Giải pháp kỹ thuật trong cung cấp, nâng cấp và hiệu chỉnh hệ thống lọc bụi tĩnh điện , nhằm nâng cao hiệu suất hệ thống lọc bụi tĩnh điện (ESP)

I. TỔNG QUAN

1. Giới thiệu chung

      Lọc bụi tĩnh điện (ESP) là một công nghệ tiên tiến giúp loại bỏ các hạt bụi và chất ô nhiễm khỏi không khí, mang lại môi trường sống và làm việc trong lành hơn. Trong bối cảnh ô nhiễm không khí ngày càng gia tăng, việc áp dụng các giải pháp hiệu quả để cải thiện chất lượng không khí trở nên cấp bách hơn bao giờ hết.

Lọc bụi tĩnh điện (ESP) được sử dụng hiệu quả trong nhiều ngành công nghiệp như:

• Công nghiệp sử dụng lò đốt (nhiệt điện, lò đốt rác…) và lò nung…
• Công nghiệp sản xuất xi măng: xử lý khí thải ở nhiệt độ cao từ lò nung xi măng và giai đoạn làm nguội clinker.
• Công nghiệp luyện kim: xử lý bụi từ lò nung chảy, lò luyện, lò oxygen, giai đoạn nung kết.
• Công nghiệp giấy: công đoạn nghiền bột giấy…
• Các ngành công nghiệp khác: nung chảy thủy tinh; chế biến thực phẩm; sản xuất hóa chất; gốm sứ; bông vải…

 Các trường lọc bụi được cấp nguồn từ hệ thống điện tự dùng của nhà máy qua các máy biến áp chỉnh lưu tăng áp, các máy biến áp chỉnh lưu cao tần hoặc máy biến áp xung điển hình như các dòng máy biến áp của hãng KraftPowercon (Kraft Classic – Single Phase, Kraft Classic – Three Phase, Smartkraft-SMPS và PulseKraft ).

Điện áp được tăng lên theo yêu cầu công nghệ của máy biến áp (có thể từ 56kV; 64kV; 72kV, 120kV…và tần số cũng tăng từ 100Hz lên đến 24000Hz), qua bộ chỉnh lưu thành điện một chiều cấp cho điện cực phóng của từng bộ ESP.

Quá trình lọc bụi được tính hiệu suất sau mỗi trường lọc. Hàm lượng bụi sau các trường lọc bụi và có thể đạt tới 99,92%.

Thông số chính của hệ thống thiết bị Lọc bụi tĩnh điện-ESP:

• Kiểu lọc bụi (Kompact Plus ESP/ Hi-R type ESP).
• Hiệu suất lọc bụi (Efficiency) : từ 98.99% ÷ 99,92% Tùy theo sử dụng loại máy biến áp.
• Phát thải bụi đầu ra (Outlet Dust Emission): Giảm từ 292mg/Nm³ ÷ ≤ 10 mg/Nm³.

2. Nguyên lý hoạt động

Lọc bụi tĩnh điện (ESP) làm việc dựa trên nguyên lý lực điện trường, điện thế cao áp một chiều được đặt giữa cực lắng và cực phóng của ESP để tạo thành một điện trường không đối xứng có điện thế cao (Tụ điện phẳng ).

Khi đưa vào 2 bản cực một điện thế đủ lớn, sẽ xảy ra hiện tượng phóng điện gần cực phóng và hình thành một lượng lớn các electron và ion trái dấu. Khi khói đi qua điện trường này, các hạt tro bay sẽ được hấp thụ electron hoặc ion và chúng bị nhiễm điện. Tro bay mang điện sẽ dịch chuyển về điện cực trái dấu theo lực điện trường.

Các hạt tro bay mang điện tích âm sẽ lắng đọng tại các bản cực dương và giải phóng điện tích vào đó. Cùng thời gian này, tro bay mang điện tích dương cũng sẽ lắng đọng tại cực âm. Kết quả là các hạt tro bay sẽ được tách ra khỏi khói

Khi tro bay tích trên bề mặt các bản cực đạt tới độ dày và độ nặng nhất định, thông qua phương thức gõ rung (hoặc tạo lực xung) vào các tấm bản cực làm các hạt bụi rơi xuống các phễu tro, sau đó sẽ được khí nén vận chuyển (hoặc bằng các thiết bị vận chuyển cơ khí như van quay, vít tải, gầu tải,..) tới silo chứa tro bay, hoàn thành quá trình phân tách khói – bụi. Các thiết bị trong quá trình này gọi là hệ thống vận chuyển tro (Ash handling system-AHS).

