CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN

Lọc bụi theo phương pháp Èm.

Khi các hạt bụi tiếp xúc với bề mặt dịch thể các hạt bụi sẽ bám trên bề mặt đó, dựa

trên nguyên tắc đó có thể tách các hạt bụi ra khỏi dòng khí. Thực nghiệm cho thấy

theo phương pháp này chỉ thu hồi các hạt bụi có kích thước > 3÷5 µm. Các hạt bụi

nhỏ nếu lọc bụi theo phương pháp Èm sẽ kém hiệu quả.

Lọc bụi điện:

Khí chứa bụi được dẫn qua điện trường có điện thế cao. Dưới tác dụng của

điện trường khí bị ion hoá. Các ion tạo thành bám trên các hạt bụi và tích điện cho

chúng. Các hạt sau khi tích điện được qua một điện trường, chúng sẽ bị hút về các

cực trái dấu. Phương pháp này dùng để thu hồi các hạt bụi nhỏ có kích thước bất

kỳ.

Ta có thể thấy được ưu điểm vượt trội của thiết bị lọc bụi tĩnh điện so với

các thiết bị lọc bụi khác. Nó có thể lọc bụi với các hạt có kích thước bất kỳ.

2.1. Phân tích nguyên lý làm việc và yêu cầu công nghệ lọc bụi tĩnh điện.

Khí thải cần lọc bụi được thổi qua một hệ thống hai điện cực. Điện cực nối

đất gọi là điện cực lắng vì bụi được lắng chủ yếu ở trên điện cực này. Điện cực thứ

hai được gọi là điện cực quầng sáng. Điện cực này được cung cấp dòng điện một

chiều có điện thế cao, do điện thế cao nên cường độ điện trường xung quanh có

giá trị lớn và gây ra sự va đập ion mãnh liệt. Biểu hiện bên ngoài của sự ion hóa

khí mãnh liệt là nhìn thấy một quầng sáng bao phủ xung quanh điện cực này.



8



Hình 2. 1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống lọc bụi tĩnh điện.



Sự phóng điện quầng sáng xảy ra sát bề mặt điện cực quầng sáng. Sự phóng

điện quầng sáng không lan rộng giữa hai điện cực mà yếu đi và tắt dần theo

phương tới điện cực lắng. Vì đi từ điện cực quầng sáng tới điện cực lắng thì cường

độ điện trường yếu dần đi (điện trường giữa hai điện cực là điện trường không

đều). Các ion khí được tạo ra chủ yếu trong vùng quầng sáng. Dưới tác dụng của

lực điện trường các ion sẽ chuyển động về phía các điện cực trái dấu với chúng.

Các ion dương chuyển dịch về phía điện cực âm (điện cực quầng sáng). Các ion

âm chuyển dịch về phía điện cực dương ( điện cực lắng). Sự chuyển dịch dòng các

9



ion về phía các điện cực trái dấu tạo ra dòng điện. Dòng điện này được gọi là dòng

điện quầng sáng. Khi thổi khí thải cố chứa bụi bẩn qua không gian giữa hai điện

cực thì các ion sẽ bám dính trên bề mặt của các hạt bụi và các hạt bụi trở lên mang

điện tích. Khi đến các điện cực các hạt bụi bị hút và lắng lại trên bề mặt các điện

cực. Lượng bụi được lắng chủ yếu trên bề mặt các điện cực lắng. Trên bề mặt điện

cực quầng sáng cũng có bụi lắng lại nhưng lượng bụi này nhỏ không đáng kể so

với lượng bụi lắng lại ở điện cực lắng. Theo mức độ tích tụ bụi trên bề mặt điện

cực người ta định kỳ rung lắc điện cực hoặc xối nước rửa điện cực và thu lấy bụi.

2.1.1 Sự tích điện cho các hạt bụi.

Trong điện trường giữa hai điện cực, các hạt bụi được tích điện là do việc

hấp thụ các ion lên bề mặt hạt bụi. Quá trình tích điện của hạt bụi xảy ra chủ yếu ở

bên ngoài vùng quầng sáng. Các hạt bụi vẫn có thể tích điện thêm khi mà các ion

vẫn còn có thể tiếp tục hút bám thêm lên trên bề mặt hạt bụi. Số ion hút bám trên

bề mặt hạt bụi càng nhiều thì điện tích của hạt bụi càng tăng lên, có nghĩa là cường

