Tkc q3 chuong 08 he thong cham hoa chat (rev 3)

Chương HỆ THỐNG CHÂM HÓA CHẤT Tháng 10/2017 Thực hiện: Tống Trí Trung Kiểm tra: Đồn Trung Tín Ngày Ký tên MỤC LỤC 2.1 2.2 3.1 3.2 4.1 4.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHÂM HĨA CHẤT TIÊU CHÍ THIẾT KẾ Thông số đầu vào, yêu cầu đầu Tiêu chuẩn áp dụng PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CƠNG NGHỆ Lựa chọn công nghệ .3 Lựa chọn cấu hình PHỤ LỤC VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO 10 Phụ lục 10 Tài liệu tham khảo 10 Tổng Công Ty Phát Điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHÂM HĨA CHẤT Hệ thống châm hóa chất có chức bổ sung lượng xác loại hóa chất cần thiết vào chu trình nước tuần hồn để trì nồng độ hóa chất giới hạn phù hợp Khi nồng độ hóa chất khơng đảm bảo dẫn tới kết tủa, ăn mòn lò hơi, turbine làm giảm khả truyền nhiệt, tăng chi phí vận hành bảo dưỡng Loại hóa chất dùng để bổ sung vị trí bổ sung tùy thuộc vào phương pháp sử dụng chế độ vận hành (sẽ phân tích kỹ phần lựa chọn cơng nghệ), thơng thường vị trí bổ sung hóa chất sau hệ thống xử lý nước ngưng đầu vào bơm cấp nước cho lị Hình 8.1 ví dụ việc bổ sung amonia hydrazin cho hệ thống Hình 8.1: Ví dụ hệ thống châm hóa chất Mục đích việc châm hóa chất để giảm thiểu kết tủa, ăn mịn Khi châm hóa chất giảm thiểu lượng chất nhiễm bẩn (do vật liệu bị ăn mòn hòa tan vào nước) vào chu trình nước tuần hồn Các nhiễm bẩn xâm nhập vào chủ yếu rò rỉ thiết bị ngưng tụ (cả khí nước) nước bổ sung có chất lượng thấp Những chất nhiễm bẩn khác từ hoạt động bảo dưỡng (sơn, hịa tan, q trình rửa…) từ hoạt động châm hóa chất Trong chu trình nhiệt đại, turbine phần nhạy cảm với chất nhiễm bẩn Nhìn chung, chất nhiễm bẩn tập trung lại khu vực định turbine độ tan chất giảm nhiệt độ áp suất giảm Nếu độ tinh Quyển 3, Chương – Hệ thống châm hóa chất Ấn 3, tháng 10/2017 Trang / 11 Tổng Công Ty Phát Điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện khiết hóa chất nước tuần hồn đạt u cầu thiết bị chu trình bảo vệ Có nhiều dạng phá hủy xảy thiết bị chu trình việc sử dụng hóa chất khơng phù hợp Đối với lị hơi, phá hủy bao gồm ăn mòn kiềm, phá hủy hydrogen nứt ăn mòn ứng suất (stress corossion cracking) Hóa chất công hệ thống nước cấp bao gồm nứt ăn mòn ứng suất ăn mòn mài mòn (erosion corossion) 2.1 TIÊU CHÍ THIẾT KẾ Thơng số đầu vào, yêu cầu đầu Nồng độ hóa chất (ppm) theo “Hướng dẫn xử lý hóa chất chu trình cho nhà máy sử dụng nhiên liệu hóa thạch EPRI: OT, 2005” Hóa chất Nồng độ yêu cầu Đơn vị Ghi pH 9,5 AVT 1,52 mg/l (ppm) (Khoảng điều chỉnh: 9,2 – 9,6) Amonia pH 8,5 OT Oxygen 0,07 mg/l (ppm) (Khoảng điều chỉnh: 8,0 – 8,5) 0,15 mg/l (ppm) Chỉ dùng OT AVT: All volatile treatment OT: Oxygenated treatment Dựa vào nồng độ hóa chất lưu lượng nước cấp cho lò ta dễ dàng