Ảnh hưởng của lưu lượng nước giải nhiệt cho hệ thống điều hòa không khí trung tâm đến hiệu quả làm việc của bộ xử lý nước điện phân

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN ẢNH HƯỞNG CỦA LƯU LƯỢNG NƯỚC GIẢI NHIỆT CHO HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHƠNG KHÍ TRUNG TÂM ĐẾN HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA BỘ XỬ LÝ NƯỚC ĐIỆN PHÂN MÃ SỐ: SV2020-03 SKC 0 7 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN ẢNH HƯỞNG CỦA LƯU LƯỢNG NƯỚC GIẢI NHIỆT CHO HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ TRUNG TÂM ĐẾN HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA BỘ XỬ LÝ NƯỚC ĐIỆN PHÂN Mã số đề tài: SV2020-03 Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Đoàn Anh Tài TP Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN ẢNH HƯỞNG CỦA LƯU LƯỢNG NƯỚC GIẢI NHIỆT CHO HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ TRUNG TÂM ĐẾN HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA BỘ XỬ LÝ NƯỚC ĐIỆN PHÂN Mã số đề tài : SV2020-03 Thuộc nhóm ngành khoa học: Nghiên cứu ứng dụng SV thực hiện: Nguyễn Đoàn Anh Tài Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 161470B - Cơ khí động lực Năm thứ: Tư / Số năm đào tạo: Ngành học: Công nghệ Kĩ Thuật Nhiệt Người hướng dẫn: TS Lê Minh Nhựt TP Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2020 Mục lục Danh mục hình ảnh .9 Danh mục bảng 12 Danh mục chữ viết tắt 13 MỞ ĐẦU: TỔNG QUAN 16 Tổng quan công nghệ điện phân 16 Tình hình nghiên cứu 17 Tính cấp thiết đề tài 18 Mục đích đề tài 19 Phạm vi nghiên cứu 19 Phương pháp nghiên cứu 19 Chương 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 22 1.1 Chất lượng nước hệ thống điều hịa khơng khí trung tâm sử dụng thiết bị ngưng tụ giải nhiệt nước 22 1.2 Khái niệm nước cứng 25 1.3 Một số vấn đề nước giải nhiệt cho chiller 29 1.4 Ảnh hưởng cáu cặn 42 1.5 Lí thuyết điện phân 45 1.6 Quá trình điện phân nước giải nhiệt 48 1.7.Vật liệu điện cực 51 1.8 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất điện phân xử lý nước giải nhiệt cho Chiller 53 Chương 2: HỆ THỐNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM .62 2.1 Mơ hình tổng quan 62 2.2 Thiết bị mô mạch nước giải nhiệt hệ thống Chiller giải nhiệt nước 63 2.2 Thiết bị xử lí nước cơng nghệ điện phân 68 2.3 Phương pháp thơng số thí nghiệm 75 Chương 3: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN 81 3.1 Kết thí nghiệm định hướng chọn mật độ dòng điện .81 3.2 Kết thí nghiệm định hướng chọn khoảng cách điện cực 85 3.3 Kết thí nghiệm định hướng chọn thể tích bể phản ứng 89 3.4 Kết thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng lưu lượng dòng chảy đến hiệu suất điện phân 93 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO .98 Danh mục hình ảnh Hình Nhu cầu sử dụng nước tòa nhà 18 Hình 1.1 Vịng tuần hồn nước tháp giải nhiệt 25 Hình 1.2 Ảnh hưởng nước cứng đến lị hơi, nồi cơng nghiệp 27 Hình 1.3 Những vấn đề mà thiết bị trao đổi nhiệt gặp phải 30 Hình 1.4 Ăn mịn bên đường ống 31 Hình 1.5 Ăn mịn đường ống hệ thống 33 Hình 1.6 Đóng cáu thiết