độ điện trường gây ra do điện tích có được của hạt bụi cũng tăng lên. Cường độ

điện trường này có hướng ngược với cường độ điện trường giữa hai điện cực. Vì

vậy tốc độ chuyển động của các ion tiếp theo tới hạt bụi sẽ giảm đi, nghĩa là giảm

tốc độ tích điện cho các hạt bụi. Khi cường độ điện trường của điện tích hạt bụi có

giá trị bằng cường độ điện trường ngoài thì tốc độ chuyển động của các ion tới hạt

bụi sẽ bằng không có nghĩa là hạt bụi không nhận thêm các ion nữa. Lúc này ta

nói hạt bụi đó đạt được điện tích tới hạn. Sự tích điện của hạt bụi xảy ra rất nhanh.

10



Đối với hầu hết bụi công nghiệp, trong những điều kiện bình thường thì chỉ cần

sau 1s hạt bụi đó tích được lượng điện tích hơn 90% điện tích tới hạn.

Với hạt bụi có kích thước lớn hơn 1µm thì điện tích tới hạn của nó tỷ lệ với

cường độ điện trường và tỷ lệ với bình phương bán kính của hạt bụi:

q th = n.e = 0.19.10 −9 .r2.E (C)

Trong đó :

q th - Điện tích tới hạn của hạt bụi

n - Số lượng điện tích hạt bụi tích được

r - Bán kính của hạt bụi

E - Cường độ điện trường

Thực chất của quá trình lọc bụi điện là sự nạp điện cho các hạt bụi chứa

trong khí.Các hạt này sẽ tách ra khỏi dòng khí dưới tác dụng của điện trường. Quá

trình này xảy ra trong trường điện gồm có các điện cực phóng và điện cực thu. Để

tích điện cho các hạt bụi thì dòng ion được tạo nên bởi quầng sáng trong điện

trường không đều gồm hai hệ thống điện cực: điện cực phóng (-) và điện cực thu

(+). Điện tích quầng sáng chỉ phát sinh ở cường độ điện trường xác định. Điều

kiện đó phụ thuộc vào hình dạng, vị trí điện cực, thành phần áp suất, nhiệt độ

khí.Khí thải cần được lọc bụi được thổi qua 1 hệ thống 2 điện cực. Giữa 2 điện cực

này được thiết lập 1 điện thế 1 chiều tương đối cao nên cường độ điện trường do

chúng gây ra có giá trị lớn dẫn đến các hạt bụi ion hóa mãnh liệt.

11



2.1.2 Sự chuyển dịch của các hạt bụi trong điện trường.

Trong không gian giữa điện cực lắng và điện cực quầng sáng, mỗi một hạt

bụi chịu tác động bởi nhiều lực: lực điện trường, trọng lực của bản thân hạt bụi,

lực cản của môi chất, lực của dòng khí quấn hạt bụi theo chiều dòng khí. Do giữa

các điện cực có các điện tử chuyển động nên nó va chạm vào hạt bụi và bám vào

hạt bụi, làm hạt bụi trở thành ion âm nên nó cũng chuyển động về phía điện cực

lắng. Quá trình cứ thế tiếp diễn và làm cho lớp không khí giữa khoảng không gian

giữa hai điện cực được làm sạch. Do vậy, trong quá trình làm việc thì lớp bụi ở

điện cực lắng cứ dày lên. Tại đây chúng được lấy ra đem bỏ làm phế thải hoặc

được cho trở lại quá trình sản xuất. Ví dụ: nhà máy xi măng…

Trong các lực trên thì lực điện trường và lực cản của môi chất là quan trọng

nhất. Tổng hợp lực gây ra sự chuyển động của hạt bụi về phía các điện cực mà chủ

yếu là chuyển động về phía các điện cực lắng.

Đối với những hạt bụi có đường kính lớn hơn 1µm thì tốc độ chuyển động

của hạt bụi về phía điện cực lắng tỷ lệ với kích thước hạt bụi và tỷ lệ với bình

phương cường độ điện trường:



10-11 .E 2 .r

W=

(m/s)

m

Đối với những hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 1µm thì tốc độ chuyển động

của hạt bụi về phía điện cực lắng không phụ thuộc vào kích thước của hạt bụi mà

chỉ phụ thuộc vào cường độ điện trường:

12



W=



0.17.10 -11 .E

(m/s)

m



Trong đó:

E - Cường độ điện trường.

r - Bán kính của hạt bụi.

