Khảo sát dòng vào van cấp khí trong hệ thống thải tro bay nhiệt điện thông qua sử dụng CFD

ISSN: 1859-2171 TNU Journal of Science and Technology 200(07): 107 - 112 
 Email: jst@tnu.edu.vn 107 
KHẢO SÁT DÒNG VÀO VAN CẤP KHÍ TRONG HỆ THỐNG THẢI TRO BAY 
NHIỆT ĐIỆN THÔNG QUA SỬ DỤNG CFD 
Nguyễn Chí Cường1, Nguyễn Hữu Lương1, Ngô Văn Hệ2* 
1Viện Nghiên cứu Cơ khí, 2Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 
TÓM TẮT 
Trong bài báo này, một số kết quả khảo sát đặc tính dòng vào qua van cấp khí trong hệ thống vận 
chuyển tro bay được thực hiện thông qua sử dụng CFD (Computational Fluid Dynamic). Hệ thống 
thải tro nhà máy nhiệt điện được thiết kế gồm nhiều hệ thống tách, gom tro. Tro bay được thu 
gom, vận chuyển theo đường ống về silo tro bay. Tro bay được vận chuyển dựa trên nguyên lý hút 
chân không. Thiết bị van cấp khí được lắp đặt tại đầu các hệ thống ống nhánh gom tro, đây là cửa 
vào cho dòng khí cấp cho hệ thống đường ống vận chuyển tro bay. Nghiên cứu dòng vào qua van 
cấp khí bao gồm phân tích áp suất, vận tốc dòng, vùng nhiễu động dòng tại các khu vực đầu vào 
cửa van, thân chính. Kết quả tính toán cho thấy mức độ cấp khí qua van trong vận chuyển tro bay 
theo áp suất chân không trong đường ống vận chuyển thay đổi, áp suất tác động lên thân van biến 
thiên tùy thuộc áp suất thiết lập trong đường ống vận chuyển tro bay. Kết quả tính toán mô phỏng 
là cơ sở cần thiết để tính toán tốc độ dòng tro bay, lưu lượng tro bay, áp suất cần thiết để vận 
chuyển dòng tro bay và tính toán độ bền cho van ống trong hệ thống. 
Keywords: van cấp khí, hệ thống thải tro bay, CFD, nhà máy nhiệt điện, silo tro bay. 
Ngày nhận bài: 01/4/2019; Ngày hoàn thiện: 23/4/2019;Ngày duyệt đăng: 07/5/2019 
A STUDY ON AIR FLOW THROUGH AIR INLET VALVE IN THE FLY ASH 
SYSTEM OF THERMAL POWER BY USED CFD 
Nguyen Chi Cuong
1
, Nguyen Huu Luong
1
, Ngo Van He
2*
1National Research Institute of Mechanical Engineering, 
2Hanoi University of Science and Technology 
ABSTRACT 
In this paper, the authors present some results of investigating air flow through air inlet valves in 
the fly ash system of thermal power plants by used a commercial Computational Fluid Dynamic 
(CFD). The fly ash system is designed to include economiser hopper, air preheater and 
electrostatic precipitator systems, whereby fly ash is collected gradually and transported in fly ash 
pipeline system to contain fly ash silo. The fly ash pipeline system is designed, working based on 
the vacuum principle, using a vacuum pump to generate vacuum pressure, whereby the fly ash will 
be transported to fly ash silo. The air supply valve is installed at the top of the asphalt branch pipe 
system, this is the inlet for the air flow to supply the fly ash pipeline system. Researching inlet 
flow through air supply valve is a necessary basis to calculate the fly ash flow rate, fly ash flow, 
pressure needed to transport fly ash flow and calculate durability for pipe valves in the system. 
