Nghiên cứu, chế tạo thiết bị cấp điện áp cao cho bầu lọc tĩnh điện xử lý muội trong khí xả động cơ diesel tàu thủy

Bài viết giới thiệu kết quả nghiên cứu chế tạo thiết bị cấp điện áp cao tới - 70kV với mục đích làm bộ nguồn để cấp điện áp một chiều cho bộ lọc muội bằng tĩnh điện. Bộ lọc muội này được lắp trên đường xả của động cơ diesel tàu thủy với mục đích xử lý muội trong khí xả. Thiết bị cung cấp điện áp cao cấp điện áp âm một chiều ổn định từ (0÷70) kV tùy theo tải của bầu lọc tĩnh điện.

CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2015 Kết luận kiến nghị Một chương trình thí nghiệm mơ hình vật lý thực cho loại khối phủ Tetrapod Rakuna IV để nghiên cứu ổn định khối phủ Rakuna IV điều kiện có sóng tràn cho đê đá đổ mái nghiêng Với kết thu cho thấy: - Đặc tính ổn định khối phủ Rakuna dùng cho đê đá đổ mái nghiêng có sóng tràn phụ thuộc vào thời gian bão tác động (thơng qua số sóng N z) giống hệ khối phủ 02 lớp khác trường hợp sóng khơng tràn (Hình 6) - Khi độ dốc sóng nhỏ tức sóng có chu kỳ dài (s 0m  0.035) mức độ hư hỏng tăng theo số sóng Khi độ dốc sóng lớn tức sóng có chu kỳ ngắn (s 0m > 0.035) mức độ hư hỏng gần khơng tăng theo số sóng Như vậy, ổn định khối phủ phụ thuộc vào chu kỳ sóng (hoặc độ dốc sóng s0m) - Trong điều kiện thủy lực kết cấu ổn định khối phủ mái dốc phía biển tăng lên sóng tràn qua đê nhiều (đê thấp hay R c/Hm0 nhỏ) Điều giải thích có sóng tràn phần lượng sóng chuyền qua đỉnh đê mái phía nên ổn định khối phủ mái phía biển gia tăng Mức độ gia tăng xét đến thông qua hệ số Fs, Fs phụ thuộc vào chiều cao lưu không tương đối Rc/Hm0 tức mức độ sóng tràn qua đê xác định theo công thức (4) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bruce, T., Van der Meer, J.W., Franco, L., Pearson, J.M., 2009 Overtopping performance of different armour units for rubble mound breakwaters, Coastal Engineering, 56, pp 166-179 [2] Burcharth, H.F., Christensen, M Jensen, T and Frigaard, P., 1998 Influence of core permeability on Accropode armour layer stability, Proceedings International conference coastlines, structures and breakwaters, Institution of Civil Engineers, Thomas Telford, London, pp 34-45 [3] Tuan, T.Q., Masushita, H., Luong, N.Q., Hai, L.T, Hai, P.T and Taki, Y., 2011 Experimental study on stability of Nikken Kogaku’s new wave dissipating blocks in application to coastal protection works in Vietnam, Report of Joint Research WRU-NIKKEN KOGAKU, 137 pp [4] Van der Meer, J.W., 1988 Stability of Cubes, Tetrapods and Accropode Design of Breakwaters, Thomas Telford, Proc Breakwaters '88 Conference, Eastbourne [5] Van der Meer, J.W., 1999 Design of concrete armour layers [6] Zelt, J.A and Skjelbreia, J.E., 1992 Estimating incident and reflected wave fields using an arbitrary number of wave gauges, Proc 23rd Int Conf Coastal Eng., ASCE, pp 777-789 NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO THIẾT BỊ CẤP ĐIỆN ÁP CAO CHO BẦU LỌC TĨNH ĐIỆN XỬ LÝ MUỘI TRONG KHÍ XẢ ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY STUDY AND DESIGN HIGH VOLTAGE SUPPLY EQUIPMENT FOR ELECTROSTATIC PRECIPITATOR TO TREAT PARTICULAR MATTER IN EXHAUST GAS OF DIESEL ENGINE PGS.TS TRẦN HỒNG HÀ; PGS.TS NGUYỄN HỒNG PHÚC Trường Đại học Hàng hải Việt Nam ThS NGUYỄN ĐỨC THỌ Sở