Tính Toán Thiết Kế Thiết Bị Lọc Bụi Tĩnh Điện

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện có chức năng tách các hạt bụi ra khỏi dòng khí khi đi qua buồng lọc. Mỗi hệ thống có công suất xử lý khác nhau, vì vậy việc tính toán thiết kế thiết bị lọc bụi tĩnh điện trước khi lắp đặt là rất cần thiết. Môi trường Hợp Nhất mời các bạn cùng tham khảo cách tính toán qua nội dung bên dưới.

1. Tính toán thiết kế thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Nguyên lý làm việc của thiết bị lọc bụi tĩnh điện là đưa dòng khí chứa hạt bụi đi vào không gian có điện trường lớn. Khi đó, trong môi trường có vùng điện trường lớn các hạt bụi sẽ được tách ra khỏi dòng khí.

1.1. Xác định các thông số

a) Định lượng q

Điện lượng q mà hạt bụi hình cầu có đường d tích điện trong điện trường có cường độ Eo được xác định theo công thức:

q = p𝜋𝝴_oEcd²

Trong đó:

• p = 3D/(D + 2), với D là hằng số tĩnh điện của hạt bụi, thông thường với hạt bụi D= 2 ÷ 8 khi đó p = 1,5 ÷ 2,4. Đối với bụi không dẫn điện có thể lấy p = 1,75; bụi kim loại có D = ∞ thì p = 3.
• 𝝴_o: Hệ số thẩm thấu điện, 𝝴o = 8,854.10-12 (C/V.m) (Cu lông/Vôn.mét);
• Ec: Cường độ của điện trường ion hóa tức là độ thay đổi điện áp trên đơn vị chiều dài, V/m;
• q: Điện lượng, Culông;
• d: Đường kính hạt bụi, m.

Công thức được áp dụng cho các hạt bụi có đường kính d>= 0,5 µm; với đường kính này quá trình tích điện của hạt bụi xảy ra dưới tác động va đập quán tính của ion vào hạt bụi là chủ yếu.

Đối với bụi có kích thước bé (=< 0,2 µm) thì quá trình tích điện xảy ra chủ yếu là do khuếch tán ion và khi đó điện lượng q của hạt bụi xác định theo công thức:

q = e.d.108

- với: e là điện tích của electron, e = 1,6.10 -19C

b) Vận tốc chuyển động của hạt bụi

Vận tốc chuyển động của hạt bụi về phía cực hút được gọi tắt là vận tốc di chuyển được xác định theo công thức:

ꞷ = K_C(p 𝝴_oE2d)/3µ

Trong đó:

• KC: Hệ số hiệu chỉnh cho gần đúng với định luật Stokes đối với hạt bụi có đường kính dưới 10 µm, gọi là hệ số Cunningham.
• Kc = 1 + (2ƛ/d)[1,257 + 0,4 (-0,55d)/ ƛ]

ƛ: Bước tự do của phân tử khí:

ƛ = µ/(0,499ρꞷ_tb)

• với ꞷ_tb : Vận tốc trung bình của phân tử, m/s;
• µ: Độ nhớt động lực của khí, Pa.s;
• ρ: Khối lượng riêng của khí, kg/m3;

ꞷ_tb = [(8.R_uT)/𝜋M]^1/2

• Với M: Phân tử gam của chất khí, kg/mol;
• R_u:Hằng số, Ru = 8314,4J/kmol.K

Ở nhiệt độ 25^oC và áp suất 1 atm, ta có ꞷ_tb = 467 m/s và ƛ = 0,067 µm. Ở điều kiện này, với hạt bụi hình cầu kính trên 1 µm thì hệ số K_c sẽ được xác định theo:

K_c = 1 + (9,73.10^-3.T^1/2)/d

c) Vận tốc dòng khói

v = V_k/F_n

Vk: Lưu lượng dòng khói, m³/s;

Fn: Tiết diện ngang của buồng khí khử bụi, m².

Thông thường vận tốc dòng khói vào nằm trong giới hạn: v = 1,5 ÷ 2m/s; nếu yêu cầu khử bụi cao thì v = 1 ÷ 1,5 m/s.

d) Điện trở suất của bụi

Điện trở suất của bụi được tính toán theo công thức:

R_b = (U/I)(F/σ)

Trong đó:

• σ: Chiều dày lớp bụi bám trên cực, cm;
• R_b: Điện trở suất, Ω.cm;
• U: Điện thế đi qua lớp bụi, V;
• I: Cường độ dòng điện đi qua lớp bụi, A;
• F: Diện tích tiết diện ngang lớp mẫu tro, cm2.

Đối với loại tro bụi có suất điện trở bé Rb < 10⁴ Ω.cm, sau khi tích tụ lên tấm hút bụi sẽ nhanh chóng phóng điện và mất khả năng bám dính vào tấm hút nên dễ sinh ra bụi lần hai – bụi bay thứ cấp. Với tro bụi có suất điện trở bé R_b = 10⁴ ÷10¹¹ Ω.cm thì sau khi tích tụ sẽ phóng điện với tốc độ vừa phải cho nên hiệu quả thu hồi bụi tương đối tốt. Với tro bụi có suất điện và hình thành trên bề mặt tấm hút bụi một lớp điện tích âm; làm hiệu quả phân ly bụi giảm xuống.

e) Xác định hiệu suất của thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Hiệu suất của thiết bị lọc bụi tĩnh điện được xác định theo công thức:

η = 1 – exp (-ψꞷ.A)/V_ki

Trong đó:

• ꞷ: Vận tốc di chuyển của hạt bụi, m/s;
• A: Tổng diện tích bề mặt tích bụi, m²;
• Vki: Lưu lượng dòng khói đi qua từng khe hở của tấm bản, m³/s;
• Ψ: Hệ số tỷ lệ, với hiệu số cao (lớn hơn 90%) thường chọn Ψ = 2 ÷ 5.

