Quá trình phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp nước ta đang đặt ra yêu cầu về năng lượng rất lớn. Ở nước ta, ngoài việc sử dụng các nguồn năng lượng sơ cấp trong các ngành công nghiệp và đời sống thì năng lượng điện là dạng năng lượng được sử dụng phổ biến và hiệu quả nhất. Vì vậy, ngày càng nhiều các nhà máy điện mọc lên ở khắp mọi nơi đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của phụ tải. Với việc thay thế dần nguyên liệu truyền thống của nhà máy nhiệt điện từ than đá sang dầu mỏ và khí đốt thì sự phát triển của các nhà máy nhiệt điện trong tương lai là rất lớn. Trong kỳ này nhóm chúng em được giao đề tài thiết kế nhà máy nhiệt điện 1000MW, nhiên liệu khí đồng hành cũng xuất phát từ thực tế đó. Được sự hướng dẫn, giúp đỡ rất nhiệt tình của thầy giáo TS. Trần Thanh Sơn và cùng với sự đoàn kết, nổ lực học tập nghiên cứu của cả nhóm đã hoàn thành được đồ án một cách nghiêm túc và đúng thời hạn. Tuy nhiên, vì kiến thức có hạn, nên chúng em không tránh khỏi những sai sót trong khi thực hiện. Chúng em rất mong được sự góp ý, chỉ bảo quý báu của các Thầy, các Cô trong bộ môn để đồ án của chúng em có thể được hoàng chỉnh tốt nhất. Tập thể nhóm 11 chân thành cảm ơn Thầy giáo hướng dẫn, các Thầy Cô trong khoa Nhiệt – Điện Lạnh đã giúp đỡ chúng em rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án này. Đà Nẵng, ngày 15 tháng 02 năm2014 Nhóm sinh viên thực hiện: (Nhóm 11) 1. Nguyễn Thanh Tín (Nhóm trưởng) 2. Huỳnh Tấn Thịnh 3. Phạm Văn Sơn 4. Huỳnh Sang Chương 1: ĐỀ XUẤT CHỌN PHƯƠNG ÁN 1.1. Vài nét về khí đồng hành. Khí đồng hành (associated gas) là khí tự nhiên được tìm thấy cùng dầu thô, có thể ở dạng hoà lẫn với dầu thô hoặc tạo thành không gian phía trên lớp dầu thô trong mỏ dầu. Khí đồng hành khi được tách khỏi dầu thô là hỗn hợp chủ yếu gồm etan (C2H6), propan (C3H8), butan (C4H10) và pentan (C5H12). Ngoài ra còn những tạp chất không mong muốn như nước, sunlfua hidro (H2S), CO2, Helium (He), Nito (N2) và một số tạp chất khác. Trong quá khứ loại khí này là thành phần không mong muốn và thường bị đốt bỏ. Kể cả tới năm 2003, việc đốt bỏ vẫn ở khối lượng lớn, hàng ngày có đến 1013 tỷ feet khối trên toàn thế giới. Tuy nhiên, với tiến bộ của công nghệ, giá thành dầu thô và khí tự nhiên tăng lên và các ứng dụng của khí tự nhiên trở nên phổ biến, khí đồng hành được tận dụng và trở thành nguồn nguyên liệu mang lại hiệu quả cao. Năm 1947, ở Mỹ, hàng ngày khoảng 3 tỷ feet khối khí đồng hành bị đốt bỏ; đến năm 2002, con số này giảm 13 lần trong khi sản lượng khai thác cao hơn năm 1947. Nigeria là quốc gia có trữ lượng khí tự nhiên rất lớn, chiếm 30% trữ lượng toàn Châu Phi. Tuy vậy 75% khí đồng hành ở các mỏ dầu thường bị đốt bỏ một cách lãng phí. Chính phủ Nigeria đã ra một đạo luật quy định đến năm 2008, khí đồng hành sẽ không bị đốt nữa, các hãng dầu khí có trách nhiệm lắp đặt các thiết bị xử lý khí để tận dụng nguồn tài nguyên này . Các giải pháp sử dụng khí đồng hành: Bơm ngược trở lại giếng dầu để thu hồi sau này khi có giải pháp kinh tế hơn đồng thời duy trì áp lực giếng để dầu tiếp tục tự phun lên. Chuyển hóa thành các sản phẩm khác (ví dụ metanol CH3OH) để dễ chuyên chở hơn.
Đồ Án Môn Học Thiết kế nhà máy nhiệt điện cơng suất 1000MW LỜI NĨI ĐẦU Q trình phát triển mạnh mẽ công nghiệp nước ta đặt yêu cầu lượng lớn Ở nước ta, việc sử dụng nguồn lượng sơ cấp ngành cơng nghiệp đời sống lượng điện dạng lượng sử dụng phổ biến hiệu Vì vậy, ngày nhiều nhà máy điện mọc lên khắp nơi đáp ứng nhu cầu ngày cao phụ tải Với việc thay dần nguyên liệu truyền thống nhà máy nhiệt điện từ than đá sang dầu mỏ khí đốt phát triển nhà máy nhiệt điện tương lai lớn Trong kỳ nhóm chúng em giao đề tài thiết kế nhà máy nhiệt điện 1000MW, nhiên liệu khí đồng hành xuất phát từ thực tế Được hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình thầy giáo TS Trần Thanh Sơn với đoàn kết, nổ lực học tập nghiên cứu nhóm hoàn thành đồ án cách nghiêm túc thời hạn Tuy nhiên, kiến thức có hạn, nên chúng em khơng tránh khỏi sai sót thực Chúng em mong góp ý, bảo quý báu Thầy, Cô môn để đồ án chúng em hồng chỉnh tốt Tập thể nhóm 11 chân thành cảm ơn Thầy giáo hướng dẫn, Thầy Cô khoa Nhiệt – Điện Lạnh giúp đỡ chúng em nhiều trình thực đồ án Đà Nẵng, ngày 15 tháng 02 năm2014 GVHD: TS TRẦN THANH SƠN Nhóm sinh viên thực hiện: (Nhóm 11) Nguyễn Thanh Tín (Nhóm trưởng) Huỳnh Tấn Thịnh Phạm Văn Sơn Huỳnh Sang Page Đồ Án Môn Học Thiết kế nhà máy nhiệt điện công suất 1000MW Chương 1: ĐỀ XUẤT CHỌN PHƯƠNG ÁN 1.1 Vài nét khí đồng hành Khí đồng hành (associated gas) khí tự nhiên tìm thấy dầu thơ, dạng hồ lẫn với dầu thơ tạo thành khơng gian phía lớp dầu thơ mỏ dầu Khí đồng hành tách khỏi dầu thô hỗn hợp chủ yếu gồm etan (C2H6), propan (C3H8), butan (C4H10) pentan (C5H12) Ngoài cịn tạp chất khơng mong muốn nước, sunlfua hidro (H2S), CO2, Helium (He), Nito (N2) số tạp chất khác Trong khứ loại khí thành phần không mong muốn thường bị đốt bỏ Kể tới năm 2003, việc đốt bỏ khối lượng lớn, hàng ngày có đến 10-13 tỷ feet khối toàn giới Tuy nhiên, với tiến cơng nghệ, giá thành dầu thơ khí tự nhiên tăng lên ứng dụng khí tự nhiên trở nên phổ biến, khí đồng hành tận dụng trở thành nguồn nguyên liệu mang lại hiệu cao Năm 1947, Mỹ, hàng ngày khoảng tỷ feet khối khí đồng hành bị đốt bỏ; đến năm 2002, số giảm 13 lần sản lượng khai thác cao năm 1947 Nigeria quốc gia có trữ lượng khí tự nhiên lớn, chiếm 30% trữ lượng toàn Châu Phi Tuy 75% khí đồng hành mỏ dầu thường bị đốt bỏ cách lãng phí Chính phủ Nigeria đạo luật quy định đến năm 2008, khí đồng hành không bị đốt nữa, hãng dầu khí có trách nhiệm lắp đặt thiết bị xử lý khí để tận dụng nguồn tài nguyên * Các giải pháp sử dụng khí đồng hành: - Bơm ngược trở lại giếng dầu để thu hồi sau có giải pháp kinh tế đồng thời trì áp lực giếng để dầu tiếp tục tự phun lên - Chuyển hóa thành sản phẩm khác (ví dụ metanol - CH3OH) để dễ chuyên chở GVHD: TS TRẦN THANH SƠN Page Đồ Án Môn Học Thiết kế nhà máy nhiệt điện công suất 1000MW - Tách tạp chất để có khí hóa lỏng tự nhiên chuyển xuống bồn chứa - Chuyến hóa thành hợp chất (ví dụ metanol) làm nguyên liệu cho cơng nghiệp hóa dầu - Vận chuyển đường ống tới nhà máy xử lý khí - Và giải pháp có tiềm dùng khí đồng hành làm nhiên liệu đốt cho lị nhằm tạo điện * Tình hình sử dụng khí đồng hành Việt Nam: Ở Việt Nam, dầu thô khai thác quy mô công nghiệp từ năm 1986 khí đồng hành bị đốt bỏ chổ năm 1997 Hình ảnh lửa rực sáng dàn khoan đêm thời hình ảnh tiếng có phần tự hào ngành cơng nghiệp cịn non trẻ Việt Nam Việc xử lý khí đồng hành với khối lượng lớn cần lượng máy móc đồ sộ mà điều kiện khai thác biển khơng cho phép thực Giải pháp triệt để đặp đường ống dẫn đưa số khí vào bờ Năm 1997 hệ thống xử lý khí đồng hành Việt Nam bắt đầu vận hành, năm đưa khoảng tỷ m vào bờ, cung cấp khí hóa lỏng, dung môi pha xăng, nhiên liệu đốt cho nhà máy, trung tâm nhiệt điện Theo tìm hiểu khí đồng hành có thơng số sau: Qtlv = 30MJ/m3 Giá 2-2.5USD/1 triệu BTU triệu BTU = 1,05GJ 1.2 Chọn địa điểm xây dựng: - Læûa choün âëa âiãøm âàût nh mạy âiãûn ngỉng håi phi bo âm âiãưu kiãûn lm viãûc âënh mỉïc, chi phê âãø xáy dỉûng v váûn hnh bẹ nháút Hiãûn trãn thãú giåïi v cng nỉåïc ta nhiãưu nh mạy âiãûn låïn dng khí đồng hành làm chất đốt Khí đồng hành làm chất đốt Khí đồng hành thường dẩn từ dàn khoan biển ống dẫn khí Do thiết kế NMNĐ cần lưu ý vấn GVHD: TS TRẦN THANH SƠN Page Đồ Án Môn Học Thiết kế nhà máy nhiệt điện công suất 1000MW đề này, nên chọn vị trí nhà máy cho hạn chế chiều dài ống dẫn ngắn tốt - Gần nguồn cung cấp nước yêu cầu quan trọng lựa chọn địa điểm đặt nhà máy nhiệt điện ngưng hơi, lượng nước tiêu hao để làm lạnh thoát lớn, phải đưa nước với khoảng cách xa cao vốn đầu tư xây dựng chi phí vận hành đắt - Khi xây dựng nhà máy điện địi hỏi có mặt lớn, phải có diện tích kích thước đầy đủ Địa hình diện tích phải phẳng, độ dốc, tuyến đường nối từ đường sắt ơtơ tới nhà máy phải thuận lợi, khoảng cách khơng xa nhà máy Vì chúng em đề xuất chọn địa điểm đặt nhà máy Xã Khánh An huyện U Minh tỉnh Cà Mau 1.3.