Giới thiệu và phân tích chuyên sâu về quy trình tối ưu hóa hệ thống lọc bụi

Trong hầu hết các trường hợp sản xuất xi măng, hệ thống lọc được làm sạch bằng xung khí với các thành phần lọc vải có tác dụng khử bụi sản phẩm và luồng khí thải. Trong những năm gần đây, các hệ thống lọc bụi túi vải này đã thay thế phần lớn các quy trình kém hiệu quả hơn, chẳng hạn như lọc bụi bằng Cyclone hoặc lọc tĩnh điện, và hiện đang thống trị thị trường. Được trang bị túi lọc làm bằng sợi thủy tinh hoặc polyme chất lượng cao, hệ thống lọc được làm sạch bằng xung khí vượt qua một số thách thức khi nói đến việc khử bụi hiệu quả luồng khí thải.

Khử bụi hiệu quả luồng khí thải

Bài viết này đề cập đến khả năng phân tích và tăng hiệu suất của các hệ thống lọc này. Với mục đích này, một phương pháp đo lường phù hợp được trình bày, các nhiệm vụ đo lường có thể được xác định và các giải pháp tiềm năng được xem xét cho một hệ thống túi lọc đang hoạt động.

Có rất nhiều loại hệ thống lọc túi đang có trên thị trường, nhưng nhiệm vụ của chúng có thể được tóm tắt bằng một số thông số thường gặp sau:

• Việc tuân thủ luật hiện hành liên quan đến khí thải và bụi có thể thải ra môi trường là điều bắt buộc.
• Các khía cạnh quản lý kinh doanh và chính sách khí hậu hiện tại đòi hỏi phải sử dụng năng lượng ở mức thấp nhất có thể.
• Các giới hạn vận hành nội bộ, chẳng hạn như công suất quạt, chỉ cho phép một chế độ vận hành trong số đó.
• Tuổi thọ dài của túi lọc và ít phải bảo trì cũng là những yếu tố mong muốn giúp giảm chi phí bảo trì.

Các thông số này có liên quan và tương tác với nhau. Ví dụ, nếu các túi lọc bụi được vệ sinh thường xuyên, chênh lệch áp suất và chi phí năng lượng sẽ giảm trực tiếp, nhưng đồng thời, lượng phát thải các hạt giống bụi tăng lên và tuổi thọ của túi lọc sẽ giảm.

Để tìm ra điểm vận hành tối ưu của hệ thống lọc hiện có, nhiều loạt thử nghiệm đa số gây tốn thời gian, điều này cũng có thể làm gián đoạn quy trình sản xuất thông thường. Mục tiêu là một phương pháp đo lường độc lập, không can thiệp vào hệ thống điều khiển, nhưng vẫn minh họa và ghi lại những thay đổi trong hành vi của hệ thống lọc theo định lượng và theo thời gian thực.

Với mục đích này, BWF Envirotec đã phát triển các đầu dò đo dựa trên nguyên lý của ống Prandtl. Đầu dò đo được đặt ở bất kỳ độ cao nào trong túi lọc cần phân tích. Khi quạt hoạt động, khí thải chảy qua túi lọc từ bên ngoài vào trong và bốc lên hướng về phía buồng khí sạch. Khí chảy xung quanh đầu dò, nằm ở giữa túi. Đầu dò có một lỗ tiếp nhận cái gọi là 'áp suất trì trệ'. Khí thải chảy qua các lỗ bên xa hơn mà không bị trì trệ. Do đó, chỉ có áp suất tĩnh ở đây.

Phương trình Bernoulli xác định mối quan hệ giữa hai áp suất được đo:

• p (đình trệ) = p (tĩnh) + p (động)

Nếu biết mật độ khí thải, vận tốc dòng chảy v trong túi lọc có thể được tính trực tiếp từ áp suất động:

• p (động) = ½ * ϱ * v2 và v = √(2*p(động)/ϱ)

Áp suất tĩnh, áp suất động và vận tốc dòng chảy được tính toán từ đây đóng vai trò hướng dẫn cho các nhiệm vụ tối ưu hóa khả thi.

