Đồ án thiết kế hệ thống cung cấp điện trạm lọc bụi tĩnh điện lò thổi 120 tấn

Tổng hợp đồ án thiết kế hệ thống cung cấp điện cho trạm lọc bụi tĩnh điện lò thổi 120 tấn, bao gồm tính toán phụ tải, chọn máy biến áp và khí cụ điện.

• Tác giả: Phan Quang Toàn
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Đoàn Phong
• Trường học: Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng
• Chuyên ngành: Điện tự động công nghiệp
• Đề tài: Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho trạm lọc bụi tĩnh điện lò thổi 120 tấn
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hải Phòng

Tóm tắt

I. Tổng quan hệ thống cung cấp điện cho trạm lọc bụi tĩnh điện

Hệ thống cung cấp điện cho trạm lọc bụi tĩnh điện đóng vai trò then chốt trong dây chuyền luyện thép lò thổi oxy 120 tấn. Quá trình nấu luyện tạo ra lưu lượng khí thải khổng lồ chứa hàm lượng oxit sắt và khí carbon monoxide cao. Trạm lọc bụi tĩnh điện xử lý triệt để lượng khí thải này trước khi thải ra môi trường hoặc tái sử dụng. Nguồn điện cấp cho trạm phải đảm bảo tính liên tục và độ tin cậy tuyệt đối. Mọi sự cố gián đoạn nguồn đều gây tích tụ áp suất khí nguy hiểm và ô nhiễm môi trường. Trạm tiếp nhận nguồn điện trung thế 10kV từ lưới điện nhà máy. Hệ thống biến đổi năng lượng thành hai nhóm điện áp chính gồm hạ áp 0,4kV cấp cho cơ cấu truyền động và cao áp 30-120kV cấp cho điện cực lắng. Năng lượng điện cao áp duy trì điện trường tĩnh điện mạnh, giúp ion hóa dòng khí và bắt giữ các hạt bụi mịn có kích thước dưới 10 micromet. Nồng độ bụi sau lọc giảm xuống dưới 10mg/Nm3. Hệ thống điện còn vận hành dây chuyền quạt hút, bơm nước làm mát và van chuông thủy lực an toàn.

1.1. Vai trò của hệ thống lọc bụi tĩnh điện lò thổi

Trạm lọc bụi tĩnh điện xử lý khí thải sinh ra trong quá trình thổi oxy luyện thép dung tích 120 tấn. Khí lò thổi chứa nhiều bụi quặng mịn và khí CO có giá trị nhiệt năng cao. Lọc bụi tĩnh điện loại bỏ hạt bụi rắn nhờ lực hút tĩnh điện giữa các bản cực. Thiết bị duy trì hiệu suất lọc vượt trội trên 99%, giảm thiểu phát thải ô nhiễm ra bầu khí quyển. Đồng thời, khí than sạch được thu hồi trực tiếp về bồn chứa để cung cấp nhiên liệu cho các phân xưởng khác. Nguồn điện ổn định giúp thiết bị vận hành liên tục, hạn chế nguy cơ cháy nổ do tia lửa điện hoặc rò rỉ khí độc.

1.2. Nguyên lý cấp nguồn cao áp và hạ áp phân xưởng

Hệ thống cung cấp điện phân chia thành hai mạch chức năng riêng biệt. Mạch cao áp sử dụng biến áp chỉnh lưu chuyên dụng, biến đổi điện áp xoay chiều thành nguồn một chiều cực âm từ 30kV đến 120kV. Điện trường cực mạnh phát sinh vầng quang corona làm ion hóa chất khí, nạp điện tích âm cho các hạt bụi. Bụi nhiễm điện di chuyển về cực lắng nối đất mang điện thế dương. Mạch hạ áp 380V/220V cấp điện cho các động cơ phụ trợ như búa gõ rung rũ bụi, quạt hút khí, xích cào gom bụi đáy và bơm nước làm mát khí than. Hai hệ thống hoạt động đồng bộ qua tủ điều khiển trung tâm.

II. Phân tích phụ tải điện trạm lọc bụi tĩnh điện lò thổi 120 tấn

Xác định chính xác phụ tải tính toán là bước then chốt khi thiết kế mạng điện phân xưởng. Trạm lọc bụi tĩnh điện lò thổi 120 tấn gồm nhiều nhóm thiết bị tiêu thụ công suất khác nhau. Các thiết bị động lực hoạt động theo chu kỳ công nghệ nấu luyện thép khép kín. Phụ tải chiếu sáng phân xưởng chiếm công suất tác dụng 29,14 kW và công suất phản kháng 21,56 kVAr. Tổng hợp các nhóm phụ tải cho thấy công suất tác dụng toàn phân xưởng đạt 97,34 kW, công suất phản kháng đạt 72,02 kVAr. Từ các thông số trên, tổng công suất toàn phần tính toán của trạm lọc bụi là 121,08 kVA. Hệ số công suất tự nhiên của mạng lưới cần được cải thiện để giảm thiểu tổn thất điện năng trên đường dây. Đặc tính phụ tải của trạm thuộc hộ tiêu thụ loại một, đòi hỏi tính liên tục cao. Nếu nguồn điện gián đoạn, bụi không được thu giữ sẽ làm tắc nghẽn đường ống và tăng nguy cơ bốc cháy khí CO. Do đó, việc tính toán kỹ lưỡng bán kính biểu đồ phụ tải 9,81 mm và góc phụ tải chiếu sáng 107,77 độ giúp tối ưu hóa sơ đồ cung cấp điện và phân bổ đường dây.

2.1. Phân loại và tính toán phụ tải động lực chiếu sáng

Hệ thống phụ tải phân xưởng chia thành hai nhóm chính gồm động lực và chiếu sáng. Phụ tải động lực gồm động cơ quạt hút khói, cơ cấu búa gõ bản cực, xích cào tro bụi và hệ thống bơm thủy lực van đảo chiều. Nhóm thiết bị này yêu cầu mô-men khởi động lớn và khả năng làm việc liên tục trong môi trường nhiệt độ cao, nhiều bụi bẩn. Phụ tải chiếu sáng bố trí dọc theo khu vực tháp lọc, nhà điều khiển trung tâm và trạm biến áp với công suất 29,14 kW. Việc phân nhóm phụ tải chính xác giúp kỹ sư lựa chọn tiết diện dây dẫn, thanh cái và khí cụ đóng cắt bảo vệ phù hợp với dòng điện định mức.

2.2. Thách thức vận hành trong môi trường lò thổi luyện thép

Môi trường luyện thép lò thổi 120 tấn đặt ra nhiều thách thức nghiêm ngặt cho thiết bị điện. Nhiệt độ khí thải cao cùng nồng độ bụi quặng dày đặc dễ gây hiện tượng phóng điện bề mặt trên sứ cách điện cao áp. Khí than thu hồi chứa nồng độ CO lớn đòi hỏi các tủ điện và động cơ phải đạt chuẩn phòng chống cháy nổ nghiêm ngặt. Sóng hài sinh ra từ các bộ chỉnh lưu thyristor cao áp có thể gây méo dạng sóng điện áp lưới 10kV. Ngoài ra, việc đóng cắt tải liên tục theo mẻ luyện gây dao động điện áp, đe dọa độ bền của cách điện và máy biến áp nguồn.