Đề xuất chọn phương án: 1.3.1.Phương án 1: Đặt tổ máy công suất 250MW Việc đặt nhiều tổ máy tốn nhiều diện tích mặt bằng, mặt khác việc vận hành nhiều tổ máy đỏi hỏi số lượng lớn công nhân cán kĩ thuật vận hành phí cho việc trả lương tăng lên Phải có thêm hệ thống xử lý, chưng cất hệ thống xử lý khói thải mơi trường theo tiêu chuẩn Với tổ máy khả vận hành bảo đảm cho việc cung cấp đủ điện lên mạng lưới điện, tổ máy bị hư hỏng cịn có tổ máy cịn lại chạy tăng cơng suất lên chút để kịp thời sửa chữa Việc điều chỉnh phụ tải dễ dàng dẫn đến tự động hóa cao, khả thay thiết bị nhà máy có hư hỏng dễ dàng thiết bị có kích cỡ Gọi K1 chi phí vốn đầu tư ban đầu phương án S1 phí tổn vận hành năm phương án GVHD: TS TRẦN THANH SƠN Page Đồ Án Môn Học Thiết kế nhà máy nhiệt điện công suất 1000MW 1.3.2.Phương án 2: Đặt tổ máy công suất 500MW Việc đặt tổ máy chiếm diện tích mặt so với phương án Số lượng công nhân cán kỹ thuật đươc giảm đáng kể Vẫn đảm bảo việc cung cấp điện lên lưới có cố hư hỏng, Việc điều chỉnh phụ tải dễ dàng dẫn đến tự động hóa cao, khả thay thiết bị nhà máy có hư hỏng dễ dàng thiết bị có kích cỡ Thiết bị có độ tin cậy hiệu suất cao Gọi K2 chi phí vốn đầu tư ban đầu phương án S2 phí tổn vận hành năm phương án 1.3.3 So sánh chọn phương án đặt tổ máy 1.3.3.1 Tính chi phí vận hành năm Chi phí vận hành năm thiết bị sau: S = SA + SB + Sn + S0 , đồng/năm Trong đó: SA : chi phí cho khấu trừ hao mịn sữa chữa, SA = PA.K [ đồng/năm] với K vốn đầu tư P A phần khấu trừ (theo bảng 1.12_1.13 trang 26 TL1); SB : chi phí cho nhiên liệu SB = C.B [ đồng/năm], với C giá mua nhiên liệu khí đồng hành [ đồng/m 3], B tiêu hao nhiên liệu cho nhà máy [m3/năm]; Sn : chi phí cho việc trả lương cán công nhân viên, Sn = z.N.n, với : z tiền lương trung bình người, [ đồng/người/năm] ; N công suất thiết bị, [MW]; n hệ số biên chế công nhân viên vận hành, [người/MW]; GVHD: TS TRẦN THANH SƠN Page Đồ Án Môn Học Thiết kế nhà máy nhiệt điện công suất 1000MW S0 : chi phí cơng việc chung nhà máy tất tiêu khác, với S0 = = α(SA+Sn),[ đồng/năm], α phần khấu trừ tương ứng 1.3.3.1.1 Chi phí cho khấu trừ hao mịn sửa chữa SA = PA.K ,[đồng/năm] Trong : PA định mức khấu hao mòn tra theo bảng 1.13 trang 26 TL1 K vốn đầu tư đối vơi nhà máy nhiệt điện tuabin khí + theo tìm hiểu 1000-1100USD/KW K1 = 1100N=1,1.109USD ,với N công suất nhà máy Vì chia làm tổ phí