Giải pháp cho máy nén khí trục vít

KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG BIẾN TẦN VÀO ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MÁY NÉN KHÍ TRỤC VÍT TẠI CÔNG TY NHIỆT ĐIỆN CAO NGẠN VINACOMIN VÀ ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG THU ĐƯỢC ThS Vũ Thế Nam ThS Phạm Thanh Liêm Ks Lê Quang Tuấn Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Vinacomin Hiện nay, nhà máy nhiệt điện thiết bị đóng cắt sử dụng khí nén nhiều, ví dụ khâu vận chuyển đá vôi, tro xỉ, than máy nén khí thiết bị thiết yếu đơn vị dạng Các giải pháp nâng cao hiệu suất máy nén khí quan tâm áp dụng vận hành luân phiên máy, đảm bảo nhiệt độ nước giải nhiệt phù hợp khoảng cho phép, xả nước tích áp định kỳ ca sản xuất…tuy nhiên giải pháp tiết kiệm điện lại chưa quan tâm mức Ngày với phát triển khoa học kỹ thuât, thiết bị điện tử công suất sử dụng rộng rãi máy nén khí đối tượng cần nghiên cứu nhằm thực giải pháp tiết kiệm điện Và nghiên cứu phân tích khả ứng dụng tiềm tiết kiệm điện sử dụng biến tần vào điều khiển máy nén khí trục vít Công ty nhiệt điện Cao Ngạn - Vinacomin HIỆN TRẠNG Tại Công ty nhiệt điện Cao Ngạn - Vinacomin, hệ thống máy nén khí bao gồm 08 máy nén khí dạng trục vít công suất động 110kW, máy nén có 01 sấy khí nén điện công suất Pđm = kW nhằm sấy khô khí Hình Hệ thống máy nén khí trục vít Công ty Nhiệt điện Cao Ngạn Trong trình vận hành, hệ thống cấp khí nén thường sử dụng máy hoạt động liên tục, máy dự phòng, chế độ vận hành hệ thống điều khiển liên động số máy nén khí hoạt động phụ thuộc vào áp lực bình chứa Khí nén nén vào bình tích áp máy bình tích áp nối chung thành mạng lưới cấp tới phụ tải Các máy nén khí điều khiển rơ le áp suất, với áp suất đặt cho máy từ 5,8÷6,8 bar từ 5,9÷6,9 bar,…khi áp suất bình tích áp đường ống đạt tới áp suất ngưỡng mức áp suất đặt máy nén khí tự động ngắt Hình Sơ đồ hệ thống khí nén Công ty Nhiệt điện Cao Ngạn Qua kiểm đo lường hoạt động máy nén khí Công ty nhiệt điện Cao Ngạn có biểu đồ công suất hoạt động hình Hình Biểu đồ công suất máy nén khí số số có Pđm = 110kW Như hình cho thấy trình hoạt động máy nén khí có đạt mức áp suất ngưỡng nên chuyển sang hoạt động giã tải, thời điểm (do đặc điểm máy nén khí trục vít) động tiêu thụ gần 110 kW Và sau thời gian ngắn, áp suất hệ thống giảm xuống mức áp suất đặt máy lại chuyển sang chế độ mang tải Kết đo lường máy nén khí số cho thấy trình hoạt động công suất máy thay đổi không lớn P max = 123,37 kW, Pmin = 108,53kW Công suất trung bình Ptb = 119,79 kW (Pđm = 110 kW) Với kết đo lường trên, hệ thống máy nén khí hoạt động tiêu thụ lượng điện không nhỏ suốt trình làm việc Do cần thiết thực giải pháp tiết kiệm điện cho hệ thống Công ty nhiệt điện Cao Ngạn GIẢI PHÁP KỸ THUẬT VÀ TIỀM NĂNG TIẾT KIỆM Đối với hệ thống máy nén khí Công ty nhiệt điện Cao Ngạn thực giải pháp sau: Lắp biến tần, PLC cảm biến áp suất nhằm điều khiển hệ thống, cảm biến áp suất đặt đầu chung toàn mạng, PLC lấy tín hiệu từ cảm biến áp suất nhằm điều khiển đóng cắt máy nén khí theo chế độ sau: Chế độ khởi động: Thời điểm ban đầu hệ thống chưa có khí nén, áp suất đường ống chung bar, PLC thực việc điều khiển khởi động điều chỉnh tốc độ máy kiểm tra áp suất đầu đảm bảo không khởi động thêm máy nén Chu trình điều khiển khởi động máy nén mô tả hình sau: Khi áp suất nhỏ áp suất đặt tối thiểu PLC điều khiển đóng K13 K11 để khởi động máy nén khí số 1, sau K11 đóng điện PLC thực điều khiển biến tần để khởi động động máy nén tăng tốc độ từ 0Hz lên đến 50Hz Sau 30s động máy nén chạy tần số tối đa mà chưa đủ áp suất, PLC điều khiển đóng tiếp máy số theo bước sau: - Bước 1: PLC điều khiển mở K11 đồng thời đóng K12 (K11 K12 liên động điện khí) để máy nén khí số trì hoạt động trực tiếp từ điện lưới mà không qua biến tần - Bước 2: PLC điều khiển đóng K23 K21 để khởi động cho máy nén khí số qua biến tần vào làm việc.Sau K21, PLC thực điều khiển biến