III. Giải pháp thiết kế hệ thống cung cấp điện cho trạm lọc bụi

Giải pháp cấp điện tối ưu được xây dựng dựa trên việc xác định tọa độ tâm phụ tải X=87 và Y=84. Điểm đấu nối nguồn điện lấy từ lưới trung thế 10kV tại tọa độ Q(435, 93). Vị trí đặt trạm biến áp được lựa chọn ngay tại tọa độ (87, 84) nhằm rút ngắn chiều dài đường dây hạ áp, giảm tổn thất công suất và sụt áp. Phương án thiết kế sử dụng trạm biến áp gồm hai máy biến áp làm việc độc lập. Tổng dung lượng định mức của máy biến áp được chọn thỏa mãn điều kiện lớn hơn phụ tải tính toán 121,08 kVA. Sơ đồ nối điện sử dụng cấu trúc phân đoạn thanh cái có máy cắt liên lạc, đảm bảo cấp điện liên tục khi một máy biến áp gặp sự cố. Lưới điện phân phối hạ áp 380V đi ngầm qua hệ thống hào cáp bọc thép chống ẩm và chịu nhiệt. Hệ thống trang bị các tủ bù công suất phản kháng tự động để nâng cao hệ số cos phi. Các thiết bị bảo vệ rơ-le số, máy cắt chân không trung thế và aptomat khối hạ áp được tính chọn đồng bộ theo khả năng cắt dòng ngắn mạch lớn nhất.

3.1. Tính chọn vị trí và dung lượng trạm biến áp

Vị trí đặt trạm biến áp được tính toán bằng phương pháp mô-men tĩnh theo tọa độ mặt bằng nhà xưởng. Tâm phụ tải xác định tại vị trí X=87 và Y=84, trùng khớp với trọng tâm tiêu thụ điện của các động cơ lớn. Việc đặt trạm biến áp tại tọa độ này giúp cân bằng mạng lưới phân phối, giảm bán kính cấp điện và hạ giá thành xây lắp đường dây. Dung lượng định mức trạm biến áp được tính toán lớn hơn công suất toàn phần 121,08 kVA. Giải pháp sử dụng hai máy biến áp vận hành song song đảm bảo hệ số dự phòng khi quá tải và duy trì nguồn điện liên tục cho quy trình lọc bụi.

3.2. Lựa chọn dây dẫn khí cụ đóng cắt và bảo vệ lưới điện

Hệ thống dây dẫn trung thế và hạ thế được tính chọn dựa trên điều kiện phát nóng liên tục kết hợp kiểm tra độ sụt áp cho phép và ổn định nhiệt khi ngắn mạch. Cáp ngầm hạ thế sử dụng lõi đồng cách điện XLPE, có vỏ bọc giáp thép chịu lực va đập cơ học. Các khí cụ đóng cắt chính bao gồm máy cắt chân không phía trung thế 10kV và aptomat tự động phía hạ thế 0,4kV. Rơ-le kỹ thuật số tích hợp các chức năng bảo vệ quá dòng, chạm đất, quá áp và bảo vệ nhiệt cho máy biến áp. Hệ thống nối đất an toàn và chống sét van bảo vệ toàn diện trạm điện khỏi các sự cố quá điện áp khí quyển.

IV. Hiệu quả ứng dụng hệ thống cấp điện trạm lọc bụi tĩnh điện

Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho trạm lọc bụi tĩnh điện lò thổi 120 tấn mang lại giá trị kỹ thuật và kinh tế vượt trội. Nguồn điện cấp ổn định giúp thiết bị ESP lọc sạch lượng bụi quặng khổng lồ, đưa nồng độ bụi sau lọc xuống mức dưới 10mg/Nm3. Giải pháp này đáp ứng toàn diện các tiêu chuẩn khí thải công nghiệp hiện hành. Hệ thống cung cấp điện vận hành tin cậy tạo điều kiện cốt lõi để triển khai dây chuyền thu hồi khí than CO tự động khi nồng độ CO đạt trên 25% và oxy dưới 0,5%. Khí than tinh chế sau quá trình lọc bụi được làm mát dưới 60°C và lưu trữ an toàn trong bồn chứa. Lượng khí này đóng vai trò nguồn nhiên liệu tái sinh quý giá cho các phân xưởng cán thép và phát điện nhiệt dư nội bộ. Đồ án khẳng định tính đúng đắn trong phương pháp tính toán phụ tải, lựa chọn trạm biến áp và sơ đồ phân phối điện. Kết quả thiết kế là tài liệu tham khảo giá trị cho các dự án nâng cấp hệ thống điện môi trường tại các nhà máy luyện kim hiện đại.

4.1. Lợi ích môi trường và khả năng thu hồi khí than CO

Trạm lọc bụi tĩnh điện vận hành chuẩn xác giúp loại bỏ triệt để các hạt bụi oxit sắt phát sinh trong quá trình nấu luyện thép. Nồng độ bụi sau xử lý giảm xuống mức cực thấp dưới 10mg/Nm3, hạn chế tối đa phát tán bụi mịn ra môi trường xung quanh. Bên cạnh đó, hệ thống điều khiển tự động đóng mở các van chuông thủy lực để thu hồi dòng khí CO có độ tinh khiết cao khi nồng độ CO lớn hơn 25% và oxy nhỏ hơn 0,5%. Lượng khí than thu hồi được đưa qua bồn làm mát nước dưới 60°C trước khi nạp vào bồn chứa khí, tiết kiệm hàng triệu kilowatt-giờ năng lượng tiêu thụ mỗi năm cho nhà máy.

4.2. Khả năng nhân rộng và tối ưu hóa vận hành công nghiệp

Mô hình thiết kế cung cấp điện trạm lọc bụi tĩnh điện có tính ứng dụng thực tiễn cao cho các nhà máy luyện kim quy mô lớn. Phương pháp xác định tâm phụ tải và cấu hình hai máy biến áp làm việc độc lập tạo độ tin cậy vượt trội cho các dây chuyền sản xuất liên tục. Trong tương lai, hệ thống có thể tích hợp thêm các cảm biến giám sát nhiệt độ trực tuyến và công nghệ biến tần điều khiển quạt hút theo lưu lượng khí thải. Việc ứng dụng giải pháp điều khiển SCADA hiện đại sẽ nâng cao hiệu quả tiết kiệm điện năng, đồng thời cảnh báo sớm các nguy cơ rò rỉ khí độc, đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người vận hành.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành sản xuất thép giữ vai trò thiết yếu trong nền kinh tế nhưng đồng thời phát sinh khối lượng lớn khí thải và bụi độc hại trong quá trình luyện kim, tác động tiêu cực đến môi trường xung quanh và điều kiện làm việc của công nhân. Tại các nhà máy luyện thép, công đoạn luyện gang thép bằng lò thổi oxy sinh ra lượng khí thải có nhiệt độ rất cao, chứa hàm lượng lớn hạt bụi kim loại mịn và nồng độ khí than (CO) đáng kể. Để xử lý nguồn thải này và tận thu tài nguyên năng lượng, các doanh nghiệp luyện kim áp dụng các giải pháp lọc bụi công nghiệp như xyclon, lọc bụi ướt Venturi, lọc bụi túi vải và lọc bụi tĩnh điện (LBTĐ). Trong đó, công nghệ lọc bụi tĩnh điện lò thổi dạng khô được đánh giá là giải pháp tiên tiến nhờ khả năng thu hồi trực tiếp khí than phục vụ tái sử dụng và không làm phát sinh nước thải công nghiệp.

