* BO KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG TRÌNH TỰ DONG HOA KHCN 04 - 04 BAO CAO KHOA HOC " NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HOÁ CHO HỆ THỐNG LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN" Mà SỐ : KHCN 04 -04 -04 HÀ NỘI - 1999 536K AsjqIoC BÁO CÁO KHOA HỌC ĐỀ TÀI CẤP NHÀ NƯỚC "NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HOÁ CHO HỆ THỐNG LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN" Mã số : KHCN 04 - 04 - 04 Cơ quan chủ trì : VIỆN KỸ THUẬT THIẾT BỊ ĐIỆN Cơ quan thực : VIỆN KỸ THUẬT THIẾT BỊ ĐIỆN Chủ nhiệm đề tài : TS Trần Tuấn Ảnh Những người tham gia thực : 1- KS Dinh Ngọc Dũng 2- KS Ton Long Nga mẻ: 3- KS V6 Huy Hoan Viện kỹ thuật thiết bị điện Nha mdy ché tao bién thé ABB Vién k¥ thudt thiét bi dién Mục lục Lời nói đầu Trang Chương |: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÌNH TRẠNG HIỆN TẠI CÁC HỆ THỐNG LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN Ở NƯỚC TA A Cơ sở lý thuyết hệ thống lọc bụi tính điện 1.1- Hiệu suất thu hồi LBTĐ 4 1.3- Xác định tốc độ dịch chuyển hạt 1.⁄4-_ Xác định điểm làm việc hệ thống điện 1.2- 1.5B- Tính tốn điện tích thu hồi bụi tác dụng điện trường Xác định công suất tiêu thụ Tinh trang cdc hệ thống LBTĐ có nước ta 7 Chương 2: KẾT CẤU CỦA HE THỐNG LBTĐ 2.1- Kết cấu khí 2.2- Phần điện tự động hố 2.2.1- Tính tốn thiết kế nguồn chỉnh lưu cao 2.2.2- Các thiết bị khác 9 Chương 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ NGUỒN CHỈNH LƯU CAO THẾ 3.1- Tính tốn thiết kế biến áp chỉnh lưu 3.1.1- Tính tốn thơng số điện 3.1.2- Tính tốn sơ mạch từ 3.1.3- Tính tốn cuộn dây 3.1.4- Chọn khoảng cách cách điện 3.1.5- Tính tổn thất khơng tải dịng khơng tải 10 12 12 12 14 14 3.1.6- Tính tổn thất ngắn mạch điện áp ngắn mạch 15 3.1.8- Tính tốn cuối mạch từ 17 3.1.7- Tính lực 3.1.9- Tính nhiệt 3.2- A- B3.3- Cuộn kháng chặn Phần lý thuyết Phẩntính toán Chọn mạch chỉnh lưu cầu phân áp 3.3.1- Cầu chỉnh lưu 3.3.2- Điện trở phân áp 3.3.3- Kết thử nghiệm 16 17 18 18 22 24 24 24 25 Chuong 4: TU DIEU KHIEN DIEN TRUONG 4.1- 4.2- Muc dich cha ta điều khiển điện trường Phần động lực 4.3- Bộ điều khiển điện trường 4.3.1- Mục đích điều khiển điện trường 4.3.2- Cấu trúc điều khiển điện trường 4.4- Kết thử nghiệm triển khai thực tế 26 26 26 26 26 29 Chương 5: HỆ THỐNG RUNG GÕ THU BỤI VÀ GIA NHIỆT 5.15.2- Đặc điểm Yêu cầu kỹ thuật 5.3- Phương án thiết kế hệ thống điều khiển gõ rung, 5.2.1- Hé thong rung gõ bụi 5.2.2- Hệ thống rung thu bụi 5.2.3- Gia nhiệt thùng thu bụi buồng sứ 5.4- 5.4.15.4.25.4.35.4.4- sấy thu bụi sấy sứ Tính chọn thiết bị gõ rung, sấy thu bụi sấy sứ Phần gõ bụi Phần rung thu bụi Sấy đóng bánh thùng thu bụi Sấy sứ 29 30 30 30 30 31 31 31 3I 32 32 Chương 6: KET LUAN Chuong trinh phan mém cho PLC diéu khién g6 rung thu bui Biên