NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG

RỬA BÌNH NGƯNG LIÊN TỤC

CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN

Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Duy Bình

Phòng thí nghiệm trọng điểm TĐH - Trung tâm nghiên cứu triển khai Công nghệ cao

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

 

TÓM TẮT

Trong chu kì phát điện, nước đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hoá năng lượng từ dạng nhiệt sang dạng cơ phục vụ cho công tác quay tuabin để phát điện. Tuy nhiên do các quá nước trình hoá lý xảy ra trong chu trình xử lý nước nên có hiện tượng đóng cặn trong bình ngưng làm giảm hệ số trao đổi nhiệt dẫn đến tiêu hao năng lượng và giảm toàn bộ hiệu suất nhà máy. Ngoài ra công tác vệ sinh yêu cầu phải dừng tổ máy đang sản suất, gây mất sản lượng, gián đoạn sản suất cũng như yêu cầu nhiều nhân lực nếu thông rửa cơ học hoặc gây ảnh hưởng môi trường nếu xúc rửa bằng hoá chất. Trung tâm đã nghiên cứu lý thuyết, triển khai mô hình cho hệ thống tự động rửa bình ngưng liên tục nhằm khắc phục các hạn chế nói trên và nâng cao năng lực sản xuất của các nhà máy nhiệt điện than.

 

1. Các biện pháp nâng cao hiệu suất cho nhà máy nhiệt điện than

            Thiết kế các thiết bị cung cấp hơi cho nhà máy nhiệt điện sử dụng nguyên liệu hoá thạch được dựa trên nền tảng cơ bản định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng từ dạng này sang dạng khác. Các nguyên lý nhiệt động học cơ bản là những nền tảng chính cho công việc thiết kế nhà máy nhiệt điện khi nghiên cứu các quá trình chuyển hoá của chất lỏng làm việc như là hàm số của nhiệt điện khi nghiên cứu các quá trình chuyển hoá của chất lỏng làm việc như là ham số của nhiệt độ, áp suất, enthalpy và entropy.

            Chu trình Carnot bao gồm các quá trình đẳng nhiệt và đẳng entropy thuận nghịch. Hình 1 A mô tả cho chúng ta thấy hoạt động của chu trình Carnot với từng quá trình truyền nhiệt được giao cho từng thiết bị độc lập. Các trạng thái thay đổi của dòng chất lỏng làm việc được mô tả trong sơ đồ nhiệt-entropy trong hình 1 B

 

 

 

Hình 1: Chu trình Carnot

            Như vậy trong chu trình Carnot hiệu suất của chu trình nhiệt được tính như sau:

         (1)

Trong đó: Th là nhiệt độ của nguồn nhiệt đưa vào trong hệ thống và T1 là nhiệt độ đầu ra của hệ thống

            Như vậy chúng ta thấy hiệu suất của quá trình phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ đầu vào và đầu ra của toàn bộ quá trình Rankine, một kỹ sư người Scotland đã cải tiến chu trình Carnot nhằm nâng cao hiệu suất của nhà máy nhiệt điện. Nguyên lý Rankine hoàn toàn dựa trên chu trình Carnot với một khác biệt là do quá trình ngưng cũng bao gồm cả quá trình giải nhiệt liên tục cho đến khi quá trình ngưng hoàn toàn được ổn định nên Rankine đưa thêm một bơm nước thay thế cho quá trình nén hai pha. Sơ đồ nhiệt độ - entropy và sơ đồ enthalpy-entropy mô tả thay đổi trạng thái của chất lỏng trong chu trình Rankine. Như chúng ta thấy quá trình nén được kết thúc (ở trạng thái a) tại áp suất sôi thay vì nhiệt độ sôi (trạng thái a’), và qua đó hoàn tất chu trình Carnot.

