Luận án tiến sĩ nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kỹ thuật của bộ gõ hệ thống cực lắng lọc bụi tĩnh điện tới khả năng rũ bụi

Luận án tiến sĩ kỹ thuật nghiên cứu nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kỹ thuật của bộ gõ hệ thống cực lắng lọc bụi tĩnh điện tới, phân tích chuyên sâu, xây dựng mô hình lý

• Tác giả: Nguyễn Tiến Sỹ
• Trường học: Viện Nghiên Cứu Cơ Khí
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Môi Trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Thông Số Kỹ Thuật Bộ Gõ Hệ Thống Cực Lắng Trong Lọc Bụi Tĩnh Điện
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về bộ gõ rũ bụi trong lọc bụi tĩnh điện

Bộ gõ rũ bụi là một phần quan trọng trong hệ thống lọc bụi tĩnh điện (LBTĐ). Nó có chức năng tạo ra xung lực để giải phóng bụi bám trên bề mặt của các tấm cực lắng. Hiệu suất của bộ gõ rũ bụi ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng lọc bụi của hệ thống. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích các thông số kỹ thuật của bộ gõ, bao gồm trọng lượng búa gõ (m1), chiều cao rơi búa (H), và lực gõ búa (F). Các yếu tố này cần được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu suất lọc bụi cao nhất. Theo nghiên cứu, lực gõ búa có mối quan hệ chặt chẽ với gia tốc sóng ứng suất trong tấm cực lắng, điều này cho thấy tầm quan trọng của việc lựa chọn thông số kỹ thuật phù hợp cho bộ gõ rũ bụi.

1.1 Nguyên lý thu bụi bằng điện

Lọc bụi tĩnh điện hoạt động dựa trên nguyên lý ion hóa và lực hút tĩnh điện. Hạt bụi được ion hóa và hút về tấm cực lắng mang điện tích dương. Hiệu suất lọc bụi tĩnh điện có thể đạt tới hơn 99,9%, cho phép lọc các hạt bụi siêu nhỏ. Tuy nhiên, việc đầu tư cho hệ thống này là lớn, và cần phải cân nhắc giữa chi phí và hiệu suất. Nghiên cứu này sẽ phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất lọc bụi, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu cho bộ gõ rũ bụi.

1.2 Phân loại lọc bụi tĩnh điện

Thiết bị LBTĐ được phân loại theo cấu trúc điện cực lắng, bao gồm điện cực lắng dạng ống và dạng tấm. Mỗi loại có ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với các loại bụi khác nhau như bụi xi măng, bụi than, và bụi kim loại. Việc lựa chọn loại thiết bị phù hợp sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất lọc bụi và chi phí vận hành. Nghiên cứu này sẽ xem xét các loại thiết bị và ứng dụng của chúng trong thực tiễn, từ đó đề xuất các giải pháp cải tiến cho bộ gõ rũ bụi.

II. Cơ sở lý thuyết lan truyền sóng ứng suất trong tấm thép mỏng phẳng

Nghiên cứu về lan truyền sóng ứng suất trong tấm thép mỏng là rất quan trọng để hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của bộ gõ rũ bụi. Các lý thuyết va chạm và sóng va chạm sẽ được áp dụng để phân tích quá trình này. Sự lan truyền sóng ứng suất ảnh hưởng đến hiệu suất của bộ gõ rũ bụi, do đó việc xác định các thông số như lực gõ và gia tốc là cần thiết. Phân tích này sẽ giúp tối ưu hóa thiết kế của bộ gõ, từ đó nâng cao hiệu suất lọc bụi của hệ thống.

2.1 Các khái niệm cơ bản về va chạm vật rắn

Lý thuyết va chạm Newton và lý thuyết va chạm Hec sẽ được áp dụng để phân tích quá trình va chạm giữa búa gõ và tấm cực lắng. Các yếu tố như lực, chuyển vị, và biến dạng sẽ được xem xét để hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của lực gõ đến gia tốc sóng ứng suất. Nghiên cứu này sẽ cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc tối ưu hóa các thông số kỹ thuật của bộ gõ rũ bụi.