tần để động máy nén số tăng tốc độ từ 0Hz lên 50Hz + Nếu chưa hết 30s mà áp suất đường ống đạt giá trị đặt, lúc PLC thực điều chỉnh giảm tần số hoạt động động để đảm bảo giữ áp suất hệ thống ổn định + Sau đóng điện 30s mà chưa đủ áp suất, PLC điều khiển đóng tiếp máy số theo bước bước - Bước 3: PLC điều khiển mở K21 đồng thời đóng K22 (K21 K22 liên động điện khí) để máy nén khí số trì hoạt động trực tiếp từ điện lưới mà không qua biến tần - Bước 4: PLC điều khiển đóng K33 K31 để khởi động cho máy nén khí số qua biến tần vào làm việc Tương tự động thứ 8, cảm biến báo đủ áp suất đồng thời phản hồi PLC để điều chỉnh lưu lượng cho máy Sơ đồ nguyên lý mạch lực điều khiển hình hình Hình Sơ đồ nguyên lý biến tần điều khiển hệ thống máy nén khí Hình Sơ đồ nguyên lý PLC điều khiển đóng cắt Chế độ thiếu áp suất: Trong trình hoạt động nhu cầu tiêu thụ khí nén tăng lên, áp lực giảm xuống, cảm biến áp suất phản hồi tới PLC PLC cấp tín hiệu nhằm điều khiển biến tần nâng tần số đầu ra, tốc độ động tăng lên tương ứng làm tăng áp suất mạng, với hai trường hợp: - Trong khoảng điều khiển: Khi tần số hoạt động biến tần điều khiển khoảng f = f1 (1,5Hz tới 50Hz), đồng thời cảm biến áp suất báo đủ áp, biến tần chạy với tần số f1 để trì áp suất yêu cầu - Ngoài khoảng điều khiển: Khi tần số hoạt động biến tần PLC điều khiển tăng dần đến giá trị f = 50Hz, mà cảm biến áp suất báo chưa đủ PLC điều khiển đưa thêm máy nén khí khác vào làm việc Chế độ thừa áp suất: Khi nhu cầu tiêu thụ khí nén giảm, áp suất tăng lên, cảm biến áp suất truyền tín hiệu phản hồi PLC, điều chỉnh tần số đầu biến tần giảm đi, tốc độ quay động giảm xuống tương ứng, từ áp suất khí nén giảm,với hai trường hợp: - Trong khoảng điều khiển: Khi tần số hoạt động biến tần giảm tới tần số f = f2 (với f2 dao động khoảng 1,5÷50Hz), mà cảm biến áp suất báo đủ áp, biến tần chạy với tần số f2 để trì áp suất yêu cầu - Ngoài khoảng điều khiển: Khi tần số hoạt động biến tần giảm tới tần số f = f3 (với f3 = 1,5Hz), mà cảm biến áp suất báo dư, tín hiệu đưa PLC điều khiển ngắt máy hoạt động khỏi lưới Với giải pháp với biến tần khởi động cho máy nén khí hoạt động, đảm bảo áp suất làm việc, biến tần tự động điều chỉnh tần số động cuối đóng phù hợp theo tín hiệu từ cảm biến áp suất đưa PLC nhằm trì áp suất làm việc hệ thống Bảng tổng hợp tiềm tiết kiệm áp dụng giải pháp kết tính toán hiệu kinh tế giải pháp Bảng 1.Tiềm tiết kiệm điện áp dụng giải pháp sử dụng biến tần điều khiển máy nén khí Tên giải pháp ĐNTK (kWh/ năm) CPTK (1.000đ/ năm) CPĐT (1.000đ) TGHV (năm) HSHV nội (%) GTHT (1.000đ) Lắp biến tần điều khiển máy nén khí 104.029 87.748 307.000 3,50 25,67 133.389 KẾT LUẬN Theo kết phân tích tính toán kinh tế, thời gian hoàn vốn giản đơn đầu tư giải pháp 3,5 năm Hệ số hoàn vốn nội IRR = 25,67%, giá trị NPV>0 Điều cho thấy giải pháp lắp biến tần PLC cho hệ thống máy nén khí theo phân tích có khả thi hiệu kinh tế-kỹ thuật Trong điều kiện sản xuất Công ty nhiệt điện Cao Ngạn, tỷ lệ điện tự dùng Công ty so với tổng điện sản xuất năm 2012 12,209%, việc thực biện pháp tiết kiệm lượng có giải pháp cho hệ thống máy nén khí cần Công ty quan tâm triển khai thời gian tới Tài liệu tham khảo - Ths Vũ Thế Nam nnk Báo cáo kiểm toán lượng Công ty nhiệt điện Cao Ngạn - Vinacomin Viện KHCN Mỏ – Vinacomi Năm 2012 ... hợp tiềm tiết kiệm áp dụng giải pháp kết tính toán hiệu kinh tế giải pháp Bảng 1.Tiềm tiết kiệm điện áp dụng giải pháp sử dụng biến tần điều khiển máy nén khí Tên giải pháp ĐNTK (kWh/ năm) CPTK... hoạt động máy nén khí Công ty nhiệt điện Cao Ngạn có biểu đồ công suất hoạt động hình Hình Biểu đồ công suất máy nén khí số số có Pđm = 110kW Như hình cho thấy trình hoạt động máy nén khí có đạt... đặc điểm máy nén khí trục vít) động tiêu thụ gần 110 kW Và sau thời gian ngắn, áp suất hệ thống giảm xuống mức áp suất đặt máy lại chuyển sang chế độ mang tải Kết đo lường máy nén khí số cho thấy