MỸ – Về bản chất, các hệ thống hút bụi không đạt hiệu suất cao (*). Tuy nhiên, với công nghệ mới, ngay cả những hệ thống hút bụi cũ cũng có thể được nâng cao hiệu quả hoạt động. Hệ thống hút bụi có quy mô càng lớn thì cơ hội cải thiện hiệu suất và tiết kiệm chi phí càng cao.
(*) Các hệ thống hút bụi thường không đạt hiệu suất cao vì chúng phải xử lý một lượng lớn không khí chứa các hạt bụi rất nhỏ và nhẹ. Những hạt bụi này dễ bị cuốn theo dòng không khí, khiến việc tách chúng ra khỏi không khí trở nên khó khăn. Để thu được nhiều bụi hơn, hệ thống phải dùng màng lọc dày hoặc làm không khí đi chậm lại, nhưng điều này làm tăng lực cản, khiến quạt phải hoạt động mạnh hơn và tiêu tốn nhiều điện năng hơn.

Với một hệ thống thông minh, việc giảm 25% tổn thất áp suất (của hệ thống quạt hút bụi) có thể mang lại mức tiết kiệm năng lượng lên đến 58%, và khi giảm 50% tổn thất áp suất, mức tiết kiệm năng lượng có thể đạt 87%.

Trong nền kinh tế cạnh tranh hiện nay, mỗi doanh nghiệp cần xem xét mọi lợi thế cạnh tranh. Một lĩnh vực mà nhiều công ty thường bỏ qua là hiệu suất hoạt động của các thiết bị lọc không khí. Trước đây, các ngành công nghiệp thường mua hệ thống hút bụi cho một mục đích cụ thể và không có lựa chọn tích hợp hệ thống điều khiển thông minh. Tuy nhiên, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, giờ đây việc bổ sung hệ thống điều khiển thông minh vào hệ thống hút bụi hiện có đã trở nên khả thi và đạt được những kết quả như sau:
– Giảm đáng kể lượng điện năng tiêu thụ, giảm hơn 50% (hãy xem các nghiên cứu tình huống thực tế được trình bày trong bài viết này)
– Hiệu suất được cải thiện
– Tăng công suất
– Tuổi thọ bộ lọc được cải thiện
– Giảm tiếng ồn của quạt
– Kết hợp nhiều bộ thu thập dữ liệu trên một bộ điều khiển chính
– Cung cấp một bảng điều khiển dễ đọc để theo dõi và ghi lại các dữ liệu

Những cải tiến này có tác động tích cực đến các mục tiêu phát triển bền vững của doanh nghiệp và tăng lên theo cấp số nhân với các hệ thống thu gom bụi lớn hơn.

Hệ thống điều khiển thông minh sử dụng một tủ điều khiển trung tâm, được kết nối với tất cả các bộ phận trong nhà máy có liên quan đến hệ thống hút bụi. Trên thực tế, tại bất kỳ cơ sở sản xuất nào, tỷ lệ thiết bị hoặc tài sản thực sự đang vận hành tại một thời điểm nhất định thường chỉ đạt từ 50% – 70%. Tỷ lệ này đã bao gồm các khoảng thời gian dành cho lắp đặt và tháo dỡ, bảo trì, thiếu nhân sự vận hành, thời gian nghỉ, chuyển ca và nhiều nguyên nhân khác. Do đó, hệ thống thông minh sẽ chỉ tạo ra lực hút cần thiết tương ứng với số lượng thiết bị đang hoạt động, và tự động điều chỉnh tốc độ quạt cho phù hợp.

Trong nhiều trường hợp, khi một hệ thống hoạt động theo nhu cầu, công suất bổ sung sẽ được giải phóng trong hệ thống hiện có. Ngoài ra, khi hệ thống hút bụi hoạt động hiệu quả hơn, tốc độ luồng không khí đi qua vật liệu lọc sẽ giảm, do đó cho phép các bộ lọc được làm sạch hơn và tăng đáng kể tuổi thọ của bộ lọc. Trong khi giám sát các bộ lọc, hệ thống điều khiển chỉ làm sạch các bộ lọc khi thực sự cần thiết và tiết kiệm khí nén. Khi quạt giảm tốc độ do nhu cầu, tiếng ồn của quạt cũng sẽ giảm. 

