Thực nghiệm: Đánh giá hiệu quả xử lý bụi mịn của máy lọc tĩnh điện ướt

Là một trong những thiết bị kiểm soát hiệu quả các chất ô nhiễm không khí, thiết bị lọc bụi tĩnh điện ướt (ESP) là một kỹ thuật hiệu quả để loại bỏ sương mù axit và các hạt mịn bị cuốn lại trong điện cực thu gom. Tuy nhiên, hiệu quả thu gom của nó có thể kém đi, vì hoạt động của nó có thể bị nước ăn mòn điện cực thu. Để khắc phục nhược điểm này, một nhóm nhà nghiên cứu đã sửa đổi hệ thống ESP ướt với việc lắp đặt bộ lọc bụi PVC trong đó nước được cung cấp thay thế cho điện cực thu gom. Với sửa đổi này, tác giả đã tiến hành thực nghiệm và cho thấy hiệu quả được cải thiện đáng kể.

Thực nghiệm

1. Thiết lập

Trong nghiên cứu này, hệ thống lọc bụi tĩnh điện ướt đã được sửa đổi được xây dựng trong một đường hầm gió sạch như trong Hình 1. Hệ thống thử nghiệm bao gồm bộ lọc không khí dạng hạt hiệu suất cao (HEPA), bộ tạo bụi và ESP ướt. Để cung cấp không khí sạch vào hệ thống cấp khí, bộ lọc HEPA đã được lắp đặt.

Để kiểm tra hiệu quả của ESP ướt cải tiến, các hạt được tạo nhân tạo bằng cách sử dụng 1,1,3,3-tetramethyl disiloxan (TMDS, (CH ₃ ) ₂ HSi – O – SiH (CH ₃ ) ₂, Aldrich). Hệ thống hấp thụ với dung dịch TMDS được đặt trong một bình nước được kiểm soát nhiệt độ (-5 ° C). Khí nitơ tinh khiết (0,2 L / phút) được đưa vào chai chứa TMDS. TMDS được hóa hơi bằng cách sủi bọt, sau đó trộn với không khí (0,5 L / phút) trước khi đưa vào lò điện. Sự chuyển đổi khí thành hạt của TMDS xảy ra trong lò điện, được duy trì ở 700 ° C. Dòng khí được kiểm soát bằng cách sử dụng bộ điều khiển lưu lượng khối lượng (Kofloc, Model 8300, Nhật Bản). Khi TMDS đi vào lò điện ở dạng hơi, nó ngay lập tức chuyển thành các oxit ổn định. Sự hình thành các hạt sau đó tiến hành theo từng bước sau khi tạo mầm, ngưng tụ và đông tụ. Một ESP ướt thí điểm được chế tạo bằng một ống PVC có đường kính 66,5 mm và chiều dài 413 mm (Hình 2).

Thanh phóng điện là một thanh hình sao bằng thép không gỉ tạo điều kiện xả hiệu quả dọc theo các cạnh như thể hiện trong Hình 2. Điện cực thu bụi được thiết kế để tạo màng nước trên thành bên trong thiết bị lọc bụi, và một bộ nạp xoắn ốc được lắp đặt ở phía trên của thiết bị lọc bụi để duy trì việc cung cấp nước liên tục (Hình 2). Ngoài ra, một lớp hoàn thiện nhám đặc biệt đã được áp dụng để nước có thể chảy và trải đều trên bề mặt PVC.

Sử dụng nguồn điện một chiều (ZEPA, Model HM200-40K-SP, Hàn Quốc) với công suất lên đến -40 kV. Bởi vì hầu hết các ESP công nghiệp được vận hành với cực âm, hiệu suất của ESP được đánh giá với điện áp DC âm cao. Vận tốc khí trung bình bên trong ESP ướt là 1,0 m / s, tương đương với tốc độ dòng chảy 0,21 Nm ³ / phút.

Khi nhà nghiên cứu dự định kiểm tra xem liệu nước có thể được sử dụng thành công để thay thế điện cực thu bụi hay không, nước đã được tạo ra để chảy đều trên bề mặt bên trong của bộ lọc bụi. Các thông số kỹ thuật của ESP ướt trong nghiên cứu này được trình bày trong Bảng 1 cùng với ESP khô phổ biến để tham khảo.

Bảng 1: Các thông số cơ bản của hệ thống ESP ướt sửa đổi được khảo sát trong nghiên cứu này.

2. Đo lường hiệu quả thu thập

Hiệu quả hút bụi cũng được kiểm tra liên quan đến nguồn cung cấp điện bằng cách thay đổi các giá trị của chúng từ điện áp âm cao đến các mức tăng −11, −13 và −15 kV. Sự phân bố kích thước và nồng độ khối lượng của các hạt được đo để đánh giá hiệu quả thu gom của hệ thống bằng cách sử dụng bộ tác động tầng trong ngăn xếp (series 220, Sierra tools, Inc., USA) với lấy mẫu đẳng động (EPA method 5). Dp, 50 của mỗi giai đoạn đối với bộ tác động tầng, được thể hiện trong bảng 2, việc đo lường hiệu quả thu gom được thực hiện hơn 7 lần ở mỗi điều kiện.

Bảng 2: Các đường cắt kích thước hạt của bộ tác động tầng ^a .

Điện áp đặt của ESP ướt được đo bằng máy hiện sóng kỹ thuật số (Tektronix, Model TDS 2014B, Hoa Kỳ) và đầu dò điện áp cao (Tektronix, Model 6101A, Hoa Kỳ). Một thanh ghi 1 kΩ được mắc nối tiếp vào đường dây nối đất để đo dòng phóng điện trong ESP ướt đã sửa đổi của chúng tôi. Vận tốc khí của ESP ướt bên trong được đo bằng máy đo gió (TSI, Model 9515). Hiệu quả loại bỏ khối lượng ( ) của ESP ướt được tính toán như sau:𝜂

𝜂= ((nồng độ của các hạt đã tắt ESP ướt – nồng độ của các hạt đã bật ESP ướt) / nồng độ của các hạt đã tắt ESP ướt).

Kết quả thực nghiệm

Kết quả xác nhận rằng cường độ điện trường càng cao (và giảm tốc độ dòng chảy bên trong thiết bị lọc bụi) thì hiệu quả thu gom bụi càng cao. Tốc độ dòng chảy tăng cường bên trong thiết bị kết tủa ngụ ý thời gian lưu giữ khí ngắn có thể dẫn đến sự gia tăng diện tích thu gom cụ thể. Một trong những thông số thiết kế quan trọng của ESP là khu vực thu gom cụ thể (SCA), có thể bị ảnh hưởng nhạy cảm bởi kích thước của ESP. 

Nghiên cứu cũng chỉ ra mối quan hệ giữa công suất hào quang cụ thể và hiệu quả hút bụi liên quan đến sự thay đổi của vận tốc dòng chảy bên trong thiết bị lọc bụi. Với cùng tốc độ dòng chảy bên trong bộ lọc bụi, tỷ lệ công suất hào quang cao hơn có thể dẫn đến việc nâng cao hiệu quả thu gom bụi. Công suất hào quang cụ thể ( P / Q ) là một yếu tố thiết kế khác của ESP, là tỷ số giữa công suất hào quang ( P tính bằng oát) với tốc độ dòng khí ( Q tính bằng m ³ / phút). Chỉ số này rất hữu ích để cung cấp thông tin về mức tiêu thụ điện năng trong ESP. Kết quả của thí nghiệm này cho thấy công suất hào quang cụ thể là 4,4 W / (m ³/ phút) được duy trì ở hiệu suất hút bụi thấp nhất (76,2%), trong khi 81,0 W / (m ³ / phút) là ở hiệu suất cao nhất (99,7%).

Một cuộc điều tra tương tự đã được thực hiện bởi Saiyasitpanich và v.v. [ 15 , 22 ]. Sử dụng điện cực thu làm bằng thép cho ESP ướt, với SCA 0,04 m ² / (m ³ / phút) và công suất hào quang cụ thể 35,4 W / (m ³ / phút), hiệu suất thu thập 80% đã được hiển thị. So sánh khi sử dụng cùng điều kiện, SCA (0,3 m ² / (m ³ / phút)) cho kết quả cao hơn và công suất hào quang cụ thể (10 W / (m ³ / phút)) cho kết quả trong nghiên cứu này thấp hơn so với kết quả của Saiyasitpanich.

Do đó, bằng cách xem xét đồng thời mối quan hệ giữa công suất hào quang cụ thể và các giá trị SCA, người ta có thể suy ra các điều kiện hoạt động tối ưu. Hiệu quả thu gom đạt mức tối thiểu ở phạm vi kích thước hạt 0,1 ~ 0,7  μ m. Phạm vi kích thước này có sự giao nhau giữa sự khuếch tán và điện tích trường, như đã quan sát trước đây.

Ngoài ra, sau khi được sử dụng trong SCA, nước rửa phải được xử lý đúng cách (ví dụ: lọc) vì nó thu thập nhiều hạt sau khi được sử dụng làm điện cực thu gom.