Vách bộ lọc bụi tĩnh điện được làm bằng thép tấm hàn liền với nhau thành một khối chữ nhật.

Để phân phối khói đều theo toàn bộ tiết diện của bộ lọc bụi tĩnh điện thì bộ lọc bụi có các chấn song hoặc các tấm đục lỗ phân phối khói, tại các điểm Vào/Ra (Inlet/Outlet) của dòng khói.

Các điện cực lắng có hình dạng đặc biệt (loại phẳng, hộp, máng hoặc biến dạng profil hở) và lắp đặt song song, thẳng đứng với hướng đi của dòng khói. Có kết cấu kiểu treo ở dầm trên và nẹp cố định ở đáy .

Các cực phóng (cực Ion hoá) là các dây gai cực/hoặc bản mỏng lá thép. Các cực Ion hoá được lắp trên khung và được treo trên các bộ sứ cách điện cao áp.

Hệ thống cơ cấu rung rũ bụi (rapping system) theo nguyên lý tay biên trục chính (Tumbling Hammer), độ nâng cao của búa và lực tập trung vào các đe hoặc cơ cấu rung hoặc dạng xung trọng lực từ tính- cơ cấu nam châm điện (MIGI rapper – Magnetic Impulse Gravity Impact Rappers Coils).

Cơ cấu dẫn động cho hệ thống rung búa gõ là động cơ điện qua hộp giảm tốc và các cặp bánh răng trục hoặc các nam châm điện.

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến Hiệu suất lọc bụi

• Bộ lọc bụi tĩnh điện là hệ thống thiết bị đồng bộ và hiệu suất lọc bụi phụ thuộc vào sự vận hành hoạt động của từng thiết bị trong toàn hệ thống.
• Hệ thống lọc bụi được điều khiển tự động, vì vậy sự hoạt động hợp lý nhịp nhàng của quá trình tự động ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất lọc bụi.
• Tín hiệu điều khiển, liên động, bảo vệ đều phụ thuộc vào độ chính xác của các thiết bị đo lường, cho nên hiệu suất lọc bụi cũng bị ảnh hưởng.
• Quá trình lọc bụi trong khói dựa theo nguyên lý Ion hoá điện môi.
• Bên cạnh các yếu tố công nghệ, ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của thiết bị lọc bụi, còn có các tiêu chí về quá trình lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng

4. Cấu trúc điển hình một số thành phần cấu tạo hệ thống lọc bụi tĩnh điện

Một số cấu trúc điển hình của các thành phần cấu tạo ESP:

• Hệ thống điện cực lắng (Collecting electrode)
• Hệ thống điện cực phóng (Discharge electrode)
• Hệ thống rung/rũ bụi (Rapping system)
• Hệ thống phân phối khói (Gas distribution screens)
• Hệ thống sứ cách điện cao áp (Insulator)
• Hệ thống Cung cấp điện (Transformer rectifier set)

II. CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG CẤP CẢI THIỆN HIỆU SUẤT CỦA ESP

Các phương pháp nâng cấp cải thiện hiệu suất và tính năng vận hành của hệ thống lọc bụi tĩnh điện, sẽ bao gồm:

• Cải tạo nâng cấp hệ thống phân phối dòng khói (Improved Gas Distribution)
• Tăng hệ số thu gom bụi SCA-Specific Collection Area, bằng cách tăng thêm chiều cao tấm điện cực lắng hoặc chiều dài thu bụi của tấm cực lắng. (Increased SCA by Adding Plate Height or Treatment Length)
• Tối ưu vùng điện trường (Better Field Sectionalization) bằng cách thay đổi các máy biến áp công nghệ cũ bằng các máy biến áp công nghệ mới tiên tiến như máy biến áp chỉnh lưu cao tần, máy biến áp xung.
• Cải tạo-nâng cấp hệ thống điện cực phóng và điện cực lắng- thu bụi (Improved Collecting and Discharge Electrode Systems)
• Tối ưu hệ thống gõ (rũ) bụi (Better Rapping Systems or Rapper Sectionalization)
• Lắp đặt hệ thống điều khiển mới (Installation of New Controls)

III. GIẢI PHÁP THỰC HIỆN

Tương ứng với các phương pháp là các giải pháp tùy chọn (Options) nhằm nâng cấp-cải tạo lọc bụi tĩnh điện ESP đảm bảo đáp ứng về nồng độ phát thải bụi đầu ra theo các yêu cầu của tiêu chuẩn môi trường:

1. Cải tiến nâng cấp hệ thống phân phối dòng khói (Improve Gas Distribution)

• Sử dụng mô hình vật lý hoặc phần mềm CFD (Computational Fluid Dynamic) nhằm đánh giá và cải tạo hệ thống này trước khi dòng khói đi vào/ra các trường lọc bụi.
• Điều chỉnh hệ thống phân phối dòng khói bằng cách bố trí các tấm sàng phân phối khói xen kẽ theo các tầng, bố sung các tấm dẫn hướng hoặc các tấm chắn dòng khói (Anti-sneak baffles/Sneakage).

