BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Hệ thống lọc bụi tĩnh điện trong nhà máy nhiệt điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
Hệ thống lọc bụi tĩnh điện trong nhà máy
nhiệt điện

Giảng viên hướng dẫn:

TS.Nguyễn Huy Phương

Bộ môn:
Sinh viên thực hiện:

Tự động hóa cơng nghiệp – Viện Điện
Lê Văn Trường - 20174306
Nguyễn Minh Tú - 20174317

HÀ NỘI, 12/2021


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LỌC BỤI.................................1
1.1

Hệ thống lọc bụi là gì ?.............................................................................1

1.2

Các loại hệ thống lọc bụi...........................................................................1
1.2.1

Hệ thống lọc bụi túi vải..............................................................1

1.2.2

Hệ thống lọc bụi tĩnh điện..........................................................1

CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY
NHIỆT ĐIỆN.......................................................................................................3
2.1

Vị trí của hệ thống lọc bụi tĩnh điện trong nhà máy nhiệt điện..................3

2.2

Cấu tạo hệ thống lọc bụi tĩnh điện.............................................................3
2.2.1

Hệ thống điện cực lắng...............................................................3

2.2.2

Hệ thống điện cực phóng ( vầng quang )....................................4

2.2.3

Hệ thống rung gõ điện cực lắng và phóng..................................5

2.2.4

Hệ thống cách điện lọc bụi tĩnh điện..........................................5

2.2.5

Hệ thống phân phối khí của lọc bụi tĩnh điện.............................6

2.2.6

Thiết bị tạo điện cao áp..............................................................7

2.2.7

Hệ thống phễu chứa bụi và thiết bị thải bụi................................7

2.3

Vai trò của hệ thống lọc bụi tĩnh điện........................................................8

2.4

Nguyên lý hoạt động của hệ thống............................................................8

2.5

Q trình chính trong tiến trình lọc bụi.....................................................9

2.6

2.5.1

Sự tích điện cho các hạt bụi........................................................9

2.5.2

Sự chuyển động của các hạt bụi trong điện trường.....................9

2.5.3

Sự lắng bụi trên bề mặt của điện cực lắng................................10

2.5.4

Đặc tính Volt-Ampe của quầng sáng........................................10

Các tham số cần giám sát và điều khiển..................................................11

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ ,TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG
LỰC VÀ MÔ PHỎNG......................................................................................12
3.1

Đề xuất phương án thiết kế......................................................................12

3.2

Sơ đồ khối...............................................................................................12

3.3

Sơ đồ mạch động lực...............................................................................13
3.3.1

Bộ điều áp xoay chiều 1 pha.....................................................13

3.3.2

Máy biến áp..............................................................................14

3.3.3

Mạch chỉnh lưu.........................................................................14

3.3.4

Mạch điều khiển.......................................................................15


3.4

Tính tốn các phần tử..............................................................................15
3.4.1

Tính chọn Diode.......................................................................15

3.4.2

Tính tốn máy biến áp..............................................................16

CHƯƠNG 4. TỔNG KẾT................................................................................17


DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Vị trí hệ thống lọc bụi.............................................................................3
Hình 2.2 Hệ thống điện cực lắng...........................................................................4
Hình 2.3 Hệ thống điện cực phóng........................................................................4
Hình 2.4 Hệ thống rung gõ điện cực lắng và phóng..............................................5
Hình 2.5 Hệ thống phân phối khí..........................................................................6
Hình 3.1 Sơ đồ khối tồn hệ thống......................................................................12
Hình 3.2 Sơ đồ mạch lực.....................................................................................13
Hình 3.3 Bộ điều áp xoay chiều 1 pha................................................................13



CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LỌC BỤI
1.1 Hệ thống lọc bụi là gì ?
Hệ thống lọc bụi hay còn gọi là hệ thống xử lý bụi. Đây là hệ thống được lắp đặt
để hút bụi và lọc sạch các loại bụi có kích thước nhỏ tại một số vị trí nhất định
thơng qua đường ống cùng một số thiết bi khác, Bụi sẽ được xử lý triệt để, tránh
phát tán ra môi trường gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
Hệ thống lọc bụi không những đảm bảo khơng gian bên trong nhà máy sạch sẽ
thống mát cho cơng nhân làm việc mà cịn tạo điều kiện giúp bảo quản hàng
hóa, máy móc tốt hơn.
1.2 Các loại hệ thống lọc bụi
Để xử lý bụi phát sinh trong quá trình sản xuất, các hệ thống lọc bụi được ra đời
giúp loại sạch bụi bẩn ra khỏi nhà máy, tránh gây ô nhiễm môi trường. Dướu đây
là 2 phương pháp lọc bụi được ứng dụng phổ biến nhất hiện nay.
1.2.1

Hệ thống lọc bụi túi vải

Hệ thống lọc bụi túi vải hay còn gọi là hệ thống lọc bụi tay áo, hệ thống lọc khô.
Đây là hệ thống hút lọc bụi sử dụng túi lọc vải để loại bỏ hoàn toàn những hạt

bụi có kích thước nhỏ bay lơ lửng trong khơng khí, tránh để con người hít vào
gây ảnh hưởng đến sức khỏe cũng như khí thải sạch ra ngồi hạn chế ô nhiễm
môi trường.
Ưu điểm:
- Loại bỏ các loại hạt bụi thô, mịn hoặc siêu mịn.
- Dễ dàng lắp đặt vận hành.
- Cho hiệu quả cao, không gây ảnh hưởng đến quạt hút.
- Đảm bảo cho khí xuyên qua tối ưu.
- Độ bền sử dụng cao, có thể tái sử dụng nhiều lần.
- Chịu được nhiệt độ cao, môi trường ăn mịn.
Nhược điểm:
Khơng thích hợp dùng cho các loại bụi dầu nhờn, kết dính hoặc bụi dễ cháy
nổ.
Ứng dụng:
- Chủ yếu trong các khu chế xuất, nhà máy thuộc như các ngành: chế biến
gỗ, sản xuất xi măng, gạch đá…….Tạo lề cho văn bản in 2 mặt
1.2.2

Hệ thống lọc bụi tĩnh điện

Hệ thống lọc bụi tĩnh điện được sử dụng nhằm lọc bỏ các hạt bụi có kích thước
nhỏ ra khỏi dịng khơng khí khi đi qua buồng lọc theo ngun lý ion hóa. Bụi
được tách ra khỏi khơng khí khi chúng đi qua vùng điện trường mạnh, bám lại
trên các tấm cực lâu dần sẽ tạo ra những mảng bụi lớn. Sau đó, chung được tháo
gỡ xuống nhờ rung động mạnh được tạo ra bằng hệ thống búa gõ, rơi xuống và đi
vào trong boong chứa.
1


Ưu điểm:

- Hiệu suất cao lên tới 98%.
- Công suất lọc lớn, có thể lọc hơn 100000m3/h.
- Hoạt động ổn định.
- Khả năng chịu nhiệt độ cao lên đến 400 độ C
Nhược điểm:
- Chi phí vận hành và bảo dưỡng phương pháp lọc bụi này khá cao và phức
tạp.
Ứng dụng:
- Phổ biến nhất trong ngành nhiệt điện.

2


CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY
NHIỆT ĐIỆN
2.1 Vị trí của hệ thống lọc bụi tĩnh điện trong nhà máy nhiệt điện

Hình 2.1 Vị trí hệ thống lọc bụi

Với mục đích làm sạch khí thải đưa ra mơi trường thì bắt buộc hệ thống lọc bụi
tĩnh điện phải thu được hầu hết bụi của quá trình đốt nhiên liệu trong nhà máy.
Vậy hệ thống lọc bụi tĩnh điện cần phải đặt giữa đường dẫn khí thải và hệ thống
thốt khói của nhà máy.
2.2 Cấu tạo hệ thống lọc bụi tĩnh điện
2.2.1

Hệ thống điện cực lắng

Kết cấu của điện cực lắng ảnh hưởng đến hiệu suất thu của lọc bụi tĩnh điện. Hệ
thống điện cực lắng thường có 2 dạng: dạng tấm và dạng ống. Dạng tấm được sử

dụng trong lọc bụi tĩnh điện đứng và lọc bụi tĩnh điện ngang, còn dạng ống chỉ sử
dụng trong lọc bụi tĩnh điện đứng.
Yêu cầu chung cho các điện cực lắng là bề mặt hướng về điện cực phóng phải
bằng phẳng khơng có lồi, nhơ nhọn ảnh hưởng đến điện áp làm việc của lọc bụi
tĩnh điện.
Hệ thống dạng tấm được sử dụng rộng rãi hơn vì:
- Đảm bảo độ cứng vững lớn nhất với chi phí vật liệu nhỏ nhất.
- Giảm tối đa lượng bụi cuốn theo khí 2 lần vì có phần che thủy khí động
lực học.
- Có thể sử dụng vận tốc dịng khí lớn 1.7 m/s và chiều dày trong tấm chỉ
cần khoảng 0.8-1.5mm và vì thế nó có tính kinh tế nhất.

