KS. Vũ Tuấn Vinh
Công ty Cổ phần kỹ thuật Năng lượng và Môi trường EEC
Nguyên lý này sử dụng hệ thống đầu đo quang học với hai đầu sensor phát và thu ánh sáng được phát vào vùng ống khói thải.
Với nguyên lý này hãng Tanaka Electric Labotory – Nhật Bản đã nghiên
cứu và chế tạo ra hệ thống đo và theo dõi nồng độ bụi trong khói thải
DDM-fC, hiện đã và đang được sử dụng rất rộng rãi hiện nay trên khắp
thế giới cho nhiều ngành công nghiệp nặng khác nhau. Đặc biệt là tại
các nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Đức, Nhật Bản,…những nước mà
vấn đề bảo vệ môi trường không khí cũng như luật kiểm sóat ô nhiễm
không khí được tuân thủ thực hiện một cách rất nghiêm ngặt.
Tại Việt Nam, thông qua công ty Cổ phần kỹ thuật Năng lượng và Môi
trường EEC – đại diện duy nhất của Hãng Tanaka tại Việt Nam, hệ thống
DDM-fC đã được lắp đặt và đi vào hoạt động ổn định tại Công ty Hữu hạn
Xi măng Luks (Việt Nam).
Công ty Hữu hạn Xi măng Luks (Việt
Nam) là Công ty 100% vốn nước ngoài của tập đoàn Luks Industrial
Limited, hiện có trụ sở nhà máy đóng tại xã Tứ Hạ, huyện Hương Trà,
tỉnh TT-Huế. Công ty hiện có 4 dây chuyền sản xuất (4 máy nghiền) xi
măng với tổng công suất 2,5 triệu tấn xi măng/năm.
Hệ thống đo và theo dõi nồng độ bụi trong khói thải DDM-fC Hãng Tanaka
được lắp đặt tại phần áp âm, trước quạt hút, sau lọc bụi túi nhà máy
xi măng Luks- Huế.
Bài viết dưới đây xin được giới thiệu
chi tiết các hình ảnh lắp đặt thực tế hệ thống DDM-fC tại nhà máy xi
măng Luks Huế tại Việt nam cũng như nguyên lý tán xạ ánh sáng để các
Quý độc giả tham khảo, đặc biệt là các cán bộ kỹ thuật, công nghệ các
nhà máy xi măng, nhiệt điện, hóa chất – những nhà máy mà các hệ thống
lọc bụi tĩnh điện ESP hay lọc bụi túi cũng như lượng khói bụi được
khống chế phát thải ra môi trường luôn dành được sự quan tâm đặc biệt.
Tại nhà máy xi măng Luks (Việt Nam) quá quá trình khảo sát kỹ lưỡng
tại hiện trường cũng như để có thể đưa ra các biện pháp kịp thời để xử
lý các sự cố tại lọc bụi túi khi nồng độ bụi vượt quá giá trị cho
phép, công ty EEC cùng chuyên gia hãng Tanaka- Nhật Bản đã lựa chọn
lắp đặt hệ thống này tại vị trí phần áp âm, trước quạt hút, sau lọc
bụi túi của nhà máy.
Công ty EEC cùng chuyên gia Hãng Tanaka- Nhật Bản thực hiện đào tạo,
hướng dẫn kỹ thuật vận hành và bảo trì thiết bị cho các cán bộ kỹ thuật
nhà máy xi măng Luks- Huế.
Chuyên gia Hãng Tanaka thực hiện calib thiết bị tại hiện trường
Hệ thống DDM-fC Hãng Tanaka đã được lắp đặt hoàn thành và đi vào họat động ổn định tại nhà máy xi măng Luks- Huế
Tìm hiểu về hệ thống theo dõi và giám sát nồng độ bụi trong khói thải DDM-fC...
Hình 1- Hệ thống theo dõi và giám sát nồng độ bụi DDM-fc
Hệ thống kiểm soát nồng độ bụi DDM-fC của Hãng Tanaka Electric Lab là
hệ thống kiểm soát bụi thời gian thực hiệu suất cao, hệ thống này được
thiết kế phù hợp với các điều kiện môi trường công nghiệp khắc nghiệt
như nhiệt độ cao (820˚C), áp suất lớn (246 kPa), độ ẩm cao và môi
trường nhiễm điện cao. Nó có thể đo nồng độ bụi xuống đến 1 mg/Nm3
theo quy định của Luật kiểm soát ô nhiễm không khí. Nó được thiết kế
cả cho trường hợp làm việc độc lập và cho hệ thống giám sát liên tục
CEMS (hệ thống giám sát khí phát thải liên tục).
