Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ phận nâng cao hiệu suất lò đốt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ PHẬN NÂNG CAO HIỆU SUẤT LÒ ĐỐT NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Th S PHẠM BÁ KHIỂN Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Nguyễn Trung Hiệp 1711050006 17DCKB1 Nguyễn Thế Quang 1611070345 17DCKB1 Phạm Thanh Tín 1711040449 17DCKB1 Tp Hồ Chí Minh, 05 tháng 09 năm 2021 viii MỤC LỤC Phiếu đăng ký tên đề tài ĐATN i Phiếu giao nhiệm vụ ii v LỜI CAM ĐOAN vi LỜI CẢM ƠN vii DANH MỤC CÁC HÌNH.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ PHẬN NÂNG CAO HIỆU SUẤT LỊ ĐỐT NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Th.S PHẠM BÁ KHIỂN Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Nguyễn Trung Hiệp 1711050006 17DCKB1 Nguyễn Thế Quang 1611070345 17DCKB1 Phạm Thanh Tín 1711040449 17DCKB1 Tp Hồ Chí Minh, 05 tháng 09 năm 2021 MỤC LỤC Phiếu đăng ký tên đề tài ĐATN i Phiếu giao nhiệm vụ ii - v LỜI CAM ĐOAN vi LỜI CẢM ƠN vii DANH MỤC CÁC HÌNH .viii DANH MỤC CÁC BẢNG ix LỜI MỞ ĐẦU .x CHƯƠNG I : ĐẶT VẤN ĐỀ xi 1.1 Tính cấp thiết lý chọn đề tài: 1.1.1 Tính cấp thiết: 1.1.2 Lý chọn đề tài: CHƯƠNG II: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2.1 Tổng quan đề tài: 2.1.1 Các loại lò phổ biến nước ta nay: 2.2 Tình hình nước: .7 2.3 Tình hình giới: CHƯƠNG 3: MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Mục tiêu đề tài: 3.2 Phương pháp nghiên cứu: .8 CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ .9 4.1 Thiết kế điều khiển trung tâm: 4.1.1 Các linh kiện điều khiển: 4.1.1.1 PLC (Programmable Logic Controller): 4.1.1.2 Màn hình HMI: 11 4.1.1.3 Bộ điều khiển nhiệt độ đa kênh (module delta DTC-1000): 14 4.1.1.4 Relay trung gian Omron (MY2N): .17 4.1.1.5 Khởi động từ (Contactor): 21 4.1.1.6 Cảm biến nhiệt độ Pt100: 24 4.2 Thiết kế khung sườn: 25 CHƯƠNG 5: THI CÔNG SẢN PHẨM 29 5.1 Thi công khung sườn: 29 5.2 Thi công điều khiển: 34 5.3 Chạy thử mơ hình sản phẩm: 39 5.4 Lập trình điều khiển PLC: 46 5.4.1 Lập trình code cho PLC: .48 5.4.2 Mơ PLC q trình vận hành: 50 5.5 Lập trình hình HMI: 53 CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 54 6.1 Kết đạt được: 54 6.2 Đánh giá kết quả: 54 6.3 Hướng phát triển: 55 viii TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC 57 viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Lượng khí thải thải bên ngồi mơi trường Hình 1.2 Một lò đốt than củi Hình 1.3 Lị đốt đại điều khiển tự động Hình 2.1 Lị đốt than củi .4 Hình 2.2 Lị đốt Gas Biomass Hình 2.3 Lị đốt dầu DO .6 Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống thiết bị Hình 4.2 PLC Delta (model: DVP-16ES200T) 10 Hình 4.3 Các phận chức PLC Delta 11 Hình 4.4 Sơ đồ vị trí ứng dụng HMI 12 Hình 4.5 Sơ đồ kết nối PLC với HMI 13 Hình 4.6 Màn hình HMI Delta 14 Hình 4.7 Module nhiệt độ Delta (DTC1000) 15 Hình 4.8 Tài liệu sản phẩm loại module nhiệt độ 