CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Trong quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa, ngành công nghiệp năng lượng luôn là nền móng cho sự phát triển cho tất cả các ngành công nghiệp khác. Mạng lưới phát và truyền tải điện phát triển liên tục nhằm đáp ứng nhu cầu phụ tải điện ngày càng gia tăng. Song song với lợi thế của các loại năng lượng tái tạo khi tham gia lưới điện quốc gia là thách thức về quá trình đáp ứng phụ tải trong các giờ cao điểm, khi công suất của các nguồn năng lượng tái tạo giảm. Vì vậy, để đảm bảo an ninh năng lượng vai trò của các nhà máy nhiệt điện và thủy điện vẫn cực kỳ quan trọng, đặc biệt là các nhà máy nhiệt điện (than, dầu) có khả năng đáp ứng nhanh với công suất lớn và không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết như thủy điện.
Tuy nhiên, nhà máy nhiệt điện lại có nhược điểm là có số lượng thiết bị rất lớn và có những hư hỏng nghiêm trọng xảy ra thường xuyên ảnh hưởng đến quá trình vận hành liên tục của các nhà máy. Trong đó, tiêu biểu là bục, nổ ống lò và nghẹt tro trong hệ thống chân không thu hồi tro. Cách khắc phục các hư hỏng trên luôn là vấn đề được quan tâm trong tất cả các nhà máy nhiệt điện và cũng là lý do để thực hiện đề tài luận văn này. Chương đầu tiên sẽ giới thiệu sơ lược về hoạt động của hệ thống lò hơi và hệ thống chân không thu hồi tro của tổ máy S1, Nhà máy Nhiệt điện Ô Môn I thuộc Công ty Nhiệt điện Cần Thơ, trình bày cụ thể hiện trạng và nguyên nhân của các hư hỏng đã nêu, đồng thời so sánh giữa các phương pháp có thể áp dụng để khắc phục.
Giới thiệu chung 1. Hệ thống lò hơi Lò hơi được đề cập trong luận văn là lò hơi sử dụng nhiên liệu dầu F.O, thiết kế theo nguyên lý cận tới hạn, tuần hoàn cưỡng bức có tái sấy với công suất 330 MW và được chia làm 2 phần chính là Nước-Hơi và Gió-Khói với quá trình hoạt động diễn ra như sau: 2 Phần Nước-Hơi: Nước loại khoáng từ hệ thống xử lý nước sẽ được bơm nước cấp (Boiler Feed Pump/BFP) cấp đến bộ hâm (Economizer/ECO) để tận dụng lượng nhiệt dư từ khói thải để gia nhiệt nước, sau đó nước sẽ đi qua các ống sinh hơi (Waterwall) để được gia nhiệt thành hơi bão hòa ẩm. Bơm tuần hoàn lò hơi (Boiler Circulating Pump/BCP) cưỡng bức dòng hơi bão hòa ẩm tuần hoàn giữa ống sinh hơi và bao hơi (Steam Drum) để tách ẩm. Hơi bão hòa khô từ bao hơi tiếp tục đi đến bộ quá nhiệt (Superheater/SH) thông qua ống trần và vách đuôi lò (2ry pass & roof tube) và được gia nhiệt thành hơi quá nhiệt trước khi cấp đến tuabin cao áp.
Hơi ra khỏi tuabin cao áp sẽ đi qua bộ tái sấy (Reheater/RH) để tiếp tục tận dụng lượng nhiệt từ khói thải gia nhiệt hơi cấp đến tuabin trung áp. Các bước của quá trình trên được biểu diễn qua dạng sơ đồ ở Hình 1. Sơ đồ quá trình hoạt động của phần Nước-Hơi. Phần Gió-Khói: Không khí được cấp vào lò bởi quạt gió lò (Force Draft Fan/FDF) sẽ được gia nhiệt hai cấp bằng bộ sấy gió bằng hơi (Steam Air Heater/SAH) và bộ gia nhiệt gió-khói (Gas-Air Heater/GAH).
Không khí và nhiên liệu sau khi tham gia phản ứng cháy sẽ tạo thành khói thải, khói thải sẽ 3 được sử dụng để gia nhiệt gió trước khi vào lò tại GAH, sau đó sẽ đi qua hệ thống lọc bụi tĩnh điện (Electro Static Precipitator/ESP), một phần khói thải sau khi qua ESP sẽ tạo thành tro (NH4)2SO4 và được thu hồi để xử lý bởi hệ thống chân không thu hồi tro (Ash Handling System). Phần còn lại tiếp tục đi đến hệ thống khử lưu huỳnh trong khói thải (Flue Gas Desulfurization/FGD) và được nâng áp bởi quạt nâng áp (Boost Up Fan/BUF) trước khi được xả qua ống khói. Quá trình trên được biểu diễn qua Hình 1. Sơ đồ quá trình hoạt động của phần Gió-Khói.
Hệ thống chân không thu hồi tro Hệ thống chân không thu hồi tro là một trong các hệ thống thiết bị phụ lò hơi, có nhiệm vụ thu hồi tro để xử lý cho cả 2 tổ máy. Quá trình hoạt động của hệ thống diễn ra như sau: tro bay của GAH, ECO và tro sau khi được xử lý bởi ESP sẽ rớt xuống các phễu (GAH/ECO/ESP hopper) và được gia nhiệt bởi bộ gia nhiệt tro bằng hơi (Ash Steam Air Heater) để tro không bị ẩm đồng thời được quạt chân không thu hồi tro (Vacuum Blower) tạo áp âm rút đưa đến nhà túi lọc (Bag-house/Bag-filter) thông qua các đường chuyển tro (Ash conveyor line) trước khi về bồn chứa tro (Ashbin) và đưa đi xử lý. Quá trình trên được biểu diễn ở dạng sơ đồ theo Hình 1. Sơ đồ quá trình hoạt động của hệ thống chân không thu hồi tro.
Hiện trạng các thiết bị a) Hệ thống lò hơi Đặc điểm của hệ thống lò hơi là các đường ống được bố trí phức tạp và số lượng lớn nhằm tạo ra diện tích trao đổi nhiệt lớn (Hình 1.4), nhưng nhược điểm là cũng tạo thêm diện tích và các góc khuất để xỉ có thể bám bên ngoài đường ống (Hình 1.5) và làm giảm hiệu suất trao đổi nhiệt khiến nhiệt độ khói thải và lưu lượng nước phun giảm ôn tăng cao[1] (Hình 1.6), giảm hiệu suất lò[1] (Hình 1.7), tăng suất hao nhiên liệu. Lớp xỉ bám dày cũng làm giảm đáng kể tốc độ dòng chảy, chênh lệch áp suất trong ống hoặc gây quá nhiệt cục bộ dẫn đến bục, nổ đường ống. Để vệ sinh xỉ bám, hệ thống đã được lắp đặt các bộ thổi bụi nhưng hiệu quả lại rất thấp và tiêu tốn chi phí do sử dụng hơi nước cao áp được trích từ đường hơi phụ 5 dịch và thường xuyên hư hỏng, cần thay thế vật tư rất nhiều lần với các hư hỏng phổ biến như hư hộp giảm tốc, xì nhớt, hư động cơ, kẹt trong quá trình công tác… Hình 1. Ví dụ về đặc điểm hình học đường ống lò hơi.
Xỉ bám trên ống quá nhiệt cấp 1 tổ máy S1 nhà máy Nhiệt điện Ô Môn I. Đồ thị nhiệt độ khói thải (trái) và lưu lượng nước phun giảm ôn bộ quá nhiệt (phải) [1]. Đồ thị biểu diễn sự suy giảm hiệu suất của lò hơi qua thời gian [1]. 7 b) Hệ thống chân không thu hồi tro Hệ thống chân không thu hồi tro chủ yếu sự dụng nguyên lý chân không để chuyển tro, vì vậy khi suy giảm áp suất chân không do nghẹt túi lọc hoặc giảm hiệu suất lọc sẽ dẫn đến tắc nghẽn đường ống, nghẹt phễu (Hình 1.8) trong đó: Khi bị nghẹt tro ở nhà túi lọc (Hình 1.a) cần giảm công suất cả 2 tổ máy xuống 66 MW trong trung bình 8 giờ để giảm nhiệt độ đủ điều kiện làm việc thay túi lọc.
Sự suy giảm hiệu suất tại nhà túi lọc cũng dẫn đến tăng sự tích lũy tro trong các phễu ESP và gây nghẹt phễu (Hình 1.b), khi nhiều phễu tro nghẹt đồng thời cần giảm công suất của tổ máy có phễu nghẹt xuống 66 MW trong 2-3 giờ để xả tro ra sàn và tiêu tốn rất nhiều nhân công để xả tro cũng như dọn dẹp đưa vào các bao tải để xử lý. Mô tả hiện tượng nghẹt tro tại nhà túi lọc[2]. 8 a) ngẹt bên trong nhà túi lọc b) nghẹt phễu tro Hình 1. Nghẹt tro tại tổ máy S1 nhà máy Nhiệt điện Ô Môn I.
Hiện trạng chi phí vận hành và sửa chữa a) Chi phí vật tư, vận hành, bảo dưỡng cho thiết bị thổi bụi Vật tư: Số lượng: 24 bộ/tổ máy Đơn giá: 2.248 đ/bộ Thành tiền: P1 = 48.952 đ Vận hành: 1 bộ: 655 kg/chu trình Số lượng chu trình: 3 chu trình/ngày Tổng lưu lượng: Q1 = 47160 kg/ngày. Chi phí tạo hơi: 𝐸 45. Chi phí tạo hơi trên 6000 giờ vận hành: 𝐸 11.000 đ Bảo dưỡng: KTĐK: 3 lần/năm Đại tu: 4 năm/lần Chi phí đại tu 1 lần chưa bao gồm chi phí nhân công (dự toán SCL lò hơi 2022): 𝐸 11.587 đ 9 b) Chi phí khắc phục nghẹt tro cho nhà túi lọc Bảng 1. Chi phí khắc phục nghẹt tro cho nhà túi lọc.
Hạng mục Số lượng Đơn giá Thành tiền Nhân công 100 300.000 Số lượng hư hỏng trung bình: 2 lần/năm Doanh thu công suất cố định 1h: 60.050 đ Thời gian giảm công suất khi nghẹt tro: 12 giờ Tổng chi phí khắc phục nghẹt tro: 𝐸 2 30.960 đ c) Hiệu suất và chi phí đốt dầu năm 2020 Bảng 1. Hiệu suất thực hiện năm 2020. Tổ Suất hao nhiệt thô Hiệu suất Hiệu suất thiết kế Tỷ lệ giữa máy (kJ/kWh) (%) (%) HSTT/HSTK S1 9230 H1 = 39,003 H = 41,908 93,069 S2 9230 39,003 41,972 92,928 Bảng 1. Chi phí thực hiện cho một giờ đốt.
Tổ Suất tiêu hao nhiên liệu cho Giá dầu FO Chi phí máy công suất 330 MW (g/kWh) (VNĐ/kg) (VNĐ) S1 S1 = 223,676 𝑃 15.256 d) Lợi ích kinh tế khi cải thiện hiệu suất Hiệu suất cải thiện trung bình trên tỉ lệ hiệu suất thực tế và hiệu suất thiết kế: 1% => H2 = 39,422 % Suất hao nhiên liệu cải thiện: S2 = 221,299 g/kWh Chi phí thực hiện trên 1 giờ đốt: 330.371,2 đ 1000 10 Mức làm lợi trên cải thiện suất hao sau 6000 giờ vận hành (1 năm): 𝐵 𝐸 𝐸 6000 72.800 đ e) Lợi ích kinh tế khi khắc phục được nghẹt tro tại nhà túi lọc Tổng mức làm lợi trên 6000 giờ vận hành: B3 = E4 =1. Các phương pháp làm sạch cho hệ thống lò hơi và hệ thống chân không thu hồi tro Hiện nay có rất nhiều phương pháp đã được thực hiện và đang được nghiên cứu áp dụng tùy thuộc vào độ khả thi kỹ thuật và điều kiện tài chính của từng nhà máy nhằm áp dụng để loại bỏ tro xỉ bám. Trong đó, tại hệ thống lò hơi của nhà máy Nhiệt điện Ô Môn I hiện đang sử dụng phương pháp thổi bụi bằng hơi cao áp và nhân công vệ sinh, tại hệ thống chân không thu hồi tro đang sử dụng phương pháp sử dụng vòi phun khí nén, xung khí nén và động cơ rung. Ngoài các phương pháp đang được sử dụng còn có các phương pháp khác khá phổ biến và có những đặc điểm riêng biệt cho từng hệ thống được thể hiện qua Bảng 1.
Đặc điểm của các phương pháp làm sạch cho hệ thống lò hơi và chân không thu hồi tro.
