Thuyết minh kỹ thuật và hướng dẫn vận hành tủ điện điều khiển thiết bị hút lọc bụi tĩnh điện - phần 3 pdf

42

B
.
H
V
v
s
=
=
2,4.9
5,20
= 0,542 ( m/s ) ( 1.11 )
3.4 Số lợng các điện cực
+ Điện cực lắng (dãy tấm):
Ta có:
1
2
+=
y
a
n
t
( 1.12 )
Trong đó:
n
t
: số lợng dãy điện cực lắng trong 1 trờng
a : chiều ngang của 1 trờng (khoảng cách giữa hai điện cực lắng ở hai cạnh
ngoài cùng của một trờng)

a = B - R
2
= 4200 200 = 4000 mm
y : khoảng cách từ điện cực lắng đến điện cực phóng ( mm )
Chọn y = 200 mm để phù hợp với nguyên liệu xi măng.
111
200.2
4000
=+=
t
n
( 1.13 )
Ta chọn n
t
= 11 dãy điện cực.
Vậy số lợng bộ điện cực lắng trong toàn bộ thiết bị là: 11.3 = 33 bộ điện cực.
Chiều rộng của một tấm điện cực lắng lớn trong một trờng: 3500 mm, đợc ghép
bằng nhiều tấm nhỏ có bề rộng : 250 mm.
+ Điện cực phóng
Ta có:
()
z
b
nn
tf
.1=
( 1.14 )
Trong đó:
n
f

: số lợng điện cực phóng trong 1 trờng
n
t
: số lợng điện cực lắng trong 1 trờng

43
b: chiều dài của điện cực lắng cần bố trí điện cực phóng

3000500
3
10500
500
3
L
b === ( mm ) ( 1.15 )
z : khoảng cách giữa 2 điện cực phóng theo hớng của chiều dài thiết bị.
z = 250 mm
()
120
250
3000
.111n
f
==
điện cực ( 1.16 )
Số điện cực phóng trong toàn bộ thiết bị là: 120.3 = 360 điện cực.

+ Diện tích bề mặt lắng của loc bụi tĩnh điện đã chọn

20799x5.10x11x2H.L.n.2F
t
=
== m
2
( 1.17 )

3.5 Hiệu suất làm sạch tính toán của thiết bị
Theo công thức chung của Deutch, hiệu suất lọc bụi tĩnh điện phụ thuộc vào kích
thớc của trờng điện và vận tốc dịch chuyển của các hạt bụi tới các điện cực :
= 1 -
v.a
.L.
e


(1.18)
Công thức của Deutch có thể viết:
= 1 -
f.
e


(1.19)
Trong đó:

V
F
f

= hoặc
v.a
L.
f

= tỷ số diện tích thu bụi trên một đơn vị khí.

: Hệ số tỷ lệ , hằng số đối với mọi mặt cắt bất kỳ
ta chọn = 1
L : Chiều dài trờng điện tổng
L = 10,5 m
a : Khoảng cách giữa hai điện cực khác tên trong một trờng
a = 0.2 m
v : Vận tốc trung bình của dòng khí đi giữa các tấm
v = 0,542 m/s

44
: vận tốc dịch chuyển của hạt bụi tới điện cực

m/s .
.3
2
2
r
E
o
à


=

(1.20)
Trong đó:

o
: hằng số điện môi

o
= 8,85.10
-12

: Chỉ số đặc trng cho tính cách điện của hạt
Ta có:
2
1
.21
+

+=



(1.21)
: hệ số cách điện tơng đối của các hạt.
Với thạch cao và vật liệu xi măng = 5
14,2
25
15
.21 =
+

+=


E: cờng độ điện trờng
E = 4kV/cm = 400.000 V/m
à : độ nhớt của khí, Ns/m
2

à = 1,83.10
-5
Ns/m
2
r : bán kính của hạt bụi, m
Thay vào ta có :
== .
.3
2
2
r
E
o
à



r.
10.83,1.3
10.16.14,2.10.85,8.2
5
1012

(1.22)
= 1,10.10
5
.r m/s
= 1 -
542,0.2,0
.5,5,10


e

= 1 -

863,96
e
(1.23)

Thay các thông số vào công thức tính toán ta có bảng sau :
Hiệu suất thu bụi trong trờng ứng với từng kích thớc hạt khác nhau:

