Tkc q3 chuong 04 he thong loc bui (rev 3)

Hiện nay, có 2 loại thiết bị khử bụi được áp dụng phổ biến trong các nhà máy nhiệt điện trên thế giới, đó là: - Lọc bụi tĩnh điện Electrostatic Precipitator: ESP - Lọc bụi túi Bag Filter

HỆ THỐNG LỌC BỤI

4

1 TỔNG QUAN 1

2 TIÊU CHÍ THIẾT KẾ 1

2.1 Thông số thiết kế 1

2.1.1 Nồng độ bụi tối đa cho phép 1

2.1.2 Tính toán lựa chọn kích thước 1

2.1.3 Đặc tính thiết kế của một số tổ máy thông dụng 3

2.2 Tiêu chuẩn áp dụng 3

3 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KỸ THUẬT 3

3.1 Phân tích lựa chọn công nghệ lọc bụi 3

3.1.1 Lọc bụi túi vải 3

3.1.2 Lọc bụi tĩnh điện loại khô 3

3.1.3 Lọc bụi tĩnh điện loại ướt 3

3.1.4 Kết luận lựa chọn công nghệ lọc bụi 4

3.2 Một số lỗi của lọc bụi tĩnh điện 4

3.3 Phân tích lựa chọn thông số, cấu hình của một số thiết bị chính 4

3.3.1 Cực phóng 6

3.3.2 Cực thu 6

3.3.3 Máy biến áp chỉnh lưu 7

3.3.4 Hộp cách điện 8

3.3.5 Hệ thống quạt khí chèn 8

3.3.6 Thiết bị rung gõ cực phóng 8

3.3.7 Thiết bị rung gõ của cực thu 9

3.3.8 Tấm phân phối dòng khói 9

3.3.9 Phễu thu xỉ 10

3.3.10 Hệ thống rửa ESP 11

3.4 Giải pháp công nghệ để đưa ESP vào vận hành ngay từ đầu 11

1 TỔNG QUAN

Hệ thống lọc bụi trong nhà máy nhiệt điện được sử dụng để hạn chế phát thải bụi trong khói thải từ lò hơi ra môi trường Hiện nay, có 2 loại thiết bị khử bụi được áp dụng phổ biến trong các nhà máy nhiệt điện trên thế giới, đó là:

- Lọc bụi tĩnh điện (Electrostatic Precipitator: ESP)

- Lọc bụi túi (Bag Filter)

Tuy nhiên, lọc bụi tĩnh điện phổ biến hơn do những ưu điểm như tổn thấp áp suất thấp, công suất lớn, có thể hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao, có thể làm việc trong mọi điều kiện áp suất, áp suất cao hoặc chân không, hiệu suất khử bụi cao có thể hơn 99% và chi phí vận hành bảo dưỡng thấp

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện có một hoặc nhiều buồng thu bụi với một hoặc nhiều trường thu bụi, mỗi trường thu bụi được cấp điện bởi một máy biến áp chỉnh lưu Hệ thống lọc bụi tĩnh điện tách các hạt bụi khỏi dòng khí thải khi đi qua buồng thu bụi dựa trên nguyên lý ion hóa các hạt bụi có trong khí thải và giữ chúng lại bằng lực hút tĩnh điện

2 TIÊU CHÍ THIẾT KẾ

2.1 Thông số thiết kế

2.1.1 Nồng độ bụi tối đa cho phép

Nồng độ bụi tối đa cho phép trong khí thải công nghiệp nhiệt điện được tính theo QCVN 22: 2009/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp nhiệt điện hoặc theo tiêu chuẩn áp dụng của các tổ chức cho vay vốn Tùy vào khu vực đặt nhà máy và loại nhiên liệu được sử dụng để có thể xác định được thông số đầu ra phù hợp với yêu cầu về môi trường

Cần xem xét yêu cầu thiết kế ESP để hệ thống ESP có thể vận hành được ngay khi khởi động lò hơi chính, đảm bảo nồng độ phát thải đáp ứng tiêu chuẩn môi trường tại mọi thời điểm

2.1.2 Tính toán lựa chọn kích thước

 Tổng diện tích bề mặt thu bụi:

K S

f w e



 

 

 

 

 

Trong đó:

w là vận tốc khói trong trường thu bụi (m/s)

/s)

K là hằng số, K = 0,6

Rev.3

e là hằng số Napier

 Tính toán lựa chọn chiều cao tấm cực thu:

2

S N N l  h N N

Trong đó:

NG là số khoảng trống giữa 2 tấm cực thu

NF là số lượng trường

hCE là chiều cao của tấm cực thu (m) Tùy thuộc vào nhà cung cấp

lF là chiều dài của một trường thu bụi (m)

NC là số lượng buồng khử bụi

NP là số lượng ESP

 Tính toán số lượng tấm cực thu và cực phóng trên một hàng:

F CE

CE

l l

N

 



Trong đó:

NCE là số lượng tấm cực thu trên một hàng

lCE là chiều dài của tấm cực thu

 là khoảng hở giữa 2 tấm cực thu

 Số lượng cực phóng bằng số lượng tấm cực thu trên một hàng

Hình 4.1: Mô tả bố trí các cực thu và cực phóng trong ESP

2.1.3 Đặc tính thiết kế của một số tổ máy thông dụng

Đặc tính thiết kế điển hình của ESP lò hơi đốt than tổ máy 600MW

2.2 Tiêu chuẩn áp dụng

QCVN 22: 2009/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp nhiệt điện

QCVN 05: 2009/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng không khí xung quanh

3 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KỸ THUẬT

3.1 Phân tích lựa chọn công nghệ lọc bụi

3.1.1 Lọc bụi túi vải

Hệ thống lọc bụi túi vải bao gồm nhiều dãy túi vải ở dạng ống chứa trong các ngăn cách ly Khói đi dọc theo bề mặt của túi vải, bên trong hoặc bên ngoài tùy thuộc vào phương pháp làm sạch, sau đó đi xuyên qua vải, các hạt bụi được giữ lại trên mặt ngược dòng của túi vải và dòng khí sạch được đưa ra ngoài Bộ lọc được vận hành theo chu kỳ, xen kẽ giữa thời gian lọc tương đối dài và thời gian làm sạch ngắn

Trong quá trình làm sạch, các hạt bụi tích tụ trên bề mặt túi được tách ra bằng phương pháp rung rũ, dòng không khí ngược hoặc xung phản lực, sau đó bụi được lắng trong phễu thu để xử lý tiếp Khi một ngăn đang trong quá trình làm sạch, luồng khói được chuyển đến các ngăn khác

3.1.2 Lọc bụi tĩnh điện loại khô

Trong hệ thống lọc bụi tĩnh điện, dòng điện một chiều có hiệu điện thế cao có thể lên đến 125kV được dùng để tạo ra một cực phóng hồ quang (-), làm cho các hạt bụi lơ lửng trong khí thải nhiễm điện và thu chúng bởi các điện cực thu (+) Hệ thống lọc bụi tĩnh điện sử dụng hiệu quả để loại bỏ các hạt bụi có kích cỡ < 5 µm, rất khó thu được khi sử dụng phương pháp trọng lực hay dùng lực ly tâm

3.1.3 Lọc bụi tĩnh điện loại ướt

Lọc bụi tĩnh điện kiểu ướt có nhiều điểm giống với kiểu khô cả về nguyên lý và thiết

kế, tuy nhiên một khác biệt cơ bản là loại ướt được sử dụng trong môi trường nhiệt độ khói bằng hoặc thấp hơn nhiệt độ đọng sương Ngoài ra, các cơ cấu liên kết gõ tách

bụi của hệ thống khô được thay thế bởi hệ thống rửa không liên tục sử dụng nước hoặc các chất lỏng khác để tách bụi trên cực thu Lọc bụi tĩnh điện ướt có thể thu được các hạt bụi có kích cỡ nhỏ hoặc phát thải dạng sương và vận hành tốt đối với các loại bụi

có tính bền cao

3.1.4 Kết luận lựa chọn công nghệ lọc bụi

So với công nghệ lọc bụi tĩnh điện, công nghệ lọc bụi túi có ưu điểm là chi phí đầu tư ban đầu thấp, dễ chế tạo lắp đặt, vận hành và bảo trì đơn giản Tuy nhiên, lọc bụi túi cũng có nhiều điểm yếu như tổn thất áp suất lớn, tuổi thọ của các túi lọc thấp dẫn đến chi phí vận hành và bảo trì cao Hệ thống lọc bụi túi có hiệu suất thu bụi cao, có thể thu được các hạt bụi có kích cỡ < 1 µm

Xét về công nghệ lọc bụi tĩnh điện, với những tính chất giữa hai công nghệ lọc bụi tĩnh điện đã nêu lên ở phần trên có thể thấy được ưu điểm của công nghệ lọc bụi tĩnh điện ướt là có thể thu bụi ở dãy kích thước hạt nhỏ hơn và xử lý được nhiều loại phát thải hơn so với công nghệ lọc bụi tĩnh điện khô Trong thực tế công nghệ lọc bụi tĩnh điện ướt ít được sử dụng thay thế cho lọc bụi tĩnh điện khô Lọc bụi tĩnh điện ướt thường được sử dụng kết hợp với lọc bụi tĩnh điện khô hoặc lọc bụi túi để có thể đáp ứng được yêu cầu về giới hạn nồng độ phát thải hạt và phát thải sương, đặc biệt là sương axit Sunfuric

Công nghệ lọc bụi túi hoặc sử dụng lọc bụi tĩnh điện ướt kết hợp phù hợp ở các quốc gia có quy định nghiêm ngặt về nồng độ các chất phát thải trong khí thải Đối với các quốc gia đang phát triển như Việt Nam việc lựa chọn công nghệ lọc bụi tĩnh điện khô hoàn toàn đáp ứng được các quy chuẩn quốc gia về nồng độ các chất phát thải, bên cạnh đó còn cắt giảm được chi phí vận hành, bảo trì trong dài hạn

3.2 Một số lỗi của lọc bụi tĩnh điện

Trong quá trình thiết kế, chế tạo, lắp đặt cần lưu ý những lỗi thường gặp đối với hệ thống lọc bụi tĩnh điện:

 Các lá van phải được chế tạo bằng vật liệu chống ăn mòn tốt Các lá van chặn ở hệ thống thu tro, van thông áp, van đầu thoát ESP có tuổi thọ thấp do bị ăn mòn

 Cần chú ý hướng chảy của nước mưa để tránh đổ trực tiếp vào các thiết bị khác gây

hư hỏng Máy biến áp chỉnh lưu bị hư hỏng vì bị nước mưa đổ trực tiếp vào phía cánh tản nhiệt do mái tôn khu vực hệ thống búa gõ cực phóng bố trí không hợp lý

 Tại một số nhà máy, hệ thống ESP không để đưa vào vận hành ngay từ khi đốt lò hơi chính; chỉ có thể vận hành khi lò hơi chính đốt than hoàn toàn Điều này dẫn đến hiện tượng khói đen trong quá trình lò hơi chính đốt dầu và đốt kèm (than và dầu); gây ô nhiễm môi trường