Đề tài "Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho trạm lọc bụi tĩnh điện lò thổi 120 tấn" do sinh viên Phan Quang Toàn thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Đoàn Phong tại Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng (năm 2021) tập trung giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật điện cho một trạm xử lý khí thải lò thổi công suất 120 tấn. Nhiệm vụ nghiên cứu được văn bản xác định cụ thể theo 3 nội dung:

1. Giới thiệu về công nghệ lọc bụi tĩnh điện.
2. Tính chọn thiết bị hệ thống.
3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là hệ thống công nghệ lọc bụi tĩnh điện khô và mạng lưới cung cấp điện cho trạm lọc bụi của lò thổi 120 tấn. Phạm vi nghiên cứu về mặt không gian tập trung tại phân xưởng xử lý khí thải lò thổi, bao gồm hệ thống thiết bị lọc bụi tĩnh điện, trạm quạt hút trung áp, trạm biến áp phân xưởng và các tủ phân phối hạ áp; phạm vi thời gian thực hiện đồ án từ ngày 10 tháng 10 năm 2021 đến ngày 30 tháng 12 năm 2021.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình kỹ thuật

Nghiên cứu dựa trên các cơ sở lý thuyết về tĩnh điện học, trường điện từ và kỹ thuật cung cấp điện công nghiệp:

• Lý thuyết lọc bụi tĩnh điện: Dựa trên nguyên lý ion hóa chất khí xung quanh điện cực quầng sáng (corona) dưới tác dụng của điện trường cao áp một chiều (từ 20 kV đến 120 kV). Các hạt bụi di chuyển qua khe hở giữa cực phóng và cực lắng sẽ bị tích điện âm do hấp thụ các ion tự do, sau đó chịu lực tĩnh điện kéo về bản cực lắng mang điện tích dương (nối đất).
• Lý thuyết phân loại và tính chất vật lý của bụi: Bụi được phân loại theo kích thước hạt ($\mu\text{m}$), khối lượng riêng (gồm khối lượng riêng thật, khối lượng riêng xếp đống và khối lượng riêng cảm nhận), tính bám dính, khả năng gây mài mòn, độ hút ẩm và đặc biệt là điện trở suất ($\rho$). Tác giả phân chia bụi thành 3 nhóm điện trở suất: Nhóm I (bụi dẫn điện, dễ mất điện tích và bị cuốn theo dòng khí); Nhóm II ($\rho = 10^4 \div 10^{10},\Omega\text{cm}$, lọc tĩnh điện đạt hiệu quả tốt nhất do giữ được điện tích tạo thành lớp lắng); Nhóm III ($\rho > 10^{10} \div 10^{13},\Omega\text{cm}$, khó khử do tạo lớp bụi xốp cách điện gây hiện tượng phóng điện vầng quang ngược).
• Nguyên lý điều khiển tự động điện trường: Ứng dụng các phương pháp điều khiển nâng áp sát ngưỡng đánh thủng, phương pháp Valter (điều khiển theo tần suất phóng tia điện) và phương pháp Loge - Cottrell (áp đặt và duy trì điện áp trung bình cực đại). Mạch điều khiển Thyristor kết hợp PLC nhận tín hiệu hồi tiếp điện áp, dòng điện qua điện trở Shunt và mạch phân áp để điều chỉnh góc mở, tự động hạ điện áp khi xảy ra ngắn mạch hoặc đánh thủng hồ quang.

Phương pháp nghiên cứu và tính toán

• Phương pháp phân tích - tổng hợp kỹ thuật: Phân tích quy trình công nghệ lò thổi 120 tấn, xác định các thông số vận hành của dòng khí thải (lưu lượng, nhiệt độ, nồng độ CO, $\text{O}_2$) để lựa chọn cấu hình buồng lọc, bản cực và thiết bị cơ điện phụ trợ.
• Phương pháp xác định phụ tải tính toán: Sử dụng phương pháp số thiết bị dùng điện hiệu quả ($n_{hq}$), hệ số sử dụng trung bình ($k_{sdtb}$) và hệ số cực đại ($k_{max}$) để tính toán phụ tải động lực ($P_{Đl}, Q_{Đl}$), kết hợp phương pháp suất phụ tải trên diện tích ($P_0 = 20\text{ W/m}^2$) để tính toán phụ tải chiếu sáng ($P_{cs}, Q_{cs}$).
• Phương pháp xác định tâm phụ tải và biểu đồ phụ tải: Ứng dụng công thức tọa độ trọng tâm công suất để định vị trạm biến áp theo trục $X, Y$, kết hợp bán kính biểu đồ phụ tải ($R$) theo mật độ phụ tải ($m = 0,4\text{ kVA/mm}^2$) và góc phân bố phụ tải chiếu sáng ($\alpha$).

Nguồn dữ liệu

Dữ liệu nghiên cứu được trích xuất từ dây chuyền thực tế của nhà máy sản xuất thép có lò thổi 120 tấn, bao gồm thông số công nghệ lò luyện thép, quy số lượng động cơ phụ trợ, thông số quạt gió trung áp 900 kW, tài liệu kỹ thuật biến tần trung thế ABB ACS580MV và sơ đồ phân phối điện trạm 10 kV.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Quy trình công nghệ và cấu trúc buồng lọc

Khí thải lò thổi có nhiệt độ khoảng 1500°C được quạt hút gom qua nắp chụp lò, dẫn vào bộ lọc bụi trọng lực (lọc bụi bốc hơi). Dưới tác dụng của hệ thống béc phun nước và khí nitơ, nhiệt độ dòng khí hạ xuống còn 800 - 1100°C trong quá trình thổi. Tại đây, bụi thô lắng xuống xilô qua hệ thống hai van lật và được xe chuyển về bộ phận thiêu kết để tái sử dụng. Bơm nước của lọc bụi trọng lực được điều khiển tự động nhằm giữ nhiệt độ khí đầu ra quanh giá trị đặt 190°C (nằm trong dải 200 - 300°C) và khống chế nhiệt độ khí vào lọc tĩnh điện không vượt quá 200°C. Trong trường hợp nhiệt độ vượt quá 200°C, hệ thống tự động nâng súng oxy để dừng thổi luyện, bảo vệ hệ thống bản cực không bị biến dạng nhiệt và ngăn ngừa nguy cơ cháy nổ.

Dòng khí chứa bụi tinh tiếp tục đi vào buồng lọc bụi tĩnh điện dạng ống tròn (dài 20m, rộng 10m), chia làm 4 buồng điện trường nối tiếp (mỗi trường dài 5m). Hệ thống điện cực bao gồm 88 bản cực lắng dạng tấm biên dạng hở và 84 khung cực phóng gai nhọn có điểm phóng cố định, treo cách điện bằng sứ cao áp có trang bị bộ sấy điện trở gia nhiệt chống ẩm. Dưới tác dụng của điện trường cao áp 40 - 70 kV, bụi bám vào cực lắng và được rũ bỏ bằng hệ thống búa gõ cơ khí quay tròn, sau đó được cánh gạt và xích cào gom vào giữa đáy buồng lọc để xả về xilô bụi tinh.