µ - Hệ số nhớt động lực của khí ở điều kiện thực tế.

Có nghĩa là dưới tác dụng của lực điện trường giữa 2 bản cực, các ion hóa bị

hút về phía bản cực trái dấu: ion dương về cực dương và ion dương về cực âm.

Dấu điện tích trên các hạt cũng chính là dấu mà các ion trao cho hạt. Vì vậy khi

các hạt chứa bụi điện tích nằm ở khoảng không gian giữa hai điện cực thì nó sẽ

chuyển động từ điện cực phóng tới điện cực thu. Nếu ở vùng quầng sáng có các

ion dương thì một số hạt bụi sẽ tích điện dương và bị hút tới cực thu.

Nếu ở vùng quầng sáng có các ion dương thì một số hạt bụi sẽ tích điện

dương và bị hút tới điện cực phóng. Lực tác dụng tương hỗ giữa điện trường

vàđiện tích hạt bụi bằng tích số cường độ điện trường với trị số điện tích đó nghĩa

là:

F = E * q (1.4)

Ngoài ra tác dụng lên điện tích còn có các lực sau: trọng lực, lực gió điện,

lực dòng khí cuốn các hạt bụi. Các lực này tác dụng lên các hạt bụi trong thiết bị

có thể coi là không đáng kể.

13



2.1.3 Sự lắng bụi trên bề mặt điện cực lắng.

Sự lắng bụi trên bề mặt của điện cực lắng phụ thuộc vào kết cấu của điện cực

lắng nhưng chủ yếu là sự bám dính của các hạt bụi. Sự bám dính của các hạt bụi

lại phụ thuộc vào quá trình trao đổi điện tích của các hạt bụi cho cực lắng, mà quá

trình trao đổi điện tích của hạt bụi lại phụ thuộc vào điện trở suất của chúng.

Cực dương của thiết bị lọc bụi thường được nối đất. Các hạt bụi sau khi dịch

chuyển về các điện cực sẽ lắng lại trên bề mặt điện cực. Theo mức độ tích tụ bụi

trên bề mặt điện cực, người ta định kỳ rung lắc điện cực hoặc xối nước rửa điện

cực để loại bỏ bụi. Dấu điện tích trên các hạt cũng là dấu mà các ion tạo ra cho

hạt.

Bụi chứa trong khí được chia thành 3 nhóm theo giá trị điện trở suất:



4

Nhóm1: có <10 Ω cm (có độ dẫn điện lớn), bụi thuộc nhóm điện trở thấp



cũng rất dễ tích điện nhưng cũng rất nhanh chóng mất điện tích.Các hạt bụi nhóm

này.Khi chạm vào cực dương chúng lập tức mất điện tích âm và nhận điện tích

dương của cực hút bụi. Vì vậy chúng bị đẩy ra khỏi cực hút bụi và nhập lại vào

dòng khí.

Để lọc bụi điện trở thấp: Bố trí thiết bị lọc cơ học (Xyclon) trước thiết bị lọc

bằng điện. Chế tạo cực hút bụi có bề mặt hãm được vận tốc của dòng khí xuống

mức thấp nhất.



14



Nhóm 2: có



4

4

từ 10 Ω cm đến 2.10 Ω cm để lọc bụi thuộc nhóm điện trở



trung bình khi chạm vào cực hút bụi điện tích của chúng mất đi từ từ do đó cúng

vẫn bám được vào bề mặt cực hút bụi. Khi bề dày của lớp bụi đủ lớn thì dưới tác

dụng của trọng lực chúng bị bong ra và rơi xuống phễu chứa bụi. Nhóm này dùng

thiết bị lọc bụi đạt hiệu quả rất cao.



4

Nhóm 3: có > 2.10 Ω cm ( có độ dẫn điện thấp ) để lọc bụi có điện trở cao



gây trở ngại lớn cho quá trình làm việc của thiết bị lọc bụi bằng điện. Lớp bụi

đọng trên bề mặt cực hút bụi tạo thành lớp cách điện. Các điện tích liên tục đi vào

bề mặt cực hút bụi cùng với bụi đã đọng lại không giải phóng được điện tích của

mình và tạo thành chênh lệch điện áp trên lớp bụi, dẫn đến phá vỡ chế độ làm việc

bình thường của thiết bị.

Nếu lớp bụi không có lỗ rỗng ở giữa và trải đều trên bề mặt cực hút sẽ làm

giảm điện áp phóng điện Corona của thiết bị. Kết quả làm giảm hiệu quả lọc.

Ngoài ra, nhóm bụi có điện trở cao rất khó giữ bằng rung động cơ học. Áp

dụng nguyên lý cơ bản này ta sẽ thiết kế 1 mạch điệu khiển cho 2 bản cực đáp ứng

yêu cầu đặt ra.



15



2.1.4. Yêu cầu của nguồn điện tạo nên điện trường cao áp cấp cho buồng lọc

bụi.

Do mỗi điện áp lọc khác nhau nên ta ứng dụng trong các nhà máy với các

loại bụi khác nhau. Để ứng dụng cụ thể cho mỗi mức điện áp lọc khác nhau thì ta

cần phân tích xem hạt bụi có tính chất như thế nào (kích thước, khả năng dẫn điện,

bán kính trung bình hạt bụi, độ ẩm, tính dẫn điện, tính chất hoá học của từng loại

bụi).

Phân tích tính chất một số loại bụi trong công nghiệp:

Vật liệu gốm mà ta phân tích là xên-zian (BaO.Al2O3.2SiO2 và cacbonat

bari, cao lanh, đất sét, thuỷ tinh alumosilic nhiều bari). Đặc điểm của loại vật liệu

này là có khối lượng riêng tương đối lớn, tổn hao điện môi ít biến đổi theo nhiệt

độ. Bụi sau khi nung có độ ẩm trung bình. Tuy nhiên, do loại bụi này có khả năng

dẫn điện kém do đó cao áp lọc khoảng 65 kV.

Vật liệu than thành phần chính trong bụi là cácbon đã được nghiền nhỏ. Loại

bụi này có khối lượng riêng thấp đồng thời khả năng dẫn điện của bụi than là

tương đối cao, do đó cao áp lọc đặt vào chỉ khoảng 55 kV.

Vật liệu xi măng Porland ( xi măng trắng ) được sản xuất từ đá vôi, đất sét và

thạch cao. Bụi xi măng có độ dẫn điện nhỏ nhưng khối lượng riêng tương đối lớn,

độ ẩm của bụi thấp và các phản ứng hoá học trong bụi ít xảy ra.Đồng thời bụi thải

ra từ nhà máy sản xuất xi măng có hàm lượng rất lớn (gần 1/3 tổng khối lượng của

hợp chất ban đầu đưa vào). Do vậy, cao áp lọc đặt vào để lọc bụi xi măng thường

phải ở mức tương đối cao khoảng từ 70÷80 kV.

16



Như vậy với tính chất của 1 số loại bụi hiện nay thì khi thiết kế công nghệ

lọc bụi ta gặp phải 1 số yêu cầu sau:

1. Điện áp trên cao áp lọc bụi rất cao. Với điện áp cao áp này ta sẽ rất

khó chọn van, giá thành của hệ thống sẽ cao.

2. Trong quá trình lọc do lượng khí giữa 2 bản cực khi ion hóa tạo

thành dòng điện nên hệ thống rất hay bị ngắn mạch. Vì vậy ta phải

thiết kế 1 hệ thống ngắn mạch tự động đóng mạch vào điện áp làm

việc sau khi thiết kế 1 hệ thống chống ngắn mạch và tự động đóng

mạch vào điện áp làm việc sau khi kết thúc phóng điện. Điện áp của

thiết bị lọc bụi phải được tăng dần ổn định để đảm bảo cho lượng bụi

được ổn định và để tránh sự phóng điện không kiểm soát được giữa

các bản cực.

2.2. Cấu tạo các bộ phận chính của hệ thống lọc bụi tĩnh điện.

Phụ thuộc vào các điều kiện bảo quản, thành phần, nhiệt độ, áp suất, độ ẩm

không khí, các tính chất vật lý, hóa học của bụi, yêu cầu và mức độ làm sạch… mà

cấu tạo thiết bị lọc bụi có các kiểu khác nhau. Nhưng cấu tạo của chúng đều có

những bộ phận cấu trúc cơ bản sau:



17



Hình 2. 2. Sơ đồ cấu tạo của hệ thống lọc bụi tĩnh điện.



2.2.1. Vỏ thiết bị lọc bụi.

Thường có dạng hình hộp hoặc hình trụ. Vỏ được chế tạo bằng thép lá, bê

tông gạch, các tấm trì hoặc vật liệu khác. Chọn vật liệu phải căn cứ vào nhiệt độ

18