17 Hình 4.9 Cấu tạo relay trung gian 18 Hình 4.10 Kích thước kí hiệu chân relay trung gian 19 Hình 4.11 Relay trung gian DC (trái) relay trung gian AC (phải) 19 Hình 4.12 Contactor hãng CHINT 21 Hình 4.13 Cấu tạo khởi động từ (contactor) 22 Hình 4.14 Cảm biến nhiệt độ Pt100 24 Hình 4.15 Thiết kế khung sườn sơ phần mềm solidworks 25 Hình 4.16 Khung sườn hồn thiện phần mềm 26 Hình 4.17 Hình chiếu đứng hình chiếu cạnh khung sườn 27 Hình 4.18 Hình lò đốt phận nâng cao hiệu suất 28 Hình 5.1 Khung sườn sau hoàn thành 29 Hình 5.2 Tổng thể khung sườn sau hoàn thành 30 Hình 5.3 Mặt trước khung sườn 31 Hình 5.4 Mặt bên khung sườn 32 Hình 5.5 Mặt sau khung sườn 33 Hình 5.6 Đấu dây lắp ráp linh kiện 34 Hình 5.7 Đấu nối Pt100 vào module cảm biến nhiệt độ 35 Hình 5.8 Dây nguồn (24v) dây kết nối HMI 36 Hình 5.9 Lắp ráp điều khiển vào khung sườn .37 Hình 5.10 Lắp ráp cảm biến nhiệt, HMI béc phun 38 Hình 5.11 Bảng điều khiển bắt đầu thử nghiệm 39 Hình 5.12 Bảng điều khiển bắt đầu kích nhiệt 40 Hình 5.13 Bảng điều khiển nhiệt độ nằm khoảng yêu cầu 41 Hình 5.15 Relay trung gian sáng đèn đồng thời tiếp điểm Contactor đóng lại 42 Hình 5.16 Relay trung gian tiếp điểm Contactor trời bình thường 43 Hình 5.17 Adapter 44 ix Hình 5.18 Máy bơm nước tăng áp 24vdc 44 Hình 5.19 Béc phun nhiên liệu bắt đầu phun 45 Hình 5.20 Code điều khiển (1) 48 Hình 5.20 Code điều khiển (2) 48 Hình 5.20 Code điều khiển (3) 49 Hình 5.20 Code điều khiển (4) 49 Hình 5.20 Code điều khiển (5) 50 Hình 5.9 Lập trình HMI phần mềm DOP-soft 53 ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật module DTC1000 16 Bảng 4.2 Một số mã hàng module nhiệt độ sử dụng phổ biến 17 Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật loại relay trung gian .20 Bảng 4.5 Bảng điều kiện môi trường để relay hoạt động tốt 20 Bảng 5.1 Bảng so sánh loại ngôn ngữ PLC 47 Bảng 5.2 Các kí hiệu ngơn ngữ lập trình PLC 53 x LỜI MỞ ĐẦU Cơng trình nghiên cứu trình bày việc chế tạo phận giúp nâng cao hiệu suất lò đốt (lò đốt củi, than) vừa có chức tăng nhiệt độ vừa có chức giảm nhiệt độ tùy vào mục đích sử dụng Bộ phận có kết cấu khí đơn giản, tính tốn hoạt động dựa nhiệt độ có lị đốt để điều khiển tính tốn phun nhiên liệu vào buồng đốt giúp nâng cao hiệu suất giản hiệu sử dụng Q trình tính toán ứng dụng việc thiết kế chế tạo khí để hồn thiện mơ hình phận cho đảm bảo đạt độ xác cao, đáp ứng đầy đủ yêu cầu thực tiễn hoàn toàn có khả ứng dụng vào thực tế Mơ hình thực việc phun nhiên liệu vào buồng đốt buồng giảm nhiệt độ áp suất đột ngột, mơ hình cịn áp dụng vào nhiều lĩnh vực khác đời sống tùy theo mục đích sử dụng như: lắp hệ thống phun sương, Hiện phận nâng cao hiệu suất lò đốt công nghệ chưa nghiên cứu phát triển Việt Nam, tương lai việc nghiên cứu phát triển tốt mang lại nhiều giá trị thúc đẩy phát triển nhiều nhành như: khí, luyện kim, nhiệt điện, hạn chế nguồn tài nguyên thiên nhiên, Xi CHƯƠNG I : ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Tính cấp thiết lý chọn đề tài: Hình 1.1 Lượng khí thải thải bên ngồi mơi trường 1.1.1 Tính cấp thiết: Hiện lò đốt nước ta, thường lò đốt cũ kĩ lạc hậu lượng khí thải mơi trường lớn, việc nghiên cứu đề tài bước tiến giúp lò cải tiến hoạt động ổn đinh hơn, Lò đốt than củi tốn nhìu nhân cơng để liên tục cấp nhiệt cho lò hoạt động.Lượng nguyên liệu cung cấp liên tục tiêu tốn tài nguyên nhìu nhiệt độ lại không ổn định trực tiếp ảnh hưởng đến lưu lượng nước tiêu dùng Không thể tự động q trình đốt , diện tích bố trí trạm cấp nhiệt tương đối cao lớn cần không gian chưa than, chứa tro xỉ cào than Hình 1.2 Một lị đốt than củi 1.1.2 Lý chọn đề tài: Lý chọn đề tài muốn cải tiến phát triển loại lị đốt than củi tự động hóa trình đốt cách chế tạo phận làm tăng hiệu suất buồng đốt lò giúp lò cho lượng ổn định tuần hồn Cải thiện khuyết điểm lị sử dụng than củi Hình 1.3 Lị đốt đại điều khiển tự động Vì vậy, chúng em nghiên cứu sâu chuyển đổi nước/nhiên liệu tạo Hydro áp dụng vào việc đốt cháy lò đốt nghiên cứu thiết kế việc chế tạo phận giúp nâng cao hiệu suất đốt cháy lị đốt Đồng thời giúp tiết kiệm chi phí nhiên liệu giảm lượng khí thải mơi trường bên ngồi, giúp mang lại nhiều giá trị góp phần vào cơng cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước Do vậy, định chọn đề tài: “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ PHẬN NÂNG CAO HIỆU SUẤT LÒ ĐỐT” CHƯƠNG II: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2.1 Tổng quan đề tài: Đề tài khái quát phận hỗ trợ nhằm tăng hiệu suất đốt cháy bên lị đốt theo đó, nhiên liệu phun thẳng vào bên lò đốt nhiệt độ lị đốt thấp từ tăng hiệu suất sinh nhiệt Theo đó, khía cạnh đề tài cung cấp hệ thống cung cấp lượng lò đốt bao gồm: nguồn cung cấp nước; cung cấp nhiên liệu, phận nâng cao hiệu suất lò đốt chuyển đổi nước, nhiên liệu thành hydro sản phẩm phụ, để cung cấp hydro cho buồng đốt lò đốt; hệ thống kim phun kết hợp với nguồn cung cấp nước để bơm nước vào buồng đốt bên lị đốt Có nhiều cách cung cấp nhiên liệu khác đề xuất cho phận nâng cao hiệu suất cung cấp lượng cho động đốt nhiên liệu thay thế, chẳng hạn rượu, ethanol, metan hydro Tuy nhiên, sử dụng nguồn nhiên liệu khác xăng sinh học E5, Ngoài ra, nhiên liệu thay metan hydro loại khí dễ cháy phải lưu trữ thùng chứa áp suất tủ đó, gây nguy hiểm nghiêm trọng Áp dụng lò đốt vào ngành: Nồi ngày trở nên phổ biến trở thành thiết bị thiếu nhà máy, xí nghiệp cần đến nguồn nhiệt Nó mang đến hiệu sử dụng cao, cung cấp nguồn nước an tồn chất lượng cho cơng đoạn sản xuất diễn hiệu dễ dàng Trong lĩnh vực công nghiệp nặng nhẹ: - Nhà máy sản xuất thực phẩm, bánh kẹo - Nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi, thức ăn gia xúc - Nhà máy sữa, nước giải khát Béc phun bắt đầu phun nhiên liệu, nhiên liệu được phun béc phun dạng phun sương, giảm tiêu hao nhiên liệu mà đạt hiệu suất lò đốt Hình 5.19 Béc phun nhiên liệu bắt đầu phun 45 5.4 Lập trình điều khiển PLC: Lập trình PLC Delta cần phần mềm nhà sản xuất (WPL_V2.50) Tên ngôn ngữ PLC Ngôn ngữ PLC LAD Ưu điểm Nhược điểm - LAD với cấu trúc bậc - Một số lập trình chức thang dễ xếp, tổ chức khơng có sẵn, đặc tiện theo dõi biệt khó khăn việc - Cho phép ghi thích lập trình chyển động - Hỗ trợ chỉnh sửa online phân luồng - Hoạt động tốt với - Có thể trở nên vô tổ Chức điều khiển chức sử dụng ngơn chuyển động ngữ bạn dặt - Trực quan dễ dàng khối chức Ngôn ngữ PLC FBD số người đâu trang dùng Điều dẫn đến - Có thể gộp nhiều dịng việc khắc phục cố khó lập trình thành khối khăn số khối chức Ngơn ngữ PLC ST/STL - Tính tổ chức cao có - Khó thành thạo cú khả tính tốn pháp phép tốn học lớn - Khó khắc phục lỗi - Cho phép lập trình - Rất khó để chỉnh sửa số chức khơng có online ngôn ngữ khác (LAD) Ngôn ngữ PLC SFC - Các q trình chia - Ngơn ngữ khơng thành bước từ phải lúc phù hợp giúp khắc phục cố với tất ứng dụng nhanh dễ dàng 46 - Có thể truy cập vào trực tiếp vào phần logic đem xem vị trí thiết bị bị lỗi - Có thể giúp q trình thiết kế viết chương trình nhanh với khả sử dụng lặp lặp lại thành phần logic riêng lẻ Bảng 5.1 Bảng so sánh loại ngôn ngữ PLC => Dựa vào bảng chọn ngơn ngữ lập trình PLC Ladder logic 47 5.4.1 Lập trình code cho PLC: Hình 5.20 Code điều khiển (1) Hình 5.20 Code điều khiển (2) 48 Hình 5.20 Code điều khiển (3) Hình 5.20 Code điều khiển (4) 49 Hình 5.20 Code điều khiển (5) 5.4.2 Mơ PLC q trình vận hành: + Khi nhấn cơng tắc khởi động M10, dịng điện qua tiếp điểm thường đóng M11 trì tiếp điểm M12, khiến tiếp điểm thường đóng M12 đóng lại + Sau so sánh nhiệt độ thực tế D100 thấp nhiệt độ ngưỡng thấp D408, tín hiệu phát lần qua tiếp điểm M13 tiếp điểm M12 để SET M0 50 + Tiếp điểm thường đóng M0 đóng lại: • Dịng điện qua tiếp điểm thường đóng T2, bắt đầu chạy TMR T1 D414 theo cài đặt hình HMI tùy vào người vận hành • Tiếp điểm thường hở T1 phía đóng lại, bắt đầu chạy TMR T2 D416 theo cài đặt hình HMI tùy vào người vận hành * Kết luận: dòng điện qua T2 kích hoạt máy bơm phun theo thời gian, đồng thời kích hoạt tiếp điểm thường hở T1 đếm ngắt tiếp điểm thường đóng T2 làm máy bơm dừng lại tiếp tục vòng lă + Timer thời gian T1 đếm kích hoạt máy bơm M21 phun sau khoảng thời gian cài đặt + Đồng thời tín hiệu qua đếm INC, reset đếm sau đủ số lần phun + So sánh số lần phun thực tế D50 phải lớn số lần phun cài đặt D412, đồng thời reset M0 tắt máy bơm reset số phun thực tế D50 51 + Khi nhiệt độ thực tế D100 vượt nhiệt độ ngưỡng lò đốt D410, reset M0 reset M50 tránh tải nhiệt cho lị đốt + Vì sau nhấn START tiếp điểm M12 nhảy, nhiệt độ thực tế D100 thấp nhiệt độ ngưỡng thấp D408 SET M13 + Tiếp điểm M13 đóng, máy bơm hoạt đơng liên tục trường hợp lò đốt cần phải gia nhiệt nhanh + Phun đến nhiệt độ thực tế D100 lớn nhiệt độ ngưỡng thấp D408 reset lại tiếp điểm M13 + M12 kết nối, tín hiệu điều khiển