Phân bố vận tốc tại các điểm cuối ở mỗi trường lọc bụi, khi bổ sung các tấm dẫn hướng

Lắp đặt thêm cơ cấu rung rũ bụi tại các tấm phân phối khói tại đầu vào trường lọc bụi, để thu gom và thải lượng bụi này, tránh bám dính làm ảnh hưởng tới dòng khói đi qua.

2. Tăng hệ số thu gom bụi SCA

• Bổ sung chiều dài các trường lọc bụi.
• Thiết kế khung cứng (đỡ các tấm điện cực thu bụi) sẽ được áp dụng.
• Tăng chiều cao tấm điện cực thu bụi.
• Kiểm tra, căn chỉnh lại các tấm điện cực thu bụi.

3. Thay đổi kích thước hình học của các hệ thống điện cực

Thay thế các tấm điện cực thu bụi hoặc thay đổi khoảng cách của các tấm điện cực thu bụi.

• Một số thiết kế trước đây áp dụng khoảng cách giữa 2 điện cực thu bụi cùng dấu từ 270mm  đến 350mm và hiện nay được điều chỉnh lên 400mm và đặc biệt một số lọc bụi tĩnh điện ESP còn thiết kế các trường cuối lên tới 500mm.
• Việc thay đổi các khoảng cách này, mang lại lợi ích như : giảm giá thành đầu tư ban đầu; chi phí bảo trì bảo hành thấp; nâng cao điện áp đặt vào các bản cực.

Thay đổi thiết kế các điện cực phóng (sử dụng thiết kế mới, có thể dạng RDE).

•  Các điện cực phóng dạng dây xoắn thường sử dụng với tính chất tro có độ dẫn điện (điện trở suất) trung bình hoặc cao. Được ứng dụng tại các trường phía sau lọc bụi, nơi có điện trở suất cao.
•  Điện cực phóng dạng RDE (Rigid Discharge Electrode) được sử dụng với thành phần tro có điện trở suất thấp và trung bình. Hoặc áp dụng tại trường đầu vào nơi có điện tích phóng cao.

4. Cải tạo các trường lọc bụi

• Xem xét đến việc tách các điện trường.
• Hoặc bổ sung các máy biến áp chỉnh lưu-TR Set.

5. Nâng cấp cải tạo các hệ thống rung (rũ) bụi

Thay đổi thiết kế đối với hệ thống rung rũ bụi. Tùy thuộc vào thiết kế và đặc điểm ứng dụng từng loại lọc bụi tĩnh điện thì sẽ được sử dụng loại hệ thống rũng rũ bụi dạng búa gõ (Tubling hammer) hoặc bộ tác động nam châm điện (MIGI rapper).

• Hệ thống búa gõ: thiết kế cơ khí đơn giản; giá thành đầu tư thấp; được áp dụng tại vị trí phía cuối (dưới), hoặc phía trên của các hệ thống điện cực, nhằm hạn chế sự đóng bám tro trên các bề mặt các hệ thống điện cực.
• Hệ thống rung rũ bụi dạng nam châm điện: được thiết kế phức tạp, có thể vận hành nhiều bộ rung rũ cùng lúc và được lắp đặt phía trên đỉnh lọc bụi.

Nếu cần thiết thì có thể bổ sung thêm hệ thống rung rũ bụi.

Nâng cấp hệ thống điều khiển đối với tần suất rung rũ bụi.

6. Lắp đặt nâng cấp hệ thống điều khiển

Sử dụng nâng cấp một số sản phẩm liên quan đến hệ thống điều khiển của 1 số nhà cung cấp chuyên nghiệp và hiện đại trên thế giới như : Micro Kraft 4 ; EPIC III hoặc ERIC rapper control (ERC1001).