3


Hình 2.2 Hệ thống điện cực lắng

2.2.2

Hệ thống điện cực phóng ( vầng quang )

Các điện cực phóng được phép ghép dưới dạng khung tổ hợp và chúng tạo thành
các khối cho từng trường hợp và treo trên các bộ sứ cách điện cao áp.

Hình 2.3 Hệ thống điện cực phóng

4


2.2.3

Hệ thống rung gõ điện cực lắng và phóng

Hình 2.4 Hệ thống rung gõ điện cực lắng và phóng

a. Rung đập điện cực
Hệ thống rung thực hiện bằng cách đẩy các điện cực được treo lệch tâm bằng 1
cơ cấu cam theo hướng nằm ngang và tiếp theo là thả đột ngột cho điện cực về vị
trí ban đầu, các điện cực sẽ va chạm vào nhau và rũ bụi bám vào bề mặt của
mình.
b. Rung rũ bằng búa gõ
Đây là biện pháp phổ biến nhất hiện nay cho cả hệ thống phóng và lắng. Cần có
khối lượng búa gõ nhỏ nhất vì va đập làm mài mịn thiết bị.
c. Rung đập xung
Cũng tương tự như hệ thống búa gõ nhưng chuyển động bằng thủy lực hay nam
châm điện. Hệ thống này có thuận tiện là điều khiển được lực đập và khoảng thời
gian giữa các lần trong khoảng rộng nhưng vì sự phức tạp của hệ thống xung nên
chưa được ứng dụng rộng rãi.
d. Rung rũ bụi dạng rung
Hệ thống rung sử dụng nam châm điện hoặc cơ cấu rung điện – cơ nhằm tạo ra
các dao động định hướng hoặc khơng ổn định để rung rũ bụi tích tụ trong các
điện cực nhưng vì kết cấu phức tạp và kém tin cậy khi làm việc lâu dài với những
dao động gây mỏi và phá hủy chi tiết nên trong thực tế ít ứng dụng.
2.2.4

Hệ thống cách điện lọc bụi tĩnh điện

Các bộ cách điện trong lọc bụi tĩnh điện phải làm việc trong mơi trường nhiệt ẩm
của khí với nồng độ bụi cao. Vì vậy chúng thường được đặt trong hộp bên ngoài
5

dịng khí với các biện pháp nhằm giữ cho chúng không bị bụi bẩn, đặc biệt phải
giữ cho nhiệt độ bề mặt các bộ phận cách điện phải cao hơn điểm đọng sương.
Trong các lọc bụi tĩnh điện khô thường sử dụng các bộ cách điện có bộ sấy khi
khởi động lọc bụi tĩnh điện và trong 1 số trường hợp khác có yêu cầu. Trong
trường hợp các hạt bụi là các hạt dẫn điện thường phải sử dụng hệ thống thổi khí
sạch hoặc khơng khí vào các hộp cách điện.
Các bộ cách điện của điện cực phóng và cơ cấu rung gõ của chúng là đặc biệt
quan trọng với các hệ thống lọc bụi tĩnh điện, thường được làm bằng sứ hoặc
thạch anh.
2.2.5

Hệ thống phân phối khí của lọc bụi tĩnh điện

Hệ thống phân phối khí là các kết cấu và thiết bị phân phối dịng khí đi vào
lọc bụi tĩnh điện , mục đích làm cho dịng khí phân phối đều trong mọi mặt cắt
của lọc bụi tĩnh điện để các bề mặt thu bụi để chúng có thể làm việc trong môi
trương đồng nhất và cản trở khơng cho dịng khí đi qua phần khơng tích cực
của lọc bụi tĩnh điện.
a. Hệ thống lưới phân phối khí

Hình 2.5 Hệ thống phân phối khí

Hệ thống lưới phân phối khí thường có kết cấu: 2 tấm mặt sàng khoang gỗ với
tiết diện sống bằng khoảng 32% đặt cách nhau, hoặc cửa phân phối dạng chóp
hình lăng trụ có tiết diện sống bằng 50% kết hợp với mặt sàn như trên.
Đối với dạng thứ nhất chỉ cho khả năng đồng đều của dịng khí tới 80%. Đối với
dạng chóp hình lăng trụ, tiết diện sống bằng 50% kết hợp với 1 mặt sàng, đảm
bảo đồng đều dịng khí lên tới 96% và nếu kết hợp 2 mặt sàng sẽ đảm bảo tới

98%.

6


b. Các tấm chắn dịng khí của phễu thu bụi
Để đảm bảo hiệu suất cao của lọc bụi tĩnh điện cần có giải pháp để ngăn chặn
dịng khí đi qua các vùng khơng tích cực của trường điện. Trong lọc bụi ngang đó
là các vùng phía trên và dưới các tấm điện cực, các vùng nằm giữa các tấm điện
cực lắng ở dãy ngoài cùng và vỏ thành của lọc bụi tĩnh điện. Ngoài ra, khi rung
gõ các điện cực bụi đã tích tụ sẽ rơi xuống phễu thu bụi và lại tung ra thành đám
mây bụi. Đám mây bụi này có thể bị cuốn đi và làm giảm hiệu suất của hệ thống
lọc bụi tĩnh điện. Bởi vậy trong hệ thống cần phải bố trí các tấm chắn dịng khí
trên các phễu thu bụi.
2.2.6

Thiết bị tạo điện cao áp

Hiệu suất của thiết bị lọc bụi phụ thuộc chủ yếu vào điện cao áp giữa các điện
cực phóng điện tích điện âm và các điện cực góp nối đất. Thơng thường hiệu suất
gần tới giá trị tối ưu tức là khi lọc để đạt được hiệu suất cao cần phải xác định
sao cho khoảng cách giữa các điện cực khoảng 50mm – 70mm và hiệu điện thế
đặt vào giữa các điện cực khoảng 60kV – 80kV . Khi làm việc điện áp cần được
giữ ngay giới hạn phóng điện đánh thủng. Giá trị của điện áp phóng điện đánh
thủng phụ thuộc vào các điều kiện vật lý và hóa học của các khí và mật độ bụi.
2.2.7

Hệ thống phễu chứa bụi và thiết bị thải bụi

Hệ thống phễu chứa bụi của lọc bụi tĩnh điện là bộ phận thu gom b ụi sau khi b ụi

được rung gõ và rơi xuống từ các điện cực. Các phễu có độ d ốc h ợp lý đảm b ảo
bụi được thu xuống đáy phễu. Bụi thu gom ở đáy phễu được thải ra ngồi bằng
vít tải thơng qua van uay kín khi tháo bụi nhằm mục đích ngăn ch ặn dịng khí
xâm nhập từ ên ngoài vào. Để tránh hiện tượng bết dính các ph ễu thu ch ứa b ụi
cịn được bố trí các bộ sấy và các bộ rung tháo bụi.

7


2.3 Vai trò của hệ thống lọc bụi tĩnh điện
Trong các hệ thống xử lý khí thải thì thiết bị lọc bụi tĩnh điện truyền thống chủ
yếu dựa vào đặc điểm của than và tro. Các ESP thông thường lại có cơng nghệ
lạc hậu, nhiệt độ khơng cao khiến việc loại bỏ PM2.5 trở nên kém hiệu quả hơn.
Để khắc phục những hạn chế này, các nhà máy nhiệt điện phải nâng cấp hệ thống
lọc bụi tĩnh điện nhằm tăng hiệu suât loại bỏ. Các nhà máy nhiệt điện than
thường dùng bộ lọc tĩnh điện trong lò luyện sơ cấp, thứ cấp. Các hạt mang điện
đi qua điện cực và di chuyển qua điện trường tĩnh. Giải pháp này đều có khả
năng làm sạch khí thải, hiệu suất cao, loại bỏ hạt li ti. Khi vận hành đúng cách,
ESP đạt hiệu suất thu khảong 99% hạt PM10 và 95% PM2.5. Hiện nay bộ lọc bụi
tĩnh điện được sử dụng phổ biến trong các quy trình cơng nghiệp.ESP với tác
dụng kiểm sốt khí thải từ ống khói qua khu vực chứa các tấm điện cực tích điện
âm. Các hạt khí, bụi, khí thải đi qua tấm điện âm tiếp xúc với tấm kim loại tích
điện dương bị hút và gắn trên bề mặt.
2.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Nguyên lý:
- Khi cấp điện cao áp vào các điện cực ion hố, trong khoảng khơng gian
giữa các điện cực của bộ lọc bụi xuất hiện một điện trường mà cường độ
của nó có thể thay đổi bằng cách thay đổi điện thế cấp vào. Khi tăng điện
thế đến một trị số nhất định, trong khoảng không gian giữa các điện cực

xảy ra hiện tượng phóng điện.
- Khi dịng khí ơ nhiễm có chứa các hạt bụi lơ lửng đi qua khoảng khơng
gian giữa các điện cực của bộ lọc bụi thì các hạt này được tích điện. Các
hạt bụi lơ lửng đã tích điện dưới tác động của điện trường sẽ chuyển động
đến các điện cực và sẽ bám vào các điện cực đó, cịn khí sau khi đã được
làm sạch khi qua các bộ lọc bụi sẽ được quạt khói đẩy qua ống khói thải
vào khí quyển. Bụi lắng tụ trên các điện cực dưới tác dụng của hệ thống
rung gõ rơi vào các phễu hứng bụi và sẽ được hệ thống chuyển về hố thải
bụi.
8


Nhìn chung thì quá trình lọc bụi sẽ tiến hành theo 5 bước sau:
- Bước 1: Tạo ra các hạt phóng điện
- Bước 2 : Tích điện cho bụi
- Bước 3 : Đổi hướng và phân tách bụi
- Bước 4 : Lắng bụi
- Bước 5 : Thải bụi
2.5 Quá trình chính trong tiến trình lọc bụi
2.5.1

Sự tích điện cho các hạt bụi.

Trong điện trường giữa hai điện cực các hạt bụi được tích điện là do việc hấp thụ
các ion lên bề mặt hạt bụi. Q trình tích điện của hạt bụi xảy ra chủ yếu ở bên
ngoài vùng quầng sáng. Các hạt bụi vẫn có thể tích điện thêm khi mà các ion vẫn
cịn có thể tiêp tục hút bám thêm lên bền mặt hạt bụi. Số ion hút bám trên bề mặt
hạt bụi ngày càng nhiều thì điện tích của hạt bụi ngày càng tăng lên, có nghĩa là
cường độ điện trường gây ra do điện tích có được của hạt bụi cũng tăng lên.
Cường độ điện trường này có hướng ngược với cường độ điện trường giữa 2 điện

cực. Vì vậy tốc độ chuyển động của các ion tiếp theo tới hạt bụi sẽ giảm đi, nghia
là giảm tốc độ tích điện co các hạt bụi. Khi cường độ điện trường của điện tích
hạt bụi có giá trị bằng cường độ điện trường ngồi thì tốc độ chuyển động của
các ion tới hạt bụi sẽ bằng 0 có nghĩa là hạt bụi khơng nhận thêm các ion nữa.
Lúc này ta nói hạt bụi đó đạt được điện tích tới hạn. Sự tích điện của hạt bụi xảy
ra rất nhanh. Đối với hầu hết bụi công nghiệp, trong những điều kiện bình thường
thì chỉ cần 1s hạt bụi đó tích được lượng điện tích hơn 90% tới hạn. Với hạt bụi
có kích thước lớn hơn 1 μm thì điện tích tới hạn của nó tỷ lệ với cường độ điện
trường và tỷ lệ với bình phương bán kính của hạt bụi.
Trong đó:
q th - Điện tích tới hạn của hạt bụi

n - Số lượng điện tích hạt bụi tích được
r - Bán kính của hạt bụi
E - Cường độ điện trường
2.5.2

Sự chuyển động của các hạt bụi trong điện trường.

Trong không gian giưa điện cực lắng và điện cực quần sáng, mỗi hạt bụi chịu tác
động bởi nhiều lực: lực điện trường, trọng lực của bản thân hạt bụi, lực cản của
mơi chất, lực của dịng khí quấn hạt bụi theo chiều dịng khí. Do giữa các điện
cực có các điện tử chuyển động nên nó va chạm vào hạt bụi và bám vào hạt bụi,
làm hạt bụi trở thành ion âm nên nó chuyển động về phía cực điện lắng. Quá
trình cứ tiếp diễn và làm cho lớp khơng khí giữa khoảng khơng gian 2 điện cực
được làm sạch. Do vậy, trong quá trình làm việc thì lớp bụi ở điện cực lắng cứ
dày lên.

9

2.5.3

Sự lắng bụi trên bề mặt của điện cực lắng.

Sự lắng bụi trên bề mặt của điện cực lắng phụ thuộc vào kết cấu của điện cực
lắng nhưng chủ yếu là sự bám dính của các hạt bụi. Sự bám dính của các hạt bụi
lại phụ thuộc vào q trình trao đổi chất của các hạt bụi cho cực lắng, mà q
trình trao đổi điện tích của hạt lại phụ thuộc vào điện trở suất của chúng.
2.5.4

Đặc tính Volt-Ampe của quầng sáng.

Đặc tính Volt- Ampe, một trong những chỉ tiêu cơ bản của thiết bị lọc bụi tĩnh
điện. Khi điện áp tăng đến điện áp nào đó sẽ xuất hiện sự phóng điện của quầng
sáng. Mức điện áp mà ở giá trị đó bắt đầu sự xuất hiện phóng điện quầng sáng
gọi là điện áp tới hạn. Đặc tính Volt-Ampe của quần sáng phụ thuộc đáng kể vào
khoảng cách giữa các điện cực trái dấu , phụ thuộc vào hình dáng và kích thước
của điện cực quần sáng. Đặc tính Volt-Ampe cũng phụ thuộc vào nhiệt độ, độ
ẩm, tốc độ và thành phần của khí. Trong thực tế, điện thế cần xuất hiện tượng
quầng sáng thường có giá trị lướn. Quầng sáng sẽ xuất hiện khi cường độ điện
trường đạt tới giá trị tới hạn.
 Đối với điện cực lắng dạng ống trụ rỗng và điện cực quầng sáng là sợi dây
dẫn thì cường độ điện trường tới hạn được tính theo cơng thức:

Trong đó:
R1 – Bán kính của điện cực quần sáng.
Eth - Cường độ điện trường tới hạn
 Đối với hệ thống điện cực lắng dạng ống trụ và điện cực quầng sáng là sợi
dây dẫn nhẵn không gai thì điện áp tới hạn để xuất hiện quầng sáng được

xác định theo công thức:

 Đối với điện cực lắng dạng tấm và điện cực quầng sáng có dạng dây dẫn
thì điện áp tới hạn được tính theo cơng thức:

Trong đó:
Eth - Cường độ điện trường tới hạn
U th - Điện áp tới hạn ( điện áp bắt đầu xuất hiện quầng sáng)
R1 - Bán kính điện cực quầng sáng
H – Khoảng cách giữa các quầng sáng và điện cực lắng dạng tấm
a - Khoảng cách giữa các điện cực quầng sáng trong một dãy.
Để thu bụi, người ta thường dùng quầng sáng âm, có nghĩa là điện cực quầng
sáng nối với cực âm của quầng sáng âm vì các ion âm có độ linh động hơn so với
độ linh động của các ion dương.
10


2.6 Các tham số cần giám sát và điều khiển
Một hệ thống lọc bụi có hoạt động tốt hay khơng nó sẽ phụ thuộc vào hiệu suất
làm việc của hệ thống. Ta có cơng thức tính hiệu suất làm việc của hệ thống lọc
bụi tĩnh điện như sau:
n ESP=1−e

−vA
Q

=1−

Cra
C vào

Trong đó:
v là tốc độ di chuyển của hạt (m/s)
A là diện tích bề mặt thu gom (m2)
Q là lưu lượng khói thải (m3/s)
C vào là nồng độ bụi đầu vào
C ra là nồng độ bụi đầu ra
Đối với những hạt bụi có đường kính lớn hơn 1 μ thì tốc độ chuyển động của hạt
bụi về phía cực lắng tỉ lệ với kích thước hạt bụi và tỷ lệ với bình phương cường
độ điện trường.
v=

10

−11

2

. E .r
μ

(m/s)

Đối với những hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 1 μ thì tốc độ chuyển động của hạt
bụi về phía điện cực lắng khơng phụ thuộc vào kích thước của hạt bụi mà chỉ phụ
thuộc vào cường độ điện trường.
v=

0,17.10−11 . E
μ

(m/s)

Với :
E là cường độ điện trường
r là bán kính của hạt bụi
μ là độ nhớt động lực của khí ở điều kiện thực tế
Qua đó ta thấy để biết được hệ thống có hoạt động tốt hay khơng thì ta phải dựa
vào hiệu suất mà hệ thống đạt được. Do đó để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn
định và đạt hiệu quả cao thì ta phải giám sát nồng độ bụi đầu vào và nồng độ
bụi đầu ra của hệ thống.
Ở công thức ở trên ta thấy hiệu suất của hệ thống lọc bụi phụ thuộc vào 3 thành
phần là v, A và Q. Nếu tăng v, A hoặc giảm Q thì hiệu suất của hệ thống sẽ tăng
theo. Nhưng giảm Q thì có lẽ là khơng thể vì khi giảm lưu lượng khói thải thì
cũng đồng nghĩa với giảm năng suất của nhà máy điện. Vì vậy chỉ có thể tăng v
và A . Đối với A là diện tích bề mặt thu gom thì ta coi như trong hệ thống đã
thiết kế theo một yêu cầu cố định. Vậy muốn tăng hiệu suất ta phải tăng tốc độ
chuyển động của hạt bụi.

11


CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ ,TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG
LỰC VÀ MÔ PHỎNG
3.1 Đề xuất phương án thiết kế
Trong quá trình hoạt động của nhà máy thì lượng bụi thải ra tại mỗi thời điểm là
khác nhau. Do đó các luồng khí được quạt gió thổi vào cực lọc có nồng độ biến
thiên. Tùy theo cơng suất hoạt của nhà máy thì lượng bụi thải ra có thể nhiều hay
ít. Khi nồng độ bụi trong khơng khí nhiều thì bộ lọc phải tăng điện áp trên cực
lọc để thu được nhiều bụi hơn và ngược lại. Do đó, một hệ thống lọc bụi tĩnh

điện cần phải có khả năng thay đổi các mức điện áp. Có như vậy thì hệ thống mới
hoạt động tối ưu nhất. Xuất phát từ yêu cầu đó ta có thể dễ dàng có 2 phương án
để thiết kế hệ thống lọc bụi tĩnh điện.
- Phương án 1: Điện áp lưới điện được đưa vào bộ điều áp xoay chiều một
pha rồi được đưa vào máy biến áp. Bên thứ cấp được nối với chỉnh lưu
không điều khiển dùng Điốt.
- Phương án 2: Điện áp lưới được đưa trực tiếp vào sơ cấp máy biến áp.
Bên thứ cấp được nối với bộ chỉnh lưu điều khiển dùng Tiristo.
3.2 Sơ đồ khối
Ta có sơ đồ khối của toàn bộ hệ thống lọc bụi tĩnh điện như sau.

Hình 3.6 Sơ đồ khối tồn hệ thống

Ngun lý hoạt động:
 Khi cung cấp điện áp pha 380 V từ lưới điện cho hệ thống thì sau khi qua
áp thì điện áp được kích lên rồi đưa vào bộ chỉnh lưu để cho ta một điện
áp 1 chiều 72kV trên cực lọc. Nhưng trong quá trình hoạt động của hệ
thống thì lượng bụi qua cực lọc biến thiên, có nghĩa là tải thay đổi, đồng
12


thời điện áp lưới cũng thể thay đổi ( cho phép 10%). Điều này dẫn đến
điện áp 1 chiều trên cực lọc cũng thay đổi làm cho việc lọc kém hiệu quả
và không ổn định. Để ổn định điện áp thì ta thực hiện khâu phản hồi điện
áp về mạch điều khiển. Điện áp phản hồi này mang thông tin về sự thay
đổi của điện áp tải. Sự thay đổi này thông qua mạch điều khiển sẽ chuyển
đổi thành sự thay đổi của góc điều khiển đến các Tiristor trong bộ điều áp
xoay chiều làm cho điện áp trên tải lọc luôn ổn định ở mức 72kV DC.
Khâu hồi tiếp dòng trong hệ thống được nối với khâu chống ngắn mạch
trong mạch điều khiển. Khi dòng hồi tiếp về quá mức cho phép thì khâu

chống ngắn mạch sẽ hoạt động để bảo vệ toàn bộ hệ thống.
3.3 Sơ đồ mạch động lực
Đề xuất phương án mạch động lực của hệ thống lọc bụi tĩnh điện cho nhà máy

Hình 3.7 Sơ đồ mạch lực

Nguyên lý :
 Điện áp lưới U = 380 V được đưa vào mạch điều áp xoay chiều 1 pha
dùng 1 cặp Tiristor đấu song song ngược. Điện áp sau khi qua mạch điều
áp xoay chiều một pha thì có điện áp khơng sin nhưng vẫn đối xứng, sau
đó được đưa vào chỉnh lưu cầu 1 pha để được điện áp một chiều và đưa ra
cao áp lọc
3.3.1

Bộ điều áp xoay chiều 1 pha

Hình 3.8 Bộ điều áp xoay chiều 1 pha

Nguyên lý:

13


 Các Tiristor được điều khiển với góc điều khiển α . Điện áp đưa vào là
điện áp hình sin có U = 380 V. Sau khi qua bộ điều áp xoay chiều sẽ được
giảm xuống mức cần thiết để điều chỉnh ổn định điện áp làm việc.
 Dạng điện áp ra của bộ điều áp phụ thuộc vào tải của nó và góc mở
Tiristor.

3.3.2

Máy biến áp

Nguyên lý:
Sau khi qua bộ điều áp thì điện áp đưa vào biến áp bình thường khơng sin, nhưng
theo phân tích ở trên thì điện áp vẫn có dạng đối xứng, có thể tách thành các
thành phần điều hòa bậc 1 và bậc cao, trong đó khơng có thành phần 1 chiều. Do
vậy, thành phần xoay chiều của điện áp sơ cấp máy biến – điện áp hiệu dụng sơ
cấp vẫn được khuếch đại qua máy biến áp :
U 2=m. U 1

Với m là tỉ số biến đổi của máy biến áp.
Do đó, sau máy biến áp thì điện áp vẫn được khuếch đại tới điện áp thích hợp để
khi qua mạch chỉnh lưu thì đạt được điện áp làm việc mong muốn cho thiết bị.
3.3.3

Mạch chỉnh lưu

Sau khi điện áp được khuếch đại lên nhiều lần thì điện áp được đưa qua mạch
chỉnh lưu để đạt được điện áp 1 chiều. Tuy nhiên dạng điện áp sau chỉnh lưu
không bằng phẳng nhưng trong q trình làm việc nhờ có khâu phản hồi điện áp
đưa về mạch điều khiển để ổn định điện đáp. Mơi khi điện áp tăng lê thì mạch
điều khiển lại điều chỉnh làm cho điện áp giảm xuống và ngược lại. Chính vì thế
mà điện áp làm việc của thiết bị luôn được ổn định.

14


Mạch chỉnh lưu gồm 4 van Đ1−Đ 4 đấu thành 2 nhóm: Đ 1 Đ 3 nhóm catot chung,
Đ2 Đ 4 nhóm anot chung. Nguồn xoay chiều đưa vào mạch van có thể lấy trực tiếp

từ lưới hoặc thơng qua biến áp.
Trong nửa chu kỳ đầu: 0÷ π , điện áp u2 > 0 ta thấy với nhóm catot chung Đ1 Đ 3
thì Đ1 sẽ dẫn. Cịn ở nhóm anot chung Đ 2 Đ 4 thì Đ 2 dẫn. Do đó nửa chu kỳ đầu
Đ1 Đ 2 dẫn, nửa chu kỳ sau Đ3 Đ4 dẫn
3.3.4

Mạch điều khiển

Nhiệm vụ của mạch điều khiển là để phát xung mở các Tiristor tại các thời điểm
mà ta mong muốn. Đồng thời mạch điều khiển của hệ thống lọc bụi tĩnh điện
ngoài nhiệm vụ đó thì cịn nhận thơng tin về sự thay đổi điện áp ra.
3.4 Tính tốn các phần tử
Với các thơng số của yêu cầu thiết kế :
- Điện áp ra tải là: U d =72 kV DC
- Dòng làm việc là I lv=1.6 A
3.4.1
-

Tính chọn Diode

Điện áp ngược đặt lên van:
U lv =k nv .U 2=k nv .

Ud
ku

Trong đó :
U d −điện áp tải(kV )
U lv −điện áp ngược của van( kV )
U 2−điệnáp nguồn xoay chiều (kV )

k nv−hệ số điệnáp ngược
k u−hệ số điện áp tải

Với sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha nên ta có k nv=1.41, k u =0.9
- Điện áp làm việc và dòng trung bình qua van tính được là:
U lv =113,14 kV , I tb=

-

I lv
=0.8 A
2

Điện áp ngược max van chịu là :
15


U lv =k u . U lv =226.3 kV

3.4.2
-

Tính tốn máy biến áp

Điện áp sơ cấp máy biến áp: U 1=380 V
Điện áp pha thứ cấp:
+ Chọn ∆ U ba=6 % U d , α =10 ° là góc dự trữ khi có suy giảm điện áp.
+ Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có:
U do=

+ Điện áp thứ cấp:

U d +U ba ( 1+0.06 ) . U d
=
=77.5(kV )
cos α
cos α

U do
=86.11( kV )
ku
−¿
Dòng hiệu dụng thứ cấp máy biến áp: I 2=1.11 I d =1.776 A
U 2=

-

Dịng hiệu dụng phía sơ cấp máy biến áp:
I 1=k ba . I 2=I 2 .

-

U2
=402.45 A
U1

Công suất máy biến áp:
+ Công suất tối đa trên tải: Pdmax =U do . I d =124(kW )
+ Công suất biến áp nguồn cấp: Sba=K s . Pdmax =152.52(kVA )

16


CHƯƠNG 4. TỔNG KẾT
Sau một thời gian tìm hiểu bài tập lớn, chúng em đã phần nào hiểu được cơ bản
về một hệ thống lọc bụi tĩnh điện cho nhà máy nhiệt điện. Trong thời gian này
chung em đã tìm hiểu được một số nội dung cơ bản như vị trí, cấu tạo,vai trị…
của một hệ thống điều khiển. Biết được cần phải làm gì để có được một hệ thống
lọc bụi đạt được hiệu quả cao tốt. Tuy nhiên do thời gian và kiến thức của bản
thân cịn có hạn nên vẫn còn một số phần mà chúng em chưa hoàn thiện được.

17