DOANH NGHIỆP & SẢN PHÁM cơ KHÍ / Mechanical Enterprises and ProductsCALCULATION, DESIGN, AND UTILIZATION OF SUBMERGED SCRAPER CONVEYORS FOR REMOVAL OF BOTTOM ASH Nguyễn Hoàng Giang, Lê
Trang 1DOANH NGHIỆP & SẢN PHÁM cơ KHÍ / Mechanical Enterprises and Products
CALCULATION, DESIGN, AND UTILIZATION OF SUBMERGED
SCRAPER CONVEYORS FOR REMOVAL OF BOTTOM ASH
Nguyễn Hoàng Giang, Lê Xuân Quỷ, Nguyễn Chí Cường
Nguyen Hoang Giang, Le Xuan Quy, Nguyan Chi Cuong
Trong một nhà máy nhiệt điện đốt than, nếu lò hơi là trái tim của nhà máy, thì hệ thống xử lý tro xỉ
chính là yếu tố để đảm bảo trái tim đó luôn vận
hành khỏe mạnh Hệ thống thải tro xỉ còn là yếu tố quan
trọng hàng đầu hạn chế các ảnh hưởng tiêu cực của
nhà máy nhiệt điện đốt than tới môi trường xung
quanh Nguyên liệu than cấp cho nhà máy nhiệt điện
than dưới dạng than cám, than được nghiền nhỏ, rồi
phun dưới dạng bụi vào khoang đốt của lò hơi Trong
quá trình cháy, các giọt tro thủy tinh hình thành Một số
phần tử tro bám vào vách khoang đốt, môi trường nhiệt
độ cao bên trong buồng đốt làm các phần tử tro đó
nóng chảy, hòa tan vào nhau, đông cứng lại thành khối
lớn, gọi là xỉ Xỉ chiếm khoảng từ 25 + 30% của tổng
lượng tro xỉ thải ra của một nhà máy nhiệt điện đốt than
Hiện tại, có các phương pháp chính sau để tháo xỉ:
Phương pháp thải xỉ kiểu thủy lực: thường bắt
gặp tại các nhà máy nhiệt điện đốt than tại Việt Nam
xây dựng từ những năm đầu của thế kỷ 21 trở về
trước Phương pháp này theo thời gian, bộc lộ nhiều
hạn chế như lượng nước tiêu thụ lớn, yêu cầu bảo trì
bảo dưỡng thường xuyên, lại tác động xấu tới môi
trường, không nên là phương án lựa chọn cho các
dự án nhiệt điện sẽ được thực hiện trong tương lai.
Phương pháp thải xỉ khô kiểu khí nén: hiện ít
được ứng dụng trên thế giới do nhiều nguyên do, trong
Bánh pulley dan huứng
Hình 1 Một hệ thống thài xỉ ướt kiểu băng tài cào điển hình.
Figure 1 A typical bottom slag & wet slag scraped conveyor discharge
system.
Ĩn a coal-fired power plant, if the boiler is the heart of the plant, the ash handling system is the element that keeps its heart healthy The ash handling system
is also the most important factor in limiting the negative impacts of coal-fired thermal power plants
on the surrounding environment Coal raw materials are supplied to coal-fired power plants in the form coal powder, coal is pulverized and blown with air into the boiler’s combustion chamber Coal ash parti cles melted by this combustion become vitreous ash Ash particles are cooled by radiant heat exchange with walls of the combustion chamber, the high temperature environment inside the combustion chamber causes the ash particles to melt, dissolved, and become hardened into a large mass, called ash slag Slag accounts for about 25 -5- 30% of the total amount of ash and slag discharged from a coal-fired thermal power plant Currently, there are the following main methods of slag removal:
Hydraulic slag discharge method: commonly applied in coal-fired thermal power plants in Vietnam built in the early years of the 21 st century and earlier This method over time, reveals many limitations such
as large amount of water consumption, frequent maintenance requirements, and negative impact on the environment Therefore it should not be an option for thermal power projects to be implemented in the future
Pneumatic dry slag discharge method: is currently rarely applied in the world due to many reasons,
in which the slag particle size is not really suitable for transportation by pneumatic - vacuum method The slag particles after passing through the crusher are still large, causing loud noise and high wear rate with such particulate matter Fire and explosion in the transportation pipeline system would be possible
Dry slag discharge method using vibrating conveyor: currently is a new technology, effective operation, but not yet proven in the long term service life, high initial investment cost, only applied in coal- fired power plants where water is scarce, and (or) with strict environmental requirements
74 Tạp chí DOANH NGHIỆP cơ KHÍ & ĐỜI SỐNG 03/2022
Trang 2DOANH NGHIỆP & SẢN PHẲM cơ KHÍ / Mechanical Enterprises and Products
đó kích thước hạt xỉ không thực sự phù hợp để vận
chuyển bằng phương pháp khí nén - chân không Hạt xĩ
sau khi qua máy nghiền kích thước vẫn còn to, vận
chuyển gây tiếng ồn lớn và mài mòn cao Cháy nổ trong
hệ thống đường ống vận chuyển là có khả năng xảy ra.
