Nghiên cứu ứng dụng máy thổi khí ly tâm đệm khí để tiết kiệm năng lượng, giảm ồn trong ngành xi măng
Wang Xinming (Weifang FuYuan Turbocharger Co., Ltd., Weifang, Shandong 261205)
Tóm tắt: Máy thổi khí ly tâm đệm khí là loại máy thổi khí ly tâm kiểu mới, hiệu suất cao, tiết kiệm năng lượng và thân thiện môi trường; bài viết giới thiệu cấu tạo và nguyên lý vận hành của máy thổi khí ly tâm đệm khí; so với máy thổi khí truyền thống, máy có các ưu điểm tiết kiệm năng lượng, độ ồn thấp, không dầu, vận hành tin cậy, thao tác đơn giản, tuổi thọ sử dụng dài, không cần hệ thống phụ trợ đi kèm, diện tích chiếm chỗ và khối lượng công việc bảo trì nhỏ; kết hợp với trường hợp thực tế cải tạo tiết kiệm năng lượng máy thổi khí tại một nhà máy xi măng, bài viết chứng minh rằng khi máy thổi khí ly tâm đệm khí thay thế máy thổi khí Roots trong các khâu sản xuất của doanh nghiệp xi măng như vận chuyển than bột và cấp gió cho lò quay, silo bột liệu, hiệu quả tiết kiệm năng lượng rất rõ rệt và tiếng ồn giảm rõ.
Từ khóa: máy thổi khí ly tâm đệm khí, xi măng, vận chuyển vật liệu, vận chuyển khí, điện năng tiêu thụ, tiếng ồn.
Lời mở đầu:
Máy thổi khí giữ vị trí quan trọng trong quá trình sản xuất xi măng. Trong bối cảnh hiện nay về tiết kiệm năng lượng, giảm phát thải, chuyển đổi động lực cũ – mới và sản xuất lệch đỉnh trở thành thường xuyên, tình hình bảo vệ môi trường của ngành xi măng ngày càng gay gắt, việc tiết kiệm năng lượng, giảm tiêu hao là tất yếu. Trong sản xuất xi măng, quạt và máy thổi khí tiêu thụ năng lượng rất lớn, chiếm khoảng 30%~35% tổng năng lượng tiêu thụ. Làm tốt việc tiết kiệm năng lượng, giảm tiêu hao của máy thổi khí có vai trò then chốt đối với việc tiết kiệm năng lượng, giảm tiêu hao trong các khâu sản xuất xi măng. Máy thổi khí truyền thống đã gặp điểm nghẽn ở đây; máy thổi khí ly tâm đệm khí đưa ra hướng giải quyết vấn đề này: loại bỏ các hệ thống mà máy thổi khí truyền thống bắt buộc phải có như bánh răng tăng tốc, khớp nối, bôi trơn và quạt làm mát, dùng các công nghệ động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu tốc độ cao, ổ đỡ khí động dạng lá, bánh công tác ly tâm dòng ba chiều, điều khiển biến tần; máy có thể điều chỉnh tốc độ quay theo nhu cầu của chế độ làm việc để bảo đảm thiết bị vận hành hiệu suất cao, nhờ đó giảm hiệu quả năng lượng tiêu thụ, tránh ô nhiễm thứ cấp cho môi trường do tiếng ồn, rung động và dầu bôi trơn thải, giảm khối lượng công việc bảo trì thiết bị và tiết kiệm chi phí bảo trì thiết bị. Điều này có ý nghĩa thực tế then chốt đối với sự phát triển chất lượng cao của ngành xi măng và việc nâng cao sức cạnh tranh của doanh nghiệp xi măng.
1 Giới thiệu máy thổi khí ly tâm đệm khí
1.1 Nguyên lý
Máy thổi khí ly tâm đệm khí thuộc loại thiết bị turbo tốc độ cao, có thiết kế tích hợp nhỏ gọn, kết cấu lắp trên khung (skid), sử dụng các công nghệ cốt lõi gồm ổ đỡ khí động dạng lá, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu tốc độ cao, bánh công tác ly tâm dòng ba chiều, điều khiển biến tần và đo kiểm, giám sát. Nguyên lý cơ bản là động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu tốc độ cao, được đỡ bằng ổ đỡ khí và điều khiển bằng biến tần, trực tiếp dẫn động bánh công tác ly tâm đồng trục sinh công; không khí được hút vào qua cửa nạp của vỏ xoắn ốc, dưới tác dụng của lực ly tâm của bánh công tác tạo thành khí nén có vận tốc và áp suất nhất định rồi thoát ra qua cửa ra của vỏ xoắn ốc; bánh công tác ly tâm quay liên tục bảo đảm không khí được hút vào và đẩy ra không gián đoạn, nhờ đó đạt mục đích thổi khí liên tục. Công nghệ điều khiển biến tần tính năng cao giúp chiến lược điều khiển máy thổi khí đơn giản hơn, vận hành êm hơn và dải làm việc có thể điều chỉnh rộng hơn.
1.2 Cấu tạo
(1) Ổ đỡ khí động dạng lá
Ổ đỡ khí động dạng lá là loại ổ đỡ khí động dùng lá đàn hồi làm phần đỡ. Trước khi máy thổi khí khởi động, ngõng trục rôto và ổ đỡ có tiếp xúc vật lý; khi khởi động, rôto và ổ đỡ chuyển động tương đối với nhau; rôto quay kéo theo dòng không khí tạo ra lực căng khí, làm các lá của ổ đỡ khí mở ra và tách khỏi rôto; dưới hiệu ứng khí động, giữa lá và rôto hình thành một lớp màng khí hoàn chỉnh, ổ đỡ nâng rôto lơ lửng nhờ trường áp suất không khí. Khi rôto quay ở tốc độ cao, giữa trục quay và ổ đỡ không có điểm tiếp xúc vật lý, không cần dầu bôi trơn, tổn thất năng lượng rất thấp. Bề mặt lá của ổ đỡ khí có lớp phủ rắn chịu nhiệt độ cao, không cần bảo trì, có thể khởi động – dừng trên 20000 lần không hỏng hóc; tính mỗi ngày khởi động – dừng một lần thì có thể vận hành 54.8 năm, thuộc loại ổ đỡ bán vĩnh cửu.
(2) Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu tốc độ cao
Động cơ dùng công nghệ động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu tiên tiến của thế giới, được dẫn động và điều tốc bằng biến tần tính năng cao; tốc độ quay của động cơ có thể đạt 150000 rpm, hiệu suất đạt trên 97%; rôto động cơ nối trực tiếp với bánh công tác, không có tổn thất truyền động, hiệu suất truyền động có thể đạt 100%.
(3) Bánh công tác ly tâm dòng ba chiều
Bánh công tác thuộc loại nửa hở, được thiết kế và tối ưu thông số theo lý thuyết dòng chảy ba chiều, hiệu suất cao và dải lưu lượng rộng; vật liệu là nhôm rèn độ bền cao, được gia công định hình trên trung tâm gia công năm trục, khả năng chống biến dạng cao; hiệu suất cao nhất tại điểm làm việc của bánh công tác có thể đạt 85%, tuổi thọ sử dụng trên 30 năm.
(4) Công nghệ điều khiển biến tần và đo kiểm, giám sát
Máy thổi khí dùng PLC và điều khiển điều tốc biến tần vectơ không cảm biến, dùng phương pháp điều chỉnh tần số để điều khiển tốc độ quay của động cơ nam châm vĩnh cửu, từ đó điều khiển lưu lượng và áp suất đầu ra của máy thổi khí, đáp ứng nhu cầu của mọi chế độ làm việc. Hệ thống điều khiển thông minh có thể dự báo hiện tượng surge và thực hiện điều khiển tại chỗ; thiết bị được lắp hệ thống đo kiểm, giám sát, có thể giám sát từ xa và truyền dữ liệu.
1.3 Các ưu điểm tính năng chính
(1) Hiệu suất cao, tiết kiệm năng lượng
Máy thổi khí ly tâm đệm khí dùng các công nghệ tiên tiến như bánh công tác ly tâm hiệu suất cao, ổ đỡ khí động dạng lá, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu tốc độ cao truyền động trực tiếp và ổ đỡ khí động không tiếp xúc; khi làm việc, máy có thể tự động điều chỉnh tốc độ quay của động cơ theo lưu lượng gió yêu cầu, bảo đảm thiết bị vận hành với hiệu suất cao. So với máy thổi khí Roots truyền thống, máy có thể tiết kiệm 20%-30% năng lượng; so với máy thổi khí ly tâm nhiều cấp truyền thống, có thể tiết kiệm 15%-20% năng lượng; so với máy thổi khí ly tâm một cấp tăng tốc bằng bánh răng, có thể tiết kiệm 10%-15% năng lượng.
(2) Không rung, độ ồn thấp
Công nghệ ổ đỡ khí động giúp các bộ phận quay và hệ thống cơ khí không tiếp xúc với nhau, không có ma sát cơ khí, vận hành êm, không rung; độ ồn toàn máy ở khoảng cách 1 m so với thiết bị nhỏ hơn 80dB, không cần lắp thiết bị cách âm.
(3) Không dầu bôi trơn, không cần bảo dưỡng cơ khí, dễ bảo trì
Công nghệ ổ đỡ khí động và kết cấu truyền động trực tiếp loại bỏ hộp số phức tạp và hệ thống ổ đỡ bôi trơn bằng dầu mà máy thổi khí truyền thống bắt buộc phải có; hệ thống không cần hệ thống dầu bôi trơn, hoàn toàn không cần dầu bôi trơn, không cần bảo dưỡng cơ khí; bảo trì hằng ngày chỉ là thay bộ lọc không khí, giảm hiệu quả chi phí bảo trì cho người dùng.
(4) Mức độ tích hợp hệ thống cao
Điều khiển tại chỗ và hệ thống biến tần được tích hợp thành một khối; qua bảng điều khiển có thể cài đặt mọi chức năng và tra cứu các dữ liệu như tốc độ quay, nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, công suất tiêu thụ của thiết bị. Bộ lọc hiệu suất cao, hệ thống làm mát, hệ thống chống surge, chế độ bảo vệ khi mất điện bất ngờ và khi có sự cố, màn hình cảm ứng thời gian thực… vừa nâng cao sự thuận tiện khi thao tác vừa giảm sự cố vận hành.
(5) Dễ lắp đặt
Toàn máy được bố trí theo thiết kế tích hợp nhỏ gọn, kết cấu lắp trên khung (skid), kích thước nhỏ, lắp đặt và thao tác đơn giản.