Thiết kế chế tạo tủ điều khiển lọc bụi tĩnh điện

Hiệu quả của hệ thống lọc bụi tĩnh điện phụ thuộc vào rất nhiều các yếu tố như: kích thước của hạt bụi, tính chất của điện cực, thiết bị điện điều khiển điện trường, tốc độ chuyển động v

GIẢI PHÁP: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TỦ ĐIỀU KHIỂN LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN

ThS Nguyễn Thế Cường - Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

1 Giới thiệu

ƒ Tên giải pháp: Thiết kế, chế tạo tủ điều khiển lọc bụi tĩnh điện

ƒ Đơn vị chủ trì: Trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp – Thái Nguyên

ƒ Địa chỉ: Đường 3-2, TP Thái Nguyên – Tỉnh Thái Nguyên

ƒ Điện thoại: 0280.847145 Fax: 0280.847903

ƒ Lãnh đạo đơn vị: PGS.TS Nguyễn Đăng Bình

ƒ Tác giả giải pháp: ThS Nguyễn Thế Cường

ƒ Địa chỉ: Khoa Điện tử - Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp

ƒ Điện thoại: 0280.747170 - 0912172023

ƒ Đồng tác giả:

1 ThS Nguyễn Duy Cương

Khoa Điện tử - Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp

2 ThS Lê Duy Minh

Khoa Điện tử - Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp

3 KS Phạm Thanh Hải

Công ty TNHH Đại học Kỹ thuật Công nghiệp

4 KS Lê Đình Sơn

Công ty TNHH Đại học Kỹ thuật Công nghiệp

ƒ Đơn vị áp dụng giải pháp:

1 Nhà máy Xi măng Lưu Xá Phường Lưu Xá - TP Thái Nguyên – Tỉnh Thái Nguyên

2 Nhà máy Luyện Gang – Công ty Gang thép Thái Nguyên Phường Cam Giá - TP Thái Nguyên – Tỉnh Thái Nguyên

3 Nhà máy Kẽm điện phân Thái Nguyên Khu công nghiệp Sông Công – Tỉnh Thái Nguyên

4 Nhà máy Xi măng X78 Huyện Hữu Lũng – Tỉnh Lạng Sơn

5 Nhà máy Xi măng Chiềng Sinh Thị xã Sơn La – Tỉnh Sơn La

2 Nội dung

Giới thiệu về giải pháp

Lọc bụi là thành phần không thể thiếu trong dây truyền sản xuất công nghiệp Hiện nay có nhiều phương pháp lọc bụi cho các dây truyền sản xuất như: Phương pháp lọc bụi bằng túi vải, phương pháp lọc bụi bằng nước, phương pháp lọc bụi bằng tĩnh điện…, trong các phương pháp lọc bụi trên thì phương pháp lọc bụi tĩnh điện đang được sử dụng phổ biến, bởi vì phương pháp này cho hiệu suất lọc bụi cao nhất

Lọc bụi tĩnh điện là hệ thống lọc bỏ các hạt bụi có kích thước nhỏ khỏi dòng không khí chảy qua buồng lọc, trên nguyên lý ion hoá và tách bụi ra khỏi không khí khi chúng đi qua vùng có trường điện lớn Buồng lọc bụi tĩnh điện (hay Silo lọc bụi) được cấu tạo hình tháp tròn (hình 3) hoặc hình hộp chữ nhật, bên trong có đặt các tấm cực song song hoặc các dây thép gai Hạt bụi với kích thước nhỏ, nhẹ bay lơ lửng trong không khí được đưa qua buồng lọc có đặt các tấm cực Trên các tấm cực, ta cấp điện cao áp một chiều cỡ từ vài chục cho đến 100kV để tạo thành một điện trường có cường độ lớn Hạt bụi khi đi qua điện trường mạnh sẽ bị ion hoá thành các phân tử ion mang điện tích âm sau đó chuyển động về phía tấm cực dương và bám vào tấm cực đó

Hiệu quả của hệ thống lọc bụi tĩnh điện phụ thuộc vào rất nhiều các yếu tố như: kích thước của hạt bụi, tính chất của điện cực, thiết bị điện điều khiển điện trường, tốc độ chuyển động và sự phân bố đồng đều lượng không khí trong vùng điện trường Tùy theo lưu lượng bụi của buồng lọc mà hệ thống tự động điều chỉnh điện áp cao áp vào buồng lọc, sao cho đạt được hiệu suất lọc bụi cao nhất Với điều kiện hoạt động tốt hệ thống có thể đạt hiệu suất lọc bụi đạt trên 95% Bụi sẽ được tách khỏi các tấm cực bằng nước rửa hoặc bằng việc rung rũ tấm cực