 

Hình 2: Biểu đồ Entropy - Nhiệt độ chu trình Rankline

Tam giác được giới hạn bởi cạnh a-a’ với đường nối với đường cong nhiệt độ - entropy trong hình 2a thể hiện hao tổn công của chu trình do quá trình trao đổi nhiệt không thuận nghịch của chất lỏng từ trạng thái ‘’a’’ sang trạng thái ngưng. Áp suất thấp ở trạng thái ‘’a’’ so với trạng thái ‘’a’’ tạo ra điều kiện cần ít công hơn so với quá trình nén d-a. Như vậy chu trình Rankine giảm thiểu được quá trình nén hai trạng thái (hơi-lỏng), làm giảm công nén đi một lượng đáng kể và làm cho chu trình Rankine trở nên ít nhạy cảm hơi với điều kiện làm việc trong thực tế so với chu trình Carnot.

            Như vậy chu trình Rankine cho phép nâng cao hiệu suất làm việc bằng cách giảm tiêu hao năng lượng trong quá trình nén, cho phép nâng cao nhiệt độ đầu vào qua việc thu hồi nhiệt trong quá trình giãn nở nhiệt của chất công tác trong tua bin.

 

2. Hệ thống làm sạch bình ngưng liên tục

            Theo sơ đồ hoạt động của nhà máy nhiệt điện mô tả như trên chúng ta thấy việc tăng hiệu suất của chu trình được thực hiện bằng cách nâng cao nhiệt độ đầu vào, hoặc làm giảm nhiệt độ đầu ra của chu trình nhiệt, qua đó làm tăng chêng lệch giữa nhiệt dộ đầu vào và đầu ra của chu trình.

            Thực tế hoạt động của nhà máy nhiệt điện cho thấy công tác trao đổi nhiệt trong bình ngưng càng tốt bao nhiêu thì nhiệt độ đầu ra được duy trì thấp như thiết kế tốt bấy nhiêu, do đó duy trì được hiệu suất như thiết kế. Tuy nhiên trong quá trình hoạt động hiệu suất trao đổi nhiệt của bình ngưng và bộ trao đổi nhiệt giảm do các yếu tố sau:

-          Lắng đọng bùn đất do sử dụng nước làm mát là nước thô. Thông thường bùn đất sẽ lắng đọng ở cuối ống trao đổi nhiệt. 

-          Tắc nghẽn ống do những vi sinh vật yếm khí phát triển trong ống hoặc do các sinh vật trong nước

-          Sự kết tinh của các chất hoà tan trong nước (như Calcium Carbonate, Calcium Silicate, sulphate, muối magnet) mà các chất này phải được làm sạch trước khi bị đóng cặn.

-          Đóng hà hến trong ống;

Các hiện tượng trên có thể dẫn đến những tác động tiêu cực đến hệ thống trao đổi nhiệt như sau:

-          Ăn mòn do lắng cặn;

-          Việc ăn mòn do các chất hoặc sinh vật phát triển trong ống trao đổi nhiệt phá hỏng lớp màng bảo vệ chống ăn mòn

-          Giảm hiệu suất trao đổi nhiệt của bình ngưng.         

Do vậy khi đo áp suất chân không giảm và hiệu suất trao đổi nhiệt kém đi, các nhà máy nhiệt điện thường dừng tổ máy để thông rửa bình ngưng bằng các biện pháp cơ học hoặc bằng các biện pháp hoá chất. Tuy nhiên cả hai phương pháp này đều có những nhược điểm hoặc do thời gian dừng máy lâu đối với công tác thông rửa cơ học, tốn nhiều công sức cho cán bộ sửa chữa, hoặc gây ảnh hưởng đến môi trường đối với công tác thông rửa bằng hoá chất.

            Trên thế giới hiện đang nghiên cứu ứng dụng phương pháp rửa bình ngưng liên tục bằng bi cao su. Tuy nhiên ứng dụng này trong những năm cuối thế kỉ trước có những hạn chế do một số yếu tố sau:

            - Chưa tìm được chất liệu bi cao su hợp lý để sử dụng lâu dài và liên tục;

            - Chưa có bộ giám sát điều khiển có tính năng giám sát chặt chẽ áp suất bình ngưng, số lượng bi cao su cần thiết bơm vào rửa ống nhằm làm tối ưu hoá hiệu quả làm sạch mà không gây hiệu ứng phụ là tắc ống do bi, dẫn đến giảm công suất chung.

            Hiện nay với sự phát triển của công nghệ điều khiển các bộ Controller có thể đảm nhận các chức năng giám sát và điều khiển công tác cung cấp bi với số lượng tối ưu nhằm làm tăng hiệu quả trao đổi nhiệt đồng thời không làm tắc ống do lượng bi quá nhiều và không tuần hoàn tốt. Do vậy công tác sử dụng bi cao su làm sạch liên tục ống bình ngưng được coi là một trong những biện pháp hiệu quả do tính tự động hoá cao của toàn bộ quá trình rửa bình ngưng. đồ công nghệ hệ thống tuần hoàn gồm:

  1. Lược thô
  2. Bơm bi tái tuần hoàn
  3. Bộ thu hồi bi
  4. Bộ phun bi tự động
  5. Bộ giám sát bi
  1. Bộ chọn bi trong quá trình hoạt động
  2. Bộ đếm bi
  3. Bộ điều chỉnh chọn bi
  4. Phễu thu hồi bi mòn sau sử dụng
  1. Bộ phân phân

      7a.  Bộ cấp bi tự động

      7b.  Bồn thu hồi bi mòn sau sử dụng.

            Công tác làm sạch ống bình ngưng liên tục trong quá trình vận hành được tiến hành thông qua công tác tuần hoàn các viên bi cao su xốp có kích thước hơi lớn hơn đường kính ống. Những viên bi này được bơm vào đầu hút của hệ thống làm mát. Dòng nước chảy trong ống kéo theo các viên bi cao su vào trong ống và qua đó làm sạch ống khi chảy theo dòng nước thoát ra đầu ra của ống nước làm mát. Tại đây các viên bi được thu hồi lại qua hệ thống thu hồi bi trứơc khi đựơc đưa vào tuần hoàn trong hệ thống.

            Hệ thống Controller cho phép theo dõi giám sát và đo đếm số lượng bi cao su tuần hoàn trong ống nhằm đảm bảo hiệu quả làm sạch tối đa. Hệ thống điều khiển bao gồm bộ điều khiển với các thiết bị vào ra gắn với thông số đo được từ hệ thống đo lường hiện hữu trong nhà máy nhằm tăng hiệu quả sản suất và giảm chi phí lắp đặt.

 

3. Hiệu quả

            Hệ thống rửa bình ngưng liên tục bằng bi cao su mang lại các hiệu quả:

+ Làm tăng hiệu quả nhiệt qua thành ống;

+ Nâng cao áp suất chân không trong bình ngưng;

+ Nâng cao hiệu suất vận hành;

+ Giảm tiêu hao nhiên liệu;

+ Nâng cao công suất phát điện;

+ Kéo dài tuổi thọ của ống làm mát;

+ Giảm thiểu thời gian dừng máy và loại bỏ chi phí làm sạch ống bằng cơ học hoặc hoá chất;

            Trên thực tế hiệu suất trao đổi nhiệt trong bình ngưng của tua bin hơi có liên hệ trực tiếp tới công suất phát ra của tua bin. Thực tế vận hành cho thấy khi giảm 1mbar chân không của bình ngưng của nhà máy nhiệt điện 900 MW sẽ dẫn tới hao hụt 1 MW của công suất phát. Một bình ngưng không được làm sạch liên tục sẽ làm tổn thất khoảng 10mbar. Khi áp dụng hệ thống rửa bình ngưng liên tục cho nhà máy nói trên sẽ làm tăng thêm 10MW công suất phát cho tổ máy.

            Hiện nay hầu hết các chi tiết sử dụng cho công tác chế tạo hệ thống làm sạch bình ngưng liên tục bằng bi cao su đều có thể sản suất được trong nước như pin lọc, hệ thống ống,bơm vv. Các chi tiết khác như bộ điều khiển có thể được cung cấp từ các nhà cung cấp Controller tiêu chuẩn như Siemens, Allen Bradley, Yokogawa vv. Hệ thống đo đếm bi bằng tia hồng ngoại có thể nhập trực tiếp từ các nhà cung cấp cho các hệ thống tương tự. Do khả năng sản suất, lập trình và cung cấp từ trong nước làm giảm giá thành của hệ thống và nâng cao tính kinh tế của dự án, cạnh tranh với các thiết bị tương tự được cấp trực tiếp từ nước ngoài.

 

EYETECK.VN

Theo BCKH - BKHN