3.3 Phân tích lựa chọn thông số, cấu hình của một số thiết bị chính

Thiết bị khử bụi bao gồm vỏ và kết cấu bao che, cực phóng, cực thu, hệ thống gõ, kết cấu đỡ, phễu tro Các tấm phân phối kiểu lưới được đặt tại đầu vào dòng khói để phân phối đều vận tốc dòng khói đi vào các trường thu bụi Hệ thống cấp điện cho lọc bụi tĩnh điện bao gồm máy tăng áp, bộ chỉnh lưu và thiết bị điều khiển Thiết bị phụ trợ cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện bao gồm quạt khí chèn và bộ gia nhiệt khí chèn thiết bị gia nhiệt phễu thu tro

Rev.3

Hình 4.2 Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Chú thích:

3.3.1 Cực phóng

Điện cực sử dụng cho thiết bị khử bụi có nhiều loại: kiểu hình tròn, kiểu hình sao, kiểu hình răng cưa, kiểu hình xích chuyền, kiểu hình lò xo đàn hồi…trong đó có điện cực kiểu sao, kiểu hình tròn thì phóng điện tương đối đồng đều, điện áp tới hạn thấp nên phù hợp với bộ khử bụi có nồng độ bụi tro thấp (thích hợp lò hơi đốt dầu), còn loại hình răng cưa, hình máng thì cường độ dòng điện phóng ra lớn thích hợp với dòng khói có nồng độ bụi cao và suất điện trở lớn

Cực phóng với cấu trúc kết hợp ống phóng và dây phóng điện, dây phóng sử dụng thép đặc biệt, các dây được cố định vào khung phóng điện bằng bulong Những khung phóng điện được đỡ bằng dầm đỡ đảm bảo khoảng cách cần thiết giữa các điện cực, và các dầm đỡ được cách ly bằng tấm cách điện Ngoài ra, thiết bị rung gõ được kết nối với khung phóng để thu bụi

Lựa chọn chiều cao của cực phóng phụ phuộc vào chiều cao của tấm cực thu

Hình 4.3 Cực phóng

3.3.2 Cực thu

Cực thu (tấm thu bụi) có các yêu cầu sau:

- Có tính năng về điện cao như cường độ điện trường, mật độ dòng điện đồng đều

- Vừa thuận lợi cho việc tích bụi vừa dễ tách bụi để thải khi rung

- Cực bản có tính năng rung động tốt: cường độ rung cao, phân bố gia tốc rung đồng đều

- Dòng khói đi vào thông suốt, tổn thất trở lực bé, kết cấu gọn và độ biến dạng ít,

dễ chế tạo, đảm bảo khoảng cách cần thiết giữa các điện cực

Các tấm cực thu thường được chế tạo sẵn theo mẫu của nhà sản xuất Việc lựa chọn và

bố trí các tấm thu tụi trên nguyên tắc đảm bảo diện tích thu bụi và chiều dài của trường thu bụi

Hình 4.4 Tấm cực thu bụi

3.3.3 Máy biến áp chỉnh lưu

Hệ thống máy biến áp chỉnh lưu (TR) cung cấp điện áp và dòng cần thiết cho hoạt động lọc bụi tĩnh điện Sự kết hợp chính xác của máy biến áp chỉnh lưu, bộ phận thanh cái, biên dạng cực phóng và khoảng cách giữa các điện cực thu là một yếu tố quan trọng giúp ESP hoạt động hiệu quả và các cực phóng, tấm cực thu có tuổi thọ cao

Hình 4.5 Máy biến áp chỉnh lưu

Để ESP có thể đưa vào vận hành ngay từ khi đốt lò hơi chính, máy biến áp chính lưu phải được thiết kế để mà có thể thay đổi được điện áp từ 0 đến điện áp định mức; và hệ

thống điều khiển máy biến áp cũng được thiết kế đồng bộ như thế Điều này cho phép

hệ thống ESP có thể vận hành ở điện áp thấp trong quá trình khởi động lò hơi chính

3.3.4 Hộp cách điện

Hộp cách điện có cấu tạo bằng cách chất cách điện với mục đích treo các thanh cực phóng (+) và cách ly với vỏ ESP, các tấm cực thu (-)

Hình 4.6 Hộp cách điện

3.3.5 Hệ thống quạt khí chèn

Hệ thống quạt khí chèn bao gồm 3 bộ phận chính là thiết bị gia nhiệt khí, hệ thống đường ống dẫn và quạt Hệ thống quạt khí chèn có nhiệm vụ đưa khí nóng vào các buồng chứa hộp cách điện để giữ cho các hộp cách điện không bị nứt vỡ gây ra do ứng suất nhiệt giữa môi trường bên trong ESP (nóng) và môi trường bên ngoài ESP (lạnh) Ngoài ra hệ thống quạt khí chèn còn có chức năng đẩy bụi ra khỏi hộp cách điện để tránh làm giảm hiệu quả cách điện

3.3.6 Thiết bị rung gõ cực phóng

Để ngăn ngừa tích bụi trên ống phóng và giữ nguồn điện ổn định, búa gõ cơ khí liên lục tác động lên khung phóng được dẫn động qua trục cách điện bằng động cơ đặt bên ngoài vỏ ESP

Hình 4.7 Thiết bị rung gõ cực phóng

3.3.7 Thiết bị rung gõ của cực thu

Mỗi tấm cực thu được gõ định kỳ bằng một búa cơ khí cho phép tách lớp bụi tích tụ trên bề mặt Hệ thống búa gõ được kết nối trên cùng một trục và được dẫn động bằng động cơ đặt bên ngoài vỏ ESP

Hình 4.8 Thiết bị rung gõ cực lắng

3.3.8 Tấm phân phối dòng khói

Vận tốc dòng khói đầu vào ESP có ảnh hưởng lớn tới hiệu suất thu bụi Các tấm phân phối dòng khói có nhiệm vụ bảo đảm phân phối đều vận tốc dòng khói vào các trường

thu bụi Việc bố trí các tấm phân phối dòng khói trên đầu khói vào của ESP thường được mô phỏng động học lưu chất để chọn được vị trí tối ưu

Hình 4.9 Tấm phân phối dòng khói

3.3.9 Phễu thu xỉ

Các phễu thu xỉ được xả xen kẽ theo chu kỳ khi nhận được tín hiệu tro đầy từ cảm biến Ở mức thấp của phễu, được lắp đặt các đường khí nén kết hợp với tấm rung để xả được hết phần xỉ ở đáy phễu Các bộ gia nhiệt bằng điện được lắp đặt xung quanh thân phễu để ngăn ngừa tắt ngẽn và mài mòn phễu gây ra do axit đọng sương

Hình 4.10 Phễu thu xỉ

3.3.10 Hệ thống rửa ESP

Hệ thống rửa ESP hoạt động trong quá trình dừng lò, để rửa trong giai đoạn bảo trì ESP Bên trong của ESP và tấm gia nhiệt được phun rửa bằng vòi phun

3.4 Giải pháp công nghệ để đưa ESP vào vận hành ngay từ đầu

Để hệ thống ESP có thể đưa vào vận hành ngay từ đầu, hai giải pháp chính sau cần được xem xét khi thiết kế hệ thống:

 Bộ sấy không khí bằng hơi (Steam Coil Air Pre-heater – SCAPH) phải được cung cấp và lắp đặt trước bộ sấy không khí (Air Pre-heater) cho cả gió sơ cấp và gió thứ cấp Điều này đảm bảo cho nhiệt độ khói vào ESP đạt yêu cầu trong quá trình khởi động lò hơi chính

 Máy biến áp có thể điều chỉnh được điện áp vận hành từ 0kV đến điện áp định mức

 Hệ thống búa gõ được thiết kế phù hợp; đặc biệt là tần suất bộ gõ trong thời gian ESP vận hành khi đốt dầu và đốt kèm (dầu + than) Điều này đặc biệt quan trọng, giúp cho các bản cực lắng và cực phóng không bị bám dính xỉ dầu trong thời gian vận hành ở tải thấp

Rev.3