Một giải pháp cải tạo hệ thống lọc bụi tĩnh điện Nhà máy Nhiệt điện Uông Bí I

Phạm Văn Quế - Giám đốc TT Gia công Áp lực Viện Nghiên cứu Cơ khí Hệ thống lọc bụi tĩnh điện LBTĐ được sử dụng ngày càng rộng rãi trong các ngành công nghiệp: Nhiệt điện, sản xuất xi m

Một giải pháp cải tạo hệ thống lọc bụi tĩnh điện

Nhà máy Nhiệt điện Uông Bí I

KS Phạm Văn Quế - Giám đốc TT Gia công Áp lực

Viện Nghiên cứu Cơ khí

Hệ thống lọc bụi tĩnh điện (LBTĐ) được sử dụng ngày càng rộng rãi trong

các ngành công nghiệp: Nhiệt điện, sản xuất xi măng, vật liệu xây dựng, hóa chất,

phân bón, Trong dây chuyền thiết bị, LBTĐ thường bố trí ngay sau các thiết bị

tạo ra nguồn bụi lớn: lò hơi, lò nung, lò sấy, máy nghiền,…

Ưu điểm nổi bật của LBTĐ so với các thiết bị lọc bụi dạng khác:

- Hiệu suất lọc bụi cao η = 98÷99,9%;

- Công suất lọc lớn, đến hàng trăm ngàn m3 khí bụi/h;

- Có khả năng chịu được nhiệt độ đến 4000C;

- Hệ thống làm việc ổn định;

- Tuổi thọ thiết bị cao

Do có những ưu điểm kể trên, LBTĐ trong nhiều trường hợp là hệ thống

không thể thay thế

I Mô tả khái quát hệ thống lọc bụi tĩnh điện Mhà máy Nhiệt điện Uông Bí i

1 Các thông số chính của lò hơi:

Số lượng: 04 lò

- Nhiệt độ hơi nước: 5400C

- Nhiệt độ nước cấp: 2150C

Lò hơi kiểu than phun, thải xỉ khô

Quạt gió: (01 cái cho 01 lò)

Quạt khói: (01 cái cho 01 lò)

- Kiểu: Д21,5 x 2

Nhiên liệu chính: Nhà máy dùng than Antraxit Vàng Danh

Thành phần bao gồm

Slv = 0,91%

Đặc tính kỹ thuật của tro:

Hàm lượng cac bon còn lại trong tro từ 15  20%

Điện trở suất của tro: khoảng 1,4.108  1,4.1012 .cm tại 1350C

Khói vào bộ lọc bụi:

- Lưu lượng khói của 01 lò: 198.956m3/h

- Nồng độ bụi trong khói: 80g/Nm3

- Nhiệt độ khói làm việc: 1300C

- Nhiệt độ khói làm việc lớn nhất: 2500C

2 Hệ thống lọc bụi tĩnh điện:

Hệ thống lọc bụi tĩnh điện trước cải tạo của Nhà máy điện Uông Bí I:

Số lượng các bộ lọc bụi: 4 bộ (Mỗi lò 1 bộ)

Loại lọc bụi: Model: FAA340.0m-276.0-10.5

Số lượng phễu thu tro: 8 phễu/1 bộ lọc bụi

Kích thước lọc bụi: Dài: 20m - Rộng: 8m

Khoảng cách 02 điện cực khác dấu: 150mm

2.1 Điện cực thu và phụ kiện:

Kiểu tấm cực thu: Profil dạng chữ C: HxBxL=55x735x10.000mm

Số lượng tấm cực thu/1 điện cực thu 4 tấm, được lắp ghép thành 1 diện cực thu

Số lượng điện cực thu/1 trường 25 điện cực thu

Phương pháp gõ cực thu: Kiểu gõ ngang, gõ cạnh

Cấp điện: Các điện cực lắng được nối đất, qua hệ thống tiếp địa

2.2 Điện cực phóng và phụ kiện

Kiểu điện cực phóng: Dây d3mm xoắn lò xo: dxDxL=3x60x2.450mm

Số lượng thanh điện cực/1 điện cực

phóng:

12 dây/1 tấm, được lắp ghép thành 1 khung cực phóng (điện cực phóng)

