TỔNG QUAN
Giới thiệu
Hàn là một phương pháp gia công trong cơ khí, hàn có có đặc điểm là có khả năng ghép nối cố định các chi tiết cơ khí ở mọi loại kích thước Trong quá trình thi công trên công trường (chủ yếu là việc ghép nối các chi tiết cơ khí đã được gia công trước đó), hàn chiếm phần lớn trong khối lượng các công việc Với việc ngành hàn ngày càng phát triển mạnh mẽ, đòi hỏi việc đào tạo nghề hàn cũng phải phát triển theo để đáp ứng nhu cầu nhân lực có tay nghề cao cho thị trường trong và ngoài nước Đặc biệt đối với các trường dạy nghề, bên cạnh Cơ khí chế tạo máy, Điện, Ôtô, ngành hàn được xem là một trong những ngành mũi nhọn Vì lý do đó, các sơ sở đào tạo hiện đang khai thác tối đa hiệu quả làm việc của xưởng hàn, điều này đồng nghĩa với việc lượng khói hàn toả ra ngày một nhiều hơn, khiến cho các thiết bị lọc khói hàn lạc hậu không thể đáp ứng được
Quá trình hàn sinh ra các hạt nhỏ li ti bị phát tán vào không khí, tùy thuộc vào kích cỡ của các hạt này mà thời gian tồn tại của chúng trong không khí và khả năng thâm nhập vào sâu trong cơ thể con người là khác nhau Những phân tử khói hàn này thường được lọc bằng thiết bị cũ, rất mau hư hỏng và bị nghẹt, việc thay thế màng lọc thường xuyên gây rất nhiều tốn kém và không hiệu quả
Vì vậy, việc thiết kế và chế tạo một hệ thống lọc khói hàn mới hứa hẹn sẽ mang đến một giải pháp hữu ích thiết thực cho các cơ sở dạy nghề trong việc đảm bảo sức khoẻ cho học viên, giáo viên, cũng như không gây ô nhiễm môi trường xung quanh, tăng hiệu quả học tập và làm việc Trong các phương pháp có thể sử dụng để lọc bụi khói hàn hiện nay, ESP (ELECTROSTATIC PRECIPITATOR SYSTEM) là phương pháp có tiềm năng nhất để nghiên cứu, lắp đặt và sử dụng.
Tổng quan tình hình nghiên cứu
- Việc sử dụng tĩnh điện để loại bỏ các hạt bụi đã được Hohlfeld phát minh và sử dụng vào năm 1824, tuy nhiên đến gần một thế kỷ sau công nghệ này mới được thương mại hoá vào năm 1908 bởi nhà hoá học người Mỹ Frederick Gardner Cottrell tại Đại học California, Berkeley Các đơn vị ban đầu được sử dụng để loại bỏ sương mù axit sulfuric và khói oxit chì phát ra từ các hoạt động sản xuất
2 và luyện axit Các thiết bị đã giúp bảo vệ các vườn nho ở miền bắc California khỏi khí thải chì
- Baoyu Guo và cộng sự mô phỏng quá trình lọc tĩnh điện với hai thông số điện trường và vận tốc dòng khí bằng phương pháp Eulerian-Lagrangian vào năm 2015
- Yongqi Tong, Liu Liu, Lin Zhang và cộng sự nghiên cứu việc sử dụng điện cực Arista để tăng hiệu suất lọc các hạt mịn vào năm 2019
- Wenchao Gao và cộng sự đã mô phỏng quá trình di chuyển của hạt bụi trong bộ lọc tĩnh điện với các cấu hình điện cực phóng khác nhau vào năm 2019
- Mengxiang Gao và cộng sự nghiên cứu về hiệu suất lọc bụi và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất lọc của bộ lọc tĩnh điện hai giai đoạn vào năm 2019
Việt Nam đã tiếp cận với công nghệ và thiết bi lọc bụi trong các dây chuyền sản xuất khá lâu, được nhập khẩu đồng bộ Trên 20 năm qua, Việt Nam đã nhập hàng chục dây chuyền thiết bị nhà máy nhiệt điện và trên 50 dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng lò quay Trong dây chuyền công nghệ xi măng lò đứng, xi măng lò quay, các thiết bị lọc bụi thường được sử dụng là loại lọc bụi xyclon, lọc bụi ướt, lọc bụi tĩnh điện, lọc bụi ly tâm Các loại lọc bụi xyclon, lọc bụi ướt chủ yếu do Việt Nam chế tạo, còn các loại lọc bụi tĩnh điện thường nhập từ các nước có nền công nghiệp tiên tiến như CHLB Nga, Nhật bản, CHLB Đức, CH Pháp, Đan Mạch, Hàn quốc, Trung Quốc
Một số cơ sở, đơn vị trong nước có kinh nghiệm trong lĩnh vực này gồm:
- Viện IMI: Năm 2004 đã nghiên cứu thiết kế, công nghệ chế tạo thiết bị lọc bụi tĩnh điện năng suất 1230 m3/phút cho máy nghiền xi măng trong nhà máy xi măng 1,4 triệu tấn năm Trong đó đã thiết kế thiết bị lọc bụi tĩnh điện theo mẫu của nước ngoài, tính toán các thông số kỹ thuật chính, lập quy trình công nghệ chế tạo, chế tạo và đưa vào ứng dụng bộ điều khiển cho thiết bị [3]
- Viện luyện kim mầu: Là đơn vị cũng đã nghiên cứu và chế tạo thiết bị lọc bụi công suất nhỏ cho nghành công nghiệp Loại lọc bụi tĩnh điện nhỏ cho dây chuyền xi măng lò đứng cỡ 6 ÷ 8 vạn tấn/năm đã được Viện chế tạo và lắp đặt tại xi măng Lưu Xá và Cầu Đước trong những năm 1995-1997 nhưng hiệu quả sử dụng còn bị hạn chế [3]
- Viện nghiên cứu cơ khí, Bộ Công thương (NARIME): Giai đoạn đầu 2008 -
2009 Viện đã thực hiện nhiệm vụ KHCN cấp nhà nước: ”Nghiên cứu thiết kế lọc
3 bụi công suất lớn” Nhiệm vụ của giai đoạn đầu chỉ nghiên cứu thiết kế Viện đã thực hiện nghiên cứu cơ bản về thiết kế và công nghệ chế tạo trong điều kiện trang thiết bị của Việt nam Ngoài phần thiết kế, Viện đã xây dựng được mô hình điều khiển Giai đoạn năm 2013-2014, Viện Narime đã được Bộ KHCN giao đề tài KHCN cấp nhà nước: ”Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo lọc bụi tĩnh điện công suất 1.000.000m3/h” Viện Narime đã hợp tác với công ty KONDORECO – SF NIIOGAZ của CHLB Nga với vai trò là tư vấn thiết kế Đây là loại thiết bị lọc bụi tĩnh điện tiên tiến, lần đầu tiên được nghiên cứu thiết kế tại Việt nam do Viện Narime chủ trì chế tạo, lắp đặt, vận hành và đưa vào phục vụ sản xuất [3]
