bầu lọc tĩnh điện, η được tính bởi,

Hiệu suất thu bị ảnh hưởng bởi các yếu tố sau đây:

Kết cấu hình học của ống thu

Đặc điểm của hạt muội

Hiệu suất thu cũng có thể tìm thấy mối quan hệ này:

v0b ) (2.23)Trong đó:

L: Chiều dài ống thu (m);

Vo: Vận tốc dòng khí (m/s);

b : Khoảng cách giữa các cực phóng và ống thu (m);

K: Hệ số hiệu chỉnh xác định bằng phép đo thực tế.

t o= L

t0 được gọi là thời gian các hạt muội di chuyển trong ống và υo là vận tốcdòng khí xả Đây là những yếu tố quan trọng để xác định hiệu suất thu củamột bầu lọc tĩnh điện Bằng cách thay đổi thời gian các hạt muội di chuyểntrong ống theo mối quan hệ trên, ta có:

η=1−exp(−ω e K t0

Trong một số ứng dụng công nghiệp giá trị của n được sử dụng

là 2 Làm cho hiệu suất thu của một bầu lọc tĩnh điện đạt cao hơn đượckhi hoạt động ở điện áp tối đa có sẵn

2.2 Mô phỏng quá trình nạp điện cho các hạt muôi trong bầu lọc tĩnh điện

2.2.1 Mô Phỏng quá trình nạp điện cho các hạt muôi trong bầu lọc tĩnh

điện

Sự mô phỏng của bầu lọc tĩnh điện là phần chính của đề tài này Phầnmềm được sử dụng để mô phỏng là phần mềm Ansys được giới thiệu vàhướng dẫn sử dụng phần mềm Ansys và làm thế nào để tạo mô hình trườngtĩnh điện trong bộ lọc tĩnh điện

Mô phỏng này bao gồm mô hình của bầu lọc tĩnh điện và trường tĩnh điệngiữa cực phóng và ống thu trong bầu lọc tĩnh điện, khi mà chỉ có không khítồn tại giữa cực phóng và ống thu Chúng ta không thể mô phỏng đầy đủ cácquá trình xảy ra trong bầu lọc tĩnh điện tức là, sự tương tác của vùng nhiễmđiện, phóng điện cho phân tử muội bẩn và sự di chuyển chủa phân tử muộibẩn Vì nếu mô phỏng toàn bộ quá trình, đặc biệt là qua trình phóng điệnchúng ta phải biết được bản chất sự tương tác của chất khí với dòng điện.Chúng ta chỉ mô phỏng điện trường và khả năng nhiễm điện khi mà chất khívới những phần tử muội bẩn chảy qua bầu lọc tĩnh điện Sự mô phỏng đượcbắt đầu với việc vẽ cấu trúc của bầu lọc tĩnh điện

nhỏ và gọi chúng là các ống

Mô hình này gồm nhiều ống giống hệt nhau Mô phỏng này chúng ta xemxét đến một ống của nó bởi vì kết quả của các ống còn lại là giống hệt nhau.Trong Ansys, có một vài bước bao gồm việc tạo mô hình bản vẽ Sau khi thiết

kế cấu trúc chúng ta phải chỉ rõ vật liệu của mô hình đó Vật liệu được chỉ rõcho cực phóng và ống thu bao gồm tên cũng như là những chỉ dẫn về tínhchất và thuộc tính của độ dẫn điện 1e 6 S/m, mối quan hệ giữa hằng số điệnmôi 1 và độ từ thẩm Chúng ta thừa nhận rằng không khí là môi chất giữa cựcphóng và ống thu Chúng ta lựa chọn không khí với độ dẫn điện 1 S/m, mốiquan hệ giữa hằng số điện môi 1 và độ từ thẩm 1 Trong thực tế không khí có

độ dẫn điện nằm trong khoảng 8e-15 S/m ở 20oC Trong bầu lọc tĩnh điện giátrị độ dẫn điện tùy thuộc vào điều kiện của chất gas và bản chất của các phầntử muội bẩn Giá trị độ dẫn điện của chất khí trong bầu lọc tĩnh điện khônglớn hơn nhiều so với độ dẫn điện của chất khí trong thực tế Giá trị chính xáccủa độ dẫn của khí gas trong một bầu lọc tĩnh điện thì chưa được chứng thực

Đó là lí do mà chúng ta sử dụng giá trị độ dẫn điện của chất khí là 1 S/m

2.2.2 Kết Quả Của Mô Phỏng.

Chúng ta mô phỏng khả năng nhiễm điện và cường độ điện trường ở cácmức điện áp cấp khác nhau, ví dụ: điện áp cấp là: -30 KV, -50 KV và -70 KVvào cực phóng và ống thu của bầu lọc tĩnh điện Chúng ta lựa chọn cực âm làđiện áp một chiều Điện năng được tác dụng tại mỗi cực phóng của bầu lọctĩnh điện Các cực phóng được bố trí chạy dọc theo chiều dài của bầu lọc tĩnhđiện Khi một điện áp cao được cung cấp, không khí xung quanh dây dẫn bịion hóa và bắt đầu hình thành dòng dịch chuyển của không khí về phía ống