Kiểm soát hiệu quả máy hút bụi phun nhiệt

Hầu hết các hoạt động phun nhiệt yêu cầu một số loại thông gió để xả các hợp chất dư thừa khỏi khu vực phun nhiệt. Ngay cả các quy trình phun nhiệt được thiết kế tốt cũng có xu hướng không hiệu quả, liên quan đến lượng vật liệu được phun thực sự đáp xuống mục tiêu; Hiệu phun đạt 50% được coi là tốt.

Một lĩnh vực tiến bộ là nỗ lực tái tạo các lớp phủ phức tạp hơn (và đắt tiền hơn) của các quy trình plasma và HVOF với các hệ thống hồ quang hiệu quả hơn về chi phí. Quá trình hồ quang tạo ra các hạt rất mịn và thường có trọng lượng nhẹ, có thể khó loại bỏ đúng cách khỏi dòng khí thải. Hiện có các hệ thống thu gom bụi đã được kiểm chứng tốt có thể xử lý bụi phun nhiệt. Thật không may, phần lớn các hệ thống này được vận hành với các điều khiển quản lý luồng không khí tương đối thô sơ. Bài viết này tập trung vào lợi ích vận hành và tiết kiệm chi phí có thể được thực hiện bằng cách sử dụng công nghệ thông minh hơn cho khí thải phun nhiệt.

Thiết kế hệ thống thích hợp

Các hoạt động phun nhiệt lớn hơn thường bao gồm một không gian kín, nơi phun thực sự xảy ra. Các hợp chất phun không sử dụng sau đó được thông gió từ vỏ ngoài trong khi không khí sạch đang được hút vào trong đó. Tùy thuộc vào thiết kế của vỏ hộp và hình dạng của mục tiêu được phun, thể tích không khí tối ưu có thể được xác định để kiểm soát thích hợp các hạt bụi thừa. Ví dụ, một vỏ bọc có thể cần 10.000 feet khối mỗi phút (cfm) để kiểm soát bụi thích hợp. Nhiều hơn sẽ là lãng phí, và ít hơn sẽ không đủ.

Từ điểm xuất phát đó có thể thiết kế một hệ thống hút bụi thích hợp. Hệ thống này thường bao gồm một ống dẫn để vận chuyển bụi, một bộ lọc để loại bỏ bụi khỏi không khí và một quạt để cung cấp năng lượng để tạo ra luồng khí.

Quạt thông gió cho hệ thống 10.000 cfm có thể yêu cầu 30-40 mã lực. Yêu cầu về lưu lượng khí nói chung là cố định và không được thay đổi trừ khi vỏ hộp được thiết kế lại. Người ta thường chấp nhận rằng tốc độ 3500-4000 fpm là tối ưu để vận chuyển bụi trong ống dẫn tròn ¹. Việc di chuyển không khí chậm hơn sẽ tạo điều kiện cho các hạt bụi bay ra và đọng lại dưới đáy ống dẫn - tạo ra nguy cơ hỏa hoạn và có khả năng làm tắc ống dẫn. Không khí di chuyển nhanh hơn làm lãng phí năng lượng của quạt và tạo ra sự hao mòn không cần thiết trên các ống dẫn. Ví dụ của chúng tôi, di chuyển 10.000 feet khối mỗi phút với vận tốc 3500-4000 feet/phút yêu cầu lựa chọn một ống dẫn tròn đường kính 22 inch. Lựa chọn này có diện tích mặt cắt ngang là 2.6398 feet vuông, dẫn đến vận tốc là 3788 feet trên phút.

Quạt và áp suất tĩnh

Quạt thông gió công nghiệp tạo ra áp suất chân không để hút không khí qua hệ thống. Chân không cục bộ này được gọi là áp suất tĩnh và thường được đo bằng “inch của thước nước”. Các nhà thiết kế hệ thống sử dụng các mô hình toán học khác nhau để ước tính áp suất tĩnh cần thiết để đạt được luồng không khí mong muốn. Các yếu tố trong hệ thống ảnh hưởng đến áp suất tĩnh yêu cầu bao gồm trong số các yếu tố khác:

Kích thước và hình dạng của vỏ máy phun nhiệt
Số lượng và bán kính của khớp nối trong ống dẫn
Tổng chiều dài của các ống dẫn trong hệ thống
Đường kính của ống dẫn được sử dụng và vận tốc của không khí
Lựa chọn bộ thu bụi
Các hạng mục sau bộ lọc (chẳng hạn như bộ lọc HEPA hoặc bộ giảm thanh khí thải)

Nhiều yếu tố trong số này không thay đổi trong quá trình vận hành hệ thống. Các trường hợp ngoại lệ là bộ lọc hút bụi và bộ lọc HEPA. Khi bụi tích tụ trên các bộ lọc, áp suất giảm hoặc lực cản trên các bộ lọc sẽ tăng lên. Hệ thống yêu cầu áp suất tĩnh bổ sung để khắc phục sự tích tụ của bụi trên bề mặt của bộ lọc.