Ứng dụng lọc bụi tĩnh điện để lọc khói hàn
Nhiễm độc khói hàn là một trong những bệnh nghề nghiệp phổ biến hay xảy ra với thợ hàn nói chung và các công việc phụ trợ liên quan đến nguyên công hàn nói riêng, đặc biệt là tại các cơ sở giảng dạy nghề hàn Trong thời buổi hội nhập và phát triển của khoa học kỹ thuật, việc xử lý khói hàn đã và đang được chú trọng để đảm bảo sức khoẻ cho người thợ hàn cũng như môi trường sống xung quanh, tuy nhiên, vì nhiều lý do khách quan, một số cơ sở vẫn chưa thực hiện tốt việc lọc và xử lý lượng khói độc nguy hiểm này
Tại một số cơ sở giảng dạy nghề hàn, diện tích nhỏ hẹp cũng như kinh phí duy trì nhà xưởng, phòng học thực hành còn thấp, dẫn đến việc hệ thống lọc không đạt hiệu quả hoặc xả thẳng khói hàn ra ngoài môi trường xung quanh
Hình 1.1 Bộ lọc kém chất lượng, thường xuyên bị ngẹt lớp than hoạt tính
Hình 1.2 Khói hàn được xả thẳng ra môi trường không qua hệ thống lọc
Việc thiết kế, chế tạo một bộ lọc mới với hiệu quả tốt hơn, kinh phí vận hành và bảo trì thấp hơn, phù hợp với quy mô và điều kiện của từng cơ sở là yếu cầu tất yếu và cấp thiết Sau khi phân tích các yếu tố vế đặc điểm điều kiện tại cơ sở, giá thành, độ ồn, hiệu suất…giữa các phương án tháp hấp thụ, đầu tư thiết bị mới và cải tiến thiết bị cũ thành hệ thống lọc tĩnh điện thì phương án thứ ba: Cải tiến hệ thống lọc cũ thành hệ thống lọc tĩnh điện là khả thi và phù hợp nhất
Hình 1.3 Thiết bị lọc khói hàn bằng công nghệ lọc tĩnh điện tại Trường Cao Đẳng
Máy lọc khói hàn tĩnh điện tại trường Cao đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng được phát triển dựa trên các thông số sẵn có của thiết bị lọc cũ để tiết kiệm chi phí thay mới Máy lọc có ba lớp lọc: (1) màng lọc sơ cấp bằng bông lọc G2, (2) phin lọc tĩnh điện, (3) màng lọc than hoạt tính
Hình 1.4 (1) màng lọc bụi G2, (2) phin lọc tĩnh điện, (3) màng lọc than hoạt tính
Hình 1.5 Kết qua đếm hạt bụi khi máy lọc hoạt động
Sau khi thiết kế và chế tạo, máy được đưa vào vận hành thử nghiệm và bước đầu cho ra kết quả khả quan Với thiết bị đếm hạt bụi HT-9600, dòng khí đầu ra sau mỏy lọc cú số hạt bụi < 2.5àm là 24, số hạt bụi từ 2.5ữ10àm là 92, đạt yờu cầu về tiêu chuẩn khí sạch theo tiêu chuẩn QCVN 05:2013/BTNMT, hiệu suất lọc bụi lên đến 99.9%
Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
Quá trình lọc khói hàn chịu ảnh hưởng của nhiều thông số, việc phân tích để xác định đúng các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất lọc là cực kỳ quan trọng Nghiên cứu này nhằm mục tiêu xác định vùng công nghệ tối ưu cho quá trình lọc tĩnh điện, tiết kiệm chi phí chế tạo, lắp đặt, vận hành và bảo trì bảo dưỡng
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của các quá trình lọc khói tĩnh điện
- Phân tích các thông số ảnh hưởng đến hiệu suất lọc khói hàn
- Tiến hành thực nghiệm, sử dụng phương pháp thống kê và tối ưu hóa để phân tích dữ liệu, từ đó rút ra bộ thông số công nghệ tốt nhất trong điều kiện thí nghiệm
Lợi ích và ý nghĩa của đề tài
Đảm bảo không khí đầu ra không gây ảnh hưởng đến sức khoẻ con người và giúp cải thiện môi trường
Nâng cao hiệu suất lọc của màng lọc than hoạt tính, giảm chi phí cho việc lắp đặt và duy trì hệ thống xử lý khói so với hiện tại
Do những lợi ích to lớn như vậy, với việc chọn được bộ thông số công nghệ tối ưu sẽ giúp nâng cao khả năng ứng dụng thực tiễn của phương pháp lọc khói, tiết kiệm năng lượng, cải thiện điều kiện lao động
CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ GIẢ THUYẾT KHOA HỌC
Khái niệm chung về bụi và phân loại
Các phần tử chất rắn thể rời rạc (dạng hạt) có thể được tạo ra trong các quá trình nghiền, ngưng kết và các phản ứng hóa học khác nhau Dưới tác dụng của các dòng khí hoặc không khí, chúng chuyển thành trạng thái lơ lửng và trong điều kiện nhất định chúng tạo thành thứ vật chất mà người ta gọi là bụi.[1]
Bụi là một hệ thống gồm hai pha: Pha khí và pha rời rạc – các hạt có kích thước nằm trong khoảng từ kích thước nguyên tử đến khi nhìn thấy được bằng mắt thường, có khả năng tồn tại ở dạng lơ lửng trong thời gian dài ngắn khác nhau
Sol khí (aêrozon) cũng là hệ thống vật chất rời rạc gồm các hạt thể rắn và thể lỏng ở dạng lơ lửng trong thời gian dài không hạn định Tốc độ lắng chìm của các hạt aêrozon rất bé Những hạt bé nhất của aêrozon có kích thước gần bằng kích thước các nguyờn tử lớn, cũn những hạt lớn nhất cú kớch thước khoảng 0,2 ữ 1àm
Khái niệm về aêrozon thô có thể xem là đồng nghĩa với bụi Aêrozon có thể là kích thước hạt đồng nhất (monodisperse, isodisperse) hoặc không đồng nhất (polydisperse, heterodisperse)
