D ans

MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển không ngừng cơng nghiệp, nhà máy, xí nghiệp, dây chuyền sản xuất không ngừng cải tiến nâng cao suất Nhưng với đó, yêu cầu bảo vệ môi trường ngày trở nên khắt khe Đặc biệt với ngày công nghiệp sản xuất xi măng, khai thác, vận chuyển than, thu gom xử lý rác thải,… đặc thù quy trình cơng nghệ, ngành cơng nghiệp phát sinh nhiều nguồn bụi, khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến sức khỏe người Do đó, việc xử lý bụi khí thải nhiễm ln vấn đề quan tâm Để giải vấn đề này, nhà đầu tư thường chọn giải pháp thiết kế, trang bị hệ thống xử lý bụi Cyclon, lọc bụi túi, lọc bụi ướt hay lọc bụi tĩnh điện để giảm mức độ ô nhiễm môi trường bụi sinh q trình sản xuất, đảm bảo mơi trường sản xuất lành, đồng thời nhiều trường hợp cụ thể cịn giúp tiết kiệm nhiên liệu, qua gián tiếp làm cải tiến suất lao động Là sinh viên chuyên ngành kỹ thuật Điều khiển, sau học tập, nghiên cứu học phần liên quan đến chuyên ngành đăng ký làm Đồ án tốt nghiệp học trường Đại Học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, chúng em giao tìm hiểu hồn thành đề tài: “điều khiển hệ thống lọc bụi tĩnh điện ” thầy PGS.TS Nguyễn Văn Chí thầy mơn hướng dẫn Trong q trình tiến hành làm đồ án, hướng dẫn tận tình giáo viên hướng dẫn, thầy giáo môn Đo lường Điều khiển cố gắng thân giới hạn thời gian kinh nghiệm hạn chế nên đồ án khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận ý kiến đóng góp nhận xét quý báu thầy cô để đồ án chúng em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG LỌC BỤI 1.1 Khái niệm bụi tác hại ô nhiễm bụi Bụi tập hợp nhiều hạt, có kích thước nhỏ bé, tồn nhiều dạng khác nhaul khơng khí dạng bụi bay, bụi lắng hệ khí dung nhiều pha gồm khói mù Bụi hệ thống bao gồm hai pha : pha khí pha rắn rời rạc Các loại bụi nói chung thường có kích thước từ 0,001 um – 10 um (micron) bao gồm tro, muội, khói hạt chất rắn tồn đưới đạng hạt nhỏ rơi xuống đất với tốc độ không đổi theo định luật Stock Loại bụi thường gây tổn thương nặng cho quan hô hấp, bệnh phối nhiễm bụi thạch anh (silicosis) thở hít khơng khí có bụi bloxyt silic lâu ngày Bụi lắng có kích thước lớn 10um, thường rơi nhanh xuống đất theo định luật Newton với tốc độ tăng dần Các loại bụi thường gây tác hại cho đa, mắt, gây nhiễm trùng, gây dị ứng Bụi có nguồn gốc hữu vô Bụi hữu bụi thực vật (gỗ, bơng), bụi động vật (len, lơng, tóc), bụi nhân tạo (nhựa hóa học, cao su) Bụi vơ bụi khoáng chất (thạch anh, amiăng), bụi kim loại (sắt, đồng, chì) Bụi nhỏ 0,1um lơ lửng khơng khí, khơng lại phế nang Bụi từ 0,1um - 5um lại phổi, chiếm tới 80% - 90% Bụi từ 5um - 10um vào phổi lại đào