45
D(àm) 0,1ữ1 1ữ5 5ữ10 10ữ15 15ữ20 20ữ30 30ữ40 40ữ60
>60
(%)
1,5 6,1 9,0 10,0 13,1 11,6 11,0 15,14 22,56
(m/s)
0,061 0,138 0,413 0,688 0,963 1,38 1,93 2,75 5,5
(%)

99,73 99,99 100 100 100 100 100 100 100

Hiệu suất của thiết bị lọc bụi tĩnh điện đối với bụi xi măng:
()
(%
)
995.994,92.1001,6.99,995,173,99
100
1
).(
100
1
=++==

x
ii


Với hiệu suất yêu cầu là 99,923% ta tính kiểm tra lại tổng diện tích bề mặt cực lắng
Ta có công thức :
= 1 -
V
S
e
.


(1.24)
Trong đó :
: Vận tốc lắng của hạt bụi tới điện cực

= 1 -

863,96
e
= 99,923 % vậy = 0,074 m/s

f = S/V: Bề mặt thu bụi riêng của lọc bụi điện (m
2
/m
3
).
S : Tổng diện tích bề mặt điện cực lắng (m
2
).
V : Lu lợng khí cần lọc .
V = 20,5 m
3
/s

Thay các thông số vào ta có :
0,99923 = 1 -
5,20
074,0.S
e



5,20
074,0.S
e

= 0,00077
- 0,00361 S = ln 0,00077
Tính toán ra tổng diện tích bề mặt điện cực lắng yêu cầu :
S = 1986 m
2
.
Ta có tổng số điện cực lắng trên 3 trờng n
t
= 33 tấm , nh vậy mỗi tấm có diện tích :
s = 1986/33 = 60,2 m
2
.

46
Nh vậy lọc bụi tĩnh điện ta đã chọn các kích thớc có diện tích 2079 m
2
phù hợp với
tính toán cần có : 1986 m
2
.
Các tấm điện cực lắng phù hợp với kích thớc mà ta đã chọn:
s = 2x9x3,5 = 63 m
2

3.6 Cờng độ dòng điện
Ta có:
I = i.L (1.25)
Trong đó:
I : cờng độ dòng điện cho qua điện cực dây (A)

i : cờng độ dòng điện trên 1m điện cực dây (A/m)
Chọn i = 0.33 mA/m
L : tổng chiều dài của điện cực dây (m)
L = n
d
.h
với n
d
= 360 cây
h : chiều cao điện cực dây, h = 9 m
L = 360x9 = 3240 (m)
Vậy: I = 0.33.3240 = 1069,2 mA .
Dòng điện của một trờng:
I
1
= 1069,2 : 3 = 356,4 mA
3.7 Hiệu điện thế tới hạn
Điện áp tới hạn :
U
th
= E
th
.R
1

z
R
Ln
z
y
1
2
.


(1.26)
Trong đó :
R
1
: Bán kính điện cực quầng sáng (m)
R
1
= 1cm = 1.10
-2
m
y : Khoảng cách giữa điện cực quầng sáng và điện cực lắng (m)
y = 200mm = 0,2 m.
z : Khoảng cách giữa các điện cực quầng trong một dãy .
z = 250mm = 0,25 m.

47
E
th
: Cờng độ từ trờng tới hạn .

Ta có:
E
th
= 3,04 +








+
1
0311,0
R


.10
3
(KV/m) (1.27)
: Tỷ số khối lợng riêng của không khí trong điều kiện làm việc và điều kiện
tiêu chuẩn :
=
t
PP
L
+
+

273
20273
.
10.013,1
5
(1.28)
=
77,0
373
293
.
10.013,1
200010.013,1
5
5
=


E
th
= 3,04 +








+

1
0311,0
R


.10
3
= 3,04 +








+
01,0
77,0
0311,077,0
(1.29)
E
th
= 4083 KV/m
Do vậy điện áp tới hạn :
U
th
= 4083.1.10
-2

02,025,0
10.14,3.2
02,025,0
)01,02,0.(14,3
2
Ln
(1.30)
U
th
= 159 (KV)
+ Điện áp làm việc tính toán của Lọc bụi tĩnh điện có điện cực phóng dạng gai:
U = U
th
x (0,46) (1.31)
U = 73 KV
3.8 Công suất tiêu hao
t
ttbbd

P
KIU
P +=


.4,1
cos
(1.32)
Trong đó:
P : Công suất tiêu hao cho toàn bộ hệ thống thiết bị (W)
P
t
: Công suất động cơ rung lắc điện cực, Bunke, công suất các bộ sấy nóng
hộp cách điện.
P
t
=15,7 kW
: Hệ số sử dụng có ích của thiết bị
=0,85
U
bđ
: Giá trị biên độ của điện áp (KV).