tính lượng hóa chất bổ sung cho nước đầu vào 2.2 Tiêu chuẩn áp dụng Hệ thống bổ sung hóa chất thiết kế theo tiêu chuẩn sau:  ASME B36.10  ASME B16.5  ASME B16.11  ASME B 16.34  API 675 Quyển 3, Chương – Hệ thống châm hóa chất Ấn 3, tháng 10/2017 Trang / 11 Tổng Công Ty Phát Điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CƠNG NGHỆ 3.1 Lựa chọn cơng nghệ Xử lý hóa chất chia làm hai khu vực khác nhau: xử lý cho lị xử lý cho chu trình Xử lý hóa chất cho lị thực cách châm hóa chất khơng bay Xử lý hóa chất cho tồn chu trình bao gồm turbine, hệ thống nước ngưng, hệ thống nước cấp cho lò hơi, thơng thường địi hỏi sử dụng hóa chất bay 3.1.1 Xử lý hóa chất cho lị Hơi nước tạo thành lò vào turbine Độ tinh khiết phụ thuộc vào trình châm hóa cho nước lị chất lượng nước đầu vào Nước đầu vào bơm vào lò gia nhiệt đến trạng thái nhiệt trước vào turbine Phương pháp xử lý hóa chất cho lò phụ thuộc vào loại lò sử dụng chu trình Phương pháp xử lý phải đảm bảo yêu cầu giảm thiểu ăn mòn vật liệu lò hơi, giảm thiểu lắng đọng chất nhiễm bẩn cung cấp có chất lượng phù hợp với turbine Tất chất rắn hịa tan nước bị đặc (tăng nồng độ) gia nhiệt lò Khi nồng độ vượt độ tan chất rắn hòa tan gây lắng đọng khu vực có dịng nhiệt cao lị Chất lắng đọng phổ biến sản phẩm q trình ăn mịn từ hệ thống nước ngưng nước cấp Các thành phần gây độ cứng (Ca2+ Mg2+), có mặt nước cấp, làm tăng lắng đọng chất rắn khả hóa tan ngược, có nghĩa vật liệu tan nhiệt độ cao so với nhiệt độ thấp Ngồi ra, calcium cịn tạo nên cáu cặn cứng rắn Cáu cặn hình thành từ vật liệu tạo nên lớp cách nhiệt bên lò Nhưng lớp cáu cặn làm giảm khả truyền nhiệt gây nhiệt phá hủy ống bên lò Sự ăn mịn vật liệu lị khơng mong muốn gây mát vật liệu cấu trúc cản trở trình truyền nhiệt tạo oxide kim loại dẫn nhiệt Sự cách nhiệt sản phẩm ăn mịn phá hủy ống nhiệt Ngoài việc gây cách nhiệt, chất lắng đọng tham gia vào q trình ăn mịn kiềm dạng ăn mòn khác dạng tượng lắng đọng, tất trình gây hại thời gian dài sử dụng Việc trì độ tinh khiết ảnh hưởng đến lượng hóa chất cho phép thêm vào lò chất lượng nước cấp yêu cầu cho lị Xử lý hóa chất lị cho lò sử dụng bao lò trực lưu (không sử dụng bao hơi) thảo luận phần sau Lò sử dụng bao (Drum-type boiler) Chức bao tách khỏi pha lỏng Nước cấp vào lị gia nhiệt đến điểm sơi lò Đối với lò sừ dụng bao hơi, hỗn hợp lỏng tạo bên ống, tập trung lại bao tách pha đây, sau tách gia nhiệt đến trạng thái nhiệt vào turbine Việc tách pha làm tăng nồng độ chất nhiễm bẩn hòa tan phần nước lại bao Quyển 3, Chương – Hệ thống châm hóa chất Ấn 3, tháng 10/2017 Trang / 11 Tổng Công Ty Phát Điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện Phương pháp xả đáy từ lò sử dụng để kiểm soát loại bỏ chất rắn hòa tan nồng độ cao Với chất lượng nước cấp phù hợp, lượng xả đáy giới