thí nghiệm biến áp Các vẽ 34 NOI DUNG Lời nói đầu Cùng với phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ, chất lượng sống người ngày cải thiện, cải vật chất xã hội ngày sản xuất nhiều, đa dạng Do sản xuất phát triển nhà máy xí nghiệp thải mội trường nhiều chất thải độc hại tác động tiêu cực đến chất lương sống lồi người sinh vật sống khác Mơi trường sống bị ô nhiễm mối quan tâm quốc gia trái đất, khơng cịn vấn để quốc gia riêng rẽ mà vấn đề chung toàn nhân loại Nhà nước ta quan tâm đến vấn đề môi trường ban hành luật môi trường nhằm thúc đẩy sở sản xuất kinh đoanh trình xây dựng, sản xuất phải quan tâm đến vấn đề môi trường, đồng thời ý thức cho người trình sống, lao động phải có ý thức bảo vệ mơi trường sống cho sống mà hệ mai sau Một vấn đề quan tâm mơi nhà máy xí nghiệp q trình hoạt động thải mơi trường nhà máy nhiệt điện, xi măng, hoá chất, luyện kim v.v Luượng bui cho trường bụi khói bụi sở thải trình sản xuất ngyuên nhân làm nhiễm khơng khí tác động trực tiếp đến môi trường sống Đề tài nhánh KHCN 04-04-04 “Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị tự động cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện” thuộc đề tài KHCN 04-04 “Nghiên cứu thiết kế chế tạo phương tiện, thiết bị hệ thống tự động hoá cho kiểm tra bảo vệ mơi trường” thuộc chương trình cấp nhà nước KHCN 04 “ Cơng nghệ tự đơng hố” viện kỹ thuật thiết bị điện thuộc Công nghiệp đâm nhận mong muốn đóng góp, tạo sản phẩm phục vụ cho việc thu hồi bụi nhà máy thải Mặt khác tạo điều kiện phục hồi sửa chữa phần tự động hệ thống lọc bụi trang bị trước khơng cịn khả hoạt động chất lượng khơng đảm bảo, mặt khác chế tạo phục vụ cho xí nghiệp có nhu cầu Nội dung nghiên cứu gồm phần sau: Tìm hiểu sở lý thuyết hệ thống lọc bụi tĩnh điện, tình trạng hệ thống lọc bụi tĩnh điện có cầu Nghiên cứu thiết kế chế tạo biến áp chỉnh lưu cao Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị tự động hoá cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện gồm hệ thống rung gõ, hệ thống gia nhiệt Trên sở kết thu cho phép hồn thiện phần tự động hoá cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện, phối hợp với phần chế tạo khí cho phép chế tạo hệ thống lọc bụi tĩnh điện hồn chỉnh đưa vào sử dụng Trong q trình thực đề tài hỗ trợ, động viên, góp ý, tạo điều kiên thuận lợi ban chủ nhiệm chương trình KHCN 04 GSTS Nguyễn Xuân Quỳnh làm chủ nhiệm, thành viên nhóm đề tài, Bộ Khoa học, Cơng nghệ Mơi trường, Bộ Công nghiệp Xin trân trọng cám ơn Chuong : Cơ sở lý thuyết tình trạng hệ thống lọc bụi fĩnh điện nước ta A-Cơ sở lý thuyết hệ thống lọc bụi fĩnh điện Bộ lọc bụi tĩnh điện kiểu nằm ngang khô gồm thân lọc bụi, thiết bị điện thiết bị phụ khác Bộ lọc bụi tĩnh điện thiết bị chuyên dùng để làm khí nhờ lực tĩnh điện để dịch chuyển hạt bụi buồng khí Khí bẩn di