Hệ thống lọc tĩnh điện xử lý khí thải nhà máy Nhiệt điện Uông Bí I
Nhà máy nhiệt điện than là một trong những nguồn cung cấp nguồn điện sinh hoạt và sản xuất quan trọng của nước ta, mang đến những lợi ích không hề nhỏ về kinh tế. Theo thống kê của Tổng Cục đo lường Việt Nam, hiện nay trên cả nước có 20 nhà máy nhiệt điện than đang hoạt động với tổng công suất đạt 13.110MW, cung cấp khoảng 131 tỷ kWh điện.
Để tạo ra được lượng điện này, nhà máy nhiệt điện than cần tiêu thụ khoảng 45 triệu tấn than trong một năm tạo ra 15.700 triệu tấn lượng tro, xỉ, thạch cao cùng với một các chất khí độc hại như CO2, CO, SO2, SO3, NOx. Sự xuất hiện của các chất thải trên gây ra hệ quả không hề nhỏ cho môi trường cũng như sức khỏe của con người. Nếu như tro, bụi gây ra các vấn đề về hệ hô hấp, hệ tiêu hóa, về da, mắt thì sự tồn tại của khí CO, SO2, NOx dễ khiến hệ thần kinh, hệ hô hấp, hệ tim mạch của con người bị tác động với những biểu hiện như ho, chảy nước mũi, viêm họng, ngạt thở, đau đầu, chóng mặt, …
Liên quan đến việc quản lý chất thải từ nhà máy nhiệt điện than, Nhà nước đã ban hành Quy chuẩn Kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp nhiệt điện QCVN 22: 2009/BTN-MT đòi hỏi các nhà máy cần áp dụng các phương pháp xử lý khí thải, đảm bảo nồng độ C các chất đạt tiêu chuẩn theo bảng dưới đây:
| STT | Thông số | Nồng độ C (mg/Nm3) |
| 1 | Bụi | 200 |
| 2 | Nito oxit, NOx (tính theo NO2) | -650 (với than có hàm lượng chất bốc >10%)-1000 (với than có hàm lượng chất bốc <=10%) |
| 3 | Lưu huỳnh dioxit (SO2) | 500 |
Hệ thống lọc tĩnh điện được sử dụng để xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện than Uông Bí I
Hệ thống xử lý khí thải là một trong những giải pháp xử lý mới xuất hiện trên thị trường Việt Nam, được được nhiều nhà máy ứng dụng trong đó có nhà máy Nhiệt điện than Uông Bí I. Sau một thời gian sử dụng, các cơ sở này đều đánh giá hệ thống có nhiều ưu điểm nổi bật so với các thiết bị lọc bụi khác như:
- Hiệu suất lọc bụi đạt từ 98 đến 99,9%
- Công suất lọc lớn, đạt hàng trăm ngàn m3 khí bụi trong một giờ
- Có khả năng chịu được nhiệt độ lên đến 4000C
- Hệ thống làm việc ổn định
- Tuổi thọ thiết bị cao
Tại nhà máy Nhiệt điện Uông Bí I, chủ doanh nghiệp nhận thấy cần cải tạo hệ thống lọc tĩnh điện để nâng cao hiệu quả xử lý khí thải. Kỹ sư Phạm Văn Quế – Giám đốc Trung tâm Gia công Áp lực Viện Nghiên cứu cơ khí và đồng nghiệp đã tiến hành cải tạo hệ thống này, đáp ứng các tiêu chuẩn của nhà nước về chất lượng khí thải trước khi đưa ra ngoài môi trường. Dưới đây là những thông tin liên quan về công trình.
Tại nhà máy nhiệt điện Uông Bí I được trang bị 4 lò hơi kiểu IIK-20-3 kiểu than phun, thải xỉ khô, cùng 1 chiếc quả gió, 1 chiếc quạt khói. Nguyên liệu chính được sử dụng tại đây là than Antraxit Vàng Danh. Khi sử dụng nguyên liệu trên, tro được sinh ra bao gồm SiO2 (58,52%), Al2O2 (28,08%), Fe2O3 (6,11%), CaO (0,82%), Na2O3 (<0,1%), K2O (2,62%), TiO2 (1,05%), và MgO (1,11%), từ 15 đến 20% còn lại là hàm lượng cacbon. Để xử lý lượng khí thải này, nhóm nghiên cứu sử dụng 4 hệ thống lọc bụi với 8 phễu lọc bụi dài 20m, rộng 8m và khoảng cách giữa 2 điện cực khác dấu là 200mm.
Việc xác định các thông số công nghệ của thiết bị lọc tĩnh điện được nhà nghiên cứu tính toán dựa trên các công thức sau:
Hiệu suất tối thiểu cần có để đảm bảo nồng độ bụi đầu ra:
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:
Trong đó:
Bv: Nồng độ bụi vào ở điều kiện vận hành, Bv= 80g/m3
Ptl: Áp suất trong buồng lọc
T0: Nhiệt độ tiêu chuẩn
Tk : Nhiệt độ dòng khí trong buồng lọc
P0 : Áp suất tiêu chuẩn
Cường độ điện trường trong thùng lọc thiết bị lọc tĩnh điện (sai số <=10% khi x/h >=0.3) :
Trong đó :
h : Khoảng cách giữa điện cực phóng và điện cực thu
x: Khoảng cách tại điểm xem xét tính từ đỉnh gai cực phóng
U : Điện áp cấp
Vận tốc lắng của hạt bụi có đường kính 0,32 µm:
Trong đó :
ε0 : Hằng số điện môi chân không
ε : Hệ số cách điện tương đối ít của hạt bụi
rmin : Bán kính hạt bụi cần thu lắng, m
µ : Độ nhớt động lực học, N.s/m2
Vận tốc lắng thực tế : Ước tính bằng ½ lần vận tốc lắng thiết kế
Vận tốc lắng thiết kế :
Thời gian lắng thiết kế :
Chiều dài hữu ích của buồng lọc:
Tiết diện hữu ích của buồng lọc:
Hiệu suất lọc tính toán của thiết bị lọc tĩnh điện:
Trong đó:
ωb: 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
ωk: Vận tốc dòng khí qua buồng lọc, m/s
Vận tốc lắng của hạt bụi có đường kính <=2µm:
Với các công thức tính toán trên, vận tốc lắng và hiệu suất ứng với kích thước các hạt bụi khác nhau như sau:
| Kích thước hạt bụi (µm) | 0-0,375 | 0,375-1 | 1-2 | 2-5 | 5-10 | 10-20 | 20-40 | 40-60 | 60-100 | 100-200 |
| Đường kính trung bình của hạt (µm) | 0,187 | 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 khói 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 H1=0,15m | 0,0051 | 0,012 | 0,023 | 0,054 | 0,113 | 0,224 | 0,445 | 0,74 | 1,18 | 2,215 |
| Vận tốc lắng của hạt (m/s) khi H2=0,2m | 0,0074 | 0,017 | 0,033 | 0,078 | 0,163 | 0,032 | 0,641 | 1,066 | 1,7 | 3,19 |
| Hiệu suất lọc của hạt (%) khi H1=0,15m | 94,1 | 99,87 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Hiệu suất lọc của hạt (%) khi H2=0,2m | 94,2 | 99,96 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
Với kết quả khảo sát trên, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng với hệ thống xử lý khí thải, hiệu suất xử lý đạt 99,98%, cải tạo đáng kể lượng bụi có chứa trong khí thải nhà máy Nhiệt điện Uông Bí I, mang đến bầu không khí trong lành hơn cho con người. Kết quả công trình cũng cho thấy, việc ứng dụng hệ thống xử lý khí thải vào trong các nhà máy, khu chế xuất là điều hết sức cần thiết, góp phần vào việc cải thiện khí thải và bảo vệ môi trường sống của chúng ta.
