Cách xác định công suất bột đá vôi cần thiết cho FGD
Zalo/WhatsApp: +8615333807511
Chúng tôi sản xuất nhiều loại máy nghiền khác nhau, chẳng hạn như máy nghiền Raymond, máy nghiền hình thang, máy nghiền đứng, máy nghiền siêu mịn, máy nghiền bi, v.v..., có thể tạo ra các kích thước bột khác nhau như 5 micron, 10 micron, 40 micron, 100 micron, 200 micron, v.v.
Thiết bị máy nghiền của chúng tôi có thể xử lý các loại khoáng sản sau:
đá vôi, talc, barit, bentonit, canxi cacbonat, dolomit, than đá, thạch cao, đất sét, thủy tinh, muội than, xỉ, clinker xi măng, v.v.
Nếu bạn cần máy nghiền để nghiền đá hoặc khoáng sản thành bột, vui lòng liên hệ với tôi(Zalo/WhatsApp: +8615333807511). Xin cảm ơn!
Công suất dây chuyền bột đá vôi cho FGD không nên xác định chỉ dựa trên công suất tổ máy điện hoặc công suất lò hơi. Nhu cầu thực tế phụ thuộc vào lượng SO2 đi vào hệ thống, hiệu suất khử lưu huỳnh yêu cầu, hàm lượng CaCO3 của đá vôi, hệ số dư chất phản ứng, thời gian vận hành và lượng bột cần dự trữ trong silo.
Muốn lựa chọn đúng máy nghiền và quy mô silo, cần tính đồng thời công suất bột tiêu thụ trung bình, công suất cực đại trong điều kiện tải cao và sản lượng dự phòng phục vụ bảo dưỡng. Đối với các dự án quy mô vừa, máy nghiền MTW European có thể được bố trí theo nhu cầu tiêu thụ thực tế. Đối với dự án có lượng tiêu hao lớn, vận hành liên tục cho nhiều tổ máy, máy nghiền đứng LM phù hợp hơn cho phương án tập trung công suất.
Các dữ liệu cần có trước khi tính
Việc tính toán nên bắt đầu từ dữ liệu vận hành của nguồn khí thải hoặc dữ liệu thiết kế của lò hơi. Các thông số đầu vào quan trọng gồm:
| Thông số | Đơn vị thường dùng | Ý nghĩa |
|---|---|---|
| Lưu lượng khí thải | Nm3/h | Xác định lượng khí cần xử lý đi qua tháp hấp thụ trong mỗi giờ. |
| Nồng độ SO2 đầu vào | mg/Nm3 hoặc mg/m3 | Cho biết tải lượng SO2 trước khi xử lý. |
| Nồng độ SO2 đầu ra yêu cầu | mg/Nm3 hoặc mg/m3 | Dùng để xác định lượng SO2 cần loại bỏ. |
| Hiệu suất khử SO2 | % | Phản ánh tỷ lệ SO2 mà hệ thống FGD cần xử lý. |
| Hàm lượng CaCO3 trong đá vôi | % | Quyết định lượng bột đá vôi thương phẩm cần cấp vào hệ thống. |
| Hệ số Ca/S | Không thứ nguyên | Thể hiện lượng canxi cacbonat cấp thực tế so với lượng cần thiết theo lý thuyết. |
| Thời gian vận hành | h/năm | Dùng để quy đổi nhu cầu theo giờ thành nhu cầu theo ngày, tháng và năm. |
| Hệ số dự phòng dây chuyền | % | Đảm bảo đủ bột khi tải tăng, nguyên liệu biến động hoặc thiết bị bảo dưỡng. |
Nếu nhà máy sử dụng than, có thể tính tải lượng SO2 từ lượng than tiêu thụ, hàm lượng lưu huỳnh trong than và tỷ lệ lưu huỳnh chuyển thành SO2. Nếu nhà máy đã có hệ thống quan trắc khí thải, phương án chính xác hơn là sử dụng trực tiếp lưu lượng khí thải và nồng độ SO2 thực tế tại đầu vào của hệ thống FGD.
Nguyên tắc phản ứng cơ bản
Trong hệ thống FGD ướt đá vôi – thạch cao, phản ứng tổng quát được biểu diễn như sau:
CaCO3 + SO2 + 1/2 O2 + 2H2O → CaSO4·2H2O + CO2
Theo phản ứng lý thuyết, một mol CaCO3 phản ứng với một mol SO2. Khối lượng phân tử của CaCO3 là khoảng 100 kg/kmol, trong khi khối lượng phân tử của SO2 là khoảng 64 kg/kmol.
Do đó, lượng CaCO3 tinh khiết cần theo lý thuyết được tính như sau:
Khối lượng CaCO3 lý thuyết = Khối lượng SO2 cần loại bỏ × 100 / 64
Hay:
Khối lượng CaCO3 lý thuyết = Khối lượng SO2 cần loại bỏ × 1,563
Trong vận hành thực tế, lượng đá vôi cần cấp luôn cao hơn giá trị lý thuyết do đá vôi không đạt độ tinh khiết tuyệt đối, một phần chất phản ứng không được sử dụng hoàn toàn và hệ thống cần duy trì hệ số dư nhất định để bảo đảm hiệu suất khử SO2.
Công thức tính công suất bột đá vôi
Trường hợp đã biết lưu lượng khí thải và nồng độ SO2, lượng SO2 đi vào hệ thống mỗi giờ được tính bằng công thức:
QSO2, vào = Vkhí × CSO2, vào / 1.000.000
Trong đó:
QSO2, vào: Tải lượng SO2 đầu vào, đơn vị kg/h.
Vkhí: Lưu lượng khí thải, đơn vị Nm3/h.
CSO2, vào: Nồng độ SO2 đầu vào, đơn vị mg/Nm3.
Lượng SO2 cần loại bỏ được tính theo hiệu suất khử yêu cầu:
QSO2, loại bỏ = QSO2, vào × η
Trong đó, η là hiệu suất khử SO2 tính theo dạng số thập phân. Ví dụ, hiệu suất 95% được sử dụng là 0,95.
Lượng bột đá vôi thương phẩm cần cấp cho FGD được tính theo công thức:
Qđá vôi = QSO2, loại bỏ × 1,563 × KCa/S / P
Trong đó:
Qđá vôi: Lượng bột đá vôi cần cấp, đơn vị kg/h.
QSO2, loại bỏ: Lượng SO2 cần loại bỏ, đơn vị kg/h.
1,563: Hệ số tỷ lệ khối lượng giữa CaCO3 và SO2.
KCa/S: Hệ số dư chất phản ứng, thường được lựa chọn cao hơn 1.
P: Hàm lượng CaCO3 trong đá vôi, tính theo dạng số thập phân.
Trong nhiều hệ thống FGD ướt, tỷ lệ mol CaCO3/SO2 thực tế thường được lựa chọn trong khoảng 1,01–1,10. Giá trị cụ thể phụ thuộc vào độ mịn bột, độ hoạt tính của đá vôi, hiệu quả khuấy trộn, nồng độ huyền phù, điều kiện tháp hấp thụ và hiệu suất khử SO2 yêu cầu.
Ví dụ tính toán theo lưu lượng khí thải
Giả sử một hệ thống FGD có các thông số vận hành như sau:
| Thông số | Giá trị giả định |
|---|---|
| Lưu lượng khí thải | 500.000 Nm3/h |
| Nồng độ SO2 đầu vào | 2.000 mg/Nm3 |
| Hiệu suất khử SO2 yêu cầu | 95% |
| Hàm lượng CaCO3 trong đá vôi | 92% |
| Hệ số Ca/S | 1,05 |
Bước 1: Tính lượng SO2 đầu vào.
QSO2, vào = 500.000 × 2.000 / 1.000.000 = 1.000 kg/h
Bước 2: Tính lượng SO2 cần loại bỏ.
QSO2, loại bỏ = 1.000 × 0,95 = 950 kg/h
Bước 3: Tính lượng CaCO3 tinh khiết theo lý thuyết.
QCaCO3, lý thuyết = 950 × 1,563 = 1.484,85 kg/h
Bước 4: Tính lượng bột đá vôi thực tế với hệ số Ca/S là 1,05 và đá vôi chứa 92% CaCO3.
Qđá vôi = 1.484,85 × 1,05 / 0,92 = 1.694,23 kg/h
Như vậy, trong điều kiện giả định này, hệ thống cần khoảng 1,7 tấn bột đá vôi mỗi giờ. Đây là nhu cầu tiêu thụ lý thuyết trong điều kiện tải đã nêu, chưa bao gồm mức dự phòng cho biến động nguyên liệu, tăng tải, tổn thất vận chuyển và kế hoạch bảo trì.
Ví dụ tính từ lượng than và hàm lượng lưu huỳnh
Khi chưa có số liệu đo trực tiếp về SO2, có thể ước tính từ lượng than tiêu thụ và hàm lượng lưu huỳnh trong than. Cách tính này phù hợp trong giai đoạn lập phương án sơ bộ hoặc dự án đầu tư ban đầu.
Giả sử nhà máy sử dụng 100 tấn than mỗi giờ, hàm lượng lưu huỳnh toàn phần là 1,2%. Khi đó, lượng lưu huỳnh đưa vào lò hơi là:
100 × 1,2% = 1,2 tấn S/h = 1.200 kg S/h
Về mặt lý thuyết, 1 kg lưu huỳnh khi cháy tạo thành khoảng 2 kg SO2. Nếu giả định 95% lưu huỳnh chuyển thành SO2 trong khí thải, tải lượng SO2 được ước tính:
QSO2, vào = 1.200 × 2 × 0,95 = 2.280 kg/h
Nếu hệ thống cần khử 95% SO2, lượng SO2 cần loại bỏ là:
QSO2, loại bỏ = 2.280 × 0,95 = 2.166 kg/h
Giả sử đá vôi có hàm lượng CaCO3 là 90% và lựa chọn hệ số Ca/S là 1,08:
Qđá vôi = 2.166 × 1,563 × 1,08 / 0,90 = 4.062 kg/h
Trong ví dụ này, lượng bột đá vôi tiêu thụ ước tính khoảng 4,1 tấn mỗi giờ. Giá trị này cần được hiệu chỉnh sau khi có số liệu vận hành thực tế về lưu lượng khí thải, hàm lượng SO2 đầu vào, chất lượng than và hiệu suất hấp thụ của hệ thống.
Cách chọn công suất máy nghiền
Công suất máy nghiền không nên bằng đúng lượng bột đá vôi tiêu thụ trung bình. Nếu lựa chọn công suất quá sát, dây chuyền sẽ khó đáp ứng khi SO2 đầu vào tăng, khi đá vôi có chất lượng kém hơn, khi cần bổ sung tồn kho trong silo hoặc khi thiết bị phải giảm tải do bảo dưỡng.
Công suất thiết kế của máy nghiền có thể xác định theo công thức:
Qthiết kế = Qtiêu thụ cực đại × Kdự phòng
Trong đó:
Qthiết kế: Công suất thiết kế yêu cầu của dây chuyền nghiền, đơn vị t/h.
Qtiêu thụ cực đại: Lượng bột đá vôi lớn nhất dự kiến trong điều kiện tải cao, đơn vị t/h.
Kdự phòng: Hệ số dự phòng, thường lựa chọn theo chế độ vận hành và phương án thiết bị.
Thông thường, có thể xem xét hệ số dự phòng từ 1,10 đến 1,25 cho một dây chuyền vận hành ổn định. Với dự án có biến động lớn về hàm lượng lưu huỳnh, cần bổ sung bột nhanh vào silo hoặc chỉ bố trí một máy nghiền duy nhất, hệ số dự phòng có thể được lựa chọn cao hơn sau khi đánh giá cụ thể.
Ví dụ, nếu lượng bột tiêu thụ cực đại là 10 t/h và lựa chọn hệ số dự phòng 1,20, công suất thiết kế của dây chuyền nên vào khoảng:
10 × 1,20 = 12 t/h
Trong trường hợp này, có thể xem xét một máy nghiền có công suất danh định phù hợp với 12 t/h trong điều kiện đá vôi thực tế. Nếu dây chuyền cần mức độ liên tục cao, có thể bố trí hai máy với phương án một máy vận hành và một máy dự phòng, hoặc hai máy cùng vận hành ở tải thấp hơn.
Cách xác định dung tích silo bột đá vôi
Silo bột đá vôi là bộ phận quan trọng giúp tách tương đối độc lập giữa công đoạn nghiền và công đoạn pha huyền phù. Dung tích silo cần đủ để duy trì cấp bột khi máy nghiền dừng kiểm tra, khi nguyên liệu đầu vào bị gián đoạn hoặc khi hệ thống FGD cần tăng tải trong thời gian ngắn.
Dung tích hữu ích của silo có thể tính theo công thức:
Vsilo = Qtiêu thụ × Tdự trữ / ρxốp
Trong đó:
Vsilo: Dung tích hữu ích của silo, đơn vị m3.
Qtiêu thụ: Lượng bột đá vôi tiêu thụ, đơn vị t/h.
Tdự trữ: Thời gian dự trữ yêu cầu, đơn vị giờ.
ρxốp: Khối lượng riêng xốp của bột đá vôi, đơn vị t/m3.
Ví dụ, nếu hệ thống tiêu thụ 10 t/h, cần dự trữ trong 12 giờ và khối lượng riêng xốp của bột là 0,85 t/m3, dung tích hữu ích được tính:
Vsilo = 10 × 12 / 0,85 = 141,2 m3
Trong thiết kế thực tế, cần tính thêm khoảng không phía trên, phần thể tích không thể xả hết, góc nghỉ của vật liệu, hệ thống thông khí, thiết bị báo mức và yêu cầu vận hành an toàn. Vì vậy, dung tích hình học của silo thường lớn hơn dung tích hữu ích đã tính toán.
Những yếu tố làm tăng nhu cầu bột đá vôi
Nhu cầu thực tế có thể cao hơn kết quả tính toán ban đầu khi xuất hiện một hoặc nhiều điều kiện sau:
Hàm lượng lưu huỳnh trong than hoặc nhiên liệu tăng.
Nồng độ SO2 đầu vào tăng do tải lò hơi cao hơn.
Hiệu suất khử SO2 yêu cầu cao hơn.
Hàm lượng CaCO3 của đá vôi giảm.
Đá vôi có độ mịn không đạt yêu cầu, làm giảm tốc độ hòa tan.
Hệ số Ca/S cần tăng để duy trì hiệu quả hấp thụ.
Hệ thống tuần hoàn huyền phù hoạt động không ổn định.
Lượng đá vôi chưa phản ứng trong thạch cao tăng.
Nhà máy cần tạo tồn kho bột để chuẩn bị cho thời gian bảo dưỡng.
Ngược lại, khi đá vôi có hàm lượng CaCO3 cao, độ mịn phù hợp, hệ thống hấp thụ hoạt động ổn định và lượng SO2 đầu vào thấp hơn thiết kế, lượng bột tiêu thụ có thể giảm. Tuy nhiên, công suất thiết kế của dây chuyền vẫn nên dựa trên điều kiện bất lợi hợp lý thay vì chỉ dựa trên mức vận hành trung bình.
Lựa chọn thiết bị theo công suất yêu cầu
Sau khi xác định công suất thiết kế, cần đối chiếu với đặc tính đá vôi thực tế, bao gồm độ ẩm, độ cứng, kích thước cấp liệu và yêu cầu độ mịn. Công suất công bố của thiết bị chỉ mang tính tham khảo khi nguyên liệu có điều kiện chuẩn; năng suất thực tế có thể thay đổi theo đặc tính mỏ đá và mức độ mịn cần đạt.
Máy nghiền MTW European của Liming Heavy Industry phù hợp với các trạm bột FGD quy mô vừa, dự án có nhu cầu cấp bột theo từng tổ máy hoặc hệ thống có sản lượng trong phạm vi vừa phải. Thiết bị có thể sản xuất bột đá vôi trong dải 250–325 mesh và kết nối với silo, thiết bị định lượng, hệ thống thu bụi cũng như bể pha huyền phù.
Máy nghiền đứng LM của Liming Heavy Industry phù hợp với dự án có nhu cầu bột lớn, vận hành liên tục hoặc cấp bột cho nhiều tổ máy. Thiết bị có thể tích hợp nghiền, sấy, phân ly và vận chuyển bột bằng khí trong cùng một dây chuyền, phù hợp khi cần tổ chức hệ thống tập trung với công suất cao.
Kiểm tra lại bằng dữ liệu vận hành
Kết quả tính toán ban đầu là cơ sở lựa chọn công suất thiết bị, nhưng cần được kiểm chứng bằng dữ liệu vận hành sau khi hệ thống đi vào hoạt động. Nhà máy nên theo dõi lượng đá vôi tiêu thụ theo giờ, tải lượng SO2 đầu vào, hiệu suất khử lưu huỳnh, hàm lượng CaCO3, độ mịn bột và lượng đá vôi chưa phản ứng trong sản phẩm thạch cao.
Nếu lượng tiêu hao thực tế cao hơn mức tính toán, cần kiểm tra chất lượng đá vôi, độ mịn bột, hệ số Ca/S, trạng thái khuấy trộn huyền phù, tỷ lệ tuần hoàn, tình trạng vòi phun, lưu lượng khí thải và khả năng hấp thụ của tháp FGD. Việc điều chỉnh dựa trên dữ liệu thực tế giúp lựa chọn chế độ vận hành phù hợp hơn và bảo đảm dây chuyền nghiền luôn có đủ năng lực cung cấp bột đá vôi cho hệ thống.