Số lượng điện cực phóng / 1 trường: 24 điện cực, nối với cực âm biến áp trường

Hệ thống gõ cực phóng: Gõ cạnh, theo chu kỳ ngắt quảng

Sứ cách điện cho khung cực phóng: Sử dụng 04 sứ/1 trường

Tình trạng hoạt động trước sửa chữa của hệ thống:

- Điện áp làm việc thấp, có những trường lọc bụi không hoạt động, điện áp được đóng ở mức: U= 15÷25 kV

- Lượng bụi thoát ra theo khí thải quá lớn, vượt qua giới hạn cho phép, không đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh môi trường, gây ô nhiễm không gian làm việc và ô nhiễm môi trường sinh hoạt của cư dân xung quanh

- Khả năng thải bụi từ các phễu thu tro kém, có hiện tượng ùn tắc trong phễu,

cơ cấu thanh rung trên thành phễu hoạt động không ổn định hoặc không hiệu quả, kết cấu van quay tháo tro dưới đáy phễu không hợp lý, đặc biệt là bộ truyền xích

Nguyên nhân:

1 Nhóm nguyên nhân về kết cấu cơ khí

1.1.Điện cực thu

- Vật liệu:

Để tránh hiện tượng có từ dư gây ra hiện tượng bám bụi bề mặt làm giảm khoảng cách giữa cực thu và cực phóng, để làm giảm khả năng biến dạng nhiệt và ứng suất nhiệt xuất hiện trong quá trình làm việc, vật liệu chế tạo cực tấm thu và cực phóng phải là thép các bon sạch với hàm lượng cacbon thấp: (0,05÷0,08) %C

- Mức độ biến dạng của các tấm điện cực thu:

Trong điều kiện vận hành khắc nghiệt: nhiệt độ, áp suất, mài mòn cơ học, ăn mòn hóa học ăn mòn điện hóa, tải trọng xung từ búa gõ, các tấm điện cực lắng rất

dễ bị biến dạng, đặc biệt dễ xẩy ra ở trường 1, trường 2 (tính theo hướng chảy của khí thải) Ở đấy vừa có lượng bụi nhiều, nhiệt độ cao Nếu dùng vật liệu chế tạo là

thép tấm cacbon với biên dạng Profin theo tiết diện ngang không hợp lý, khả năng

biến dạng của các tấm cực thu càng nhanh chóng diễn ra, làm giảm khoảng cách

tiêu chuẩn giữa cực thu và cực phóng Do vậy không thể tăng điện áp làm việc,

hiệu suất lọc bụi giảm mạnh

1.2 Điện cực phóng

Điều kiện làm việc của các điện cực phóng cũng khắt khe tương tự các điện cực

thu Yêu cầu về vật liệu chế tạo phải là thép ít cacbon chất lượng cao (tương tự vật

liệu chế tạo các tấm điện cực thu), kết cấu cứng vững ổn định

Khả năng hư hỏng điện cực phóng: với cấu trúc dạng dây d3 mm xoắn lò xo:

- Kết cấu điện cực phóng kém bền vững, dưới tác dụng theo chu kỳ của các búa

gõ sẽ làm giảm nhanh chóng khoảng cách tiêu chuẩn giữa cực phóng và cực thu

Do vậy, không thể tăng điện áp làm việc đến tối ưu

- Cấu trúc dây xoắn không tạo được hiệu ứng mũi nhọn trong điện trường cao áp

do vậy hiệu suất lọc bụi sẽ rất thấp

Hiện nay, trong hệ thống lọc bụi tĩnh điện theo thiết kế và chế tạo của các hãng

nước ngoài dùng cho ngành điện, xi măng, hóa chất đều đã không còn dùng điện

cực phóng dạng dây xoắn lò xo Các điện cực phóng đều được chế tạo dạng ống

hoặc thanh có các gai nhọn được bắt chặt bằng bu lông trong các khung điện cực

phóng, do vậy đã làm tăng độ cứng vững của các điện cực phóng, dễ dàng tăng

điện áp làm việc và làm tăng hiệu suất lọc bụi tĩnh điện lên rất cao, đến µ= 99,5%

1.3 Các hệ thống rung gõ giũ bụi

- Hệ thống rung gõ điện cực thu:

Tính cho 01 trường lọc bụi:

+ Tổng số búa gõ: 25 bộ,

+ Nguồn động lực: Động cơ N=0,12kW và hộp giảm tốc hành tinh vi sai

- Hệ thống rung gõ điện cực phóng:

Tính cho 01 trường lọc bụi:

+ Tổng số búa gõ: 24 bộ,

+ Nguồn động lực: Động cơ N=0,12kW và hộp giảm tốc hành tinh vi sai

Với kết cấu truyền động mảnh, dài, thường xuyên tiếp xúc với bụi xỉ cứng và

nhiệt độ, bộ truyền dễ biến dạng gây quá tải động cơ, khả năng rung gõ kém hiệu

quả

Kết luận: Nguyên nhân chủ yếu về kết cấu cơ khí làm giảm hiệu suất lọc bụi:

* Khoảng cách thiết kế giữa các điện cực: điện cực thu và điện cực phóng quá

nhỏ, do vậy không thể tăng được điện áp lọc bụi (Khoảng cách tâm giữa hai điện

cực phóng và điện cực thu liền kề là 150mm)

* Cấu trúc điện cực gai dạng dây xoắn ốc không hợp lý, không tạo hiệu ứng

mũi nhọn trong trường tĩnh điện, không ổn định khi có tác động của búa gõ

* Kết cấu dầm treo điện cực thu và điện cực phóng kém linh hoạt làm giảm hiệu quả rung gõ giũ bụi

* Hệ thống búa gõ rung giũ bụi hoạt động kém hiệu quả

2 Nhóm nguyên nhân về điện và điều khiển

- Trong điều kiện vận hành lọc bụi tĩnh điện khắc nghiệt: nhiệt độ cao, độ ẩm lớn, nồng độ bụi lớn, độ cách điện của các ống sứ đỡ khung các điện cực phóng và

sứ treo hệ thống búa gõ rung cực phóng bị giảm mạnh

- Hệ thống điện điều khiển:

Máy biến áp, PLC, các mô đun kết nối và phần mềm chương trình điều khiển biến

áp, điều khiển tích hợp hệ thống, điều khiển đơn động, màn hình hiển thị, abtomat, cầu dao, … có thể có lỗi hư hỏng kỹ thuật cần phải bảo dưỡng, sửa chữa phục hồi hoặc thay thế

II Phương án sữa chữa nâng cấp

- Căn cứ tình trạng vận hành hiện tại của hệ thống lọc bụi tĩnh điện của các lò hơi

số: 5,6,7,8 của Công ty Nhiệt điện Uông Bí I

- Căn cứ yêu cầu sửa chữa nâng cấp các hệ thống lọc bụi tĩnh điện của các lò hơi số: 7,8 của Công ty Nhiệt điện Uông Bí

Viện Nghiên cứu cơ khí đã đề xuất phương án kỹ thuật sửa chữa nâng cấp các

hệ thống lọc bụi tĩnh điện của các lò hơi số: 7 và 8 của Công ty Nhiệt điện Uông

Bí như sau:

1 Thay mới toàn bộ các dây xoắn ốc của các điện cực phóng bằng các thanh gai dạng ống trong khung treo có độ cứng vững và ổn định cao (theo mẫu của hãng IHI, LURGI), trên cơ sở tận dụng các khung dầm treo của các điện cực phóng cũ

2 Tận dụng lại các tấm điện cực thu còn bảo đảm yêu cầu kỹ thuật tổ hợp thành các điện cực thu đạt chất lượng và chế tạo mới phần còn thiếu (thực tế thay mới 50%)

3 Tăng khoảng cách khoảng cách tâm giữa hai điện cực thu liền kề từ 300mm lên 400mm (giảm số đối cực: cực phóng- cực thu trong một trường lọc bụi từ 25 xuống còn 19)

4 Thiết kế, cải tạo các dầm treo điện cực bảo đảm độ linh động khi chịu tác động của búa gõ giũ bụi trên cơ sở tận dụng lại các dầm treo cũ

5 Thiết kế, cải tạo hệ thống búa gõ rung giũ bụi của các điện cực thu và điện cực phóng theo khoảng cách mới xác lập, tăng độ linh hoạt của các đầu búa Cải tạo các đe búa, định cữ khoảng dao động an toàn của các điện cực trong trường lọc bụi (trên cơ sở tận dụng lại sàn kết cấu cũ)

6 Thiết kế, cải tạo cơ cấu rung gõ bunke thu tro xỉ, các van quay xả tro xỉ (trên

cơ sở tận dụng lại kết cấu cũ)

7 Thiết kế, cải tạo hệ thống thải và thu tro

8 Bảo dưỡng phục hồi, sửa chữa, thay mới các linh kiện và các phụ kiện của hệ thống điện điều khiển: máy biến áp, động cơ, abtomat, cầu dao, hệ thống cảnh báo,…, đặc biệt là các mô đun và các chương trình phần mềm điều khiển điều khiển biến áp, điều khiển tích hợp hệ thống, điều khiển đơn động

9 Bảo dưỡng phục hồi tính năng kỹ thuật độ cách điện, khả năng chịu lực của các ống sứ đỡ khung điện cực phóng và sứ treo hệ thống búa gõ rung cực phóng; phục hồi hệ thống cung cấp khí nóng sấy sứ và sấy nóng bunke

III CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN

1 Các thông số ban đầu (Bảng 3.1)

Bảng 3.1

4 Bước giữa 2 cực phóng

cạnh nhau trong cùng 1 dãy

5 Khoảng cách giữa cực

phóng và cực lắng

6 Khoảng cách giữa 2 cực

đồng nhất

7 Khoảng cách từ bề mặt cực

lắng ngoài cùng đến vỏ

máy

40.103

12 Độ nhớt động học của khí ở

nhiệt độ làm việc

0oC N.s/m2 17,5 10-6

4 Bước giữa 2 cực phóng

cạnh nhau trong cùng 1 dãy

5 Khoảng cách giữa cực

phóng và cực lắng

6 Khoảng cách giữa 2 cực

đồng nhất

7 Khoảng cách từ bề mặt cực

lắng ngoài cùng đến vỏ

máy

40.103

12 Độ nhớt động học của khí ở

nhiệt độ làm việc

0oC N.s/m2 17,5 10-6

2 Tính toán các thông số công nghệ của thiết bị:

2.1 Hiệu suất tối thiểu cần có của thiết bị Lọc bụi tĩnh điện để đảm bảo yêu cầu

nồng độ bụi đầu ra:

100

vtc rtc ct

vtc

B

   , % (3.1)

Trong đó:

Bvtc- Nồng độ bụi đầu vào ở điều kiện tiêu chuẩn, g/Nm3;

Brtc - Nồng độ bụi ra ở điều kiện tiêu chuẩn, Br= 0,05 g/Nm3

Nồng độ bụi vào ở điều kiện tiêu chuẩn:

o tl

k o o v vtc

T p

t T p B

B  (  ) , g/Nm3

(3.2) Trong đó:

BV - Nồng độ bụi vào ở điều kiện vận hành, BV= 80 g/m3;

Ở điều kiện tiêu chuẩn p0 = 1,01325.105 N/m2, T0 = 273 0K

ptl – áp suất trong buồng lọc: ptl = p0 – P N/m2;

P

 - Độ chênh áp giữa áp suất tuyệt đối của dòng khí và áp suất khí quyển,

P

 = 2000 N/m2;

ptl = p0 – 2000 = 101.325 – 2.000 = 99.325 N/m2

tk - Nhiệt độ dòng khí trong buồng lọc, tk= 1300C

Ở điều kiện tiêu chuẩn p0 = 1,01325.105 N/m2, T0 = 273 0K, ta có:

120,473

273 99325

) 130 273 (

101325



vtc

Vậy hiệu suất cần thiết để đảm bảo yêu cầu nồng độ bụi ra:

100% 99,96%

473 , 120

05 , 0 473 , 120







ct



2.2 Cường độ điện trường trong thùng lọc thiết bị LBTĐ

Công thức tính cường độ điện trường trong thiết bị LBTĐ với sai số tính toán không vượt quá 10% (khi x/h ≥ 0,3) như sau:

h

x h

U E

2

3

 , V/m (3.3) Trong đó:

H – Khoảng cách giữa điện cực phóng và điện cực thu, m, H1= 0,15 m

H2= 0,2m

x – Khoảng cách tại điểm xem xét tính từ đỉnh gai cực phóng, m; Chọn x = 0,3h

x1 = 0,3.0,15 = 0,045 m

x2 = 0,3.0,2 = 0,06 m

U – Điện áp cấp, V; U1 = 25.103 V

U2 = 40.103 V

Thay số vào công thức (3.3) ta có:

E 1,369.10 V /m

15 , 0

045 , 0 15 , 0 2

10 25

E 1,643.10 V /m

2 , 0

06 , 0 15 , 0 2

10 40

2.3 Xác định vận tốc lắng tính toán của hạt bụi:

Như trên đã phân tích để đảm bảo hiệu suất lọc tối thiểu yêu cầu (99,95%) thì kích thước hạt bụi nhỏ nhất cần thu được bởi thiết bị LBTĐ có đường kính 2rmin = 0,32 μm

Đối với các hạt bụi có đường kính 0,32 μm vận tốc lắng được tính theo công thức:

















min min

2 0

3

2

r

AS r

E







 , m/s (3.4)

Trong đó:

ε0 – hằng số điện môi chân không, ε0 = 8,854.10-12 c/V.m hoặc F/m

δ – chỉ số đặc trưng cho tính cách điện của hạt bụi và được tính theo công thức:

1

1 2

2









 

 (3.5)

ε – hệ số cách điện tương đối của hạt bụi, đối với đá vôi ε = 8 -12, ta chọn ε = 8

2,4

2 8

1 8 2











rmin – bán kính hạt bụi cần thu lắng, m; rmin = 0,16.10-6 m

µ – độ nhớt động lực học, N.s/m2

3 2 0

273

273

k k

t C

   , N.s/m2 (3.6) Trong đó

µ 0 - Độ nhớt động lực học của không khí ở 00C; µ 0 = 17,5.10-6N.s/m2

C – Hằng số, đối với không khí: C = 124

tK - nhiệt độ của dòng khí vào thiết bị lọc; tK = 1300C

2 / 3 6

10 988 , 8 273

130 124 130

124 273 10

5 ,

















A – hằng số, A = 0,815 – 1,63, chọn A = 0,815

S – chiều dài chuyển động tự do trung bình của phân tử, đối với khí S = 10-7m Thay số vào công thức (2.4) ta có:

10 16 , 0

10 815 , 0 1 10

988 , 8 3

10 16 , 0 4 , 2 10 369 , 1 10 854 , 8

2

6

7 6

6 10

2 12

min























10 16 , 0

10 815 , 0 1 10

988 , 8 3

10 16 , 0 4 , 2 10 643 , 1 10 854 , 8

2

6

7 6

6 10

2 12

min























2.4 Vận tốc lắng thực tế

Vận tốc lắng thực tế của hạt bụi nhỏ hơn từ 1,5 đến 3 lần vận tốc lắng tính toán theo lý thuyết Trong trường hợp này vì cỡ hạt bụi cần thu được có kích thước rất nhỏ (0,32 µm) nên ta chọn vận tốc lắng thiết kế nhỏ hơn vận tốc lắng tính toán lý thuyết là 2 lần Ta có vận tốc lắng thiết kế:

0 , 0036

2

0072 , 0 2

min 1

tk m/s (3.7)

tk 0 , 0052 m / s

2

0103 , 0 2

min 2

 (3.8)

2.5 Thời gian lắng thiết kế

lgtk H s

thietke

,



 (3.9)

tk 41,7s

0036 , 0

15 , 0

lg



tk 38,5s

0052 , 0

2 , 0

lg



2.6 Chiều dài hữu ích của buồng lọc

Lhibl = wk.tlgtk, m (3.10)

L1hi = 0,7 41,7 = 29,19 m

L2hi = 0,7 38,5 = 26,95 m

2.7 Tiết diện hữu ích của buồng lọc

F V , m2

k

k hi



 (3.11)

k

 - Vận tốc dòng khí qua buồng lọc, k = 0,6 - 0,8 m/s

Lấy: k = 0,7 m/s

78,97 2

3600 7 , 0

199000

m

2.8 Tính toán kiểm tra hiệu suất lọc của thiết bị

2.8.1 Theo công thức của Deutch, hiệu suất lọc tính toán của thiết bị LBTĐ được tính như sau:

1 . k.100%

hi b

H L

e 









 (3.12) Trong đó:

b - Vận tốc lắng của hạt bụi, m/s;

Lhi - Chiều dài hữu ích thiết kế buồng lọc, m;

H - Khoảng cách giữa cực thu và cực phóng, m;

k

 - Vận tốc dòng khí qua buồng lọc, m/s

Thay số các kích thước đã lựa chọn thiết kế ta có:

% 100 1

% 100

1 0,15.0,7 555,33.

31 , 58 1

b b

e