thải Bụi lớn 10 um thường đọng lại mũi Bụi gây nhiều tác hại khác tác hại sức khỏe người quan trọng Về sức khỏe, bụi gây tơn thương với mắt, da hệ tiêu hóa ( cách ngẫu nhiên ), chủ yếu xâm nhập bụi vào phôi thơng qua hít thở Nền kinh tế ngày phát triển không ngừng dần đáp ứng nhu cầu người vật chất văn hóa mặt trái kéo theo tình trạng nhiễm môi trường ngày trầm trọng Ở Việt Nam vùng tập trung nhiều nhà máy,khu cơng nghiệp tình trạng khói bụi, khí độc hại thải mơi trường gây nhiễm đáng lo ngại Do việc trang bị hệ thống xử lý bụi cho nhà máy, xí nghiệp thực cần thiết có vai trị ngày quan trọng Do thiết kế hệ thống lọc bụi vấn đề đặt nhà máy chọn hệ thống lọc bụi phù hợp với nhà máy số nhiều phương pháp lọc bụi 1.2 Các phương pháp lọc bụi 1.2.1 Lọc bụi sử dụng buồng lắng bụi Cấu tạo: khơng gian hình hộp có tiết điện ngang lớn nhiều so với tiết điện đường ống dẫn khí vào đề vận tốc dịng khí đột ngột giảm xuống nhỏ từ đóhạt bụi có thời gian rơi xuống chạm đáy Nguyên lý : Sự lắng bụi buồng lắng tạo điều kiện để trọng lực tác dụng lên hạt bụi thắng lực đẩy ngang dịng khí Trên sở người ta tạo giảm đột ngột lực đẩy dịng khí cách tăng đột ngột mặt cắt dịng khí chuyển động Trong thời điểm ấy, hạt bụi lắng xuống Hình 1- 1: Cấu tạo buồng lắng đơn buồng lắng kép Ưu điểm: phí thiết bị vận hành thấp, khơng có phận chun động, khơng phải bảo trì thường xun, khơng có vật liệu dễ ăn mịn, thêm thiết bị làm lạnh dịng khí Nhược điểm: hiệu thu hồi kém, khơng xử lý hạt dính bám, thu hồi bụi có kích thước lớn 1.2.2 Lọc bụi sử dụng phương pháp li tâm Ngun lí: khơng khí mang bụi vào thiết bị theo ống dẫn lắp theo phương tiếp tuyến với thân hình trụ xiclon Khơng khí chuyển động xoắn ốc bên thân hình trụ xiclon Khi chạm vào ống đáy hình phễu dịng khí bị dội ngược trở lên giữ chuyển động xoắn ốc ngồi ống thải Các hạt bụi chịu tác dụng lực ly tâm chuyển động phía thành ống thân hình trụ, chạm vào đó, động năng, rơi xuống đáy phễu Hình 1- 2: Nguyên lý buồng lọc li tâm Ưu điểm : Cấu tạo đơn giản, làm việc với môi trường nhiệt độ cao, bụi gom dạng bụi khô, hiệu suất cao, vận hành đơn giản Nhược điểm : hiệu vận hành bụi có kích thước nhỏ 5ụm, khơng thê thu bụi kêt dính 1.2.3 Lọc bụi sử dụng hệ thống lọc túi vải Thiết bị lọc bụi túi vải cịn có tên gọi khác thiết bị lọc bụi tay áo Khác với phương pháp lọc bụi tĩnh điện lọc bụi túi vải xử lý bụi phương pháp học Cấu tạo thiết bị gồm túi lọc dạng vải, cố định lồng sắt, bụi giữ lại túi lọc Nguyên lý : cho khơng khí lẫn bụi qua vải lọc, ban đầu hạt bụi lớn khe sợi vải bị giữ lại bề mặt vải theo nguyên lý rây, hạt nhỏ bám dính bề mặt sợi vải lọc va chạm, lực hấp dẫn lực hút tĩnh