Bụi thu giữ được hoặc bụi đã lắng đọng thường đồng nghĩa với khái niệm “bột”, tức là loại vật chất vụn, rời rạc
Kích thước của hạt bụi δ được hiểu là đường kính, độ dài của hạt hoặc lỗ rây, kích thước lớn nhất của hình chiếu của hạt Đường kính tương đương δtđ của hạt bụi có hình dáng bất kỳ là đường kính hình cầu có thể tích bằng thể tích của hạt bụi
Vận tốc lắng chìm vc của hạt bụi là vận tốc rơi của hạt trong môi trường tĩnh dưới tác dụng của trọng lực Vận tốc lắng chìm phụ thuộc vào kích thước của hạt, hình dáng và khối lượng đơn vị của nó cũng như khối lượng đơn vị và độ nhớt của môi trường Đường kính lắng chìm δc của hạt bụi là đường kính hạt bụi hình cầu mà vận tốc rơi và khối lượng đơn vị của nó bằng vận tốc và khối lượng đơn vị của hạt bụi có hình dáng phi chuẩn đang xem xét
Về kích thước, bụi được phân chia thành các loại sau đây:
- Bụi thụ, cỏt bụi (grit): gồm cỏc hạt bụi chất rắn cú kớch thước hạt δ > 75àm
- Bụi (dust): hạt chất rắn cú kớch thước nhỏ hơn bụi thụ (5ữ75 àm) được hỡnh thành từ các quá trình cơ khí như nghiền, tán, dập …
- Khói: gồm các hạt vật chất có thể là rắn hoặc lỏng được tạo ra trong quá trình đốt chỏy nhiờn liệu hoặc quỏ trỡnh ngưng tụ cú kớch thước hạt δ = 1ữ 5àm Hạt bụi cỡ này có tính khuếch tán rất ổn định trong khí quyển
- Khúi mịn (fume): gồm những hạt chất rắn rất mịn, kớch thước hạt δ < 1àm
- Sương (mist): hạt chất lỏng kớch thước δ < 10àm Loại hạt cỡ này ở một nồng độ đủ để làm giảm tầm nhìn thì được gọi là sương giá (fog)
Có sự khác biệt đáng kể về tính chất cơ lý hóa của các hạt có kích thước nhỏ nhất và lớn nhất Các hạt cực nhỏ thì tuân theo một cách chặt chẽ sự chuyển động của môi trường khí xung quanh, trong khi đó các hạt lớn – như bụi thô chẳng hạn thì rơi có gia tốc dưới tác dụng của lực trọng trường và nhờ thế chúng dễ dạng bị loại bỏ ra khỏi khối khí (dễ lọc sạch) Tuy vậy, những hạt bụi có kích thước lớn cũng có khả năng bị cuốn đi rất xa khi điều kiện thời tiết thuận lợi Ví dụ hiện tượng mưa bụi trên một phạm vi rộng lớn ở phía nam nước Anh vào mùa hè 1968 sau đó được gội sạch nhờ cú mưa là do những hạt cỏt cú kớch thước ≈ 50àm bị giú cuốn theo
Những hạt bụi có tác hại lớn nhất đối với sức khỏe con người là khi chúng có thể thâm nhập sâu vào tận phổi trong quá trình hô hấp – tức những hạt có kích thước δ < 10àm Người ta gọi cỡ bụi này là bụi hụ hấp.
Khói hàn
2.2.1 Ảnh hưởng của khí và bụi sinh ra trong quá trình hàn
Quá trình hàn sinh ra các hạt nhỏ li ti bị phát tán vào không khí, tùy thuộc vào kích cỡ của các hạt này mà thời gian tồn tại của chúng trong không khí và khả năng thâm nhập vào sâu trong cơ thể con người là khác nhau
Những phân tử khói hàn được hình thành chính từ sự bay hơi của kim loại và của chất hàn khi nóng chảy Khi nguội đi lượng hơi này ngưng tụ và có phản ứng với oxy trong khí quyển, rồi hình thành nên các phân tử nhỏ mịn (fine particles) Khoảng 90% khói sinh ra từ chất sẽ bị thiêu đốt
Cỏc phõn tử này cú kớch thước khoảng từ 0,01 – 1 àm Những phõn tử này gõy tính độc hại cho công nhân rất cao Các phân tử càng bé thì càng gây nhiều nguy hiểm hơn
Một số khí khác sinh ra trong quá trình hàn cũng dẫn đến nguy hiểm nếu không được thông gió trong nhà xưởng
- Cỏc hạt cú kớch cỡ trờn 100 àm khụng tồn tại lõu trong khụng khớ thường sẽ rơi xuống xung quang vũng hàn ngay sau khi bị phát tán vào không khí
- Cỏc hạt cú kớch cỡ từ 30 àm đến 100 àm tồn tại khụng lõu trong khụng khớ, chúng ta có thể hít phải xong nó sẽ bị lọc bởi màng nhày ở mũi
- Cỏc hạt cú kớch cỡ từ 5 đến 30 àm dễ dàng thoỏt qua được hệ thống lọc tại mũi, và vào được khí quản tuy nhiên chúng sẽ bị giữ lại bởi các các hệ thống lọc của cơ thể tại đây
- Cỏc hạt cú kớch cỡ dưới 5 àm tồn tại lõu trong khụng khớ và khi chỳng ta hớt phải chúng có thể xâm nhập được đến các túi khí nằm tại phổi Tại đây chúng ta sẽ khó loại bỏ chúng ra khỏi cơ thể, việc loại bỏ bằng các cơ chế sinh học tự nhiên chỉ diễn ra từ từ
Cơ thể con người không thể ngừng việc hô hấp, mặt khác hàng ngày chúng ta lưu thông một lượng không khí rất lớn qua phổi do đó chỉ cần một lượng chất độc hại với tỷ lệ nhỏ tồn tại trong không khí vẫn có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng cho sức khỏe
2.2.2 Kích cỡ phân tử ảnh hưởng đến sức khoẻ của thợ hàn
Cỏc phõn tử khúi hàn trong khoảng dưới 0,01 - 1 àm tại nguồn và 1- 2 àm ở vùng thở của công nhân Kích thước những phân tử này sẽ gây ảnh hưởng tới hệ hô hấp Những phõn tử lớn hơn 5 àm sẽ ngưng tụ trờn đường hụ hấp, cũn cỏc phõn tử từ 0,1- 5 àm sẽ đi theo đường vào phổi và ngưng tụ ở đú
Những căn bệnh có nguy cơ mắc phải nếu công nhân nếu tiếp xúc với khói hàn nhiều như: viêm phế quản, viêm phổi, ung thư phổi, hen suyễn, một số bệnh về mắt, da…
2.2.3 Các nguồn phát sinh khí và bụi trong quá trình hàn