Phương pháp thài xỉ khô kiểu băng tải rung: hiện
tại là công nghệ mới, thiết bị làm việc hiệu quả, nhưng
về mặt lâu dài chưa được chứng minh, giá thành chi
phí đầu tư ban đầu cao, mới chỉ có các nhà máy nhiệt
điện đốt than tại những nơi có nguồn nước thiếu, và
(hoặc) có các yêu cầu ngặt nghèo về môi trường.
Phương pháp thải xì ẩm kiểu băng tải cào ngập
trong nước: được xem là giải pháp cân bằng giữa các
giải pháp công nghệ trên Hệ thống thải xỉ kiểu băng
tải cào ngập trong nước (gọi tắt hệ thống băng tải cào)
có kết cấu đơn giản, hoạt động hiệu quả, do không
dùng nước để vận chuyển xỉ mà chỉ dùng để làm nguội
xỉ, nên không cần sử dụng nhiều nước Kết cấu giản
đơn không cần nhiều công tác bảo trì, bảo dưỡng như
hệ thống thải xỉ thủy lực, giá thành cũng không cao như
công nghệ thải xỉ khô kiểu băng tải rung Băng tải cào
có thể thấy tại các nhà máy nhiệt điện mới được xây
dựng như nhà máy nhiệt điện Nghi Sơn 1, nhà máy
nhiệt điện Thái Bình 1 Giải pháp thải xỉ ướt kiểu băng
tải cào ngập trong nước hiện là công nghệ được ưu
tiên lựa chọn cho các nhà máy nhiệt điện than mới.
Băng tải cào được ứng dụng vào vận chuyển vật
liệu rời từ khoảng đầu thế kỷ 20, trong nhiều lĩnh vực
khác nhau, như công nghiệp thực phẩm, hóa chất,
xi măng, tuyển quặng, ở lĩnh vực thải xỉ, do thiết bị
làm việc trong môi trường làm việc ăn mòn, mài mòn
cao, xỉ tháo ra cùng với nước chuyển động ở dạng
dòng hỗn hợp nặng, băng tài cào đã không được
ứng dụng được, cho tới những năm cuối thế kỷ 20,
cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, cho
phép chế tạo các dạng băng tải cào kiểu mới có vận
chuyển ở tốc độ thấp, có khả năng chịu mài mòn cao.
Xỉ do các hạt tro bị thiêu kết nóng chảy, bám dính
vào thành lò hơi, sau đó bị rơi xuống Máng trên của
thuyền xỉ có chức năng như một phễu gom xỉ Xỉ có
nhiệt độ khoảng 1193°, được làm mát bởi nước làm
mát chứa bên trong thuyền xỉ xuống khoảng 60°C
Băng tải xích - thanh gạt của thuyền xỉ đẩy xỉ ra khỏi
không gian dưới đáy lò hơi, đưa lên dốc nghiêng của
thuyền xì để tách nước ra khỏi xỉ Sau đó xỉ được
tháo từ dốc nghiêng thuyền xỉ xuống hệ thống vận
chuyển thứ cấp (băng tải, hoặc xe tải).
Hệ thống thải tro xỉ do đề tài thiết kế có 02 hệ
thống băng tải cào riêng biệt, tương ứng với 02 lò
hơi có công suất 2x300 MW Hai băng tải cào được
bố trí đối xứng, có kết cấu, chức năng tương tự nhau,
nên trong tính toán, đề tài chỉ thực hiện với băng tải
cào tương ứng với lò hơi số 1, hệ thống băng tải cào
còn lại là tương tự
Thiết bị tháo
xỉ dưới silo
Hình 2 Sơ đồ bố trí băng tài cào cùa hệ thống thải xì.
