Thiết kế hệ thống lọc bụi tĩnh điện cho nghiền than

luan van thac si

Đề tài: Thiết kế hệ thống lọc bụi tĩnh điện cho nghiền than

Chương 1

Tổng quan chung về hệ thống lọc bụi tĩnh điện

Trong thực tế đã dùng các thiết bị lọc bụi khác nhau dựa trên các phương

pháp khác nhau Sau đây xin giới thiệu một số thiết bị lọc bụi và nguyên tắc vận hành của chúng

Lọc bôi theo phương pháp trọng lực:

Các hạt bụi đều có khối lượng, dưới tác dụng của trọng lực các hạt có xu hướng chuyển động từ trên xuống dưới ( đáy của thiết bị ) Tuy nhiên, đối với các hạt nhỏ, ngoài tác dụng của trọng lực còn có lực chuyển động của dòng khí và lực ma sát môi trường Như đã biết trở lực phụ thuộc vào nhiều nhân tố trong đó có kích thước hạt bụi, do đó sẽ ảnh hưởng tới tốc độ lắng của hạt bụi Vì vậy lọc bụi theo phương pháp lọc bụi chỉ áp dụng với những hạt có kích thước lớn

Lọc bôi theo phương pháp ly tâm - xiclôn - tấm chớp - lọc bụi theo quán

tính:

Khi dòng chuyển động đổi hướng hoặc chuyển động theo đường cong, ngoài trọng lực tác dụng lên hạt còn có lực quán tính, lực này lớn hơn nhiều lần so với trọng lực Dưới ảnh hưởng của lực quán tính, hạt có xu hướng chuyển động thẳng, nghĩa

là các hạt có khả năng tách ra khỏi dòng khí Hiện tượng này được sử dụng trong các thiết bị lọc: xiclôn - tấm chớp… Các thiết bị này chỉ có khả năng tách các hạt

có kích thước > 10

µ

m, nên khi dùng để lắng các hạt nhỏ sẽ không có hiệu quả

Lọc bôi theo phương pháp Èm

Khi các hạt bụi tiếp xúc với bề mặt dịch thể các hạt bụi sẽ bám trên bề mặt đó, dựa trên nguyên tắc đó có thể tách các hạt bụi ra khỏi dòng khí Thực nghiệm cho thấy theo phương pháp này chỉ thu hồi các hạt bụi có kích thước > 3

÷

5

µ

m Các hạt bụi

nhỏ nếu lọc bụi theo phương pháp Èm sẽ kém hiệu quả

Lọc bụi điện:

Khí chứa bụi được dẫn qua điện trường có điện thế cao Dưới tác dụng của điện trường khí bị ion hoá Các ion tạo thành bám trên các hạt bụi và tích điện c

ho

chúng Các hạt sau khi tích điện được qua một điện trường, chúng sẽ bị hút về các cực trái dấu Phương pháp này dùng để thu hồi các hạt bụi nhỏ có kích thước bất

kỳ

Ta có thể thấy được ưu điểm vượt trội của thiết bị lọc bụi điện so với các thiết bị lọc bụi khác Nó có thể lọc bụi với các hạt có kích thước bất kỳ

I Cơ sở lý thuyết

1 Khái niệm chung

Như đã biết, trong thực tế tồn tại hai loại điện tích: dương và âm Các điện tích cùng dấu đẩy nhau và khác dấu hút nhau Khi hai vật được điện hoá do ma sát thì

cả hai vật đều tích điện, thêm vào đó nếu một vật tích điện dương thì vật kia tích điện âm Nếu trước khi điện hoá cả hai vật không tích điện thì sau khi điện hoá, thì

số lượng điện tích âm của vật thứ nhất bằng số lượng điện tích dương của vật thứ hai Các điện tích không sinh ra cũng không mất đi, chúng có thể dịch chuyển từ vật này sang vật khác hoặc xáo trộn bên trong vật

Trong bất kỳ vật trung tính nào đều có các điện tích khác dấu nhau, về số lượng của chúng bằng nhau Khi hai vật được ma sát, một phần điện tích của vật này

chuyển sang vật kia khi đó sự cân bằng của điện tích dương và âm sẽ bị phá vỡ và

có sự phân bố lại, trong đó có chỗ dư điện tích âm còn chỗ khác lại dư điện tích dương Nếu tách hai vật đó riêng biệt, chúng trở thành các vật tích điện khác dấu Thực nghiệm cho thấy, điện tích của bất kỳ vật nào gồm số lượng điện tích nguyên tố bằng 1,6.10

-9

Culong

Phần tử nhỏ nhất của điện tích nguyên tố âm là electron khối lượng của nó bằng 9,1.10

-31

kg Phần tử nhỏ nhất bền vững của điện tích nguyên tố dương là prôtôn

có khối lượng bằng khối lượng nguyên tử H

(1,67.10

-27

kg) Prôtôn và electron có

trong tất cả các nguyên tử và phân tử

2 Định luật Culông

Là định luật cơ bản về sự tác dụng tương hỗ về các điện tích, có thể phát biểu: Lực tác dụng của điện tích điểm tỉ lệ thuận với tích số các giá trị của các điện tích

và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng các giữa chúng Lực này hướng theo đoạn thẳng nối trực tiếp giữa hai điện tích Định luật Culông có thể biểu thị bằng công thức:

II Các vấn đề liên quan trong hệ thống lọc bụi điện

1 Điện trường và cường độ điện trường

Khoảng không chứa điện tích có các tính chất vật lý xác định, nếu có một điện tích khác mang vào khoảng không đó nó sẽ chịu một lực tác dụng tĩnh điện theo định luật Culông Trạng thái khoảng không quanh vật tích điện gọi là điện trường Thực nghiệm cho thấy lực tác dụng lên điện tích điểm q nằm trong điện trường, trong các điều kiện khác nhau thì tỉ lệ với đại lượng q, vì vậy lực này không đặc trưng cho bản thân điện trường Để đặc trưng cho điện trường, ta đưa vào một đại

lượng vật lý gọi là cường độ điện trường Lực trong điện trường tác dụng lên một đơn vị dương gọi là cường độ điện trường

Điện tích đơn vị được đặt vào điện trường giả thiết là điện tích điểm gọi là điện tích điểm thử Nếu điện trường tác dụng lên điện tích điểm thử q0 một lực F0 thì cường độ điện trường là E0 sẽ bằng:

Trong hệ đơn vị đo lường quốc tế, đơn vị cường độ điện trường là: mkg/a.s3

2 Thế điện trường và thế hiệu điện trường

Lực tác dụng lên bất kỳ điện tích có trong điện trường khi điện tích đó chu yển

dịch từ điểm này sang điểm khác trong điện trường sẽ thực hiện một công x

ác

định Giá trị của công tỉ lệ với trị số điện tích chuyển dịch không phụ thuộc vào hình dạng đường chuyển dịch mà chỉ phụ thuộc vào khoảng cách giữa các điểm nằm trong điện trường mà điện tích chuyển dịch

Tỷ số công A với trị số điện tích q

1

nghĩa là A/q

1

chỉ phụ thuộc vào điểm đầu và

điểm cuối của điện tích dịch chuyển, còn hình dạng của đường chuyển dịch điện tích không có ý nghĩa

Thế điện trường ở một điểm đã cho là tỷ số giữa công tạo nên do điện tích dương chuyển động từ vô tận đến điểm đã cho của điện trường với trị số điện tíc

h

chuyển dịch Về trị số, thế điện trường bằng công tiêu hao để chuyển dịch một đơn

vị điện tích dương từ điểm vô tận đến điểm đã cho Nếu ký hiệu thế điện trường là ϕ A

ta có

Hi uệ i nđệ thế gi aữ hai i mđể trong i nđệ tr ngườ g iọ là thế hi uệ i nđệ tr ngườ gi aữ hai

i m

để ó.đ N uế thế i nđệ tr ngườ c aủ hai i mđể C và D g iọ là ϕC và ϕD thì thế hi uệ

gi a C và D làữ U b ng:ằ

U = ϕ C - ϕ D

3 Dòng i n trong ch t khí đ ệ ấ - s ự ion hoá

Sự chuy nể d chị có h ngướ c aủ các i nđệ tích g iọ là dòng i n.đệ Các v tậ ch tấ đượ c

chia ra : V tậ d n i n và khôngẫ đệ d n i n.ẫ đệ

Các khí ở i uđề ki nệ trung hoà, ngh aĩ là ở i uđề ki nệ bình th ngườ chúng g mồ các

phân tử và nguyên tử trung hoà, chúng là ngu nồ ion hoá và trở nên d nẫ i n.đệ N uế

khí đượ ion hoá sẽ t oc ạ thành các ion d ngươ và ion âm Trong khí có thể t oạ thành các ion âm vì m t ph nộ ầ t khí trung hoà k t h p v i các i n t tử ế ợ ớ đệ ử ự do