bị trao đổi nhiệt 36 Hình 1.7 Cặn CaCO3 tron g đường ống 37 Hình 1.8 Nồng độ H+ theo pH 39 Hình 1.9 Biều đồ thể thay đổi công suất chiller theo lớp cáu cặn 41 Hình 1.10 Tác động cáu cặn bình ngưng tới hiệu suất hoạt động chiller 43 Hình 1.11 Ảnh hưởng bề dày cáu cặn tới hiệu suất trao đổi nhiệt 44 Hình 1.12 Mơ tả q trình điện phân 46 Hình 1.13 Điện cực titan 52 Hình 1.14 Sơ đồ mạch điện điện phân 55 Hình 1.15 Quá trình khuếch tán đến bề mặt điện cực 58 Hình 2.1 Điện trở 64 Hình 2.2 Bơm nước tuần hồn giải nhiệt cho bình ngưng 65 Hình 2.3 Bơm nước nóng 66 Hình 2.4 Thùng nước nóng chứa điện trở để gia nhiệt cho nước 67 Hình 2.5 Bơm chìm 67 Hình 2.6 Bút đo PH P-2S hãng total meter 68 Hình 2.7 Quá trình đo pH cho nước thí nghiệm 69 Hình 2.8 Bút đo TDS 70 Hình 2.9 Quá trình đo số TDS cho nước thí nghiệm 70 Hình 2.10 Thiết bị đo EC sử dụng bút Đo EC DiST4 HI98304 hãng HannaRomania 71 Hình 2.11 Bộ chuẩn độ cứng 72 Hình 2.12 Q trình chuẩn độ cứng cho nước thí nghiệm 73 Hình 2.13 Cảm biến lưu lượng nước 74 Biểu đồ 1.1 Biểu đồ thể độ dẫn nhiệt tác nhân 34 Biểu đồ 3.1 Ảnh hưởng MĐDĐ đến sụt giảm tổng độ cứng nước theo thời gian 81 Biểu đồ 3.2 Ảnh hưởng MĐDĐ đến sụt giảm TDS nước theo thời gian 82 Biểu đồ 3.3 Ảnh hưởng MĐDĐ đến dao động ph nước theo thời gian 83 Biểu đồ 3.4 Ảnh hưởng MĐDĐ đến hiệu xử lý nước tiêu thụ lượng 84 Biểu đồ 3.5 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến sụt giảm tổng độ cứng nước theo thời gian 85 Biểu đồ 3.6 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến sụt giảm TDS nước theo thời gian 86 Biểu đồ 3.7 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến dao động ph nước theo thời gian 87 Biểu đồ 3.8 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến hiệu xử lý nước tiêu thụ lượng 88 Biểu đồ 3.9 Ảnh hưởng thể tích bể điện phân đến sụt giảm tổng độ cứng nước theo thời gian 89 Biểu đồ 3.10 Ảnh hưởng thể tích bể điện phân đến sụt giảm TDS nước theo thời gian 90 Biểu đồ 3.11 Ảnh hưởng thể tích bể điện phân đến dao động pH nước theo thời gian 91 Biểu đồ 3.12 Ảnh hưởng thể tích bể điện phân đến hiệu xử lý nước tiêu thụ lượng 92 Biểu đồ 3.13 Ảnh hưởng lưu lượng nước qua xử lý đến sụt giảm tổng độ cứng nước theo thời gian 93 Biểu đồ 3.14 Ảnh hưởng lưu lượng nước qua xử lý đến sụt giảm TDS nước theo thời gian 94 10 Biểu đồ 3.15 Ảnh hưởng lưu lượng nước qua xử lý đến dao động pH nước theo thời gian 95 Biểu đồ 3.16 Ảnh hưởng lưu lượng nước qua xử lý đến hiệu xử lý nước tiêu thụ lượng 96 11 Danh mục bảng Bảng 1.1 Tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 232-1999 chất lượng nước cấp cho hệ thống tuần hoàn nước lạnh nước giải nhiệt 38 Bảng 1.2 Thể gia tăng tiêu thụ lượng theo đường thẳng tướng ứng với bề dày lớp cáu cặn 42 Bảng 1.3 Tác động Ta đến COP 45 Bảng 2.1 Thông số điện trở 64 Bảng 2.2 Thông số kĩ thuật tháp giải nhiệt 64 Bảng 2.3 Thông số bơm nước nước giải nhiệt 65 Bảng 2.4 Thông số bơm nước nóng 66 Bảng 2.5 Thông số thùng chứa nước nóng 67 Bảng 2.6 Thơng số bơm chìm 68 Bảng 2.7 Các thông số điện cực ban đầu 76 Bảng 2.8 Tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 232-1999 chất lượng nước cấp cho hệ thống tuần hoàn nước lạnh nước cấp giải nhiệt 77 Bảng 2.9 Thông số nước đầu vào điện phân ban đầu 77 Bảng 2.10 Các thơng số đầu vào thí nghiệm đánh giá lưu lượng 79 12 Danh mục chữ viết tắt Ý nghĩa Viết tắt COP Coefficient of Performance CTI Cooling Technology Institute ĐNTT Điện tiêu thụ HVAC Heating, Ventilating, and Air Conditioning MĐDĐ Mật độ dòng điện 13 Biểu đồ 3.6 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến sụt giảm TDS nước theo thời gian Qua đồ thị cho thấy số TDS thí nghiệm khoảng cách điện cưc giảm sau thời gian xử lí 100 phút Chỉ số TDS ban đầu 405ppm sau trình xử lí nước đạt giá trị 68 ppm; 62 ppm; 53 ppm tương ứng với khoảng cách cm; cm; 2cm Giá trị TDS đạt thấp 53 ppm 2cm 86 Biểu đồ 3.7 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến dao động pH nước theo thời gian Ở tất khoảng cách điện cực thí nghiệm số pH giữ ổn định khơng dao động nhìu khoảng 7.7-7.9 phù hợp với yêu cầu cho hệ thống pH lí tưởng từ 7.5-8.5 87 Biểu đồ 3.8 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến hiệu xử lý nước tiêu thụ lượng Ở khoảng cách 1cm, 2cm 3cm hiệu làm mềm nước tương ứng 89%, 93%, 86% Theo 1.5.2 khoảng cách điện cực gần dịng điện, mật độ dòng điện lớn, ion dich chuyển nhanh điện cực làm cho nồng độ ion điện cực tăng cao Khi nồng độ ion tăng cao lực tương tác tĩnh điện ion trở nên đáng kể làm giảm linh độ ion Vì hiệu xử lý khoảng cách 1cm (89%) thấp khoảng cách 2cm (93%) Ngoài khoảng cách 1cm gây khó khăn q trình lắp đặt điện cực vào hệ thống trình bảo trì sau Vì khoảng cách điện cực cm đem lại hiệu xử lý nước tối ưu nhiều mặt 88 3.3 Kết thí nghiệm định hướng chọn thể tích bể phản ứng Biểu đồ 3.9 Ảnh hưởng thể tích bể điện phân đến sụt giảm tổng độ cứng nước theo thời gian Qua biểu đồ cho thấy độ cứng thí nghiệm thể tích bể điện phân giảm sau thời gian xử lí 100 phút Độ cứng sau xử lý thể tích bể điện phân 1L; 1,5L; 2L; 2,5L đạt 21 ppm, 21 ppm, 24 ppm, 50 ppm Hai thể tích đạt độ cứng sau xử lý thấp 1,5L 1L 89 Biểu đồ 3.10 Ảnh hưởng thể tích bể điện phân đến sụt giảm TDS nước theo thời gian Theo biểu đồ số TDS thí nghiệm thể tích bể điện phân giảm sau thời gian xử lí 100 phút Chỉ số TDS ban đầu 405ppm sau q trình xử lí nước đạt giá trị 70 ppm; 60 ppm; 56 ppm; 51 ppm tương ứng với thể tích 2,5L; 2L; 1,5L; 1L Giá trị TDS đạt thấp 51 ppm 1L 90 Biểu đồ 3.11 Ảnh hưởng thể tích bể điện phân đến dao động pH nước theo thời gian Ở tất thể tích bể thí nghiệm số Ph giữ ổn định khơng dao động nhìu khoảng 7.7-7.9 phù hợp với yêu cầu cho hệ thống pH lí tưởng từ 7.5-8.5 91 Biểu đồ 3.12 Ảnh hưởng thể tích bể điện phân đến hiệu xử lý nước tiêu thụ lượng Ở thể tích bể lớn thể tích nước để điện phân phải xử lý lớn Vì thơng số thí nghiệm thời gian xử lý hiệu suất bể nhỏ cho hiệu suất xử lý lớn Bể 1l 1,5l cho hiệu suất làm sụt giảm độ cứng 93%, bể 2l 91% 82% bể 2,5l Bể 2l hiệu suất thấp bể 1,5l 2% khơng đáng kể thể tích nước xử lý thời gian 100 phút nhiều 0,5l Vì bể 2l bể cho hiệu tối ưu 92 3.4 Kết thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng lưu lượng dòng chảy đến hiệu suất điện phân Biểu đồ 3.13 Ảnh hưởng lưu lượng nước qua xử lý đến sụt giảm tổng độ cứng nước theo thời gian Theo lý thuyết, lưu lượng nước qua xử lý ảnh hưởng đến bề dày lớp khuếch tán Ngoài lưu lượng xử lý phải nhanh tốc độ hình thành độ cứng nước thơng qua q trình bay cấp nước bổ sung tháp giải nhiệt (đã đề cập nhiều chương 1) Đúng lưu lượng 1l/phút 2l/phút sau vận hành tổng độ cứng Carbonat sau không đạt yêu cầu theo TCVN quy đinh 240mg/l mà đạt 1l/phút (253mg/l), 2l/phút (244mg/l) 93 Còn lưu lượng lớn 6l/phút tốc độ nước qua xử lý nhanh phản ứng kịp diễn hai điện cực Vì tổng độ cứng Carbonat sau không đạt yêu cầu theo TCVN quy định Chỉ có lưu lượng l/phút; l/phút; l/phút tổng độ cứng Carbonat sau đạt yêu cầu theo TCVN quy định 3l/phút (tổng độ cứng Carbonat sau 231mg/l), 4l/phút (tổng độ cứng Carbonat sau 217mg/l), 5l/phút (tổng độ cứng Carbonat sau 236mg/l) Biểu đồ 3.14 Ảnh hưởng lưu lượng nước qua xử lý đến sụt giảm TDS nước theo thời gian Chỉ số TDS giảm sau thời gian xử lí Sau trình xử lý nước đạt giá trị 367 ppm; 360 ppm; 352 ppm; 348 ppm; 336 ppm tương ứng với thể tích L/phút; L/phút; L/phút; L/phút; L/phút Giá trị TDS đạt thấp 336 ppm 4L/phút 94 Biểu đồ 3.15 Ảnh hưởng lưu lượng nước qua xử lý đến dao động pH nước theo thời gian Ở tất lưu lượng nước thí nghiệm số Ph giữ ổn định, khơng dao động nhìêu khoảng 7.7-7.9 phù hợp với yêu cầu cho hệ thống với pH lí tưởng từ 7.58.5 Vì 4l/phút lưu lượng tối ưu để xử lý làm giảm độ cứng 95 Biểu đồ 3.16 Ảnh hưởng lưu lượng nước qua xử lý đến hiệu xử lý nước tiêu thụ lượng Ngoài ta thấy lượng ĐNTT 4l/phút (mức lưu lượng tối ưu nhất) 329Wh cho xử lý Chứng tỏ phương pháp điện phân cho xử lý làm mềm nước cứng hiệu mặt lượng làm cho chi phí xử lý nước thấp 96 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Theo thí nghiệm này, dựa thơng số thực nghiệm xác định thông số tối ưu cho xử lý điện phân sau:  MĐDĐ: 90A/m2  Khoảng cách điện cực: 2cm  Thể tích bể điện phân: 2L  Lưu lượng qua bể điện phân: 4L/phút Các kết thực nghiệm cho thấy xử lý công nghệ điên phân chịu ảnh hưởng yếu tố mật độ dòng điện, khoảng cách điện cực, thể tích bể phản ứng lưu lượng nước trích ĐNTT xử lí khả quan tiêu thụ lượng điện 329Wh thời gian xử lí 65L nước tháp giài nhiệt từ mức vượt chuẩn 280mg/l xuống chuẩn TCVN 232-199 quy định 240mg/l Ngoài số pH nước tháp giải nhiệt sau trình điện phân đạt giá trị tiêu chuẩn ASHRAE yêu cầu Kiến nghị Công điện phân cơng nghệ xanh khơng ảnh hưởng đến môi trường, cần áp dụng nhiều nửa xử lí nước tháp giải nhiệt nói riêng ngành cơng nghệ, kĩ thuật khác nói chung mội trường bầu khí khỏe mạnh Đây hướng nghiên cứu xử lý nước cho chiller Ở nước ta cơng nghệ cịn mẻ, cần quan tâm đầu tư nghiên cứu nhiều Bên cạnh việc tiến hành thí nghiệm cịn hạn chế thời gian thực nghiệm nên liệu chưa đa dạng Nhóm nghiên cứu kiến nghị nghiên cứu tiếp bước thí nghiệm để hiểu rõ cơng nghệ điện phân xử lý nước 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Electrochemical Water Treatment for