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

Chương

4

HỆ THỐNG LỌC BỤI

Tháng 10/2017
Thực hiện:

Nguyễn Quốc Trung

Kiểm tra:

Đoàn Trung Tín

Ngày

Ký tên


MỤC LỤC
1.

TỔNG QUAN .............................................................................................................1

2.

TIÊU CHÍ THIẾT KẾ...............................................................................................1

2.1.

Thơng số thiết kế ..........................................................................................................1

2.1.1.

Nồng độ bụi tối đa cho phép ............................................................................. 1

2.1.2.

Tính tốn 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 cơng 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.
3.3.

Một số lỗi của lọc bụi tĩnh điện ....................................................................................4
Phân tích lựa chọn thơng 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 dịng 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

Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

1.

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

TỔNG QUAN

Hệ thống lọc bụi trong nhà máy nhiệt điện được sử dụng để hạn chế phát thải bụi trong
khói thải từ lị hơi ra mơi 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,
cơng suất lớn, có thể hoạt động trong mơi 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 dịng 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.
2.1.

TIÊU CHÍ THIẾT KẾ
Thơng số thiết kế

2.1.1. Nồng độ bụi tối đa cho phép
Nồng độ bụi tối đa cho phép trong khí thải cơng nghiệp nhiệt điện được tính theo
QCVN 22: 2009/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải cơng 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 lị hơi chính, đảm bảo nồng độ phát thải đáp ứng tiêu chuẩn mơi trường tại
mọi thời điểm.
2.1.2. Tính tốn lựa chọn kích thước
 Tổng diện tích bề mặt thu bụi:
K
S


  w 
 = 1  e  f 




 100



Trong đó:

 là hiệu suất thu bụi (%)
S là tổng diện tích bề mặt thu bụi (m2/m3/s)
w là vận tốc khói trong trường thu bụi (m/s)
f là lưu lượng khói (m3/s)

K là hằng số, K = 0,6

Quyển 3, Chương 4 – Hệ thống lọc bụi
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 1 / 11

Rev.3


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

e là hằng số Napier
 Tính tốn lựa chọn chiều cao tấm cực thu:

S  NG  N F  lF  2  hCE  NC  N P
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 tốn số lượng tấm cực thu và cực phóng trên một hàng:

NCE 

lF
lCE  

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: Mơ tả bố trí các cực thu và cực phóng trong ESP

Quyển 3, Chương 4 – Hệ thống lọc bụi
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 2 / 11


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

2.1.3. Đặc tính thiết kế của một số tổ máy thơng dụng
Đặc tính thiết kế điển hình của ESP lò hơi đốt than tổ máy 600MW
Nhiên liệu thiết kế

Than cám 6A

Lưu lượng khói

3.176.882 m3/h

Nhiệt độ khói

125,25 oC

Nồng độ bụi đầu vào

42,2934 g/Nm3

Nồng độ bụi đầu ra

95 mg/Nm3

Số lượng trường

4

Số lượng buồng khử bụi

2

2.2.

Tiêu chuẩn áp dụng

QCVN 22: 2009/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải cơng nghiệp nhiệt
điện.
QCVN 05: 2009/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng khơng khí xung
quanh.
3.
3.1.

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KỸ THUẬT
Phân tích lựa chọn cơng 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 dịng khí sạch được đưa ra ngồi. Bộ lọc được vận hành
theo chu kỳ, xen kẽ giữa thời gian lọc tương đối dài và thời gian làm sạch ngắn.
Trong q trình làm sạch, các hạt bụi tích tụ trên bề mặt túi được tách ra bằng phương
pháp rung rũ, dịng khơng 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 khơ
Trong hệ thống lọc bụi tĩnh điện, dịng 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 mơi trường nhiệt độ

khói bằng hoặc thấp hơn nhiệt độ đọng sương. Ngoài ra, các cơ cấu liên kết gõ tách
Quyển 3, Chương 4 – Hệ thống lọc bụi
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 3 / 11


