Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Vận hành lò hơi và hệ thống thiết bị phụ 1 (Mã mô đun: KTĐ19MĐ60) được ban hành kèm theo Quyết định số 195/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (thuộc Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam). Tài liệu do nhóm tác giả gồm Dương Tiến Trung (Chủ biên), Ninh Trọng Tuấn và Lê Thị Hải Huyền biên soạn, với sự đóng góp chuyên môn từ Tổ bộ môn Điện, Phòng Kỹ thuật Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại 2 và Nhà máy Nhiệt điện Hải Phòng.

Trong chương trình đào tạo nghề Vận hành nhà máy nhiệt điện trình độ Cao đẳng (tổng khối lượng 84 tín chỉ, 2010 giờ), mô đun này thuộc khối các môn học, mô đun chuyên môn ngành, nghề bắt buộc (Nhóm II.2). Môn học có thời lượng 05 tín chỉ với tổng số 135 giờ đào tạo, bao gồm 14 giờ lý thuyết, 116 giờ thực hành/thảo luận/bài tập và 5 giờ kiểm tra.

Mục tiêu học tập của giáo trình tập trung vào việc trang bị cho người học hệ thống lý thuyết về các thông số kỹ thuật, nguyên lý chu trình nhiệt và quy trình vận hành thiết bị lò hơi cùng các hệ thống phụ trợ. Người học được hình thành kỹ năng phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế, độ tin cậy, an toàn kỹ thuật và thực hiện các bước thao tác vận hành lò hơi từ trạng thái khởi động, vận hành ổn định đến ngừng lò.

Cấu trúc giáo trình được thiết kế theo cách tiếp cận tích hợp công nghệ - thực hành sản xuất, chia thành 10 bài học từ phân tích nhiệt động lực học đến chi tiết từng hệ thống công nghệ. Điểm đặc sắc của tài liệu là việc tích hợp các thông số kỹ thuật thực tế, sơ đồ công nghệ và quy trình vận hành của các tổ máy nhiệt điện than 300 MW đang hoạt động tại Việt Nam.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình phân bổ qua 10 bài học chuyên đề với tiến trình logic từ nguyên lý nhiệt động, quy trình tổng thể đến vận hành từng phân hệ thiết bị:

  1. Bài 1: Phân tích các chu trình nhiệt trong nhà máy nhiệt điện (7 giờ): Phân tích chu trình Rankine lý thuyết và Rankine thực tế có gia nhiệt hồi nhiệt nước cấp; xác định các thông số kỹ thuật cơ bản của lò hơi như sản lượng hơi định mức ($D_{đm}$), sản lượng cực đại ($D_{max}$), sản lượng kinh tế ($D_{kt}$), áp suất ($p_{qn}$) và nhiệt độ hơi quá nhiệt ($t_{qn}$); đọc và phân tích sơ đồ nhiệt nguyên lý tổ máy 300 MW Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại 2.
  2. Bài 2: Khởi động lò hơi (29 giờ): Phân loại 4 trạng thái khởi động (khởi động lạnh khi áp lực bao hơi $P < 30\text{ kg/cm}^2$; khởi động ấm khi $P = 30 \div 80\text{ kg/cm}^2$; khởi động nóng khi $P = 80 \div 140\text{ kg/cm}^2$; khởi động rất nóng khi $P > 140\text{ kg/cm}^2$). Quy trình cấp nước lò qua bộ hâm đến mức an toàn ($-100\text{ mm}$ đến $-250\text{ mm}$), sấy ấm đáy buồng lửa, kiểm tra điều kiện bảo vệ FSSS, thông thổi buồng lửa, châm vòi đốt dầu FO, hòa đồng bộ và tăng tải than bột.
  3. Bài 3: Vận hành lò hơi ở chế độ ổn định (16 giờ): Tổ chức theo dõi các chế độ vận hành định mức và phụ tải thay đổi, kiểm soát các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và duy trì cân bằng vật chất - năng lượng của lò.
  4. Bài 4: Dừng lò hơi (22 giờ): Các chế độ dừng lò (dừng bình thường, dừng sự cố), quy trình chuẩn bị, giảm tải, cắt nhiên liệu, xả áp và bảo dưỡng khi ngừng vận hành.
  5. Bài 5 & Bài 6: Vận hành hệ thống thiết bị áp lực và hệ thống khói - gió (22 giờ): Giám sát các bề mặt gia nhiệt (bao hơi, bộ quá nhiệt, quá nhiệt trung gian, bộ hâm nước); vận hành các quạt khói (IDF), quạt gió chính, quạt làm mát bộ giám sát ngọn lửa và bộ sấy không khí kiểu quay.
  6. Bài 7 & Bài 8: Vận hành hệ thống dầu đốt và hệ thống nhiên liệu lò (17 giờ): Quy trình sấy và tuần hoàn dầu FO (nhiệt độ $38^\circ\text{C} \div 50^\circ\text{C}$, áp lực bơm $15\text{ kg/cm}^2$, độ nhớt $20\text{ cSt}$); vận hành hệ thống nghiền than, vít tải than bột, quạt tải than và máy cấp than nguyên.
  7. Bài 9 & Bài 10: Vận hành hệ thống thải tro xỉ và hệ thống khử lưu huỳnh, xử lý khói thải (23 giờ): Thao tác hệ thống cấp nước chèn phễu xỉ đáy lò, vận hành bộ lọc bụi tĩnh điện (ESP) và hệ thống khử lưu huỳnh (FGD) để kiểm soát phát thải khí quyển.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Cơ sở nhiệt động lực học chu trình sinh công: Phân tích quá trình biến đổi năng lượng của môi chất nước - hơi nước trên đồ thị $T\text{-}s$ và $i\text{-}s$. Cơ chế gia nhiệt hồi nhiệt nước cấp qua 4 đến 8 bình gia nhiệt nhằm giảm lượng nhiệt thải tại bình ngưng từ 65% xuống 45%, nâng hiệu suất nhiệt động của chu trình Rankine từ 0,30 lên 0,50.
  • Nguyên lý cân bằng nhiệt và trao đổi nhiệt: Cơ cấu truyền nhiệt bức xạ trong buồng lửa và đối lưu tại các bộ quá nhiệt, bộ hâm nước, bộ sấy không khí. Kiểm soát nhiệt thế thể tích buồng lửa và nhiệt độ khói đầu ra buồng lửa trước khi hòa đồng bộ ($< 540^\circ\text{C}$).
  • Giới hạn an toàn và ứng suất nhiệt thiết bị áp lực: Kiểm soát độ chênh nhiệt độ vỏ bao hơi giữa đỉnh và đáy hoặc giữa hai điểm bất kỳ không vượt quá $56^\circ\text{C}$; tốc độ tăng nhiệt độ nước lò $< 1^\circ\text{C/phút}$; tốc độ tăng nhiệt độ hơi quá nhiệt $< 1,5^\circ\text{C/phút}$; tốc độ tăng áp lực hơi $< 0,032\text{ MPa/phút}$ trong giai đoạn nâng áp và $0,073\text{ MPa/phút}$ trong giai đoạn tăng tải.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật chuyên môn: Thao tác đóng mở van chặn, van xả đọng, van xả khí, van tái tuần hoàn bộ hâm; khởi động tuần tự quạt khói, quạt gió chính, quạt làm mát cảm biến ngọn lửa; vận hành máy nghiền than, bơm dầu bôi trơn cao/hạ áp ($0,36\text{ MPa}$ và $24\text{ MPa}$) và điều khiển hệ thống dập lửa máy nghiền.
  • Kỹ năng phân tích và giám sát: Đọc biểu đồ khởi động, theo dõi các thông số áp suất, nhiệt độ, mức nước bao hơi (duy trì $-100\text{ mm}$ đến $-250\text{ mm}$ khi khởi động), độ chênh áp hộp gió và buồng lửa ($1,5\text{ kPa}$), kiểm tra độ chân không buồng lửa ($-50\text{ Pa} \div -100\text{ Pa}$).
  • Năng lực kiểm soát bảo vệ liên động: Xác nhận tín hiệu liên động an toàn trên hệ thống FSSS, điều kiện giải trừ MFT (Master Fuel Trip), OFT (Oil Fuel Trip), kiểm tra rò rỉ dầu tự động và xử lý tình huống mất ngọn lửa.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình sư phạm tích hợp lý thuyết gắn với thực hành kỹ thuật chuyên sâu. Tỷ trọng thực hành, bài tập và thí nghiệm chiếm 85,9% tổng thời lượng mô đun (116 giờ thực hành trên tổng số 135 giờ), giúp người học chuyển hóa kiến thức lý thuyết thành năng lực thao tác thực tế.

Phương pháp tổ chức dạy học kết hợp giữa diễn giảng có định hướng, vấn đáp kỹ thuật và dạy học dựa trên giải quyết vấn đề (problem-based learning). Các bài tập tình huống được triển khai trực tiếp tại Phòng thực hành Vận hành Nhà máy nhiệt điện và trên Mô hình mô phỏng hệ thống nhiệt điện, bao gồm:

  • Thiết lập quy trình cấp nước và sấy ấm bao hơi.
  • Thao tác thông thổi buồng lửa và xử lý sự cố đánh lửa không thành công 2 lần.
  • Điều chỉnh lưu lượng gió cấp 1, gió cấp 2 và nước phun giảm ôn khi hòa lưới, nâng tải.

Quy trình kiểm tra và đánh giá kết quả học tập được tiêu chuẩn hóa theo 3 hình thức:

  • Kiểm tra thường xuyên: 02 bài (vấn đáp chuyên môn trong giờ học hoặc bài viết kiểm tra dưới 30 phút).
  • Kiểm tra định kỳ: 04 bài kiểm tra thực hành độc lập:
    • Bài kiểm tra số 1: Thực hành nội dung Bài 1, Bài 2 (thời gian $60 \div 90$ phút).
    • Bài kiểm tra số 2: Thực hành nội dung Bài 3, Bài 4 (thời gian 60 phút).
    • Bài kiểm tra số 3: Thực hành nội dung Bài 5, Bài 6 (thời gian 60 phút).
    • Bài kiểm tra số 4: Thực hành nội dung Bài 7, Bài 8, Bài 9, Bài 10 (thời gian $60 \div 90$ phút).
  • Thi kết thúc mô đun: Thi thực hành thao tác vận hành trên thiết bị hoặc mô hình mô phỏng (thời gian $60 \div 90$ phút).

Người học được yêu cầu chuẩn bị tài liệu, nghiên cứu trước nội dung mục lục và quy trình thao tác trước khi đến lớp, phối hợp làm việc nhóm theo ca kíp vận hành và tuân thủ các quy định an toàn công nghiệp.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Trích xuất dữ liệu vận hành thực tế của tổ máy 300 MW: Giáo trình tích hợp bảng thông số kỹ thuật chi tiết của lò hơi đốt than ở các mức tải 308 MW (BMCR), 300 MW (100% định mức), 225 MW (75%), 180 MW (60%) và 90 MW (30%). Các thông số bao gồm lưu lượng hơi quá nhiệt ($921,76\text{ t/h}$ ở BMCR), áp suất bao hơi ($189,4\text{ kg/cm}^2$), nhiệt độ hơi quá nhiệt ($541^\circ\text{C}$), áp suất nước cấp ($192,8\text{ kg/cm}^2$), nhiệt độ nước cấp ($262^\circ\text{C}$), hiệu suất lò ($88,37%$).
Thông số kỹ thuật Đơn vị BMCR (308 MW) Định mức (300 MW) 75% Load (225 MW) 30% Load (90 MW)
Lưu lượng hơi quá nhiệt $\text{kg/h}$ 921.763 875.571 641.797 278.981
Áp suất hơi bao hơi $\text{kg/cm}^2\text{g}$ 189,5 187,5 175,2 148,0
Nhiệt độ hơi quá nhiệt $^\circ\text{C}$ 541 541 541 507
Nhiệt độ nước cấp vào bộ hâm $^\circ\text{C}$ 262 259 242 196
Tiêu hao nhiên liệu (than ướt) $\text{kg/h}$ 131.119 125.275 96.121 43.837
Hiệu suất nhiệt thô $%$ 88,78 88,50 87,90 86,20
Phát thải khí $\text{NO}_x$ $\text{mg/Nm}^3$ 1000 950 900 700
  • Cập nhật hệ thống điều khiển tự động hóa hiện đại: Đưa vào quy trình giám sát thông qua hệ thống CRT/DCS, hệ thống giám sát ngọn lửa buồng lửa (FSSS), thiết bị giám sát nhiệt độ khói gió bộ sấy không khí (TTMD), mạch sa thải phụ tải và chế độ điều chỉnh tự động mức nước bao hơi một phần tử/ba phần tử.
  • Tích hợp các phân hệ bảo vệ môi trường công nghiệp: Giáo trình cung cấp quy trình và thông số vận hành của hệ thống lọc bụi tĩnh điện (ESP) với các chế độ sấy sứ 8 giờ, điện áp/dòng điện sơ cấp - thứ cấp, chu kỳ gõ búa, cùng hệ thống khử lưu huỳnh trong khói thải (FGD) nhằm kiểm soát các chỉ tiêu phát thải môi trường.
  • Kết nối trực tiếp tài liệu kỹ thuật ngành: Nội dung được đối chiếu và tham chiếu từ các tài liệu quy trình bảo dưỡng, sửa chữa và vận hành thực tế của các nhà máy nhiệt điện: Phả Lại (2000, 2002), Hải Phòng (2009) và Uông Bí (2007).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên chuyên ngành: Tài liệu phục vụ trực tiếp cho sinh viên năm thứ hai hoặc năm thứ ba theo học nghề Vận hành nhà máy nhiệt điện trình độ Cao đẳng tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở giáo dục nghề nghiệp có đào tạo khối ngành năng lượng, kỹ thuật điện, nhiệt điện.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Trước khi học mô đun KTĐ19MĐ60, người học phải hoàn thành các môn học nền tảng trong chương trình khung, gồm:
    • An toàn vệ sinh lao động (ATMT19MH01) và An toàn điện (KTĐ19MH1).
    • Nhiệt kỹ thuật (CNH19MH10), Đo lường điện (KTĐ19MĐ14) và Khí cụ điện (KTĐ19MĐ15).
    • Lò hơi và hệ thống thiết bị phụ (KTĐ19MH30 - học phần lý thuyết cơ sở).
  • Giảng viên và cán bộ quản lý đào tạo: Giáo trình là cơ sở chuẩn để biên soạn giáo án lý thuyết, giáo án tích hợp, thiết kế các bài thực hành, lập phiếu hướng dẫn luyện tập và xây dựng ngân hàng đề thi thực hành kết thúc môn học.
  • Kỹ sư, kỹ thuật viên nhà máy điện: Sử dụng làm tài liệu tra cứu các quy trình công nghệ chuẩn, quy số liệu kiểm tra khi khởi động thiết bị phụ và rà soát các điều kiện bảo vệ liên động trong nhà máy nhiệt điện đốt than.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng người học nào?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho sinh viên hệ Cao đẳng nghề Vận hành nhà máy nhiệt điện, sinh viên ngành điện - nhiệt công nghiệp và các nhân viên kỹ thuật vận hành tại các nhà máy nhiệt điện có nhu cầu đào tạo nâng bậc hoặc chuẩn hóa quy trình công nghệ.

2. Cần trang bị những kiến thức nền tảng nào trước khi học mô đun này?

Người học cần nắm vững lý thuyết nhiệt động học (truyền nhiệt, chu trình nhiệt), nguyên lý hoạt động của khí cụ điện, kỹ thuật đo lường thông số áp suất - nhiệt độ, quy chuẩn an toàn lao động trong môi trường nhiệt điện và cấu tạo cơ bản của thiết bị sinh hơi (đã học trong mô đun KTĐ19MH30).

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu lý thuyết nhiệt điện khác là gì?

Khác với các giáo trình thuần túy lý thuyết, tài liệu này tập trung vào quy trình vận hành với thời lượng thực hành chiếm 85,9%. Toàn bộ các thông số áp suất, nhiệt độ, lưu lượng và các bước thao tác khởi động/dừng hệ thống được lấy trực tiếp từ dữ liệu vận hành thực tế của tổ máy 300 MW (Nhiệt điện Phả Lại 2, Hải Phòng).

4. Phương pháp tự học giáo trình như thế nào để đạt hiệu quả cao?

Người học nên dựa vào mục lục để tra cứu theo từng phân hệ, đối chiếu sơ đồ nhiệt nguyên lý với biểu đồ khởi động thực tế, nắm chắc các giá trị thông số giới hạn an toàn (nhiệt độ kim loại bao hơi, áp lực buồng lửa, chất lượng nước lò) và hoàn thành các câu hỏi củng cố, thảo luận ở cuối mỗi bài học.

5. Giáo trình có những tài liệu bổ trợ và tham khảo nào đi kèm?

Tài liệu được xây dựng gắn liền với hệ thống tài liệu tham khảo chuyên ngành của các tác giả Nguyễn Sỹ Mão (Thiết bị lò hơi, NXB KHKT, 2006), Phạm Lương Tuệ (Tuabin hơi nước - Lý thuyết & Cấu tạo, NXB KHKT, 2005), Nguyễn Công Hân & Đỗ Anh Tuấn (Nhà máy nhiệt điện, NXB KHKT, 2002) và các bộ quy trình kỹ thuật vận hành tổ máy của Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại, Hải Phòng, Uông Bí.

Kết luận

Giáo trình Vận hành lò hơi và hệ thống thiết bị phụ 1 là tài liệu đào tạo chuyên môn cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện về chu trình nhiệt, quy trình khởi động, vận hành ổn định và dừng lò hơi trong nhà máy nhiệt điện. Giá trị cốt lõi của tài liệu nằm ở tính thực tiễn với cấu trúc 10 bài học tích hợp chặt chẽ giữa nguyên lý nhiệt kỹ thuật và quy trình thao tác trên các tổ máy nhiệt điện than 300 MW.

Lộ trình học tập đề xuất cho người học:

  1. Nắm vững phân tích chu trình nhiệt và đọc sơ đồ nhiệt nguyên lý (Bài 1).
  2. Nắm chắc quy trình khởi động lò từ các trạng thái nhiệt khác nhau (Bài 2).
  3. Thực hành kiểm soát chế độ vận hành ổn định và quy trình ngừng lò (Bài 3, Bài 4).
  4. Vận hành chi tiết từng phân hệ thiết bị phụ: thiết bị áp lực, khói gió, dầu đốt, nghiền than, thải xỉ và xử lý khói thải (Bài 5 đến Bài 10).
  5. Chuẩn bị kiến thức chuyển tiếp sang các mô đun nâng cao tiếp theo trong chương trình đào tạo: Vận hành lò hơi và hệ thống thiết bị phụ 2 (KTĐ19MĐ61) và Vận hành Tua-bin hơi và hệ thống thiết bị phụ 1 (KTĐ19MĐ62).

Người học có thể tham khảo thêm các giáo trình chuyên sâu về Thiết kế nhà máy nhiệt điện (Nguyễn Công Hân, Phạm Văn Tân, 2006) và các quy trình bảo dưỡng tổ tuabin - máy phát để hoàn thiện năng lực chuyên môn nghề nghiệp.