Cooling Towers [2] Electrochemical treatment of industrial cooling tower blowdown water using magnesium-rod electrode [3] Electrolytic Treatment with Aluminum Cực dươngs for Reuse of Cooling Tower Water [4] Removal of Silica from Cooling Water by Electrocoagulation: A Comprehensive and Systematic Study Using Response Surface Methodology [5] PGS.TS Võ Chí Chính giáo trình Điều hịa khơng khí Nhà xuất khoa học công nghệ [6] PGS.TS Nguyễn Đức Lợi – PGS.TS Phàm Văn Tùy “Kĩ thuật lạnh sở” Nhà xuất giáo dục [7] http://www.techno-water.com/cooling-tower.html [8] https://greenwater.com.vn/phuong-phap-lam-mem-nuoc-cung.html [9] Cooling-Water Fouling in Heat Exchangers [10] Cooling Water Treatment [11] Condenser Water Management System Technical Description [12] Chen-Yu Chiang, Ru Yang and Kuan-Hsiung Yang - The Development and Full-Scale Experimental Validation of an Optimal Water Treatment Solution in Improving Chiller Performances [13] Chu Thị Hiền, Luận án tiến sĩ “Nghiên cứu chế tạo, khảo sát đặc tính điện hóa điện cực Ti/SnO2 – Sb2O3 dung dịch có chứa hợp chất hữu cơ” [14] PGS.TS Ngơ Quốc Quyền – TS Trần Thị Thanh Thủy, Điện hóa học, Nhà xuất Bách Khoa - Hà Nội 98 [15] https://en.wikipedia.org/wiki/Conductivity_(electrolytic) https://www.saiglobal.com/PDFTemp/Previews/OSH/ISO/990624_1537/T014838E.PDF [16] Rapeepat Rungvavmanee, Kritima Berpant, Chantaraporn Phalakornkule - Electrolytic Treatment with Aluminum Cực dươngs for Reuse of Cooling Tower Water - TIChE International Conference 2011 November 10 – 11, 2011 at Hatyai, Songkhla THAILAND [17] V Fylypchuk – electrochemical water softening in a diaphragm electrolyzer - EasternEuropean Journal of Enterprise Technologies ISSN 1729-3774 [18] Omar M Hafez, Madiha A Shoeib - Removal of Scale Forming Species from Cooling Tower Blowdown Water by Electrocoagulation Using Different Electrodes - Chemical Engineering Research and Design [19] Guohua Chen - Electrochemical technologies in wastewater treatment – ELSEVIER Separation and Purification Technology 38 (2004) 11–41 [20] Allen J Bard, Larry R.Faulkner ELECTROCHEMICAL METHODS Fundamentalsand Applications - JOHN WILEY &SONS, INC [21] F Goodridge and K Scott - Electrochemical Process Engineering - Springer Science+Business Media, LLC 99 ... ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN ẢNH HƯỞNG CỦA LƯU LƯỢNG NƯỚC GIẢI NHIỆT CHO HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ TRUNG TÂM ĐẾN HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA BỘ XỬ LÝ NƯỚC ĐIỆN PHÂN Mã số đề tài : SV2020-03... TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: ẢNH HƯỞNG CỦA LƯU LƯỢNG NƯỚC GIẢI NHIỆT CHO HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ TRUNG TÂM ĐẾN HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA BỘ XỬ LÝ NƯỚC ĐIỆN PHÂN - Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn... nghệ điện phân Tháp giải nhiệt thiết bị giải nhiệt cho nước làm mát bình ngưng hệ thống Chiller giải nhiệt nước Nhiệt thải khí thơng qua q trình làm mát bay tháp giải nhiệt thường dùng cho hệ thống