Các tín
hiệu từ hệ thống này có thể dễ dàng kết nối tới hệ thống DCS (Hệ thống
điều khiển phân tán). Hệ thống DDM-fC là một sản phẩm hoàn hảo và phù
hợp cho cả việc lắp đặt mới hoặc thay thế cho hệ thống giám sát bụi
không ổn định hiện có của các nhà máy.
Hệ thống DDM-fC bao
gồm hệ thống đầu đo quang học, dây cáp quang, tủ điều khiển trung tâm,
và hệ thống khí chèn làm sạch. Hệ thống đầu đo quang học sử dụng
phương pháp tán xạ ánh sáng để đo chính xác nồng độ bụi bên trong ống
khói. Hệ thống này có thiết kế rất độc đáo và sáng tạo để có thể hoạt
động đo chính xác, tin cậy và với yêu cầu bảo trì thấp. Các bộ vi xử
lý điều khiển cho trung tâm điều khiển chính phân tích các dữ liệu từ
hệ thống đo quang học và truyền đi các tín hiệu cảnh báo tới hệ thống
điều khiển phân tán (DCS) để kiểm soát toàn bộ nhà máy hoặc điều khiển
hệ thống kiểm soát bụi như hệ thống lọc bụi túi hay bộ lọc bụi tĩnh
điện ESP nhằm tránh ô nhiễm môi trường hoặc điều khiển các hệ thống để
giảm thiểu các chi phí vận hành của nhà máy. Các dữ liệu phân tích có
thể được truyền đến DCS để lưu trữ và sử dụng cho các phân tích trong
tương lai.
Nguyên lý đo tán xạ ánh sáng của Tanaka Electrict Lab.
1) Cơ sở lý thuyết:
• SỰ TÁN XẠ ÁNH SÁNG
Chúng ta thường giả thiết rằng ánh sáng truyền trong môi trường đồng
tính, tuy nhiên trong thực tế lại không có môi trường nào hoàn toàn
đồng tính, mà bao giờ cũng xuất hiện độ chênh lệch của mật độ, nhiệt
độ do chuyển động nhiệt của các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên môi
trường. Trong môi trường như thế ánh sáng không những truyền thẳng mà
còn theo các phương khác, tức là bị tán xạ. Ðó là sự tán xạ thường
được gọi là tán xạ phân tử.
Một số môi trường còn có thể có
các hạt lạ, mà chiết suất và hệ số hấp thụ của chúng khác với chiết
suất và hệ số hấp thụ của các nguyên tử và phân tử cấu tạo nên môi
trường. Môi trường chứa các hạt lạ như vậy được gọi là môi trường vẩn
đục và nó tán xạ ánh sáng theo mọi phương gọi là tán xạ bởi các hạt
nhỏ hay là tán xạ Tyndall. Các hạt lạ đó có thể là các hạt rắn trong
không khí như khói, bụi, các hạt nước trong sương mù, các hạt keo
trong dung dịch keo...Vậy nguyên nhân làm tán xạ ánh sáng trong cả hai
trường hợp trên đều là sự không đồng tính quang học của môi trường.
Sự tán xạ ánh sáng bởi các hạt nhỏ
Hiện tượng tán xạ ánh sáng trong môi trường vẩn đục đầu tiên được
Tyndall nghiên cứu năm 1869 nên còn được gọi là hiện tượng Tyndall. Cho
một chùm tia sáng song song đi qua một ống thủy tinh đựng nước tinh
khiết.
Nếu quan sát theo phương OA (phương của chùm tia tới) sẽ thấy có ánh
sáng; còn theo phương khác, chẳn hạn phương OB vuông góc với phương ánh
sáng tới sẽ không nhìn thấy chùm tia sáng trong ống. Nước tinh khiết
là môi trường đồng tính quang học, nên nó không tán xạ ánh sáng. Bây
giờ nhỏ vài giọt sữa vào ống và lắc đều. Nhìn vào ống theo phương OB
ta sẽ nhìn thấy ánh sáng trong ống. Vậy chất lỏng trong ống bây giờ là
một môi trường vẫn đục, tán xạ ánh sáng đi qua nó.
Nghiên cứu hiện tượng tán xạ ánh sáng trong môi trường vẩn đục, chứa các
hạt lạ có kích thước bé so với bước sóng của ánh sáng thấy được (0.2 –
0.1λ) và quan sát ánh sáng tán xạ theo các phương làm với phương của
chùm tia tới những góc φ khác nhau. Tyndall đã rút ra được quy luật:
a. Nếu chùm tia tới là ánh sáng trắng thì ánh sáng tán xạ theo phương
làm với chùm tia tới một góc α ≠ 0 sẽ ngả về màu xanh lam, nói cách
khác ánh sáng có bước sóng ngắn trong miền quang phổ thấy được sẽ bị
tán xạ mạnh nhất.
b. Nếu ánh sáng tới là ánh sáng tự nhiên thì
ánh sáng tán xạ làm với phương của chùm tia tới một góc 0 ˂ φ ˂ 90o bị
phân cực một phần và theo phương vuông góc φ = 90o bị phân cực phẳng
hoàn toàn (nếu các hạt tán xạ đẳng hướng). Vectơ điện E của ánh sáng
tán xạ vuông góc với mặt phẳng chứa tia tới và phương quan sát.