xuất đầu Y0 (contactor) 52 Tiếp điểm thường hở Đưa tín hiệu ngồi PLC Tiếp điểm nhảy lần Tiếp điểm thường đóng So sánh điểm TMR Timer thời gian SET SETUP RST RESET Bảng 5.2 Các kí hiệu ngơn ngữ lập trình PLC 5.5 Lập trình hình HMI: Hình 5.9 Lập trình HMI phần mềm DOP-soft 53 CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 6.1 Kết đạt được: Trong trình tham gia chế tạo phận nâng cao hiệu suất lò đốt, chúng em thấy khó khăn cịn vấp phải nghiên cứu đề tài Nhận thấy kiến thức cịn hạn chế, kinh nghiệm non cần tiếp tục học hỏi tiếp thu thêm nhiều kiến thức kinh nghiệm nghành khí ngành kỷ thuật khác Và nhờ tham gia chế tạo máy mà chúng em thấy tính ưu việt hạn chế mà máy gặp phải, để đề phương án khắc phục Có thể nói vài ưu điểm nhược điểm sau máy: • Ưu điểm: Kết đạt sau thử nghiệm hệ thống điều khiển hoạt động ổn định, khơng xảy lỗi như: + Nhiễu tín hiệu + Độ trễ tín hiệu phát đến máy bơm ổn định - Nhiên liệu cung cấp hoạt động tốt, tăng cơng suất hoạt động lị đốt - Giảm nhiều nguyên liệu hóa thạch => giảm chi phí đầu vào => giảm chi phí đầu => giá cạnh tranh - Giúp cho sở sản xuất kinh doanh đạt suất cao - Dễ vận hành, bảo trì sửa chữa gặp trục trặt kỹ thuật máy có cấu tạo đơn giản - Độ an tồn làm việc cao, khơng đòi hỏi phải tốn nhiều sức lực thời gian trình độ người vận hành • Nhược điểm: - Khung sườn thiết kế với lớp cách nhiệt mỏng - nhiệt tỏa từ lị đốt làm hỏng linh kiện điện tử 6.2 Đánh giá kết quả: Trong trình thiết kế chế tạo máy có nhiều vấn đề thiết kế chưa hợp lý làm giảm suất gây ảnh hướng đến trình hoạt động ổn định máy cần 54 tiếp tục điều chỉnh để máy hoạt động ổn định suất cao giá thành máy giảm xuống 6.3 Hướng phát triển: - Để máy hồn thiện tương lai cải tiến phát triển thêm như: + Tối ưu hóa thiết bị đầu phun + Nâng cấp khung sườn chống chịu nhiệt + Nghiên cứu sâu áp dụng vào động đốt 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]https://patents.google.com/patent/US20090194042A1/en?q=F02B47%2f02&q=c ombustion+chamber&q=water&q=fuel&page=2 [2]https://garan.vn/products/bec-phun-sieu-am-tao-suong-kho-sieu-min-co-hat-10microns?gclid=Cj0KCQjw2NyFBhDoARIsAMtHtZ6rJgQH71i7Bd_axjqKDVwT 3je9oZuRyGE5pJ343iETmN-IIBczaZYaAoFoEALw_wcB [3]FILE_20210903_120639_DELTA_IA-PLC_DVP-ES2-EX2-SS2-SA2-SX2-SETP_PM_EN_20181030 (3) 56 PHỤ LỤC 57 58 59 ... Vì vậy, chúng em nghiên cứu sâu chuyển đổi nước/nhiên liệu tạo Hydro áp dụng vào việc đốt cháy lò đốt nghiên cứu thiết kế việc chế tạo phận giúp nâng cao hiệu suất đốt cháy lò đốt Đồng thời giúp... nâng cao hiệu suất lò Nghiên cứu nhiên liệu sinh học làm nhiên liệu phận nâng cao hiệu suất, tính tốn hiệu suất nhiên liệu gia nhiệt cho lò đốt tăng % so với khơng có phận nâng cao hiệu suất CHƯƠNG... 27 Thiết kế lị đốt theo lị đốt thử nghiệm bên ngồi, từ vẽ lò đốt ban đầu thiết kế phận nâng cao hiệu suất phù hợp lò đốt thử nghiệm, thiết kế ống dẫn nhiên liệu ống dẫn đo nhiệt độ bên buồng đốt