Quá trình đo hoạt động độc lập. Tất cả những gì cần thiết là kết nối 230 V và đường cáp từ buồng khí sạch đến môi trường. Các đầu dò đo có khả năng chịu nhiệt và do đó có thể sử dụng ở nhiệt độ lên đến 220˚C.

Đối với phép đo, phải mở các buồng tương ứng, tháo tạm thời các ống thổi và đặt các đầu dò vào túi lọc ở độ cao mong muốn. Sau đó, lắp lại các ống thổi và đóng các buồng. Phép đo đã sẵn sàng. Có thể thực hiện các phép đo đồng thời với bốn đầu dò trong một buồng. Tùy thuộc vào phạm vi phép đo, cần 2 – 3 ngày (cộng với thời gian đến).

Với phương pháp đo lường vừa mô tả, các thông số sau đây có liên quan đến việc tối ưu hóa có thể được xác định nhanh chóng và không tốn nhiều công sức:

• Áp suất tăng đột biến trong túi lọc đạt được trong quá trình vệ sinh, tùy thuộc vào vị trí dọc theo ống thổi
• Phân bố áp suất tăng đột biến tối đa trên chiều cao của túi lọc
• Lượng áp suất tăng đột biến trong túi lọc tùy thuộc vào áp suất của bình
• Ảnh hưởng của thời gian mở van đến áp suất tăng đột biến tối đa
• Ảnh hưởng của thời gian chu kỳ đến chênh lệch áp suất
• Ảnh hưởng của trình tự làm sạch đến chênh lệch áp suất
• Ảnh hưởng của lỗ thổi đến sự tích tụ áp suất trong túi lọc
• Tác động của vòi phun ống thổi và Venturi đến sự gia tăng áp suất
• Ảnh hưởng của các phương tiện lọc khác nhau đến chênh lệch áp suất

Chỉ có thể thảo luận một số trong nhiều nhiệm vụ đo lường được liệt kê ở trên.

Người vận hành nhà máy xi măng phàn nàn về chênh lệch áp suất cao hoặc lưu lượng khí không đủ qua hệ thống lọc vì đã đạt đến giới hạn công suất quạt. Cả hai bên đã nhất trí về một chiến dịch đo lường để điều tra nguyên nhân của vấn đề này.

BWF Envirotec đã lắp bốn đầu dò đo trên một ống thổi ban đầu được chọn theo mong muốn. Đầu dò 1 và 2 được lắp ở các độ cao khác nhau trong túi lọc (FS17) ở cuối ống thổi. Đầu dò 3 và 4 được lắp trong túi lọc thứ hai khi nhìn từ bình áp suất.

Hình 1 cho thấy áp suất tích tụ được đo trong quá trình làm sạch bằng xung khí như một hàm của thời lượng đo. Vì phép đo được thực hiện trong quá trình vận hành, nên áp suất âm -1000 Pa được áp dụng cho cả hai túi lọc 2 và 17 ở phía khí sạch so với phía khí thô. Ngay khi van của bình áp suất mở ra, khí nén sẽ chảy qua ống thổi vào các túi lọc bên dưới. Điều này làm đầy túi lọc, bù cho áp suất âm và tạo ra áp suất dương bên trong túi lọc. Chỉ khi đó, túi lọc mới phồng lên và đẩy lớp bụi đã được lọc ra ngoài. Nếu áp suất tích tụ không đủ, lớp bụi không được làm sạch và túi lọc có cùng lực cản đối với luồng khí chảy qua như trước khi làm sạch.

Hình 1. Áp suất tăng lên trong quá trình làm sạch túi lọc 2 và 17

Như có thể thấy rõ, áp suất tích tụ bên trong túi lọc hầu như không khác nhau. Đầu dò ở trên cùng chỉ ra thời điểm bắt đầu tích tụ áp suất sớm hơn đầu dò ở dưới cùng, vì không khí sạch mất vài mili giây để chảy xuống. Ở mức áp suất tối đa, đầu dò 1 và 2 (hoặc 3 và 4) chỉ khác nhau một chút. Điều này có nghĩa là áp suất tích tụ diễn ra tương đối đều dọc theo chiều cao bên trong túi lọc.

