3996 9545 2 pb 6322

TNU Journal of Science and Technology 226(07): 34 - 40 SURVEILLANCE OF FLY ASH FLOW THROUGH THE FLY ASH FEED VALVE ON TRANSPORT PIPES IN THERMAL POWER FLY ASH SYSTEM Nguyen Chi Cuong1, Nguyen Huu Luong1, Ngo Van He2* 1National 2Hanoi Research Institute of Mechanical Engineering University of Science and Technology ARTICLE INFO ABSTRACT Received: 05/02/2021 The thermal power fly ash disposal system is designed to ensure the collection and treatment of waste from the thermal power plant incinerator including fly ash and wetted ash from the incinerator, for pre-reuse required treatment When released into the environment Accordingly, fly ash collection systems, dust filters and waste treatment are designed in ash waste systems In this paper, some results of material flow characteristics through the ash feed valve to the transport pipeline in the fly ash disposal system are performed using numerical simulation tools Accordingly, the material flow characteristics through the fly ash feed valve from the fly ash collection system to the fly ash transport pipeline to the fly ash silo are implemented The simulation results of the material flow through the valve such as velocity distribution and pressure flow through the valve onto the conveying pipeline are essential basis for the design of the valve disc surface structure, reinforce and maintain the valve disc as well as offer efficient operation options for the system Revised: 16/4/2021 Published: 04/5/2021 KEYWORDS Fly ash Thermoelectricity Numerical simulation Fly ash flow Fly ash feed valve KHẢO SÁT DÒNG VẬT LIỆU QUA VAN CẤP TRO LÊN ĐƯỜNG ỐNG VẬN CHUYỂN TRONG HỆ THỐNG THẢI TRO BAY NHIỆT ĐIỆN Nguyễn Chí Cường1, Nguyễn Hữu Lương1, Ngơ Văn Hệ2* 1Viện Nghiên cứu Cơ khí Đại học Bách khoa Hà Nội 2Trường THÔNG TIN BÀI BÁO Ngày nhận bài: 05/02/2021 Ngày hoàn thiện: 16/4/2021 Ngày đăng: 04/5/2021 TỪ KHĨA Tro bay Nhiệt điện Mơ số Dịng vật liệu Van cấp tro bay TÓM TẮT Hệ thống thải tro bay nhiệt điện thiết kế nhằm đảm bảo việc thu gom xử lý chất thải từ lò đốt nhà máy nhiệt điện bao gồm tro bụi tro xỉ thải từ lò đốt, để xử lý theo yêu cầu tái sử dụng trước thải mơi trường Theo đó, hệ thống thu gom tro bay, lọc bụi xử lý chất thải thiết kế hệ thống thải tro Trong báo này, số kết nghiên cứu đặc tính dịng vật liệu qua van cấp tro lên đường ống vận chuyển hệ thống thải tro bay thực thông qua sử dụng cơng cụ mơ số Theo đặc trưng dòng vật liệu chuyển động qua van cấp tro bay từ hệ thống gom tro bay lên đường ống vận chuyển tro bay đến silo tro bay thực Kết mơ dịng vật liệu qua van cấp đường dòng, phân bố vận tốc, áp suất dòng vật liệu qua van lên đường ống vận chuyển sở cần thiết cho việc thiết kế kết cấu bề mặt đĩa van, gia cường, bảo dưỡng đĩa van đưa phương án vận hành hiệu cho hệ thống DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.3996 * Corresponding author Email: he.ngovan@hust.edu.vn http://jst.tnu.edu.vn 34 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(07): 34 - 40 Đặt vấn đề Trong năm gần đây, bên cạnh phát triển thủy điện với phát triển nhiều nguồn lượng mới, lượng