Mô tả nội dung của giải pháp

Sơ đồ nguyên lý của hệ thống lọc bụi tĩnh điện được chỉ ra ở hình 1 Nguồn điện xoay chiều 380V (hoặc 220V) được đưa đến bộ biến đổi xoay chiều/xoay chiều 1 pha dùng phần tử bán dẫn Thyristor Ti1 và Ti2, điện áp sau bộ biến đổi này được đưa đến máy biến thế tăng áp BA (380V/100kV) Điện áp cao áp xoay chiều của máy biến thế được chỉnh lưu thành điện áp một chiều bằng bộ chỉnh lưu cầu Điốt CL (CL là bộ chỉnh lưu cầu được chế tạo để chịu được điện áp cao) Điện áp cao áp một chiều được đưa đến tháp lọc bụi để ion hoá các hạt bụi

2

3

380V/100KV Ti1

Ti2

R1 R2

R3

R4

CK F1

F2

380Vac

380Vac

BA

CL

HIÓN THÞ Vµ CµI §ÆT

(-)

(+)

DCR

KM2 AT2

KM1

A B C

- ( 0 100kV)

TI 30KVA

Hình 1: Nguyên lý hệ thống lọc bụi tĩnh điện

Trong sơ đồ nguyên lý trên hình 1 thì Modul điều khiển trung tâm có vai trò quan

trọng nhất, nó quyết định đến chất lượng điều khiển của hệ thống, modul này có các chức năng chính như sau:

- Tổng hợp các tín hiệu dòng điện và điện của hệ thống và tạo ra luật điều khiển

để khống chế bộ biến đổi xoay chiều/xoay chiều và điều chỉnh công suất lọc bụi theo nhu cầu của hệ thống

- Báo lỗi và bảo vệ các sự cố của hệ thống

- Giám sát khả năng cách điện của buồng lọc thông qua xung áp đưa về, đồng thời điều chỉnh điện áp cao áp phù hợp với khả năng cách điện của buồng lọc

- Điều khiển cơ cấu rung xả bụi, cơ cấu này là một dạng chuyển động lệch tâm

và được truyền chuyển động thông qua động cơ DCR

Hình 2: Hình ảnh bên trong tủ và modul điều khiển lọc bụi tĩnh điện

Thông số điện cơ bản của hệ thống lọc bụi tĩnh điện có công suất trung bình

Đầu vào 0 ÷ 220Vac (1 pha)

hoặc 0 ÷ 380Vac (1 pha)

Iđm = 60A Imax = 80A SMAX =30kVA

Tính năng của tủ điều khiển

Tủ điều khiển lọc bụi tĩnh điện có vai trò quyết định đến chất lượng và hiệu suất của hệ thống lọc bụi tĩnh điện Nó có nhiệm vụ khống chế và điều tiết dòng điện và điện trường đặt vào buồng lọc Tính năng cụ thể của tủ được mô tả như sau:

- Tự động điều chỉnh điện áp xoay chiều trong dải 0 ÷ 220VAC hoặc 0 ÷ 380VAC cấp cho biến áp tăng áp

- Tự động thay đổi công suất lọc bụi theo lưu lượng bụi

- Tự động thích nghi điện trường lọc bụi theo khả năng chịu cách điện của buồng lọc

- Tự động giảm áp khi rung rũ bụi (tránh phóng điện khi rung rũ)

- Hiển thị điện áp ra cấp cho biến áp tăng áp (điện áp sơ cấp)

- Hiển thị giá trị dòng điện cấp cho biến áp (dòng điện sơ cấp)

- Hiển thị điện áp cao thế cấp cho buồng lọc (điện áp tải)

- Hiển thị dòng điện cấp cho buồng lọc (dòng điện tải)

- Bảo vệ cắt điện áp cung cấp cho biến áp, cảnh báo bằng đèn và chuông khi xẩy ra các sự cố

Hình 3: Hình ảnh tủ điều khiển lọc bụi và tháp lọc bụi tĩnh điện

Bảng so sánh một số đặc điểm của sản phẩm so với sản phẩm do Trung Quốc chế tạo

Số

TT Đặc điểm so sánh

Sản phẩm của Trung Quốc chế tạo

Sản phẩm của Việt Nam

chế tạo

1 Phạm vi ứng dụng Dùng trong lĩnh vực sản

xuất công nghiệp như: Xi măng, Thép, Luyện kim, Gạch, Khai thác và chế biến khoáng sản…

Dùng trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp như: Xi măng, Thép, Luyện kim, Gạch, Khai thác và chế biến khoáng sản…

2 Tự động điều chỉnh

công suất theo lưu

lượng bụi

Có khả năng tự động điều chỉnh

Có khả năng tự động điều chỉnh

3 Tự động thích nghi điện

trường lọc bụi theo khả

năng chịu cách điện của

buồng lọc

mới được bổ xung)

4 Hiệu suất thu hồi bụi

trong điều kiện tiêu

chuẩn

Hiệu suất đạt > 95% Hiệu suất đạt > 95%

5 Chế độ bảo vệ sự cố Tự động bảo vệ quá tải,

ngắn mạch

Tự động bảo vệ quá tải, ngắn mạch

6 Thao tác vận hành Đơn giản, nhưng hạn chế

về tài liệu

Đơn giản, tài liệu sử dụng chi tiết

7 Khả năng bảo dưỡng và

sửa chữa

Hạn chế về sơ đồ, bản vẽ

kỹ thuật, linh kiện khó tìm thấy trên thị trường Việt Nam Nên khó khăn cho việc sửa chữa và thay thế

Có sơ đồ, bản vẽ kỹ thuật chi tiết, linh kiện thay thế dễ tìm thấy trên thị trường Việt Nam Vì vậy thuận lợi cho thay thế và sửa chữa

8 Giá thành của sản phẩm

có cùng công suất và

cùng tính năng

Giá thành cao Bằng 2/3 sản phẩm của

Trung Quốc

Tính mới của giải pháp

Tính năng mới của giải pháp là “Tự động thích nghi điện trường lọc bụi theo khả năng chịu cách điện của buồng lọc”

Phân tích tính mới của giải pháp

Trong hệ thống lọc bụi tĩnh điện để có được hiệu suất thu hồi bụi cao thì cần phải đảm bảo một số yêu cầu chính như sau:

- Thứ nhất: Kết cấu của buồng lọc phải đảm bảo cho lưu lượng khói bụi qua buồng lọc được ổn định và phù hợp, thể tích của buồng lọc phải đủ lớn

- Thứ hai: Khả năng chịu cách điện của điện cực trong buồng lọc phải tốt và ổn định

- Thứ ba: Hệ thống điện động lực và điều khiển phải hoạt động ổn định và tự động điều chỉnh được công suất lọc

Trong ba yêu cầu trên thì yêu cầu thứ nhất là phụ thuộc vào thiết kế ban đầu của buồng lọc Yêu cầu thứ hai và thứ ba thì phụ thuộc vào tình hình cụ thể vào từng thời điểm sản xuất và điều kiện thiết bị Trải qua nhiều năm nghiên cứu về các hệ thống lọc bụi tĩnh điện do Trung Quốc chế tạo đang hoạt động ở Việt Nam, nhóm nghiên cứu chúng tôi nhận thấy một số hiện trạng đang tồn tại ở hầu hết các hệ thống hiện nay là: Khả năng chịu cách điện của buồng lọc không ổn định (khi cao, khi thấp) gây phóng điện, hiệu suất lọc bụi không cao Nguyên nhân trên là do buồng lọc hoạt động trong môi trường bụi nhiều, cùng với môi trường khí hậu của Việt Nam có độ ẩm cao, nên khả năng cách điện trong buồng lọc bị ảnh hưởng rất lớn Khi cách điện trong buồng lọc bị giảm sẽ gây sự cố phóng điện, làm cho hệ thống bảo vệ tác động liên tục và việc lọc bụi bị giãn đoạn, đồng thời làm tăng nguy cơ hỏng điôt chỉnh lưu cao áp Để khắc phục hiện tượng đó thì người vận hành

nhưng đến khi buồng lọc có được cách điện cao hơn thì hệ thống lại không tăng được điện

áp lên cao hơn được, vì đang bị khống chế bởi giá trị giới hạn cố định đặt trước, điều này dẫn đến hiệu quả lọc bụi không cao

