Giải pháp công nghệ Camera quét nhiệt bằng sóng âm- Acoustic Pyrometer

1. Giới thiệu hoàn cảnh ra đời công nghệ

Như trong rất nhiều bài viết đã giới thiệu, việc theo dõi quá trình cháy trong lò hơi đốt than đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong việc giám sát và vận hành nhà máy, việc theo dõi chính xác quá trình đốt cháy của nhiên liệu góp phần tăng hiệu suất đốt, giảm lượng than cấp, giảm điện tự dùng của các thiết bị phụ trợ, cũng như duy trì được tốt nhất tuổi thọ của các hệ thống cơ khí có trong lò hơi, v.v.

Hiện nay, đa số các nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam chưa hề được trang bị hệ thống Camera theo dõi quá trình cháy trong lò hơi, các dạng Camera hiện tại được lắp đặt tại những nhà máy này thì là một dạng khác, được sử dụng chủ yếu vào công tác theo dõi ngọn lửa khi lò hơi mới khởi động. Các dạng Camera Nhiệt thì cũng gần như chưa có.

Trên thế giới, Công nghệ Camera Nhiệt cũng đã được ứng dụng rất nhiều, các hãng sản xuất camera Nhiệt lớn có thể kể đến như: Vision TiR – Tây Ban Nha, HGH – Pháp, tuy nhiên, những dạng công nghệ này cũng mới chỉ dừng lại ở mức có thể theo dõi được mặt cắt 2D của ngọn lửa, phát hiện được tro xỉ bám trong các ống sinh hơi, còn riêng về chiều sâu, bản đồ phân bổ nhiệt trong lò hơi ở từng mặt cắt dọc thì vẫn chưa có. Camera Nhiệt thường sẽ chỉ được lắp đặt theo phương vuông góc hoặc chéo so với thân lò, điều đó dẫn đến việc khó quan sát được vị trí chính xác của tâm ngọn lửa, vận hành viên không thể biết được rằng liệu mình điều chỉnh vòi đốt như vậy đã hợp lí chưa, liệu vùng nhiệt trong lò và lượng than phun tại từng vòi cấp có chính xác để đạt hiệu năng cháy tốt nhất. Đó là lý do sản phẩm HỎA KẾ ÂM THANH – ACOUSTIC PYROMETER được ra đời.

 Vậy Hỏa kế âm thanh là gì?

Hỏa kế âm thanh là hệ thống đo lường không tiếp xúc, thu thập dữ liệu nhiệt độ khí tức thời có độ chính xác cao ở các khu vực quan trọng của lò hơi.

2. Hỏa kế âm thanh hoạt động như thế nào?

Nguyên lí hoạt động của Hỏa kế âm thanh rất đơn giản: Tốc độ âm thanh trong chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ của chất khí. Sản phẩm này đo thời gian bay giữa 2 thiết bị thu và phát và khi biết khoảng cách thì tốc độ âm thanh có thể được tính toán. Sau đó, kết quả này được chuyển thành phép đo nhiệt độ đường dẫn không có bức xạ. Phép đo đa đường tạo thành tạo thành một hệ thống lưới dày đặc, từ đó cho phép tạo một cơ sở dữ liệu rất chính xác.

3. Cụ thể?

Sản phẩm hoạt động dựa trên nguyên lí vật lí là tốc độ âm thanh truyền qua một thể tích khí tỷ lệ thuận với nhiệt độ của khí đó. Vận tốc mà sóng âm truyền qua hỗn hợp khí là hàm số cơ bản của nhiệt độ tuyệt đối và ở mức độ thấp hơn là hàm số của thành phần khí. Đối với hầu hết các ứng dụng, các thành phần khí và số lượng tương đối của chúng đều được biết rõ hoặc nằm trong một khoảng giá trị nhỏ. Do đó, nhiệt độ khí trung bình dọc theo thể tích đường truyền giữa nguồn âm thanh và máy thu có thể được xác định bằng cách: trước tiên đo “thời gian bay” của sóng âm (đó là thời gian để sóng âm truyền đi từ bộ phát đến bộ thu âm) và bằng cách biết khoảng cách giữa bộ phát và bộ thu, nhiệt độ có thể được tính toán.