xanh lượng mặt trời, lượng điện gió, lượng thủy triều sóng biển Nhiệt điện cịn nguồn lượng điện cần thiết nhằm phục vụ phát triển kinh tế xã hội giai đoạn Cho đến nay, dự án phát triển nhiệt điện nước thực phát triển hòa lưới điện quốc gia theo chiến lược phát triển lượng cho đất nước giai đoạn phát triển Nhiều nhà máy nhiệt điện xây dựng nhiệt điện Hải Phòng, Quảng Ninh, Nam Định, Dung Quất hoàn thiện đưa vào sử dụng nhà máy nhiệt điện Thái Bình Đây nói vấn đề quan trọng chiến lược phát triển lượng điện nước ta [1] Đối với hệ thống nhà máy nhiệt điện đốt than, vấn đề xử lý chất thải từ nhà máy nhiệt điện ln đặc biệt quan tâm Theo đó, hệ thống thu gom xử lý chất thải từ lò đốt nhiệt điện thiết kế, triển khai xây dựng theo quy chuẩn đặc biệt để bảo vệ môi trường tận dụng nguồn vật liệu tái sử dụng từ chất thải nhiệt điện Một hệ thống thải tro thiết kế bao gồm hệ thống thải tro xỉ rắn hệ thống thải tro bay Hệ thống thải tro bay nhiệt điện hệ thống thiết kế kèm với tổ hợp nhà máy nhiệt điện nhằm thu gom, xử lý chất thải tro từ nhà máy nhiệt điện nhằm tái sử dụng nguồn chất thải tro [2]-[5] Trong trình vận hành, hệ thống thải tro, vấn đề kỹ thuật thường gặp chế độ vận hành van khóa, bảo trì thay cửa van mài mịn q trình vận hành Việc nghiên cứu dịng chảy tro bay, dòng vật liệu hệ thống qua cửa van vấn đề cần thiết thiết kế kết cấu hệ thống vận hành khai thác hệ thống thải tro Trong phần lớn nghiên cứu gần cho thấy, phương pháp mô số áp dụng hầu hết lĩnh vực khoa học kỹ thuật đời sống nói chung, lĩnh vực kỹ thuật nói riêng [6], [7] Việc áp dụng cơng cụ mơ dịng chảy giải vấn đề kỹ thuật mang lại nhiều lợi ích đặc biệt lĩnh vực dòng chảy, tương tác dịng chảy với vật rắn lực thủy khí động lực [8] Một số cơng trình nghiên cứu công bố gần cho thấy, việc ứng dụng công cụ mơ số giúp giải quyết, tìm giải pháp vấn đề kỹ thuật liên quan đến dịng chảy Một số nghiên cứu kể đến nghiên cứu tương tác dòng chảy với thành rắn ứng dụng giảm lực cản tác động lên phương tiện giao thông vận tải thông qua sử dụng phương pháp mô số [9], [10] Nghiên cứu dịng khí vận chuyển qua van cấp khí lên đường ống vận chuyển hệ thống thải tro bay nhiệt điện, trình truyền nhiệt làm mát hệ thống nhà máy nhiệt điện [11], [12] Trong điều kiện thực nghiệm cịn khó khăn, việc áp dụng cơng cụ mơ số nghiên cứu góp phần thúc đẩy mạnh lĩnh vực nghiên cứu quan trọng kỹ thuật mà thực nghiệm không thực khơng có điều kiện thực nghiệm Trong báo này, nhằm phân tích đặc tính dịng chảy vật liệu qua van cấp tro bay lên đường ống vận chuyển hệ thống thải tro bay nhiệt điện, nhóm tác giả thực số nghiên cứu khảo sát dòng vật liệu qua van cấp tro lên hệ thống đường ống vận chuyển tro bay silo tro bay thông qua sử dụng mô số Hệ thống van cấp tro bay nhiệt điện Trong hệ thống thải tro nhà máy nhiệt điện, để thực trình thu gom tro bay, hệ thống phễu gom tro thiết kế thích hợp dọc theo hướng di chuyển dòng tro bay, nhằm thu gom tối đa lượng tro bay thải từ lò đốt Các hệ thống phễu gom tro bao gồm: hệ thống ECO (Economizer Ash); hệ thống APH (Air Preheater Ash) hệ thống ESP (Electrostatic Precipitator Ash) Các