48
U
bđ
= 99 KV
I
tb
: Giá trị trung bình của dòng quầng sáng (A).

I
tb
= 356,4 mA = 0,3564 A
K
t
: Hệ số tính đến không hoàn toàn thẳng của dòng chỉnh lu.
K
t
= 1,1 1,3 = 1,2
Thay số vào ta có :
P =
57,507,15
85,0.4,1
98,0.2,1.3564,0.99
=+
kW (1.33)
3.9 Các thông số kỹ thuật của thiết bị
1. Lu lợng khí qua thiết bị : Q = 73800 m
3
/h.
2. Hiệu suất thu bụi yêu cầu : = 99,923%.
3. Hiệu suất thu bụi tính toán : = 99,995%.
4. Số trờng điện : 03
5. Vận tốc dòng khí trong thiết bị : = 0,542 m/s.
6. Kích thớc làm việc của thiết bị : B x H x L = 4
m
x 9
m
x10,5
m

.
7. Kích thớc làm việc của một trờng: B x H x L
1
= 4
m
x 9
m
x3,5
m
.
8. Điện cực lắng dạng tấm (tổng số) : n
t
= 33 tấm ( H x B = 9
m
x3,45
m
).
9. Điện cực lắng dạng tấm (một trờng): n
t
= 11 tấm ( H x B = 9
m
x3,45
m
).
10. Điện cực phóng (tổng số) : n
d
= 258 cây ( d= 20mm) có hàn gai.
11. Điện cực phóng (một trờng) : n
d
= 86 cây ( d= 20mm).

12. Tổng cờng độ dòng điện : I = 1069,2 mA.
13. Cờng độ dòng điện một trờng : I = 0,3564 A
14. Điện áp làm việc : U
l
= 68 72 KV.
15. Điện áp thiết kế : U = 110 KV.
16. Biến thế chỉnh lu cao áp loại 44,0 KVA.
Trên cơ sở những tính toán về thông số kỹ thuật cần có của một thiết bị lọc bụi tĩnh
điện, nhóm đề tài đã xây dựng bộ các bản vẽ thiết kế kỹ thuật phần cơ khí của hệ
thống, bao gồm:
i. Thiết kế 3 trờng cơ, khung vỏ, Hệ thống dẫn bụi vào, ra và hệ thống sấy.
ii. Thiết kế hệ thống điện cực phóng và điện cực lắng
iii. Thiết kế hệ thống khung treo định vị, cách điện.
iv. Thiết kế hệ thống rung gõ bụi.
v. Thiết kế hệ thống thu tháo bụi.

49
chơng 4
Tính toán thiết kế hệ thống điều khiển
4.1 Giới thiệu chung
Thiết bị hút lọc bụi tĩnh điện kiểu nằm ngang lu lợng 1.230 m
3
/phút đợc thiết kế
để hút lọc bụi khô, nhiệt độ không cao quá mức cho phép. Nếu nhiệt độ quá cao so
với mức cho phép, hệ thống điện cao áp sẽ báo động và tự động ngắt. Nếu khí bụi đầu
vào bị ớt, có độ ẩm cao thì phải có biện pháp sấy khô trớc khi hút khí vào bộ lọc
tĩnh điện. Thiết bị lọc bụi tĩnh điện này gồm 3 trờng, mỗi trờng có một nguồn cao
áp và hệ thống điều khiển riêng.
4.1.1 Nguyên lý làm việc của thiết bị lọc bụi tĩnh điện
Dòng khí có bụi đi qua khe hở giữa các điện cực lắng có dạng hình tấm. Bố trí