Keywords: air inlet valve, fly ash system, CFD, thermal power plant, fly ash silo 
Received: 01/4/2019; Revised: 23/4/2019; Approved: 07/5/2019 
* Corresponding author: Tel: 0379 482746, Email: he.ngovan@hust.edu.vn 
Nguyễn Chí Cường và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 200(07): 107 - 112 
 Email: jst@tnu.edu.vn 108 
1. Đặt vấn đề 
Điện năng có tầm quan trọng rất lớn đối với 
đời sống con người nói chung cũng như đối 
với sự phát triển kinh tế xã hội của một quốc 
gia nói riêng. Điện năng là một sản phẩm 
không thể nào thiếu trong cuộc sống của con 
người hiện tại cũng như trong tương lai. 
Trong cuộc sống, từ sinh hoạt thường ngày 
đến hoạt động sản xuất công nghiệp, nông 
nghiệp đều sử dụng điện năng. Cho đến 
nay, chưa có nguồn năng lượng nào có thể 
thay thế điện năng hoàn hoàn. Chính vì vậy, 
xây dựng và phát triển các nguồn điện năng là 
một trong những nhu cầu cần thiết, quan 
trọng và là chiếm lược quốc gia. 
Trong lĩnh vực điện năng, có thể phân chia 
thành nhiều mảng lớn về năng lượng điện 
khác nhau như: phong điện, thủy điện, điện 
mặt trời, nhiệt điện, điện hải lưu, điện sóng 
biển, điện nguyên tử. Tuy vậy, theo nguồn 
gốc năng lượng điện tạo ra, thường phân chia 
thành hai dạng gồm: năng lượng điện tự nhiên 
và năng lượng điện hóa thạch. Trong những 
năm gần đây với nhu cầu sử dụng điện ngày 
càng tăng cao, Việt Nam đã thực hiện nhiều 
biện pháp nhằm đáp ứng khả năng phát triển, 
đảm bảo nguồn điện bền vững cũng cấp cho 
sinh hoạt và phát triển kinh tế xã hội của đất 
nước. Đã có rất nhiều các dự án lớn, tầm cỡ 
quốc gia chiếm lược để phát triển ngành điện 
trong thời gian hiện nay và tương lai của 
chính phủ ra đời. Bên cạnh những dự án điện 
hạt nhân, thủy điện thì nhiệt điện được đánh 
giá và nhận định là một trong những vấn đề 
cần thiết phải đẩy mạnh phát triển tại Việt 
Nam. Trong những năm gần đây nhiều nhà 
máy nhiệt điện được xây dựng như nhiệt điện 
Hải Phòng, Quảng Ninh, Nam Định, Dung 
Quất và hiện đang có nhiệt điện Thái Bình. 
Đây có thể nói là một trong những vấn đề 
quan trọng trong chiếm lược phát triển năng 
lượng điện của nước ta [1]. 
Trong hệ thống nhiệt điện, vấn đề nguyên liệu 
hóa thạch, vấn đề sử lý chất thải là những vấn 
đề vô cùng quan trọng, đây là những vấn đề 
không chỉ ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống, 
sức khỏe con người và toàn xã hội mà nó còn 
là vấn đề liên quan đến sự phát triển kinh tế 
xã hội bền vững. Chính vì vậy, trong nhà máy 
nhiệt điện, hệ thống thu gom xử lý chất thải 
tro xỉ luôn được chú trọng. Với nhà máy nhiệt 
điện đốt than, hệ thống thải tro bay là hệ 
thống không thể thiếu để xử lý, thu gom tro 
bụi thai cho nhà máy. Nghiên cứu thiết kế, 
chế tạo, khảo sát và đánh giá hệ thống nhằm 
đảm bảo hoạt động an toàn, hiệu quả là vấn 
đề cần thiết. 
Trong bài báo này, nhóm tác giả thực hiện 
một số nghiên cứu khảo sát dòng vào qua các 
van cấp khí điều áp cho toàn bộ hệ thống 
đường ống vận chuyển tro bay trong hệ thống 
thải tro bay của nhà máy nhiệt điện thông qua 
sử dụng công cụ tính mô phỏng số CFD. 
Hình 1. Hệ thống thải tro bay nhà máy nhiệt điện 
Thái Bình 
2. Hệ thống thải tro bay nhiệt điện 
Tro bay là sản phẩm bụi khí thải từ quá trình 
đốt cháy than trong lò đốt của nhà máy nhiệt 
điện than, nó có trọng lượng đủ nhẹ để bay lơ 
lửng trong dòng khí thải ra khỏi lò đốt. Khi 
dòng khí thải tro từ lò đốt thổi ra ngoài, toàn 
bộ tro bụi sẽ được tách lọc, thu gom qua các 
hệ thống gom tro, lọc bụi trước khi được đưa 
ra ống khói và thải ra môi trường [1-4]. 
Để thực hiện thu gom tro bay, trong hệ thống 
thải tro các hệ thống phễu gom tro được bố trí 
dọc theo đường đi của dòng khí thải, nhằm 
thu tối đa lượng tro thải ra từ lò đốt. Hệ thống 
thải tro của nhà máy gồm: hệ thống ECO 
(Economizer Ash); hệ thống APH (Air 
Nguyễn Chí Cường và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 200(07): 107 - 112 
 Email: jst@tnu.edu.vn 109 
Preheater Ash) và hệ thống ESP 
(Electrostatic Precipitator Ash). Trong các hệ 
thống này đều được thiết kế với các phễu gom 
tại đáy hệ thống nhằm thu gom tro bay. Từ 
đây tro bay được cấp lên các hệ thống đường 
ống vận chuyển tro bay đến silo chứa tro bay. 
Hình 2 thể hiện sơ đồ tổng thể hệ thống thải 
tro bay của nhà máy nhiệt điện đốt than. Từ 
sơ đồ này cho thấy rõ các vị trí hệ thống thu 
gom xử lý tro bay, các hệ thống đường ống 
gom tro và vận chuyển tro bay trong quá trình 
thu gom xử lý tro bay của nhà máy. 
Hình 2. Sơ đồ tổng thể hệ thống thải tro bay nhà 
máy nhiệt điện Thái Bình 
Hình 3. Hệ thống van cấp khí, đường ống gom tro 
tại phễu APH về silo tro bay 
3. Cấu tạo và hoạt động của van cấp khí 
trong nghiên cứu 
Tại vị trí đầu đường ống nhánh của hệ thống 
vận chuyển tro bay, không khí được cấp vào 
đường ống qua van cấp khí. Van cấp khí 
thuộc loại van áp suất, có chức năng điều 
chỉnh lượng không khí vào đường ống và duy 
trì áp suất chân không cần thiết trong đường 
ống. Cấu tạo chính của van gồm có: thân van, 
đĩa và cơ cấu đóng mở cửa van. Van được 
điều chỉnh độ mở đĩa cửa van bằng lò so tùy 
theo độ chênh áp giữa trong hệ thống ống vận 
chuyển và bên ngoài. Hình 4 thể hiện các bộ 
phận cấu tạo chủ yếu của van cấp khí sử dụng 
trong hệ thống vận chuyển tro bay cảu hệ 
thống thải tro bay nhà máy nhiệt điện [1], [2]. 
Hình 4. Van cấp khí – van áp suất trong hệ thống 
vận chuyển tro bay 
4. Mô hình tính toán và các điều kiện thiết 
lập cho bài toán CFD 
Trên cơ sở thực hiện mô hình hóa 3D van cấp 
khí. Từ đây mô hình van được thực hiện tính 
toán khảo sát dong vào qua van với thay đổi 
áp suất làm việc trong ống. Hình 5 thể hiện 
mô hình van nghiên cứu. 
Trong nghiên cứu này, đặc tính khí động học 
dòng vào van cấp khí được khảo sát thông 
qua sử dụng công cụ tính toán mô phỏng số 
thương mại Ansys-Fluent v.14.5. Để thực 
hiện việc tính toán mô phỏng khảo sát đặc 
tính khí động học dòng vào van, cần thực hiện 
các bước tính toán cơ bản gồm: thiết kế mô 
hình tính toán; xây dựng miền không gian 
tính toán và chia lưới; đặt điều kiện tính toán 
và thực hiện tính toán. Trong mỗi bước thực 
hiện bài toán mô phỏng số CFD, đều có ảnh 
hưởng đến kết quả tính toán. Do vậy, quá 
trình thực hiện bài toán cần phải tuân theo 
những chỉ dẫn uy tín về tính toán mô phỏng 
số [5-7]. 
Nguyễn Chí Cường và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 200(07): 107 - 112 
 Email: jst@tnu.edu.vn 110 
Hình 5. Mô hình mô phỏng van cấp khí và kích 
thước chính của van 
Trong nghiên cứu này, miền không gian tính 
toán được giới hạn bởi kích thước bao của 
van cấp khí (Hình 5). Chia lưới miền không 
gian tính toán với kiểu lưới không cấu trúc 
được 2.682 triệu lưới dạng T. Mô hình rối k-ε 
được sử dụng, áp suất khí trời được thiết lập 
tại đầu vào cửa van 1.025 at, áp suất trong 
ống được thiết lập cho đầu ra với dải áp suất 
chân không từ 0.2 at đến 3.0 at, nhiệt độ môi 
trường được lấy là 27oC tương đương với 
300
oK, khối lượng riêng của không khí lấy 
ρ=1.225 kg/m3, hệ số nhớt không khí là 
1.7894x10
-5
 kg/(ms). Từ đây mô hình được 
thực hiện tính toán khảo sát. Hình 6 thể hiện 
miền không gian tính toán và chia lưới cho 
bài toán. 
Hình 6. Miền không gian khảo sát, chia lưới tính 
toán và các điều kiện biên 
5. Đặc tính dòng vào qua van cấp khí trong 
hệ thống thải tro 
pck = 0.2 at 
pck = 0.5 at 
pck = 1.0 at 
pck = 2.0 at 
pck = 3.0 at 
Hình 7. Phân bố áp suất dòng khí cấp qua van 
cấp khí trong hệ thống vận chuyển tro bay 
Nguyễn Chí Cường và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 200(07): 107 - 112 
 Email: jst@tnu.edu.vn 111 
pck = 0.2 at 
pck = 0.5 at 
pck = 1.0 at 
pck = 2.0 at 
pck = 3.0 at 
Hình 8. Phân bố dòng khí cấp qua van cấp khí 
trong hệ thống vận chuyển tro bay 
Trên cơ sở thực hiện tính toán khảo sát dòng 
vào qua van cấp khí với áp suất chân không 
trong ống vận chuyển tro bay thay đổi trong 
dải 0.2 at đến 3.0 at, thu được các kết quả đặc 
tính dòng vào và lực khí động tác động lên 
đĩa cửa van cũng như phân bố áp lực, vận tốc 
dòng khí cấp vào đường ống. Hình 7 và Hình 
8 thể hiện phân bố áp suất và vận tốc dòng 
khí qua van cấp khí khảo sát. 
Kết quả phân bố áp suất và dòng khí cấp qua 
van áp cấp khí cho hệ thống vận chuyển tro 
bay thể hiện rõ sự phân bố áp suất dòng khí 
qua van, chênh lệch áp suất, vùng nhiễu động 
dòng khí cấp qua van. Đây là cơ sở cho quá 
trình phân tích đánh giá hoạt động cấp khí 
qua van theo áp suất làm việc trong hệ thống. 
Hình 9 thể hiện lực khí động tác động lên đĩa 
cửa van trong quá trình cấp khí. 
Hình 9. Lực tác động lên đĩa cửa van trong quá 
trình cấp khí 
Kết quả tính toán thể hiện trên Hình 9 cho cho 
thấy, khi áp suất chân không làm việc trong 
ống vận chuyển tro bay thay đổi giảm dần 
(tăng áp suất chân không), lực khí động tác 
động lên đĩa tăng lên tương ứng. Trong 
khoảng áp suất chân không thay đổi nhỏ hơn 
1 at, lực tác động lên đĩa van thay đổi nhỏ. 
Khi áp suất chân không tăng lên lớn hơn 1 at, 
lực tác động lên đĩa cửa van tăng rất nhanh. 
Kết quả này là cơ sở cần thiết cho tính toán lựa 
chọn lo xo, điều khiển hoạt động đóng mở cửa 
van cấp khí sử dụng cho hệ thống, đồng thời 
cần thiết cho việc lựa chọn vật liệu sử dụng 
chế tạo đĩa cửa van sử dụng cho hệ thống. 
6. Kết luận 
Trong bài báo này, đặc tính khí động dòng khí 
cấp qua van cấp khí cho hệ thống vận chuyển 
Nguyễn Chí Cường và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 200(07): 107 - 112 
 Email: jst@tnu.edu.vn 112 
tro bay được khảo sát thông qua sử dụng 
CFD. Kết quả khảo sát phân bố áp suất, phân 
bố vận tốc dòng cho thấy rõ mức độ thay đổi 
áp suất dòng khí cấp, các vùng nhiễu động 
dòng qua van. Đây là cơ sở cho quá trình 
phân tích đánh giá hoạt động cấp khí và điều 
chỉnh áp suất cấp khí cho hệ thống vận 
chuyển tro bay. 
Kết quả tính toán lực khí động tác động lên 
đĩa cửa van cho thấy rõ sự thay đổi lực tác 
động lên đĩa cửa van khi áp suất làm việc thay 
đổi. Đây là cơ sở cần thiết cho tính toán lo xo 
điều khiển đóng mở van cũng như tính toán 
thiết kế hệ thống cơ cấu chấp hành điều khiển 
hoạt động cấp khí qua van cấp khí trong hệ 
thống thải tro bay. 
Nghiên cứu này là cơ sở bước đầu để thực 
hiện các bài toán tính mô phỏng nhằm phân 
tích đặc tính dòng chảy tro bay, quá trình hoạt 
động của hệ thống vận chuyển tro bay trong 
hệ thống thải tro bay nhà máy nhiệt điện. 
LỜI CẢM ƠN 
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Đề tài nghiên 
cứu KH&PT công nghệ cấp nhà nước, Mã số 
03/HĐ-ĐT/KHCN. Tác giả xin chân thành 
cảm ơn. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Nguyễn Chí Cường, Báo cáo tổng quan công 
nghệ thải tro xỉ, Viện Nghiên cứu Cơ khí, 2018. 
[2]. Ramesh C. Joshi, Rajinder P. Lohtia, Fly ash in 
concrete, Gordon and Breach Science, 1997. 
[3]. ASTM C618-19, Standard Specification for 
Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural 
Pozzolan for Use in Concrete, ASTM International, 
West Conshohocken, PA, www.astm.org, 2019. 
[4]. ASTM C618-05 standard specification for coal 
fly ash and raw or calcined natural pozzolan for use 
in concrete, Annual book of ASTM standards, 
concrete and aggregates, American Society for 
Testing Materials, Vol. 04. 02, 2005. 
[5]. Fariborz Goodarzi, “Characteristics and 
composition of fly ash from Canadian coal-fired 
power plants”, Fuel, Vol. 85, pp. 1418-1427, 2006. 
[6]. Kh. Setaih et al., “CFD modeling as tool for 
assessing outdoor therm comfort conditions in 
urban settings in hot arid climates”, Journal of 
information technology in construction, Vol. 19, pp. 
248-269, 2014. 
[7]. H. K. Versteeg et al., (2015), An Introduction to 
Computational Fluid Dynamics, the Finite Volume 
Method, 2nd Edition, Pearson Education.