Khí đượ ion hoá d ic ướ nhả h ngưở các tác ngđộ bên ngoài khác nhau như : nung

nóng r tấ m nh, tácạ d ng c a tia r nghen ụ ủ ơ

Khi t ngă thế hi uệ gi aữ các i nđệ c c,ự dòng i nđệ t ngă h uầ như tỉ lệ v iớ i nđệ áp Ti pế

t cụ t ngă i nđệ áp, sự t ngă dòng i nđệ ch mậ l i,ạ n uế t ngă i nđệ áp thêm n aữ thì dòng

i n

đệ không t ngă là do không thay iđổ c ngườ độ ion hoá khí, do v yậ số l ngượ i nđệ

tích tự do trong khí không thay i.đổ

Dòng i nđệ c c i ngự đạ ứ v i c ng ion hoá ã cho g i làớ ườ độ đ ọ dòng i nđệ bão hoà

Khi thế hi uệ đủ l n,ớ các i nđệ tích có trong khí chuy nể ngđộ đượ t ngc ă t cố m nhạ ãđ gây nên sự va pđậ các ph nầ tử khí và ti pế t cụ ion hoá chúng Các ion và i nđệ tử

m iớ t oạ thành sẽ chuy nể ngđộ và đượ t ngc ă t cố b iở tr ngườ i n.đệ Đồ th ing ờ ti pế t cụ ion hoá các ph nầ tử khí m i.ớ Số l ngượ l nớ các ion và electron t oạ thành trong khí

d n ẫ đến làm t ng dòngă i n đệ độ ế t bi n

4 Qu ng ầ sáng trong các thi t b ế ị l c b i i n ọ ụ đ ệ

Th cự ch tấ c aủ quá trình l cọ b iụ i nđệ là sự n pạ i nđệ cho các h tạ b iụ ch aứ trong khí Các h tạ này sẽ đượ tách ra kh ic ỏ dòng khí d iướ tác d ngụ c aủ i nđệ tr ng.ườ Quá trình này x yả ra trong các tr ng i nườ đệ g mồ có các i n c c phóng vàđệ ự i n c c góp.đệ ự

Để tích i nđệ cho các h tạ b iụ thì dòng ion đượ t oc ạ nên b iở qu ngầ sáng trong i nđệ

trườ không ung đề g mồ hai hệ th ngố i nđệ c c:ự i nđệ c cự phóng ( - ) và i nđệ c cự góp (+) i nĐ ệ tích qu ngầ sáng chỉ phát sinh ở c ngườ độ i nđệ tr ngườ xác nh.đị i uĐ ề

ki n ó ph thu cệ đ ụ ộ vào hình d ng,ạ v trí i n c c, thành ph n,ị đệ ự ầ áp su t, nhi t khí.ấ ệ độ

T ngă áp su tấ trong thi tế bị l cọ b iụ có thể cho phép nó làm vi cệ v iớ c ngườ độ i nđệ

trường cao T ng nhi tă ệ khí chođộ k t quế ả ng c l i.ượ ạ

Cườ độđệng i n trường t i u ( phát raố ư qu ng sáng ) ầ được tính theo công th c Pich:ứ