SGVT Hải Phòng Tóm tắt Bài báo giới thiệu kết nghiên cứu chế tạo thiết bị cấp điện áp cao tới - 70kV với mục đích làm nguồn để cấp điện áp chiều cho lọc muội tĩnh điện Bộ lọc muội lắp đường xả động diesel tàu thủy với mục đích xử lý muội khí xả Thiết bị cung cấp điện áp cao cấp điện áp âm chiều ổn định từ (0÷70) kV tùy theo tải bầu lọc tĩnh điện Hệ thống điều khiển tín hiệu điện áp đầu vào để trì điện áp cấp không đổi Kết thử nghiệm cho thấy hệ thống làm việc ổn định, an tồn có mạch bảo vệ có tượng ngắn mạch phóng điện Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 44 – 11/2015 38 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2015 Abstract This paper introduces a result of designed high voltage supply equipment up to 70kV This equipment is used as a source to provide high voltage for electrostatic precipitator that used to treat particulate matter in exhaust gas of marine diesel engine This equipment supply a stability negative high voltage in range 0-70 kV depending on the load of electrostatic precipitator It could alter input voltage to maintain output voltage The results show that the system operate stability, safety and it protects short circuits and spark Key words: High voltage supply, electrostatic precipitator Đặt vấn đề Trong phương pháp xử lý khí xả, phương pháp sử dụng bầu lọc tĩnh điện phương pháp có hiệu xử lý muội cao hạt muội có kích thước nhỏ 1µm Bầu lọc tĩnh điện có ưu điểm bật so với tất hệ thống khác có có tổn thất áp suất lắp đặt đường xả thấp, công suất xử lý muội lớn, làm việc tương đối ổn định với khí xả tàu thủy nhiệt độ cao có hiệu suất xử lý muội cao lớn 99,5% đồng thời với chi phí bảo trì thấp Trên tàu thủy sử dụng phương pháp xử lý muội khí xả động diesel bầu lọc tĩnh điện phương pháp lựa chọn thích hợp để lắp đặt Trong bầu lọc tĩnh điện q trình tách hạt muội khí xả theo nguyên lý lực hút tĩnh điện điện cực trái dấu Q trình tách hạt muội khí xả chia thành năm bước sau: - Tạo luồng điện tử ion; - Nạp điện cho muội; - Thay đổi hướng hút hạt muội; - Thu muội cực thu; - Làm muội cực thu Ở điện cao, từ cực phóng bầu lọc tĩnh điện tạo thác điện tử ion (điện hóa) phần lớn phần tử khí nạp điện mang điện pha khí, cường độ tới hạn điện trường tạo để tạo cường độ điện trường cao, áp dụng thiết kế điện cực đặc biệt điện áp cao để hạn chế điện áp vượt giá trị xác định, tránh việc tạo dòng điện hai điện cực tạo tượng phóng tia lửa điện Đây điện áp vầng quang khởi phát, gia tăng điện áp dẫn đến tăng dần điện tích đến xảy phóng hồ quang Các hồ quang đánh vào luồng khí, điện tích nạp điện cho muội Nguồn điện áp cao có đa dạng cấu hình khả Kích thước, hình dáng, trọng lượng, đầu vào đầu ra, nhiệt nhiễu điện từ che chắn, phương pháp làm mát, kết nối, vv, thay đổi theo ứng dụng Tùy thuộc vào thông số kỹ thuật, yêu cầu quy định, vị trí lắp đặt điều kiện làm việc tàu thủy để thiết kế thiết bị tạo điện áp cao phù hợp Thiết kế thiết bị cấp điện áp cao cho bầu lọc tĩnh điện xử lý muội khí xả động diesel tàu thủy 2.1 Cơ sở thiết kế Một số thông số phụ tải định mức động diesel: - Động diesel: Weichai, kỳ, tăng áp - Công suất: 132 kW; - Lượng khí xả: 3000-5000 l/giờ; - Nhiệt độ khí xả: 3000C; - Hàm lượng muội khí xả: 0.5 g/m3 2.2 Thiết kế thiết bị cấp điện áp cao Khi