Một nhà máy nhiệt điện đốt sinh khối để phát điện, nhà máy nhiệt điện Šiauliai ở Litva
Nhà máy nhiệt điện (tiếng Anh Thernal Energy Power plant) là nhà máy chuyển hóa năng lượng nhiệt thành điện thương mại.
Trong nhà máy nhiệt điện, lò hơi là thiết bị hấp thụ lượng nhiệt sinh ra khi cháy những loại nguyên vật liệu để sản xuất ra hơi nước làm môi chất động lực trong quy trình nhiệt, làm quay tuabin hơi, máy phát để sản xuất điện. Lò hơi là thiết bị quan trọng nhất, lớn nhất và phức tạp nhất tác động ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất cao hoạt động giải trí, đến vốn góp vốn đầu tư và những yếu tố bảo đảm an toàn khác của toàn nhà máy nhiệt điện .
Nhà máy nhiệt điện, các thiết bị và sơ đồ công nghệ của nó phải thỏa mãn hàng loạt các yêu cầu về kinh tế kĩ thuật như sau:
- Đảm bảo cung cấp điện năng cho các hộ tiêu dùng một cách tin cậy và liên tục. Các chỉ tiêu chất lượng của điện năng (tần số, điện áp dòng điện) phải đúng các tiêu chuẩn quy định
- Đảm bảo an toàn vô điều kiện đối với người lao động và môi trường xung quanh kể cả vấn đề phòng chống hỏa hoạn. Bầu không khí xung quanh nhà máy không bị ô nhiễm bởi các chất độc hại do nhà máy thải ra như: bụi tro, SO2, NOx, vân vân, bằng các giải pháp công nghệ thích hợp.
- Đối với nhà máy điện hạt nhân còn có thêm phòng chống ô nhiễm phóng xạ, phòng chống các sự cố và bảo vệ sinh thái.
- Nguồn cung cấp nước (sông, hồ, …) phải được bảo vệ không bị ô nhiễm bởi các chất thải. Nước thải phải được xử lí đạt tiêu chuẩn trước khi thải ra môi trường
- Phải áp dụng sơ đồ công nghệ khép kín không có chất phát thải đối với quá trình xử lí nước bổ sung và tro xỉ.
- Các yêu cầu về kinh tế gồm có giảm vốn đầu tư ban đầu, giảm chi phí vận hành. Muốn làm được điều này, cần phải hợp lí hóa trong các khâu thiết kế nhà máy, tối ưu hóa các khâu xây dựng, lắp đặt nhà máy. Một trong những yêu cầu quan trọng nhất đối với kinh tế là giảm tiêu tiêu hao nhiên liệu.
- Hiệu quả kinh tế nhiệt của nhà máy nhiệt điện phải cao nhất, các chỉ tiêu năng lượng của nó không được thấp hơn chỉ tiêu của các nhà máy trên thế giới.
Nhà máy nhiệt điện đốt than[sửa]
Một nhà máy nhiệt điện đốt than để phát điện, nhà máy nhiệt điện Asnæs ở Đan Mạch. Nhà máy đặt cạnh sông để tương hỗ luân chuyển than, đồng thời có nguồn cấp và xả nước làm mát từ sông .
Nhà máy nhiệt điện đốt than (tiếng Anh Coal firing Thermopower plant) là một loại nhà máy nhiệt điện điển hình.