đầu tư ban đầu cao K1 = 22 1012 [đồng] K2 = 1000.N =109 USD K2 = 20 1012 [đồng] Ta có: SA1 = 0,054 22 1012 = 1,18 1012 [đồng/năm] SA2 = 0,06 20 1012 = 1,2 1012 [đồng/năm] 1.3.3.1.2.Chi phí cho nhiên liệu SB = C.B Trong đó: C : giá thành m3 khí Từ 2-2,5USD/1 triệu BTU =>1m3= 0,075 USD C = 1500 [đồng/m3] B : lượng nhiên tiêu tốn năm B = b.N.n [ tấn/năm] Với : B t b : suất tiêu hao khí để sản xuất kWh điện, b= WE = Qlv c [m3/ kJ] 3600 t b= Qlv c [m3/kWh ] với B lượng nhiên liệu tiêu hao [m3/s ] Qlvt nhiệt trị thấp khí đồng hành Qtlv = 30MJ/m3 GVHD: TS TRẦN THANH SƠN Page Đồ Án Môn Học Thiết kế nhà máy nhiệt điện công suất 1000MW c hiệu suất c = (0,37-0,4 ) Vậy: b1 = 0,32 [m3/kWh] : Ứng với phương án b2 = 0,30 [m3/kWh] : Ứng với phương án N : tổng công suất nhà máy N= 1000MW n : số làm việc năm n= 7000h SB1 = 1500.0,32.1000.1000.7000 = 3,36.1012 [đồng] SB2 = 1500 0,3.1000.1000.7000 = 3,10.1012 [đồng] 1.3.3.1.3.Chi phí trả lương cho cơng nhân Sn = Z.N.n Trong : Z: tiền lương trung bình người năm.Giả sử tháng cán công nhân viên nhận lương trung bình người 5.10 đồng/tháng Thì : Z = 5.106.12 = 60.106 đồng/năm; N=1000 [MW] : tổng công suất nhà máy; n: hệ số biên chế công nhân viên vận hành [người/MW] Theo tìm hiểu khoảng 300 người/1000MW: ( tổ 500MW) khoảng 400500 người/1000MW ( tổ 250MW ) Vậy chọn n1= 0,4 [người/MW]; n2= 0,3[người/MW]; Chi phí tra lương : Sn1 = 60.106.1000.0,4 =2,4.1010 [đồng]; Sn2 = 60.106.1000.0,3 = 1,8.1010[đồng] 1.3.3.1.4.Chi phí chung phí tổn khác S0 = (SA + Sn) = 25%: hệ số khấu hao SA : chi phí khấu hao sửa chữa Sn : chi phí trả tiền lương cho cán công nhân viên GVHD: TS TRẦN THANH SƠN Page Đồ Án Môn Học Thiết kế nhà máy nhiệt điện công suất 1000MW S01 = 0,25 (1,18 1012 + 2,4.1010) =3,01.1011 [đồng] S02 = 0,25.( 1,2 1012 + 1,8.1010) = 3,045.1011 [đồng] Vậy chi phí vận hành năm phương án là: S1 = SA1 + SB1 + Sn1 + S01 = 1,18 1012 + 3,36.1012 + 2,4.1010+ 3,01.1011 = 4,865 1012 [đồng] S2 = SA2 + SB2 + Sn2 + S02 = 1,2 1012 + 2,625.1012 + 1,8.109 + 3,045.1011 = 4,6225 1012 [đồng] Qua tính tốn ta thấy phương án có vốn đầu tư chi phí vận hành hàng năm nhỏ phương án nên ta chọn phương án đặt tổ máy tổ có cơng suất 500MW cho nhà máy nhiệt điện tuabin khí kết hợp - Chương : XÂY DỰNG VÀ TÍNH TỐN SƠ ĐỒ NHIỆT NGUN LÝ GVHD: TS TRẦN THANH SƠN Page Đồ Án Môn Học Thiết kế nhà máy nhiệt điện công suất 1000MW 2.1 Xây dựng sơ đồ nhiệt nguyên lý nhà máy Sơ đồ nhiệt nguyên lý xác định nội dung q trình cơng nghệ biến đổi nhiệt nhà máy điện Nó bao gồm thiết bị phụ Các đường đường nước nối chung vào khối q trình cơng nghệ Các thành phần sơ đồ nhiệt nguyên lý bao gồm: Tua bin khí ( tuabin khí 200MW ) Tua bin ngưng 100MW có : Lị thu hồi nhiệt, tuabin ngưng ( K- 100 - 90), máy phát điện, bình ngưng, bình gia nhiệt cao áp, hạ áp, thiết bị khử khí, bơm nước cấp, bơm nước đọng, bơm nước ngưng Các đường ống dẫn đến bình gia nhiệt, đường nước ngưng chính, đường nước ngưng đọng Đặt tính kỹ thuật tuabin K - 100 - 90 Công suất định mức : 100 MW Áp suất đầu vào : 90 at Nhiệt độ : 5350C Số cửa trích khơng điều chỉnh : Nhiệt độ nhiệt trung gian: Không Số tầng cánh : 25 Suất tiêu hao : 3,66 kg/kWh Bảng Thơng số cửa trích Cửa trích CA1 CA2 CA3 GVHD: TS TRẦN THANH SƠN KK HA4 HA5 HA6 HA7 Page Đồ Án Môn Học Thiết kế nhà máy nhiệt điện công suất 1000MW Ptr ( bar) 36,3 20,5 13,4 13,4 4,9 2,45 0,96 0,51 423 355 307 307 203 141 x=0,9 x=0,9 3275 3160 3065 3065 2860 2745 2630 2550 ttr [0C] itr [kJ/kg] Vậy ta thấy sơ đồ nhiệt nguyên lý tổ máy có cấu trúc gồm: - Ba bình gia nhiệt cao áp ( BGNCA), bình khử khí (BKK) nhà máy nhiệt điện ngưng tổn thất nước nên dùng cấp khử khí có áp suất từ (3,5 ÷ 12) bar, sơ đồ ta chọn bar, bốn bình gia nhiệt hạ áp (BGNHA) Vì cơng suất nhỏ 150 MW nên không áp dụng nhiệt trung gian Cửa trích bình khử khí lấy với cửa trích cho BGNCA số (3) giảm áp suất tới bar trước vào bình Phương án dồn nước đọng bình gia nhiệt Sơ đồ dồn nước đọng tùy chọn cho thuận tiện đơn giản với chi phí thấp hiệu cao Nước đọng sau bình gia nhiệt đưa đến nơi có nhiệt độ xấp xỉ, có áp suất thấp để khơng phải dùng bơm Nước đọng đưa vào đường nước ngưng hay nước cấp sau bình gia nhiệt Tuy nhiên, sơ đồ dồn nước đọng dùng phổ biến sơ dồn cấp phối hợp với bơm vào điểm hỗn hợp Tức nước đọng BGNCA phía (phía lị hơi) cuối đưa vào bình khử khí Nước đọng BGNHA phía (phía gần bình khử khí) dồn cấp từ xuống tới BGNHA gần phía cuối dùng bơm để đẩy ngược lại đường nước ngưng BGN Một BGNHA phía cuối (phía gần bình ngưng) dồn cấp đưa trực tiếp vào khoang nước bình ngưng nước đọng bình gia nhiệt làm mát ejector bình gia nhiệt làm mát chèn tuốc bin Tức nước đọng dồn cấp từ bình gia nhiệt cao áp số (1) xuống bình gia nhiệt cao áp số (2) thấp vào bình số (3), cuối vào bình khử khí Nước đọng khỏi BGNHA số (4) dồn cấp xuống bình số (5) xuống bình số (6) bơm ngược vào điểm hỗn hợp Nước đọng khỏi BGNHA số (7) cuối đưa bình ngưng với nước đọng bình gia làm mát chèn bình gia nhiệt làm mát ejector - Nước bổ sung nước xử lý hóa học nhà máy đưa trực tiếp vào chu trình hay từ nước cất lấy từ bình bốc Sơ đồ gia nhiệt nước bổ sung chọn thông qua bình gia nhiệt nước bổ sung tận dụng nhiệt nước xả sau GVHD: TS TRẦN THANH SƠN Page 10