thiết kế thiết bị cấp điện áp cao (máy biến áp) tạo điện áp cao cần có hệ thống thử nghiệm với sơ đồ sau: Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 44 – 11/2015 39 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2015 Hình Sơ đồ thử máy biến áp điện áp cao Phương án quấn dây cho máy biến áp cao áp Hình Sơ đồ quấn dây biến áp điện áp cao Trong máy biến áp, cuộn dây cao áp thấp áp hai phía quấn quanh hình trụ tròn hai cuộn bố trí tách riêng hai trụ Phương pháp quấn dây kiểu giống kiểu quấn dây máy biến áp thông thường Trong máy biến cao áp chế tạo phải ý đến tập trung điện trường để đặt chắn tăng cường cách điện bên cuộn cao áp Điện áp máy biến áp tính sau: Unx  7,92 f S '. ar kr kq 103 (1.1) U v2 Trong đó: f: Tần số lưới, Hz; : Hệ số hình dáng,  = 1.2; kr: Hệ số Rogovski, k =0,95; kq: Hệ số qui đổi thực nghiệm; ar: Chiều rộng qui đổi rãnh từ tản nhiệt, m; S’: Công suất máy biến áp, kVA Uv: Điện áp thực vòng dây, V Trong máy biến áp cuộn dây sơ cấp thứ cấp quấn xếp thành hình bậc thang Ở phía đầu cuộn cao áp cuộn dây có đường kính nhỏ dần Từ trường tản cuộn dây phân bố hình Trong B1, B1’ từ thơng tản chính, B2 từ thông tản cuộn dây nằm độ cao khác tạo Phương án quấn dây có ưu điểm đầu cấp cao áp Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 44 – 11/2015 40 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2015 nằm cuộn dây đặt phía gần với vị trí sứ cách điện máy biến áp giảm chiều dài dây cao áp đảm bảo vấn đề cách điện Hình Biến áp điện áp cao Trong quấn dây cuộn dây đặt cách theo hình bậc thang tạo ra khoảng cách đầu cuộn dây lớn Điện áp cuộn dây lớn vị trí đặt cuộn dây xa (khoảng cách cuộn nằm nhau) làm cho độ cách điện cuộn dây có điện áp thấp cuộn dây có điện áp cao tăng lên  Cách quấn giảm độ cách điện vòng dây nằm cuộn dây  Giảm chiều dài đầu cấp điện áp cao máy biến áp tăng độ an toàn tin cậy biến áp hoạt động  Trong máy biến áp có dầu làm mát nên truyền nhiệt tốt  Máy biến áp có cấu tạo đơn giản nên vận hành, bảo dưỡng sửa chữa thuận lợi Bộ chuyển đổi điện áp dùng cầu chỉnh lưu Thyristor Sơ đồ hình cấu trúc mạch chuyển đổi dùng cầu chỉnh lưu Thyristor Cầu chỉnh lưu cho phép dòng cơng suất từ xoay chiều (AC) sang phía chiều (DC) Bộ chuyển đổi cơng suất có chế độ làm việc khác phụ thuộc vào góc điều khiển α Bộ chỉnh lưu làm việc với góc < α < 90 Các van Thyristor làm nhiệm vụ đóng - mở, để dẫn dòng có xung kích hoạt vào cực điều khiển (Pulse gate) Đồng thời điện áp thuận đặt lên cực Anốt (+) Katốt (-) Mỗi Thyristor dẫn dòng theo chiều nhất, khóa đặt điện áp ngược lên cực Anốt (+) Katốt (-) dòng Làm mát máy biến áp Trong máy biến áp có sử dụng dầu khống để làm mát có tính cách điện Dầu khống nhận nhiệt từ cuộn dây thay đổi thể tích giãn nở thùng chứa tích khơng gian máy biến áp phải có chỗ dư thừa để không làm tăng áp suất dầu giãn nở Thường thể tích thừa cánh bên hơng thùng dầu, thùng dầu loại kín nên dầu thùng khơng bị xy hóa kéo dài tuổi thọ dầu không cần phải bảo dưỡng thường xuyên Thường sau 10 năm cần kiểm tra tính chất dầu thùng, dầu rò lọt dễ dàng phát nước bên ngồi khó thâm nhập vào thùng 2.3 Thiết kế mạch điện hệ thống thiết bị cấp điện áp cao Việc cung cấp điện thiết kế để cung cấp điện áp đầu lớn (DC), dòng thấp Các đầu điều chỉnh điện trở biến