Quạt thường được lựa chọn để đảm bảo luồng không khí đầy đủ trong suốt vòng đời của bộ lọc bằng cách bao gồm đủ áp suất tĩnh để duy trì luồng không khí khi bộ lọc hết thời gian sử dụng. Các bộ lọc sắp hết tuổi thọ sẽ bị sụt áp cao hơn các bộ lọc mới. Để kéo dài tuổi thọ sử dụng, các bộ lọc trong bộ thu bụi dạng phun nhiệt được thiết kế để làm sạch trong khi hệ thống đang chạy. Sự tích tụ nhiều lần của bụi, theo sau là chu trình tự làm sạch của bộ hút bụi, gây ra sự dao động nhỏ trong yêu cầu áp suất tĩnh của hệ thống. Nếu điều này không được giải quyết, hệ thống có thể bị giảm và tăng lưu lượng khí với các vấn đề liên quan đến bụi lắng trong ống dẫn hoặc trong vỏ máy phun nhiệt.

Luồng không khí nhiều hơn mức tiêu chuẩn qua hộp phun nhiệt có thể ảnh hưởng đến chất lượng lớp phủ bằng cách kéo vật liệu phun ra khỏi bộ phận mục tiêu phun. Để tránh những vấn đề tiềm ẩn này, phải kiểm soát lượng không khí. Thiết bị phổ biến nhất được sử dụng để điều khiển quạt là một van điều tiết, tạo ra một tải trọng nhân tạo lên quạt để “quay” nó trở lại luồng gió mong muốn. Để duy trì luồng không khí, van điều tiết sẽ phải được mở hoặc đóng khi cần thiết để giữ vận tốc mong muốn trong ống dẫn. Điều này hiếm khi được thực hiện với độ chính xác cần thiết để liên tục đạt được luồng không khí theo quy định qua hệ thống và nếu nó được thực hiện thủ công, nó sẽ cần sự giám sát liên tục của người có chuyên môn. Việc này sẽ tốn kém và khó khăn, điều này giải thích tại sao hầu hết các hoạt động phun nhiệt đều chọn tâm lý “set and forget” liên quan đến điều khiển quạt.

Hệ thống điều khiển biến tần & điều khiển luồng không khí

Cách tốt hơn để điều khiển quạt và duy trì luồng không khí liên tục trong hệ thống là sử dụng bộ truyền động biến tần (VFD). VFD vận hành động cơ quạt ở một tốc độ quay cụ thể dựa trên việc điều chỉnh tần số hertz. Trong khi nguồn điện ba pha thông thường ở Bắc Mỹ thường chạy trên tần số 60 HZ, VFD cho phép người vận hành chọn một tần số cụ thể để làm chậm hoặc tăng tốc độ quay của quạt. Trong một hệ thống lý tưởng, hệ thống sẽ chỉ chạy ở tốc độ tối đa khi yêu cầu tải áp suất tĩnh của các bộ lọc bẩn. Thời gian còn lại, quạt sẽ chạy với tốc độ chậm hơn để tạo ra chính xác lượng tĩnh cần thiết. Phương thức hoạt động này mang lại lợi ích trong việc tiết kiệm chi phí.