2. Tính toán thiết kế

- Diện tích ngang của buồng khử bụi:

F_n = V_k/3600v

- Khoảng cách giữa tấm điện cực và tấm hút bụi thông thường chọn từ 100 ÷ 150mm. Như vậy khoảng cách giữa hai tấm hút bụi sẽ là:

Δb = 200 ÷ 300mm.

- Số lượng các cặp cực bản:

n = (b/Δb) + 1

Trong đó:

• B: Chiều rộng của buồng khử bụi, m;
• Δb: Khoảng cách của bản cực, m.

- Tổng diện tích tấm hút bụi: được xác định theo công thức tương ứng với hiệu suất cao nhất đạt được của thiết bị.

- Chiều dài của bản cực:

l = A/[2(n – 1)h]

Trong đó:

• h: Chiều cao của bản cực, m;
• A: Tổng diện tích của các tấm hút bụi, m2;
• n: Số tấm cực hút bụi.

Trong tính toán thiết kế, có thể dùng đại lượng thời gian của dòng đi qua của dòng đi qua buồng khử bụi để xác định chiều dài của bản cực:

l = v.τ

Trong đó:

• v: Vận tốc dòng khói trong buồng khử bụi, m/s;
• τ: Thời gian dòng khói lưu chuyển trong buồng khử bụi, thông thường chọn τ = 3 ÷ 10s;

Thông thường chiều dài của bản cực l của bộ khử bụi đơn được chọn trong khoảng 2 ÷ 4m.

- Điện áp tới hạn U₀:

Cường độ tới hạn của điện trường mà tại điều kiện này bắt đầu xuất hiện sự phóng điện từ cực hóa ion được xác định theo công thức của Pik:

Eo = 3, 04 (𝛽 + 0,0311( 𝛽/R)10⁶, V/m

Trong đó:

• R: Bán kính của dây điện cực hóa, m;

𝛽: Tỷ số giữa khối lượng đơn vị khí trong điều kiện làm việc và trong điều kiện tiêu chuẩn (t = 20^oC, p = 1,013.10⁵ N/m2):                  

𝛽 = [(p_kq + p_k)/1,013.10⁵][(273 + 20)/(273 + t)]]

Với:

• pkq: Áp suất khí quyển, N/m²;
• p_k: Áp suất dư (tương đối) của dòng khí trong thiết bị lọc bụi, N/m²
• t: Nhiệt độ khí, ^oC.

Với thiết bị lọc bụi kiểu tĩnh điện bằng bản cực kiểu tấm, điện áp tới hạn Uo được xác định theo công thức:

U_o = E_oR [(𝜋a/c) – ln(2𝜋R/v)],V

Trong đó:

• c: Khoảng cách đều nhau giữa các cực ion hóa, m;
• a: Khoảng cách từ cực ion hóa đến cực hút bụi, m;

+ Cường độ dòng điện Io trong thiết bị lọc bụi là:

I_o = ZU.(U – U_o), A/m

Trong đó:

• U: Điện áp đấu vào cực âm của thiết bị lọc bụi, V;
• Z: Hằng số phụ thuộc vào kiểu thiết bị, với kiểu tấm bản Z được xác định theo:

Z = 4𝜋²k𝜒/[9.10⁹c² (𝜋a/c – ln2𝜋R₁/c)]

Trong đó: 

𝜒: Hệ số phụ thuộc vào vị trí tương đối của cực ion hóa và cực thu bụi thuộc kiểu bản tấm. Để tính toán gần đúng, 𝜒 được xác định theo tỷ số a/c theo bảng 1.

Bảng 1: Giá trị 𝜒 phụ thuộc vào tỷ số a/c

k: Độ hoạt động của ion, m2/V.s. Đối với không khí khô và sạch k = (2,1 ÷2,48).10-4m2/V.s cho ion âm.

3. Công suất điện của thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Công suất điện của thiết bị lọc bụi tĩnh điện thực tế được xác định theo công thức sau đây;

N = [U_mI_tbk_ϕcosφ + N/1,4 η_e] + N₁, kW

Trong đó:

• U_m: Điện áp biên độ của nguồn cấp, KV;
• I_tb: Cường độ trung bình của dòng điện trong thiết bị lọc, A;
• I_tb = IoH
• I_o: Cường độ dòng điện được xác định trong công thức bảng 1 (bảng 2.6 trang 57), A/m;
• H: Tổng chiều dài tác dụng của các cực ion hóa, m;
• k_ϕ: Hệ số dạng đường cong của dòng điện, kϕ = 1,2 ÷ 1,5;
• η_e: Hiệu suất của thiết bị;
• cosφ = 0,7 ÷ 0,75
• 1,41: Hệ số chuyển đổi từ giá trị điện áp biên độ sang giá trị điện áp hiệu quá
• N₁: Công suất (kW) của các cơ cấu rũ bụi và các thiết bị phụ trợ khác. 

Trên đây là một số thông tin về  việc tính toán thiết kế thiết bị lọc bụi tĩnh điện. Trên thực tế, tùy vào điều kiện ở mỗi nơi mà việc tính toán có thể linh hoạt điều chỉnh cho phù hợp với nhu cầu và đặc điểm của từng hệ thống.

Môi trường Hợp Nhất là nhà thầu chuyên tư vấn, thiết kế, thi công và lắp đặt hệ thống xử lý khí thải mọi ngành nghề, Quý doanh nghiệp có thể liên hệ qua Hotline: 0938.857.768 để được tư vấn giải pháp xử lý bụi, khí thải phù hợp.

Bộ phận Marketing & Truyền thông