Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong cơ cấu quy hoạch phát triển điện lực quốc gia (giai đoạn 2011–2020 có xét đến năm 2030 và định hướng theo Quy hoạch điện VIII), nhiệt điện đốt than từng chiếm tỷ trọng khoảng 48% tổng công suất phát điện toàn hệ thống vào năm 2020. Mặc dù các định hướng năng lượng mới hạn chế phát triển thêm các nhà máy nhiệt điện ngưng hơi sử dụng nhiên liệu hóa thạch nhằm mục tiêu cắt giảm phát thải khí nhà kính, các nhà máy nhiệt điện đốt than hiện hữu vẫn giữ vai trò cung cấp nguồn điện nền công suất lớn, độ khả dụng cao và không chịu ảnh hưởng trực tiếp từ các yếu tố thời tiết như thủy điện, điện mặt trời hay điện gió. Do đó, nguồn điện than vẫn được duy trì vận hành ổn định trong hệ thống điện Việt Nam cho đến giai đoạn năm 2050. Để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng năng lượng và đáp ứng yêu cầu vận hành an toàn lưới điện, việc thiết kế đồng bộ các tổ máy công suất lớn và hoàn thiện quy trình công nghệ vận hành lò hơi là yêu cầu kỹ thuật cấp thiết.

Từ bối cảnh thực tiễn trên, tác giả lựa chọn thực hiện đề tài tốt nghiệp với mục tiêu:

  1. Thiết kế sơ bộ nhà máy nhiệt điện ngưng hơi đốt than có tổng công suất 1080 MW với hiệu suất chu trình tối ưu.
  2. Thực hiện chuyên đề chuyên sâu nghiên cứu quy trình vận hành, khởi động, dừng lò và các phương án xử lý sự cố của lò hơi Nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) Mông Dương.

Nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác định theo 5 nội dung chính:

  1. Thiết lập sơ đồ nhiệt nguyên lý của tổ máy nhiệt điện ngưng hơi.
  2. Tính toán cân bằng vật chất và năng lượng của sơ đồ nhiệt nguyên lý.
  3. Tính toán và lựa chọn các thiết bị nhiệt - cơ chính trong gian máy và gian lò hơi.
  4. Xây dựng sơ đồ nhiệt chi tiết và phương án bố trí mặt bằng toàn nhà máy nhiệt điện.
  5. Nghiên cứu thực tế quy trình vận hành lò hơi tại NMNĐ Mông Dương.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là chu trình nhiệt động Rankine của tổ máy nhiệt điện ngưng hơi thông số cận tới hạn và hệ thống lò hơi công nghệ tầng sôi tuần hoàn tại NMNĐ Mông Dương. Phạm vi nghiên cứu về mặt không gian tập trung vào dây chuyền công nghệ nhiệt - cơ của nhà máy nhiệt điện ngưng hơi điển hình tại Việt Nam; phạm vi thông số kỹ thuật được xác lập ở công suất đơn vị 540 MW, áp suất hơi mới 168 bar, nhiệt độ hơi mới 538 °C và chu trình có quá nhiệt trung gian.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán

Đồ án dựa trên nền tảng lý thuyết nhiệt động lực học kỹ thuật và truyền nhiệt:

  • Chu trình nhiệt động Rankine mở rộng: ứng dụng chu trình có quá nhiệt trung gian (QNTG) và hồi nhiệt nước cấp nhiều cấp nhằm giảm độ ẩm tầng cánh cuối tuabin hạ áp và giảm tổn thất nhiệt do dòng hơi thải vào bình ngưng.
  • Lý thuyết truyền nhiệt bề mặt: tính toán thiết bị trao đổi nhiệt ống vỏ (bình gia nhiệt cao áp, hạ áp) và bình ngưng bề mặt theo phương pháp độ chênh nhiệt độ trung bình logarit ($\Delta t_{tb}$), có xét đến các đại lượng chênh lệch nhiệt độ biên gồm độ gia nhiệt thiếu đầu ra phần lạnh hơi ($TD$ - Terminal Temperature Difference) và độ chênh nhiệt độ nước ngưng ra khỏi phần lạnh đọng ($DC$ - Drain Cooler Approach).
  • Định luật bảo toàn khối lượng và định luật bảo toàn năng lượng: thiết lập các phương trình cân bằng dòng vật chất và entanpy tại từng nút thiết bị trong sơ đồ nhiệt.

Phương pháp nghiên cứu thực hiện qua các bước kỹ thuật:

  • Phương pháp giải tích nhiệt động: tra cứu và xây dựng quá trình giãn nở của dòng hơi trên giản đồ $i-s$ (entanpy - entropy), xác định entanpy, áp suất, nhiệt độ và độ khô tại từng cửa trích tuabin.
  • Phương pháp cân bằng nhiệt - vật chất hệ thống: giải hệ phương trình tuyến tính cho hệ thống bình phân ly (BPL), bình gia nhiệt nước bổ sung (BGNNBS), 3 bình gia nhiệt cao áp (BGNCA), bình khử khí (BKK), 4 bình gia nhiệt hạ áp (BGNHA) và bình ngưng (BN).
  • Phương pháp tính toán thủy lực và cơ khí thiết bị: xác định lưu lượng, cột áp, công suất dẫn động động cơ cho hệ thống bơm cấp, bơm ngưng, bơm tuần hoàn; tính toán diện tích bề mặt truyền nhiệt, số lượng và kích thước chùm ống trao đổi nhiệt.
  • Phương pháp phân tích quy trình công nghệ: khảo sát thực tế và phân loại quy chuẩn vận hành lò hơi NMNĐ Mông Dương theo các trạng thái nhiệt và phân tích lỗi kỹ thuật.

Nguồn dữ liệu tính toán sử dụng hệ thống bảng thông số nhiệt động của nước và hơi nước bão hòa/quá nhiệt, các tiêu chuẩn thiết kế nhà máy nhiệt điện đốt than hiện hành và tài liệu kỹ thuật vận hành lò hơi NMNĐ Mông Dương.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Thiết lập sơ đồ nguyên lý

Tác giả phân tích tổng quan các nhà máy nhiệt điện đốt than tại Việt Nam (như Nghi Sơn, Mông Dương, Quảng Trạch, Thái Bình, Hải Dương, Thăng Long...) và tiến hành so sánh 3 phương án lựa chọn cấu hình công suất cho quy mô 1080 MW:

  • Phương án 1: 1 tổ máy 1100 MW (đạt hiệu suất cao nhất nhưng mức độ dự phòng thấp, công suất tổ máy vượt quá 10% công suất dự phòng toàn hệ thống điện).
  • Phương án 2: 2 tổ máy 540 MW (đảm bảo độ dự phòng, mức độ ảnh hưởng sự cố lên hệ thống điện ở mức cho phép, hiệu suất chu trình tối ưu).
  • Phương án 3: 3 tổ máy 330 MW (chiếm diện tích xây dựng lớn, tổn thất nội bộ cao, hiệu suất kinh tế kỹ thuật thấp).

Tác giả lựa chọn Phương án 2 gồm 2 tổ máy công suất 540 MW. Thông số thiết kế chính của tổ máy 540 MW được xác lập cụ thể:

  • Tuabin: công suất định mức 540 MW; áp suất hơi mới 168 bar; nhiệt độ hơi mới 538 °C; áp suất hơi vào bình ngưng 0,065 bar.
  • Quá nhiệt trung gian: áp suất hơi đi/về QNTG là 44,5 / 41 bar; nhiệt độ hơi đi/về QNTG là 345 / 538 °C.
  • Sơ đồ hồi nhiệt gồm 8 cửa trích hơi: 3 cấp gia nhiệt cao áp (cửa 1 vào BGNCA7: 75 bar, 420 °C; cửa 2 vào BGNCA6: 44,5 bar, 345 °C; cửa 3 vào BGNCA5: 18,6 bar, 420 °C); 1 cấp khử khí (cửa 3' vào BKK: 9 bar, 335 °C); 4 cấp gia nhiệt hạ áp (cửa 4 vào BGNHA4: 6 bar, 280 °C; cửa 5 vào BGNHA3: 2 bar, 165 °C; cửa 6 vào BGNHA2: 0,6 bar, 85,9 °C; cửa 7 vào BGNHA1: 0,25 bar, 65 °C). Độ khô hơi thoát khỏi tuabin hạ áp đạt $x = 0,955$.
  • Sơ đồ xử lý nước: sử dụng 1 cấp khử khí loại 9 bar; nước đọng từ các BGNCA dồn cấp về bình khử khí; nước đọng từ các BGNHA dồn cấp về bình ngưng; nước đọng từ bộ làm mát hơi chèn và ejector đưa về khoang nước bình ngưng. Bơm cấp được dẫn động bằng động cơ điện.
Điểm trích / Thiết bị Áp suất trích $p_{tr}$ (bar) Nhiệt độ trích $t_{tr}$ (°C) Entanpy hơi trích $i_{tr}$ (kJ/kg) Áp suất nước cấp $p_{nc}$ (bar) Entanpy nước cấp ra $i_{nc}$ (kJ/kg)
Cửa 0 (Hơi mới) 168,00 538,0 3397,5 - -
Cửa 1 (BGNCA7) 75,00 420,0 3203,1 190,8 1274,3
Cửa 2 (BGNCA6) 44,50 345,0 3069,8 193,8 1109,6
Cửa 3 (BGNCA5) 18,60 420,0 3294,3 196,8 892,2
Cửa 3' (Bình khử khí) 9,00 335,0 3128,5 9,0 742,7
Cửa 4 (BGNHA4) 6,00 280,0 3020,4 14,0 644,0
Cửa 5 (BGNHA3) 2,00 165,0 2799,9 16,0 481,9
Cửa 6 (BGNHA2) 0,60 85,9 2652,9 18,0 339,7
Cửa 7 (BGNHA1) 0,25 65,0 2582,3 20,0 253,3
Bình ngưng (BN) 0,065 37,6 2460,8 22,0 180,5

Chương II: Tính toán sơ đồ nhiệt nguyên lý

Tác giả thực hiện tính toán cân bằng vật chất và năng lượng chi tiết cho toàn bộ chu trình nhiệt:

  • Tổn thất quy ước: hơi trích cho ejector $\alpha_{ej} = 0,01$; hơi chèn tuabin $\alpha_{ch} = 0,009$; hơi rò rỉ $\alpha_{rr} = 0,009$; xả lò $\alpha_{xả} = 0,012$; tổng lưu lượng nước cấp vào lò $\alpha_{nc} = 1,042$. Lượng nước bổ sung sau xử lý hóa học đưa vào chu trình là $\alpha_{bs} = 0,02688$.
  • Nhóm thiết bị phụ trợ: tính toán bình phân ly nước xả lò ($p_{BPL} = 9,5$ bar), thu hồi được lưu lượng hơi $\alpha_h = 0,00612$ đưa về bình khử khí và lưu lượng xả bỏ $\alpha_{xả}^{bỏ} = 0,00588$. Dòng nước xả này cấp nhiệt sơ bộ cho nước bổ sung trong BGNNBS nâng entanpy nước bổ sung từ $125,4$ kJ/kg lên $244,04$ kJ/kg.
  • Bơm cấp: tính toán độ tăng entanpy qua bơm do nén đoạn nhiệt với cột áp đầu hút $5,862$ bar, cột áp đầu đẩy $210,386$ bar ($\Delta p_{BC} = 204,524$ bar), hiệu suất $\eta_{BC} = 0,8$, độ gia nhiệt đạt $\tau_{BC} = 26,91$ kJ/kg, xác định entanpy nước cấp vào BGNCA5 là $769,64$ kJ/kg.
  • Cân bằng các bình gia nhiệt: lập và giải hệ phương trình 3 vùng (lạnh hơi, gia nhiệt chính, lạnh đọng) với hiệu suất trao đổi nhiệt $\eta = 0,98$. Kết quả xác định lưu lượng hơi trích tương đối: BGNCA7 ($\alpha_1 = 0,08451$), BGNCA6 ($\alpha_2 = 0,09873$), BGNCA5 ($\alpha_3 = 0,03998$), BKK ($\alpha_{kk} = 0,03315$), BGNHA4 ($\alpha_4 = 0,04952$), BGNHA3 ($\alpha_5 = 0,04194$), BGNHA2 ($\alpha_6 = 0,02462$), BGNHA1 ($\alpha_7 = 0,01998$).
  • Kiểm tra cân bằng bình ngưng: phương trình cân bằng theo đường hơi ($\alpha_{kh} = 1 - \sum \alpha_i = 0,607569$) và theo đường nước ($\alpha_{kn} = \alpha_{nn} - \sum \alpha_{đọng} - 0,5(\alpha_{ej} + \alpha_{ch}) = 0,607569$) cho sai số tuyệt đối bằng $0,000%$.
  • Kiểm tra công suất và lưu lượng hơi: tổng lưu lượng hơi mới vào tuabin đạt $D_0 = 507,028$ kg/s ($1825,30$ tấn/h). Tổng công suất trong các cụm tầng cánh tuabin là $550.964$ kW; sau khi tính hiệu suất máy phát $\eta_g = 0,99$ và hiệu suất cơ khí $\eta_m = 0,99$, công suất điện phát ra ở đầu cực đạt đúng $N_e = 540.000$ kW (sai số kiểm tra $0,000%$).
Chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật Ký hiệu Giá trị tính toán Đơn vị
Tiêu hao hơi cho tuabin $D_0$ 1825,30 tấn/h
Suất tiêu hao hơi tuabin $d_0$ 3,3802 kg/kWh
Tiêu hao nhiệt cho thiết bị tuabin (gồm cả BN) $Q_{TB}$ 1.267.817,86 kW
Suất tiêu hao nhiệt cho thiết bị tuabin $q_{TB}$ 8452,12 kJ/kWh
Tiêu hao nhiệt cho lò hơi $Q_{LH}$ 1.321.066,21 kW
Tiêu hao nhiệt cho toàn nhà máy $Q_c$ 1.554.195,54 kW
Hiệu suất truyền tải môi chất $\eta_{tt}$ 96,00 %
Hiệu suất của thiết bị tuabin $\eta_{TB}$ 43,00 %
Hiệu suất toàn nhà máy $\eta_c$ 35,00 %
Tiêu hao nhiên liệu cho tổ máy $B_{tc}$ 190,89 tấn/h
Suất tiêu hao nhiên liệu toàn nhà máy $b_{tc}$ 0,3535 kg/kWh

Chương III: Tính toán lựa chọn thiết bị chính của nhà máy

Tác giả tính chọn chi tiết các cụm thiết bị cơ khí và trao đổi nhiệt:

  • Bơm cấp: cấu hình gồm 3 bơm (2 bơm vận hành, 1 bơm dự phòng), mỗi bơm đáp ứng 55% lưu lượng toàn bộ. Lưu lượng nước cấp định mức $D_{nc} = 528,32$ kg/s; năng suất bơm chọn có tính 5% dự trữ đạt $Q_{tBC} = 0,2635$ m³/s; chênh áp tính dự trữ đạt $21,48$ MPa; công suất động cơ dẫn động có dự trữ 10% là $W'_{BC} = 7,78$ MW.
  • Bơm ngưng: cấu hình gồm 3 bơm (2 làm việc, 1 dự phòng, 55% công suất); lưu lượng dòng nước ngưng chính $381,61$ kg/s; năng suất bơm tính dự trữ $Q_{tBmN} = 0,2024$ m³/s; chênh áp dự trữ đạt $2,40$ MPa; công suất động cơ tính dự trữ 10% là $668,34$ kW.
  • Bơm tuần hoàn: bội số tuần hoàn $m = 110$; lưu lượng nước làm mát cấp cho bình ngưng và các nhu cầu phụ trợ (làm mát khí máy phát, dầu gối trục, thải xỉ...) đạt thực tế $37.274,64$ kg/s. Chọn 3 bơm tuần hoàn (2 làm việc, 1 dự phòng), năng suất mỗi bơm chọn $19,77$ m³/s; tổng trở lực bơm đạt $282,8$ kPa; công suất động cơ dẫn động dự trữ đạt $7,34$ MW.
  • Bình ngưng: chọn 2 bình ngưng hai nửa (ứng với tuabin có 2 thân hạ áp, 4 dòng thoát); hệ số truyền nhiệt $k = 3,948$ kW/(m²·K); diện tích trao đổi nhiệt tính dư 5% đạt $F' = 21.712,98$ m².
  • Bình khử khí: chọn 1 bình khử khí cho 1 tổ máy; áp suất làm việc 9 bar; dung tích khoang chứa tính dư 5% đạt $186,56$ m³ (đảm bảo cấp nước trên 5 phút khi lò hơi vận hành cực đại); diện tích bề mặt trao đổi nhiệt tính dư 5% đạt $654,39$ m².
  • Tính toán kết cấu BGNCA7: thiết bị ống vỏ nằm ngang gồm 3 khoang (lạnh hơi, GNC, lạnh đọng); đường kính ngoài ống $30$ mm, đường kính trong $20$ mm, bề dày $5$ mm, bước ống $39$ mm, số hành trình $z = 2$. Tổng số ống chùm là 952 ống (476 ống/hành trình); đường kính trong vỏ bình $1,48$ m. Chiều dài phần thiết bị: khoang lạnh hơi dài $3,88$ m (diện tích $347,79$ m²); khoang GNC dài $28,04$ m (diện tích $2514,26$ m²); khoang lạnh đọng dài $1,69$ m (diện tích $151,18$ m²).
  • Thiết bị gian lò: tính toán lựa chọn hệ thống cấp và chuẩn bị than nghiền, quạt gió cấp 1 và cấp 2, quạt hút khói và kích thước ống khói thải.

Chương IV: Sơ đồ nhiệt chi tiết và bố trí toàn nhà máy

Chương này trình bày giải pháp kết nối đường ống và quy hoạch không gian:

  • Sơ đồ nhiệt chi tiết: tích hợp đầy đủ hệ thống van chặn, van điều chỉnh, van an toàn, các đường hơi bypass cao áp và hạ áp, hệ thống xả đọng, đường gom nước ngưng và thu hồi nhiệt hơi chèn.
  • Bố trí mặt bằng: tổ chức không gian ngôi nhà chính gồm gian tuabin - máy phát (bố trí tuabin, máy phát, bình ngưng, bơm ngưng, hệ thống dầu bôi trơn); gian khử khí và bình gia nhiệt; gian lò hơi. Các công trình phụ trợ bên ngoài gồm bãi chứa than, hệ thống băng tải than, trạm xử lý nước cấp, trạm phân phối điện sân ngắt, hệ thống thải và bãi chứa tro xỉ.

Chương V: Nghiên cứu qui trình vận hành lò hơi NMNĐ Mông Dương

Tác giả nghiên cứu quy trình vận hành thực tế của lò hơi tầng sôi tuần hoàn (CFB) tại NMNĐ Mông Dương:

  • Đặc tính thiết kế lò hơi: thông số sản xuất hơi quá nhiệt và tái nhiệt đáp ứng phụ tải tổ máy công suất lớn đốt than nhiệt trị thấp.
  • Quy trình khởi động lò hơi: phân loại theo 3 trạng thái nhiệt độ buồng đốt và áp suất bao hơi:
    • Khởi động lạnh: lò ngừng vận hành trên 72 giờ, nhiệt độ kim loại bao hơi xấp xỉ nhiệt độ môi trường; yêu cầu sấy lò, tăng nhiệt và nâng áp từ từ nhằm kiểm soát giãn nở nhiệt.
    • Khởi động nóng: lò ngừng trong khoảng từ 10 đến 72 giờ.
    • Khởi động cực nóng: lò ngừng dưới 10 giờ, các bề mặt truyền nhiệt còn giữ nhiệt độ cao, thời gian hòa lưới nhanh.
  • Chế độ trông coi và theo dõi trong vận hành bình thường: giám sát mức nước bao hơi, áp suất và nhiệt độ hơi quá nhiệt, hơi tái nhiệt; kiểm soát áp suất buồng lửa, độ lưu hóa của lớp sôi, nhiệt độ buồng đốt, nồng độ oxy trong khói thải và hệ thống cấp than - đá vôi.
  • Quy trình dừng lò: quy định trình tự dừng lò bình thường giảm dần phụ tải; quy trình dừng lò ủ nhiệt giữ áp suất để khởi động lại nhanh; quy định các điều kiện tác động bảo vệ dừng khẩn cấp lò hơi (MFT - Master Fuel Trip).
  • Hướng dẫn nhận biết và xử lý các sự cố lò hơi điển hình:
    • Sự cố mức nước: cạn nước nghiêm trọng hoặc đầy nước bao hơi.
    • Sự cố nhiệt độ buồng đốt: nhiệt độ buồng đốt tăng quá cao dẫn đến nguy cơ đóng xỉ, kết keo tầng sôi hoặc nhiệt độ buồng đốt hạ quá thấp làm mất lửa.
    • Sự cố đường khói: cháy lại nhiên liệu ở phần đuôi đường khói.
    • Sự cố cơ khí cấp liệu: tắc hoặc hỏng máy cấp than, tắc đường hồi liệu bộ chèn (loop seal).
    • Sự cố ống áp lực: bục/vỡ dàn ống sinh hơi buồng lửa, vỡ đường ống bộ quá nhiệt, vỡ ống bộ tái nhiệt, bục ống bộ hâm nước.
    • Sự cố thủy động học: hiện tượng sôi bồng trong bao hơi cuốn nước sang bộ quá nhiệt.
    • Sự cố điện: sa thải phụ tải đột ngột hoặc rã lưới điện khu vực.

Kết quả và đóng góp

Đồ án hoàn thành trọn vẹn chu trình tính toán thiết kế kỹ thuật nhiệt và hệ thống hóa quy trình vận hành thực tế với các kết quả cụ thể:

  1. Xác lập hoàn chỉnh bộ thông số chu trình nhiệt cận tới hạn cho tổ máy nhiệt điện ngưng hơi 540 MW với sai số cân bằng vật chất và năng lượng đạt $0,000%$.
  2. Tính toán định lượng toàn bộ các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật: hiệu suất toàn nhà máy đạt $35%$, hiệu suất khối thiết bị tuabin đạt $43%$, suất tiêu hao hơi $3,3802$ kg/kWh và suất tiêu hao than tiêu chuẩn $0,3535$ kg/kWh.
  3. Cung cấp bảng dữ liệu thiết kế chi tiết cho các thiết bị trao đổi nhiệt phức hợp 3 khoang (BGNCA7) và hệ thống bơm phụ trợ (bơm cấp $7,78$ MW, bơm tuần hoàn $7,34$ MW, bơm ngưng $668,34$ kW).
  4. Hệ thống hóa toàn diện quy trình vận hành và xử lý 16 nhóm sự cố nguy hiểm đối với công nghệ lò hơi tầng sôi tuần hoàn NMNĐ Mông Dương.

So với các tài liệu tính toán lý thuyết thuần túy, đóng góp tự thân của tác giả là đã kết hợp giữa bài toán thiết kế chu trình nhiệt ngưng hơi chuẩn mực với quy trình công nghệ vận hành thực tế của một nhà máy đang vận hành trên lưới điện quốc gia (NMNĐ Mông Dương), làm rõ các mối liên hệ giữa thông số thiết kế và các giới hạn kỹ thuật khi vận hành lò hơi.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Phạm vi thiết kế cơ khí dừng ở mức tính chọn thiết bị gian máy và gian lò hơi theo các công thức thực nghiệm, chưa triển khai mô hình hóa 3D chi tiết ứng suất cơ nhiệt cho các đường ống hơi chính chịu áp lực cao.
  • Dữ liệu quy trình vận hành lò hơi tập trung chủ yếu vào công nghệ lò tầng sôi tuần hoàn của NMNĐ Mông Dương, chưa mở rộng so sánh với công nghệ lò than phun (PC) thông số siêu tới hạn (USC).

Hướng nghiên cứu tiếp được đề xuất:

  • Nghiên cứu mô phỏng động học quá trình quá độ của tổ máy khi sa thải phụ tải hoặc dao động tần số lưới điện.
  • Tối ưu hóa chế độ cháy tầng sôi tuần hoàn nhằm nâng cao hiệu suất cháy than xấu và giảm thiểu phát thải ô nhiễm $SO_x, NO_x$ phù hợp với các tiêu chuẩn môi trường mới.

Giá trị tham khảo

Đồ án có giá trị tham khảo chuyên môn cao đối với:

  • Sinh viên chuyên ngành Năng lượng nhiệt, Kỹ thuật nhiệt và Kỹ thuật điện: tài liệu mẫu phục vụ đồ án tốt nghiệp, đồ án môn học Nhà máy nhiệt điện và Thiết bị trao đổi nhiệt, đặc biệt là phương pháp lập bảng cân bằng nhiệt - vật chất và phương pháp tính toán bình gia nhiệt 3 vùng.
  • Kỹ sư vận hành và kỹ thuật viên nhiệt điện: tài liệu tham khảo thực hành hữu ích tại Chương V về các bước khởi động lò hơi theo từng trạng thái nhiệt và cẩm nang xử lý các sự cố bục ống áp lực, tắc đường hồi liệu, kết keo buồng đốt lò CFB.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đồ án lựa chọn phương án 2 tổ máy 540 MW thay vì 1 tổ máy 1100 MW hay 3 tổ máy 330 MW? Phương án 1 tổ máy 1100 MW tuy có hiệu suất cao nhất nhưng công suất vượt quá 10% công suất dự phòng của toàn hệ thống điện, khiến mức độ dự phòng của nhà máy không cao và dễ gây rã lưới khi có sự cố tổ máy. Phương án 3 tổ máy 330 MW chiếm quá nhiều diện tích xây dựng và có tổn thất nội bộ lớn, làm giảm hiệu suất toàn nhà máy. Phương án 2 tổ máy 540 MW đảm bảo tính kinh tế, hiệu suất chấp nhận được và độ linh hoạt dự phòng an toàn theo tiêu chuẩn vận hành hệ thống điện.

2. Chu trình nhiệt tổ máy 540 MW được bố trí bao nhiêu cấp gia nhiệt hồi nhiệt và thông số tại bình khử khí ra sao? Hệ thống hồi nhiệt gồm 8 cửa trích hơi: 3 bình gia nhiệt cao áp (BGNCA7, BGNCA6, BGNCA5), 1 bình khử khí và 4 bình gia nhiệt hạ áp (BGNHA4, BGNHA3, BGNHA2, BGNHA1). Bình khử khí làm việc ở áp suất 9 bar, nhận hơi trích từ cửa số 3' (áp suất 9 bar, nhiệt độ 335 °C), hơi phân ly từ bình phân ly xả lò và nước đọng dồn từ cụm BGNCA về, gia nhiệt nước cấp lên trạng thái bão hòa $175,4$ °C ứng với entanpy $742,72$ kJ/kg.

3. Lưu lượng hơi mới và các chỉ tiêu suất tiêu hao của tổ máy đạt giá trị bao nhiêu? Lưu lượng hơi mới vào tuabin là $D_0 = 507,028$ kg/s (tương đương $1825,30$ tấn/h). Suất tiêu hao hơi của tuabin là $d_0 = 3,3802$ kg/kWh. Tiêu hao than của một tổ máy là $B_{tc} = 190,89$ tấn/h với suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn toàn nhà máy là $b_{tc} = 0,3535$ kg/kWh; hiệu suất nhiệt toàn nhà máy đạt $\eta_c = 35%$.

4. Thiết bị BGNCA7 có cấu tạo trao đổi nhiệt như thế nào? BGNCA7 là thiết bị trao đổi nhiệt ống vỏ nằm ngang gồm 3 khoang chức năng riêng biệt: khoang làm lạnh hơi quá nhiệt (dài $3,88$ m, diện tích $347,79$ m²), khoang gia nhiệt chính ngưng tụ hơi (dài $28,04$ m, diện tích $2514,26$ m²) và khoang làm lạnh nước đọng (dài $1,69$ m, diện tích $151,18$ m²). Thiết bị sử dụng chùm ống gồm 952 ống bố trí 2 hành trình (476 ống/hành trình), đường kính ống ngoài/trong là $30/20$ mm và đường kính trong của vỏ bình là $1,48$ m.

5. Trong các sự cố vận hành lò hơi NMNĐ Mông Dương, những sự cố nào bắt buộc phải dừng lò khẩn cấp (MFT)? Các điều kiện buộc phải dừng lò khẩn cấp gồm: mất mức nước nghiêm trọng trong bao hơi (cạn nước hoặc đầy nước vượt ngưỡng bảo vệ), mất hoàn toàn ngọn lửa buồng đốt, nhiệt độ buồng đốt vượt quá giới hạn gây kết keo tầng sôi nghiêm trọng, vỡ lớn dàn ống sinh hơi hoặc đường ống quá nhiệt/tái nhiệt không thể duy trì áp suất và mức nước, sự cố ngừng toàn bộ các quạt gió/quạt khói, hoặc sự cố sa thải phụ tải mất lưới điện hoàn toàn.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế kỹ thuật chu trình nhiệt cho nhà máy nhiệt điện ngưng hơi công suất 1080 MW với hai tổ máy 540 MW thông số cận tới hạn đạt hiệu suất $35%$. Toàn bộ hệ thống thiết bị chính gồm tuabin, bình gia nhiệt 3 vùng, bình ngưng, bình khử khí và các trạm bơm phụ trợ đều được tính toán lựa chọn đồng bộ, đảm bảo tính chuẩn xác và cân bằng nhiệt - vật chất không sai số. Đồng thời, nội dung nghiên cứu thực tế tại NMNĐ Mông Dương đã tổng hợp chi tiết quy trình khởi động, vận hành và xử lý các sự cố công nghệ của lò hơi tầng sôi tuần hoàn, tạo nên tài liệu kỹ thuật có giá trị thực tiễn cao cho công tác đào tạo và vận hành nhà máy nhiệt điện đốt than.