7. Thay thế các máy biến áp thông thường 

• Thay thế các máy biến áp thông thường bằng máy biến áp chỉnh lưu cao tần, máy biến áp xung.
• Tối ưu hóa phần điều khiển.
• Cài đặt điều khiển điện áp tự động cùng với các chức năng điều khiển cao cấp: Tích hợp phần điều khiển hệ thống rung rũ bụi ; Chế độ đóng mở nguồn điện cho hệ thống rung rũ; Năng lượng sử dụng không liên tục; Tối ưu hóa các thuật toán điều khiển.

8. Điều chỉnh các thông số dòng khói

Nhằm để thay đổi điện trở suất ở mức thấp.

IV. NỘI DUNG NÂNG CẤP HIỆU SUẤT LỌC BỤI

Dự án điển hình do hãng Kraft Powercon thực hiện trong việc nâng cấp, cải tiến, hiệu chỉnh hiệu suất lọc bụi của hệ thống ESP; bằng cách lắp đặt máy biến áp xung PulseKraft và SmartKraft (Biến áp cao tần SMPS) tạo nên một giải pháp đồng bộ với hệ thống Biến áp một pha hiện hữu đang hoạt động của ESP; với mục tiêu là đạt được mức phát thải nồng độ bụi đầu ra theo yêu cầu của Bộ TN&MT với chi phí đầu tư cải tạo phù hợp.

Thông tin của Dự án:

• Nhà máy nhiệt điện đốt than với công suất 150MW gồm 01 ESP.
• Một ESP có 2 luồng và 07 trường lọc bụi; Phân bố các tấm cực song song với đường đi của dòng khói là 33/32; khoảng cách giữa các tấm cực cùng dấu là 400mm; Chiều dài của mỗi trường là 4.5 m và chiều cao 15m.
• Tổng diện tích thu gom bụi: 62379 m2/ESP.
• Điện cực phóng dạng dây xoắn và độ rộng của tấm điện cực lắng là 735mm, theo thiết kế của nhà cung cấp GE.
• Thông số máy biến áp chỉnh lưu hiện hữu 95kV/1600mA
• Mức phát thải theo Hợp đồng EPC là 120mg/ Nm3 và mức phát thải đạt được sau khi cải tạo nâng cấp là < 45mg/Nm3.

Giải pháp nâng cấp thiết bị máy biến áp, bằng cách sử dụng công nghệ tiên tiến – Máy biến áp Cao tần (High Voltage Power Supply -HVPS), được thực hiện như sau:

• Tại trường số 1 (1^st Field): Sử dụng hợp bộ máy biến áp chỉnh lưu cao tần SmartKraft tích hợp cùng với tủ điều khiển; thay cho máy biến áp chỉnh lưu 1 pha hiện hữu.

• Tại các trường lọc bụi số 2,3,4 và 5: giữ nguyên hiện trạng máy biến áp hiện hữu và cùng các tủ điều khiển.
• Sử dụng 02 máy biến áp PulseKraft được lắp đặt tại trường lọc bụi số 6 & 7, cùng với tủ điều khiển, nhằm thay thế các máy biến áp chỉnh lưu 1 pha hiện hữu.

Kết quả sau khi nâng cấp hệ thống cung cấp điện áp cho các trường lọc bụi:

Mức phát thải đạt được là 25-40mg/Nm3 so với mức yêu cầu của nhà máy là nhỏ hơn 45mg/Nm3; (giá trị được đo và kiểm tra lấy mẫu theo iso-kinetic).

V. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

     Trên cơ sở nghiên cứu đánh giá các tài liệu kỹ thuật liên quan và công tác khảo sát tại hiện trường đối với các hệ thống Công nghệ (Cơ khí), hệ thống Điện & Điều khiển của thiết bị ESP. — Kết hợp với các phương án và giải pháp kỹ thuật tổng thể, được mô tả như đã nêu ở trên.

      Với kinh nghiệm nhiều năm trong lĩnh vực thiết bị Cơ, Điện công nghiệp, cùng với sự hợp tác và hỗ trợ từ hãng KraftPowercon, Công ty Thái Bình chúng tôi tự tin có đủ năng lực để thực hiện các yêu cầu từ Chủ đầu tư, nhằm Nâng cấp-Cải thiện đáng kể tính năng và tình trạng vận hành hệ thống lọc bụi tĩnh điện. Giảm nồng độ phát thải bụi đầu ra xuống mức thấp nhất đảm bảo quy định ngày càng khắt khe của luật bảo vệ môi trường của Bộ TN&MT đã và sẽ ban hành.

Tag: