- Hệ thống thiết bị phụ trợ 741 Hệ thống khí nén
4. Kết luận: Đề tài nghiên cứu có thể triển khai ứng dụng để thiết ké, chế tạo hệ thống lọc bụi tĩnh điện cho các nhà máy xi măng ở trong n− ớc thay thế các thiết bị hiện đang
4.3.1 Phần động lực
Phần động lực của bộ điều khiển điện tr−ờng gồm thiết bị đóng ngắt cung cấp nguồn và bảo vệ ngắn mạch ngoài nh− áp tô mát, khởi động từ, rơ le bảo vệ quá dòng, các thiết bị hiển thị dòng điện, điện áp và cặp Thyristor đấu song song ng−ợc V101, V102. Công suất của thiết bị động lực đ−ợc chọn phù hợp với công suất của biến thế chỉnh l−u cao áp và có tính đến khả năng làm việc lâu dài trong môi tr−ờng nóng bụi. Để bảo đảm an toàn cho ng−ời vận hành sửa chữa khi mở hộp tiếp đất qua tiếp điểm hạn vị SW lắp trên cửa của thiết bị tiếp đất sẽ ngắt nguồn động lực cung cấp cho hệ thống và nối tiếp đất đầu ra của hệ thống chỉnh l−u cao áp, đồng thời cũng báo tín hiệu dừng máy. Khi đóng hộp tiếp đất, thiết bị tiếp đất sẽ báo thiết bị đang chuẩn bị làm việc. Ngoài ra trong biến áp chỉnh l−u cũng lắp thiết bị bảo vệ quá nhiệt, khi nhiệt độ trong biến áp v−ợt quá giá trị đặt cho phép sẽ tác động không cung cấp nguồn cho hệ thống. Trên tủ cũng lắp các thiết bị đo l−ờng chỉ thị dòng điện nguồn cung cấp, chỉ thị dòng điện và điện áp một chiều của bộ nguồn chỉnh l−u cùng trạng thái sự cố.
4.3.2 Yêu cầu kỹ thuật của một bộ điều khiển điện tr−ờng
Bộ điều khiển điện tr−ờng đ−ợc coi là bộ não của hệ thống điều khiển điện tr−ờng. Bộ điều khiển điện tr−ờng trong hệ thống Lọc bụi tĩnh điện cung cấp các xung để điều khiển góc mở cho Thyristor phù hợp với điện áp đặt và phụ tải yêu cầu. Bộ điều khiển điện tr−ờng phải thoả mãn với các yêu cầu sau :
Bảo đảm mở máy êm : Phụ tải của hệ thống LBTĐ đ−ợc coi là phụ tải điện dung và trở, trong đó điện dung là cơ bản. Vì vậy, để chống hiện t−ợng tăng dòng điện một cách đột biến việc mở máy êm là cần thiết. Nghĩa là điện áp nguồn cung cấp đ−ợc tăng từ từ từ một giá trị ban đầu nào đó. Khi mở máy êm điện áp đặt vào điện cực đ−ợc tăng từ một giá trị đặt ban đầu, dĩ nhiên có thể bắt đầu từ không, trong thực tế giá trị điện áp mở máy ban đầu đ−ợc bắt đầu từ giá trị nhỏ hơn điện áp cực tiểu (có
thể bắt đầu từ 5kV hoặc cao hơn một chút). Khối mở máy đ−ợc tham gia vào quá trình điều khiển tự động
Giới hạn mức điện áp cao và thấp cung cấp cho điện cực. Mức điện áp thấp nhất là mức điện áp để tạo nên vầng quang (corona), bới vì khi xuất hiện vầng quang là xảy ra quá trình ion hóa chất khí, từ đó tạo ra số l−ợng rất lớn các điện tích tự do. Các điện tích này bám vào các hạt bụi, làm cho các hạt bụi bị nhiễm điện. D−ới tác dụng của lực điện tr−ờng, các hạt bụi sẽ bị hút về các bản cực mang điện trái dấu.
Mức điện áp thấp nhất làm xuất hiện hiện t−ợng vầng quang khoảng 20 kV, do vậy nếu điện áp làm việc xuống d−ới mức điện áp này (thông th−ờng cỡ 16 đến 18 kV) trong khoảng thời gian nào đó (khoảng 20 giây) sẽ báo hiệu và không cho hệ thống làm việc. Mức điện áp cao tuỳ theo yêu cầu cụ thể của từng hệ thống LBTĐ mà đặt giá trị nhằm bảo vệ bộ nguồn cùng các bản cực. Thông th−ờng ng−ời ta đặt cao hơn điện áp làm việc định mức khoảng 10%. Khi điện áp làm việc v−ợt quá giá trị đặt cực đại hệ thống sẽ báo sự cố và đôi khi theo yêu cầu cụ thể có thể dừng làm việc.
