(Luận văn thạc sĩ hcmute) nghiên cứu hệ thống phát điện tận dụng nhiệt thừa tại nhà máy xi măng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ VĂN KHÁNH NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN TẬN DỤNG NHIỆT THỪA TẠI NHÀ MÁY XI MĂNG NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN SKC007445 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2017 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ VĂN KHÁNH NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN TẬN DỤNG NHIỆT THỪA TẠI NHÀ MÁY XI MĂNG NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2017 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ VĂN KHÁNH NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN TẬN DỤNG NHIỆT THỪA TẠI NHÀ MÁY XI MĂNG NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 6052020 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ CHÍ KIÊN Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2017 Luan van QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI Luan van i Luan van ii Luan van iii Luan van iv Luan van v Luan van vi Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Hình 4.4: Sơ đồ nguyên lý làm việc nồi  Đặc tính kỹ thuật Đường kính bao Φ1800 chiều dài 5200 mm, làm từ thép Q245R Các thiết bị bên bao bao gồm thiết bị cấp nước, thiết bị đo lường thiết bị xả đáy Độ cao đặt bao 34510 mm (tính đến tâm bao hơi) Các ống đầu ống vào đầu ống đun nước có kích thước Φ219×10, làm từ thép 20/GB3087 Các ống đun nước có kích thước Φ38×3.5 xếp thành hàng chúng bó thành nhóm Mỗi nhóm hàn với ống đầu vào đầu Bảng 4.17: Thông số nhiệt nồi SP Stt Tên Tốc độ nước Áp suất nước HVTH: Lê Văn Khánh Trang 60 Luan van Đơn vị Thông số t/h 25.2 MPa 1.6 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Áp suất làm việc cao MPa Nhiệt độ nước o 330 Nhiệt độ nước cấp vào o 190 C C 1.8  Đặc tính nhiệt thải Đường ống vào nhiệt thải có đường kính 3000 mm, đặt độ cao 35820 mm Đường ống nhiệt thải có đường kính 3000 mm, đặt độ cao 7000 mm Nhiệt độ khí thải tương đối thấp (355oC) Và hàm lượng bụi cao (100 g/Nm3 ) Do đó, xỉ trình hoạt động nồi nghiêm trọng Để ngăn chặn đóng xỉ này, thiết bị búa đập khí lắp đặt để loại bỏ bụi Các dàn ống đặt đỡ, búa đập vào đỡ làm rung dàn ống, bụi rơi xuống dàn ống bị rung Bảng 4.18: Thông số thiết kế nhiệt thải SP Stt Tên Đơn vị Thông số Nm3/h 266000 Lưu lượng khí vào Áp suất khí vào MPa -7.7 Áp suất khí MPa -7.9 Nhiệt độ khí vào o 365 Nhiệt độ khí o C 215 Mật độ khói bụi vào g/Nm3 76,8 C  Tuốc bin  Đặc điểm kỹ thuật tuốc bin nước Bảng 4.19: Thông số thiết kế tuốc bin nước Tên Đơn vị Mã sản phẩm Loại HVTH: Lê Văn Khánh Trang 61 Luan van Giá trị/chi tiết K1509 N7.5-1.5 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Kết nối trực tiếp với Kiểu ngưng tụ Công suất Công suất tối đa Áp suất nước vào độ chênh lệch Nhiệt độ nước vào độ chênh lệch Tốc độ vào Tốc độ vào tối đa Nhiệt độ nước làm mát Nhiệt độ tối đa nước làm mát Áp