Các mô hình toán học tồn tại có thể giúp chứng minh điều này, sử dụng một vài giả định đơn giản và một số biến hệ thống. Nói chung, việc nâng cấp VFD và hệ thống kiểm soát luồng không khí có thể tự hoàn trả trong vòng chưa đầy hai năm, và quan trọng hơn, hệ thống hút bụi sẽ chạy ở tốc độ phù hợp. Điều này có thể giúp tiết kiệm hao mòn hệ thống, và đặc biệt là trên các bộ lọc tải có bề mặt cao cấp cần thiết cho hệ thống phun nhiệt. Bất kỳ quyết định nâng cấp nào lên hệ thống VFD và kiểm soát luồng không khí phải bao gồm các yếu tố tiết kiệm sau:

Chi phí bộ lọc
Chi phí nhân công
Chi phí xử lý
Chi phí hàng tồn kho
Chi phí vận chuyển (đối với bộ lọc mới và loại bỏ bộ lọc cũ)
Quy trình chất lượng
Hoạt động ổn định của hệ thống và duy trì thích hợp luồng không khí trong hệ thống

Kiểm soát VFD

Sau khi quyết định sử dụng VFD, bước tiếp theo là xác định phương pháp cung cấp đầu vào liên tục. Mục tiêu là duy trì luồng không khí mong muốn bất kể sự dao động của áp suất tĩnh hệ thống. Bằng cách sử dụng thiết bị đo lưu lượng gió được lắp đặt trong hệ thống ống dẫn, bộ điều khiển có thể điều chỉnh tốc độ quạt để điều chỉnh các thay đổi. Các thiết bị này phù hợp nhất với môi trường không khí sạch, và do đó thường được lắp đặt trong ống dẫn tại vị trí sau khi không khí được lọc. Đây có thể là một ống dẫn trên đầu ra của quạt với khoảng cách cần thiết để cung cấp một tín hiệu ổn định, đáng tin cậy về tổng lưu lượng gió di chuyển qua hệ thống.

Một phương pháp thay thế là đo áp suất tĩnh của hệ thống, thay vì luồng không khí thực tế tại một điểm trong hệ thống ống dẫn ngay trước khi không khí đi vào bộ hút bụi. Ở lưu lượng gió quy định, lượng áp tĩnh cần thiết là một hàm của các yếu tố không thay đổi miễn là hệ thống không bị thay đổi cơ học. Các bộ lọc sẽ bị bẩn và sau đó sẽ được làm sạch, nhưng áp suất tĩnh cần thiết ở đầu vào của bộ hút bụi sẽ giữ nguyên nếu hệ thống đang chạy ở luồng không khí quy định. Bộ điều khiển duy trì trạng thái tĩnh đó là cách đơn giản nhất để kiểm soát hiệu quả VFD trong hệ thống thu gom bụi. Khi các bộ lọc tăng sức cản, luồng không khí do quạt phân phối sẽ giảm xuống. Việc giảm luồng không khí này tạo ra yêu cầu tĩnh thấp hơn trong ống dẫn phía trước bộ thu, vì vậy bộ điều khiển sẽ ra lệnh cho VFD tăng công suất để duy trì tĩnh. Ngược lại, khi các bộ lọc được làm sạch xung, điện trở trong hệ thống giảm và VFD sẽ giảm công suất để duy trì cùng mức độ tĩnh. Kết quả là luồng không khí ổn định với những lợi ích liên quan và sự tiết kiệm đi kèm.

Cân nhắc

Có những tình huống khi sử dụng VFD và hệ thống kiểm soát luồng không khí sẽ có những lợi ích hạn chế. Khi chỉ sử dụng một bộ hút bụi đơn lẻ (và một quạt đơn) để phục vụ không liên tục một hoặc hai ô tại một hệ thống nhiều ô phun nhiệt, không có cách đơn giản nào để sử dụng hiệu quả công suất biến đổi của quạt. Đây là một hạn chế của hệ thống ống dẫn - không phải là một hạn chế của VFD.

Phần kết luận

Công nghệ phun nhiệt đang phát triển và các phương pháp tiếp cận mới thường tạo ra những thách thức lớn hơn cho các bộ phận liên quan như hệ thống xả. Mặt khác, những tiến bộ trong các thành phần phụ có thể giúp tinh chỉnh hoạt động phun nhiệt tổng thể và hầu như mọi hệ thống hút bụi phun nhiệt đang tồn tại đều có thể hưởng lợi từ việc sử dụng bộ truyền động biến tần. Ngày càng thấy rõ rằng việc kiểm soát luồng không khí chính xác là rất quan trọng và tiết kiệm năng lượng cũng có thể là một lợi ích bổ sung.

Liên hệ Công ty LVT Việt Nam để được tư vấn!

CÔNG TY TNHH LVT VIỆT NAM

Địa chỉ: Cụm 3, Duyên Thái, Thường Tín, TP. Hà Nội