TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ SỰ CẦN THIẾT
Trong nhà máy nhiệt điện, quá trình đốt than tạo ra một lượng lớn tro bay, cần được vận chuyển liên tục đến khu vực lưu trữ hoặc thải bỏ, hoặc chuyển ra tàu để xuất khẩu và tái sử dụng.
Thông thường phân bố tro xỉ bay thải ra trong nhà máy nhiệt điện được thể hiện như hình 1
Trong các nhà máy nhiệt điện đốt than, tro xỉ phát sinh cần được vận chuyển đến nơi lưu trữ và xử lý Để thực hiện điều này, các nhà máy thường áp dụng các phương pháp như cơ học, khí động lực học và thủy động lực học nhằm đưa toàn bộ lượng tro bay thải ra bãi chứa xỉ hoặc tái sử dụng cho các nhu cầu khác.
Báo cáo này sẽ phân tích ưu nhược điểm của từng công nghệ vận chuyển tro bay, nhằm đảm bảo hiệu suất, độ tin cậy và các yêu cầu về môi trường cho nhà máy nhiệt điện Qua việc so sánh các thông số đầu vào, chúng tôi sẽ xác định công nghệ phù hợp nhất cho NMNĐ.
TIÊU CHÍ THIẾT KẾ
Tiêu chuẩn Việt Nam
QCVN 22: 2009/ BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp nhiệt điện
QCVN 05: 2013/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng không khí
QCVN 50: 2013/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng nguy hại đối với bùn thải từ quá trình xử lý nước
QCVN 51: 2013/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng nguy hại dối với bùn thải từ quá trình xử lý nước
Tiêu chuẩn quốc tế
Máy nén, bơm chân không, bộ lưu trữ khí, bộ làm khô khí
Code PTC-9 Displacement compressors, vacuum pumps and blowers
BS-1571 (Part I&II) Acceptance test for positive displacement compressors and Exhausters
BIS IS 6206:1985 (R2012) Guide For Selection, Installation And Maintenance Of Air Compressor Plants With Operating Pressures Up To 10 Bars
ISO : 1217 Displacement Compressors-Acceptance tests Đường ống
BS:1211 Centrifugally cast (spun) iron pressure pipes for water, gas and sewage
ISO 559:1991 Steel tubes for water and sewage
API 610 Centrifugal pumps for general refinery service
Quyển 3, Chương 9 – Hệ thống vận chuyển tro bay và khả năng tận dụng tro xỉ Trang 3 / 29 Ấn bản 03, tháng 10/2017
BIS IS 1520:1980 Horizontal Centrifugal Pumps For Clear, Cold, Fresh Water
BIS IS 5120:1977 Technical Requirements For Rotodynamic Special Purpose Pumps
Phần mềm tính toán
Có thể sử dụng mô hình Computational Fluid Dynamics (CFD) để phân tích, đánh giá dòng hỗn hợp tro và không khí trong ống.
PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ VẬN CHUYỂN TRO BAY
Tổng quan công nghệ
Trong quá trình phát triển của các nhà máy nhiệt điện, các phương pháp vận chuyển tro bay truyền thống như băng tải, trục vít và gàu xúc đã trở nên lỗi thời Những phương pháp này gặp khó khăn trong thiết kế và bố trí hành lang tuyến, đồng thời không đáp ứng được các yêu cầu môi trường ngày càng nghiêm ngặt.
Công nghệ thu gom tro bay bằng nước dưới các phễu ESP ít được áp dụng do yêu cầu không gian lớn và hiệu suất thấp Ngược lại, các công nghệ vận chuyển tro bay trong nhà máy nhiệt điện hiện đang được sử dụng phổ biến và có độ tin cậy cao, như thể hiện trong hình 2.
Quyển 3, Chương 9 – Hệ thống vận chuyển tro bay và khả năng tận dụng tro xỉ Trang 4 / 29 Ấn bản 03, tháng 10/2017
Hình 2: Tổng quan các công nghệ vận chuyển tro bay cho NMNĐ
Nhìn chung, quá trình vận chuyển tro bay trong NMNĐ có thể chia thành hai phần:
Trong nhà máy, tro bay từ các phễu trên đường khói (bao gồm bộ lọc bụi, bộ hâm nước, bộ sấy không khí và bộ khử NOx) được chuyển đến silo chứa tro Công nghệ khí nén là phương pháp hiệu quả nhất cho quy trình này nhờ vào lợi thế về bố trí mặt bằng, bảo vệ môi trường, hiệu suất và công suất cao Các công nghệ có thể áp dụng bao gồm công nghệ chân không, công nghệ khí nén pha loãng và công nghệ khí nén pha đặc Tuy nhiên, do tính kinh tế của nhà máy nhiệt điện, việc kết hợp các công nghệ này không được xem xét.
Tro bay từ silo trong nhà máy được vận chuyển ra bãi chứa xỉ hoặc cảng xuất tro xỉ Các công nghệ có thể áp dụng cho quá trình này bao gồm xe tải chuyên dụng, công nghệ khí nén, băng tải ống và công nghệ bơm bùn để thải tro xỉ theo kiểu ướt.
Quyển 3, Chương 9 – Hệ thống vận chuyển tro bay và khả năng tận dụng tro xỉ Trang 5 / 29 Ấn bản 03, tháng 10/2017
Công nghệ khí nén có thể được áp dụng để vận chuyển tro từ nhà máy đến bãi thải xỉ hoặc cảng xuất tro, đặc biệt khi vị trí bãi thải gần nhà máy Silo sẽ được lắp đặt tại bãi thải xỉ hoặc cảng xuất tro để thực hiện việc thải bỏ hoặc xuất tro.