Đây là bảng điều khiển điển hình của một hệ thống điều khiển thông minh, hiển thị dữ liệu trực tiếp và lịch sử về hệ thống hút bụi, bao gồm cả mức tiêu thụ năng lượng thực tế của quạt, hiện đang hoạt động ở mức 41,8 Hz

Nhiều doanh nghiệp tuyên bố rằng họ cung cấp hệ thống điều khiển, biến tần và cửa gió tự động, nhưng nếu hệ thống điều khiển chỉ đơn thuần thực hiện chức năng đóng mở các cửa gió, thì đó chưa thể xem là một hệ thống thông minh thực sự. Một hệ thống điều khiển đúng nghĩa cần phải giám sát áp suất và vận tốc không khí trong ống dẫn để đảm bảo duy trì vận tốc phù hợp, tránh tình trạng bụi hoặc hạt rắn bị lắng đọng bên trong ống dẫn. Hệ thống thông minh sẽ tự nhận biết khi nào và vị trí nào cần mở các cửa hỗ trợ, để đảm bảo áp suất và vận tốc không khí trong ống dẫn đạt mức tối ưu. Ngoài ra, cần thận trọng khi lắp đặt hệ thống điều khiển nếu chưa có đánh giá đầy đủ về kích thước ống dẫn. Trong hầu hết các trường hợp, một số đoạn ống dẫn sẽ cần được điều chỉnh đường kính để đạt hiệu quả tối ưu nhất. Việc này cần được thực hiện bởi chuyên gia có kinh nghiệm về thiết kế ống dẫn. 

Một hệ thống thông minh sử dụng nhiều loại cảm biến để xác định cửa gió tại trạm làm việc nào cần được mở. Các tùy chọn cảm biến bao gồm: cảm biến dòng điện, cảm biến khí nén, cảm biến tiệm cận (proximity switch) (*), cảm biến chuyển động, cảm biến áp lực và thậm chí cả bộ hẹn giờ đơn giản. Hệ thống thông minh không phụ thuộc vào người công nhân trong việc mở và đóng các cửa gió. Ngoài ra, có thể cài đặt độ trễ thời gian cho cửa gió để hệ thống tiếp tục hút và làm sạch hoàn toàn thiết bị hoặc khu vực làm việc trong vài giây hoặc vài phút sau khi quá trình sản xuất kết thúc. Trong trường hợp số lượng trạm hoặc thiết bị đang hoạt động không đủ, một hệ thống điều khiển thông minh sẽ tự động mở các cửa hỗ trợ nhằm đảm bảo duy trì tốc độ và áp suất không khí phù hợp, mà không cần sự can thiệp của con người.
(*) Cảm biến tiệm cận: là thiết bị cảm biến dùng để phát hiện sự có mặt hoặc vị trí của một vật thể ở gần, mà không cần tiếp xúc trực tiếp với vật đó.

Tất cả dữ liệu này được truyền về bảng điều khiển logic khả trình (PLC – programmable logic controller), có thể giám sát từ máy trạm hoặc thiết bị di động. Thông tin thu thập được bao gồm: tốc độ quạt, vận tốc dòng khí trong ống dẫn, áp suất trong ống dẫn, áp suất bộ lọc, cảnh báo bộ lọc bị hỏng, năng lượng tiết kiệm, lượng khí nén đã sử dụng, theo dõi trạng thái mở van, thời gian hoạt động của hệ thống, cảnh báo thùng chứa đầy, phát hiện lỗi của van xả nổ (explosion vent fault) (*), cảnh báo phát hiện tia lửa điện, trạng thái của van xoay khóa khí (rotary airlock) và nhiều hơn nữa. Có thể thêm các chức năng bổ sung để hệ thống điều khiển giám sát và cung cấp báo cáo, cũng như phân tích lịch sử hoạt động.
(*) Van xả nổ: là thiết bị an toàn được lắp trên silo, cyclone, thiết bị lọc bụi … để giải phóng áp suất khi xảy ra nổ bụi hoặc nổ khí, nhằm bảo vệ thiết bị và con người.

Ngoài những lợi ích về tài chính của hệ thống thông minh (giảm tiêu thụ năng lượng, giảm sử dụng khí nén, tăng tuổi thọ bộ lọc, lịch bảo trì được xác định rõ ràng), hệ thống thông minh còn giúp các doanh nghiệp đạt được mục tiêu phát triển bền vững. Mỗi lợi ích này đều có mối liên hệ trực tiếp với việc giảm phát thải khí CO2, không khí sạch hơn, giảm tiêu thụ năng lượng, đổi mới công nghiệp và sử dụng tài nguyên thiên nhiên một cách có trách nhiệm.

Nghiên cứu trường hợp 1

Phân tích hiệu quả kinh tế dự kiến: Với mỗi 100 mã lực (hp) công suất quạt hút sử dụng (dựa trên đơn giá điện năng 0,10 USD/kWh và các khoản hỗ trợ từ công ty điện lực địa phương), mức cắt giảm chi phí năng lượng ước tính đạt khoảng 9.478 USD mỗi năm. Đồng thời, doanh nghiệp có thể nhận được khoản hỗ trợ lắp đặt thiết bị khoảng 9.478 USD từ công ty cung ứng điện. (Lưu ý: các chính sách ưu đãi năng lượng thay đổi tùy theo công ty điện lực địa phương, dao động trong khoảng từ 0,00 USD đến 1,00 USD trên mỗi kWh tiết kiệm được)

Dự án đầu tiên được thực hiện tại một nhà máy sản xuất nhạc cụ vận hành 04 hệ thống hút bụi với tổng công suất 700 hp. Nhà máy này có hơn 270 trạm làm việc; tuy nhiên, trung bình chỉ có 180 trạm hoạt động cùng lúc, và tối đa là 230 trạm. Loại bụi thu gom là bụi gỗ, một loại vật liệu dễ cháy. Tại thời điểm khảo sát, bụi phát tán ra ngoài ngay từ nguồn thu, buộc nhà máy phải thuê nhân sự để quét dọn sàn nhà. Đáng lo ngại hơn, lượng bụi nguy hiểm này tích tụ trên bề mặt và bên trong hệ thống ống dẫn. 

Khách hàng đã đề ra các mục tiêu chính bao gồm: triệt tiêu tình trạng tích tụ bụi dễ cháy và nâng cao hiệu suất thu bụi tại nguồn. Khách hàng yêu cầu không lắp đặt thêm hệ thống hút bụi mới. Ngoài ra, việc giảm thiểu tiêu thụ năng lượng và phát thải khí carbon cũng là những ưu tiên hàng đầu. Sau khi tiến hành nghiên cứu kỹ thuật, các bên đã thống nhất phương án triển khai với mức tiết kiệm năng lượng dự báo đạt 1.075.000 kWh. Kết quả nghiên cứu này đã giúp khách hàng nhận được khoản tài trợ năng lượng trị giá 133.000 đô la.

Việc lắp đặt hệ thống điều khiển thông minh bao gồm các cửa van điều khiển bằng động cơ servo (1), cảm biến tại trạm làm việc, cảm biến vận tốc trong ống dẫn và chức năng quét tự động (sweep function) (2) để xử lý bụi lắng đọng cục bộ, đã mang lại kết quả vượt xa kỳ vọng. Hiệu suất của hệ thống hiện hữu đã được cải thiện rõ rệt, loại bỏ hoàn toàn nhu cầu quét dọn thủ công. Độ ồn từ hệ thống thu hồi bụi giảm đáng kể, trong khi công suất thu hồi thực tế tăng lên. Mức tiết kiệm điện năng thực tế đạt hơn 1.400.000 kWh (cao hơn 40% so với dự kiến), dẫn đến mức hỗ trợ năng lượng được nâng lên 161.000 USD. Chi phí tiền điện giảm 235.200 USD mỗi năm và cắt giảm được gần 1.750 tấn CO2. Thời gian hoàn vốn là 15 tháng.
(1) Động cơ servo: là một thiết bị điện có khả năng điều khiển các chuyển động chính xác về góc quay, vận tốc và gia tốc.
(2) Chức năng quét tự động: bằng cách tăng tốc độ quạt để tạo ra một luồng khí cực mạnh chạy dọc theo ống dẫn, “quét” sạch toàn bộ lượng bụi đang lắng đọng bên trong ống và đưa chúng về bộ thu hồi trung tâm.

Nghiên cứu trường hợp 2
Dự án thứ hai được thực hiện tại một nhà máy gia công kim loại với các hệ thống đánh bóng, mài và phun bi làm sạch bề mặt. Nhà máy hoạt động liên tục ba ca mỗi ngày, năm ngày mỗi tuần. Hệ thống xử lý bụi ban đầu bao gồm một máy hút bụi công suất 125 hp và hai máy bổ sung công suất 80 hp (mỗi máy). Toàn bộ xưởng có 12 trạm thu bụi, với các kích cỡ khác nhau. Loại bụi thu gom là bụi kim loại không gây cháy nổ.

Bằng cách tích hợp hệ thống điều khiển thông khí thông minh, lắp đặt các cửa van điều khiển bằng động cơ servo và cải tiến hệ thống đường ống, khách hàng đã loại bỏ được cả hai máy thu bụi công suất 80 hp. Trước đó, mỗi máy 80 hp tiêu thụ gần 25.000 USD chi phí vận hành mỗi năm, bao gồm: điện năng, bộ lọc, khí nén và bảo trì. Chỉ riêng việc tiết kiệm điện năng từ việc loại bỏ hai máy này đã đạt 50.000 USD mỗi năm. Khi tính thêm khoản tiết kiệm khí đốt tự nhiên từ hệ thống bù khí (make-up air) (*), tổng số tiền tiết kiệm hàng năm tăng lên 72.396 USD.
(*) Khí bù: trong các hệ thống thông gió công nghiệp và xử lý bụi, “khí bù” là lượng không khí sạch từ bên ngoài được đưa vào bên trong nhà máy để thay thế cho lượng không khí đã bị hệ thống hút bụi hoặc hệ thống thông gió hút ra ngoài.

Việc triển khai hệ thống điều khiển thông khí thông minh còn giúp cắt giảm thêm 28.000 USD chi phí điện năng hàng năm cho máy thu bụi 125 hp còn lại. Nhờ những kết quả tiết kiệm năng lượng thực tế này, khách hàng đã đủ điều kiện nhận được khoản trợ cấp 52.845 USD từ công ty điện lực địa phương. Kết hợp các khoản tiết kiệm chi phí vận hành và ưu đãi tài chính, doanh nghiệp đạt được thời gian hoàn vốn chỉ sau hơn 02 năm. Mặc dù đã loại bỏ hai máy thu bụi, máy hút bụi 125 hp hiện tại vẫn còn dư gần 10% công suất dự phòng, đồng thời hiệu suất thu bụi tại các trạm được cải thiện đáng kể.

Tóm lại về bản chất, các hệ thống hút bụi thường không đạt hiệu suất tối ưu. Tuy nhiên, với sự hỗ trợ của công nghệ mới, ngay cả những hệ thống cũ cũng có thể vận hành hiệu quả hơn. Hệ thống hút bụi có quy mô càng lớn thì tiềm năng cải thiện hiệu suất và tối ưu hóa chi phí càng cao.

Để xem các tin bài khác về “Hệ thống hút bụi”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Fabricating and Metalworking