Hiện nay, thị trường lớn nhất cho than chất lượng thấp là dành cho phát điện ; loại than này được khai thác cho đến khi những mỏ than hết sạch. Phát điện sử dụng than chất lượng thấp đã được triển khai trong ba loại của những nhà máy điện đốt than, đơn cử là nhà máy điện đốt than phun ( PCC ), nhà máy đốt than kiểu tầng sôi ( CFBC ), và nhà máy khí hóa tích hợp nhà máy điện quy trình hỗn hợp ( IGCC ). Nhà máy điện đốt than phun PCC đã được quản lý và vận hành dùng than để phát điện trên toàn quốc tế trong hơn 75 năm và nguồn cung ứng nòng cốt, cốt lõi của mạng lưới hệ thống điện ở nhiều nước .Trong những nhà máy PCC, than đá được nghiền thành bột mịn và sau đó phun vào buồng lửa tham gia quy trình đốt cháy cùng không khí trải qua một loạt những vòi phun ( Burners ). Các vòi phun hoàn toàn có thể được đặt trên tường trước, hai tường bên đối lập, hoặc sắp xếp để tạo thành vòng tiếp tuyến trong buồng lửa hoặc đặt ở 4 góc. Quá trình cháy diễn ra ở nhiệt độ từ 1300 °C ~ 1700 °C và gần áp suất khí quyển. Thời gian lưu lại của hạt bột than trong buồng lửa lò hơi thường thì là 2-5 s. Nhiệt phát ra trong quá cháy nguyên vật liệu được hấp thụ bởi nước chảy trong dàn ống sinh hơi sắp xếp xung quanh buồng lửa hơi để tạo thành hơi nước với thông số kỹ thuật hơi nhất định và sau đó đi vào tuabin hơi nước để quy đổi nhiệt năng thành công năng và tạo ra điện ( quy trình Rankine ). Quá nhiệt hơi và quá nhiệt trung gian ( hối nhiệt ) ( reheaters ) thường được sử dụng tịch thu nhiệt từ khói thải nóng để tăng hiệu suất cao chu kỳ luân hồi nhiệt .Lò hơi PCC được phong cách thiết kế, sản xuất để tương thích với những nhu yếu tuabin hơi nước, với hiệu suất đầu ra vào thời gian 50 đến 1300 MWe. Tổ Lò hơi PCC gần đây nhất được nhìn nhận cao là những tổ lò hơi có hiệu suất lớn hơn 300 MW do xét đến năng lực của tuabin hơi ( cũng tận dụng lợi thế của những hiệu suất những tổ máy lớn ) .
Lò hơi PCC có thể được phân loại thành ba loại: dưới tới hạn, siêu tới hạn và cực siêu tới hạn, tùy thuộc vào các điều kiện hơi nước vào tuabin hơi. Sự khác biệt lớn trong điều kiện hơi nước và các dự liệu yêu cầu giữa công nghệ dưới tới hạn, siêu tới hạn và cực siêu tới hạn PCC như sau:
- Dưới tới hạn: thông thường, các các tổ lò hơi dưới tới hạn tạo ra hơi nước với điều kiện là 16,5MPa/538°C/538°C (hơi quá nhiệt áp suất / nhiệt độ / nhiệt độ quá nhiệt trung gian) (Kitto và Stultz, 2005) với hiệu suất trung bình lớn hơn các nhà máy dưới tới hạn đốt than chất lượng tốt trong khoảng 35-36% (LHV cơ sở), trong khi đó các tổ lò hơi cũ hoặc nhỏ hơn đốt than kém chất lượng có thể thấp nhất là 30% LHV (Kitto và Stultz, 2005 ).
- Siêu tới hạn: các thông số hơi của lò hơi siêu tới hạn là 24,1MPa/566°C/593°C, sẽ cho ra hiệu suất chu trình cao hơn.
- Cực siêu tới hạn: thông số hơi nước theo thứ tự của 29,6MPa/579C°C/599°C và 25,0MPa/600°C/610°C đã được sử dụng ở các tổ máy cực siêu tới hạn (Kitto và Stultz, 2005). Các tổ máy PCC cực siêu tới hạn thường làm viêc ở nhiệt độ đầu ra của hơi quá nhiệt (hơi mới) khoảng 600°C. Thông số hơi nước cao hơn làm cho hiệu suất chu trình của nhà máy cao hơn.
Ở Nước Ta xu thế khai thác tối đa nguồn than trong nước cho tăng trưởng những nhà máy nhiệt điện, ưu tiên sử dụng than trong nuớc cho những nhà máy nhiệt điện khu vực miền Bắc. Đến năm 2020, tổng hiệu suất nhiệt điện đốt than khoảng chừng 36.000 MW, sản xuất khoảng chừng 156 tỷ kWh ( chiếm tỷ trọng 46,8 % sản lượng điện sản xuất ), tiêu thụ 67,3 triệu tấn than / năm. Đến năm 2030, tổng hiệu suất nhiệt điện đốt than khoảng chừng 75.000 MW, sản xuất khoảng chừng 394 tỷ kWh ( chiếm tỷ trọng 56,4 % sản lượng điện sản xuất ), tiêu thụ 171 triệu tấn than. Do nguồn than sản xuất trong nước hạn chế, nhiều nhà máy nhiệt điện sử dụng than nhập từ năm năm ngoái .