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

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 cơng 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 cơng 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 khơ 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 khơ
hồn tồn đáp ứng được các quy chuẩn quốc gia về nồng độ các chất phát thải, bên
cạnh đó cịn 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 thốt ESP có tuổi thọ thấp do bị ăn mịn.
 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 tơn khu vực hệ thống búa gõ cực phóng bố trí khơng hợp lý.
 Tại một số nhà máy, hệ thống ESP không để đưa vào vận hành ngay từ khi đốt lị
hơi chính; chỉ có thể vận hành khi lị hơi chính đốt than hồn tồn. Điều này dẫn
đến hiện tượng khói đen trong q trình lị hơi chính đốt dầu và đốt kèm (than và
dầu); gây ơ nhiễm mơi trường.
3.3.

Phân tích lựa chọn thơng 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 dịng 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.

Quyển 3, Chương 4 – Hệ thống lọc bụi
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 4 / 11

Rev.3


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Hình 4.2 Thiết bị lọc bụi tĩnh điện
Chú thích:
1: Đầu khói vào

8: Bộ gõ bụi cho tấm cực thu

2: Đầu khói ra

9: Các trường thu bụi

3: Các tấm phân phối dịng khói

10: Phễu thu xỉ

4: Cực phóng

11: Máy biến áp

5: Tấm cực thu

12: Quạt khí chèn

6: Bộ gõ bụi cho tấm phân phối dòng

13: Hộp cách điện

7: Bộ gõ bụi cho cực phóng

14: Kết cấu đỡ

Quyển 3, Chương 4 – Hệ thống lọc bụi
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 5 / 11


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

3.3.1. Cực phóng
Điện cực sử dụng cho thiết bị khử bụi có nhiều loại: kiểu hình trịn, kiểu hình sao, kiểu
hình răng cưa, kiểu hình xích chuyền, kiểu hình lị xo đàn hồi…trong đó có điện cực
kiểu sao, kiểu hình trịn 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 lị hơi đốt dầu), cịn loại
hình răng cưa, hình máng thì cường độ dịng điện phóng ra lớn thích hợp với dịng

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
Dịng 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.

Quyển 3, Chương 4 – Hệ thống lọc bụi
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 6 / 11


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

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 lị 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
Quyển 3, Chương 4 – Hệ thống lọc bụi
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 7 / 11

Rev.3


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

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 q trình khởi động lị 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 mơi trường bên ngồi ESP (lạnh).
Ngồi ra hệ thống quạt khí chèn cịn 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.

Quyển 3, Chương 4 – Hệ thống lọc bụi
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 8 / 11


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

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 ngồi vỏ ESP.

Hình 4.8 Thiết bị rung gõ cực lắng
3.3.8. Tấm phân phối dịng khói
Vận tốc dịng khói đầu vào ESP có ảnh hưởng lớn tới hiệu suất thu bụi. Các tấm phân
phối dịng khói có nhiệm vụ bảo đảm phân phối đều vận tốc dịng khói vào các trường

Quyển 3, Chương 4 – Hệ thống lọc bụi
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 9 / 11


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

thu bụi. Việc bố trí các tấm phân phối dịng 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 dịng 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.

Quyển 3, Chương 4 – Hệ thống lọc bụi
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 10 / 11


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Hình 4.10 Phễu thu xỉ
3.3.10. Hệ thống rửa ESP
Hệ thống rửa ESP hoạt động trong quá trình dừng lị, để rửa trong giai đoạn bảo trì
ESP. Bên trong của ESP và tấm gia nhiệt được phun rửa bằng vịi phun.
3.4.

Giải pháp cơng 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 khơng khí bằng hơi (Steam Coil Air Pre-heater – SCAPH) phải được cung
cấp và lắp đặt trước bộ sấy khơng khí (Air Pre-heater) cho cả gió sơ cấp và gió thứ
cấp. Điều này đảm bảo cho nhiệt độ khói vào ESP đạt u cầu trong q trình khởi
động lị 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 khơng bị bám dính xỉ dầu trong thời gian
vận hành ở tải thấp.

Quyển 3, Chương 4 – Hệ thống lọc bụi
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 11 / 11

Rev.3