xen giữa các điện cực lắng là các điện cực phóng có dạng hình tròn, hình chữ nhật
hoặc hình vuông và có thể có các gai nhọn trên toàn bộ chiều dài cực phóng. Điện cực
phóng đợc nối với cực âm với nguồn điện áp một chiều có hiệu điện thế 30 ữ 120
KV, cực lắng đợc nối với cực dơng và nối với đất. Dới tác dụng của lực điện
trờng, xung quanh cực phóng xuất hiện vầng quang (corona), dẫn đến hiện tợng ion
hoá chất khí và làm cho các hạt bụi bị nhiễm điện. Các hạt bụi bị nhiễm điện sẽ bị hút
về phía các điện cực trái dấu. Do đa số các hạt bụi đều bị nhiễm điện âm nên nó bị hút
về phía cực lắng. Chừng nào số lợng hạt bụi bám đủ dày trên cực lắng, hệ thống búa
gõ sẽ gõ vào cực lắng tạo ra dao động và làm các hạt bụi rơi xuống thùng boong ke.
Bằng cách thay đổi hình dạng điện cực và khoảng cách giữa chúng mà chúng ta có thể
tạo ra đợc thiết bị lọc bụi tĩnh điện phù hợp với các yêu cầu cụ thể khác nhau.
4.1.2 Những thông số ảnh hởng đến khả năng thu hồi bụi
4.1.2.1 Điện trở bụi
Điện trở của bụi là một thông số quyết định chính đến khoảng cách các điện
cực. Đối với loại bụi có điện trở 10
6
ữ 10
9
cm thì ảnh hởng của chúng không lớn,
nhng nếu cao hơn hoặc thấp hơn sẽ gây ra rất nhiều khó khăn trong việc tìm kiếm
giải pháp cho việc tính toán, thiết kế hệ thống lọc bụi tĩnh điện.
Loại bụi có điện trở thấp sẽ làm giảm độ bền, tuổi thọ của cực lắng và do đó sẽ
ảnh hởng đến việc thu hồi bụi.
Loại bụi có điện trở cao sẽ làm giảm khả năng nhiễm điện và làm giảm khả
năng chuyển động của các hạt bụi về phía các cực thu và xuất hiện hiện tợng tách
bụi trở lại.

50
4.1.2.2 Độ ẩm
Độ ẩm bao bọc xung quanh hạt bụi làm giảm điện trở và đặc biệt là khí có chứa SO

3
,
hoặc hơi nớc có Sulfat có ảnh hởng rất lớn trong hệ thống lọc bụi tĩnh điện. Bụi
than cốc có điện trở nhỏ, khoảng 10
3
cm, và có số lợng tuỳ thuộc vào khói bụi,
nhng với một lợng nhất định nó làm cho quá trình thu hồi bụi tốt hơn, nhng nếu
nhiều sẽ làm giảm lực bám vào cực lắng, bụi sẽ tách ra và bay theo khí, vì bụi than
cốc phóng điện nhanh. Nhiệt độ trong khoảng từ 120
O
C đến 180
O
C tuỳ theo từng loại
bụi mà nó có điện trở. Nhiệt độ thấp sẽ làm cho độ ẩm cao, và ngợc lại, nhiệt độ cao
sẽ làm tăng chuyển động của các phân tử nhiệt, vì vậy khi nhiệt độ cao, cần phải giảm
điện áp và nh vậy sẽ làm giảm năng suất lọc bụi.
4.1.2.3 Độ liên kết giữa các hạt bụi
Độ liên kết giữa các hạt bụi đợc xác định do các yếu tố không phóng hết điện
tích, nhiễm điện lỡng cực, hoặc do xếp chèn giữa các hạt bụi. Lực hút điện tỷ lệ
nghịch với độ lớn của các hạt bụi. Kích thớc hạt bụi càng nhỏ, lực liên kết càng cao,
và càng khó tách nó ra.
4.1.2.4 Lợng bụi và hạt bụi
Lợng bụi thô càng cao thì hiệu suất thu hồi bụi càng cao, vì tốc độ dịch
chuyển của các hạt bụi tơng đối tỷ lệ thuận với hạt bụi, vì vậy việc làm sạch bụi của
các điện cực dễ dàng. Lợng bụi tinh nhiều sẽ cản trở lớn cho phóng điện. Trên bề
mặt rộng của các hạt bụi tinh sẽ tạo ra điện trờng cao, nó có tác dụng nh tấm ngăn
cách giữa các điện cực.
4.1.3 Phân chia các trờng thu hồi bụi
Trên quan điểm lợng bụi trong khí bẩn sẽ giảm dần do bị thu hồi cũng nh,
thí dụ không đồng đều về nhiệt độ, nên các hệ thống lọc bụi tĩnh điện thờng đợc

phân chia thành các trờng thu bụi nối tiếp hoặc song song với nhau. Nhờ vậy ta có
thể đặt các thông số điện khác nhau để tối u hoá khả năng làm sạch, giảm thiểu sự
cố và đạt đợc hiệu suất thu hồi bụi cao nhất.
4.1.4 Hiệu suất thu hồi bụi của bộ lọc bụi tĩnh điện
Lợng bụi gây ra ô nhiễm môi trờng đợc đo và đánh giá bằng mg/m3. Tiêu
chuẩn để đánh giá môi trờng không bị ô nhiễm do bụi đợc áp dụng phổ biến trên
thế giới trong điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn là 50 mg/m
3
. Để xác định hiệu
suất thu hồi bụi cần phải đạt đợc ta dùng công thức sau:

( 4.1 )

%100x
S
S
S
in
outin

=


51
Trong đó:
: Hiệu suất thu hồi bụi
S
in
: Nồng độ bụi đầu vào
S

out
: Nồng độ bụi đầu ra
Hiệu suất thu hồi bụi, theo W. Deutsch phát triển theo quy luật hàm số mũ và
đợc gọi là công thức lọc bụi tĩnh điện, đợc xác định nh sau:


f.
e1



=
( 4.2 )
Trong đó:
- w là tốc độ di chuyển của hạt bụi về phía điện cực lắng
- f là tỷ lệ giữa diện tích của điện cực thu A (m
2
) và lu lợng của dòng khí
Q (m
3
/s).
Nh vậy hiệu suất thu hồi bụi phụ thuộc vào lu lợng dòng khí mang bụi,
diện tích thu hồi bụi, và tốc độ di chuyển của hạt bụi về phía điện cực lắng dới tác
dụng của điện trờng. Tốc độ di chuyển của hạt bụi là một hàm số của nhiều thông số
khác nhau của từng hệ thống lọc bụi tĩnh điện. Một trong những thông số có ảnh
hởng lớn là kích thớc của hạt bụi, vì vậy, công thức trên chỉ sử dụng cho các hạt bụi
nhất định và đều nhau. Song trong nghành công nghiệp, các hạt bụi có kích thớc
khác nhau, nên phải xây dựng công thức khác phù hợp hơn. Sau rất nhiều lần thí
nghiệm, ngời ta đã xác định đợc sự ảnh hởng của kích thớc hạt bụi vào công thức
bằng hệ số mũ k. Hệ số này thay đổi trong khoảng từ 0,4 đến 0,6. Công thức đợc thể

hiện nh sau:
( 4.3 )
Trong đó :
w
k
là vận tốc dịch chuyển của các hạt bụi có đờng kính khác nhau trong
trờng tĩnh điện.
Nhờ công thức này ta có thể tính toán thay đổi thiết kế để nâng cao hiệu suất
thu hồi bụi.
4.1.5 Xác định tốc độ dịch chuyển của hạt bụi dới tác dụng của điện trờng
Điện trờng trong vùng thu bụi sinh ra một lực tác động lên điện tích hạt tỷ lệ
thuận với cờng độ điện trờng
( 4.4 )
k
k
)fw(
e1

=

cFe
EqF
=

52
Trong đó:
F
e
: lực điện trờng ( N )
q

P
: điện tích hạt ( Cu )
E
C
: cờng độ điện trờng của vùng thu ( V/m )
Lực điện trờng tác động chống lại lực liên kết của điện tích hạt của chất khí.
Khi lực liên kết điện tích hạt của chất khí cân bằng với lực điện trờng thì các hạt bụi
chuyển động với vận tốc ban đầu là . Giả thiết hạt tuân theo định luật Stock, thì vận
tốc của hạt đợc tính:


Trong đó:
C
C
= Hệ số điều chỉnh Cunningham
D
P
= Đờng kính của hạt
4.1.6 Nguyên lý điều khiển tự động LBTĐ
1. Điều khiển tự động điện áp trờng LBTĐ thấp hơn điện áp phóng một giá trị
đặt trớc: Tự động nâng dần điện áp tới khi xuất hiện phóng điện trong trờng rồi khi
đó hạ khẩn cấp điện áp tới giá trị an toàn. Quá trình cứ nh vậy lặp đi lặp lại.(
Aktiubrengen- Nga, hãng Simon- Karvs đã nghiên cứu thiết kế)
2. Điều khiển tự động điện áp theo tần suất phóng tia điện trong LBTĐ
(Valter).
3. Điều khiển tự động điện áp bằng cách áp đặt và giữ trên các điện cực 1 điện
áp trung bình cực đại.( Loge- Cottrell).
4.2 Tính toán thiết kế bộ nguồn chỉnh lu cao áp
4.2.1 Tính chọn công suất bộ nguồn chỉnh lu cao áp
Tính toán thiết kế bộ nguồn chỉnh lu cao thế nhằm tạo ra nguồn điện một

chiều điện áp cao thế có dòng điện làm việc phù hợp với tải. Trong thực tế hiện nay
đang tồn tại các hệ thống LBTĐ có dòng điện định mức trong khoảng 200mA,
400mA, 600mA, 800 mA, 1000mA, 1200mA, 1600mA và có thể đạt tới 2000mA với
điện áp làm việc định mức 50 ữ 120 kV.
Đối với hệ thống lọc bụi tĩnh điện lu lợng 1.230 m
3
/ph để lọc khí thải của
các cơ sở sản xuất xi măng lò quay, khoảng cách giữa các điện cực 400 mm, theo tính
toán kinh nghiệm thực tế của các sản phẩm lọc bụi tĩnh điện tơng đơng của các
F
ccF
D3
CEq


=

53
nớc đã nhập và đang sử dụng ở Việt Nam, nhóm thiết kế chọn loại có điện áp không
tải 110 KV, điện áp làm việc danh định 80 KV, dòng điện danh định 400 mA.
Hình 11 mô tả sơ đồ khối của bộ nguồn chỉnh lu cao áp. Bộ nguồn này gồm có các
khối cơ bản sau:


Hình 11: Sơ đồ khối bộ nguồn cao áp.
Nguồn điện vào 2 pha 380 V, 50 Hz. Với các bộ nguồn công suất thấp ta có thể
chọn điện áp vào là điện áp 1 pha 220 V, 50 Hz.
Van điều chỉnh điện áp vào biến thế chỉnh lu cao áp (Thyristor đấu song song
ngợc)
Cuộn kháng chặn L1.

Biến áp chỉnh lu.
Bộ chỉnh lu cao áp.
Điện trở phân áp, Shunt dòng điện để đo lờng và làm tín hiệu phản hồi cho quá
trình điều khiển.
Bộ điều khiển điện trờng.
Biến áp xung
Bộ điều khiển
cao áp
Bộ
nguồn
BT Lực
L1
mA
kV
Shunt Phân áp Bản cực
KA
X

54
Một số yêu cầu cần chú ý khi thiết kế máy biến áp chỉnh lu cao thế:
1) Tuỳ theo sơ đồ chỉnh lu cụ thể ta có thể chọn các thông số sao cho phù hợp.
Đồng thời trong quá trình tính toán thiết kế điện áp thứ cấp phải chú ý đến điện
áp rơi trên cuộn thứ cấp và trên điốt chỉnh lu.
2) Chú ý đến sóng hài bậc cao trong quá trình điều khiển, bởi vì điện áp chỉnh lu
đợc thay đổi bằng cách thay đổi góc mở của thyristor lắp trên đầu vào của
biến áp. Thông thờng ta có thể cho độ tổn hao sóng hài bậc cao từ 10-12%.
3) Phải bảo đảm khoảng cách cách điện chính, đó là khoảng cách giữa bối dây
cao thế và vỏ, giữa bối dây cao thế và hạ thế.
4) Các bối dây phải chịu đợc cách điện khi thử vợt điện áp đó là cách điện giữa
vòng dây với nhau, cách điện giữa các lớp dây quấn và cách điện giữa các đầu

ra.
5) Lu ý đến sự phóng điện trên bề mặt men theo các vật liệu cách điện đến bộ
phận nối đất.
6) Máy đợc thiết kế sao cho chịu đợc xung điện áp lúc mở máy và ngắt máy,
đồng thời chịu đợc dòng ngắn mạch khi có dòng ngắn mạch ở thứ cấp.
7) Bộ chỉnh lu cao áp phải có độ tin cậy cao, các đầu nối giữa chỉnh lu và điện
trở phân áp phải chắc chắn để tránh hở mạch gây phóng điện.
4.2.2 Tính toán các thông số của biến áp chỉnh lu
Sơ đồ máy biến thế chỉnh lu cao áp là sơ đồ máy biến thế chỉnh lu cầu một pha, do
đó việc tính toán và lựa chọn phải đợc rút ra từ sơ đồ cầu chỉnh lu nh sau:
Các thông số kỹ thuật của cầu chỉnh lu một pha nh sau:









H12: Cầu chỉnh lu một pha.
~U1
0 180
Id

55
Số pha:
m = 2.
U
d

/ U
2
= 0,9.
U
ngợc max
/ U
d
= 1,57.
I
a
/ I
d
= 0,5.
I
amax
/ I
d
= 0,785.
I
2
/ I
d
= 1,11.
I
1
*W
1
/ I
d
* W

2
= 1,11.
S / P
d
= 1,23.
Các số liệu ban đầu:
Công suất biểu kiến: S = 44 kVA.
Điện áp sơ cấp: U
1
= 380V.
Điện áp thứ cấp: U
2
= 110kV.
Tần số: f = 50Hz.
Máy có cuộn kháng hạn chế dòng, có bộ phận tiếp đất khi mở hộp che đầu cao thế.
Điện áp một chiều phía thứ cấp:
U
d
= 0,9.U2 = 0,9.110 KV=99 KV.
Điện áp ngợc:
U
ngợc mãn
= 1,57.99 KV= 155 KV.
Công suất một chiều:
P
d
= S/1,23 = 44 /1,23 = 35,77 KW.
Công suất biểu kiến:
S = 44 kVA.
Dòng điện một chiều:

I
d
= P
d
/U
d
=35.77 KW/99 KV = 0,36A.
Dòng điện thứ cấp:
I
2
= 1,11.I
d
= 1,11.0,36 A = 0,4 A.
Dòng điện hiệu dụng trên một nhánh chỉnh lu:
I
a
= 0,5.I
d
= 0,5.0,36 A = 0,18 A.
Dòng điện sơ cấp:

56
I
1
= 103.S
1
/U
1
=103 x 44 KW/380 V = 11,93 A.
4.3 Thiết kế bộ điều khiển điện trờng

Để bảo đảm hiệu suất thu hồi bụi cao, mỗi trờng có một biến thế chỉnh lu
cao áp và kèm theo là một bộ điều khiển điện trờng riêng. Bộ điều khiển điện trờng
là thiết bị cung cấp nguồn có điều khiển cho biến thế chỉnh lu cao áp tạo nên điện
trờng cao áp cung cấp cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện. Sơ đồ nguyên lý tổng thể bộ
điều khiển điện trờng đợc mô tả trong Sơ đồ điều khiển biến thế chỉnh lu cao
áp. Bộ điều khiển biến thế chỉnh lu cao áp gồm 2 phần chính : Phần động lực và
phần điều khiển.
4.3.1 Phần động lực
Phần động lực của bộ điều khiển điện trờng 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 ngợc V101,
V102. Công suất của thiết bị động lực đợc chọn phù hợp với công suất của biến thế
chỉnh lu cao áp và có tính đến khả năng làm việc lâu dài trong môi trờng nóng bụi.
Để bảo đảm an toàn cho ngời 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 lu 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 lu cũng lắp thiết bị bảo vệ quá nhiệt, khi nhiệt
độ trong biến áp vợt quá giá trị đặt cho phép sẽ tác động không cung cấp nguồn cho
hệ thống. Trên tủ cũng lắp các thiết bị đo lờng chỉ thị dòng điện nguồn cung cấp, chỉ
thị dòng điện và điện áp một chiều của bộ nguồn chỉnh lu cùng trạng thái sự cố.
4.3.2 Yêu cầu kỹ thuật của một bộ điều khiển điện trờng
Bộ điều khiển điện trờng đợc coi là bộ não của hệ thống điều khiển điện trờng.
Bộ điều khiển điện trờng 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 trờng phải thoả mãn với các yêu cầu sau :
Bảo đảm mở máy êm : Phụ tải của hệ thống LBTĐ đợc coi là phụ tải điện dung và
trở, trong đó điện dung là cơ bản. Vì vậy, để chống hiện tợng tăng dòng điện một
cách đột biến việc mở máy êm là cần thiết. Nghĩa là điện áp nguồn cung cấp đợc
tăng từ từ từ một giá trị ban đầu nào đó. Khi mở máy êm điện áp đặt vào điện cực