Một vài sơ đồ[sửa]
Sơ đồ công nghệ của nhà máy nhiệt điện đốt than phun ( PCC ) :
0) tiêu hao nhiệt hơi cho tuabin, (DL) tổn thất nhiệt hơi trên đường ống, (DK) nhiệt lượng của hơi đưa vào bình ngưng, (E) điện năng sản xuất được, (E0) điện năng cung cấp cho các hộ tiêu dùng (thấp hơn E, một phần do trích lại cho nhà máy điện tự dùng, để vận hành các bơm và các hệ thống khác), (QK) tổn thất nhiệt làm mát bình ngưng.Sơ đồ 1 số ít thành phần chính của một nhà máy nhiệt điện đốt than phun ( PCC ) : ( 1 ) tháp làm mát, ( 2 ) bơm nước làm mát, ( 3 ) đường điện ( 3 pha ), ( 4 ) biến thế ( 3 pha ), ( 5 ) máy phát điện ( 3 pha ), ( 6 ) tuabin hạ áp, ( 7 ) bơm nước ngưng, ( 8 ) bình ngưng, ( 9 ) tuabin trung áp, ( 10 ) van hơi, ( 11 ) tuabin cao áp, ( 12 ) bộ loại khí, ( 13 ) bình gia nhiệt, ( 14 ) băng chuyền than, ( 15 ) hứng than, ( 16 ) hệ phun bột than, ( 17 ) nồi hơi, ( 18 ) hệ thải xỉ, ( 19 ) giàn quá nhiệt, ( 20 ) quạt gió, ( 21 ) hối nhiệt, ( 22 ) đường cấp khí, ( 23 ) bộ trao đổi nhiệt, ( 24 ) gia nhiệt cấp khí, ( 25 ) bộ khử bụi, ( 26 ) quạt khói, ( 27 ) ống khói, ( 28 ) bơm nước cấp ; ( Q. ) nhiệt lượng tỏa ra từ nguyên vật liệu, tiêu thụ bởi nhà máy, ( D ) phụ tải hơi của lò hơi, ( D ) tiêu tốn nhiệt hơi cho tuabin, ( D ) tổn thất nhiệt hơi trên đường ống, ( D ) nhiệt lượng của hơi đưa vào bình ngưng, ( E ) điện năng sản xuất được, ( E ) điện năng cung ứng cho những hộ tiêu dùng ( thấp hơn E, một phần do trích lại cho nhà máy điện tự dùng, để quản lý và vận hành những bơm và những mạng lưới hệ thống khác ), ( Q. ) tổn thất nhiệt làm mát bình ngưng .Sơ đồ nhiệt của nhà máy nhiệt điện ngưng hơi đơn thuần nhất :
Sơ đồ nhiệt của nhà máy nhiệt điện ngưng hơi đơn thuần nhất, theo quy trình Clausius-Rankine : ( K ) lò hơi, ( h ) giàn quá nhiệt, ( TP ) tuabin, ( G ) máy phát điện, ( S ) bình ngưng, ( P. ) bơm nước ( gồm nước cấp và nước ngưng, theo vòng tuần hoàn kín )
Ví dụ về một sơ đồ nhiệt của một nhà máy điện theo công nghệ PCC, nhà máy điện Staudinger ở Đức:
Sơ đồ nhiệt của nhà máy điện Staudinger ở ĐứcSơ đồ công nghệ của nhà máy khí hóa tích hợp nhà máy điện quy trình hỗn hợp ( IGCC ) :
Sơ đồ 1 số ít thành phần chính của một nhà máy khí hóa tích hợp nhà máy điện quy trình hỗn hợp ( IGCC )
Tài liệu tìm hiểu thêm[sửa]
- Trần Thanh Kỳ, Giáo trình Nhà máy Nhiệt điện, NXB Trường Đại học Bách khoa TPHCM, 1998.
- Đỗ Văn Thắng, Giáo trình Vận hành Thiết bị lò hơi và Tuabin của nhà máy Nhiệt điện, NXB Giáo dục, 2008.
- Trương Duy Nghĩa và Nguyễn Sĩ Mão, Giáo trình thiết bị lò hơi nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật, 1974-1986.
- Phùng Tuấn Khải, Thẩm Ấu Dình, Nguyên lí và thiết kế lò hơi (tiếng Trung Quốc), NXB Khoa học và Kĩ thuật TQ-Bắc Kinh, 1992.