2) Hệ thống DDM-fC theo nguyên lý đo tán xạ ánh sáng
(Tanaka Electric Laboratory Light Scattering Detector)
Hình 2- Sơ đồ nguyên lý đo tán xạ ánh sáng
Hệ thống sensor đo quang học gồm có các đầu sensor phát và thu ánh
sáng tán xạ từ các hạt bụi trong ống khói, hai đầu sensor này được đặt
theo phương vuông góc 90o với nhau. Phía đầu phát sẽ phát ánh sáng từ
nguồn sáng halogen vào vùng bụi bên trong ống khói thải, theo nguyên
lý tán xạ ánh sáng, các ánh sáng tán xạ phát ra từ các luồng hạt bụi
này sẽ truyền tới đầu sensor quang ở phía đầu thu ánh sáng, và đưa tín
hiệu này tới bảng mạch xử lý tín hiệu ở tủ điều khiển chính để xử lý
thành các tín hiệu điện với rơ le đầu ra cảnh báo mất nguồn, cảnh báo
báo lỗi khi bơm cấp khí chèn hỏng, hiển thị thông số nồng độ bụi trên
màn hình LCD và đưa ra đầu ra cách ly 4~20mA để đưa tiếp về hệ DCS của
nhà máy.
Nguyên lý đo tán xạ ánh sáng của Tanaka Electric
Laboratory đảm bảo đưa ra được kết quả đo đáng tin cậy trong các điều
kiện khắc nghiệt như khói bụi tích điện cao, khói có độ ẩm lớn và khói
có vận tốc thường xuyên thay đổi. Diện tích khu vực đo bụi của thiết
bị rộng theo cả ba chiều, bao gồm cả vùng diện tích rộng bên trong của
ống khói và hệ thống đo quang học có độ nhạy rất cao. Nguyên lý đo
tán xạ ánh sáng sử dụng bộ cảm biến quang học đảm bảo khả năng chống
nhiễu rất tốt. Thiết kế độc đáo của hệ thống này thể hiện ở chỗ là
tích hợp
hệ thống khí chèn giúp các đầu cảm biến luôn được làm sạch
và do đó hầu như không cần bảo trì trong quá trình sử dụng. Ngoài ra,
việc lắp đặt toàn bộ thiết bị cũng rất đơn giản. Thiết bị DDM-fC của
Tanaka có ưu điểm hơn hẳn các thiết bị đo nồng độ bụi khác sử dụng các
nguyên lý đo truyền thống là dùng điện cực (electrode method) hoặc
phương pháp đo quang thấu (optical penetration method), cụ thể:
* Phương pháp đo bằng điện cực (Electrode method)
Hình 3- Hình ảnh mô tả thiết bị đo kiểu điện cực
Về mặt lý thuyết phương pháp đo bằng điện cực (electrode method) tương
đối chính xác, tuy nhiên phương pháp này lại có những nhược điểm như:
- Các tín hiệu đầu ra thường bị nhiễu do độ ẩm và do đó kết quả đo nồng độ bụi là không đáng tin cậy.
- Không phù hợp khi lắp đặt ở đầu ra của các bộ lọc bụi tĩnh điện ESP/ EP.
- Không thể calib dải và điểm 0.
* Phương pháp đo quang thấu (Optical penetration method):
Hình 4- Hình ảnh mô tả nguyên lý đo theo phương pháp quang thấu
Phương pháp đo quang thấu (optical penetration method): cho luồng ánh
sáng đi xuyên qua khói từ 1 phía của ống khói và nồng độ bụi sẽ tương
ứng với cường độ hấp thụ lại ánh sáng đó ở đầu kia). Việc đầu tư cho
thiết bị theo phương pháp này tương đối thấp, tuy nhiên lại gặp những
nhược điểm như:
- Thường phụ thuộc rất nhiều vào tính chất của từng loại khói bụi.
- Đòi hỏi 2 đầu thiết bị phía truyền và hấp thụ ánh sáng phải đồng trục
- Diện tích vùng đo theo phương pháp này thường rất nhỏ hẹp và do đó thông số đo thường không chính xác.
- Việc lắp đặt thiết bị rất khó khăn và công việc bảo trì phức tạp, tốn kém.