- Kim loại bù, thuốc bảo vệ
- Tác động của nhiệt lên môi trường
- Các chất phủ, các lớp mạ bề mặt vật hàn
- Bụi sinh ra trong quá trình mài, gia công cơ khí
- Bản thân môi trường làm việc
2.2.4 Thành phần hoá học trong khói hàn
- Nhôm: Hít phải bột nhôm trong thời gian dài sẽ gây ra các tổn thương lên phổi Chuẩn Hoa Kì giới hạn dưới 5mg trên một mét khối
- Antimon: Gây dị ứng rối loạn chuyển hóa protein và cacbonhidrat
- Asen: Tác nhân gây ung thư gây ra các tổn thương lên gan
- Amiang: Tác nhân gây ung thư phổi phổ biến
- Bari: Có tính độc cao gây ra các hiện tượng co giật
- Berili: Có tính độc cao, tiếp xúc có thể gây tử vong
- Cadimi: Có tính độc cao, là chất gây ung thư gây ra các vấn đề trầm trọng về sức khỏe ngay cả khi tiếp xúc với nồng độ thấp
- Crom: Gây bệnh xơ phổi, Crom VI nghi ngờ là chất gây ung thư
- Coban: Gây ra các hiện tượng hen suyễn, dị ứng da
- Đồng: Gây sốt đau đầu mệt mỏi, một số hợp chất của đồng rất nguy hiểm
- Flo: Tiếp xúc với nồng độ lớn gây dị ứng khó chịu và ảnh hưởng lâu dài đến xương
- Sắt: Gây ra các vấn đề nghiêm trọng đến phổi mà không có các triệu chứng báo trước
- Chì: Gây đau đầu, rối loạn giấc ngủ, hệ tiêu hóa, thiếu máu và các gây ra các tổn thương lên hệ thần kinh
- Mangan: Gây dị ứng da, mắt, gây sốt đau đầu
- Thủy ngân: Ăn mòn da, mắt, gây đau dạ dày, tiêu chảy, tổn thương thận, suy hô hấp
- Molypden: Không chắc chắn có ảnh hưởng đến sức khỏe
- Nikel: Gây hiện tượng dị ứng da tiếp xúc
- Bạc: Gây ra các vấn đề về đường hô hấp
- Thiếc: Gây ra các vấn đề nghiêm trọng đối với phổi mà không có các triệu chứng báo trước
- Titan: Không chắc chắn có ảnh hưởng đến sức khỏe
- Vonfram: không chắc chắn có gây các ảnh hưởng đến sức khỏe
- Vanadi: Gây tức ngực khó thở, viêm phế quản
- Thori: Là hợp kim có trong kim hàn TIG là nguyên tố phóng xạ, do đó hơi Thori rất độc hại do đó cần có biện pháp quản lý chặt chẽ hàm lượng Thori
- Kẽm: Gây ra triệu chứng sốt, đau đầu nhưng nhanh hồi phục
- Argon-Heli: Chỉ gây ngạt nếu trong môi trường thiếu oxy
- CO: Sinh ra do quá trình đốt cháy không hết gây ra các hiện tượng chóng mặt nhức đầu do CO ngăn cản hồng cầu tiếp xúc oxy có thể gây ngất
- Oxit nito: Chất khí sinh ra do nito tác động với oxy nó gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ hô hấp và tuần hoàn
- Ozon: Sinh ra do tác động của tia cực tím lên oxy không khí Gây khó chịu ảnh hưởng lâu dài lên phổi
- Photgen: Chất hơi độc sinh ra do tác động của tia cực tím lên các dung môi clo, gây tổn thương nghiêm trọng lên phổi Do đó cần tránh để các dung môi clo gần khu vực hàn
Lọc bụi tĩnh điện
2.3.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của thiết bị lọc bụi bằng tĩnh điện
Thiết bị lọc bụi tĩnh điện (ESP) gồm một dây kim loại nhẵn tiết diện bé 1 được căngtheo trục ống kim loại 2 nhờ có đối tượng 3 (hình 2.1).
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu ống [1]
Dây kim loại được cách điện hoàn toàn với các bộ phận xung quanh tại vị trí
4 và được nạp điện một chiều với điện thế cao, khoảng 50.000V trở lên Đó là cực âm của thiết bị Cực dương là ống kim loại bao bọc xung quanh cực âm và được nối đất Dưới điện thế cao mà dây kim loại (cực âm) được nạp, nó sẽ tạo ra bên trong ống cực dương một điện trường mạnh và khi dòng khí mang bụi đi qua, những phân tử khí trong dòng khí sẽ bị ion hóa rồi truyền điện tích âm (electron) cho hạt bụi dưới các tác động va đập quán tính (bắn phá) và hoặc khuếch tán ion
Nhờ thế các hạt bụi bị hút về phía cực dương, đọng lại trên bề mặt trong của ống hình trụ, mất tích điện và rơi xuống phễu chứa bụi
Ngoài thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu ống, người ta còn có thể tạo cực dương hút bụi bằng các tấm bản đặt song song hai bên các dây cực âm và lúc đó ta có thiết bị lọc bằng điện kiểu tấm bản (hình 2.2)
Hình 2.2 Thiết bị lọc bụi tĩnh điện kiểu tấm bản [1]
Các kiểu thiết bị lọc bụi bằng tĩnh điện vừa nêu trên được gọi là kiểu một vùng (giai đoạn), tức là vùng ion hoá và vùng hút bụi cùng kết hợp làm một Nhược điểm của loại thiết bị này là đòi hỏi phải có nguồn cao áp 50 ÷ 100KV Với điện áp cao như vậy những hiện tượng không mong muốn thường xảy ra như tạo khí NOx , ozon…và khá phức tạp trong khâu cấp điện Để tránh những nhược điểm nêu trên, người ta chế tạo loại thiết bị lọc bụi bằngđiện hai vùng Sơ đồ nguyên lý của loại này được thể hiện ở hình 2.3 và 2.4
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị lọc bụi bằng điện hai vùng [1]: 1-Vùng ion hóa; 2-vùng hút bụi; 3-bộ phận nắn dòng và tăng điện áp
Hình 2.4 Sơ đồ phối cảnh của thiết bị lọc bụi tĩnh điện hai vùng [1]
Hiệu quả lọc của thiết bị lọc bằng điện phụ thuộc chủ yếu vào kích thước của hạt bụi, cường độ của điện trường và thời gian hạt bụi nằm trong vùng tác dụng của điện trường Trong thiết bị lọc bằng điện hai vùng, nguồn điện có điện áp 220V được cấp vào bộ phận nắn dòng và tăng điện áp để tạo thành nguồn điện một chiều với điện áp 13 và 6,5kV Điện áp 13kV được nối vào các điện cực dương bằng dây
17 thép mảnh đường kính âm dương xen kẽ dưới dạng các tấm bản đặt cách nhau 10mm, cực âm nối đất và cực dương nối với nguồn điện cõ 6,5kV
2.3.2 Đặc điểm và phân loại lọc bụi tĩnh điện khô
Phân loại lọc bụi tĩnh điện được trình bày trong hình 2.5
Hình 2.5 Phân loại lọc bụi tĩnh điện khô [1]
Vì muốn hướng đến ứng dụng lọc khói hàn bằng phương pháp lọc tĩnh điện nên đề tài chỉ xin đề cập đến thiết bị lọc bụi tĩnh điện loại khô, là thiết bị làm sạch khí xảy ra trong điều kiện nhiệt độ cao hơn điểm sương, bụi thu được luôn ở trạng thái khô + Theo vùng:
Lọc bụi tĩnh điện khô có thể chia thành hai nhóm:
- Nhóm một vùng (một giai đoạn), giai đoạn ion hoá và giai đoạn lắng bụi xảy ra trong cùng một vùng đươc bố trí cực phóng và cực lắng
- Nhóm hai vùng (hai giai đoạn), giai đoạn ion hoá xảy ra ở vùng một và giai đoạn lắng bụi xảy ra ở vùng hai theo chiều di chuyển của dòng khí bụi
+ Theo hình dáng cực lắng:
Thiết bị một vùng chia ra hai loại, kiểu ống và kiểu tấm bản
- Kiểu ống là loại thiết bị lọc bằng điện kiểu đứng Khí cần làm sạch di chuyển bên trong ống, hệ thống cực phóng đặt tại trung tâm ống và được cách điện với vỏ máy Thiết bị kiểu ống có thể bố trí nối tiếp tạo thành thiết bị nhiều trường. Theo hướng của khí trong vỏ máy loại thiết bị tấm bản lại chia ra: kiểu nằm ngang và kiểu đứng:
- Loại nằm ngang: Khí di chuyển theo phương song song với mặt đất, còn phương lực trọng trường của bụi thì cắt phương di chuyển của dòng khí.
- Loại đứng: Khí di chuyển theo phương vuông góc với mặt đất, còn phương lực trọng trường của bụi thì trùng phương di chuyển của dòng khí nhưng cùng chiều hoặc ngược chiều, tùy theo dòng khí hướng lên trên hoặc xuống dưới.
- Khi bố trí lắp nối tiếp riêng biệt các cực thì tạo thành thiết bị nhiều trường, khi bố trí lắp các trường song song trên cùng cao độ thì tạo thành thiết bị nhiều đơn nguyên (nhiều phần) hoạt động độc lập tương đối với nhau, trong trường hợp phải bố trí các trường chồng lên nhau thì tạo thành thiết bị hai tầng Nếu phải phân tầng, phương án tối ưu (nếu mặt bằng cho phép) thì nên bố trí các trường lọc song song nhưng đặt trong một thân vỏ Sự phân chia loại thiết bị lọc bụi bằng điện thể hiện trên sơ đồ hình 2.5
Hiệu suất lọc bụi bằng tĩnh điện
2.4.1 Phương trình của phương pháp lọc bụi bằng tĩnh điện Đầu tiên ta xem xét trường hợp thiết bị lọc bụi bằng kiểu ống, bán kính ống cực dương hút bụi là R, đường kính dây kim loại cực âm ở giữa rất nhỏ so với R ta có thể bỏ qua Ta chọn trục x trùng với dây cực âm – tức trục của ống hình trụ và trục y của trục là vuông góc theo phương bán kính của hình trụ (hình 2.1)
Hình 2.6 Sơ đồ tính toán thiết bị lọc bụi kiểu ống.[1]
Nếu dòng khí chuyển động trong ống với vận tốc trung bình tương đối nhỏ tức là chế độ chuyển động của khí mang tính chất chảy tầng thì trường vận tốc trên mặt cắt ngang của ống sẽ có dạng gân như parabol Lúc đó vận tốc dòng khí chảy dọc theo trục x tại tung độ y bất kỳ sẽ được biểu diễn bằng phương trình (2.6), [1]:
𝑅 (2.1) Trong đó: vmax - vận tốc cực đại của dòng khí ở tại tâm của tiết diện ống Có thể chứng tỏ được rằng vmax đúng bằng 2 lần vận tốc trung bình của dòng khí trong ống, tức là [1]:
𝜋𝑅 (2.2) Với: L -Lưu lượng của dòng khí đi qua ống, m 3 /s;
R -Bán kính tiết diện ngang của ống, m
Vận tốc di chuyển của hạt bụi dưới tác dụng của lực tĩnh điện:
Từ (2.1) và (2.3) ta có thể rút ra được:
Tích phân phương trình (2.4) với lập luận rằng giới hạn cuối cùng của hạt bụi để nó bị giữ lại trong thiết bị là khi nó đi hết chiều dài l của ống hình trụ thì nó cũng vừa chạm vào thành ống [1]:
Khi chế độ chuyển động của khí trong ống là chảy rối thì trường vận tốc trên mặt cắt ngang của ống gần như hình chữ nhật, tức vận tốc ở tâm cũng như ở cách xa tâm đều bằng nhau 𝑣 ≈ = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 lúc đó ta sẽ có:
Cần lưu ý rằng chuyển động của dòng khí trong thiết bị lọc bụi bằng tĩnh điện trên thực tế thường mang tính chấy chảy rối Biểu thức (2.5), (2.6) là phương trình của thiết bị lọc bụi bằng tĩnh điện
Bởi vì là hàm số của đường kính hạt bụi , nên các phương trình nêu trên cho phép ta xác định được chiều dài l của thiết bị lọc ứng với các thông số khác đã cho để toàn bộ cỡ bụi đường kính nào đó cho trước đều bị giữ lại trong thiết bị lọc, nói cách khác là để thiết bị đạt hiệu quả lọc 100% đối với cỡ bụi cho trước
Ngược lại, khi mọi thông số của thiết bị lọc đã biết, các phương trình (2.5); (2.6); cho phép ta xác định được cỡ hạt bụi đường kính mà tất cả các loại hạt có đường kính ≥ bị giữ lại hoàn toàn trong thiết bị Các cỡ bụi nhỏ hơn cũng có thể bị giữ lại trong thiết bị nhưng ở mức hiệu quả dưới 100%
2.4.2 Hiệu suất lọc theo cỡ hạt của thiết bị lọc bụi tĩnh điện.
Hình 2.7 Sơ đồ tính toán hiệu suất lọc của thiết bị kiểu tấm bản [1]
Ta xem xét tường hợp thiết bị lọc bụi tĩnh điện kiểu tấm bản:
Giả thiết sự phân bố nồng độ bụi trên tiết diện ngang của thiết bị là như nhau và không phụ thuộc vào khoảng cách từ đầu vào đến tiết diện xem xét
Giá trị tuyệt đối của nồng độ bụi dọc theo chiều dài của thiết bị lẽ dĩ nhiên là giảm dần Mức độ lọc của thiết bị được xác định theo trị số trung bình của nồng độ bụi trên toàn tiết diện ngang của thiết bị Ta kí hiệu trị số nồng độ trung bình nói trên tại mặt cắt ngang ở khoảng cách x tính từ đầu vào của thiết bị là Cx (hình 2.7) Lúc đó nồng độ C0 của bụi ở gần các bản cực hút bụi có thể biểu diễn dưới dạng:
Trong đó: Ψ – Hệ số tỷ lệ - hằng số đối với mọi mặt cắt bất kì khi giả thiết rằng quy luật phân bố nồng độ trên mặt cắt là không thay đổi theo x
Do có sự tích tụ của bụi trong thời 𝑑 trên mặt của bả cực hút bụi diện tích 2hdx, khối lượng bụi trong khí giảm xuống một đại lượng là dm Ta sẽ có:
𝜔 - vận tốc di chuyển của hạt bụi về phía cực hút bụi, m/s; h – chiều cao của tấm bản cực hút bụi, m
Sự giảm khối lượng bụi dẫn đến sự thay đổi nồng độ trung bình một đại lượng là dCx Do đó ta có thể viết: dm*hx.dCx (2.9) Trong đó: a - khoảng cách từ cực ion hoá đến tấm bản cực hút bụi, m
Hợp nhất các phương trình (1.7); (1.8); (1.9) ta thu được:
𝑎 𝑑𝜏 (2.10) Sau khi tích phân (1.10) với các cận vế trái là từ C1 đến C2 và vế phải là từ 0 đến
𝜏, tiếp theo thay thời gian 𝜏 bằng tỷ số của chiều dài l và vận tốc v, ta sẽ có:
C1; C2 – nồng độ bụi ban đầu và cuối cùng của khí ở trước và ở sau bộ lọc, mg/m 3 hoặc g/m 3 ; v – vận tốc trung bình của dòng khí đi giữa các tấm bản, m/s
Hiệu suất lọc của thiết bị được biểu diễn qua nông độ dầu và cuối của bụi khí đi qua bộ lọc theo công thức:
𝐶 (2.12) Thay giá trị C2 từ phương trình (1.11) vào biểu thức (1.12)
𝑎𝑣 (2.13) Trường hợp thiết bị lọc bụi kiểu ống ta cũng lập luận một cách tương tự đối với thiết bị lập kiểu tấm bản, nhưng có một vài thay đổi cho phù hợp Cụ thể là trên sơ đồ tính toán ở hình 2.2, thay vì cho khảng cách a, ta sẽ có bán kính R của cực hút
23 hình trụ, còn trục x là trục hình trụ và đồng thời đó là cực ion hoá của bộ lọc Lúc đó diện tích bề mặt hút bụi của đoạn dx sẽ là: 2πRdx (thay cho 2hdx ở kiểu tấm bản), còn thể tích khối khí của đoạn dài dx sẽ là: 2π 2 Rdx (thay cho 2ahd ở kiểu tấm bản) Kết quả cuối cùng công thức xác định hiệu suất lọc của thiết bị lọc bụi tĩnh điện kiểu ống có dạng như sau:
𝑅𝑣 (2.14) Nếu gọi A là diện tích bề mặt hút bụi của bộ lọc thì: Đối với bộ lọc kiểu tấm bản: A=2lh Đối với bộ lọc kiểu ống: A= 2πRl
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất lọc bụi tĩnh điện
2.5.1 Ảnh hưởng của tính chất khí cần làm sạch
Hình 2.9 Ảnh hưởng của kích thước hạt bụi tới hiệu suất lọc của một số dạng bản cực [1]
Tính chất khí cần lọc cần hiểu là đặc tính của bụi có trong khí như kích thước hạt bụi, tính chất hạt bụi Kích thước hạt bụi ảnh hưởng tới khả năng thu bụi (đồ thị hình 2.9), [1] Cả hai đặc tính trên đều làm giảm hiệu suất thiết bị
2.5.2 Ảnh hưởng của điện trở suất lớp bụi
Hình 2.10 Đồ thị ảnh hưởng điện trở suất tới hiệu suất thu bụi [1]
Giá trị điện trở suất của lớp bụi bám trên các điện cực là một trong các yếu tố có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất làm việc của thiết bị LBTĐ kiểu khô Tồn tại giá trị điện trở suất tới hạn, tại giá trị đó hiệu suất làm việc của thiết bị LBTĐ giảm đột ngột Điều này xảy ra là do sự xuất hiện của dòng corona ngược hoặc do sự sụt giảm điện thế trên lớp bụi có điện trở suất lớn bám trên điện cực lắng Đồ thị mô tả trên hình 2.10, [1] Độ dẫn điện (điện trở suất) của lớp bụi trên các bản cực ảnh hưởng tới khả năng tích bụi trên các bản cực Bụi chứa trong khí được chia thành 3 nhóm, [1]:
- Nhóm I: ρ < 10 4 Ω.cm: Khi lắng vào các điện cực, các hạt bụi bị mất điện tích ngay nên có thể bị cuốn đi lần nữa theo khí, bụi không bị lắng trên bản cực;
- Nhóm II: ρ = 10 4 ÷ 2.10 10 Ω.cm: Lọc bụi tĩnh điện khử tốt nhất, vì lắng vào điện cực, các hạt không bị mất tĩnh điện ngay nên có đủ thời gian tạo thành lớp
Do vậy nhóm điện trở suất II là điều kiện thu bụi tốt;
- Nhóm III: ρ ≥ 2.10 10 Ω.cm: Lọc bụi tĩnh điện khử rất khó Bụi thuộc nhóm này khi lắng vào điện cực sẽ tạo thành lớp bụi xốp cách điện, tiếp theo sẽ là hiện tượng phóng điện Do vậy nhóm III thu bụi kém Ảnh hưởng điện trở suất tới hiệu suất thu bụi thể hiện trên hình 2.5 [2]
2.5.3 Ảnh hưởng của hàm lượng bụi vào
Hàm lượng bụi đầu cao vào buồng lắng cao, làm giảm đáng kể cường độ dòng điện trong buồng lắng, hiện tượng này làm giảm khả năng thu bụi đáng kể 2.5.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất lọc
Nhiệt độ trong buồng lọc ảnh hưởng nhiều tới hiệu suất thiết bị, khi nhiệt độ dòng khí giảm thì độ nhớt dòng khí giảm, các phần tử tích điện khi di chuyển về cực lắng giảm Sự phụ thuộc của hiệu suất vào nhiệt độ được thể hiện trên hình 2.11.[1] với ba chế độ nhiệt:
1- Chế độ nhiệt tmin >130 0 C, tmax 100 0 C , tmax 100 0 C , tmax η = 99%
- Với ống cú đường kớnh ỉ = 0.05m => η = 99%
- Với ống cú đường kớnh ỉ = 0.06m => η = 98%
- Với ống cú đường kớnh ỉ = 0.07m => η = 96%
Vậy ta chọn ống cú đường kớnh ỉ = 0.04 m, 0.05 m, 0.06 m Để đạt được mục tiêu của thí nghiệm, công việc thí nghiệm đã được thực hiện và minh hoạ dưới dạng biểu đồ trong hình 3.2 Chi tiết quá trình, thông số và kết quả chi tiết liên quan đến từng giai đoạn của quá trình thí nghiệm và mô phỏng được tóm tắt trong các mục sau
Hình 3.2 Biểu đồ thực hiện
ESP (Lọc bụi tĩnh điện)
Khói bụi hàn điện, que hàn E6013
Vận tốc dòng khí (m/s) - v Đường kính ống lọc (m) - d Đo số lượng hạt bụi đầu ra
Xác định mức ảnh hưởng và tối ưu hoá thông số quá trình
Kết quả và thảo luận Kết luận Tiến hành thí nghiệm
Thực nghiệm Đánh giá kết quả
Mô hình thí nghiệm
3.2.1 Thiết bị dùng để thí nghiệm
Mô hình vật lý khí động lực thiết bị lọc bụi tĩnh điện (Hình 3.3) được rút gọn từ máy lọc tĩnh điện tại Trường Cao đẳng Kỹ thuật Cao Thắng, vì cần thực nghiệm tối ưu hoá các thông số của hệ thống lọc bụi tĩnh điện nên màng lọc sơ cấp và màng lọc than hoạt tính sẽ được tháo ra ngoài
Hình 3.3 Mô hình thí nghiệm
Hình 3.4 Điện cực phóng có gai và phin lọc tổ ong bằng vật liệu inox 304 Quạt hút ly tâm TJF, có công suất 240W, lưu lượng 620 m 3 /h ≈ 10300l/phút
Hình 3.5 Quạt hút ly tâm TJF
Máy hàn WIM AC300, có cường độ dòng điện định mức 300A được sử dụng để hàn, tạo nguồn khói hàn đầu vào cho bộ lọc, người tham gia thí nghiệm khi hàn cần phải trang bị đầy đủ các trang thiết bị bảo hộ lao động
Hình 3.6 Máy hàn WIM AC300
Hình 3.7 Máy đo vận tốc gió HT-9818
Sử dụng máy đo vận tốc gió CFM/CMM HT-9819 hiển thị số, có độ chính xác 3% (±0,2m/s), phạm vi đo 0.4~30m/s
Hình 3.8 Máy đo độ bụi HT-9600
3.2.2 Phôi và dụng cụ thí nghiệm
Sử dụng phương pháp hàn que (hàn hồ quang với que hàn thuốc bọc) với phôi hàn là thép CT3, kích thước 100x150mm, que hàn Kim Tín E6013, đường kính que 2,5mm, hàn ở cường độ dòng điện 100A
Hình 3.9 Phôi và que hàn
3.2.3 Các bước tiến hành thí nghiệm
Hình 3.10 Kết nối hệ thống hút với mô hình thí nghiệm
Thông số thí nghiệm được giới hạn bởi thông số của nguồn điện, vận tốc quạt hút và đường kính ống lọc, Bảng 3.11 thể hiện các thông số ảnh hưởng tới hiệu suất lọc tương ứng với các mức thấp, cơ sở và mức cao trong quy hoạch thực nghiệm
Bảng 3.1 Thông số thí nghiệm
Mức độ Công suất điện
Vận tốc dòng khí (m/s) Đường kính ống (m)
Các bước tiến hành thực nghiệm
- Bước 1: Mở quạt hút, cài đặt thông số quạt hút đạt vận tốc dòng khí 10m/s
- Bước 2: Gá đặt phôi hàn lên bàn hàn, thực hiện hàn liên tục với chế độ hàn cho trước
- Bước 3: Đo giá trị nồng độ bụi khi không sử dụng hệ thống lọc tĩnh điện, thực hiện phép đo 3 lần để lấy giá trị trung bình
- Bước 4: Xịt bụi lồng máy, lắp phin lọc theo trình tự thí nghiệm
- Bước 5: Mở quạt hút, cài đặt thông số quạt hút theo trình tự thí nghiệm
- Bước 6: Điều chỉnh công suất nguồn phát tĩnh điện theo trình tự thí nghiệm
- Bước 7: Gá phôi lên bàn hàn và thực hiện hàn như bước 1
- Bước 8: Đo độ bụi trong thời gian 50 giây, ghi lại kết quả
- Bước 9: Tháo phin lọc, vệ sinh phin lọc bằng nước, xịt bụi lồng máy
- Bước 10: Thực hiện lại từ bước thứ 4 cho đến khi hoàn thành số lần thí nghiệm
Hình 3.11 Phin lọc sau khi kết thúc một thí nghiệm
3.2.4 Phương pháp kiểm tra độ bụi
Dùng máy đo độ bụi HT9600 để đo tại đầu ra của máy, sử dụng tấm cản vuông góc với hướng di chuyển của dòng khí thoát ra để lấy mẫu không khí chính xác Tín hiệu được máy đếm hạt bụi nhận bởi cảm biến quang và chuyển sang tín hiệu xung điện tương ứng và sau đó khuếch đại lên Bằng việc đếm xung điện trong một chu kỳ phát hiện, sẽ phát hiện ra số lượng hạt bụi trong một đơn vị thể tích không khí Máy đo được 2 kờnh: P2.5 tương ứng với hạt bụi cú kớch thước ≤ 2.5àm và P10 tương ứng với hạt bụi cú kớch thước từ 2.5ữ10àm Như đó đề cập trong phần cơ sở khoa học về bụi, bụi mịn cú kớch thước ≤ 2.5àm gõy nguy hiểm lớn đến cơ thể con người, vỡ vậy, sử dụng kênh P2.5 để lấy thông số thí nghiệm
Hình 3.12 Đo độ bụi đầu ra của máy bằng thiết bị đo HT-9600
Phương pháp phân tích kết quả
Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để đánh giá dữ liệu và phương pháp tối ưu hóa để lựa chọn được bộ thông số công nghệ tốt nhất trong điều kiện thí nghiệm
Về cơ bản, các phương pháp thiết kế thực nghiệm đã được phát triển ban đầu bởi Fisher Tuy nhiên, phương pháp thiết kế thử nghiệm cổ điển quá phức tạp và không dễ sử dụng Hơn nữa, một số lượng lớn các thí nghiệm phải được thực hiện khi số lượng các thông số quá trình tăng lên Để giải quyết vấn đề này, phương pháp Box-Behnken sử dụng với thiết kế đặc biệt của mảng trực giao để nghiên cứu toàn bộ tham số chỉ với một số ít thí nghiệm
Qui hoạch Box-Behnken là qui hoạch thực nghiệm bậc 2 độc lập không chứa các qui hoạch TNT hoặc TRT Các điểm thực nghiệm là các điểm giữa các cạnh của không gian qui hoạch và tại điểm tâm Hình 3.13
Qui hoạch Box-Behnken có tính chất đối xứng nhưng không trực giao Do đó khi loại bỏ các hệ số của phương trình hồi qui không ý nghĩa thì ta phải tính lại các hệ số còn lại
Hình 3.13 Qui hoạch thực nghiệm Box-Behnken ba nhân tố
Sử dụng phương pháp qui hoạch thực nghiệm Box- Behnken
Xác định số lần lặp
Thực hiện thí nghiệm thăm dò với bộ thông số P = 15 (KVA), v = 10 m/s và d
= 0.05 m Kết quả thử hiệu suất với số lượng lần đo như sau:
Bảng 3.2 Kết quả thí nghiệm thăm dò
Chọn mức ý nghĩa q = 0.05 Xác suất độ tin cậy p = 0.95
Mức ý nghĩa là 95% và số bậc tự do f=N-1=5-1=4 t = 2.78 (tra bảng Student) Với N = 5 là số thí nghiệm
Phương sai: 𝑠 = ∑ ̄ = 0.019727 Độ lệch bình phương trung bình: 𝑠 = √𝑠 = 0.14
Sai số lớn nhất có thể chấp nhận được: 𝛥 = 0.35
Số thí nghiệm ít nhất lặp lại: 𝑛 = = 1.245
Bảng 3.2 Kết quả thí nghiệm đo hiệu suất lọc bụi
Vận tốc dòng khí (m/s) Đường kính ống (m)
Trong đó: n là số thí nghiệm lặp, yju là kết quả của từng thí nghiệm, yj là giá trị trung bình
Bảng 3.3 Mã hoá thông số
Vận tốc dòng khí (m/s) Đường kính ống (m)
Bảng 3.4 Ma trận qui hoạch thực nghiệm X
STT Nhân tố Bậc 2 Tương tác đôi x0 x1 x2 x3 x1 2 x2 2 x3 2 x1x2 x1x3 x2x3
Phương trình hồi qui có dạng
Ma trận để xác định các hệ số phương trình hồi qui
Nhân 2 ma trận (X T Y) Ma trận xác định hệ số phương trình hồi qui
Xác định các hệ số phương trình hồi qui b0 = 98.21; b1 = 0.61; b2 =-0.29 ; b3 = 0.035 b11 = -0.05; b22 = -1.12; b33 = -1.71 b12 = 0.34; b13 = 0.145; b23 = -0.12
Phương trình hồi qui dạng mã hoá: Y = 98.21 + 0.61P – 0.29V + 0.035D – 0.05P 2 – 1.12V 2 – 1.71D 2 – 0.34PV + 0.145PD -0.12VD
Với các giá trị N, V, X được mã hoá
Phương trình hồi qui dạng không mã hoá: Y = 37.73 - 0.421p + 4.76v + 1631d – 0.002p 2 – 0.26v 2 – 16118x 2 – 0.034pv + 2.9pd - 6vd
Hình 3.14 Kiểm tra phương trình hồi qui trong Minitab
Kết quả và thảo luận
Mục đích là tìm ra nhân tố đáng kể về mặt thống kê Nó đưa ra một bức tranh rõ ràng về cách mà tham số quá trình ảnh hưởng đến kết quả và mức độ quan trọng của các nhân tố đang được xét Đánh giá mức ảnh hưởng của các thông số
Hình 3.15 Biểu đồ thể hiện mức ảnh hưởng của các thông số đến hiệu suất lọc bụi
Hình 3.15 cho biết đồ thị đường thể hiện công suất điện có dạng gần tuyến tính, hiệu quả lọc bụi khi tăng công suất điện là rõ rệt Đồ thị đường thể hiện vận tốc dòng khí tăng từ 8-10m/s thì hiệu quả lọc tăng, nhưng khi tăng từ 10-12m/s thì hiệu quả lọc giảm đáng kể Đồ thị đường thể hiện đường kính ống tăng từ 0.04-0.05m thì hiệu quả lọc tăng, nhưng khi tăng từ 0.05-0.06m thì hiệu quả lọc giảm đáng kể
Tối ưu hoá thông số
Việc tối ưu hoá thông số liên quan đến tính chất của kết quả Vì vậy, điều kiện tối ưu sẽ tạo ra giá trị tốt nhất (larger is better) cho kết quả
Hình 3.16 Đồ thị tối ưu hoá
Sau khi tối ưu hoá thông số tiến hành thí nghiệm với bộ thông số như sau P 20 (KVA), v = 10 (m/s) và d = 0.05 (m)
- Phương pháp Box - Behnken được sử dụng để xác định mối quan hệ giữa các thông số bộ lọc (công suất điện, vận tốc dòng khí và đường kính ống) và hiệu suất lọc Các thông số được tối ưu để đạt hiệu suất lọc lên đến trên 99%
- Với vận tốc di chuyển quá nhanh, chiều dài ống và cường độ điện trường không đáp ứng được việc thu bụi trên cực lắng.