điện, lớp bụi thu dày lên tạo thành lớp màng trợ lọc, lớp màng giữ hạt bụi có kích thước nhỏ Hình 1- 3: Ngun lý lọc bụi túi vải Ưu điểm : Cấu tạo đơn giản, Hiệu suất làm cao khí có nồng độ thấp Rũ bụi hồn tồn tự động khí nén động cơ, vận hành bảo dưỡng thiết bị dễ dàng Thiết kế lõi độc đáo giúp tăng diện tích bề mặt lọc, rũ bụi dễ dàng tiết kiệm khí nén Lọc nhiều loại bụi có kích thước khác Nhược điểm : Bụi bám nhiều vào sợi vải trở lực túi lọc tăng, phải làm theo định kỳ, chi phí vận hành cao 1.2.4 Phương pháp lọc bụi ướt Nguyên lý : Nguyên tắc phương pháp lọc bụi ướt người ta cho dịng khơng khí có chứa bụi tiếp xúc trực tiếp với dung môi (thường nước) Quá trình tiếp xúc dạng hạt (khi nước phun thành hạt nước có kích thước nhỏ mật độ cao), dạng bề mặt thiết bị có sử dụng lớp đệm (nước chảy bề mặt vật liệu đệm), dạng bọt khí sử dụng tháp sủi bọt hay tháp mâm Các hạt bụi có thê kết dính lại với bị giữ lại dung môi nhờ chế va đập, tiếp xúc khuếch tán cịn dịng khơng khí khỏi thiết bị Hình 1- 4: Nguyên lý buồng phun Ưu điểm : dễ chê tạo, giá thành thấp, hiệu cao, có thê làm việc với khí nhiệt độ độ âm cao, lọc khí độc Nhược điểm : phải xử lý cặn bùn, khí mang theo nước gây hen rỉ đường ơng, khí thải có chứa chât ăn mịn 1.2.5 Phương pháp lọc bụi tĩnh điện Nguyên lý : Thiết bị lắng tĩnh điện sử dụng hiệu điện cực cao để tách bụi, hơi, sương, khói khỏi dịng khí Có bước thực là: • • • • Dịng điện làm hạt bụi bị ion hố; Chuyển ion bụi từ bề mặt thu bụi băng lực điện trường Trung hồ điện tích ion bụi lắng bề mặt thu Tách bụi lắng khỏi bề mặt thu Các hạt bụi tách áp lực hay nhờ rửa Hình 1- 5: Nguyên lý lọc bụi tĩnh điện Ưu điểm : hiệu thu hồi cao với hạt có kích thước cực nhỏ (0,01m) vận hành tốt có thê > 99,5%, tốn thất áp suất tương đối thấp, có thê xử lý lưu lượng lớn, lưu lượng dịng chảy vào thay đơi được, nồng độ bụi dao động 2,0- 250.000 mg/m' › nhiệt độ khí thải cao 650C Nhược điểm : chất ô nhiễm thê khí khơng thê thu hồi xử lý, chi phí bảo dưỡng cao, dễ cháy nơ, vận hành phức tạp, khí Ozon Nox tạo điện cực âm So sánh thiết bị lọc bụi Thiết bị Lọc bụi li tâm buồng lắng Lọc bụi ướt Kích cỡ hạt bụi nhỏ (µm) Giới hạn làm việc (ºC) Dưới giới hạn cháy nổ bụi Ưu điểm • • • 0,1 – Kết hợp làm nguội khí thải • • • Nhược điểm Vốn thấp, phải bảo trì Thu bụi khơ Ít chiếm diện tích • Khơng sinh nguồn bụi thứ cấp Ít chiếm diện tích Có khả giữ khí bụi • • • Hiệu suất thấp với bụi nhỏ 10 µm Khơng thu bụi có tính kết dính Sinh nước thải Chi phí bảo trì cao nước dò rỉ, ăn mòn thiết bị Lọc bụi túi vải 0,1 – 0,5 < 250 ºC • • • • • Hiệu suất cao Có thể tuần hồn khí Bụi thu dạng khơ Chi phí vận hành thấp, thu