1
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 m
3
khí bụi/h;
- Có khả năng chịu được nhiệt độ đến 400
0
C;
- 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
- Kiểu:
K-20-3
- Nước sản xuất: Nga
- Năng suất hơi: 110T/h

Thành phần bao gồm
C
lv
= 61,01% W
lv
= 10,72%
H
lv
= 1,30% A
lv
= 28,0%
O
lv
= 1,1% V
lv
= 2,52%
N
lv
= 0,4% Q
t
lv
= 5256kcal/kg
S
lv
= 0,91%
Đặc tính kỹ thuật của tro:
SiO
2
= 58,52% Na
2

/h
- Nồng độ bụi trong khói: 80g/Nm
3

- Nhiệt độ khói làm việc: 130
0
C
- Nhiệt độ khói làm việc lớn nhất: 250
0
C
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
Hãng chế tạo: ZHEJIANG FEIDA-Trung Quốc
Số lượng phễu thu tro: 8 phễu/1 bộ lọc bụi
Số trường: 4 trường
Kích thước lọc bụi: Dài: 20m - Rộng: 8m
Khoảng cách 02 điện cực khác dấu: 150mm
2.1. Điện cực thu và phụ kiện:
3
Kiểu tấm cực thu: Profil dạng chữ C: HxBxL=55x735x10.000mm
Vật liệu: Thép
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

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
4
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 l
ò 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,

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.
6
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.

phóng và cực lắng
h m (0.15) 0,2

6 Khoảng cách giữa 2 cực
đồng nhất
d m (0.3) 0,4

7 Khoảng cách từ bề mặt cực
lắng ngoài cùng đến vỏ
máy
K
C
m 0,1

8 Điện áp định mức U kV (25.10
3
)
40.10
3
9 Kích thước hạt bụi d
b

mm (1-60).10
-6
10 Chiều dài 1 tuyến l
T

m 3,0

11 Chiều cao điện cực h m 11

B
m 0,20

7
5 Khoảng cách giữa cực
phóng và cực lắng
h m (0.15) 0,2

6 Khoảng cách giữa 2 cực
đồng nhất
d m (0.3) 0,4

7 Khoảng cách từ bề mặt cực
lắng ngoài cùng đến vỏ
máy
K
C
m 0,1

8 Điện áp định mức U kV (25.10
3
)
40.10
3
9 Kích thước hạt bụi d
b

mm (1-60).10
-6
10 Chiều dài 1 tuyến l

% (3.1)
Trong đó:
B
vtc
- Nồng độ bụi đầu vào ở điều kiện tiêu chuẩn, g/Nm
3
;
B
rtc
- Nồng độ bụi ra ở điều kiện tiêu chuẩn, B
r
= 0,05 g/Nm
3

Nồng độ bụi vào ở điều kiện tiêu chuẩn:

otl
koo
vvtc
Tp
tTp
BB
)(


, g/Nm
3
(3.2)
Trong đó:
B


- Độ chênh áp giữa áp suất tuyệt đối của dòng khí và áp suất khí quyển,
P

= 2000 N/m
2
;
p
tl
= p
0
– 2000 = 101.325 – 2.000 = 99.325 N/m
2

t
k
- Nhiệt độ dòng khí trong buồng lọc, t
k
= 130
0
C.
Ở điều kiện tiêu chuẩn p
0
= 1,01325.10
5
N/m
2
, T
0
= 273

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, H
1
= 0,15 m
H
2
= 0,2m
x – Khoảng cách tại điểm xem xét tính từ đỉnh gai cực phóng, m; Chọn x = 0,3h
x
1
= 0,3.0,15 = 0,045 m
x
2
= 0,3.0,2 = 0,06 m
U – Điện áp cấp, V; U
1
= 25.10
3
V

kích thước hạt bụi nhỏ nhất cần thu được bởi thiết bị LBTĐ có đường kính 2r
min
=
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
min
1
3
2
r
AS
rE








r
min
– bán kính hạt bụi cần thu lắng, m; r
min
= 0,16.10
-6
m
µ – độ nhớt động lực học, N.s/m
2 3
2
0
273
273
k
k
tC
t C
 

 

 