Sau khi lọc tĩnh điện, hàm lượng bụi giảm xuống dưới 10 mg/Nm³. Khí thải chứa CO được phân luồng xử lý tự động qua hệ thống phân tích nồng độ khí:

• Khi hàm lượng CO < 25% hoặc $\text{O}_2 > 5%$: Khí thải được dẫn xả an toàn ra ngoài môi trường qua ống khói.
• Khi hàm lượng CO > 25% và $\text{O}_2 < 0,5%$: Hai van chuông thủy lực đảo lưu chuyển hướng khí than đi qua bồn làm mát bằng nước để hạ nhiệt độ xuống dưới 60°C, sau đó nạp vào bồn chứa khí than phục vụ các phân xưởng trong nhà máy.

Hệ thống quạt hút trung áp và biến tần ACS580MV

Trạm trang bị 2 quạt gió công suất 900 kW/quạt, sử dụng động cơ điện 10 kV, dòng điện định mức 63A, tốc độ định mức 1488 vòng/phút (1 quạt vận hành, 1 quạt dự phòng). Động cơ được điều khiển bởi 2 bộ biến tần trung thế ACS580MV (kích thước tủ 5300 x 1170 x 2720 mm). Biến tần bao gồm:

• Máy biến áp dịch pha tích hợp: Nhận nguồn 3 pha 10 kV (hoặc 6 kV), biến đổi thành các kênh 3 pha 690V lệch pha nhau một góc $12^\circ$ ($60^\circ / 5$ cell) cấp cho các khối cell nguồn. Máy biến áp trang bị rơle nhiệt: báo động khi nhiệt độ vượt quá 130°C và ngắt bảo vệ dừng hệ thống khi vượt quá 150°C.
• Khối cell nguồn đơn vị (Cell điện áp thấp): Mỗi pha gồm 5 cell nguồn cầu H mắc nối tiếp (tổng cộng 15 cell), sử dụng khóa bán dẫn IGBT. Khi có một cell gặp sự cố, hệ thống điều khiển tự động bypass (bắc cầu bỏ qua) cell đó trong thời gian dưới 500 ms thông qua cáp truyền thông sợi quang.
• Cơ chế cân bằng điện áp khi hỏng cell: Để tránh mất cân bằng khi một hoặc nhiều cell bị bypass mà không cần phải ngắt bỏ đồng loạt các cell ở pha lành lặn, hệ thống áp dụng kỹ thuật dịch điểm nối sao thả nổi ra khỏi điểm trung tính của động cơ và thay đổi góc pha điện áp giữa các pha (ví dụ pha A lệch so với pha B và C một góc $132,5^\circ$ thay vì $120^\circ$).

Tốc độ quạt gió được tự động điều chỉnh theo chu kỳ luyện thép và áp suất âm tại miệng lò:

• Khi dừng ra thép: 450 vòng/phút.
• Khi đang nạp liệu gang thép vào lò: 600 vòng/phút.
• Khi cắm súng oxy thổi luyện: 870 vòng/phút.
• Khi đạt điều kiện thu hồi khí than: 1170 vòng/phút.

Sơ đồ cung cấp điện toàn trạm

Nguồn điện trung áp được cấp từ trạm 10 kV số 3 qua 2 lộ vào độc lập: Lộ 691 (10 kV) và Lộ 693 (10 kV). Hệ thống thanh cái trung áp 10 kV sử dụng 2 tủ máy cắt lộ vào 1600A và 1 máy cắt liên lạc 1600A. Từ thanh cái 10 kV cấp nguồn cho:

• 2 nhánh cấp cho biến tần 1# và 2# (quạt gió 900 kW) qua các tủ máy cắt 1250A (biến dòng TI 100/5*3).
• 2 nhánh cấp cho 2 máy biến áp phân xưởng 10/0,4 kV dung lượng 1000 kVA qua các tủ máy cắt 1250A (biến dòng TI 200/5*2).

Phía hạ áp 0,4 kV gồm 2 tủ máy cắt tổng 1600A và 1 máy cắt liên lạc 1600A, phân phối đến 9 tủ động lực (MCC 1# đến MCC 9#), 2 tủ tụ bù công suất phản kháng dung lượng 180 kVAR mỗi tủ, 4 tủ điều khiển PLC (PLC 1# đến 4#), 4 tủ điều khiển điện trường và 4 máy biến áp tăng áp hạ áp lên cao thế (0,4/90 kV) phục vụ 4 trường tĩnh điện.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu chung về công nghệ lọc bụi

Chương 1 trình bày tổng quan về mức độ phát thải bụi công nghiệp và các giải pháp xử lý dòng khí ô nhiễm (lọc ly tâm, lọc ẩm, lọc tĩnh điện). Tác giả so sánh các chủng loại lọc bụi tĩnh điện:

• Lọc bụi điện kiểm YT: Dạng nằm ngang, chịu nhiệt độ cao, thường đặt sau hệ thống xyclon để làm sạch sơ bộ trong các nhà máy luyện kim (lò mactanh, lò nung đôlômit, nồi hơi).
• Lọc bụi điện ẩm dạng ống trụ một vùng: Thu hồi bụi bằng cách rửa nước, giảm điện trở suất của bụi, hạn chế bụi cuốn ngược, thường đặt ngoài trời có mái che.
• Lọc bụi lưới điện 2 vùng: Gồm vùng tích điện riêng và vùng lắng bụi riêng, xử lý dòng khí đến 400°C với nồng độ bụi ban đầu $\le 10\text{ mg/m}^3$.

Chương này nêu bật các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của thiết bị lọc bụi điện: hiệu suất thu bụi đạt tới 99,9%; tiêu hao năng lượng thấp (0,3 đến 1,8 MJ cho 1000 m³ khí thải); thu được hạt bụi kích thước siêu mịn đến 0,1 $\mu\text{m}$ với nồng độ từ vài gam đến $50\text{ g/m}^3$; vận hành ở nhiệt độ dòng khí lên tới 500°C dưới áp suất chân không hoặc áp suất cao. Đồng thời, chương 1 phân tích cấu tạo cơ khí chi tiết của vỏ thiết bị, cơ cấu phân phối khí dạng lưới đục lỗ, cấu tạo điện cực lắng dạng ống/tấm, điện cực quầng sáng (loại có điểm phóng và không có điểm phóng), hệ thống búa gõ truyền động motor, phễu chứa bụi gia nhiệt $1,5\text{ kW/m}^2$, biến áp cao áp và hệ thống khóa liên động cơ khí bảo vệ an toàn buồng cao thế.

Chương 2: Hệ thống lọc bụi tĩnh điện

Chương 2 đi sâu vào cấu trúc và thiết bị kỹ thuật của hệ thống lọc bụi tĩnh điện khô cho lò thổi luyện thép 120 tấn:

• Đặc tính dòng bụi và khí: Phân tích ảnh hưởng của nồng độ CO, nhiệt độ dòng khí và 3 nhóm điện trở suất của hạt bụi đến hiệu suất bám dính cực lắng.
• Thông số kỹ thuật của trạm LBTĐ 120 tấn: Lưu lượng định mức $227.000\text{ m}^3\text{/h}$; hiệu suất thiết kế 99,9%; nồng độ bụi đầu ra $\le 10\text{ mg/m}^3$; vận tốc khí trong thiết bị $\le 25\text{ m/s}$; điện áp làm việc 40 - 70 kV (điện áp thiết kế 111 kV); tổng dòng điện trường 800 mA; biến thế chỉnh lưu 112 kVA; tổng số 88 cực lắng và 84 cực phóng chia cho 4 trường điện.
• Hệ thống điều khiển điện trường: Nguyên lý điều chỉnh điện áp Thyristor bằng PLC, giới hạn ngưỡng điện áp tạo quầng sáng tối thiểu (khoảng 20 kV) và ngưỡng trên (cao hơn định mức 10%), tự động ngắt mạch bảo vệ chống phóng hồ quang ngắn mạch bản cực.
• Hệ thống quạt hút và biến tần trung thế ACS580MV: Cấu tạo biến áp dịch pha 10 kV/690V, sơ đồ khối cell nguồn IGBT, thuật toán bypass cell hỏng trong thời gian $< 500\text{ ms}$ và cân bằng góc pha điện áp $132,5^\circ$. Cảm biến giám sát độ rung, nhiệt độ gối quạt, nhiệt độ ổ bi và nhiệt độ cuộn dây động cơ liên kết với tốc độ điều khiển theo 4 trạng thái thổi luyện.