2.2 Phân tích quá trình va chạm bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) sẽ được sử dụng để mô phỏng quá trình va chạm giữa búa gõ và tấm cực lắng. Phân tích này sẽ giúp xác định các thông số quan trọng như lực gõ và gia tốc lan truyền sóng ứng suất. Kết quả từ mô phỏng sẽ được so sánh với dữ liệu thực nghiệm để kiểm tra tính chính xác của mô hình. Nghiên cứu này sẽ đóng góp vào việc cải tiến thiết kế bộ gõ rũ bụi, từ đó nâng cao hiệu suất lọc bụi tĩnh điện.

III. Thực nghiệm đánh giá kết quả và ứng dụng vào thực tiễn

Thực nghiệm sẽ được tiến hành để đánh giá ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật của bộ gõ rũ bụi đến hiệu suất lọc bụi. Các phương pháp thí nghiệm sẽ được thiết kế để xác định mối quan hệ giữa lực gõ, gia tốc, và hiệu suất lọc bụi. Kết quả thực nghiệm sẽ được phân tích để đưa ra các khuyến nghị cho việc tối ưu hóa thiết kế bộ gõ rũ bụi. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong việc cải tiến công nghệ lọc bụi tĩnh điện.

3.1 Thực nghiệm lựa chọn giá trị bộ thông số thí nghiệm của búa gõ

Thực nghiệm sẽ được thực hiện để xác định các giá trị tối ưu cho các thông số của búa gõ. Các yếu tố như trọng lượng búa, chiều cao rơi, và lực gõ sẽ được khảo sát để tìm ra sự kết hợp tốt nhất cho hiệu suất lọc bụi. Kết quả từ thực nghiệm sẽ cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng cho việc thiết kế bộ gõ rũ bụi trong các hệ thống LBTĐ.

3.2 Đánh giá ảnh hưởng lực gõ tới gia tốc bằng phương pháp ANOVA

Phương pháp ANOVA sẽ được sử dụng để phân tích dữ liệu thực nghiệm và đánh giá ảnh hưởng của lực gõ đến gia tốc lan truyền sóng ứng suất. Kết quả phân tích sẽ giúp xác định các yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất lọc bụi, từ đó đưa ra các khuyến nghị cho việc tối ưu hóa thiết kế bộ gõ rũ bụi. Nghiên cứu này sẽ góp phần nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống lọc bụi tĩnh điện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Cơ sở để lựa chọn đề tài Hiện nay lọc bụi tĩnh điện là phƣơng pháp đang đƣợc sử dụng chủ yếu trong các nhà máy Nhiệt điện, Xi măng. Thiết bị LBTĐ phần lớn là nhập khẩu từ nƣớc ngoài, tuy nhiên một số cơ sở trong nƣớc cũng đang từng bƣớc nghiên cứu và làm chủ thiết kế, công nghệ chế tạo thiết bị LBTĐ. Bộ gõ rũ bụi trong LBTĐ có vai trò quan trọng, tạo xung lực để giải phóng bụi bám ra khỏi bề mặt hệ thống cực lắng, tạo điều kiện cho cực lắng thực hiện lắng bụi với hiệu quả cao.

Ngoài việc lựa chọn phƣơng pháp rũ bụi thì bộ gõ rũ bụi cần phải đƣợc nghiên cứu đồng bộ tổng thể, mối quan hệ giữa các yếu tố kỹ thuật và công nghệ sao cho hiệu suất rũ bụi, tuổi bền thiết bị là cao nhất. Bài toán về thiết bị lọc bụi là bài toán đa biến, khi vận hành trang thiết bị lọc bụi điện có rất nhiều hiện tƣợng xảy ra nhƣ điện trƣờng giữa các cực, quá trình ion chất khí, phóng điện vầng quang, tích điện cho các hạt bụi,. và ảnh hƣởng của các nhân tố mang tính cơ học đến thiết bị lọc bụi điện nhƣ kết cấu và trọng lƣợng của điện cực lắng, trọng lƣợng của búa gõ, năng lƣợng gõ búa. Để đạt đƣợc hiệu suất rũ bụi cao, đảm bảo cho thiết bị vận hành an toàn, tin cậy thì việc xem xét và giải quyết các vấn đề nêu trên là hết sức cần thiết.

Để góp phần làm chủ công nghệ LBTĐ tác giả đã lựa chọn hƣớng nghiên cứu “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kỹ thuật của bộ gõ hệ thống cực lắng lọc bụi tĩnh điện tới khả năng rũ bụi ” làm đề tài luận án tiến sĩ. Mục tiêu của đề tài luận án - Xây dựng đƣợc mối quan hệ ảnh hƣởng của các thông số kỹ thuật: Trọng lƣợng búa gõ (m1), chiều cao rơi búa (H) tới lực gõ búa (F) của bộ gõ rũ bụi. - Xây dựng đƣợc quan hệ ảnh hƣởng giữa lực gõ (F) đến gia tốc sóng ứng suất (a) trong tấm cực lắng. - Tối ƣu hóa hàm đa mục tiêu giữa các thông số của búa gõ (m1, H) và lực gõ (F) trong giới hạn bền [σch] của tấm cực lắng với giá trị gia tốc (a) để xác định miền giá trị gia tốc hợp lý có khả năng rũ bụi.

- Ứng dụng kết quả nghiên cứu của luận án để tính toán thông số kỹ thuật chính của búa gõ (m1, H) và các thông số chính của tấm cực lắng (B, L, m2) cho thiết bị LBTĐ công suất 1 triệu (m3/ giờ 3. Đối tƣợng nghiên cứu Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của một số thông số kỹ thuật của bộ gõ rũ bụi nhƣ trọng lƣợng búa (m1), chiều cao rơi búa (H) đến lực gõ búa (F) và gia tốc lan truyền sóng ứng suất (a) trong tấm cực lắng của mô hình bộ gõ rũ bụi. Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu thực nghiệm xác định mối quan hệ ảnh hƣởng thông số búa gõ (m1, H) tới lực gõ búa (F) và quan hệ lực gõ (F) tới gia tốc (a) lan truyền sóng ứng suất trong tấm cực lắng của mô hình bộ gõ rũ bụi. - Chỉ nghiên cứu ảnh hƣởng của sóng ứng suất ngang trong tấm cực lắng từ vật liệu tấm thép mỏng của mô hình bộ gõ rũ bụi.

Phƣơng pháp nghiên cứu Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết, phân tích mô phỏng trên Ansys, thực nghiệm đo gia tốc lan truyền sóng ứng suất trên tấm cực lắng từ vât liệu thép chuyên dụng dạng tấm mỏng, mô hình bộ gõ rũ bụi và phƣơng pháp xử lý số liệu thực nghiệm. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 6.1 Ý nghĩa khoa học: - Phân tích mô phỏng số để đánh giá ảnh hƣởng lực của gõ búa (F) tới gia tốc lan truyền sóng ứng suất (a) và biến dạng của tấm cực lắng. - Bằng thực nghiệm đã xây dựng đƣợc phƣơng trình toán học quan hệ ảnh hƣởng các thông số của búa gõ (m1, H) tới lực gõ búa (F). - Đã thực nghiệm xác định ảnh hƣởng lực gõ búa (F) đến gia tốc (a).

- Đã tối ƣu hóa xác định miền giá trị các thông số của búa gõ (m1, H, F) và gia tốc lan truyền sóng ứng suất (a) trong phạm vi đảm bảo độ bền [σch] của tấm cực lắng.2 Ý nghĩa thực tiễn: - Kết quả nghiên cứu của đề tài luận án ứng dụng, kiểm nghiệm trong tính toán, thiết kế các thông số chính bộ gõ rũ bụi LBTĐ thực tiễn, nhà máy nhiệt điện Vũng áng công suất lọc bụi 1. - Kết quả nghiên cứu của đề tài luận án có thể ứng dụng trong công tác vận hành thiết bị LBTĐ để lựa chọn bộ thông số (m1), (H) với dải giá trị gia tốc phù hợp đảm bảo khả năng rũ bụi, cũng có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo trong công tác giảng dạy và nghiên cứu, thiết kế lọc bụi tĩnh điện. Những đóng góp mới của luận án - Đã xây dựng đƣợc phƣơng trình hồi quy thực nghiệm về quan hệ giữa các thông số: Trọng lƣợng búa (m1) với lực gõ F = f1 (m1, H). Kiểm tra điều kiện bền trên phần mềm Ansys để xác định miền giá trị (F) trong thực nghiệm đo gia tốc (a) - Đã xây dựng hàm hồi quy thực nghiệm ảnh hƣởng của lực gõ (F) tới gia tốc trong tấm cực lắng: a = f2 (F) - Đã tối ƣu hóa hàm đa mục tiêu để xác định miền giá trị gia tốc (a) có khả năng rũ bụi và thỏa mãn điều kiện bền của tấm cực lắng (σch) ≤ [σch].

- Ứng dụng kết quả nghiên cứu của luận án để tính toán thông số kỹ thuật chính của bộ gõ (m1, H, B, L, m2) cho thiết bị LBTĐ công suất 1 triệu (m3/ giờ) luan an 3 Chƣơng 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ BỘ GÕ RŨ BỤI TRONG LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN 1.1 Nguyên lý thu bụi bằng điện Lọc bụi tĩnh điện(LBTĐ) là hệ thống thu lọc các hạt bụi khỏi dòng khí bụi khi cho chúng đi qua buồng lọc, dựa trên nguyên lý ion hoá và lực hút tĩnh điện. Hạt bụi với kích thƣớc nhỏ, nhẹ bay lơ lửng trong dòng khí đƣợc đƣa qua buồng lọc có đặt các tấm cực gọi là cực lắng và cực phóng. Trên các tấm cực, ta cấp điện cao áp một chiều cỡ từ vài chục cho đến vài 100 (kV) để tạo thành một điện trƣờng có cƣờng độ lớn. Khi đi qua điện trƣờng mạnh, bụi sẽ bị ion hoá thành các phân tử ion mang điện tích âm sau đó bị hút về tấm cực lắng mang điện tích dƣơng và bám vào đó (hình 1.

Bụi sẽ đƣợc tách khỏi các tấm cực bằng nƣớc rửa hoặc bằng việc rung rũ tấm cực[1], [2]. 1 Sơ đồ nguyên lý lực hút tĩnh điện Thiết bị lọc bụi tĩnh điện ngày nay đƣợc sử dụng rộng rãi để lọc các chất rắn và lỏng vì tính đa năng và hiệu suất cao. Hiệu suất lọc bụi tĩnh điện có thể tới hơn 99,9% và lọc đƣợc các hạt bụi siêu nhỏ, kích thƣớc đến 0.1µm, nồng độ bụi ban đầu tới hơn 50(g/m3). Lọc bụi tĩnh điện làm việc trong vùng nhiệt độ tới 4500 C, dƣới tác dụng của môi trƣờng ăn mòn, với áp suất dƣơng hoặc chân không (áp suất âm).

Lọc bụi tĩnh điện có ƣu điểm là chi phí vận hành thấp, trở lực nhỏ không lớn hơn 250 (Pa) nên tiêu hao năng lƣợng lọc cho 1. Nhƣng lọc bụi tĩnh điện cũng cần có vốn đầu tƣ lớn, suất đầu tƣ cho các bộ lọc bụi tĩnh điện với năng suất càng nhỏ lại càng lớn và ngƣợc lại.2 Phân loại lọc bụi tĩnh điện Thiết bị LBTĐ rất đa dạng và chúng đƣợc thiết kế để lọc các dạng bụi khác nhau nhƣ sợi giấy, sợi tơ, bụi xi măng, bụi than, bụi kim loại, bụi hóa chất và các loại bụi tro bay., phân loại chúng nhƣ sau: a) Phân loại theo cấu trúc điện cực lắng luan an 4 Có 2 loại : + Điện cực lắng dạng ống: Bụi di chuyển trong hình ống theo chiều từ trên đi xuống dƣới và đi ra ngoài nhƣ hình 1. 2 Sơ đồ lọc bụi điện cực lắng dạng ống + Điện cực lắng dạng tấm: Bụi di chuyển qua buồng lọc bụi có chứa các tấm phẳng đặt song song theo phƣơng ngang và qua các tầng hút bụi khác nhau. Bụi sẽ đƣợc giữ lại khi đi qua các trƣờng hút bụi đó.

Búa gõ sẽ tác động để bụi rơi xuống xi lô thu bụi và theo đƣờng máng dẫn đi ra ngoài (hình 1. 3 Sơ đồ lọc bụi điện cực lắng dạng tấm b) Phân loại theo chiều dòng khí chuyển động: Căn cứ hƣớng dòng khí vào vùng tích cực của lọc bụi tĩnh điện có thể chia LBTĐ theo chiều ngang hoặc chiều đứng, có 2 loại: - Thiết bị LBTĐ ngang: Lọc bụi tĩnh điện ngang rất phổ biến vì những ƣu việt của nó. Có thể thiết kế nhiều trƣờng tĩnh điện, LBTĐ ngang đƣợc sử dụng chủ yếu do dễ thiết kế chế tạo và công suất lọc bụi lớn. - Thiết bị LBTĐ đứng: Lọc bụi tĩnh điện đứng thƣờng chỉ có một trƣờng vì làm nhiều trƣờng sẽ rất phức tạp và vì thế hiệu suất lọc bụi đứng thƣờng thấp.

luan an 5 c) Phân loại theo trạng thái bụi Có hai loại: - Thiết bị lọc bụi khô: Lọc bụi tĩnh điện khô thƣờng dùng để khử các bụi dạng rắn và đƣợc tách ra khỏi điện cực lắng bằng cách rung gõ. Dòng khí vào lọc bụi tĩnh điện khô phải có nhiệt độ cao hơn hẳn điểm đọng sƣơng để tránh đọng nƣớc trên bề mặt lắng và tránh ôxy hoá cho các điện cực. - Lọc bụi tĩnh điện ƣớt: Lọc bụi tĩnh điện ƣớt dùng để khử bụi dạng vật liệu rắn và đƣợc rửa khỏi bề mặt lắng bằng nƣớc. Nhiệt độ của dòng khí chứa bụi cần bằng hoặc xấp xỉ nhiệt độ đọng sƣơng của nó khi vào lọc bụi tĩnh điện.

Ngoài ra lọc bụi ƣớt đƣợc sử dụng để thu các hạt lỏng dạng sƣơng hoặc giọt ẩm từ dòng khí. Trong các trƣờng hợp nàycó thể không cần đến việc rửa bề mặt lắng mà các hạt dạng lỏng tự tích tụ và chảy xuống dƣới. Nhận xét:Trong các thiết bị LBTĐ kể trên thì LBTĐ ngang với 3 buồng lọc đƣợc sử dụng phổ biến vì những ƣu việt nhƣ: - Công suất lọc bụi lớn, hiệu suất thu bụi cao tới 99. - Dễ vận hành, bảo dƣỡng và thay thế thiết bị - Dễ dàng thay đổi thiết kế phù hợp với công suất LBTĐ khác nhau 1.3 Cấu tạo chung của thiết bị lọc bụi bằng điện nằm ngang 1.