hệ thống thiết kế dựa nguyên lý trọng lực với phễu gom đáy hệ thống, phễu kết nối với van cấp tro lên đường ống vận chuyển Từ tro bay cấp lên hệ thống đường ống vận chuyển tro bay thông qua van cấp tro vận chuyển tro bay silo chứa tro bay [1], [2] http://jst.tnu.edu.vn 35 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(07): 34 - 40 Hình Sơ đồ tổng thể hệ thống thải tro bay nhà máy nhiệt điện Thái Bình (a) hình ảnh van cấp tro bay lên đường ống vận chuyển hệ thống thải tro (b) Hình thể sơ đồ tổng thể hệ thống thải tro bay nhà máy nhiệt điện đốt than hệ thống van cấp tro bay lên đường ống vận chuyển tro silo tro bay Từ sơ đồ cho thấy rõ vị trí hệ thống thu gom xử lý tro bay, hệ thống đường ống gom tro vận chuyển tro bay trình thu gom xử lý tro bay nhà máy, hình ảnh vị trí van cấp tro hệ thống [1] Hình thể mơ hình 3D hệ thống van cấp tro bay hệ thống thải tro sử dụng mô Hình Mơ hình van cấp tro bay lên đường ống vận chuyển silo Mơ hình điều kiện thiết lập cho tốn mơ Để thực tốn mơ dịng chảy vật liệu qua van cấp tro lên đường ống vận chuyển, mô hình 3D hệ thống xây dựng sở vẽ thiết kế hệ thống, thông qua sử dụng công cụ thiết kế chuyên dụng SolidWorks Trên sở mơ hình hệ thống van cấp tro xây dựng, điều kiện mơ dịng chảy vật liệu hệ thống thiết lập tương ứng với trình hoạt động hệ thống: sử dụng bơm hút chân không tạo độ chênh áp cần thiết để vận chuyển dòng vật liệu vào từ phễu gom tro, với dịng khơng khí bổ sung từ van cấp khí vào đường ống Theo chế vận hành đó, miệng phễu gom tro thiết lập với áp http://jst.tnu.edu.vn 36 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(07): 34 - 40 suất khí quyển, dịng khí cấp bổ sung trình vận chuyển tro bay thiết lập với áp suất khơng khí, đầu tương ứng hỗn hợp tro bay khơng khí có vận tốc thay đổi mô Từ mô hình van cấp thực mơ Hình thể mơ hình van cấp tro, giới hạn miền không gian khảo sát điều kiện thiết lập tốn mơ dịng chảy vật liệu qua van cấp tro lên đường ống vận chuyển tro bay nghiên cứu Hình Mơ hình điều kiện thiết lập cho tốn mơ Để thực tốn mơ dịng chảy vật liệu mơ tả mơ hình tính tốn hình 3, giả thiết đưa vào thiết lập thông số mơ cụ thể là: dịng vật liệu vào dòng tro bay thu gom miệng phễu gom tro APH, giả thiết đồng nhất, có mật độ khơng đổi, phân bố tương ứng với khối lượng riêng trung bình tro bay thực tế thu gom miệng phễu gom tro APH hệ thống thải tro; Để vận hành hoạt động hệ thống vận chuyển tro bay silo, khơng khí cấp vào qua van cấp bổ sung khơng khí Theo đó, khơng khí cấp vào tương ứng với đầu vào khí trời tốn mơ Được giả thiết có khối lượng riêng khơng khí giá trị trung bình khơng khí phân bố đều, khơng đổi đầu vào Trong nghiên cứu này, đặc tính dịng chảy qua van cấp tro bay lên đường ống vận chuyển hệ thống vận chuyển tro bay silo thực khảo sát thông qua sử dụng công cụ mô số thương mại Solidwords, Ansys-Fluent v.14.5 [6]-[12] Miền không gian tính tốn giới hạn kích thước bao van, đường ống miệng phễu gom tro APH (Hình 3) Mơ hình rối k-ε sử dụng, áp suất khí trời thiết lập đầu vào cấp khí miệng phễu gom tro APH 1.025 at, vận tốc dịng khí cấp bổ sung thiết lập với vận tốc thay đổi từ 10-25m/s, nhiệt độ môi trường lấy 27oC tương đương với 300oK, khối lượng riêng tro bay thiết lập 762kg/m3 [1], [3], [6] Trong nghiên cứu này, trạng thái hoạt động van cấp tro giữ cố định góc mở, thay đổi điều kiện vận tốc dịng khơng khí cấp bổ sung vào hệ thống đường ống vận chuyển tro bay Từ mơ hình thực tính tốn khảo sát Kết mơ dòng tro bay qua van cấp tro lên đường ống vận chuyển Trên sở thực mơ dịng chảy qua van cấp tro lên đường ống vận chuyển, thu kết đặc tính dịng vào lực khí động tác động lên đĩa cửa van phân bố áp lực, vận tốc dòng bao quanh van Hình hình thể phân bố áp suất vận tốc dòng chảy vật liệu qua van cấp tro bay lên đường ống vận chuyển http://jst.tnu.edu.vn 37 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(07): 34 - 40 Hình Phân bố vận tốc dịng qua van cấp tro bay đường ống vận chuyển Hình Phân bố áp suất dịng tro bay hệ thống vận chuyển Kết phân bố dòng áp suất dòng vật liệu qua van cấp tro đường ống hệ thống vận chuyển tro bay thể rõ phân bố vận tốc, áp suất dòng vật liệu qua van, bề mặt đĩa cửa van, chênh lệch áp suất, vùng nhiễu động dòng qua van Đây sở cho q trình phân tích đánh giá hoạt động cấp tro bay lên đường ống hệ thống Hình thể lực khí động tác động lên đĩa cửa van trình cấp tro lên hệ thống Hình Lực tác động lên đĩa cửa van trình cấp tro lên đường ống http://jst.tnu.edu.vn 38 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(07): 34 - 40 Kết tính tốn thể hình cho thấy lực khí động dịng vật liệu chuyển qua van tác động lên đĩa cửa van cấp tro tăng tỉ lệ theo vận tốc dòng khí cấp bổ sung cho hệ thống Trong trạng thái khảo sát van, với vận tốc dịng khí cấp thay đổi dải từ 10-25m/s, giá trị lực khí động tác động lên đĩa cửa van thay đổi khoảng từ 0.2-0.8N Từ kết phân bố áp suất bề mặt đĩa cửa van, dòng vật liệu qua van đồ thị lực tác động lên cửa van sở cần thiết cho việc tính toán lựa chọn kết cấu cửa van phù hợp với hệ thống Đồng thời sở đầu vào cho việc tính tốn thiết kế hệ thống vận hành tự động đóng mở van cấp theo chế độ làm việc hệ thống theo yêu cầu Kết luận Trong báo này, đặc tính dịng tro bay qua van cấp tro lên đường ống vận chuyển hệ thống thải tro bay nhà máy nhiệt điện khảo sát thông qua sử dụng công cụ mô số, ứng với chế độ mở cửa van thay đổi vận tốc dịng khơng khí cấp bổ sung vào hệ thống đường ống vận chuyển tro bay Kết khảo sát phân bố áp suất, phân bố vận tốc dòng cho thấy rõ mức độ thay đổi áp suất dòng chảy tro bay, vùng nhiễu động dòng qua van cấp tro áp suất bề mặt cửa van Đây sở cho q trình phân tích đánh giá hoạt động cấp tro lên đường ống vận chuyển điều chỉnh vận tốc dịng khí cấp cho hệ thống vận hành Kết tính tốn lực dịng tro bay tác động lên đĩa cửa van điều kiện khảo sát cho thấy rõ thay đổi lực tác động lên đĩa cửa van thay đổi vận tốc dòng ống Đây sở cần thiết cho việc tính tốn độ bền van cấp tro thiết kế hệ thống cấu chấp hành điều khiển hoạt động cấp tro bay hệ thống thải tro bay Tuy nhiên, để cụ thể trình thực tính tốn thiết kế van cấp, việc tính tốn mô tương tự nghiên cứu cần thực với nhiều chế độ mở cửa van khác Nghiên cứu sở bước đầu để thực tốn tính mơ nhằm phân tích đặc tính dịng chảy tro bay, q trình hoạt động hệ thống vận chuyển tro bay tính tốn thiết kế tối ưu hệ thống van cấp tro bay hệ thống thải tro bay nhà máy nhiệt điện Lời cám ơn Nghiên cứu tài trợ Đề tài nghiên cứu KH&PT công nghệ cấp Nhà nước, Mã số 03/HĐ-ĐT/KHCN Tác giả xin chân thành cảm ơn TÀI LIỆU THAM KHẢO/ REFERENCES [1] C C Nguyen, Overview report on fly ash and slag removal technology National Research Institute of Mechnical Engineering, 2018 [2] R C Joshi, and R P Lohtia, Fly ash in concrete Gordon and Breach Science, 1997 [3] ASTM C618-19, Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2019, www.astm.org [4] ASTM C618-05, Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2005, www.astm.org [5] F Goodarzi, “Characteristics and composition of fly ash from Canadian coal-fired power plants,” Fuel, vol 85, pp 1418-1427, 2006 [6] Kh Setaih et al., “CFD modeling as tool for assessing outdoor therm comfort conditions in urban settings in hot arid climates,” Journal of Information Technology in Construction, vol 19, pp 248-269, 2014 [7] H K Versteeg et al., An Introduction to Computational Fluid Dynamics, the Finite Volume Method, 2nd Edition, Pearson Education, 2015 [8] B B Nayak et al., “ Numerical prediction of flow and heat transfer characteristics of water – fly ash slurry in a 1800 return pipe bend,” International journal of thermal sciences, vol 113, pp.100-115, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2016.11.019 [9] V H Ngo, “Effect of computed fluid domain and mesh on the CFD results of viscous resistance acting on a ship,” TNU Journal of Science and Technology, vol 181, no 5, pp 105-110, 2018 http://jst.tnu.edu.vn 39 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(07): 34 - 40 [10] V H Ngo et al., (2019), “Effects of side guards on aerodynamic performances of the wood chip carrier,” Ocean Engineering, vol 187, no 1, pp 106-217, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2019.106217 [11] C C Nguyen, H L Nguyen, and V H Ngo, “A study on air flow through air inlet valve in the fly ash system of thermal power by used CFD,” TNU Journal of Science and Technology, vol 200, no 7, pp 200-206, 2019 [12] A A R Darzi et al., “Numerical investigation on thermal performance of coiled tuble with helical corrugated wall,” International Journal of Thermal Sciences, vol 161, 2021, Art no 106759 https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2020.106759 http://jst.tnu.edu.vn 40 Email: jst@tnu.edu.vn ... Construction, vol 19, pp 24 8 -26 9, 20 14 [7] H K Versteeg et al., An Introduction to Computational Fluid Dynamics, the Finite Volume Method, 2nd Edition, Pearson Education, 20 15 [8] B B Nayak et al.,... system of thermal power by used CFD,” TNU Journal of Science and Technology, vol 20 0, no 7, pp 20 0 -20 6, 20 19 [ 12] A A R Darzi et al., “Numerical investigation on thermal performance of coiled... Technology, vol 181, no 5, pp 105-110, 20 18 http://jst.tnu.edu.vn 39 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 22 6(07): 34 - 40 [10] V H Ngo et al., (20 19), “Effects of side guards