Chương 3: Tính chọn thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Chương 3 tập trung tính toán phụ tải điện của phân xưởng lọc bụi tĩnh điện, lựa chọn trạm biến áp và cấu hình mạng điện:

• Thống kê phụ tải động lực: Gồm 38 động cơ phụ trợ phục vụ các cơ cấu cơ khí với tổng công suất đặt $P_{đm}$ được tổng hợp chi tiết theo từng cụm thiết bị.
• Tính toán phụ tải phân xưởng:
  • Nhóm động lực: Hệ số sử dụng trung bình $k_{sdtb} = 0,4$; hệ số công suất trung bình $\cos\varphi_{tb} = 0,8$; công suất tác dụng tính toán $P_{Đl} = 68,2\text{ kW}$; công suất phản kháng tính toán $Q_{Đl} = 50,46\text{ kVAR}$.
  • Nhóm chiếu sáng: Suất phụ tải $P_0 = 20\text{ W/m}^2$; công suất tác dụng chiếu sáng $P_{cs} = 29,14\text{ kW}$; công suất phản kháng $Q_{cs} = 21,56\text{ kVAR}$.
  • Tổng hợp phụ tải tính toán: $P_{TT} = P_{XN} = 97,34\text{ kW}$; $Q_{TT} = Q_{XN} = 72,02\text{ kVAR}$; công suất biểu kiến $S_{TT} = S_{XN} = 121,08\text{ kVA}$. (Hệ số công suất toàn trạm được văn bản ghi nhận là $\cos\varphi_{XN} = 1,4$).
• Xác định biểu đồ và tâm phụ tải:
  • Tọa độ tâm phụ tải trạm: $X = 87$; $Y = 84$.
  • Tọa độ điểm đấu nguồn 10 kV của nhà máy: $Q(435, 93)$.
  • Bán kính biểu đồ phụ tải: $R = 9,81\text{ mm}$ (với mật độ phụ tải quy ước $m = 0,4\text{ kVA/mm}^2$); góc phụ tải chiếu sáng $\alpha = 107,77^\circ$.
• Lựa chọn trạm biến áp: Căn cứ điều kiện $S_{TBA} > S_{XN} = 121,08\text{ kVA}$ và yêu cầu đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện liên tục cho hệ thống xử lý khí thải lò thổi, lựa chọn phương án trạm biến áp gồm 2 máy biến áp 10/0,4 kV làm việc độc lập (sơ đồ nguyên lý trang bị 2 máy biến áp dung lượng 1000 kVA mỗi máy).

Kết quả và đóng góp

Số liệu kỹ thuật cốt lõi

Hệ thống các thông số thiết kế, kết quả tính toán phụ tải và thông số thiết bị được tổng hợp trong bảng số liệu sau:

Hạng mục thông số	Giá trị thiết kế / tính toán trong văn bản	Đơn vị đo
Quy mô lò thổi luyện thép	120	Tấn
Lưu lượng dòng khí xử lý định mức	227.000	$\text{m}^3\text{/h}$
Hiệu suất thu gom bụi yêu cầu	99,9	%
Hàm lượng bụi đầu ra sau lọc	$\le 10$	$\text{mg/Nm}^3$ (hoặc $\text{mg/m}^3$)
Vận tốc dòng khí qua buồng lọc	$\le 25$	m/s
Kích thước làm việc buồng lọc ($D \times R$)	$20 \times 10$ (mỗi trường 5m)	m
Số lượng buồng điện trường	4	Trường
Tổng số điện cực lắng ($22 \times 4$)	88	Cái
Tổng số điện cực phóng ($21 \times 4$)	84	Cái
Điện áp làm việc / Điện áp thiết kế	40 - 70 / 111	kV
Tổng dòng điện trường cao áp	800	mA
Biến thế chỉnh lưu cao áp	112	kVA
Quạt hút khói trung áp (2 tổ hợp)	900 (điện áp 10 kV, dòng 63A)	kW/quạt
Biến tần trung áp điều khiển quạt	ACS580MV (10 kV, 900 kW, 63A)	Tủ
Tổng công suất tác dụng tính toán ($P_{TT}$)	97,34	kW
Tổng công suất phản kháng tính toán ($Q_{TT}$)	72,02	kVAR
Tổng công suất biểu kiến tính toán ($S_{TT}$)	121,08	kVA
Tọa độ tâm phụ tải phân xưởng ($X, Y$)	$(87, 84)$	Tọa độ phẳng
Tọa độ điểm đấu nguồn lưới 10 kV ($Q$)	$(435, 93)$	Tọa độ phẳng
Bán kính biểu đồ phụ tải ($R$) / Góc chiếu sáng ($\alpha$)	9,81 / 107,77	mm / độ ($^\circ$)
Máy biến áp phân xưởng lựa chọn	2 máy biến áp 10/0,4 kV - 1000 kVA	kVA

Danh mục các phụ tải cơ điện hạ áp của phân xưởng được tính toán bao gồm:

• Động cơ xích cào bụi: 3 bộ $\times$ 11 kW.
• Động cơ búa gõ bụi: 17 bộ $\times$ 5,5 kW.
• Động cơ gạt bụi: 2 bộ $\times$ 11 kW.
• Động cơ van mắt kính: 6 bộ $\times$ 5,5 kW.
• Động cơ van bướm: 6 bộ $\times$ 3 kW.
• Động cơ bơm thủy lực: 2 bộ $\times$ 7,5 kW.
• Động cơ bơm mỡ bôi trơn: 2 bộ $\times$ 5,5 kW.

Giải pháp kỹ thuật và đóng góp của đề tài

• Giải pháp công nghệ thu hồi khí than khép kín: Đồ án làm rõ quy trình liên động giữa công nghệ thổi luyện oxy và hệ thống lọc bụi tĩnh điện khô. Việc kiểm soát tự động nhiệt độ khí đầu vào buồng lọc tĩnh điện $\le 200^\circ\text{C}$ (bảo vệ bằng súng oxy) kết hợp phân tích ngưỡng CO $> 25%$ và $\text{O}_2 < 0,5%$ cho phép thu hồi an toàn khí CO có giá trị nhiệt lượng cao mà không phát sinh ô nhiễm thứ cấp.
• Giải pháp ứng dụng biến tần trung thế đa bậc: Đề tài phân tích chi tiết ứng dụng của dòng biến tần ACS580MV với máy biến áp dịch pha 690V và chuỗi 15 cell nguồn IGBT, cung cấp giải pháp vận hành tin cậy nhờ cơ chế tự động bypass cell hỏng trong thời gian $< 500\text{ ms}$ và cân bằng điện áp đầu ra thông qua dịch chuyển góc pha trung tính nổi ($132,5^\circ$).
• Hoàn thiện thiết kế cung cấp điện phân xưởng: Thiết lập đầy đủ sơ đồ cấp điện 2 cấp điện áp (10 kV và 0,4 kV), tính toán phụ tải thực tế của 38 động cơ chấp hành kết hợp phụ tải chiếu sáng, xác định chính xác vị trí tâm phụ tải tại tọa độ $(87, 84)$ làm căn cứ bố trí trạm biến áp tối ưu tổn thất truyền tải.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được ghi nhận từ văn bản

