Sử dụng biến tần để tối ưu hóa quá trình vận hành lò hơi công nghiệp

Hiện nay việc áp dụng hệ thống điều khiển vào các thiết bị trong ngành công nghiệp đã trở nên rất phổ biến, lĩnh vực lò hơi công nghiệp cũng không phải là ngoại lệ. Việc áp dụng điều khiển tự động vào vận hành lò hơi giúp tăng hiệu quả sản xuất, tăng tuổi thọ thiết bị, giảm chi phí nhiên liệu, giảm khí thải, giảm nhân công vận hành…Biến tần là một thiết bị quan trọng trong hệ thống điều khiển đó. Sau đây chúng tôi sẽ phân tích sâu về lò hơi công nghiệp, hệ thống điều khiển lò hơi công nghiệp, biến tần và đặc biệt là sử dụng biến tần ở trong hệ thống lò hơi công nghiệp như thế nào?

Lò hơi đốt than tầng sôi​

Lò hơi công nghiệp

Ứng dụng của Lò hơi công nghiệp tại Việt Nam là vô cùng lớn, chúng ta có thể bắt gặp rất nhiều loại Lò hơi (nồi hơi) trong các ngành nghề như sản xuất và chế biến thực phẩm, đường, hóa chất, rượu bia và các loại nước giải khát…

Lò hơi công nghiệp được sử dụng rộng rãi như hiện nay bởi chi phí lắp đặt và vận hành hợp lý, nguồn nguyên liệu dùng để gia nhiệt cho lò hơi an toàn và dồi dào quanh năm, rất tiện dụng cho công tác chế biến và sản xuất công nghiệp. Từ các nguyên liệu hữu cơ như vỏ trấu, mùn cưa, củi… đều có thể dùng làm chất đốt công nghiệp an toàn mà lại hiệu quả.

Lò hơi (hay còn gọi là nồi hơi) là nguồn cung cấp nhiệt cho các thiết bị công nghệ qua môi chất dẫn nhiệt là hơi nước cao áp. Lò hơi có thể được cấp nhiệt từ nhiều nguồn khác nhau, hiện nay người ta thường dùng bốn loại nhiên liệu chính để đốt lò là gỗ củi, biomass, than đá hoặc dầu FO. Đặc điểm khói thải của các loại lò hơi  là khác nhau, tùy theo loại nhiên liệu sử dụng.

Đối với loại nồi hơi đốt củi, thành phần các chất trong khí thải thay đổi tùy theo loại củi, tuy vậy lượng khí thải sinh ra là tương đối ổn định. Để tính toán ta có thể dùng trị số Vt = 4,23 m3/kg , nghĩa là khi đốt 1 kg củi sẽ sinh ra 4,23 m3 khí thải ở nhiệt độ 0oC.

Các khí thải, khói thải trên ảnh hưởng lớn đến sức khỏe và môi trường sống của con người, do vậy việc giảm lượng khí CO, SOx, NO2 xuống mức thấp nhất là vấn đề đáng quan tâm đối với các hệ thống lò hơi – nồi hơi hiện nay.

Biến tần – Inverter

Biến tần là gì?

Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được.

Nguyên lý hoạt động của biến tần

 -  Nguyên lý làm việc cơ bản của bộ biến tần cũng khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Nhờ vậy, hệ số công suất cosφ của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.

Nguyên lý làm việc của biến tần

-  Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển. Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một quy luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển. Đối với tải có mô men không đổi, tỉ số điện áp - tần số là không đổi. Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật này lại là hàm bậc 4. Điện áp là hàm bậc 4 của tần số. Điều này tạo ra đặc tính mô men là hàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân mô men cũng lại là hàm bậc hai của điện áp.
  -  Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống.
  -  Ngoài ra, biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau. Ngày nay biến tần có tích hợp cả bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA.

Phân loại biến tần

-  Biến tần có nhiều loại, nếu chia theo nguồn điện đầu vào ta có 2 loại cơ bản là: Biến tần cho động cơ 1 pha và biến tần cho động cơ 3 pha. Trong đó, biến tần cho động cơ 3 pha được sử dụng rộng rãi hơn.

Sử dụng biến tần trong nồi hơi, lò hơi công nghiệp

Sử dụng biến tần – inverter để điều chỉnh công suất hoạt động của các thiết bị trong lò hơi công nghiệp như: quạt thổi, quạt hút, bơm cấp nước lò hơi. Giúp các thiết bị trong lò hơi hoạt động tối ưu nhất trên toàn hệ thống. Và đặc biệt là có thể tiết kiệm điện năng tiêu thụ cho các thiết bị trong lò hơi (nồi hơi).

Có 3 lý do khiến nhà máy nên sử dụng biến tần cho các thiết bị lò hơi công nghiệp:

Thứ nhất, khi thiết kế lò hơi, nhà sản xuất lò hơi thường tính toán các thiết bị có công suất dư theo một hệ số nhất định so với công suất thực của lò hơi, thường thì hệ số là 1,1. Cho nên các thiết bị nếu chỉ được điều khiển on/off thì tiêu thụ điện năng sẽ rất cao.

Thứ hai, thường thì nhà máy cũng ít khi cho lò hơi – nồi hơi hoạt động hết công suất, theo đó các thiết bị trong lò hơi cũng phải hoạt động theo công suất nhất định, thấp hơn rất nhiều so với công suất cực đại của động cơ, vì thế cần sử dụng biến tần để điều chỉnh động cơ của thiết bị hoạt động ở công suất cần thiết, giúp tiết kiệm điện năng và tăng tuổi thọ của động cơ cũng như thiết bị. Ví dụ: Nhà máy có lò hơi công suất 10 tấn/ giờ, công suất động cơ của quạt hút là 45 kW, nhưng bình thường nhà máy chỉ cần một công suất hơi là 6 tấn/giờ. Có nghĩa là chúng ta phải điều chỉnh biến tần làm việc ở tầm khoảng 30 Hz, như vậy mỗi giờ công suất điện tiêu thụ cho quạt hút lò hơi là khoảng 27 kW chứ ko phải 45 kW như khi điều khiển on/off cho quạt hút. Giải thích tương tự cho các thiết bị khác như: quạt thổi, quạt thổi liệu, quạt hồi tro, bơm cấp nước, vít cấp liệu…

Thứ ba, muốn lò hơi hoạt động ổn định, an toàn, hiệu suất cao và hiệu quả thì cần có hệ thống điều khiển lò hơi chung cho toàn hệ thống. Hệ thống điều khiển sẽ điều chỉnh thông số hoạt động của các thiết bị ở một trạng thái tối ưu nhất.

Sử dụng biến tần trong lò hơi công nghiệp

Các hệ thống điện điều khiển và tinh chỉnh lò hơi, nồi hơi công nghiệp hầu hết sử dụng công tắc áp suất, tinh chỉnh đóng/ mở trực tiếp những quạt hút và quạt thổi để hỗ trợ khí và xả khói ra môi trường. Việc đóng mở thường xuyên trong quá trình vận hành làm cho motor nhanh hư hỏng, nguồn điện mất ổn định, hệ thống vận hành tạm thời gây hao tổn điện năng và tăng giá thành sản xuất.

Nguyên tắc điều khiển theo chế độ đóng mở motor có nhược điểm là khi áp suất đầu ra đủ, buồng đốt được đóng kín, quạt hút và quạt thổi dừng hẳn, nhiên liệu đốt là than, củi, trấu đang cháy không đủ khí oxi để cháy tiếp sẽ sinh ra nhiều khói thải lò hơi, khí thải  lò hơi và nồng độ những chất độc hại tăng đột ngột.

