Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu ảnh hưởng của tần số xung điện áp hình chữ nhật đến hiệu quả xử lý nước điện hóa cho tháp giải nhiệt trong hệ thống water chiller Nghiên cứu ảnh hưởng của tần số xung điện áp hình chữ nhật đến hiệu quả xử lý nước điện hóa cho tháp giải nhiệt trong hệ thống water chiller Nghiên cứu ảnh hưởng của tần số xung điện áp hình chữ nhật đến hiệu quả xử lý nước điện hóa cho tháp giải nhiệt trong hệ thống water chiller
MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Biên chấm luận văn Phiếu nhận xét luận văn Lý lịch khoa học vii Lời cam đoan x Cảm tạ ix Tóm tắt x Mục lục xiii Danh mục chữ viết tắt xvii Danh sách bảng xviii Danh sách hình xix CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hướng nghiên cứu 1.1.1 Tổng quan xử lý nước làm mát tháp giải nhiệt hệ thống chiller giải nhiệt nước 1.1.2 Tổng quan nghiên cứu liên quan đề tài 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục đích nghiên cứu đề tài 12 1.4 Nhiệm vụ, đối tượng giới hạn nghiên cứu đề tài 12 1.4.1 Nhiệm vụ nghiên cứu: 12 1.4.2 Đối tượng giới hạn nghiên cứu đề tài 13 1.5 Phương pháp nghiên cứu 13 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14 xiii 2.1 Hệ thống làm lạnh nước Water chiller 14 2.1.1 Hệ thống điều hịa khơng khí giải nhiệt nước water chiller 14 2.1.2 Tháp giải nhiệt hệ thống chiller giải nhiệt nước 16 2.1.3 Các số chủ yếu nước tháp giải nhiệt 17 2.1.4 Tiêu chuẩn nước cấp cho tháp giải nhiệt 19 2.2 Một số vấn đề hệ thống giải nhiệt nước chiller 19 2.2.1 Các vấn đề hệ thống giải nhiệt 19 2.2.2 Ảnh hưởng cáu cặn đến hiệu hoạt động hệ thống water chiller giải nhiệt nước 24 2.2.3 Các phương pháp xử lý nước làm mát 27 2.3 Phương pháp xử lý nước điện hóa chiều 33 2.3.1 Khái niệm phương pháp xử lý nước điện hóa 33 2.3.2 Sự điện phân dung dịch chất điện li 34 2.3.3 Quá trình điện cực 35 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất q trình điện hóa 36 2.4.1 Mật độ dòng điện 37 2.4.2 Lớp khuếch tán, độ lưu động nước 37 2.4.3 Khoảng cách điện cực 40 2.5 Phương pháp điện hóa xung chiều 40 2.6 Quá trình điện phân nước làm mát tháp giải nhiệt 42 2.7 Hiệu suất xử lý nước 44 CHƯƠNG THIẾT LẬP THỰC NGHIỆM 45 3.1 Thiết kế hệ thống giải nhiệt water chiller giải nhiệt nước 45 3.2 Sơ đồ thí nghiệm 48 xiv 3.3 Thiết bị thí nghiệm 49 3.3.1 Thiết bị xử lý nước điện hóa 49 3.3.2 Thiết bị đo lường 53 3.4 Phương pháp thí nghiệm 58 3.4.1 Thí nghiệm định hướng xác định thơng số kỹ thuật hệ thống xử lý nước 59 3.4.2 Thí nghiệm xác định ảnh hưởng xung điện áp đến hiệu xử lý nước 60 3.4.3 Thí nghiệm đánh giá hiệu xử lý nước giải nhiệt tuần hoàn qua bể phản ứng hai trường hợp điện hóa chiều điện hóa xung chiều 61 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 62 4.1 Kết thí nghiệm định hướng xác định thông số kỹ thuật hệ thống xử lý nước 62 4.1.1 Kết thí nghiệm định hướng xác định thể tích bể phản ứng 62 4.1.2 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến sụt giảm độ cứng tổng.64 4.2 Ảnh hưởng xung điện áp đến hiệu xử lý nước 64 4.2.1 Ảnh hưởng tần số đến sụt giảm độ cứng tổng số TDS 64 4.2.2 Ảnh hưởng tần số đến hiệu loại bỏ độ cứng tổng 66 4.2.4 Ảnh hưởng độ rộng xung điện áp đến hiệu loại bỏ độ cứng tổng tiêu thụ lượng 68 4.2.5 Ảnh hưởng mật độ dòng điện đến hiệu làm giảm độ cứng tổng 69 4.2.6 Ảnh hưởng mật độ dòng điện đến hiệu loại bỏ độ cứng tổng hai trường hợp điện hóa chiều điện hóa xung chiều 70 xv 4.2.7 Ảnh hưởng mật độ dòng điện đến tiêu thụ điện hai trường hợp điện hóa chiều điện hóa xung chiều 71 4.3 Hiệu xử lý nước tuần hoàn qua bể phản ứng hai trường hợp điện hóa chiều điện hóa xung chiều 73 4.3.1 Ảnh hưởng lưu lượng đến hiệu xử lý nước điện hóa 73 4.3.2 Hiệu xử lý nước tuần hoàn qua bể phản ứng hai trường hợp điện hóa chiều điện hóa xung chiều 74 4.3.3 Sự tương quan hiệu xử lý nước điện tiêu thụ hai trường hợp điện hóa chiều điện hóa xung chiều 75 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 5.1 Kết Luận 77 5.2 Kiến nghị 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤC LỤC 85 xvi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT KÝ HIỆU NGHĨA TIẾNG ANH NGHĨA TIẾNG VIỆT AHU Air Handling Unit Thiết bị trao đổi nhiệt xử lý nhiệt ẩm, tạo độ cho khơng khí BH Berberine Hydrochloride Chất sử dụng ngành dược COD Chemical Oxygen Demand Định lượng chất ô nhiễm oxy hóa nước COP Coefficient Of Performance Hệ số làm lạnh DC Direct current Dòng điện chiều EC Electro-Conductivity Độ dẫn điện dung dịch EDTA Ethylene Diamine Tetraacetic Acid Phương pháp chuẩn độ xác định hàm lượng canxi FCU Fan Coil Unit Thiết bị xử lý khơng khí GSA General Services Administration Cơ quan dịch vụ công Hoa Kỳ TDS Total Dissolved Solids Tổng chất rắn hòa tan TCXD VN Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam xvii DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 1.1 Cơ cấu sử dụng lượng ba thể loại công trình Chung cư – Thương mại – Văn phịng Hà Nội năm 2013 10 Bảng 2.1 Tiêu chuẩn nước giải nhiệt cho hệ thống chiller: 19 Bảng 3.1 Thông số điện cực 51 xviii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1 Nhu cầu sử dụng nước tòa nhà 11 Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống water chiller giải nhiệt nước 14 Hình 2.2 Hiện tượng ăn mòn thiết bị trao đổi nhiệt 20 Hình 2.3 Cáu cặn hình thành thiết bị trao đổi nhiệt 21 Hình 2.4 Cặn bẩn bám bề mặt thiết bị trao đổi nhiệt 22 Hình 2.5 Vi khuẩn hình thành bề mặt truyền nhiệt 23 Hình 2.6 Khả hình thành cáu cặn bề mặt truyền nhiệt loại thiết bị trao đổi nhiệt khác 24 Hình 2.7 Ảnh hưởng nồng độ CaCO3 đến hiệu thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống vỏ 25 Hình 2.8 Ảnh hưởng độ dày lớp cáu cặn đến nhiệt độ nước thiết bị ngưng tụ 26 Hình 2.9 Ảnh hưởng độ dày lớp cáu cặn đến hiệu suất trao đổi nhiệt 27 Hình 2.10 Phương pháp lọc nước đầu vào trước tháp giải nhiệt 28 Hình 2.11 Thiết bị thương mại xử lý nước tháp giải nhiệt 33 Hình 2.12 Mơ tả q trình điện phân 34 Hình 2.13 Quá trình khuếch tán bề mặt điện cực 39 Hình 2.14 Chế độ nguồn xung chiều 41 Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống giải nhiệt water chiller giải nhiệt nước 45 Hình 3.2 Hệ thống giải nhiệt bình ngứng chiller làm mát nước 48 Hình 3.3 Sơ đồ thiết bị xử lý nước điện hóa 48 Hình 3.4 Hệ thống xử lý nước điện hóa tuần hồn 49 Hình 3.5 Bộ cấp nguồn hệ thống xử lý nước điện hóa 50 Hình 3.6 Bể phản ứng điện cực 52 Hình 3.7 Bơm tuần hồn cảm biến lưu lượng 52 Hình 3.8 Bút đo PH P-2S hãng total meter 53 Hình 3.9 Bút đo số TDS 54 xix Hình 3.10 Bộ chuẩn độ cứng 55 Hình 3.11 Đồng hồ vạn thiết bị đo lượng tiêu thụ 57 Hình 4.1 Ảnh hưởng thể tích bể phản ứng đến hiệu loại bỏ độ cứng tổng 62 Hình 4.2 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến sụt giảm tổng độ cứng nước theo thời gian 63 Hình 4.3 Sự sụt giảm độ cứng tổng tần số khác theo thời gian 64 Hình 4.4 Sự sụt giảm số TDS tần số khác theo thời gian 65 Hình 4.5 Ảnh hưởng tần số đến hiệu loại bỏ độ cứng tổng 66 Hình 4.6 Ảnh hưởng tần số đến số pH nước làm mát 67 Hình 4.7 Ảnh hưởng độ rộng xung điện áp đến hiệu loại bỏ độ cứng tổng tiêu thụ lượng 68 Hình 4.8 Ảnh hưởng mật độ dịng điện đến hiệu loại bỏ độ cứng tổng tiêu thụ lượng 69 Hình 4.9 Ảnh hưởng mật độ dòng điện đến hiệu làm giảm độ cứng tổng hai trường hợp điện hóa chiều điện hóa xung chiều 70 Hình 4.10 Ảnh hưởng mật độ dòng điện đến tiêu thụ điện hai trường hợp điện hóa chiều điện hóa xung chiều 72 Hình 4.11 Ảnh hưởng lưu lượng nước qua xử lý đến sụt giảm độ cứng tổng nước theo thời gian 73 Hình 4.12 Sự sụt giảm độ cứng tổng theo thời gian hai trường hợp nguồn chiều nguồn xung chiều 74 Hình 4.13 Hiệu xử lý nước điện tiêu thụ hai trường hợp điện hóa chiều điện hóa xung chiều 75 xx CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hướng nghiên cứu 1.1.1 Tổng quan xử lý nước làm mát tháp giải nhiệt hệ thống chiller giải nhiệt nước Tháp giải nhiệt thành phần thiếu hệ thống lạnh giải nhiệt nước Tại nhiệt tản khơng khí nhờ q trình làm mát bay Tháp giải nhiệt tiêu thụ lượng lớn nước trình bay xả đáy, đồng thời chất lượng nước ảnh hưởng lớn đến hiệu làm mát, hiệu trao đổi nhiệt thiết bị Nước cấp bổ sung có chứa cation kim loại tích lũy nồng độ tăng theo thời gian gây nên độ cứng nước, sử dụng nước làm mát thường gây vấn đề hình thành cáu cặn đường ống, phát triển vi sinh vật, ăn mòn, tiêu hao nước [1,2] Trong vấn đề trên, hình thành cáu cặn bề mặt thiết bị truyền nhiệt gây ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất truyền nhiệt COP hệ thống Nguyên nhân gây nên vấn đề đóng cáu cặn bề mặt thiết bị truyền nhiệt diện ion nước cứng gây nên độ cứng tổng nước, nồng độ cao dẫn đến hình thành kết tủa bám bền mặt tuyền nhiệt Vì vậy, nước làm mát cần xử lý để làm giảm độ cứng tổng để đảm bảo hiệu suất hoạt động hệ thống Có nhiều phương pháp khác để làm mềm nước hạn chế hình thành vảy bám dùng hóa chất để tạo kết tủa hóa học trao đổi ion, thẩm thấu ngược, màng lọc nano, gia nhiệt, chưng cất Điều bảo vệ thiết bị trao đổi nhiệt thiết bị tháp giải nhiệt, nhiên, hóa chất sử dụng thường xuyên, hệ thống cần phải xả đáy, bảo dưỡng cấp nước để trì thơng số chất lượng nước hệ thống Ngồi ra, việc sử dụng hóa chất đơi tạo vấn đề xử lý chất thải gây ô nhiễm môi trường [2,3] Hiện việc áp dụng công nghệ xử lý nước điện hóa thay cho xử lý nước hóa học truyền thống bật lên lợi ích tiềm sau [4]: Loại bỏ việc sử dụng hóa chất xử lý chất khống kết tinh, ăn mịn phát triển sinh vật Tăng hiệu làm mát cách ngăn chặn đóng cáu cặn đường ống gây trở nhiệt, giúp cải thiện truyền nhiệt Tiết kiệm nước chi phí nước cách giảm lượng xả đáy cần thiết, cho phép hệ thống hoạt động tuần hoàn thời gian dài 1.1.2 Tổng quan nghiên cứu liên quan đề tài Đề tài "Nghiên cứu ảnh hưởng tần số xung điện áp hình chữ nhật đến hiệu xử lý nước điện hóa cho tháp giải nhiệt hệ thống water chiller" trước có nghiên cứu liên quan sau: Becker cộng [4] việc điện hóa đưa ion hydroxyl (kềm) vào nước làm mát tuần hồn dẫn đến việc chuyển hóa bicarbonate thành cacbonat, thúc đẩy kết tủa Canxi cacbonat Mật độ dòng điện, lượng điện cung cấp diện tích tế bào điện phân quan trọng xem xét động học cho phản ứng điện hóa Tối đa hóa lưu lượng liên quan giúp trộn lại cụm ion đạt nồng độ đồng toàn nước tháp giải nhiệt chuyển động đồng từ nước tháp sang xử lý Abdel-Shafy cộng [5] xử lý nước xả đáy tháp giải nhiệt phương pháp điện phân cực dương Magiê đơn giản Một cặp điện cực song song có diện tích bề mặt hoạt động 65 cm2 hoạt động chế độ đơn cực đặt theo chiều dọc bể phản ứng 0,6 lít, khoảng cách điện cực cm ghép nối với nguồn điện (30V/5A).Với mật độ dòng điện 142,9 A/m2, điện cực que Magiê loại bỏ 51,80% 93,70% cho độ cứng tổng silica; với chi phí vận hành 0,88 USD/m3 nước xử lý Có thể kết luận phương pháp điện phân sử dụng điện cực que Magiê áp dụng thành cơng để xử lý nước xả đáy để tạo điều kiện tái sử dụng Tuy nhiên, sử dụng điện cực Magiê bị tan, phải hao tốn chi phí thay điện cực Hafez cộng [6] nghiên cứu ảnh hưởng q trình điện hóa cách sử dụng điện cực Al, Fe Zn để loại bỏ ion cứng silica hòa tan từ nước xả đáy tháp giải nhiệt Các điện cực Al, Fe,và Zn làm cực dương thép khơng gỉ dạng kích thước tương tự làm cực âm, cặp điện cực đặt song song cách PHỤC LỤC PHỤ LỤC 1: Bài báo tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật 85 86 87 88 89 90 91 92 93 PHỤ LỤC 2: Catalogue chiller 94 PHỤ LỤC 3: Hình ảnh cáu cặn bám điện cực 95 PHỤ LỤC 4: Số liệu thực nghiệm Bảng 1: Sự sụt giảm độ cứng tổng tần số khác theo thời gian Tần số 0,1 0,5 1,5 10 15 20 25 30 kHz kHz kHz kHz kHz kHz kHz kHz kHz kHz kHz 280 280 280 280 280 280 280 280 280 280 280 20 205 208 197 206 211 203 203 213 219 215 225 40 167 162 155 162 167 157 180 170 190 191 195 60 96 96 90 91 98 92 99 111 117 114 120 80 57 58 53 58 77 58 62 72 79 80 83 100 52 49 38 44 51 48 53 60 63 59 66 Thời gian Bảng 2: Sự sụt giảm số TDS tần số khác theo thời gian Tần số 0,1 0,5 1,5 10 15 20 25 30 kHz kHz kHz kHz kHz kHz kHz kHz kHz kHz kHz 403 403 403 403 403 403 403 403 403 403 403 20 320 327 313 330 335 333 316 340 344 338 352 40 284 278 276 271 284 278 299 282 310 308 312 60 216 222 202 199 225 210 225 234 233 236 244 80 150 145 149 150 175 145 148 168 174 162 189 100 128 138 126 137 142 134 140 148 155 149 155 Thời gian Bảng 3: Hiệu loại bỏ độ cứng tổng CaCO3 (%) tần số khác Tần số kHz Hiệu loại bỏ (%) 0,1 0,5 1,5 10 15 20 25 30 81 83 86 84 82 82 81 79 78 78 76 96 Bảng 4: Chỉ số pH nước làm mát tần số khác Tần số Thời gian 0,1 0,5 1,5 10 15 20 25 30 kHz kHz kHz kHz kHz kHz kHz kHz kHz kHz kHz 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 20 7,5 7,6 7,6 7,6 7,6 7,7 7,7 7,6 7,7 7,7 7,6 40 7,6 7,7 7,7 7,6 7,7 7,7 7,6 7,6 7,4 7,5 7,4 60 7,7 7,7 7,6 7,6 7,3 7,3 7,5 7,4 7,3 7,3 7,4 80 7,6 7,6 7,6 7,6 7,3 7,3 7,4 7,4 7,4 7,3 7,4 100 7,5 7,5 7,5 7,5 7,4 7,3 7,4 7,4 7,4 7,4 7,4 Bảng 5: Hiệu loại bỏ độ cứng tổng tiêu thụ lượng chu kỳ nhiệm xung vụ khác Độ rộng xung điện áp 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Hiệu loại bỏ độ cứng tổng (%) 29 61 71 81 86 88 88 88 Điện tiêu thụ (Wh) 35 39 41 43 45 47 49 52 Bảng 6: Hiệu làm giảm độ cứng tổng mật độ dòng điện hai trường hợp Mật độ dòng điện 20 40 60 80 90 100 Nguồn xung chiều 74 85 92 95 95 95 Nguồn chiều 68 80 82 88 93 93 97 Bảng 7: Tiêu thụ điện mật độ dòng điện hai trường hợp Mật độ dòng Hiệu làm điện Hiệu làm Điện Điện giảm độ cứng giảm độ cứng tiêu thụ wh tiêu thụ wh tổng % tổng % (nguồn xung) (nguồn xung) 20 74 68 35 38 40 85 80 45 49 60 92 82 49 51 80 95 88 53 54 90 95 93 57 60 100 95 93 63 64 Bảng 8: Hiệu xử lý nước tuần hoàn qua bể phản ứng hai trường hợp điện hóa chiều điện hóa xung chiều Thời gian (giờ) Nguồn xung chiều Nguồn chiều 280 280 256 270 245 261 224 252 220 246 211 237 204 228 193 223 180 217 98 Bảng 9: Sự tương quan hiệu xử lý nước điện tiêu thụ hai trường hợp điện hóa chiều điện hóa xung chiều Nguồn xung Chỉ số chiều Nguồn chiều Hiệu loại bỏ độ cứng tổng,% 35,7 22,5 Hiệu loại bỏ TDS, % 25,3 17,4 Điện tiêu thụ, Wh 316 348 99 ... lạnh nước Việt Nam Trong đề tài "Nghiên cứu ảnh hưởng tần số xung điện áp hình chữ nhật đến hiệu xử lý nước điện hóa cho tháp giải nhiệt hệ thống water chiller" nghiên cứu ảnh hưởng tần số xung. .. sóng chữ nhật q trình điện hóa xử lý nước, đánh giá ảnh hưởng phương pháp điện hóa đến hiệu xử lý nước tháp giải nhiệt chiller áp dụng cơng nghệ này, ưu điểm phương pháp điện hóa xung so với điện. .. nước điện hóa cho nước làm mát tháp giải nhiệt hệ thống water chiller giải nhiệt nước 32 Hình 2.11 Thiết bị thương mại xử lý nước tháp giải nhiệt [42] 2.3 Phương pháp xử lý nước điện hóa chiều