Hệ thống chân không vận chuyển tro bay sử dụng bơm chân không tại đầu ra của silo để tạo chênh áp, mang lại hiệu suất và độ tin cậy cao, phù hợp cho khoảng cách vận chuyển ngắn Phương án này ít ảnh hưởng đến môi trường nhờ hoạt động dưới áp suất khí quyển Tuy nhiên, yêu cầu bố trí mặt bằng đơn giản và nếu hệ thống khí nén gặp sự cố, công suất sẽ giảm nhanh chóng.
Giảm thiểu tác động môi trường;
Có thể lấy tro bay tại nhiều điểm hơn so với phương án suất dương;
Các thiết bị, cấu hình đơn giản
Khoảng cách vận chuyển bị giới hạn dưới (thường áp dụng dưới 200m) ;
Công suất hệ thống nhỏ;
* Các thành phần cơ bản
Hình 3: Nguyên lý hoạt động công nghệ kiểu chân không
Quyển 3, Chương 9 – Hệ thống vận chuyển tro bay và khả năng tận dụng tro xỉ Trang 6 / 29 Ấn bản 03, tháng 10/2017
Hệ thống các điểm nhận tro;
Bộ lọc bụi dang túi (hoặc dạng khác)
3.1.2 Công nghệ khí nén pha loãng
Công nghệ vận chuyển tro bay kiểu khí nén pha loãng sử dụng quạt tạo áp suất gần bằng áp suất khí quyển để nâng và kéo vật liệu cùng với không khí Quá trình này duy trì một vận tốc dòng khí nhất định, trong đó dòng liệu được trộn lẫn liên tục với không khí theo tỷ lệ cao, đảm bảo hiệu quả trong việc vận chuyển.
Do áp suất gần bằng áp suất khí quyển, nguy cơ hư hỏng thiết bị do áp suất là thấp Bên cạnh đó, chi phí đầu tư cũng rẻ hơn nhiều so với việc sử dụng khí nén pha đặc Hơn nữa, công suất vận chuyển trong trường hợp này lớn hơn so với hệ thống chân không.
Hiện nay, phương án này được áp dụng tối ưu, phổ biến nhất cho nhà máy có khoảng cách trong khoảng từ 200 m đến 400 m
Các đặc trưng chính của công nghệ này như sau:
Quá trình vận chuyển vật liệu liên tục;
Dùng quạt để thổi dòng khí;
Vật liệu được hòa trộn, nâng, và kéo cùng với dòng không khí;
Vận tốc dòng khí lớn hơn vận tốc “saltation” của vật liệu;
Tỉ lệ khối lượng không khí/ vật liệu cao ( >2);
Áp suất thấp (bé hơn hoặc xấp xỉ 1bar) nên các thiết bị của hệ thống làm việc trong điều kiện gần áp suất môi trường
Vốn đầu tư ban đầu thấp;
Dễ dàng trong vận hành do áp suất vận hành gần với áp suất môi trường;
Có thể vận chuyển khối lượng tro bay lớn;
Do vận tốc cao nên yêu cầu vật liệu ống có độ chịu mài mòn cao;
Yêu cầu đường kính ống lớn;
Quyển 3, Chương 9 – Hệ thống vận chuyển tro bay và khả năng tận dụng tro xỉ Trang 7 / 29 Ấn bản 03, tháng 10/2017
Không áp dụng được với đặc tính tro bay có nhiều góc cạnh, cứng, mài mòn cao;
Yêu cầu bộ lọc ở silo lớn
* Các thành phần cơ bản
Hình 4: Nguyên lý hoạt động công nghệ kiểu khí nén pha loãng
Các quạt áp suất kết hợp với bộ giảm âm
Hệ thống đường ống vận chuyển bao gồm các đường ống, co, các van chia lưu lương, etc;
Hệ thống lọc bụi đường thoát (filter);
Các bộ điều khiển và thiết bị điện
3.1.3 Công nghệ khí nén pha đặc
Công nghệ khí nén pha đặc sử dụng lượng không khí tương đối nhỏ với áp suất đầu vào cao để đẩy dòng liệu, khác với khí nén pha loãng cần sử dụng một lượng lớn không khí.
Quá trình đẩy dòng liệu gián đoạn theo chu kỳ bắt đầu với áp suất ban đầu khoảng 6-7.5 Bar Trong quá trình làm việc, áp suất đường ống thường đạt khoảng 2.5 – 3 Bar.
Quyển 3, Chương 9 đề cập đến hệ thống vận chuyển tro bay và khả năng tận dụng tro xỉ, trong đó mô tả hiện tượng áp suất giảm xuống và sau đó tăng lên từ 2.5 đến 3 Bar, rồi lại giảm Chu kỳ này diễn ra liên tục, với thời gian mỗi chu kỳ khoảng 2 đến 3 giây.
Các đặc trưng chính của công nghệ này như sau:
Áp suất làm việc từ 1.96 - 4.9 Bar, áp suât đặt 6 -8 Bar;
Quá trình vận chuyển vật liệu gián đoạn;
Khí nén áp suất cao để thổi dòng khí;
Tỉ lệ khối lượng không khí/ vật liệu thấp: