Tổng quan nghiên cứu

Nhiệt điện Quảng Ninh (NĐQN) là một trong những nhà máy nhiệt điện trọng điểm của Việt Nam, với công suất 4 tổ máy, mỗi tổ 300 MW, tổng công suất 1200 MW. Giai đoạn 2013-2015, sản lượng điện đầu cực của nhà máy dao động từ 182.321 MWh đến mức cao hơn theo từng năm, đóng góp quan trọng vào lưới điện quốc gia. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, NĐQN gặp nhiều khó khăn liên quan đến tiêu hao nhiên liệu, đặc biệt là than mịn, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và chi phí sản xuất điện.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xây dựng thuật toán hàm giám sát tiêu hao nhiên liệu nhằm nâng cao hiệu quả vận hành tổ máy nhiệt điện tại NĐQN. Nghiên cứu tập trung vào giai đoạn vận hành thực tế, từ năm 2011 đến 2016, tại nhà máy NĐQN, nhằm phát triển công cụ giám sát chính xác lưu lượng than đốt, từ đó giảm thiểu sự cố và tối ưu hóa tiêu hao nhiên liệu.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc giảm thiểu tiêu hao than, nâng cao hiệu suất tổ máy, góp phần tiết kiệm chi phí vận hành và bảo vệ môi trường. Việc áp dụng thuật toán giám sát giúp cải thiện độ tin cậy trong vận hành, giảm thiểu các sự cố tắt lửa buồng đốt do tỉ lệ gió/than không đảm bảo, vốn chiếm tỷ lệ cao trong các sự cố từ năm 2011 đến 2014.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình kỹ thuật nhiệt, bao gồm:

  • Lý thuyết cân bằng năng lượng trong lò hơi: Phân tích nhiệt lượng đầu vào và đầu ra, xác định tiêu hao nhiên liệu dựa trên nhiệt trị của than và hiệu suất tổ máy.
  • Mô hình điều khiển lưu lượng than mịn: Áp dụng các đặc tính cơ lý của than mịn, tốc độ máy cấp than và lưu lượng than để xây dựng đặc tuyến máy cấp than.
  • Khái niệm giám sát và điều khiển tự động: Sử dụng thuật toán logic và hàm giám sát để theo dõi, cảnh báo và điều chỉnh lưu lượng than nhằm duy trì tỉ lệ gió/than phù hợp, tránh sự cố tắt lửa buồng đốt.

Các khái niệm chính bao gồm: tiêu hao nhiên liệu, lưu lượng than mịn, tỉ lệ gió/than (PA/PC), đặc tính than cấp, và logic điều khiển máy cấp than.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ hệ thống vận hành thực tế của NĐQN, bao gồm số liệu lưu lượng than, tốc độ máy cấp than, nhiệt trị than, và các sự cố vận hành từ năm 2011 đến 2016. Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ dữ liệu vận hành của 2 tổ máy chính trong giai đoạn này.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Phân tích đặc tính than mịn dựa trên các chỉ tiêu cơ lý và hóa học (bảng 2.3).
  • Xây dựng đặc tuyến máy cấp than dựa trên dữ liệu đo đạc thực tế và so sánh với đặc tính do nhà sản xuất cung cấp.
  • Phát triển thuật toán logic điều khiển và hàm giám sát tiêu hao nhiên liệu, áp dụng mô hình toán học cân bằng năng lượng.
  • Sử dụng phần mềm giám sát trực quan (Trend) để theo dõi và đánh giá hiệu quả thuật toán.

Timeline nghiên cứu kéo dài khoảng 22 ngày cho giai đoạn thử nghiệm thuật toán, với các bước thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, kiểm thử và hiệu chỉnh.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Xây dựng đặc tuyến máy cấp than mịn: Sau 22 ngày thực hiện, tốc độ máy cấp than mịn tương ứng với lưu lượng than được đo và tính toán chính xác, với lưu lượng than dao động từ 0.48 t/h đến 5.4 t/h, tốc độ máy từ 0.03 đến 3.78 % (Hình 2.10, 2.11). Đặc tuyến tự xây dựng phù hợp với đặc tính do nhà sản xuất cung cấp, giúp cải thiện độ chính xác trong giám sát.

  2. Tỉ lệ gió/than (PA/PC) và sự cố tắt lửa: Tỉ lệ gió/than được duy trì trong khoảng 13 PA/PC theo quy trình vận hành (Bảng 2.1). Tuy nhiên, từ năm 2011 đến 2014, có khoảng 29 sự cố tắt lửa buồng đốt do tỉ lệ gió/than không đảm bảo (Bảng 2.2), chiếm tỷ lệ lớn trong các sự cố vận hành.

  3. Hiệu quả thuật toán giám sát tiêu hao than: Áp dụng thuật toán hàm giám sát giúp theo dõi lưu lượng than đốt chính xác, giảm thiểu sai số trong tính toán tiêu hao than. Qua 22 ngày thử nghiệm, lưu lượng than được giám sát ổn định, giúp giảm thiểu sự cố và nâng cao hiệu suất tổ máy.

  4. So sánh hiệu suất tổ máy trước và sau khi áp dụng thuật toán: Hiệu suất tổ máy được cải thiện khoảng 5-7% so với trước khi áp dụng, đồng thời giảm thiểu các sự cố vận hành liên quan đến than mịn và tỉ lệ gió/than.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các sự cố tắt lửa là do tỉ lệ gió/than không được kiểm soát chặt chẽ, dẫn đến cháy không ổn định trong buồng đốt. Thuật toán giám sát tiêu hao nhiên liệu dựa trên đặc tuyến máy cấp than mịn giúp điều chỉnh lưu lượng than phù hợp với lưu lượng gió, từ đó giảm thiểu sự cố.

So với các nghiên cứu trong ngành, kết quả này tương đồng với báo cáo của các nhà máy nhiệt điện khác, cho thấy việc áp dụng công nghệ giám sát tự động là xu hướng tất yếu để nâng cao hiệu quả vận hành.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ đặc tuyến máy cấp than (Hình 2.10, 2.11) và bảng thống kê sự cố tắt lửa (Bảng 2.2), giúp trực quan hóa hiệu quả của thuật toán.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai áp dụng thuật toán giám sát tiêu hao nhiên liệu cho toàn bộ tổ máy trong vòng 6 tháng tới, nhằm đồng bộ hóa công tác vận hành và nâng cao hiệu suất toàn nhà máy. Chủ thể thực hiện: Ban kỹ thuật và vận hành NĐQN.

  2. Đào tạo nâng cao năng lực đội ngũ vận hành và bảo trì về công nghệ giám sát tự động và thuật toán điều khiển mới, đảm bảo nhân viên vận hành hiểu và vận dụng hiệu quả trong 3 tháng đầu triển khai.

  3. Cải tiến hệ thống thu thập và xử lý dữ liệu để đảm bảo dữ liệu đầu vào chính xác, liên tục, phục vụ cho thuật toán giám sát hoạt động ổn định. Thời gian thực hiện: 4 tháng. Chủ thể: Ban công nghệ thông tin và kỹ thuật.

  4. Xây dựng quy trình vận hành tiêu chuẩn mới dựa trên kết quả giám sát, bao gồm kiểm soát tỉ lệ gió/than và xử lý sự cố nhanh chóng, giảm thiểu thời gian dừng máy. Thời gian: 2 tháng. Chủ thể: Ban quản lý vận hành.

  5. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng thuật toán cho các loại nhiên liệu khác và các tổ máy mới trong tương lai, nhằm tối ưu hóa toàn diện hệ thống nhiệt điện. Thời gian: dài hạn, 1-2 năm. Chủ thể: Phòng nghiên cứu và phát triển.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Ban kỹ thuật và vận hành các nhà máy nhiệt điện: Áp dụng thuật toán giám sát để nâng cao hiệu quả vận hành, giảm thiểu sự cố và tiết kiệm nhiên liệu.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật nhiệt, tự động hóa: Tham khảo phương pháp xây dựng thuật toán giám sát, mô hình điều khiển và phân tích dữ liệu thực tế.

  3. Các chuyên gia tư vấn và thiết kế hệ thống nhiệt điện: Sử dụng kết quả nghiên cứu để cải tiến thiết kế hệ thống cấp than và điều khiển tự động.

  4. Cơ quan quản lý ngành năng lượng và môi trường: Đánh giá hiệu quả sử dụng nhiên liệu và tác động môi trường, từ đó đề xuất chính sách hỗ trợ công nghệ sạch và tiết kiệm năng lượng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Thuật toán giám sát tiêu hao nhiên liệu hoạt động như thế nào?
    Thuật toán dựa trên đặc tuyến máy cấp than mịn và các thông số vận hành như tốc độ máy cấp, lưu lượng than, tỉ lệ gió/than để tính toán và giám sát lưu lượng than đốt thực tế. Ví dụ, sau 22 ngày thử nghiệm, lưu lượng than được đo chính xác trong khoảng 0.48 đến 5.4 t/h.

  2. Làm sao thuật toán giúp giảm sự cố tắt lửa buồng đốt?
    Bằng cách giám sát và điều chỉnh tỉ lệ gió/than theo quy trình chuẩn, thuật toán giúp duy trì cháy ổn định, tránh các sự cố do tỉ lệ gió/than không phù hợp, vốn chiếm khoảng 29 sự cố trong giai đoạn 2011-2014.

  3. Phương pháp thu thập dữ liệu vận hành như thế nào?
    Dữ liệu được thu thập từ hệ thống điều khiển tự động, cảm biến lưu lượng than, tốc độ máy cấp than và các thiết bị đo nhiệt trị than. Dữ liệu được xử lý liên tục qua phần mềm giám sát Trend.

  4. Đặc điểm than mịn sử dụng trong nghiên cứu?
    Than mịn có nhiệt trị khoảng 4688-5360 kcal/kg, thành phần hóa học gồm 55-63% cacbon, 25-30% nhôm, và các thành phần khác như lưu huỳnh, tro xỉ với nhiệt độ nóng chảy tro khoảng 1230-1600°C.

  5. Thuật toán có thể áp dụng cho các nhà máy khác không?
    Có, thuật toán có thể điều chỉnh theo đặc tính than và thiết bị của từng nhà máy, phù hợp với các tổ máy nhiệt điện sử dụng than mịn và hệ thống cấp than tương tự.

Kết luận

  • Luận văn đã xây dựng thành công thuật toán hàm giám sát tiêu hao nhiên liệu, giúp theo dõi lưu lượng than mịn chính xác tại NĐQN.
  • Thuật toán góp phần giảm thiểu sự cố tắt lửa buồng đốt do tỉ lệ gió/than không đảm bảo, nâng cao hiệu suất tổ máy khoảng 5-7%.
  • Đặc tuyến máy cấp than mịn được xây dựng dựa trên dữ liệu thực tế và so sánh với đặc tính nhà sản xuất, đảm bảo độ tin cậy cao.
  • Giải pháp đề xuất bao gồm triển khai thuật toán, đào tạo nhân sự, cải tiến hệ thống dữ liệu và xây dựng quy trình vận hành mới.
  • Các bước tiếp theo là áp dụng rộng rãi thuật toán cho toàn bộ nhà máy và nghiên cứu mở rộng cho các tổ máy và nhiên liệu khác.

Kêu gọi hành động: Các đơn vị vận hành nhiệt điện và nghiên cứu kỹ thuật nhiệt nên áp dụng và phát triển tiếp thuật toán này để nâng cao hiệu quả và bền vững trong ngành năng lượng.