Trước thực trạng trên, để tăng hiệu quả lọc bụi và tránh được các sự cố phóng điện trong buồng lọc thì nhóm tác giả của đề tài đã nghiên cứu và đưa ra giải pháp cải tiến thêm

bộ tự động điều chỉnh giới hạn điện áp thích nghi theo khả năng chịu cách điện của buồng lọc, đảm bảo sao cho luôn đặt được điện áp (điện trường) vào buồng lọc là lớn nhất có thể

Giải pháp này đã mang lại hiệu quả thu hồi bụi cao hơn và thay thế được một phần công việc của người vận hành, mặt khác nó rất phù hợp với điều kiện sản xuất và khí hậu của Việt Nam

Hiệu quả kinh tế, xã hội của sản phẩm

Khi có sự tham gia của hệ thống lọc bụi tĩnh trong dây truyền sản xuất, sẽ giữ cho môi trường ở khu vực đó luôn đảm bảo tiêu chuẩn môi trường về chất lượng không khí – khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ (TCVN 5939- 2005), giúp cho các Nhà máy đạt tiêu chuẩn ISO trong sản xuất

Ngoài vấn đề bảo vệ môi trường, hệ thống lọc bụi tĩnh điện hoạt động tốt còn cho phép các Nhà máy, xí nghiệp thu hồi lại được một lượng nguyên liệu không nhỏ có trong bụi, ví dụ tại các nhà máy Xi măng thì mỗi buồng lọc sẽ thu hồi được khoảng từ 1 ÷ 1,5 tấn

xi măng/1 ca sản xuất Còn đối với công nghệ chế biến quặng bằng thiêu kết thì lọc bụi tĩnh điện là giải pháp tốt nhất để thu hồi quặng sau thiêu kết

Phạm vi ứng dụng của sản phẩm

Hệ thống lọc bụi tĩnh điện có thể được áp dụng trong một số lĩnh vực sau:

- Lọc bụi trong các Nhà máy sản xuất xi măng

- Lọc bụi than trong các Nhà máy nhiệt điện

- Lọc bụi khí than trong các Nhà máy sản xuất gang thép, Nhà máy sản xuất gạch

- Lọc và thu hồi quặng sau thiêu kết trong các nhà máy khai thác và chế biến khoáng sản

- Lọc bụi cho các hầm mỏ, hầm giao thông

- Lọc bụi cho các nhà máy sản xuất bông vải…

Các thành tích đã đạt được của sản phẩm

Sau nhiều năm tìm hiểu và nghiên cứu các hệ thống lọc bụi tại các nhà máy, xí

nghiệp, nhóm nghiên cứu đã đưa ra giải pháp thiết kế phần tủ điện điều khiển cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện, với mục đích thay thế thiết bị nhập ngoại và góp phần bảo vệ môi

trường ở Việt Nam Sau nhiều lần sản xuất thử nghiệm, đến nay, sản phẩm của chúng tôi

đã được ứng dụng tại các Nhà máy, xí nghiệp trong và ngoài Tỉnh Thái Nguyên Sản phẩm

đã được các đơn vị sử dụng tin dùng, bởi tính cạnh tranh về kinh tế, ổn định về kỹ thuật và đạt được hiệu suất thu hồi bụi cao Với sản phẩm này, chúng tôi đã đạt được các giải thưởng như sau:

- Năm 2006 đoạt giải nhất Giải thưởng sáng tạo trẻ Tỉnh Thái Nguyên lần thứ 3 (Theo quyết định số 34/QĐ -TNTN, ngày 13/03/2006)

- Năm 2006 đoạt giải nhất Giải thưởng sáng tạo kỹ thuật tỉnh Thái Nguyên lần thứ 3

và được tặng Bằng khen của Chủ tịch tỉnh Thái Nguyên (Theo quyết định số 477/QĐ -UBND, ngày 20/03/2007)

- Năm 2007 đoạt giải nhất Hội thi Sáng tạo khoa học kỹ thuật toàn quốc (VIFOTEC) lần thứ 9

Để sản phẩm của chúng tôi được hoàn thiện hơn, nhóm tác giả chúng tôi rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của các nhà chuyên môn

ThS Nguyễn Duy Cương ThS Nguyễn Thế Cường

Th.S Lê Duy Minh KS Phạm Thanh Hải