124130
124273
10.5,17












N.s/m
2
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
-7
m.
Thay số vào công thức (2.4) ta có:

sm/0072,0
10.16,0
10.815,0
1.
10.988,8.3
10.16,0.4,2.10.369,1.10.854,8.2
6

610212
min2
















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:

0036,0
2
0072,0
2
min1
1

(3.9)

s
tk
7,41
0036,0
15,0
lg1

s
tk
5,38
0052,0
2,0
lg2



2.6. Chiều dài hữu ích của buồng lọc
L
hibl
= w
k
.t
lgtk
, m (3.10)
L

3600.7,0
199000
mF
hibl


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:

%100.1
.
k
hib
H
L
e





(3.12)
Trong đó:

b
- Vận tốc lắng của hạt bụi, m/s;
L
hi
- Chiều dài hữu ích thiết kế buồng lọc, m;








2.8.2. Xác định vận tốc lắng của hạt bụi:
Vận tốc lắng của hạt bụi có đường kính ≤ 2µm được tính theo công thức:










b
bb
r
SA
r
E
.
1.
3
2
2

10.815,0
1
10.145,6.3
4,2.)10.369,1.(10.85,8.2

- Khi H
2
= 0,2m:
2b

=












b
b
r
r
7
6
2512

0,68 1,5 3,5 7,5 15 30 50 80 150
Bán kính
trung bình
của hạt(µm)
0,093

0,34 0,75 1,75 3,75 7,5 15 25 40 75
Phần trăm
theo khối
lượng, (%)
0,16 5,64 3,81 10,38

11,6 17,72

26,21

12,02

8,23

4,23
Vận tốc lắng
của hạt, m/s
(khi
H
1
=0,15m)
0,005
1
0,012


0,163

0,322

0,641

1,066

1,70

3,19
Hiệu suất lọc
của hạt, %
(khi
H
1
=0,15m)
94,1 99,87

100 100 100 100 100 100 100 100
Hiệu suất lọc 94,2 99,86

100 100 100 100 100 100 100 100
12
của hạt, %
(khi
H
2
=0,2m)



= 99,98%.
- Khi H
2
= 0,2m, chiều dài hữu ích buồng lọc: L
2hi
= 0,7. 38,5 = 26,95 m:






100
.
2
i
i


= 99,98%.
Kết luận: Với kích thước hữu ích thực tế của buồng lọc: L
hi
= 20m
- Khi H
1
= 0,15m, Điện áp làm việc U
lv
= 25 KV, hiệu suất lọc bụi của thiết bị

%98,99
1



, điện áp làm việc phải
được nâng cao: U
lv
= 48 KV.
Kết quả thực tế:
Hệ thống lọc bụi của 02 lò hơi số 7 và 8 Nhà máy nhiệt điện Uông Bí I, sau khi cải
tạo theo phương án kỹ thuật của Viện Nghiên cứu Cơ khí, với khoảng cách tâm
giữa 02 điện cực thu và điện cực phóng liền kề là H= 200mm(0,2m), đã đạt một số
chỉ tiêu chủ yếu sau:
- Tiết kiệm vật tư:
Điện cực thu, nguyên bản: 100 đc/ht, hiện nay còn: 76 đc/ht
Điện cực phóng, nguyên bản: 96 đc/ht, hiện nay còn: 72 đc/ht
Búa gõ cực thu và phụ kiện: 100 bộ/ht, hiện nay còn: 76 bộ/ht
Búa gõ cực phóng và phụ kiện: 96 bộ/ht, hiện nay còn: 72 bộ/ht
Khối lượng vật tư giảm 10÷12%
- Hệ thống đã vận hành ổn định với điện áp U
lv=
43÷51KV
- Hiệu suất lọc bụi η = 99,98%, lượng bụi còn lại trong khí thải, theo kết quả
quan trắc và phân tích tháng 12/2011:
Hệ thống lọc bụi tĩnh điện số 7: m= 25,33 mg/Nm
3
Hệ thống lọc bụi tĩnh điện số 8: m= 10,096 mg/Nm
3
.

3.1. Điện cực phóng cũ
3.2. Điện cực phóng
mới cải tạo
Hình 3: Kết cấu điện
cực phóng