Lắp đặt rất dễ dàng và đơn giản
Bảo trì hệ thống rất dễ dàng và đơn giản
Hệ thống DDM-fC có thể được lắp đặt, hiệu chỉnh và bảo trì ngay cả
trong khi nhà máy vẫn đang vận hành với bụi khói đang chạy trong ống
khói. Việc này không hề ảnh hưởng đến việc sản xuất của nhà máy. Trong
khi hầu hết các hệ thống đo kiểm soát bụi của các hãng khác đều cần
phải dừng nhà máy mới có thể thực hiện được công việc lắp đặt và bảo
trì.
Các lợi ích mang lại
Hệ thống kiểm soát nồng độ bụi của Tanaka Electric Laboratory không
chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, thể hiện trách nhiệm xã hội
của các doanh nghiệp, mà còn mang lại những lợi ích như:
- Tăng hiệu suất hoạt động của các nhà máy.
- Giảm thiểu chi phí vận hành của bộ lọc bụi tĩnh điện (ESP).
- Tăng tuổi thọ làm việc của các thiết bị trong nhà máy.
Ngoài ra, còn có những lợi ích khác như:
- Giảm thiểu thời gian, chi phí lắp đặt.
- Giảm thiểu thời gian, chi phí bảo trì.
Phạm vi ứng dụng của thiết bị
Hệ thống kiểm soát nồng độ bụi DDM-fC được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như:
- Nhà máy xi măng
- Nhà máy điện đốt than, dầu
- Nhà máy thép
- Nhà máy giấy và nguyên liệu giấy
- Nhà máy xử lý chất thải, lò đốt rác thải
- Lò hơi công nghiệp
- Lò hơi Biomass
- Nhà máy luyện kim nhôm
Sơ đồ nguyên lý:
Dưới đây là một số hình ảnh lắp đặt thực tế tại một số nhà máy:
DDM-fC tại nhà máy xi măng
DDM-fC tại nhà máy nhiệt điện đốt than
DDM-fC tại nhà máy điện chạy dầu
Thông số kỹ thuật của thiết bị
Tủ điều khiển chính
(1) Kết cấu: khung hộp lắp đặt ngoài trời
(2) Nguyên lý đo: tán xạ ánh sáng 90 độ
(3) Nguồn sáng: halogen
(4) Dải đo: từ 0 – 500 mg/Nm3 (dải đo có thể thay đổi được)
(5) Tín hiệu đầu ra: DC 4-20mA cách ly, RS-232C
(6) Màn hình hiển thị: dạng số 0 - 100%
(7) Tín hiệu cảnh báo: báo lỗi
(8) Hiệu chuẩn: điều chỉnh về 0 , Thay đổi lựa chọn bằng tay/tự động ; Điều chỉnh dải
(9) Nguồn cấp: AC100V±10% (50Hz/ 60Hz), 4A lấy từ hệ thống khí chèn
(10) Nhiệt độ làm việc: -10˚C ~ +50 ˚C
(11) Kích thước: 500 x 670 x 270mm
(12) Trọng lượng: ~ 45kg
(13) Màu sơn: Munsel 5Y7/1 G=40
Dây Cáp quang
(1) Kích thước: Ø4 x 4m (tiêu chuẩn)
Hệ thống đầu đo quang học
(1) Kích thước: 260 x 125 mm
(2) Trọng lượng: xấp xỉ 5 kg
(3) Vật liệu: thép không rỉ (SUS304)
(4) Trang bị bộ sấy khí để chống mờ thấu kính do hơi nước trong khí chèn.
(5) Mặt bích chữ nhật 200mm x 65mm để lắp trên đường ống.
(6) Đầu nối thiết bị chèn khí: đai ốc PT 1/4"
Tủ hệ thống khí chèn
(1) Chú ý lắp đặt:
Thiết bị này có thể dùng trong trường hợp áp lực của dòng bụi khói ngang bằng với áp suất khí quyển hoặc ở áp suất âm.
(2) Lưu lượng khí cấp: xấp xỉ 100 lít/phút
(3) Tín hiệu cảnh báo: báo lỗi khi bơm cấp khí hỏng
(4) Nguồn cấp: AC220V±10% (50Hz/ 60Hz), Công suất 1KVA
(5) Nhiệt độ làm việc: -10 ˚C ~ +50 ˚C
(6) Kích thước: 530 mm x 504 mm x 322mm
(7) Trọng lượng: ~ 35kg
Đại diện tại Việt Nam:
Công ty Cổ phần kỹ thuật năng lượng và môi trường EEC
Phòng 706, tầng 7 toà nhà Artex, số 172 Phố Ngọc Khánh – Quận Ba Đình, TP Hà Nội, Việt Nam.
ĐT +84 4 3562 5152
Fax. +84 4 3562 5153
Email: sales@eecgroup.com.vn
Website: www.eecgroup.com.vn
|