• Phạm vi an toàn phòng nổ: Văn bản nhấn mạnh lọc bụi điện khô có độ nhạy rất cao với sự sai lệch thông số thực tế so với tính toán; đặc biệt thiết bị tuyệt đối không được ứng dụng để làm sạch khí có chứa chất dễ nổ nếu xuất hiện tia lửa điện giữa các bản cực. Trong dây chuyền lò thổi, khí CO là khí dễ cháy nổ, do đó hệ thống đòi hỏi điều kiện kiểm soát nồng độ $\text{O}_2$ cực kỳ nghiêm ngặt ($< 0,5%$).
• Tính linh hoạt cơ học: Hệ thống lọc bụi tĩnh điện có kết cấu cồng kềnh, kích thước lớn ($20 \times 10\text{ m}$), yêu cầu không gian lắp đặt rộng, chi phí đầu tư ban đầu cao và cố định, không có khả năng di chuyển hay cải tạo nâng cấp thể tích buồng lọc bên trong sau khi lắp đặt.
• Sai sót trong kết quả tính toán của văn bản: Trong văn bản gốc tồn tại một số sai lệch toán học và ký hiệu vật lý do sinh viên thực hiện, cụ thể: kết quả tính toán hệ số công suất xí nghiệp được ghi là $\cos\varphi_{XN} = P_{XN} / S_{XN} = 1,4$ (vô lý về mặt vật lý vì $\cos\varphi \le 1$, thực tế $97,34 / 121,08 \approx 0,804$); đơn vị công suất phản kháng $Q_{Đl}$ và $Q_{cs}$ có chỗ bị ghi nhầm thành kW thay vì kVAR.
• Giới hạn nội dung tính toán thiết bị: Phần tính chọn thiết bị bảo vệ (máy cắt, aptomat, thanh cái, cáp điện) và kiểm tra điều kiện ngắn mạch, sụt áp mạng điện ở phần cuối Chương 3 chỉ dừng lại ở danh mục mục lục và sơ đồ nguyên lý tổng thể, chưa trình bày đầy đủ các bước tính toán chi tiết dòng ngắn mạch trong phần văn bản được cung cấp.

Hướng phát triển tiếp theo

• Dựa trên phạm vi nghiên cứu, hướng phát triển kỹ thuật cần tập trung vào việc mô hình hóa thuật toán điều khiển thích nghi cho bộ biến thế chỉnh lưu cao áp Thyristor bằng PLC để bắt bám sát hơn điện áp đánh thủng khi tính chất lớp bụi thay đổi theo chu kỳ lò thổi.
• Mở rộng tính toán chi tiết bài toán bù công suất phản kháng tối ưu và tính toán sóng hài sinh ra từ biến tần trung thế ACS580MV cũng như các bộ chỉnh lưu Thyristor cao áp tác động ngược lên lưới điện 10 kV của nhà máy.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho sinh viên và kỹ sư thuộc các ngành Kỹ thuật Điện, Điện Tự động công nghiệp, Thiết bị điện, và Tự động hóa quá trình công nghiệp luyện kim:

• Tài liệu tham khảo về cấu hình biến tần trung thế: Phần phân tích cấu tạo biến áp dịch pha, mạch cell nguồn đơn vị cầu H và thuật toán xử lý sự cố bypass cell kết hợp dịch góc pha trung tính ($132,5^\circ$) của dòng biến tần ABB ACS580MV là tư liệu kỹ thuật có giá trị thực tiễn cao cho các kỹ sư vận hành hệ thống truyền động công suất lớn.
• Tài liệu tham khảo về cung cấp điện công nghiệp: Phương pháp tính toán phụ tải động lực theo nhóm thiết bị thực tế, phương pháp vẽ biểu đồ phụ tải và bài toán tối ưu vị trí trạm biến áp theo phương pháp tâm phụ tải ($X, Y$) cung cấp các bước mẫu chuẩn cho sinh viên làm đồ án môn học và đồ án tốt nghiệp ngành Cung cấp điện.
• Quy trình công nghệ phối hợp cơ - điện - môi trường: Cung cấp bức tranh toàn diện về các mối liên động bảo vệ nhiệt độ buồng lọc, van mắt kính, quạt hút theo chu kỳ thổi luyện lò oxy, giúp ích cho người làm đề tài về hệ thống điều khiển giám sát quá trình xử lý khí thải công nghiệp nặng.

Câu hỏi thường gặp

1. Quạt hút khói của trạm lọc bụi có công suất bao nhiêu và tốc độ được điều khiển thay đổi như thế nào theo chu kỳ lò thổi?

Trạm lọc bụi trang bị 2 quạt gió (1 vận hành, 1 dự phòng) công suất 900 kW mỗi quạt, điện áp 10 kV, dòng điện định mức 63A, tốc độ tối đa 1488 vòng/phút. Tốc độ quạt được biến tần trung áp điều khiển tự động thay đổi theo 4 giai đoạn của chu kỳ luyện thép:

• Khi dừng ra thép: 450 vòng/phút.
• Khi đang nạp thép vào lò: 600 vòng/phút.
• Khi bắt đầu hạ súng oxy thổi luyện: 870 vòng/phút.
• Khi đạt điều kiện thu hồi khí than: 1170 vòng/phút.

2. Biến tần ACS580MV xử lý thế nào khi có một cell nguồn IGBT đơn vị bị hỏng?

Biến tần ACS580MV sử dụng chuỗi 5 cell nguồn đơn vị mắc nối tiếp trên mỗi pha (tổng cộng 15 cell). Khi một cell bị lỗi, hệ thống điều khiển sẽ tự động bypass (tách cách ly) cell lỗi đó trong thời gian chưa đến 500 ms thông qua truyền thông sợi quang. Để điện áp 3 pha cấp cho động cơ vẫn giữ được sự cân bằng mà không phải giảm số cell ở các pha lành lặn, hệ thống điều khiển thực hiện dịch điểm nối sao thả nổi của các cell ra khỏi điểm trung tính động cơ và dịch chuyển góc lệch pha điện áp giữa các pha (pha lỗi lệch so với hai pha còn lại một góc $132,5^\circ$ thay vì góc $120^\circ$ thông thường).

3. Điều kiện cụ thể để hệ thống chuyển đổi từ xả ống khói sang thu hồi khí than (CO) là gì?

Hệ thống giám sát thành phần khí tự động kiểm tra nồng độ khí tại đầu ra buồng lọc tĩnh điện:

• Thu hồi khí than về bồn chứa: Khi nồng độ khí than đạt $\text{CO} > 25%$ và hàm lượng oxy đạt $\text{O}_2 < 0,5%$. Lúc này hai van chuông thủy lực đảo lưu mở để dẫn khí than qua bồn làm mát bằng nước (hạ nhiệt độ xuống $< 60^\circ\text{C}$) trước khi nạp vào bồn chứa.
• Xả qua ống khói: Khi hàm lượng khí than thấp ($\text{CO} < 25%$) hoặc nồng độ oxy cao ($\text{O}_2 > 5%$) nhằm tránh nguy cơ cháy nổ.

4. Hệ thống bảo vệ buồng lọc tĩnh điện không bị biến dạng nhiệt và cháy nổ bằng cơ chế nào?

Hệ thống giám sát nhiệt độ tự động tại bộ lọc bụi trọng lực khống chế nhiệt độ khí đầu ra dao động quanh mức 190°C bằng các bơm phun nước làm mát. Giới hạn nhiệt độ tối đa cho phép dòng khí đi vào buồng lọc tĩnh điện là 200°C. Nếu cảm biến phát hiện nhiệt độ khí vượt quá 200°C, hệ thống điều khiển tự động phát tín hiệu nâng súng oxy để dừng ngay quá trình thổi luyện, ngăn ngừa luồng nhiệt phá hủy bản cực hoặc gây nổ hỗn hợp khí than.

5. Kết quả tính toán tổng phụ tải điện và vị trí đặt trạm biến áp của phân xưởng là bao nhiêu?

Theo tính toán tại Chương 3 của đồ án:

• Phụ tải động lực tính toán (gồm 38 động cơ phụ trợ): $P_{Đl} = 68,2\text{ kW}$; $Q_{Đl} = 50,46\text{ kVAR}$.
• Phụ tải chiếu sáng tính toán: $P_{cs} = 29,14\text{ kW}$; $Q_{cs} = 21,56\text{ kVAR}$.
• Tổng phụ tải tính toán toàn trạm: $P_{TT} = 97,34\text{ kW}$; $Q_{TT} = 72,02\text{ kVAR}$; công suất biểu kiến $S_{TT} = 121,08\text{ kVA}$.
• Tọa độ tâm phụ tải xác định được là $(87, 84)$, từ đó tác giả lựa chọn vị trí xây dựng trạm biến áp tại tọa độ $(87, 84)$ để nhận nguồn điện 10 kV từ điểm đấu $Q(435, 93)$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Phan Quang Toàn đã hoàn thành việc thiết kế hệ thống cung cấp điện và phân tích công nghệ cho trạm lọc bụi tĩnh điện lò thổi 120 tấn tại nhà máy luyện thép. Nghiên cứu đã làm rõ cấu trúc công nghệ xử lý khí thải khô kết hợp thu hồi khí than CO, nguyên lý vận hành của 4 buồng điện trường cao áp 40 - 70 kV và cấu trúc biến tần trung áp ACS580MV điều khiển 2 quạt hút 900 kW. Kết quả tính toán đã xác định phụ tải toàn trạm đạt 121,08 kVA, định vị tâm phụ tải tối ưu tại tọa độ (87, 84) và đề xuất cấu hình cấp điện tin cậy từ 2 nguồn trung áp 10 kV qua trạm biến áp độc lập.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ LỌC BỤI 1. Giới thiệu chung Ngành công nghiệp nước ta ngày càng phát triển mạnh. Nó đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của con người. Song song với sự phát triển đó thì môi trường sống của chúng ta ngày càng bị ô nhiễm nặng nề.

Một trong những nguyên nhân lớn là do chất thải công nghiệp. Vì thế việc thiết kế hệ thống lọc bụi là rất cần thiết và không thể thiếu khi xây dựng nhà máy xi măng, nhà máy phân đạm. Hệ thống lọc bụi sẽ đảm bảo được điều kiện làm việc của công nhân. Những vấn đề đặt ra đối với các nhà máy là chọn hệ thống lọc bụi nào cho phù hợp với từng nhà máy cụ thể.

Các phương pháp lọc bụi chủ yếu hiện nay gồm có: 1. – lọc bụi ly tâm 2. – lọc bụi ẩm 3. lọc bụi tĩnh điện Với sự phát triển vượt bậc của ngành điện đặc biệt là tự động hóa xí nghiệp, thì phương pháp lọc bụi tĩnh điện là phương pháp rất hiệu quả đối với các nhà máy công nghiệp có lượng bụi lớn như nhà máy xi măng, nhà máy phân bón v.

Ứng dụng cụ thể của các thiết bị lọc bụi điện: - Thiết bị lọc bụi kiểm YT: (loại nằm ngang được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy luyện kim: ở các lò mac tanh, lò nung đôlômit, nồi hơi. Thiết bị lọc bụi điện loại này thường lọc được khí khô ở nhiệt độ cao, và thiết bị loại này thường được đặt ở sau hệ thống cylone để làm sạch bụi khô trong khí (trước khi thiết bị lọc bụi điện). - Thiết bị lọc bụi điện ẩm kiểu ống trụ một vùng: Thiết bị loại này cho thu hồi bụi vì khi bụi lắng thì không có hiện tượng bụi quấn theo khí ra môi trường ngoài, đồng thời điện trở suất lớp bụi giảm. Thiết bị loại này thường được đặt ở phía ngoài xưởng nên cần mái che thiết bị.

2 - Thiết bị lọc bụi lưới điện 2 vùng: Thiết bị loại này có hai vùng điện trường riêng biệt, trong đó một điện trường tích điện cho hạt bụi còn điện trường khác để lắng bụi .Thiết bị lọc bụi kiểu này chủ yếu làm sạch không khí có nhiệt độ đến 4000C khí hàm lượng bụi ban đầu ≤ 10mg/m3. Với thiết bị lọc bụi này khi được áp dụng trong công nghiệp thì có thể làm sạch khí có hàm lượng bụi ban đầu lớn 1. Ưu nhược điểm chung của thiết bị lọc bụi điện a. Ưu điểm: - Hiệu suất thu bụi cao.

Hiệu suất thu bụi đạt tới 99,9 %.chí phí điện năng thấp chỉ cần 0,3 đến 1,8 MJ cho 1000m3 khí thải. - Có thể thu được các hạt bụi có kích thước nhỏ như 0,1 ϕm và nồng độ bụi từ vài gam đến 50g/cm3. - Nhiệt độ của khí có thể đạt tới 500oC. - Thiết bị lọc bụi có thể làm việc áp với áp suất chân không hoặc áp suất cao.

- Có thể điều khiển và tự động hóa hoàn toàn. - Lọc bụi tĩnh điện chia làm hai loại: Lọc bụi tĩnh điện khô và lọc bụi tĩnh điện ướt. Lọc bụi tĩnh điện ướt: Khử bụi dạng vật liệu rắn, và được rửa khỏi bề mặt lắng bằng nước. Nhiệt độ của dòng khí chứa bụi bằng hoặc xấp xỉ nhiệt độ đọng sương của nó khi vào lọc bụi.

Ngoài ra còn được sử dụng để thu các hạt lỏng dạng sương hoặc giọt ẩm từ khí. Lọc bụi tĩnh điện khô: Khử các bụi dạng rắn và được tách ra khỏi điện cực lắng bằng cách rung gõ. Dòng khí vào có nhiệt độ cao hơn hẳn điểm đọng sương để tránh đọng nước trên bề mặt lắng và tránh oxy hóa cho các điện cực. - Dòng khí vào các điện cực có thể theo chiều ngang hoặc đứng.