hạn 1% lưu lượng nước cấp Lưu lượng xả đáy cần giảm thiểu để giảm tổn thất nhiệt lượng nước tinh khiết bổ sung cho lò Một chức khác bao cung cấp có chất lượng phù hợp cho turbine Sự tinh khiết bị ảnh hưởng lôi lỏng lôi Sự lôi lỏng lôi vật lý bay khỏi bao theo giọt nước nhỏ Điều dẫn đến nhiễm bẩn nước bao có nồng độ cao chất hịa tan Sự lơi kết việc bay loại hóa chất nước bao làm nhiễm bẩn vào turbine Mức độ bay phụ thuộc loại hóa chất bổ sung, áp suất bao nồng độ chất nhiễm bẩn nước bao Sự bay silica vấn đề khó khăn phổ biến độ tan cao silica áp suất lò trung gian Do đó, nhà sản xuất turbine đưa giới hạn chặt chẽ nồng độ silica khoảng 10ug/L Hình 8.2 cung cấp hướng dẫn nồng độ silica cho phép nước Hình 8.2: Nồng độ tối đa silica (SiO2) cho phép nước lò giá trị pH khác Quyển 3, Chương – Hệ thống châm hóa chất Ấn 3, tháng 10/2017 Trang / 11 Tổng Công Ty Phát Điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện Nồng độ chất rắn từ trình bay trình lôi lỏng phải giới hạn để đảm bảo yêu cầu nhà sản xuất turbine Vì hai trình bị ảnh hưởng nước bao lị hơi, nồng độ nước bao phải kiểm soát Để giảm thiểu ăn mòn, mội trường bên lò cần dược giám sát chặt chẽ Điều thực cách trì pH tối thiểu cho lị cao áp giá trị cao cho lò có áp suất thấp Đối với lị có bao hơi, người ta thường nâng pH cách bổ sung muối natri photphat Muối natri photphat thêm vào thực hai mục tiêu là: dung dịch natri photphat lựa chọn phù hợp tạo mơi trường kiềm giúp nâng pH nước lị hơi, gốc photphat ức chế kết hợp với canxi làm giảm khà lắng đọng canxi bề mặt truyền nhiệt Có ba loại muối natri photphat sử dụng cho nước lò là: mononatri photphat (tỷ lệ Na/PO4 1), dinatri photphat (tỷ lệ Na/PO4 2), trinatri photphat (tỷ lệ Na/PO4 3) Các loại muối sử dụng kết hợp với để trì tỷ lệ natri photphat khoảng 2,4 đến 2,7 Trong số trường hợp, kiềm đuọc sử dụng thay cho muối photphat để trì mơi trường base lị Tuy nhiên trình bày, chất kiềm có khả gây đục khoét, ăn mòn bề mặt vật liệu Đề khắc phục nhược điểm loại hóa chất đưa q trình xử lý thích hợp cho loại lò đại – lò trực lưu, phương pháp xử lý bay hoàn toàn (all volatile treatment) thảo luận phần sau Lò trực lưu (Once-through boiler) Lò trực lưu loại lị khơng sử dụng bao Hơi tạo ống lò thu lại ống góp trước nhiệt vào turbine Vì khơng có phận thu gom hỗn hợp lỏng nên khơng có việc làm tăng nồng độ chất rắn, chất nhiễm bẩn lỏng, từ khơng có q trình xả đáy lị có bao Lị trực lưu thường vận hành điều kiện siêu tới hạn Dù lị tới hạn hay siêu tới hạn chất nhiễm bẩn vào lị lắng đọng lò qua lò vào turbine Vì khơng có tách pha lò trực lưu nên nước đầu vào lò phải có độ tinh khiết cao để đáp ứng u cầu turbine Để bảo vệ lị khơng bị ăn mịn tiếp xúc với nước có độ tinh khiết cao, giá trị pH cao yêu cầu để giảm thiểu ăn mòn Lò trực