Trong óđ

β; là tỉ số kh iố l ngượ riêng c aủ khí ở i uđề ki nệ làm vi cệ và i uđề ki nệ

chu nẩ

B là áp su tấ khí quy nể N/m2

Pk là áp su t âmấ ho c dặ ư c a khí N/mủ 2

T là nhi t ệ độ khí0C, r là bán kính i n c c phóngđệ ự m

5 S tích ự i n c a các h t b i đ ệ ủ ạ ụ trong thi t b l c b i ế ị ọ ụ i n đ ệ

Vùng c nhạ i nđệ c cự phóng x yả ra sù va pđậ ion g iọ là qu ngầ sáng, vùng n mằ

gi aữ i nđệ c cự phóng và i nđệ c cự góp g iọ là vùng ngoài chi mế ph nầ chủ y uế không gian ch aứ các i nđệ c c.ự Khi i nđệ c cự phóng đượ c pc ấ i nđệ âm, các ion d ngươ t oạ

thành sẽ trung hoà i nđệ ở i nđệ c cự phóng D iướ tác d ngụ c aủ i nđệ tr ngườ các ion

âm s chuy n ẽ ể độ ra vùng ngoài và b hút t i i n c cng ị ớ đệ ự góp

Tuy nhiên m tộ số không l nớ các h tạ b iụ trong qu ngầ sáng tích i nđệ d ngươ thì chúng bị hút v i n c c phóngề đệ ự và l ng trên ó.ắ đ

Sự tích i nđệ tích i nđệ cho các h tạ b iụ trong thi tế bị l cọ là vì có sự b nắ phá ion d iướ tác d ngụ c aủ i nđệ tr ng.ườ Ngoài ra các ion ti pế xúc đượ v ic ớ các h tạ b iụ còn là vì

sự chuy n ng nhi tể độ ệ ph n t ầ ử

M c d u cặ ầ ả hai c chơ ế có tác d ngụ ng th i nh ng tích i nđồ ờ ư đệ do b nắ phá ion là chủ

y uế iđố v iớ các h tạ có kích th cướ > 1

µ

m, còn chuy nể ngđộ nhi tệ làm cho các ion

ti pế xúc v iớ các h tạ b iụ và x yả ra quá trình tích i nđệ v iớ các h tạ có kích th cướ < 1

µm

Theo m cứ t ngă tích i nđệ c aủ các h tạ b iụ iđố v iớ các ion tích i nđệ cùng d u,ấ khi ở

g nầ nhau, có l cự yđẩ t ngă lên, n uế các h tạ b iụ tđạ trị số i nđệ tích t iớ h n.ạ Nói cách khác, khi h t b iạ ụ tích i n t tr sđệ đạ ị ố t i h n, quá trình tíchớ ạ i n c ađệ ủ h tạ ng ng l i.ừ ạ

6 S chuy n ự ể độ ng c a các h t ủ ạ b i ụ đượ c tích i n trong i n tr đ ệ đ ệ ườ ng.

Như ãđ nêu ở trên, d uấ i nđệ tích trên các h tạ c ngũ chính là d uấ mà các ion trao

cho nó Vì v yậ khi các h tạ b iụ ch aứ i nđệ tích n mằ ở gi aữ kho ngả không gian gi aữ

hai i nđệ c cự thì nó sẽ chuy nể ngđộ từ i nđệ c cự phóng t iớ i nđệ c cự góp N uế ở vùng qu ngầ sáng có các ion d ngươ thì m tộ số h tạ b iụ sẽ tích i nđệ d ngươ và bị hút

t i i n c c phóng.ớ đệ ự

L cự tác d ngụ t ngươ hỗ gi aữ i nđệ tr ngườ và i nđệ tích h tạ b iụ b ngằ tích số c ngườ độ

i n tr ng v i tr s i n tích ó

đệ ườ ớ ị ố đệ đ ngh a là:ĩ

F = E.q

Ngoài ra tác d ngụ lên i nđệ tích còn có các l cự sau: tr ngọ l c,ự l cự gió i n,đệ l cự dòng khí cu nố các h tạ b i.ụ Các l cự này tác d ngụ lên các h tạ b iụ trong thi tế bị có

th coi làể không áng k đ ể

L c tác d ng c a i n trự ụ ủ đệ ường lên i nđệ tích có tr s t i h n s b ng:ị ố ớ ạ ẽ ằ

- Đố ớ h t có kích th c > 1i v i ạ ướ µm

Hình I.1 S ơ đồ phân b i n c c phóng và i n c c góp trong thi tố đệ ự đệ ự ế bị

III Các nhân t nh ố ả h ưở ng t i thi t b l c ớ ế ị ọ b i i n ụ đ ệ

Hi u qu th c t trongệ ả ự ế thi t b l cế ị ọ b i t nh i n ph thu c vào nhi uụ ĩ đệ ụ ộ ề nhân t :ố

- Các tính ch tấ v tậ lý c aủ khí c nầ làm s chạ ( thành ph nầ hoá h c,ọ nhi tệ độ , áp su tấ khí )

- Tính ch tấ c a b iủ ụ ( thành ph n hoá h c, các tính ch t i n, phân tán h t b i).ầ ọ ấ đệ độ ạ ụ

- L p b iớ ụ trên i n c c l ng.đệ ự ắ

- Hàm lượ b i banng ụ đầu trong khí

- Độ Èm c a b i trên i n c củ ụ đệ ự l ng vàắ i n c c phóng.đệ ự

- Các thông số i nđệ c aủ thi tế bị ( i nđệ áp, c ngườ độ i nđệ tr ng,ườ t cố độ khí, độ phân tán b i trongụ i nđệ tr ng ).ườ

1 nh h ả ưở ng các tính ch t c a ấ ủ khí c n làm ầ s ch ạ

Cườ độ i nng đệ tr ngườ phụ thu cộ và i nđệ áp c pấ cho i nđệ c cự phóng i nĐ ệ tích h tạ

b i,ụ t cố độ chuy nể ngđộ c aủ chúng ( sau khi tích i n)đệ nđế i nđệ c cự góp phụ thu cộ vào cườ độ i nng đệ tr ng.ườ Do v y,ậ duy trì i nđệ áp c uự iđạ cho phép trên i nđệ c cự phóng là m tộ trong nh ngữ i uđề ki nệ quan tr ngọ nh tấ để thi tế bị tđạ hi uệ quả c cự

i

đạ

Như ãđ xét khi t ngă nhi tệ độ khí thì i nđệ áp gi m,ả i uđề óđ có thể duy trì không có

hi nệ t ngượ xuyên th ng.ủ U xuyên th ngủ tỉ lệ ngh chị v iớ nhi tệ độ c aủ khí Ngoài ra nhi t ệ độ khí còn nh hả ưởng t i tính ch t l p b i trên i nớ ấ ớ ụ đệ c c góp.ự

nh

ả h ngưở c aủ độ Èm khí i nđệ áp thì ng cượ l iạ so v iớ nhả h ngưở c aủ nhi tệ độ :

T ngă độ Èm t oạ khả n ngă t ngă i nđệ áp xuyên th ng,ủ ngoài ra độ Èm còn nhả

hưởng t i tính ch t cácớ ấ l p b i trên i n c cớ ụ đệ ự góp

i n

đệ áp còn phụ thu cộ vào thành ph nầ hoá h cọ c aủ khí, th ngườ là các t pạ ch tấ khí mang i nđệ âm c ngũ như SO3

bị h pấ thụ trong l pớ b iụ ãđ làm thay iđổ tính ch tấ c aủ

chúng

2 nh h ả ưở ng b i ụ và l p b i trên i n c c góp ớ ụ đ ệ ự

nhẢ h ngưở các kích th cướ c aủ b iụ t iớ trị số i nđệ tích mà h tạ b iụ nh nậ đượ t cc, ố

chuy n

độ ể ng c ađộ ủ h t b i t i c c góp sauạ ụ ớ ự khi chúng tích i n.đệ ư

i n

đệ tích các h tạ b iụ l nớ c ngũ như t cố độ chuy nể ngđộ c aủ chúng t iớ c cự góp l nớ

h nơ các h tạ nh ỏ Vì v yậ hi uệ su tấ thu các h tạ l nớ cao h n,ơ th iờ gian chuy nể ngđộ

t iớ c cự góp ng nắ h n.ơ ngoài ra kích th cướ h tạ b iụ còn liên quan t iớ hi nệ t ngượ g iọ

là sự bao kín qu ngầ sáng và liên quan t iớ c uấ t oạ l pớ b iụ trên i nđệ c cự góp Thành

ph nầ hóa h cọ nhả h ngưở t iớ i nđệ trở su tấ c aủ l pớ b iụ trên i nđệ c cự góp, do óđ nhả

hưở t ing ớ hi uệ quả l cọ b i.ụ nhả h ngưở này b tắ uđầ ở th iờ i mđể khi có sự ti pế xúc

gi a h t b i ch a i n tích âmữ ạ ụ ứ đệ v iớ i n c c góp.đệ ự

i n áp trong l pĐ ệ ớ b iụ được bi u th :ể ị

U = b ρ.j (V)

B là chi u dàyề l pớ b iụ cm

ρlà i n trđệ ở su tấ Ωcm

j m t ậ độ dòng i nđệ A/cm2

Cườ độđệng i n trường trong l p b i b ng:ớ ụ ằ

E = U/b = jρ V/cm

L pớ b iụ trên i nđệ c cự góp phụ thu cộ vào kích th cướ h tạ th ngườ chỉ chi mế 10

÷50%

Ph nầ còn l iạ là lỗ tr ngố và khe hở có i nđề yđầ khí Khi c ngườ độ i nđệ tr ngườ l nớ

trong l pớ b iụ l nớ x yả ra sự xuyên th ngủ i nđệ kéo theo sù ion hoá khí trong các khe

n tứ c aủ l pớ b i.ụ Hi nệ t ngượ này g iọ là qu ngầ sáng ng cượ c cự d ngươ và chúng

chuy nể ngđộ về c cự âm Trên đườ chuy nng ể ngđộ chúng g pặ các h tạ ch aứ i nđệ

tích âm và trung hoà chúng Do v yậ hi u su t l c b i s gi mệ ấ ọ ụ ẽ ả và dòng i n t ng.đệ ă

ng

Đồ th iờ v iớ sự thoát ion d ngươ từ c cự góp sẽ t oạ nên i nđệ tr ngườ gi aữ các i nđệ

c cự c aủ thi tế bị như i nđệ tr ngườ gi aữ hai i mđể nh n.ọ V iớ i nđệ tr ngườ như v yậ dễ

bị xuyên th ng.ủ Để tránh hi nệ t ngượ này ph iả gi mả thế hi uệ trong thi tế b ị Sự gi mả

i n

đệ áp bao nhiêu càng gi mả t cố độ chuy nể ngđộ c aủ h tạ t iớ c cự góp b yấ nhiêu, do

v yậ gi mả m cứ độ thu b i,ụ vì thế hi nệ t ngượ t oạ qu ngầ sáng ng cượ không có l iợ

cho hi uệ su t thuấ bôi

3 nh Ả h ưở ng hàm l ượ ng b i ban ụ đầ u trong khí.

Khi hàm lượ b ing ụ cao trong khí, cđặ bi tệ g mồ nhi uề h tạ nhỏ có thể d nẫ nđế hi nệ

tượng bao kín qu ngầ sáng

Cườ độ dòng i nng đệ t ngổ trong không gian gi aữ hai i nđệ c cự b ngằ t ngổ dòng i nđệ

c

đượ mang b iở các ion chuy nể ngđộ có t cố độ l n,ớ và các h tạ b iụ mang i nđệ chuyể

n độ v ing ớ t cố độ nh ỏ Dòng i nđệ do các h tạ b iụ ch aứ i nđệ tích t oạ nên chi mế 1

÷

2% dòng i nđệ t ng trongổ thi t b ế ị

Tuy nhiên vì các h tạ b iụ ch aứ i nđệ tích ở lâu trong i nđệ tr ngườ ( so v iớ các ion

khí) nên chúng t oạ thành các i nđệ tích không gian có tác d ngụ làm gi mả l ngượ

i n

đệ tích đượ chuy nc ể d chị gi aữ các i nđệ c cự trong nđơ vị th iờ gian Để kh cắ ph cụ

hi nệ t ngượ này c nầ làm gi mả n ngồ độ ban uđầ trong khí, t ngă i nđệ áp , t ngă t cố

độ c aủ các h tạ b iụ ch aứ i nđệ tích và t ngă c ngườ độ t oạ thành ion Khi t ngă hàm

lượ b ing ụ trong khí, ngoài khả n ngă làm b nẩ i nđệ c cự góp và i nđệ c cự phóng còn

làm cho thi t b v nế ị ậ hành không n nh.ổ đị

4 nh h Ả ưở ng c a ủ s làm b n ự ẩ i n c c đ ệ ự phóng và góp