Lọc bụi tĩnh điện có thể có nhiều trường để đảm bảo tính hiệu quả của nó. 3 - Lọc bụi tĩnh điện kiểu đứng: Thường chỉ có một trường vì nhiều trường sẽ rất phức tạp nên loại kiểu này có hiệu suất thấp. - Lọc bụi tĩnh điện kiểu ngang: Rất phổ biến vì những ưu việc của nó, có thể thiết kế chế tạo nhiều trường và hiệu suất cao. Hình 1: Hình dáng và các bộ phận cử thiết bị lọc khô điển hình b.

Nhược điểm: - Do các thiết bị có độ nhạy cao nên khí có sự sai khác nhỏ giữa giá trị thực tế của các thông số công nghiệp và các giá trị tính toán thiết kế thì hiệu quả thu bụi cũng giảm sút nhiều. - Những sự cố cơ học dù nhỏ cũng ảnh hưởng đến hiệu quả thu bụi. - Thiết bị lọc bụi điện không được ứng dụng để làm sạch khí có chứa các chất dễ nổ, vì trong thiết bị lọc bụi thường xuất hiện các tia lửa điện. 4 + Chi phí vốn lớn: Giá bán của một thiết bị hút bụi tĩnh điện là rất cao, thấp nhất cũng khoảng 30 triệu đồng.

Đối với các dòng máy lọc bụi tĩnh điện công suất lớn, giá thành lên đến vài trăm triệu đồng. Vì thế, khách hàng muốn sở hữu sản phẩm phải đảm bảo yêu cầu về vốn lớn. + Yêu cầu không gian lắp đặt: Kích thước các sản phẩm máy hút bụi và lọc tạp chất tĩnh điện này có kết cấu khá lớn. Vì thế yêu cầu về diện tích đặt, chứa máy cũng là lý do khiến sản phẩm bớt thông dụng.

Bên cạnh đó, người ta yêu cầu khoảng thoáng phía trước máy tối thiểu là 1 mét để đảm bảo việc bảo dưỡng vệ sinh phin lọc có thể diễn ra dễ dàng. + Không linh hoạt và không thể nâng cấp: Do kích thước sản phẩm lớn nên máy không thể di chuyển mà thường được đặt cố định. Cấu tạo phức tạp và chuyên biệt khiến sản phẩm gần như không thể can thiệp nâng cấp bên trong nữa. + Không thích hợp làm máy lọc bụi tĩnh điện gia đình: Yếu tố cao về giá cũng như kết cấu cồng kềnh.

Khiến cho việc thiết lập máy như một sản phẩm lọc khí cho gia đình là điều khó khăn. Nguyên lý hoạt động của lọc bụi tĩnh điện Nguyên lý Lọc bụi tĩnh điện là hệ thống xử lý khí thải công nghiệp được ứng dụng loại khói, dầu mỡ, hạt bụi có kích thước nhỏ khỏi dòng không khí chảy qua buồng lọc dựa trên nguyên lý ion hóa trong môi trường điện trường lớn 100kV và tách khói bụi ra khỏi không khí của chúng đi qua tấm lọc bụi, pin lọc bụi có điện tích âm, dương bằng các điện tích trái dấu. Buồng lọc bụi tĩnh điện được cấu tạo bằng hình ống tròn sắp xếp theo cấu trúc tổ ong hoặc hình hộp chữ nhật với các tấm lọc phẳng, bên trong có đặt các tấm cựu song song hoặc các dây thép gai. Hiệu quả của hệ thống lọc bụi tĩnh điện phụ thuộc vào rất nhiều các yếu tố như: Khích thước của hạt bụi, tính chất của điện cực, thiết bị điện điều 5 khiển điện trường, tốc độ chuyển động và sự phân phối 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 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 99,9%. Bụi sẽ được tách khỏi các tấm cực bằng nước rửa hoặc bằng việc búa gõ vào tấm cực. Trong thực tế, người ta bố tri hệ thống lọc bụi tĩnh điện gồm nhiều lọc bụi trong một hệ thống lọc nhằm đảm bảo rằng không khi ra ngoài có tỉ lệ bụi rất thấp.

Các trường được thiết kế có hiệu suất lọc bụi khác nhau. Trường càng gần ống khói càng có hiệu suất lọc bụi cao, đảm bảo lượng khí ra ngoài môi trường có tỉ lệ bụi ô nhiễm ít nhất có thể được. Cấu tạo của lọc bụi tĩnh điện 1. Vỏ thiết bị lọc bụi Vỏ thiết bị lọc bụi tĩnh điện thường là hình hộp hoặc hình trụ.

Vỏ được chế tạo bằng bê tông, gạch các tấm chì hoặc các vật liệu khác. Khi chọn vật liệu làm vỏ của thiết bị phải căn cứ vào nhiệt độ của khí thải, tính ăn mòn hóa học của khí thải và môi trường nơi đặt thiết bị. Phía trong vỏ là hệ thống khung của thiết bị. Phía dưới vỏ là các bunke chứa bụi.

Vỏ phải có cấc trúc thuận lợi cho việc lắp đặt và bảo dưỡng thiết bị. Phía ngoài vỏ được bọc cách nhiệt. Cơ cấu phân phối khí vào thiết bị Cơ cấu phân phối khí vào thiết bị đóng vai trò rất quan trọng vì nó ảnh hường trực tiếp tới hiệu suất của thiết bị. Cơ cấu phân phối khí được đặt trước vùng thu bụi.

Thực chất thì cơ cấu này là hệ thống lưới hoặc tấm có đục lỗ để phân phối lượng khí đi qua bề mặt của các bản cực. Phía trước lưới là các chỉnh hướng dòng khí. Để thuận tiện cho việc sửa chữa và vận hành thì mỗi điện trường sẽ có một bunke chữa bụi. Bunke trong cơ cấu có tác dụng để hứng bụi sau khi đã được lắng ở điện cực lắng.

Cấu trúc của bunke được chọn 6 theo tính bám dính của bụi. Tuy nhiên, do bụi lắng lại bám vào bunke và mặt cực nên cần phải có cơ cấu rung, gõ theo chu kỳ vào điện cực và bunke để làm sạch điện cực không cho bụi bám vào bề mặt cực. Khi tháo bunke không tránh được việc không khí qua bunke vào thiết bị và do đó làm giảm hiệu suất hoạt động của thiết bị. Hệ thống rung, gõ cần được đặt lại vùng bụi chuyển động có hiệu quả và máy rung chỉ được phép rung khi cửa thải bụi của bunke mở và nếu bụi không chuyển động được mà máy rung cứ làm thì bụi sẽ nén chặt.

Điện cực lắng Do điện cực lắng là nơi thu bụi nên phải có hình dáng sao cho thuận tiện cho việc thu bụi và làm sạch cực. Thông thường thì có dáng hình trụ tròn đường kính 200 ÷ 300mm, chiều dài từ 3 ÷ 5 m. Đôi khi có thể sử dụng các điện cực lắng có tiết diện vuông, sáu cạnh. Các điện cực lắng là các tấm phẳng đôi khi chỉ sử dụng trong thiết bị lọc ướt vì nếu dùng trong các thiết bị khô khi rung cơ học để tách bụi thì khó tránh khỏi bụi bị cuốn theo khí ra ngoài.

Do đó người ta thường gắn thêm điện cực lắng các túi chứa hoặc máng chứa bụi. Điện cực quầng sáng Điện cực quầng sáng là nới xẩy ra các quá trình phóng điện nên phải có cấu trúc thích hợp sao cho hiệu suất của thiết bị đạt tới mức cao nhất để tạo ra sự phóng điện quầng sáng đều có cường độ lớn.