lưu khơng sử dung bao khơng có q trình xả đáy nên khơng thể sử dụng hóa chất khơng bay muối photphat để làm tăng pH Các hóa chất rắn khơng loại bỏ lắng đọng bên ống, tạo vùng nhiệt làm hư hỏng ống lò Với yêu cầu làm tăng pH khơng phải chất rắn, lựa chọn thích hợp hợp chất amine (thường amonia NH3) Phương pháp gọi xử lý bay hoàn toàn (all volatile treatment – AVT) Do nhu cầu sử dụng nước cấp có độ tinh khiết cao nên lị trực lưu cần có hệ thống xử lý nước ngưng để loại bỏ chất nhiễm bẩn hóa chất thêm vào Hệ thống xử lý nước trình bày chương khác tài liệu Quyển 3, Chương – Hệ thống châm hóa chất Ấn 3, tháng 10/2017 Trang / 11 Tổng Công Ty Phát Điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện Xử lý bay hồn tồn sử dụng cho lị có bao Khi đó, tương tự lị trực lưu, chu trình nhiệt cần lắp đặt hệ thống xử lý nước ngưng 3.1.2 Xử lý hóa chất cho chu trình Phương pháp xử lý truyền thống Phương pháp điển hình giảm thiểu ăn mịn nâng cao pH tạo mơi trường có tính khử Để trì mơi trường khử, khí oxygen tác nhân oxy hóa cần loại bỏ Việc loại bỏ oxygen khí khơng ngưng khác thực thiết bị ngưng tụ xả khí Ngồi ra, tác nhân khử hydrazine (NH2-NH2) thêm vào để loại bỏ oxygen mà thiết bị ngưng tụ xả khí khơng loại bỏ Mơi trường có tính khử tạo nên lớp oxide sắt từ bao phủ bề mặt thép Để giảm thiểu ăn mòn mài mòn cần làm giảm độ tan oxide sắt từ nước Hình 8.3 cho thấy độ tan oxide sắt từ hàm pH Từ hình thấy rõ ràng độ tan nhỏ oxide sắt từ làm nhiễm bẩn sắt vào chu trình pH chu trình trì khoảng 9,5 Điều đạt cách thêm amine amonia Những loại amine morpholine cyclohexylamine sử dụng chu trình áp suất thấp Tuy nhiên, nhữngloại amine bị phân hủy chu trình vận hành áp suất 1500 psig (10 340 kPa) khơng sử dụng chu trình áp suất cao Thơng thường, hệ thống có châm hydrazin, tồn amonia chu trình xảy amonia sản phẩm phân hủy từ hydrazin Quyển 3, Chương – Hệ thống châm hóa chất Ấn 3, tháng 10/2017 Trang / 11 Tổng Công Ty Phát Điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện Hình 8.3: Ảnh hưởng pH đến độ tan sắt Hợp kim đồng sử dụng làm chế tạo thiết bị chu trình nhiệt, thơng thường ống ngưng tụ ống gia nhiệt nước cấp Hình 8.4 mơ tả mối liên hệ độ tan hợp kim đồng pH Để giảm thiểu độ tan đồng, làm giảm lượng đồng nhiễm bẩn vào chu trình, pH chu trình nên trì khoảng 8,5 Hình 8.4: Sự ăn mòn amonia hợp kim đồng nước có độ tinh khiết cao Ta nhận thấy mâu thuẫn việc tìm pH vận hành phù hợp, để bảo vệ vật liệu thép cần pH khoảng 9,5, bảo vệ vật liệu đồng cần pH khoảng 8,5 Do đó, để dung hòa hai mục tiêu người ta thường điều hòa pH khoảng giới hạn kiểm soát từ 8,8 đến 9,2 Với khoảng pH kiểm soát, trình ăn mịn khơng giới hạn tới mức thấp cho hai loại vật liệu, điều lợi thời gian dài sử dụng Để tránh gây khó khăn việc tìm mơi trường phù hợp