đợc 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 đợc bắt đầu từ giá trị nhỏ hơn điện áp cực tiểu (có

57
thể bắt đầu từ 5kV hoặc cao hơn một chút). Khối mở máy đợc 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 lợng rất lớn các điện tích tự do. Các điện
tích này bám vào các hạt bụi, làm cho các hạt bụi bị nhiễm điện. Dới tác dụng của
lực điện trờng, các hạt bụi sẽ bị hút về các bản cực mang điện trái dấu.
Mức điện áp thấp nhất làm xuất hiện hiện tợng vầng quang khoảng 20 kV, do
vậy nếu điện áp làm việc xuống dới mức điện áp này (thông thờng 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 thờng ngời ta đặt cao
hơn điện áp làm việc định mức khoảng 10%. Khi điện áp làm việc vợt 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 lu sang nguồn dòng tiêu
chuẩn cho hệ thống điều khiển ngoài.
Phản ứng nhanh khi có hiện tợng phóng điện giữa hai bản cực là một trong
những vấn đề quan trọng nhất mà bộ điều khiển điện trờng phải đáp ứng đợc. Để
bảo đảm hiệu suất thu hồi bụi cao nhất, bộ điều khiển phải tăng điện áp đến giai đoạn
cận phóng điện. Nếu lợng bụi bám vào bản cực dày lên và khoảng cách phóng điện
ngắn lại, cờng độ điện trờng sẽ tăng lên làm đẩy nhanh hiện tợng phóng điện. Khi
có hiện tợng phóng điện dòng điện một chiều sẽ tăng lên một cách đột biến, vợt
quá mức đặt phóng điện đặt trớc. Nếu không có phản ứng nhanh giảm điện áp giữa

hai bản cực, tức là ngắt hiện tợng 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 tợng phóng điện hệ thống rung gõ làm việc, bụi bám vào bản cực rơi
xuống sẽ làm giảm điện trờng và hết hiện tợng phóng điện. Vì vậy, khi có hiện
tợng phóng điện cần phải tự động giảm điện áp cung cấp, sau đó tự động phục hồi
nhanh điện áp cung cấp.
Ngời ta phân chia thành hai hiện tợng phóng điện, trờng hợp thứ nhất là
hiện tợng phóng điện nhẹ. Trờng 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 tợng
phóng điện. Trờng hợp thứ hai là hiện tợng phóng điện nặng. Trong trờng hợp này
mặc dù điện áp không tăng nhng do một sự tác động nào đó nh lợng bụi bám vào
điện cực quá nhiều mà không rung gõ thu hồi bụi đợc, 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
vợt quá giới hạn cho phép sẽ báo hiệu và ngừng hoạt động. Trong thực tế hiện tợng

ngắn mạch trong hệ thống LBTĐ thờng xuyên xẩy ra. Bộ điều khiển điện trờng có
chức năng giới hạn dòng làm việc, khi bị ngắn mạch tải sẽ đa tín hiệu phản hồi dòng
về và giảm điện áp nguồn đến mức thấp nhất, thông thờng 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 trờng
Bộ điều khiển điện trờng 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, ngời ta tính toán, thiết kế, hiệu
chỉnh bộ điều khiển điện trờng cho từng trờng để bảo đảm hiệu suất thu hồi bụi cao
nhất và tiết kiệm năng lợng nhất. Các hãng chuyên chế tạo các bộ điều khiển điện
trờng 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 lu 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

59

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
trờng 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 trờng 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 ), đa
về đầu vào môdule Analog.
- Bộ điều khiển PLC xử lý các tín hiệu dòng điện và điện áp để đa ra điện
áp chủ đạo bảo đảm cho điện trờng có giá trị cao nhất. Ngoài ra PLC cũng
đa ra các tín hiệu báo động hoặc ngắt mạch điều khiển khi giá trị điện áp
và dòng điện vợt quá mức giới hạn cho phép.
- Các giá trị đặt và giá trị thực, các tín hiệu báo động đợc 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 đợc 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 đợc 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 đợc giám sát và điều khiển trên màn hình máy vi

tính.