Figure 2 Diagram of scraper conveyor arrangement of slag discharge system.
The method of discharging wet slag using submerged scraper conveyors: is considered as a balancing solution between the above technological solutions The slag discharge system is submerged in water (referred to as scraper conveyor system) with simple structure and effective operation As it does not use water to transport the slag, but only to cool the slag, not much water is required The simple structure does not require much maintenance, such as the hydraulic slag discharge system, and the cost is not
as high as the vibrating conveyor dry slag discharge technology Conveyor belts can be found in newly built thermal power plants such as Nghi Son 1 and Thai Binh
1 thermal power plants Wet slag discharge solution in the form of submerged scraper conveyor is currently
a priority technology for new coal-fired power plants Scraper conveyors have been applied to bulk material transportation since the early 20th century,
in many different fields, such as the food, chemical, cement, ore industries In the field of slag discharge, due to the equipment working in a corrosive, abrasive working environment, the slag removed along with the moving water in the form of a heavy mixed flow, the scraper conveyor was not applied, until the last years of the 20th century, along with the development
of science and technology, new types of scraper conveyors were manufactured with low-speed transport and high wear resistance
The slag produced by the sintering ash particles melts, adheres to the boiler wall, and then falls down The upper trough of the slag chamber functions as a slag collecting hopper The slag has a temperature of about 1193o, which is cooled by the cooling water contained inside the slag chamber to about 60°C Chain conveyor - the slag boat lever pushes the slag out of the space at the bottom of the boiler, up the slope of the slag chamber to separate the water from the slag The slag is then removed from the incline of the slag chamber to the secondary conveying system (conveyor belts, or trucks)
Tạp chí DOANH NGHIỆP cơ KHÍ & ĐỜI SỐNG 03/2022 75
Trang 3DOANH NGHIỆP & SẢN PHẮM cơ KHÍ / Mechanical Enterprises and Products
Băng tải cào có vị trí trong hệ thống thải xỉ như mô
tả tại hình 2 Xỉ từ lò hơi có công suất 300 MW, sử dụng
than anthraxit dự kiến được khai thác tại các mỏ than
tại khu vực Hồng Gai - cẩm Phả - Uông Bí, pha trộn từ
các loại than cám 4HG, 5HG, và 6HG Tro và xỉ thải ra
từ chủng loại than trẽn có các đặc tính như sau:
- Cỡ hạt (95%) :<15mm;
- Nhiệt trị thấp (cao) làm việc : 4.450
(4.645) kCal/kg;
- Độ ẩm làm việc : 8,5 %;
- Hàm lượng tro, xỉ : 40%;
- Tỷ trọng xỉ khô đáy lò : 0,73 Ưm3.
Nghiên cứu đã tính toán được chính xác lưu
lượng nước tuần hoàn làm mát, phục vụ cân bằng
nhiệt thuyền xỉ của băng tải cào là rất quan trọng đối
với hệ thống băng tải cào Khi tính toán, nếu tính toán
lượng nước tuần hoàn làm mát nhiều hơn thực tế,
dẫn đến tăng giá thành đầu tư, vận hành, lẵng phí tài
nguyên nước Ngược lại, khi lượng nước tính toán
thấp hơn yêu cầu làm mát thực tế dẫn đến nhiệt độ
của hệ thống băng tải cào cao hơn mức dự kiến, dẫn
đến thiết bị dễ bị ăn mòn và mài mòn.
Lưu lượng nước tuần hoàn làm mát cầp cung cấp
đủ để cân bằng giữa nhiệt lượng mà hệ thống thuyền
xỉ nhận được, cầnxác định lưu lượng nước tuần hoàn
làm mát cần thiết cho hệ thống Phương pháp, và quy
trình tính toán cân bằng nhiệt được tham khảo chính từ
[3] “Mass and Energy Balance Basis for Submerged
Flight Conveyor Design” của s Rastogi, ucc, USA.
Thuyền xỉ nhận được nhiệt lượng từ các nguồn
nhiệt sau:
- Nhiệt do xỉ rơi xuống từ đáy lò hơi;
- Trao đổi nhiệt đối lưu từ không khí nóng tại lò
hơi tới bề mặt nước làm mát chứa trong thuyền xỉ;
- Nhiệt bức xạ từ lò hơi.
Nhiệt của thuyền xỉ bị lấy đi bởi:
- Nước tuần hoàn làm mát
- Nước phun rửa xích tải, thanh gạt;
- Xích và thanh gạt chuyển động (không đáng kể
nên bỏ qua);
- Nhiệt thoát ra do đối lưu và bức xạ ở các bề mặt
thân thuyền xỉ;
- Nước bốc hơi (nhiệt ẩn).
Lưu lượng cần thiết của dòng nước tuần hoàn
được tính theo công thức là:
-,,„10.593.813-3.418.816
60.62.(125,6-107,6)
Dòng lưu lượng nước tuần hoàn làm mát Qre cần
được chọn bằng hoặc lớn hơn 154,2 m3/h để đảm
bảo yêu cầu cân bằng nhiệt của thuyền xỉ Gá trị Qre
cũng không nên chon quá cao, tránh gây lãng phí về
chi phí đầu tư, vận hành Chọn Qre = 160 m3/h.
Kết quả tính toán sơ bộ các thông số cơ bản của
băng tải cào ngập trong nước do nhóm cán bộ khoa học
The ash and slag discharge system designed by the project has 02 separate scraper conveyor systems, corresponding to 02 boilers with a capacity of2x300 MW The two scraper conveyors are arranged symmetrically, with similar structures and functions, so project has only conducted calculations for the scraper conveyor corresponding to boiler No 1, similar results are to be applied for the other remaining scraper conveyor system The scraper conveyor is located in the slag discharge system as shown in Figure 2 Slag from the
300 MW boiler, using anthracite coal is expected to
be exploited at coal mines in Hong Gai, Cam Pha and Uong Bi, a blend of 4HQ 5HG, and 6HG bran coals Ash and slag discharged from the above coal type have the following characteristics:
- Low (high) calorific value: 4,450 (4,645) kCal/kg;
- Moisture: 8.5 %;
- Ash and slag content: 40%;
- Density of bottom dry slag: 0.73 t/m3
The study has calculated the exact flow of circulating cooling water, as the heat balance of the scraper conveyor is very important for the scraper conveyor system If the amount of circulating cooling water is more than the actual amount, it leads to an increase in investment, operating costs, and waste of water resources Conversely, when the calculated water volume is lower than the actual cooling requirement, the temperature of the scraper conveyor system is higher than expected, leading to the equipment being susceptible to corrosion and wear The required cooling circulating water flow should
be sufficiently supplied to balance the heat received by the slag chamber system, it is necessary to determine the required cooling circulating water flow for the system The method, and procedure for calculating the heat balance are mainly referenced from “Mass and Energy Balance Basis for Submerged Flight Conveyor Design” by s Rastogi, ucc, USA
The slag chamber receives heat from the following heat sources:
boiler;
- Convection heat exchange from the hot air at the boiler to the surface of the cooling water contained in the slag chamber;
The heat of the slag chamber is removed by:
be ignored);
slag surfaces;
- Water evaporation (latent heat)
76 Tạp chí DOANH NGHIỆP cơ KHÍ & ĐỜI SỐNG 03/2022
Trang 4DOANH NGHIỆP & SẢN PHẨM cơ KHÍ I Mechanical Enterprises and Products
Hình 3 Băng tải cào ngập trong nước do Viện họp tác với ucc tính
toán, thiết kế, chế tạo làm việc tại nhà máy nhiệt điện Thái Bình 1
Figure 3 Submerged scraper conveyor calculated, designed,
manufactured by the Institute in cooperation with ucc for Thai Binh 1
thermal power plant.
viện Nghiên cứu Cơ khí thực hiện Trong quá trình thực
hiện tính toán đã bỏ qua ảnh hưởng của thiết bị trong
môi trường nước Công suất của động cơ dẫn động
(18,5 kW) được chọn theo giá trị nhân hai công suất dẫn
động ở chế độ làm việc nặng nhất (chế độ khởi động lại:
8,7 kW) theo như khuyến cáo từ “Code for designing
Ash Handling System of Fossi Fuel Power Plant”
Phương pháp, và quy trình tính toán cân bằng nhiệt
được tham khảo chính từ “Mass and Energy Balance
Basis for Submerged Flight Conveyor Design” Kết quả
tính toán với lưu lượng nước tuần hoàn làm mát Qre =
160 m2/h, thuyền xỉ sẽ cân bằng nhiệt tại điểm nhiệt thiết
kế Tính toán mới tính đến giá trị nhiệt độ trung bình của
môi trường tại điểm nhiệt độ t= 28°c Vào các ngày hè,
nhiệt độ xung quanh thuyền xỉ sẽ có lúc tăng cao, dẫn
đến nhiệt độ trong thuyền xỉ tăng, làm tăng khả năng bị
mài mòn, và ăn mòn thiết bị Do đó hệ thống cung cấp
nước làm mát tuần hoàn nên được nối với bộ trao đổi
nhiệt (heat exchange) của nhà máy để giảm nhiệt độ
của thuyền xỉ khi cần thiết Bơm cung cấp nước làm
mát tuần hoàn gồm 02 bơm, trong điều kiện làm việc
bình thường một bơm làm việc và một bơm dự phòng
Khi cần thiết, có thể để hai bơm làm việc song song
cung cấp nước làm mát tuần hoàn cho thuyền xỉ.
Băng tải cào ngập trong nước do Viện hợp tác với
UCC tính toán, thiết kế đã được chế tạo tại CỌMA2,
Bắc Giang, cung cấp cho nhà máy nhiệt điện đốt than
Thái Bình 1 tại Mỹ Lộc, Thái Bình Hệ thống đã chính
thức đi vào hoạt động từ tháng 4 năm 2018.
Tóm lại, việc tính toán, thiết kế, chế tạo thành
công băng tải cào ngập trong nước cung cấp cho nhà
máy nhiệt điện Thái Bình 1 sẽ góp phần từng bước
thay đổi hiện trạng nội địa hóa thiết bị nhà máy nhiệt
điện theo định hướng của Chính phủ, từng bước
vươn lên làm chủ việc tính toán, thiết kế công nghệ
chế tạo, hướng tới phát triển bền vững, không phụ
thuộc vào bên ngoài./, ự
The required flow of circulating water is calculated by the following formula:
The cooling circulating water flow Qre should be selected equal to or greater than 154.2 m3/h to ensure the required thermal balance of the slag chamber The Qre value should also not be chosen too high, to avoid wasting investment and operating costs Choose Qre= 160 m3/h Preliminary calculation results of basic parameters of the submerged scraper conveyor by a group of scientific staff of the National Research Institute of Mechanical Engineering (NARIME) During the calculation, the influence of the device in the water environment was ignored The power of the driving motor (18.5 kW) is selected by multiplying the driving power in the heaviest working mode (restart mode: 8.7 kW) as recommended from “Technical Code for the Design
of Ash Handling System of Fossil-fired Power Plant” The method, and procedure for calculating heat balance is mainly referenced from “Mass and Energy Balance Basis for Submerged Flight Conveyor Design” Calculation results with circulating water flow for cooling Qre = 160 m2/h, the slag chamber will balance heat at the design temperature point The calculation has only taken into account the average temperature
of the environment at the temperature point t= 28°c On summer days, the temperature around the slag chamber will sometimes increase, leading to an increase in the temperature in the slag chamber, increasing the possibility of wear and corrosion of the equipment The circulating cooling water supply system should therefore be connected to the plant’s heat exchanger
to reduce the temperature of the slag chamber when necessary The circulating cooling water supply pump system includes 02 pumps, in normal working conditions one pump is working and the other is standby When necessary, two pumps can be used in parallel to provide circulating cooling water for the slag chamber Submerged scraper conveyors, calculated, designed and manufactured by the Institute in cooperation with ucc at COMA2, Bac Giang, were supplied to Thai Binh 1 coal-fired thermal power plant in My Loc, Thai Binh The system had officially been in operation since April 2018
In summary, the successful calculation, design, and manufacture of submerged scraper conveyors for Thai Binh 1 thermal power plant will contribute to gradually changing the current status of localization of thermal power plant equipment according to the dứection
of the Government, step by step improving mastery of the calculation and design of manufacturing technology, towards sustainable development and less dependence
on foreign imports./, ự
Tạp chi DOANH NGHIẸP cơ KHÍ & ĐỜI SỐNG 03/2022 77