Sử dụng biến tần - inverter cho nồi hơi để điều khiển và ổn định áp suất hơi, giảm khói thải, giảm tiêu thụ điện năng cho toàn hệ thống lò hơi.

Biến tần chịu được các môi trường khắc nghiệt như: nóng, ẩm, khói, bụi bặm, hóa chất… Board mạch được phủ một lớp bảo vệ chống ăn mòn và cách ly hoàn toàn với phần phát sinh nhiệt. Có công dụng thao tác làm việc ở nhiệt độ môi trường xung quanh bên trên 50oC.

Bộ biến tần còn có chức năng bảo vệ: quá tải, thấp áp, mất pha, quá dòng, chuẩn chỉnh đoán lỗi và bắt gặp nhanh những sự cố hư hỏng giúp bảo vệ an toàn cho động cơ và lò hơi.

Một số hình ảnh về nồi hơi - lò hơi công nghiệp

Nồi hơi tầng sôi đốt than

Lắp đặt nồi hơi tầng sôi đốt than Quảng Ninh

Lò hơi đốt củi ghi cố định​

Lò hơi tầng sôi đốt trấu​

Công ty TNHH Năng Lượng Nhiệt Bách Khoa

Công ty TNHH Năng Lượng Nhiệt Bách Khoa là đơn vị uy tín hàng đầu trong lĩnh vực cung cấp sản phẩm, giải pháp và dịch vụ về lò hơi – nồi hơi công nghiệp tại Việt Nam. Với phương châm là “Chuyên gia lò hơi cho doanh nghiệp”, sản phẩm và dịch vụ mang thương hiệu Lò Hơi Bách Khoa luôn mang đến cho khách hàng sự yên tâm và tin tưởng.

Ưu điểm nổi trội của sản phẩm và dịch vụ của Lò Hơi Bách Khoa:

• Với đội ngũ chuyên gia, kỹ thuật, công nhân có kinh nghiệm lâu năm trong hoạt động thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành và bảo trì bảo dưỡng lò hơi. Chúng tôi luôn mang lại nhưng sản phẩm và dịch vụ chất lượng cao đến với khách hàng.
• Khả năng đáp ứng nhanh: Nhận thức được tầm quan trọng của nồi hơi trong nhà máy, chúng tôi đã tối ưu hóa quy trình hoạt động để đáp ứng nhanh nhất yêu cầu từ khách hàng. Đặc biệt khi khách hàng có nhu cầu về xử lý sự cố lò hơi, chúng tôi cam kết có mặt trong vòng 24 giờ để xử lý, giúp nhà máy trở lại hoạt động một cách sớm nhất.

Các sản phẩm và dịch vụ của Lò Hơi Bách Khoa:

• Thiết kế, chế tạo và lắp đặt các loại lò hơi: Lò hơi đốt dầu, lò hơi đốt củi, lò hơi tầng sôi, lò hơi ghi xích, lò hơi đốt than…
• Các dịch vụ về lò hơi như bảo trì, bảo dưỡng, sửa chữa, nâng cấp cải tạo các loại lò hơi.
• Dịch vụ bản hơi và bán nhiệt, giúp khách hàng không phải vận hành cũng như các công việc về bảo trì duy tu lò hơi.

Lò Hơi Bách Khoa xin cám ơn sự quan tâm và sử dụng dịch vụ của quý khách hàng. Nếu quý khách cần hỗ trợ các vấn đề về lò hơi – nồi hơi công nghiệp xin vui lòng liên hệ thông tin bên dưới để chúng tôi có cơ hôi được phục vụ quý khách.

Thông tin liên hệ:

CÔNG TY TNHH NĂNG LƯỢNG NHIỆT BÁCH KHOA

Địa chỉ: Thôn 3, Xã Vạn Phúc, Huyện Thanh Trì, Tp Hà Nội

Di động: 091 775 40 59 - 097 384 04 68

E-mail: hex.boilers@gmail.com        

Website: https://hex-boilers.com/