Nguyên lý điều khiển nhiệt độ của thiết bị oxy hóa nhiệt tái sinh.

Tác giả: Nhóm kỹ thuật
Ngày: 03 tháng 02 năm 2026

Mục lục

1. Giới thiệu: Vai trò quan trọng của việc kiểm soát nhiệt độ
2. Hệ thống điều khiển tiết kiệm năng lượng
3. Quy trình kiểm soát nhiệt độ ba pha
* 3.1. Giai đoạn gia nhiệt (Không có khí thải trong quá trình)
* 3.2. Giai đoạn sản xuất (Có xả thải quy trình)
* 3.3. Giai đoạn làm nguội (Không có khí thải từ quá trình)
4. Cấu trúc Phòng RTO & Phân vùng
5. Cơ chế bảo vệ quá nhiệt

1. Giới thiệu: Vai trò quan trọng của việc kiểm soát nhiệt độ

Kiểm soát nhiệt độ đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong toàn bộ quá trình vận hành của máy quay. Bộ oxy hóa nhiệt tái sinh (RTO). Nó hoạt động đồng bộ với các thành phần điều hành khác của hệ thống (như các loại quạt, van điều khiển tỷ lệ và van điều tiết không khí) để đạt được hoạt động RTO ổn định và đáng tin cậy. Việc kiểm soát nhiệt độ ổn định giúp duy trì hiệu quả xử lý khí thải luôn ở mức trên 99%, đạt được mục tiêu giảm tiêu thụ năng lượng và mang lại lợi ích kinh tế cho doanh nghiệp.

2. Hệ thống điều khiển tiết kiệm năng lượng

Dựa trên nhiều lần thử nghiệm gia nhiệt các lớp gốm, chúng tôi đã tổng hợp một bộ đường cong điều khiển tăng nhiệt độ tối ưu và tiết kiệm năng lượng cho lò RTO.

Trong giai đoạn gia nhiệt, nguồn nhiệt chính là đầu đốt nằm trên đỉnh lò. Đầu đốt này được trang bị bộ điều khiển đánh lửa chịu trách nhiệm quản lý trình tự đánh lửa. Bảng điều khiển đầu đốt cũng chứa hai bộ điều khiển nhiệt độ với chức năng giao tiếp 485, giám sát nhiệt độ lò theo thời gian thực. Một bộ điều khiển điều chỉnh van tỷ lệ của đầu đốt dựa trên nhiệt độ điểm đặt nhận được theo thời gian thực từ PLC, do đó kiểm soát kích thước ngọn lửa (lửa lớn/lửa nhỏ). Bộ điều khiển còn lại dùng để kích hoạt cảnh báo nhiệt độ cao và hoạt động như một bộ giám sát nhiệt độ dự phòng.

Người vận hành chỉ cần thiết lập đường cong tăng nhiệt độ mong muốn trên màn hình cảm ứng HMI. Bộ điều khiển PLC sau đó sẽ tự động quản lý nhiệt độ theo thời gian thực.

3. Quy trình kiểm soát nhiệt độ ba pha

Việc kiểm soát nhiệt độ RTO được chia thành ba giai đoạn hoạt động chính:

3.1. Giai đoạn gia nhiệt (Không có khí thải trong quá trình):
Sau khi nhận được tín hiệu khởi động gia nhiệt từ bên trong, PLC sẽ thực hiện các bước tuần tự sau:

* Mở van điều tiết cửa hút gió chính của quạt.
* Đóng van điều tiết cửa hút khí thải của quy trình.
* Đóng van xả khẩn cấp và van bypass bộ trao đổi nhiệt.
* Khởi động van quay (ở tần số 40 Hz), quạt gió đốt, quạt làm sạch và quạt chính (ở tần số cố định 15 Hz).

Sau chu kỳ làm sạch 3 phút, đầu đốt bắt đầu quá trình đánh lửa. Sau khi đánh lửa thành công, hệ thống chính thức bước vào giai đoạn gia nhiệt. Bộ điều khiển nhiệt độ liên tục nhận điểm đặt thời gian thực từ PLC, so sánh với nhiệt độ hiện tại và thực hiện điều chỉnh PID trên van tỷ lệ để điều tiết ngọn lửa. Trong giai đoạn này, các lớp trao đổi nhiệt bằng gốm dần dần nóng lên, tích trữ năng lượng nhiệt trong cấu trúc của chúng.

3.2. Giai đoạn sản xuất (Có xả khí thải quy trình):
Khi nhiệt độ lò đạt đến nhiệt độ hút khí thải đã được cài đặt trước (thường là 800°C), van điều tiết khí tươi của quạt chính sẽ đóng lại và van điều tiết khí thải của quá trình sẽ mở ra.

Khi khí thải được đưa vào, hệ thống điều khiển chính sẽ tự động thực hiện điều chỉnh PID dựa trên điểm đặt áp suất âm (thường là -100 đến -150 Pa) từ đồng hồ đo lưu lượng phía thượng nguồn, duy trì trạng thái áp suất âm nhẹ và ổn định.

Nồng độ khí thải khác nhau dẫn đến các trạng thái hoạt động khác nhau:

* Trạng thái cân bằng dưới mức đốt cháy: Nếu giá trị nhiệt của khí thải không đủ để duy trì nhiệt độ, hệ thống điều khiển sẽ tự động điều chỉnh van tỷ lệ của đầu đốt đến mức cài đặt tiết kiệm nhất, duy trì trạng thái đốt cháy ở mức thấp dựa trên nhiệt độ lò.
* Trạng thái quá nhiệt: Nếu các hợp chất hữu cơ trong khí thải, khi đốt cháy, tạo ra nhiệt lượng dư thừa khiến nhiệt độ tăng lên ngay cả sau khi đã cung cấp nhiệt cho dây chuyền sản xuất, van điều tiết của đầu đốt trước tiên sẽ được thu nhỏ lại, sau đó đầu đốt sẽ tắt hoàn toàn. Quá trình này tự động điều chỉnh đầu đốt dựa trên nhiệt độ lò nung theo thời gian thực, duy trì nhiệt độ trong khoảng 800°C đến 820°C. Nếu nhiệt độ vượt quá 820°C, đầu đốt sẽ vẫn tắt và hệ thống hoạt động ở chế độ tự duy trì, không đốt nhiên liệu.

3.3. Giai đoạn làm nguội (Không có khí thải từ quá trình):
Khi nhận được tín hiệu tắt máy, hệ thống sẽ thực hiện tuần tự các bước sau:

* Mở van xả khí khẩn cấp.
* Đóng van điều tiết cửa hút khí thải của quy trình.
* Mở van điều tiết cửa hút gió tươi để bắt đầu quá trình làm mát.
Khi nhiệt độ giảm xuống dưới ngưỡng quy định, quạt chính, quạt làm sạch và quạt cấp khí đốt sẽ tắt.

4. Cấu trúc Phòng RTO & Phân vùng

Buồng RTO được chia thành 12 khu vực quay, được nhóm chức năng thành 4 vùng (xem sơ đồ):

Theo chiều dọc, buồng được chia thành 5 ngăn (xem sơ đồ):

1. Buồng đốt: Khu vực trung tâm nơi các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) được oxy hóa ở nhiệt độ cao.
2. Buồng trao đổi nhiệt: Chứa các lớp gốm trao đổi nhiệt.
3. Buồng phân phối dòng khí: Dẫn hướng dòng khí giữa các ngăn.
4. Buồng hút/xả: Kết nối với cửa hút khí thải của quy trình và ống dẫn khí sạch.
5. Buồng xả: Hỗ trợ chu trình xả.

Đường đi của khí trong quá trình sản xuất: Khí thải của quá trình trước tiên đi vào Vùng Gia nhiệt (B), sau đó chảy tuần tự lên trên qua Buồng Phân phối Dòng khí, Buồng Trao đổi Nhiệt và vào Buồng Đốt. Sau quá trình oxy hóa ở nhiệt độ cao, khí nóng đã được làm sạch sẽ đi xuống dưới qua Vùng Làm mát (C), di chuyển qua Buồng Trao đổi Nhiệt, Buồng Phân phối Dòng khí, Buồng Đầu vào/Đầu ra, và cuối cùng ra ống khói để thải ra khí quyển.

Khi khí thải đi lên qua vùng gia nhiệt, nó được làm nóng sơ bộ bằng năng lượng nhiệt tích trữ trong các lớp gốm từ chu kỳ trước. Khí đã được làm sạch, đi xuống qua vùng làm mát, truyền nhiệt trở lại các lớp gốm, tích trữ năng lượng cho chu kỳ tiếp theo.

5. Cơ chế bảo vệ quá nhiệt

* Cảnh báo nhiệt độ cao (thường ở mức 880°C): Hệ thống trước tiên sẽ cảnh báo người dùng về tình trạng quá nhiệt. Sau đó, mạch điều khiển sẽ chuyển van xả khẩn cấp sang chế độ điều khiển PID. PLC so sánh nhiệt độ thời gian thực từ bộ điều khiển với điểm đặt PID và điều chỉnh tín hiệu đầu ra 4-20mA để điều tiết độ mở của van. Điều này giúp điều chỉnh nhiệt độ, đưa nó trở lại phạm vi hoạt động bình thường. Khi nhiệt độ giảm xuống dưới khoảng 870°C, chế độ điều khiển PID sẽ ngừng hoạt động và van xả khẩn cấp sẽ đóng lại.
* Ngắt xả và làm sạch (thường ở 900°C): Nếu van điều tiết khẩn cấp mở hoàn toàn và nhiệt độ lò tiếp tục tăng, đạt khoảng 900°C, hệ thống phải chuyển từ xả khí thải sang hút khí tươi để làm nguội và đảm bảo an toàn.