Tuy nhiên, có sự khác biệt rõ ràng về vị trí của túi lọc so với ống thổi. Túi lọc 17 được lắp ở cuối ống thổi đạt áp suất quá mức tối đa là 1000 Pa so với phía khí thô. Kinh nghiệm cho thấy rằng điều này thường đủ để làm sạch hiệu quả bánh lọc đã lọc. Có vẻ như không phải như vậy với túi lọc 2. Đường số không chỉ bị cắt ngang, do đó có thể cho rằng việc làm sạch không đủ. Kiểm tra các ống thổi và vị trí túi lọc tiếp theo đã chứng minh rằng tất cả các túi lọc ở các vị trí phía trước đều gặp phải cùng một triệu chứng.

Hình 2. Tốc độ dòng chảy trong túi lọc 2 và 17 trong hai xung làm sạch

Hình 2 minh họa các hiệu ứng có thể có của quá trình làm sạch bằng xung khí. Sau khi túi lọc 17 (đường màu đen) được làm sạch, sức cản đối với khí chảy qua giảm đi vì lớp bụi đã được loại bỏ. Điều này được thể hiện bằng sự gia tăng tự phát của vận tốc dòng chảy trong túi lọc từ khoảng 3,6 m/giây lên khoảng 4,3 m/giây theo hướng của buồng khí sạch. Điều này xác nhận việc làm sạch hiệu quả túi lọc 17, điều này đã được giả định do sự tích tụ áp suất cao được mô tả trước đó. Túi lọc 2 (đường màu đỏ) chỉ cho thấy vận tốc dòng chảy tăng nhẹ, điều này xác nhận nghi ngờ rằng túi lọc không được làm sạch đúng cách. Vận tốc dòng chảy tổng thể thấp hơn đáng kể chỉ ra rằng các túi lọc được đặt ở phía trước góp phần vào quá trình lọc ở mức độ ít hơn nhiều.

Phân tích chi tiết hơn về vận tốc dòng chảy trong túi lọc 17 (đường màu đen) cho thấy một bất thường khác. Như đã đề cập, ngay sau khi vệ sinh (với trục thời gian là 80 giây), vận tốc dòng chảy đột ngột tăng lên khoảng 4,3 m/giây, sau đó giảm liên tục (do bánh lọc tăng lên) cho đến trục thời gian 180 giây, một sự giảm đột ngột bất ngờ khoảng 0,2 m/giây. xảy ra. Điều này diễn ra cùng lúc với việc vệ sinh ống thổi liền kề 10, do đó có thể cho rằng bụi được làm sạch từ ống số 10 đã bay quay trở lại sang ống số 9 trước đó. Kinh nghiệm cho thấy bụi lọc càng mịn và bay tự do thì điều này càng xảy ra nhiều.

Khi vệ sinh các ống thổi xa hơn, hiệu ứng của sự tái cuốn trôi giảm dần và không còn đáng chú ý nữa ở bốn hàng tiếp theo (trục thời gian khoảng 400 giây). Nếu không có hiệu ứng tái cuốn trôi, lưu lượng trong túi lọc 17 sẽ giảm chậm hơn đáng kể. Điều này sẽ duy trì lưu lượng khí cao hơn trong thời gian dài hơn và sẽ dẫn đến sự gia tăng chênh áp chậm hơn. Điều này có thể đạt được bằng cách thay đổi trình tự vệ sinh từ liên tiếp (hàng này sang hàng khác) thành so le (bỏ qua 3 hàng).

Những thay đổi nhỏ về thiết kế đối với ống thổi và trình tự làm sạch được điều chỉnh có thể làm giảm áp suất chênh lệch hoặc tăng lưu lượng khí qua hệ thống lọc này. Ví dụ cuối cùng là tối ưu hóa tổng chi phí của hệ thống lọc dựa trên thời gian chu kỳ làm sạch. BWF Envirotec định nghĩa thời gian chu kỳ làm sạch là thời gian cho đến khi một hàng túi giống nhau được làm sạch lại.