suất nước xả Tốc độ quay Tốc độ thấp Độ rung Độ rung nguy hiểm Trọng lượng Kích thước tuốc bin (L × W × H) MW MW MPa o C t/h t/h o C o C MPa r/min r/min mm mm T m 6.919 8.250 1.5, +0.2, -0.2 330, +15, -10 36 43.6 25 33 0.007 3000 1770 ≤ 0.03 ≤ 0.17 70 4.92 × 4.64 × 2.85 Bảng 4.20: Thơng số kỹ thuật điều chỉnh tuốc bin Tên Tỷ lệ thay đổi tốc độ Điều chỉnh áp suất dầu Áp suất dầu bôi trơn Tốc độ dừng khẩn cấp Thiết lập lại tốc độ khẩn cấp Giá trị cảnh báo bảo vệ dịch chuyển trục tuốc bin Giá trị bảo vệ dịch chuyển cánh quạt Mã số dầu bôi trơn tuốc bin HVTH: Lê Văn Khánh Trang 62 Luan van Đơn vị % MPa MPa r/min r/min mm mm Thông số 3~6 ≥ 0.85 0.08 ~ 0.12 3270～3390 ＜2900 ±1.0 ±1.5 L-TSA46# Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Hình 4.5: Cấu tạo tuốc bin Tuốc bin bao gồm có hai phần rotor stator Rotor có cấu tạo khối để điều chỉnh tầng xung cánh đầu tiên, tầng xung cánh cuối chia ba chân Stato bao gồm hình trụ bên ngồi, buồng hơi, nắp đậy, vòng bi phận khác Các thiết bị phân bố kết nối với động dầu qua van có địn bẩy khí Tuốc bin bao gồm giai đoạn tốc độ chậm giai đoạn áp lực Các cánh tuốc bin tăng kích thước theo tầng, kích thước nhỏ đầu vào kích thước to tầng Tuốc bin kết nối với máy phát điện khớp nối trực tiếp Tuốc bin bao gồm vòng bi, bảo vệ vòng quay, bảo vệ di chuyển trục, búa ngắt khẩn cấp, chốt định vị để đảm bảo giãn nở nhiệt tuốc bin phù hợp với đường trục tuốc bin  Nguyên lý hoạt động tuốc bin Hơi vào ống phun, khỏi ống phun áp suất giảm xuống, cịn tốc độ tăng lên đáng kể Hơi có tốc độ cao vào rãnh cánh động gắn bánh động, động dịng biến thành (sinh cơng), cơng dịng sinh cánh động làm cho roto tuốc bin quay Dòng chuyển động tuốc bin theo hướng dọc trục tuốc bin không giãn nở HVTH: Lê Văn Khánh Trang 63 Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên số ống phun mà giãn nở nhiều dãy cánh đặt dọc theo trục tuốc bin  Các thiết bị phụ tuốc bin - Hệ thống điều khiển Tuốc bin thông qua hệ thống điều chỉnh, bao gồm thiết bị đo tốc độ vòng quay, điều khiển Woodward 505, dầu động cơ, van điều chỉnh nước đòn bẩy hồi tiếp Quá trình điều chỉnh sau: đầu tiên, tín hiệu thay đổi tốc độ vịng quay tuốc bin truyền tới điều khiển 505, điều khiển lệnh điều chỉnh áp suất dầu, áp suất dầu thay đổi di chuyển van dầu làm cho van điều chỉnh vào tuốc bin thay đổi, cuối nước đầu vào thay đổi thông qua van điều chỉnh tốc độ Đồng thời, thông tin phản hồi từ kéo van dầu cân hình thành Hình 4.6: Bộ 505 điều khiển tuốc bin Bộ điều khiển 505 chuyển đổi điện thành thủy lực với áp suất dầu cao vào việc điều chỉnh thủy lực thứ cấp hệ thống kiểm soát tốc độ, điều chỉnh van nước tuốc bin nước Dầu bôi trơn, sau làm lạnh lọc, sau nén áp suất dầu bơi trơn lên cung cấp cho vịng bi, bơi trơn bánh làm mát  Máy khởi động tuốc bin HVTH: Lê Văn Khánh Trang 64 Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Hình 4.7: Bộ khởi động tuốc bin Trang bị với động không đồng ba pha cho việc khởi động tuốc bin Khi để tuốc bin hoạt động trở lại ta phải dùng động quay tuốc bin xả vào tuốc bin Cách làm để tránh gây tổn hại đến cánh tuốc bin phải chịu lực lớn từ vào Ngồi ra, động cịn dùng để quay tuốc bin dừng hệ thống phát điện Bảng 4.21: Thông số động khởi động tuốc bin Tên Động quay hộp số Thông số Loại Công suất Điện áp Tốc độ Đơn vị kW V r/min Giá trị Y160M-6 5.5 380 AC 970  Bộ ngưng tụ Tuốc bin thuộc kiểu kết nối trực tiếp với ngưng tụ, nhiệt sau qua tuốc bin chảy xuống ngưng tụ Hơi nước chảy qua đường ống có chứa nước lạnh, nước lạnh làm mát nóng, nóng ngưng tụ lại thành nước tiếp tục trình HVTH: Lê Văn Khánh Trang 65 Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Bảng 4.22: Thông số kỹ thuật ngưng tụ Tên Bộ ngưng tụ Thơng số Đơn vị Kiểu Diện tích Áp suất Tốc độ Tốc độ dòng nước làm mát Nhiệt độ nước làm mát Áp suất nước làm mát (Max) Vật liệu Kích thước Khối lượng (khơng có nước) m2 MPa t/h t/h o C MPa mm t Giá trị N-1000 1000 0.007 45 2600 25 0.3 Thép khơng gỉ Ф20x0.7 23.541 Hơi bảo hồ làm mát ngưng tụ lại lượng khí cịn lại khơng ngưng tụ Để tránh lượng khí hồ trộn lại với nước ta cần phải hút khỏi bình ngưng Bảng 4.23: Thơng số kỹ thuật hệ thống khử khí cho ngưng tụ Tên Máy bơm nước khỏi bình ngưng tụ Bộ khử khí Động bơm nước khử khí Bồn chứa nước Thông số Loại Tốc độ Số thiết bị Công suất Điện áp Loại Áp suất nước vào Tốc độ Cơng suất Điện áp Thể tích Đơn vị m3/h Bộ kW V MPa t/h kW V m3 Giá trị 6N6A 100 22 380 AC CS1-20-4 0.43 120~240 45 380 AC Bảng 4.24: Đặc điểm kỹ thuật bơm nước khử khí cho nồi Tên Máy bơm HVTH: Lê Văn Khánh Thông số Đơn vị Loại Trang 66 Luan van Giá trị DG85-67×5 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Tốc độ Áp suất Số thiết bị Công suất Động Điện áp Áp suất làm việc Bộ khử khí Nhiệt độ làm việc Áp suất nước vào Động bơm nước Công suất Điện áp khử khí m3/h MPa Bộ kW V MPa o C MPa kW V 55～100 0.5 75 380 AC -0.088~-0.05 50~80 0.2 15 380  Máy phát  Loại máy phát Sử dụng máy phát QFW – 7.2 – có cánh quạt làm mát với hai cửa gió làm mát vào Phải đảm bảo nhiệt độ khơng khí lạnh làm mát máy phát điện khơng q 40oC, khơng khí làm lạnh dàn ống nước, nhiệt độ nước đầu vào làm mát khơng khí không 33oC Máy phát điện cho phép hoạt động liên tục bước điện áp lên đến 110% không 90% điện áp định mức Độ lệch pha có tải khơng q 10% Hình 4.8: Hình dạng máy phát HVTH: Lê Văn Khánh Trang 67 Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên  Đặc điểm máy phát Thông số kỹ thuật máy phát trình bày bảng 4.25 thơng số kỹ thuật kích từ trình bày bảng 4.26 Bảng 4.25: Thông số kỹ thuật máy phát Stt Tên Đơn vị Loại Công suất Hệ số cos Điện áp Dòng điện Tốc độ Hiệu suất Điện trở cuộn dây stato (mỗi pha) Điện trở cuộn dây roto kW V A r/min %   Giá trị QFW – 7.2 – 7500 0.8 6600 820 3000 97.2 0.0146 0.0259 Bảng 4.26: Thơng số kỹ thuật kích từ máy phát Stt 10 Tên Loại Cơng suất kích từ máy phát hoạt động cuộn stato hở mạch Cơng suất kích từ máy phát điều khiển tải Cơng suất kích từ ngắn máy phát cần kích từ bắt buộc (dưới 15 giây) Điện trở cuộn dây kích từ Dịng điện kích từ khơng tải Điện áp kích từ khơng tải Dịng điện kích từ đầy tải Điện áp kích từ đầy tải Dịng điện kích từ cuộn stato ngắn mạch HVTH: Lê Văn Khánh Trang 68 Luan van Đơn vị Giá trị JL – 50 W 13.08 W 216.6 W 592.2  A V A V A 14.93 101 35 252 128 166 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Để đáp ứng yêu cầu sử dụng điện xã hội nay, đòi hỏi cán công nhân viên ngành không ngừng nâng cao trình độ, tiếp thu ứng dụng có hiệu thành tựu khoa học vào thực tiễn sống Song song việc nhiễm mơi trường nhà máy xi măng tạo Với lý trên, tác giả định chọn đề tài “ Nghiên cứu hệ thống phát điện tận dụng nhiệt thừa nhà máy xi măng” làm đề tài luận văn mình, với bảo nhiệt tình Thầy hướng dẫn để luận văn hồn thành kết luận sau: ˗ Luận văn nghiên cứu hệ thống phát điện tận dụng nhiệt thừa nhà máy xi măng việc làm cần thiết cấp bách ˗ Kết tính tốn tính khả thi hệ thống phát điện tận dụng nhiệt thừa áp dụng cho tất nhà máy xi măng nói riêng cho tất nhà máy có lượng nhiệt khí thải mơi trường nói chung ˗ Kết nghiên cứu luận văn chứng minh hai lợi ích hệ thống lắp đặt, lợi ích môi trường lợi ích kinh tế 5.2 Hướng nghiên cứu phát triển ˗ Kết nghiên cứu luận văn sử dụng làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu sinh, học viên cao học ngành Kỹ thuật điện tốn tính tốn tính khả thi hệ thống phát điện tận dụng nhiệt thừa ˗ Đặc biệt, với kết nghiên cứu mang lại lợi ích cao cho dự án lớn nhiệt điện ngành xi măng ˗ Cần xây dựng phần mềm tính tốn chun nghiệp thay phần mềm tính tốn excel HVTH: Lê Văn Khánh Trang 69 Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Quốc Khánh Trương Duy Vĩnh, “Tận dụng nhiệt thừa khói thải lị nấu thuỷ tinh cơng ty bóng đèn phích nước Rạng Đơng để phát điện” tạp chí KHCN 02/2001 [2] Đinh Quang Huy, “Nghiên cứu thiết kế xây dựng lò sấy sơ cấp gạch ngói tận dụng nhiệt khí thải lị nung”, Báo xây dựng 1/2015 [3] Dương Hòa An Nguyễn Thị Thanh Thủy, “ Phương án phát điện sử dụng nhiệt thừa nhà máy xi măng La Hiên” Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên [4] SK.ANWARBASHA, “Waste Heat Recovery Power Plant”, Prakasam Engineering College, Kandukur [5] Gupta and Kaul, “Waste heat recovery power plants in cement industry”, Gurgaon, India [6] Chris Williams (2013), “Utilising Waste Heat for Steam Generation Within an Integrated Steelworks: A Methodology for Power Generation and CO2 Reduction”, Cardiff University, School of Engineering [7] www.x-eng.com [8] Công văn số 315/KTTVBĐKH-GSPT ngày 17/3/2017 Cục khí tượng thuỷ văn biến đổi khí hậu [9] Nguyễn Công Hân, “Nhà máy điện”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [10] Nantong Wanda Boiler Co., Ltd “AQC Waste Heat Boiler and SP Waste Heat Boiler”, Nantong, China HVTH: Lê Văn Khánh Trang 70 Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên PHỤ LỤC [7] Bảng PL 1: Hệ số giai đoạn chuyển hố nguồn nhiệt thải chất khí A B C D E F H O2 31,32234 -20,2353 57,86644 -36,5062 -0,00737 -8,90347 CO2 24,99735 55,18696 -33,6914 7,948387 -0,13664 -403,608 -393,522 H2O 30,092 6,832514 6,793435 -2,53448 0,082139 -250,881 -241,826 28,98641 1,853978 -9,64746 16,63537 0,000117 -8,67191 19,50583 19,88705 -8,59854 1,369784 0,527601 -4,9352 N2 (100 - 500K) N2 (500 - 2000K) Bảng PL 2: Hệ số giai đoạn chuyển hoá nguồn nhiệt thải chất rắn Bụi lò nung A B C D 0,8 0,00073 -0,00000046 0,000000000052 Bảng PL 3: Bảng tra thông số enthapy nhiệt độ T = 190oC Temperature 190 °C Saturation pressure 12,55 bar a Enthalpy 807,6 kJ/kg Density 876,08 kg/m3 Entropy 2,24 kJ/kgK Vapour enthalpy 2785,3 kJ/kg Vapour density 6,39 kg/m3 Vapour Entropy 6,51 kJ/kgK Liquid Vapour HVTH: Lê Văn Khánh Trang 71 Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Bảng PL 4: Bảng tra thơng số enthapy áp suất P = 1,6 bar nhiệt độ T = 330oC Pressure 1,6 bar a Temperature 330 °C Enthalpy 3133,9 kJ/kg Density 0,58 kg/m3 Entropy 8,10 kJ/kgK Vapour fraction 100 % Bảng PL 5: Bảng tra thông số enthapy áp suất P = 1,6 bar nhiệt độ T = 310oC Pressure 1,6 bar a Temperature 310 °C Enthalpy 3093,3 kJ/kg Density 0,60 kg/m3 Entropy 8,03 kJ/kgK Vapour fraction 100 % Speed of sound 590,1033887 m/s Bảng PL 6: Bảng tra thông số enthapy nhiệt độ T = 42oC Temperature 42 °C Saturation pressure 0,082 bar a Enthalpy 175,9 kJ/kg Density 991,40 kg/m3 Entropy 0,60 kJ/kgK Liquid HVTH: Lê Văn Khánh Trang 72 Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Bảng PL 7: Bảng tra thông số enthapy nhiệt độ T = 195oC Temperature 195 °C Saturation pressure 13,986 bar a Enthalpy 829,9 kJ/kg Density 870,44 kg/m3 Entropy 2,28 kJ/kgK Liquid Bảng PL 8: Bảng tra nhiệt độ áp suất P = 1,5 bar enthapy H = 3121,1kJ/kg Pressure 1,50 bar a Enthalpy 3121,10 kJ/kg Temperature 323,6 °C Density 0,55 kg/m3 Entropy 8,11 kJ/kgK Bảng PL 9: Bảng tra thông số enthapy áp suất P = 0,008 bar nhiệt độ T = 42oC Pressure 0,008 bar a Temperature 42 °C Enthalpy 2579,5 kJ/kg Density 0,01 kg/m3 Entropy 9,30 kJ/kgK Bảng PL 10: Hệ số giai đoạn chuyển hoá nguồn nhiệt thải chất rắn Bụi clinker HVTH: Lê Văn Khánh A B C D 0,729 0,0005921 -0,0000005369 0,0000000002124 Trang 73 Luan van S K L 0 Luan van ... hướng nghiên cứu đề tài: ? ?Nghiên cứu hệ thống phát điện tận dụng nhiệt thừa nhà máy xi măng? ?? phù hợp cấp bách Hình 1.1: Nhà máy xi măng Kiên Lương HVTH: Lê Văn Khánh Trang Luan van Luận văn tốt... XUẤT LẮP ĐẶT HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN TẬN DỤNG NHIỆT THỪA 30 4.1 Tính tốn tính khả thi hệ thống phát điện tận dụng nhiệt thừa [7] 30 4.1.1 Khảo sát thực tế nhà máy xi măng 30 xiv Luan... PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ VĂN KHÁNH NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN TẬN DỤNG NHIỆT THỪA TẠI NHÀ MÁY XI MĂNG NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10