Dưới thông số kỹ thuật quan trọng - Đầu phạm vi điện áp: (0÷50) kV DC; - Tối đa sản lượng tại: 20 mA; - Điện áp vào: 220 V Ac; - Đầu vào tại: (0,5÷1) ampe; Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 44 – 11/2015 41 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2015 - Công suất trung bình thiết bị: (40 ÷ 60) watts Thiết bị điều khiển cấp điện nguồn áp cao áp gồm biến áp cấp điện áp cao module thiết kế điều khiển tự động Trong module điều khiển tự động G1P144401 hình 4, module điều khiển tự động kết hợp với lắng, việc điều chỉnh tự động lắng thơng qua nhờ góc mở thyritor Biến áp cấp điện cao áp lắp với cầu chỉnh lưu để thay đổi điện áp xoay chiều thành điện áp chiều cung cấp đến hệ thống điện cực đầu tạo cơng suất điện Hình Sơ đồ mạch điện thiết bị cấp điện áp cao Trong hệ thống mạch điện hình gồm có thyristor, mắc song song ngược với mục đích điều chỉnh dòng điện trước cấp tới cuộn sơ cấp biến áp cao áp TR1 qua cuộn điện cảm Ở phía cuộn thứ cấp, điện áp cấp qua cầu chỉnh lưu cao áp sau cấp tới trực tiếp điện cực Tín hiệu dòng điện đo đưa làm tín hiệu phản hồi, lắng giá trị trung bình thơng số mà thơng số điều chỉnh vòng lặp kín Bộ G1P144401 điều khiển tự động theo ngun lý PI (tích phân- tỉ lệ), tín hiệu đo dòng trung bình so sánh với tín hiệu dòng danh định, giá trị độ lệch hàm thời gian, theo chương trình lập, độ sai lệch đưa tới G1P144401 Các thyrristor tạo xung mở để thay đổi độ lệch Tín hiệu điện áp đưa module điều khiển để ngăn ngừa tia lửa điện tạo phục hồi lại điện áp bị giảm Trong bầu lọc tĩnh điện hiệu xử lý muội có liên quan với lượng điện hoá tạo từ nguồn cấp điện cao, nồng độ muội khí xả giảm tăng cơng suất q trình điện hoá, điều đo làm cho hiệu suất xử lý muội tăng theo cơng suất điện hố Trong hệ thống chỉnh lưu hoạt động chế độ kích chiều truyền thống Bộ chỉnh lưu kích chiều truyền thống: Trong hệ thống điều khiển pha thyritor dùng để thay đổi điện áp sau cấp cho cuộn sơ cấp máy biến cao áp với mục đích thay đổi cơng suất điện hố Trong thiết kế, hệ số phản hồi chọn tương thích, điện áp sơ cấp tăng tới giá trị yêu cầu, điện áp thứ cấp chỉnh lưu nhờ cầu chỉnh lưu điện áp cao Điện áp thứ cấp sau chỉnh lưu thành chiều cấp tới bầu lọc tĩnh điện mà không cần qua lọc Đầu cấp điện áp cho điện áp âm Trong sơ đồ mạch có lắp thêm điện cảm để hạn chế dòng, cuộn đấu nối tiếp với cuộn sơ cấp máy biến cao áp thêm mục đích tăng trở kháng ngắn mạch bầu lọc Nguyên lý thay đổi góc mở thyrisor điều khiển mắc đầu vào biến áp Việc làm trễ góc mở thyristor, qua làm giảm giá trị dòng trung bình điện áp trung bình lắng Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 44 – 11/2015 42 ... tạo điện áp cao phù hợp Thiết kế thiết bị cấp điện áp cao cho bầu lọc tĩnh điện xử lý muội khí xả động diesel tàu thủy 2.1 Cơ sở thiết kế Một số thông số phụ tải định mức động diesel: - Động diesel: ... Trên tàu thủy sử dụng phương pháp xử lý muội khí xả động diesel bầu lọc tĩnh điện phương pháp lựa chọn thích hợp để lắp đặt Trong bầu lọc tĩnh điện trình tách hạt muội khí xả theo nguyên lý lực... tăng áp - Cơng suất: 132 kW; - Lượng khí xả: 3000-5000 l/giờ; - Nhiệt độ khí xả: 3000C; - Hàm lượng muội khí xả: 0.5 g/m3 2.2 Thiết kế thiết bị cấp điện áp cao Khi thiết kế thiết bị cấp điện áp cao