Phản ứng nhanh dập tia lửa phóng điện giữa hai điện cực theo tần số phóng điện. Khi tần số phóng điện cấp tập lớn hơn 3 lần trong 5 bán kỳ làm việc sẽ báo sự cố, đồng thời đôi khi theo yêu cầu cụ thể có thể ngắt hệ thống làm việc. Ngoài ra theo yêu cầu cụ thể cần phải biến đổi tín hiệu dòng và áp chỉnh l−u sang nguồn dòng tiêu chuẩn cho hệ thống điều khiển ngoài.
Phản ứng nhanh khi có hiện t−ợng phóng điện giữa hai bản cực là một trong những vấn đề quan trọng nhất mà bộ điều khiển điện tr−ờng phải đáp ứng đ−ợc. Để bảo đảm hiệu suất thu hồi bụi cao nhất, bộ điều khiển phải tăng điện áp đến giai đoạn cận phóng điện. Nếu l−ợng bụi bám vào bản cực dày lên và khoảng cách phóng điện ngắn lại, c−ờng độ điện tr−ờng sẽ tăng lên làm đẩy nhanh hiện t−ợng phóng điện. Khi có hiện t−ợng phóng điện dòng điện một chiều sẽ tăng lên một cách đột biến, v−ợt quá mức đặt phóng điện đặt tr−ớc. Nếu không có phản ứng nhanh giảm điện áp giữa hai bản cực, tức là ngắt hiện t−ợng phóng điện, sẽ làm hỏng điện cực, đồng thời nếu ngắt nguồn cung cấp sau đó phục hồi lại sẽ làm giảm hiệu suất thu hồi bụi, hoặc trong lúc có hiện t−ợng phóng điện hệ thống rung gõ làm việc, bụi bám vào bản cực rơi xuống sẽ làm giảm điện tr−ờng và hết hiện t−ợng phóng điện. Vì vậy, khi có hiện t−ợng phóng điện cần phải tự động giảm điện áp cung cấp, sau đó tự động phục hồi nhanh điện áp cung cấp.
Ng−ời ta phân chia thành hai hiện t−ợng phóng điện, tr−ờng hợp thứ nhất là hiện t−ợng phóng điện nhẹ. Tr−ờng hợp này xảy ra khi có sự tăng đột ngột điện áp nguồn, sau khi phóng điện bộ điều khiển giảm điện áp nguồn xuống sẽ hết hiện t−ợng phóng điện. Tr−ờng hợp thứ hai là hiện t−ợng phóng điện nặng. Trong tr−ờng hợp này mặc dù điện áp không tăng nh−ng do một sự tác động nào đó nh− l−ợng bụi bám vào điện cực quá nhiều mà không rung gõ thu hồi bụi đ−ợc, hoặc do điều kiện về áp suất
58
hoặc nhiệt độ trong buồng thu bụi thay đổi (công thức 12) thì sẽ dẫn đến sự phóng điện, mặc dầu bộ điều khiển đã giảm điện áp
Giới hạn dòng cực đại. Khả năng chịu tải của thiết bị có giới hạn, nếu dòng điện v−ợt quá giới hạn cho phép sẽ báo hiệu và ngừng hoạt động. Trong thực tế hiện t−ợng ngắn mạch trong hệ thống LBTĐ th−ờng xuyên xẩy ra. Bộ điều khiển điện tr−ờng có chức năng giới hạn dòng làm việc, khi bị ngắn mạch tải sẽ đ−a tín hiệu phản hồi dòng về và giảm điện áp nguồn đến mức thấp nhất, thông th−ờng bằng Uk ngắn mạch, khi không còn ngắn mạch hệ thống lại từ từ tăng lên đến giá trị đặt. Đây là một chỉ tiêu rất quan trọng của hệ thống LBTĐ.
4.3.3 Tính toán thiết kế bộ điều khiển điện tr−ờng
Bộ điều khiển điện tr−ờng là trái tim của thiết bị lọc bụi tĩnh điện. Căn cứ vào thiết kế phần cơ, vào đặc tính cụ thể của khí thải, ng−ời ta tính toán, thiết kế, hiệu chỉnh bộ điều khiển điện tr−ờng cho từng tr−ờng để bảo đảm hiệu suất thu hồi bụi cao nhất và tiết kiệm năng l−ợng nhất. Các hãng chuyên chế tạo các bộ điều khiển điện tr−ờng đã tính toán, thiết kế, chế tạo các bộ điều khiển chuyên dùng nh− là những máy tính thông minh.
Nút ấn, Công tắc, rơle CPU S7 Màn hình công nghiệp Module vào, ra Analog Bộ biến đổi, hiển thị mA - kV Biến thế chỉnh l−u cao áp Phản hồi dòng, áp 4 - 20mA: Báo động Động cơ rung gõ điện cực Hệ thống đèn, báo động Bộ điều khiển Thyristor Máy tính PC/ PPI 0-10VDC
Với đề tài nghiên cứu KC 06-07CN, nghiên cứu ứng dụng PLC trong thiết bị lọc bụi tĩnh điện công suất nhỏ chúng tôi đã tính toán, thiết kế bộ điều khiển điện tr−ờng ứng dụng PLC thể hiện trong bản vẽ “Sơ đồ điều khiển, giám sát, Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển quản lý hệ thống lọc bụi tĩnh điện dùng PLC và máy tính” theo sơ đồ nguyên lý nh− hình vẽ.
Bộ điều khiển điện tr−ờng gồm các bộ phận chính sau:
- Khối điều khiển Tiristor lấy điện áp chủ đạo từ môdule Analog của PLC, tín hiệu đồng bộ, phản hồi dòng điện, điện áp phía sơ cấp trực tiếp từ mạch sơ cấp. Điều khiển bằng tay dùng chiết áp R260.
- Các tín hiệu phản hồi thứ cấp lấy từ điện trở shunt và mạch phân áp, qua các bộ biến đổi thành các tín hiệu tiêu chuẩn ( 0-10V hoặc 4-20mA ), đ−a về đầu vào môdule Analog.
- Bộ điều khiển PLC xử lý các tín hiệu dòng điện và điện áp để đ−a ra điện áp chủ đạo bảo đảm cho điện tr−ờng có giá trị cao nhất. Ngoài ra PLC cũng đ−a ra các tín hiệu báo động hoặc ngắt mạch điều khiển khi giá trị điện áp và dòng điện v−ợt quá mức giới hạn cho phép.
- Các giá trị đặt và giá trị thực, các tín hiệu báo động đ−ợc thể hiện trên màn hình công nghiệp.
- PLC còn dùng để điều khiển quá trình làm việc của hệ thống nh− rung gõ các điện cực, sấy, xả bụi...
Hệ thống đ−ợc điều khiển, giám sát thông qua mạng PLC S7 (Trong bộ nguồn chế tạo thử là CPU215 và modul analog EM235) ghép nối với máy vi tính điều khiển tại chỗ bằng cáp lập trình PC/PPI và nối ghép với máy tính trung tâm bằng mạng, PROFILE BUS, SCADA (Xem bản vẽ sơ đồ điều khiển, giám sát, quản lý hệ thống lọc bụi tĩnh điện).
Các thông số từ màn hình công nghiệp cũng nh− từ các nút ấn, công tắc và phản hồi dòng điện, điện áp đ−ợc xử lý trong PLC và các đầu ra của nó là các lệnh làm việc cho các động cơ rung cực lắng, cực gai, cũng nh− góc mở Thyristor để điều chỉnh điện áp cao áp. Chế độ làm việc của hệ thống, tình trạng hoạt động của các thiết bị , các thông số về dòng điện, điện áp đ−ợc giám sát và điều khiển trên màn hình máy vi tính.
60
Màn hình công nghiệp đ−ợc dùng để:
− Đặt các thông số thời gian làm việc của rung cực lắng, cực gai cho từng tr−ờng cũng nh− thời gian nghỉ giữa hai lần làm việc.
− Đặt thông số điện áp, dòng điện thứ cấp khi làm việc, đồng thời hiện giá trị tức thời của điện áp, dòng điện cao áp.
− Đặt các thông số bảo vệ tr−ờng cao áp.
− Chỉ ra sự cố xảy ra trong quá trình làm việc ở từng tr−ờng cũng nh− khi dòng cao áp quá cao.
Các thông số về dòng điện, điện áp của tr−ờng cao áp đ−ợc đ−a về đầu vào của bộ điều khiển số Grado 918. ở đầu ra của bộ biến đổi, điều khiển, hiển thị số sẽ đ−a ra tín hiệu t−ơng ứng tỷ lệ từ 4 – 20mA về modul analog EM 235.
Để điều khiển dòng cao áp theo yêu cầu(ví dụ nh− mở máy êm, ổn định điện áp làm việc) trong mô hình sử dụng một mạch vòng kín với khâu phản hồi về đầu vào của Module Analog EM 235 của PLC, các số liệu sẽ đ−ợc xử lý, tính toán theo luật điều khiển tỷ lệ, vi, tích phân PID rồi sẽ đ−a ra tín hiệu điều khiển thông qua bộ điều khiển Thyristor để điều chỉnh điện áp cao áp đầu ra.
Hệ thống cũng liên tục cập nhật các giá trị về dòng điện, điện áp cao áp cũng nh− các thông số liên quan đến quá trình làm việc của tr−ờng cao áp, rồi so sánh với các tiêu chuẩn đã đặt tr−ớc (nh− các giới hạn về điện áp, dòng điện, các hiện t−ợng phóng điện) để đ−a ra các phản ứng kịp thời đảm bảo sự an toàn và tính hiệu quả cho tr−ờng cao áp.