Hình 3. Tổng chi phí hoạt động hàng năm

Hình 3 hiển thị chi phí riêng lẻ và tổng chi phí tùy thuộc vào thời lượng chu kỳ đã chọn trên trục bên trái. Trục bên phải hiển thị phát thải và chênh lệch áp suất, có thể có ảnh hưởng hạn chế đến việc lựa chọn thời lượng chu kỳ tối ưu. Việc rút ngắn thời lượng chu kỳ, tức là thường xuyên vệ sinh túi lọc, ảnh hưởng đến chênh lệch áp suất theo hướng tốt hơn (Chênh áp giảm xuống) và cùng với đó là chi phí năng lượng của quạt giảm theo. Tuy nhiên, việc thường xuyên vệ sinh túi lọc sẽ làm gia tăng nồng độ phát thải bụi, do đó nếu yêu cầu nồng độ phát thải bụi thấp, sẽ không phù hợp với chu trình chạy này.

Trong ví dụ này, quy định theo luật định là 10 mg/Nm ³ lượng bụi thải ra bị vượt quá trong thời lượng chu kỳ dưới 10 phút, do đó đạt đến giới hạn vận hành tại đây.

Mặt khác, việc tăng thời gian chu kỳ giũ bụi có tác động tích cực do lượng bụi thải giảm mạnh, điều này được ưu tiên vì lý do bảo vệ môi trường. Đồng thời, chi phí khí nén giảm vì tần suất vệ sinh ít hơn. Chi phí mua và lắp ráp túi lọc cũng giảm khi thời gian chu kỳ dài hơn, vì ít xung hơn gây ra ít hao mòn cơ học và lão hóa hơn trên các túi lọc đã lắp đặt và chúng có tuổi thọ dài hơn.

Điều này trái ngược với chi phí năng lượng ngày càng tăng cho quạt và đạt đến giới hạn hiệu suất. Trong ví dụ được hiển thị, tổng chi phí thấp nhất sẽ xảy ra với thời gian chu kỳ khoảng 20 phút, chênh lệch áp suất 1300 – 1400 Pa và lượng bụi thải ra khoảng 5 mg/Nm ³ . Mặt khác, nếu giới hạn hiệu suất của quạt đạt đến 1200 Pa, thời gian chu kỳ sẽ phải được đặt thành 15 phút thay thế. Theo cách này hoặc cách tương tự, BWF Envirotec có thể tối ưu hóa riêng lẻ một hệ thống lọc hiện có để tối đa hóa hiệu quả hoạt động và kinh tế của nó.

Tổng kết

Các hệ thống lọc hiện tại thường không hoạt động ở mức năng lượng tối ưu của chúng. Điều này làm tăng tổng chi phí và gây hại cho môi trường. Đội ngũ kỹ thuật BWF Envirotec cung cấp giải pháp dưới dạng tối ưu hóa hệ thống lọc với các đầu dò đo được phát triển đặc biệt. Chúng có thể được sử dụng trong hầu hết mọi hệ thống lọc được làm sạch bằng xung khí với các túi lọc được lắp theo chiều dọc. Việc đo lường không ảnh hưởng đến việc kiểm soát hệ thống lọc, nhưng cung cấp dữ liệu có ý nghĩa theo thời gian thực. Điểm vận hành tối ưu và tổng chi phí thấp nhất có thể được xác định ngay lập tức từ dữ liệu nhận được. Với các hệ thống lọc lớn, chẳng hạn như bộ lọc lò nung xi măng, chi phí cho chiến dịch đo lường được khấu hao trong vòng vài tuần. Một chiến dịch đo lường lý tưởng có thể được thực hiện như một phần của các dịch vụ khác do nhóm dịch vụ BWF Envirotec cung cấp, chẳng hạn như dịch vụ lắp đặt túi lọc, bảo trì nhà lọc và thử nghiệm rò rỉ.

Hãy liên hệ ngay để được tư vấn và cung cấp giải pháp lọc bụi tối ưu cho nhà máy của bạn!

Hotline: 0399.122.668
Email: trison.ngo@lgtech.com.vn
Website: https://lgtech.com.vn/