TẤM TÁCH ẨM – BỘ KHỬ ẨM
TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ SOx (FGD) NHÀ MÁY ĐIỆN
Ứng dụng FGD
Các ứng dụng FGD (hệ thống khử lưu huỳnh trong khí thải) phù hợp cho các nhà sản xuất điện quy mô lớn, khí thải lò nung trong sản xuất xi măng, khí thải lò luyện nhôm hoặc các xưởng đúc kim loại khác, khí thải từ các đơn vị FCC trong nhà máy lọc dầu, hoặc các loại khí thải công nghiệp khác cần loại bỏ SO₂.
Các quy trình FGD khác nhau tùy thuộc vào lượng SO₂ cần xử lý, dung dịch hấp thụ được sử dụng, và thiết bị cụ thể trong tháp hấp thụ. Quy trình phổ biến nhất là sử dụng hệ thống FGD với dung dịch vôi hoặc bùn đá vôi. Phản ứng hóa học trong quy trình này sử dụng dung dịch huyền phù gồm các hợp chất canxi ở trạng thái rắn lơ lửng cùng với các muối canxi (sunfit và sunfat) hòa tan. Các hợp chất hòa tan này thường không gây vấn đề đáng kể, trừ khi dung dịch bị bão hòa. Khi đó, các ion Ca²⁺ tự do tiếp tục phản ứng với SO₂ (hòa tan), tạo ra sản phẩm là canxi sunfit và canxi sunfat với tỷ lệ thay đổi phụ thuộc vào pH vận hành và các yếu tố khác. Ngoài ra, phản ứng giữa Ca²⁺ và CO₂ trong tháp hấp thụ cũng tạo ra sản phẩm cacbonat, mức độ xảy ra phụ thuộc vào pH. Khi pH trên 8, phản ứng cacbonat diễn ra mạnh do có sự hiện diện của canxi hydroxide tự do, dẫn đến hình thành cặn cacbonat bám lên các bề mặt bên trong tháp, bao gồm cả bộ tách ẩm (mist eliminator).
Khi các hợp chất sunfit, sunfat và cacbonat hình thành trong dung dịch siêu bão hòa, chúng sẽ kết tủa, làm tăng hàm lượng chất rắn lơ lửng và nguy cơ đóng cặn. Việc bổ sung các phụ gia như magie, lưu huỳnh và axit dibasic (DBA) giúp hệ thống vận hành ở trạng thái “oxy hóa kìm hãm”, ngăn ngừa sự kết tủa trên thiết bị và bộ tách ẩm.
Dễ dàng nhận thấy có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng phản ứng trong hệ thống. Các hợp chất cần quan tâm nhất trong vùng tách ẩm là canxi sunfit và canxi sunfat. Canxi sunfit khi kết tủa sẽ tạo thành lớp bột mềm, màu trắng, dễ dàng rửa trôi khỏi các bề mặt. Ngược lại, canxi sunfat là hợp chất cứng, rất khó làm sạch. Một khi lớp sunfat này bám chặt vào các khe hở, vùng khuất hoặc bề mặt gồ ghề, các phản ứng kết tủa tiếp theo sẽ diễn ra nhanh hơn.
Thiết kế tổng quát
Với một số ứng dụng có nồng độ SO₂ thấp hơn, chỉ cần sử dụng một tầng cánh tách ẩm do tỷ lệ L/G (khí/lỏng) thấp, hoặc do hình dạng tháp đặc biệt. Tuy nhiên, trong phần lớn các ứng dụng, vùng tách ẩm thường được thiết kế với hai tầng tách ẩm. Thiết kế hai tầng này áp dụng cho cả dòng khí thải thẳng đứng hoặc dòng khí thải ngang. Tầng dưới, hay tầng thứ nhất của bộ tách sương, thường được gọi là tầng “thô” hoặc “tách giọt chính”. Thiết kế tầng này thường có cấu trúc mở, công suất cao, nhằm loại bỏ càng nhiều chất lỏng càng tốt. Thông thường, tầng tách ẩm này được phun nước gián đoạn từ cả phía trên và phía dưới.
Tầng tách ẩm thứ hai hoạt động trong điều kiện khô hơn, hiệu suất cao hơn so với tầng đầu, và thường chỉ được phun nước gián đoạn từ phía dưới. Trong một số trường hợp, vận hành viên có thể chọn thêm hệ thống phun từ phía trên để xả rửa tầng trên định kỳ khi hệ thống hoạt động ở chế độ tải thấp hoặc trong các đợt dừng bảo trì. Cần lưu ý phải “cân bằng” hiệu suất giữa hai tầng tách ẩm vì mỗi tầng đều ảnh hưởng lẫn nhau. Nếu chọn tầng thứ nhất quá “thoáng”, lượng bùn sẽ bị cuốn lên tầng thứ hai nhiều, có thể gây tắc nghẽn và phát sinh vấn đề vệ sinh. Nếu tầng thứ nhất chọn quá “chặt”, cũng có thể gây ra vấn đề vệ sinh do lượng chất rắn tích tụ quá nhiều ở tầng này. Dù là tầng thứ nhất hay tầng thứ hai, cả hai đều được thiết kế bề mặt nhẵn, không có móc hoặc rãnh có thể tích tụ chất rắn hoặc cản trở việc vệ sinh. Về cơ bản, một “hook thủy lực” được hình thành giữa các cánh tách ẩm do sự chênh lệch áp suất cao và thấp. Hook thủy lực này tạo ra hiệu ứng tương tự như hook vật lý, tức là một điểm để chất lỏng thoát ra, nhưng không làm tăng nguy cơ tắc nghẽn như khi dùng hook thực.
MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LỎNG (CFD)
Một công cụ đáng tin cậy để tối ưu hóa thiết kế, xử lý sự cố và phát triển sản phẩm.
Phân bố dòng chảy đóng vai trò then chốt trong các hệ thống tách đa pha.
Khi kích thước hệ thống giảm hoặc khi yêu cầu tăng công suất cho các hệ thống hiện hữu, các quy tắc thiết kế truyền thống về hình dạng hệ thống và phân bố dòng chảy cần được xem xét lại đối với tất cả các yếu tố có thể ảnh hưởng đến hiệu suất tách, bao gồm:
▼ Vận tốc dòng chảy qua các đầu vào và đầu ra
▼ Khoảng cách giữa các đầu nozzels
▼ Các kết cấu bên trong
▼ Mức chất lỏng
▼ Chuyển động sóng
Các kỹ sư của chúng tôi sử dụng mô hình CFD để mô phỏng điều kiện dòng chảy và hình học của cả hệ thống. Mô hình này cho phép tái hiện sát thực nhất phân bố dòng chảy bên trong hệ thống.
▼ Đối với các hệ thống đang vận hành, phân bố dòng kém có thể được xác định là nguyên nhân gây ra hiện tượng cuốn theo chất lỏng bất thường.
▼ Trong các trường hợp cải tạo khi điều kiện công nghệ thay đổi theo hướng tăng tải, mô hình CFD giúp đánh giá và tối ưu hóa các thay đổi thiết kế với độ tin cậy cao, đảm bảo đạt được hiệu suất mong muốn.
▼ Đối với hệ thống mới, thiết kế được tối ưu hóa bằng CFD giúp giảm kích thước và trọng lượng hệ thống, mang lại hiệu quả tiết kiệm vượt ra ngoài chi phí đầu tư. Ngoài việc giảm chi phí, còn có các khoản tiết kiệm liên quan đến móng và kết cấu đỡ.
Trường hợp minh họa dưới đây là một nghiên cứu về mô hình phân bố vận tốc bên trong một hệ thống tách quan trọng vận hành dưới điều kiện chân không.
Để đạt được hiệu suất tối ưu, điều quan trọng là vận tốc khi đi qua bộ tách ẩm phải đồng đều. Nghiên cứu CFD đã xác nhận điều này dựa trên hình dạng của hệ thống.
