Thiết kế chế tạo tủ điều khiển lọc bụi tĩnh điện

GIẢI PHÁP: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TỦ ĐIỀU KHIỂN LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN
ThS. Nguyễn Thế Cường - Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
1. Giới thiệu
 Tên giải pháp: Thiết kế, chế tạo tủ điều khiển lọc bụi tĩnh điện
 Đơn vị chủ trì: Trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp – Thái Nguyên
 Địa chỉ: Đường 3-2, TP. Thái Nguyên – Tỉnh Thái Nguyên
 Điện thoại: 0280.847145 Fax: 0280.847903
 Lãnh đạo đơn vị: PGS.TS Nguyễn Đăng Bình
 Tác giả giải pháp: ThS. Nguyễn Thế Cường
 Địa chỉ: Khoa Điện tử - Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp
 Điện thoại: 0280.747170 - 0912172023
 Đồng tác giả:
1. ThS. Nguyễn Duy Cương
Khoa Điện tử - Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp
2. ThS. Lê Duy Minh
Khoa Điện tử - Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp
3. KS. Phạm Thanh Hải
Công ty TNHH Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
4. KS. Lê Đình Sơn
Công ty TNHH Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
 Đơn vị áp dụng giải pháp:
1. Nhà máy Xi măng Lưu Xá
Phường Lưu Xá - TP. Thái Nguyên – Tỉnh Thái Nguyên
2. Nhà máy Luyện Gang – Công ty Gang thép Thái Nguyên
Phường Cam Giá - TP. Thái Nguyên – Tỉnh Thái Nguyên
3. Nhà máy Kẽm điện phân Thái Nguyên
Khu công nghiệp Sông Công – Tỉnh Thái Nguyên
4. Nhà máy Xi măng X78
Huyện Hữu Lũng – Tỉnh Lạng Sơn
5. Nhà máy Xi măng Chiềng Sinh
Thị xã Sơn La – Tỉnh Sơn La

2. Nội dung
Giới thiệu về giải pháp
Lọc bụi là thành phần không thể thiếu trong dây truyền sản xuất công nghiệp. Hiện
nay có nhiều phương pháp lọc bụi cho các dây truyền sản xuất như: Phương pháp lọc bụi
bằng túi vải, phương pháp lọc bụi bằng nước, phương pháp lọc bụi bằng tĩnh điện…, trong
các phương pháp lọc bụi trên thì phương pháp lọc bụi tĩnh điện đang được sử dụng phổ
biến, bởi vì phương pháp này cho hiệu suất lọc bụi cao nhất.

1
Lc bi tnh in l h thng lc b cỏc ht bi cú kớch thc nh khi dũng khụng
khớ chy qua bung lc, trờn nguyờn lý ion hoỏ v tỏch bi ra khi khụng khớ khi chỳng i
qua vựng cú trng in ln. Bung lc bi tnh in (hay Silo lc bi) c cu to hỡnh
thỏp trũn (hỡnh 3) hoc hỡnh hp ch nht, bờn trong cú t cỏc tm cc song song hoc
cỏc dõy thộp gai. Ht bi vi kớch thc nh, nh bay l lng trong khụng khớ c a
qua bung lc cú t cỏc tm cc. Trờn cỏc tm cc, ta cp in cao ỏp mt chiu c t vi
chc cho n 100kV to thnh mt in trng cú cng ln. Ht bi khi i qua in
trng mnh s b ion hoỏ thnh cỏc phõn t ion mang in tớch õm sau ú chuyn ng v
phớa tm cc dng v bỏm vo tm cc ú.
Hiu qu ca h thng lc bi tnh in ph thuc vo rt nhiu cỏc yu t nh:
kớch thc ca ht bi, tớnh cht ca in cc, thit b in iu khin in trng, tc
chuyn ng v s phõn b ng u lng khụng khớ trong vựng in trng. Tựy theo
lu lng bi ca bung lc m h thng t ng iu chnh in ỏp cao ỏp vo bung lc,
sao cho t c hiu sut lc bi cao nht. Vi iu kin hot ng tt h thng cú th t
hiu sut lc bi t trờn 95%. Bi s c tỏch khi cỏc tm cc bng nc ra hoc bng
vic rung r tm cc.
Mụ t ni dung ca gii phỏp
S nguyờn lý ca h thng lc bi tnh in c ch ra hỡnh 1. Ngun in
xoay chiu 380V (hoc 220V) c a n b bin i xoay chiu/xoay chiu 1 pha dựng
phn t bỏn dn Thyristor Ti1 v Ti2, in ỏp sau b bin i ny c a n mỏy bin
th tng ỏp BA (380V/100kV). in ỏp cao ỏp xoay chiu ca mỏy bin th c chnh lu

thnh in ỏp mt chiu bng b chnh lu cu it CL (CL l b chnh lu cu c ch
to chu c in ỏp cao). in ỏp cao ỏp mt chiu c a n thỏp lc bi ion
hoỏ cỏc ht bi.
2
1
3
4


380V/100KV

Ti1

Ti2
R1

R2

R3

R4


CK
F1

F2

380Vac
380Vac

BA
CL
V1 A1 V2 A2
MODUL ĐIềU KHIểN TRUNG TÂM MODUL ĐO LƯờNGHIểN THị Và CàI ĐặT
(
-
)
(+)
DCR
KM2
AT2
KM1
AT1
RT
A B C
THáP LọC BụI
- ( 0 . 100kV)
TI
30KVA

Hỡnh 1: Nguyờn lý h thng lc bi tnh in
Trong s nguyờn lý trờn hỡnh 1 thỡ Modul iu khin trung tõm cú vai trũ quan
trng nht, nú quyt nh n cht lng iu khin ca h thng, modul ny cú cỏc chc
nng chớnh nh sau:

2
- Tổng hợp các tín hiệu dòng điện và điện của hệ thống và tạo ra luật điều khiển
để khống chế bộ biến đổi xoay chiều/xoay chiều và điều chỉnh công suất lọc
bụi theo nhu cầu của hệ thống.
- Báo lỗi và bảo vệ các sự cố của hệ thống.

- Giám sát khả năng cách điện của buồng lọc thông qua xung áp đưa về, đồng
thời điều chỉnh điện áp cao áp phù hợp với khả năng cách điện của buồng lọc.
- Điều khiển cơ cấu rung xả bụi, cơ cấu này là một dạng chuyển động lệch tâm
và được truyền chuyển động thông qua động cơ DCR.

Hình 2: Hình ảnh bên trong tủ và modul điều khiển lọc bụi tĩnh điện
Thông số điện cơ bản của hệ thống lọc bụi tĩnh điện có công suất trung bình
Thông số Điện áp Dòng điện Công suất
Đầu vào
0 ÷ 220Vac (1 pha)
hoặc 0 ÷ 380Vac (1 pha)
Iđm = 60A
Imax = 80A
S
MAX
=30kVA
Đầu ra
0 ÷ 100kVdc
Imax = 200mA S
MAX
= 27kVA
Tính năng của tủ điều khiển
Tủ điều khiển lọc bụi tĩnh điện có vai trò quyết định đến chất lượng và hiệu suất
của hệ thống lọc bụi tĩnh điện. Nó có nhiệm vụ khống chế và điều tiết dòng điện và điện
trường đặt vào buồng lọc. Tính năng cụ thể của tủ được mô tả như sau:
- Tự động điều chỉnh điện áp xoay chiều trong dải 0 ÷ 220VAC hoặc 0 ÷ 380VAC
cấp cho biến áp tăng áp.
- Tự động thay đổi công suất lọc bụi theo lưu lượng bụi.
- Tự động thích nghi điện trường lọc bụi theo khả năng chịu cách điện của buồng
lọc.

- Tự động giảm áp khi rung rũ bụi (tránh phóng điện khi rung rũ).
- Hiển thị điện áp ra cấp cho biến áp tăng áp (điện áp sơ cấp).
- Hiển thị giá trị dòng điện cấp cho biến áp (dòng điện sơ cấp).
- Hiển thị điện áp cao thế cấp cho buồng lọc (điện áp tải).

3
- Hiển thị dòng điện cấp cho buồng lọc (dòng điện tải).
- Bảo vệ cắt điện áp cung cấp cho biến áp, cảnh báo bằng đèn và chuông khi xẩy ra
các sự cố.


Hình 3: Hình ảnh tủ điều khiển lọc bụi và tháp lọc bụi tĩnh điện
Bảng so sánh một số đặc điểm của sản phẩm so với sản phẩm do Trung Quốc chế tạo
Số
TT
Đặc điểm so sánh
Sản phẩm của Trung
Quốc chế tạo
Sản phẩm của Việt Nam
chế tạo
1 Phạm vi ứng dụng Dùng trong lĩnh vực sản
xuất công nghiệp như: Xi
măng, Thép, Luyện kim,
Gạch, Khai thác và chế
biến khoáng sản…
Dùng trong lĩnh vực sản
xuất công nghiệp như: Xi
măng, Thép, Luyện kim,
Gạch, Khai thác và chế biến
khoáng sản…

2 Tự động điều chỉnh
công suất theo lưu
lượng bụi
Có khả năng tự động điều
chỉnh.
Có khả năng tự động điều
chỉnh.
3 Tự động thích nghi điện
trường lọc bụi theo khả
năng chịu cách điện của
buồng lọc
Không có Có khả năng (Tính năng
mới được bổ xung)

4
4 Hiệu suất thu hồi bụi
trong điều kiện tiêu
chuẩn.
Hiệu suất đạt > 95% Hiệu suất đạt > 95%
5 Chế độ bảo vệ sự cố Tự động bảo vệ quá tải,
ngắn mạch.
Tự động bảo vệ quá tải,
ngắn mạch.
6 Thao tác vận hành Đơn giản, nhưng hạn chế
về tài liệu.
Đơn giản, tài liệu sử dụng
chi tiết.
7 Khả năng bảo dưỡng và
sửa chữa
Hạn chế về sơ đồ, bản vẽ

kỹ thuật, linh kiện khó tìm
thấy trên thị trường Việt
Nam. Nên khó khăn cho
việc sửa chữa và thay thế
Có sơ đồ, bản vẽ kỹ thuật
chi tiết, linh kiện thay thế dễ
tìm thấy trên thị trường Việt
Nam. Vì vậy thuận lợi cho
thay thế và sửa chữa.
8 Giá thành của sản phẩm
có cùng công suất và
cùng tính năng
Giá thành cao

Bằng 2/3 sản phẩm của
Trung Quốc
Tính mới của giải pháp
Tính năng mới của giải pháp là “Tự động thích nghi điện trường lọc bụi theo khả năng
chịu cách điện của buồng lọc”.
Phân tích tính mới của giải pháp
Trong hệ thống lọc bụi tĩnh điện để có được hiệu suất thu hồi bụi cao thì cần phải
đảm bảo một số yêu cầu chính như sau:
- Thứ nhất: Kết cấu của buồng lọc phải đảm bảo cho lưu lượng khói bụi qua buồng
lọc được ổn định và phù hợp, thể tích của buồng lọc phải đủ lớn.
- Thứ hai: Khả năng chịu cách điện của điện cực trong buồng lọc phải tốt và ổn định.
- Thứ ba: Hệ thống điện động lực và điều khiển phải hoạt động ổn định và tự động
điều chỉnh được công suất lọc.
Trong ba yêu cầu trên thì yêu cầu thứ nhất là phụ thuộc vào thiết kế ban đầu của
buồng lọc. Yêu cầu thứ hai và thứ ba thì phụ thuộc vào tình hình cụ thể vào từng thời
điểm sản xuất và điều kiện thiết bị. Trải qua nhiều năm nghiên cứu về các hệ thống lọc bụi

tĩnh điện do Trung Quốc chế tạo đang hoạt động ở Việt Nam, nhóm nghiên cứu chúng tôi
nhận thấy một số hiện trạng đang tồn tại ở hầu hết các hệ thống hiện nay là: Khả năng chịu
cách điện của buồng lọc không ổn định (khi cao, khi thấp) gây phóng điện, hiệu suất lọc
bụi không cao. Nguyên nhân trên là do buồng lọc hoạt động trong môi trường bụi nhiều,
cùng với môi trường khí hậu của Việt Nam có độ ẩm cao, nên khả năng cách điện trong
buồng lọc bị ảnh hưởng rất lớn. Khi cách điện trong buồng lọc bị giảm sẽ gây sự cố phóng
điện, làm cho hệ thống bảo vệ tác động liên tục và việc lọc bụi bị giãn đoạn, đồng thời làm
tăng nguy cơ hỏng điôt chỉnh lưu cao áp. Để khắc phục hiện tượng đó thì người vận hành
phải vệ sinh buồng lọc và đặt lại giới hạn điện áp nhỏ hơn giá trị chịu được của buồng lọc,

5
nhưng đến khi buồng lọc có được cách điện cao hơn thì hệ thống lại không tăng được điện
áp lên cao hơn được, vì đang bị khống chế bởi giá trị giới hạn cố định đặt trước, điều này
dẫn đến hiệu quả lọc bụi không cao.
Trước thực trạng trên, để tăng hiệu quả lọc bụi và tránh được các sự cố phóng điện
trong buồng lọc thì nhóm tác giả của đề tài đã nghiên cứu và đưa ra giải pháp cải tiến thêm
bộ tự động điều chỉnh giới hạn điện áp thích nghi theo khả năng chịu cách điện của buồng
lọc, đảm bảo sao cho luôn đặt được điện áp (điện trường) vào buồng lọc là lớn nhất có thể.
Giải pháp này đã mang lại hiệu quả thu hồi bụi cao hơn và thay thế được một phần
công việc của người vận hành, mặt khác nó rất phù hợp với điều kiện sản xuất và khí hậu
của Việt Nam.
Hiệu quả kinh tế, xã hội của sản phẩm
Khi có sự tham gia của hệ thống lọc bụi tĩnh trong dây truyền sản xuất, sẽ giữ cho
môi trường ở khu vực đó luôn đảm bảo tiêu chuẩn môi trường về chất lượng không khí –
khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ (TCVN 5939- 2005), giúp cho các Nhà
máy đạt tiêu chuẩn ISO trong sản xuất.
Ngoài vấn đề bảo vệ môi trường, hệ thống lọc bụi tĩnh điện hoạt động tốt còn cho
phép các Nhà máy, xí nghiệp thu hồi lại được một lượng nguyên liệu không nhỏ có trong
bụi, ví dụ tại các nhà máy Xi măng thì mỗi buồng lọc sẽ thu hồi được khoảng từ 1 ÷ 1,5 tấn
xi măng/1 ca sản xuất. Còn đối với công nghệ chế biến quặng bằng thiêu kết thì lọc bụi

tĩnh điện là giải pháp tốt nhất để thu hồi quặng sau thiêu kết.
Phạm vi ứng dụng của sản phẩm
Hệ thống lọc bụi tĩnh điện có thể được áp dụng trong một số lĩnh vực sau:
- Lọc bụi trong các Nhà máy sản xuất xi măng.
- Lọc bụi than trong các Nhà máy nhiệt điện.
- Lọc bụi khí than trong các Nhà máy sản xuất gang thép, Nhà máy sản xuất gạch.
- Lọc và thu hồi quặng sau thiêu kết trong các nhà máy khai thác và chế biến khoáng
sản.
- Lọc bụi cho các hầm mỏ, hầm giao thông.
- Lọc bụi cho các nhà máy sản xuất bông vải…
Các thành tích đã đạt được của sản phẩm
Sau nhiều năm tìm hiểu và nghiên cứu các hệ thống lọc bụi tại các nhà máy, xí
nghiệp, nhóm nghiên cứu đã đưa ra giải pháp thiết kế phần tủ điện điều khiển cho hệ
thống lọc bụi tĩnh điện, với mục đích thay thế thiết bị nhập ngoại và góp phần bảo vệ môi
trường ở Việt Nam. Sau nhiều lần sản xuất thử nghiệm, đến nay, sản phẩm của chúng tôi
đã được ứng dụng tại các Nhà máy, xí nghiệp trong và ngoài Tỉnh Thái Nguyên. Sản phẩm
đã được các đơn vị sử dụng tin dùng, bởi tính cạnh tranh về kinh tế, ổn định về kỹ thuật và
đạt được hiệu suất thu hồi bụi cao. Với sản phẩm này, chúng tôi đã đạt được các giải
thưởng như sau:
- Năm 2006 đoạt giải nhất Giải thưởng sáng tạo trẻ Tỉnh Thái Nguyên lần thứ 3 (Theo
quyết định số 34/QĐ -TNTN, ngày 13/03/2006).

6
- Năm 2006 đoạt giải nhất Giải thưởng sáng tạo kỹ thuật tỉnh Thái Nguyên lần thứ 3
và được tặng Bằng khen của Chủ tịch tỉnh Thái Nguyên (Theo quyết định số 477/QĐ
-UBND, ngày 20/03/2007).
- Năm 2007 đoạt giải nhất Hội thi Sáng tạo khoa học kỹ thuật toàn quốc (VIFOTEC)
lần thứ 9.
Để sản phẩm của chúng tôi được hoàn thiện hơn, nhóm tác giả chúng tôi rất mong
nhận được các ý kiến đóng góp của các nhà chuyên môn.

ThS. Nguyễn Duy Cương
ThS. Nguyễn Thế Cường
Th.S Lê Duy Minh
KS. Phạm Thanh Hải

7
KS. Lê Đình Sơn