bụi dễ cháy Dễ vận hành • • • • • Lọc bụi tĩnh điện 0,25 < 450 ºC • • • • • Hiệu suất lọc cao, tiết kiệm lượng Thu bụi khơ Sụt áp nhỏ Ít phải bảo trì Xử lý lưu lượng lớn • • • Cần vật liệc riêng nhiệt độ cao Cần công đoạn rũ bụi phức tạp Chi phí vận hành cao vải dễ hỏng Tuổi thọ giảm môi trường axit, kiềm Thay túi vải phức tạp Vốn lớn Nhạy cảm với thay đổi dịng khí Khó thu bụi với điện trở lớn 1.3 Cơ sở lựa chọn Phạm vi sử dụng hợp lý thiết bị lọc bụi phụ thuộc nhiều yếu tổ : kích thước hạt bụi, nhiệt độ khí thải, nồng độ ban đầu, điều kiện vận hành, Do việc lựa chọn thiết bị lọc bụi chủ yếu tiến hành theo dẫn sơ sau : • Buồng lắng bụi : cần sử dụng chắn trường hợp bụi thô, thành phần cỡ hạt 50 um chiếm tỷ lệ cao Ngồi bng lắng bụi sử dụng cấp lọc thô trước thiết bị lọc tinh đắt tiền khác • Lọc li tâm thường sử dụng trường hợp : • Bụi thơ • Nồng độ bụi ban đầu cao > 20 mg/m • Khơng địi hỏi hiệu lọc cao Khi cần đạt hiệu cao nên dùng cyclon ướt cyclon chùm Thiết bị lọc ướt sử dụng : • • Cần lọc bụi mịn với hiệu tương đối cao • Kết hợp lọc bụi khử khí độc hại phạm vi có thể, loại khí, cháy có mặt khí thải • Kết hợp làm nguội khí thải • Độ ẩm khí thải khỏi thiết bị khơng gây ảnh hưởng đáng kê thiết bị q trình cơng nghệ liên quan Thiết bị lọc túi vải sử dụng trường hợp sau : • • Cần đạt hiệu lọc tương đối cao • • • Cần thu hồi bụi có giá trị trạng thái khơ Lưu lượng khí thải cần lọc khơng q lớn Nhiệt độ khí thải tương đối thấp phải cao nhiệt độ điêm sương Thiết bị lọc bụi điện sử dụng : • • Cần lọc bụi tính với hiệu lọc cao • Lưu lượng khí thải cần lọc lớn • Thu hồi bụi dạng khô Để đáp ứng nhu cầu công nghiệp ngày đại tiên tiến nên thiết bị lọc phạm vi lớn, hiệu suất cao, chi phí dành cho vận hành thấp, thu hồi bụi dạng khô nên thiết bị xử lý thích hợp thiết bị lọc tĩnhđiện CHƯƠNG II: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG 2.1 Cơ sở lý thuyết toán lọc bụi tĩnh điện 2.1.1 Nguyên lý Ion hóa hạt bụi điện trường Đối với hệ thống lọc bụi tĩnh điện, khí bụi đưa qua điện trường tĩnh mạnh cực, điện cực đặt song song đối xứng cách khoảng cách định Khi đặt điện áp U ≥ Umax lên hai cực hình thành quầng sáng hồ quang phá hủy điện cực Nếu U ≤ Umax tạo trình ion hóa hạt bụi Các hạt bụi bị nhiễm điện, nhiễm điện âm chủ yếu Khi chúng chuyển động tác động lực hút tĩnh điện phía cực dương q trình chuyển động chúng va đập với hạt bụi khác làm cho tồn khơng gian bên buồng lọc bị Ion hóa tạo thành đám mây nhiễm điện tích âm, đám mây chuyển động liên tục phía điện cực dương tiếp xúc với cực dương nhường điện tử cho cực để trung hòa điện, lắng xuống theo bề mặt điện cực dương Quá trình Ion hóa hạt bụi bên buồng lọc minh họa Hình - 1:Q trình Ion hóa hạt bụi 2.1.2 Hiệu suất lọc hệ thống lọc bụi tĩnh điện Lượng bụi gây ô nhiễm đo đánh giá mg/cm3 Tiêu chuẩn để đánh giá môi trường không bị ô nhiễm bụi áp dụng phổ biến giới điều kiện nhiệt độ áp suất tiêu chuẩn 50mg/cm3 Thiết bị lọc bụi tĩnh điện tính tốn để lọc bụi khô, nhiệt độ không cao mức cho phép Nếu khí bụi đầu vào bị ướt, có độ ẩm cao phải có biện pháp sấy khơ trước hút vào buồng lọc tĩnh điện Tiêu chuẩn để đánh giá thiết bị lọc bụi tĩnh điện hiệu suất lọc bụi thiết bị Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất lọc bụi thiết bị lọc bụi tĩnh điện thông thường, nhiên, để thuật tiện cho việc tính tốn, lý tưởng hóa điều kiện làm việc thiết bị, đó, tham số ảnh hưởng đến hiệu suất lọc bụi thiết bị lọc bụi tĩnh điện tham số: tốc độ khí vào buồng lọc v (m/s), điện trường buồng lọc bụi E (v/m) kích thước (bán kính) hạt bụi r (µm) Để xây dựng biểu thức tính tốn hiệu suất lọc bụi, ta áp dụng công thức Deutsch Theo công thức chung Deutsch, hiệu suất lọc bụi xác định theo biểu thức sau: η = 1− e − ΨLω av Hay η = − e −ω f Trong đó: f: tỷ số thu bụi đơn vị khí (m 3) Ψ: Hệ số tỷ lệ, số với mặt cắt Ta chọn Ψ = L: Chiều dài điện trường tổng (Chiều dài buồng lọc) (m) a: Khoảng cách điện cực khác dấu trường (Khoảng cách điện cực âm điện cực dương buồng lọc) (m) v: Vận tốc trung bình khí buồng lọc (m/s) ω: Vận tốc di chuyển hạt bụi tới điện cực (m/s) 2ε oδ E ω= r 3µ (m/s) Với: εo = 8,85.10-12: Hằng số điện môi δ: Tham số đặc trưng cho tính cách điện hạt Ta có: δ = 1+ ε −1 ε +2 ε: Hệ số cách điện tương đối hạt Với thạch cao vật liệu xi măng ε = =>δ = 2,14 E: Cường độ điện trường E= U/a (V/m) Với U điện áp buồng lọc (V) µ = 1,83.10 -5 : Độ nhớt động học khơng khí (Ns/m2) r: Bán kính hạt bụi (m) Qua cơng thức trên, với việc thí nghiệm với loại bụi định (kích thước khơng đổi) dễ dàng nhận thấy hiệu suất lọc bụi thiết bị lọc bụi tĩnh điện quan hệ với tốc độ khí đầu vào buồng lọc điện áp buồng lọc theo quy luật hàm số mũ  ... bụi hồn tồn tự động khí nén động cơ, vận hành bảo d? ?ỡng thiết bị d? ?? d? ?ng Thiết kế lõi côn độc đáo giúp tăng diện tích bề mặt lọc, rũ bụi d? ?? d? ?ng tiết kiệm khí nén Lọc nhiều loại bụi có kích thước... cho d? ??ng khơng khí có chứa bụi tiếp xúc trực tiếp với dung môi (thường nước) Q trình tiếp xúc d? ??ng hạt (khi nước phun thành hạt nước có kích thước nhỏ mật độ cao), d? ??ng bề mặt thiết bị có sử d? ??ng... chảy bề mặt vật liệu đệm), d? ??ng bọt khí sử d? ??ng tháp sủi bọt hay tháp mâm Các hạt bụi có thê kết d? ?nh lại với bị giữ lại dung môi nhờ chế va đập, tiếp xúc khuếch tán cịn d? ??ng khơng khí khỏi thiết