Ảnh: Tổng quan của một hệ thống quét nhiệt bằng sóng âm Acoustic Pyrometer

Tín hiệu âm thanh băng rộng được phát ra từ nguồn âm thanh điều khiển bằng khí nén đặt ở một bên của lò và tín hiệu đến được phát hiện ở phía đối diện bởi bộ chuyển đổi thu. Khoảng thời gian giữa lúc phóng và lúc phát hiện chính là thời gian bay, sau đó giá trị này được sử dụng để tính toán nhiệt độ trung bình của khí trong thể tích giữa bộ nguồn và bộ thu. Nguyên tắc cơ bản của phép đo nhiệt kế âm thanh dựa trên thực tế là tốc độ âm thanh trong chất khí thay đổi theo đường dẫn âm thanh. Những mối quan hệ phức tạp này được mô tả bằng phương trình:

Trong đó,

c = tốc độ âm thanh trong chất khí (m/giây)

d = khoảng cách sóng âm truyền đi (m)

t = thời gian truyền sóng âm, (giây)

r = tỷ số nhiệt dung riêng

R = hằng số khí phổ quát, 8,314 J/mol -°K

T = nhiệt độ, °K

M = trọng lượng phân tử (Kg/mol)

Với nguồn âm thanh (bộ phát) được lắp đặt ở một bên của lò và Micro (bộ thu) ở phía đối diện, tín hiệu âm thanh có thể được phát ra từ máy phát và được máy thu phát hiện. Vì khoảng cách này là cố định và đã biết nên việc đo thời gian truyền tín hiệu âm thanh cho phép tính toán nhiệt độ trung bình của khí dọc theo đường đi đó.

Bằng cách áp dụng chuyển đổi từ độ K sang độ F, sẽ thu được biểu thức liên quan đến nhiệt độ khí(tính bằng °F ) với khoảng cách, thời gian bay và thành phần khí:

Nơi:

Nhiệt độ cũng có thể được biểu thị bằng độ C, sử dụng phương trình sau:

Nơi:

d = distance, (meters)

Như vậy, Evertech đã phân tích rất chi tiết về nguyên lí hoạt động của thiết bị này.

Lợi ích của thiết bị mang lại?

1. Giảm thiểu sự mất cân bằng nhiệt độ là nguyên nhân làm tăng lượng khí thải, ăn mòn, đóng cặn, xói mòn

2. Tăng tính khả dụng của hệ thống lò hơi mỗi ngày, tránh được tổn thất

3. Giảm thiểu sự mất cân bằng Oxy

4. Giảm tiêu thụ than > 1000 tấn/năm (than cứng)

5. Giảm đỉnh CO và Nox

6. Giảm 20 -40% mức tiêu thụ phụ gia với mức giảm NOx theo giá trị tiền tệ hiện hành

Ảnh: Bản đồ phân bố nhiệt trong lò hơi

Nguồn: Bonnenberg & Drescher GmbH

Nhìn trên hình ta có thể thấy được phân bổ nhiệt theo mặt cắt ngang của lò hơi, vận hành viên có thể dựa vào những hình ảnh này để điều chỉnh các vòi phun than và vòi đốt than một cách phù hợp nhất với mong muốn.

Ảnh: Bản đồ phân bổ nhiệt độ trong lò đốt

Nguồn: Bonnenberg & Drescher GmbH

Hơn thể nữa,

Ảnh: Bản đồ phân bổ nhiệt độ 3D của lò hơi

Nguồn: Valmet

Ảnh: Cách thức lắp đặt hệ thống trong khu vực Economizer

Nguồn: Valmet

Các hãng sản xuất/nhà phân phối lớn trên thế giới?

Với những nhà máy điện tại Việt Nam, việc áp dụng được những sản phẩm kiểu như thế này vào trong quá trình vận hành và sản xuất sẽ nâng cao rất nhiều năng suất lao động và giải quyết được cơ số các vấn đề chúng tôi đã nêu ở đầu bài viết. Tuy nhiên, vì là một công nghệ tiên tiến, giá của toàn bộ hệ thống vẫn là một con số khiến các nhà đầu tư cần suy nghĩ. Hy vọng trong tương lai, với những yêu cầu khắt khe về phát thải môi trường và chất lượng than ngày một xuống cấp, giá than ngày càng tăng cao, Evertech Việt Nam sẽ có cơ hội mang sản phẩm này phục vụ đến tay quý khách hàng.

Mọi thông tin chi tiết về sản phẩm, quý khách hàng vui lòng liên hệ:

CÔNG TY CỔ PHẦN CÔNG NGHỆ VÀ ĐẦU TƯ EVERTECH VIỆT NAM

 Địa Chỉ: Tòa nhà MHDI, số 60 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội

 Phone: 024.8585.2299

 Hotline: 088.604.6088

 Email: sales@evertech.vn

 Website: evertech.vn