qua điện trường tăng cường điện cực có dấu đối nhau, cực phát có điện áp cao nạp điện tích âm cho hạt bụi hạt tác dụng lực điện trường bị hút phía điện cực lắng, thực tế điện cực lắng nối đất Trong luồng khí bẩn tồn hạt bụi có điện tích dương bụi hút điện cực phát, điện cực mang điện âm., song số lượng hạt bụi mang điện tích dương Các hạt bụi khí bám váo điện cực lắng bị điện, số lượng bụi bám vào ngày nhiều lên làm giảm điện trường hệ thống hạt bụi cần phải thu hồi qua hệ thống rung gõ để rơi vào máng thu hồi 1.1- Hiệu suất thu hồi LBTĐ Mức độ đánh giá độ ô nhiễm môi trường bụi gây tính mg bui mỶ khí Tiêu chuẩn áp dụng phổ biến giới 50 mg/mẺ điều kiện nhiệt độ áp suất tiêu chuẩn Để xác định khả làm việc hệ thống LBTĐ yêu cầu sở để thiết kế chế tạo l hệ thống LBTĐ hiệu suất hệ thống đạt Sin - Sout TỊ E neces xI100 (1) Sin Trong : r hiệu suất thu hồi bụi, thơng thường I hệ thống LBTĐ đạt tới 99% cao LBTĐ Sin va Sout (g/m3) 1a nồng độ bụi đầu vào đầu hệ thống Hiệu suất phụ thuộc vào diện tích thu hồi bụi, lưu lượng dịng khí mang bụi tốc độ di chuyển hạt bụi phía điện cực lắng tác dụng lực điện trường Từ mối quan hệ tính tốn hiệu suất thu hồi bụi ta sử dụng công thúc Deutsch; Trong đó: = l- exp (-@A,/Q) (2) A,(m?) diện tích điện cực thu Q (m8) lưu lượng dịng khí œ (m/S) tốc độ dịch chuyển hạt bụi tác dụng lực điện trường Hiệu suất thu hồi bụi phụ thuộc vào kích thước hạt bụi Cơng thức sử dụng cho hạt nhau, với hạt có kích thước khác khơng thể xác định được, tốc độ dịch chuyển trung bình hạt giảm dịch chuyển trường điện từ Đồ thị đưới xây dựng mối quan hệ hiệu suất thu hồi kích thước hạt 0.9 0.85 OR 05 01 HI 61 / |1 | ie Duong kinh hat (um) V6i nhiing hat cd kich thuéc < 0,1 pm va > Lym cé hiéu suat thu hdéi [én va hat cé kich thudc 0,4 tum có hiệu suất thu hồi : Đặc tính quan trọng bụi điện trở suất Điện trở suất bụi phụ thuộc vào thành phần lý hoá , kích thước hạt , nhiệt độ độ ẩm môi trường Điện trở suất ảnh hưởng đến điện trường thiết bị lọc bụi khả ion hố chất khí trường lọc bụi thơng thường với nhà máy xi măng nhiệt điện, điện trở suất từ I0 + I0! cm Các lớp bụi bám vào điện cực thu dầy lên mà ion phải qua lớp để vào cực thu, tạo lên điện trường lớp này, đủ lớn để gây tượng phóng điện ngược Hiện tượng phóng điện ngược xẩy thường có điện trở suất khoảng 2x10'!!Ocm Hiện tượng làm giảm khả thu hồi bụi gây trở ngại cho việc nhiễm điện hạt Với điện trở sưát nhỏ 10°cm, hạt bám vào điện cực thu lỏng làm khó khăn cho việc thu hồi bụi : 1.2- Tính tốn diện tích thu bồi bụi Cần xác định kích thước cấu hình điện cực phóng điện cực thu Điện cực phóng liên quan với điện cực thu cho đạt dòng điện cường độ từ trường lớn Hình dạng điện cực phóng dây thép hình trụ hình vng có gai có đường kính cỡ 2,5 mm tạo thành lưới có giá đỡ cách điện Số lượng kích thước cực thu phụ thuộc vào diện tích cần thu, tốc độ dịng khí khoảng cách cực độ cao cực Khoảng cách cực thông thường 230mm, 300mm, ngày chế tạo đến 400mm Số lượng kênh dẫn khí Nd tính: 2Wv,H Trong : W khoảng cách điện cực phóng điện cực thu H độ cao điện cực thu v„ tốc độ trung bình khí vào Mỗi thu có hai mặt, tổng diện tích thu hồi bụi là: A.=2NdRH? (4) Trong R hệ số thu hồi, với hiệu suất lớn 99% thơng thường lấy R=l phối hợp với phương trình (1) ta tính độ cao cực H = (5) QR 1.3- Xác định tốc độ dịch chuyển hạt tác dụng điện trường Điện trường vùng thu bụi sản lực tác động lên điện tích hạt tỷ lệ thuận với cường độ điện trường E, = qyE, Trong đó: (6) F, lực điện trường, newtons đŒN) q, điện tích hạt , colombs (C) E, cường độ điện trường vùng thu , voli/meter (V/m) Lực điện trường tác động chống lại lực liên kết điện tích hạt chất khí Khi lực liên kết điện tích hạt chất khí cân với lực điện trường hạt chuyển động với vận tốc ban đầu œ Giả thiết hạt tuân theo định luật Stock, vận tốc hạt tính; Trong : C, = hệ số hiệu chỉnh Cunningham Ð, = đường kính hạt 1.4- Xác định điểm làm việc hệ thống điện Điểm làm việc hệ thống điện LBTĐ giá trị trung bình điện áp dong điện Thu hồi bụi tốt có điện trường lớn nhất, tức điện áp cao hai điện cực trường lọc bụi Điện áp thấp chấp nhận điện áp xuất corona Hiện tượng corona âm hình thành có điện tích tự gần điện cực cao Điện tích nhận đựơc lượng đủ lớn để lon hố chất khí số lượng điện tử tự sản sinh nhiều Với hệ thống LBTĐ điện áp thấp để suất corona khoảng 20 KV Với dây dẫn hình trịn điện trường bề mặt dây xác định theo công thức White sau: Trong : E, = 3x 10° f(s.g + 0,03(s.g/r,)") (8) Ea=là điện trường làm suất corona , Vím s.g = gia tốc trọng trường chất khí 293K atm r„= bán kính dây, m f_ = hệ số phổ ghế dây dẫn Với dây tròn coi f = l,0, thực tế sử dụng ƒ = 0,6 Điện áp để hình thành điện trường tạo nên corona xác định V,=E,r,ln(d/r,) (9) Trong : d = bán kính hình trụ LBTĐ dạng ống d=(4/0W cho LBTĐ dây - W = Khoảng cách gữa dây Không thể cung cấp nguồn điện áp cao, điện áp cao suất hiện tượng corona ngược, nghĩa cực thu có tượng phát quang gây hỏng cực đồng thời hạn chế dịch chuyển diện tích hạn chế bụi chuyển động điện cực thu Điện trường mạnh từ dây đến cực nằm gần bề mặt dây Trong V điện áp nguồn Điện trường phân bố khơng theo hướng địng khí, cần xác định điện trường trung bình “ Đụ: K (11) K số phụ thuộc vào cấu hình LBTĐ suất cơrona Có thể tra bảng để tìm hệ số K phụ thuộc vào cấu hình Khi cường độ điện trường dây điện cực thu đủ lớn suất hiện tượng phóng điện Khi có tượng phóng điện điện áp giảm dòng điện tăng lên lớn Xác định điện áp phóng điện : E,=6,3xI0(273P/T)! (12) Trong : E, = cường độ điện trường phóng điện T = nhiệt độ tuyệt đối, K P = ápsuất khí atm Thiết bị LBTĐ làm việc gần điểm E„„„ nhỏ E, 1.5- Xác định công suất tiêu thụ Nguồn tiêu thụ cơng suất cho thiết bị LBTĐ cơng suất quạt đẩy luồng khí có chứa bụi vào buồng lọc công suất tạo nên tượng corona tức công suất tạo điện trường cho buồng lọc bụi Độ giảm áp lực buồng lọc bụi vào khoảng †kPa (theo Turner ) White (1984) đưa cơng thức tính cơng suất tiêu thụ hình thành corona sau: W.,= Q( 115,8 + [,17/P) (13) Trong : Wc công suất corrona Watt P, lượng suy giảm áp suất buồng lọc bụi 1.6- Cấu hình thiết bị LBTĐ Hiện thực tế tồn đạng cấu hình thiết bị LBTĐ: Dây - Tấm : Đây dạng phổ biến sử dụng cho nhà máy điện, xi măng Những nơi mà điện trở suất khí bụi khơng cao Điện cực phóng dây thép có gai, cịn điện cực thu thép có tạo gân để tăng diện tích thu hồi bụi tạo dịng khí xốy để rung bụi Tấm - Tấm : Với kiểu cấu hình chịu điện trường lớn, khơng có tượng corona Kiểu lọc bụi điện cực phát âm dương sử dụng cho mơi trường bụi có điện trở suất cao kích thước bụi nhỏ Bộ lọc bụi hình ống : Dây điện cực có điện áp cao chạy ống, ống điện cực thu Dạng cấu hình dùng cho hạt bụi ướt nhà máy axít sulfuric thường làm nước B- Tình trang hệ thống LBTĐ có nước ta Hiện nước ta tồn phố biến thiết bị LBTĐ kiểu Dây - Tấm Nói hồi nhà nhà máy nhiệt điện xi măng Liên Xô cũ gúp đỡ Bỉm sơn Phả lại chung thiết bị sau nhiều năm vận hành bị hỏng hóc nhiều, hiệu suất thu bụi khơng đạt, cần thiết phải có phục hồi sửa chữa xây dựng Một số máy xây dựng năm đổi nhà máy xi măng, giấy có trang bị hệ thống LBTĐ hoàn chỉnh vận hành cần có thiết bị để tu bảo dưỡng Vì việc nghiên cứu chế tạo thiết bị LBTĐ nước cần thiết cấp bách Chương 2: Kết cấu hệ thống LBTĐ 2-1 Một hệ thống LBTĐ cấu hình dây - hồn bao gồm : Kết cấu khí Hệ thống khung đỡ cực lắng, cực phát, hệ thống rung gõ, hệ thống máng thu hồi bụi Xung quanh khung bao che bảo ôn Điện cực phát gai chịu điện áp cao phải đỡ sứ dỡ cao áp Các sứ phải sấy để chống ẩm Tuỳ theo lượng bụi phải thu hồi, hiệu suất phải đạt mà đưa thể tích phù hợp Do giới hạn đề tài nghiên cứu chủ yếu tập trung vào hệ thống tự động hoá cho hệ thống LBTĐ nên phần khí khơng đề cập đến 2-2 -Phần điện tự động hoá ... thuyết hệ thống lọc bụi tĩnh điện, tình trạng hệ thống lọc bụi tĩnh điện có cầu Nghiên cứu thiết kế chế tạo biến áp chỉnh lưu cao Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị tự động hoá cho hệ thống lọc bụi. .. tĩnh điện gồm hệ thống rung gõ, hệ thống gia nhiệt Trên sở kết thu cho phép hồn thiện phần tự động hố cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện, phối hợp với phần chế tạo khí cho phép chế tạo hệ thống lọc. .. "NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HOÁ CHO HỆ THỐNG LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN" Mã số : KHCN 04 - 04 - 04 Cơ quan chủ trì : VIỆN KỸ THUẬT THIẾT BỊ ĐIỆN Cơ quan thực : VIỆN KỸ THUẬT THIẾT BỊ