cho loại vật liệu, số chu trình sử dụng toàn vật liệu từ hợp kim thép Quyển 3, Chương – Hệ thống châm hóa chất Ấn 3, tháng 10/2017 Trang / 11 Tổng Công Ty Phát Điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện Thiết kế chuẩn công trình Nhà máy Nhiệt điện Xử lý oxy hóa (Oxygenated treatment - OT) Một phương pháp thay phát triển Đức năm đầu 1970 sử dụng cho lò trực lưu Mặc dù ban đầu OT phát triển để sử dụng cho lò trực lưu, xem xét sử dụng giới hạn lị có bao Nguyên tắc phương pháp OT châm oxygen chất oxy hóa với amonia vào chu trình sử dụng tồn vật liệu thép Trong mơi trường có tính oxy hóa, lớp bảo vệ khác hình thành bề mặt vật liệu thép Lớp bảo vệ có thành phần hydroxide sắt che phủ lớp sở bên oxide sắt từ Hình 8.5 mơ tả độ tan tương đối oxide sắt từ hydroxide sắt Các khảo sát từ nhà máy sử dụng phương pháp OT cho thấy có thời gian vận hành lâu đáng kể so với nhà máy sử dụng phương pháp AVT mà khơng cần q trình làm hóa chất để loại bỏ chất lắng đọng có nguồn gốc từ sắt bị ăn mịn Hình 8.5: Độ tan hydroxide sắt theo nhiệt độ Trong phương pháp xử lý oxy hóa, oxygen thêm vào nước sau trình xử lý nước ngưng đầu vào bơm cấp lị hai vị trí OT sử dụng tốt khoảng pH rộng nên không cần phải nâng pH lên cao phương pháp AVT nên sử dụng pH từ 8-8,5, tiết kiệm lượng amonia sử dụng Khi áp dụng phương pháp này, vật liệu đồng sử dụng cho thiết bị ngưng tụ sau hệ thống thống xử xử lý nước Quyển 3, Chương – Hệ thống châm hóa chất Ấn 3, tháng 10/2017 Trang / 11 Tổng Công Ty Phát Điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện ngưng sử dụng vật liệu đồng gây ăn mịn làm tăng lượng đồng vào nước chu trình Đây hạn chế phương pháp OT Tuy nhiên, hầu hết nhà máy nhiệt điện hạn chế sử dụng vật liệu đồng số hạn chế vật liệu Tương tự phương pháp AVT, OT yêu cầu chất lượng nước đầu vào có độ tinh khiết cao cần có hệ thống xử lý nước ngưng để làm nước trước cấp lại lị Hình 8.6 so sánh hai phương pháp AVT OT Hình 8.6: So sánh AVT OT Hai phương pháp AVT OT hai phương pháp sử dụng phổ biến Hai hóa chất sử dụng amonia (do tính kiềm khả bay khơng để lại cáu cặn lị hơi) oxygen (giúp oxy hóa bề mặt thép tạo lớp hydroxide sắt tan bảo vệ bề mặt) Nhìn chung, OT có nhiều ưu diểm so với AVT lượng hóa chất sử dụng hơn, tiết kiệm chi phí, hạn chế ăn mòn nhiều Tuy nhiên, OT lại có yêu cầu nghiêm ngặt chất lượng nước đầu vào, độ dẫn cation nhỏ Do đó, có số trường hợp chế độ OT hoạt động không hiệu như: Khi khởi động, lượng vào turbine chưa ổn ổn định, lượng cấp vào thiết bị khử khí khơng đủ, làm giảm hiệu thiết bị, giảm chất lượng nước đầu vào trường hợp có cố rị rỉ thiết thiết bị ngưng tụ làm nhiễm bẩn nước đầu vào,… Từ phân tích trên, tác giả đề xuất sử dụng kết hợp hai phương pháp AVT OT Trong đó, chế độ OT sử dụng vận hành bình thường, chế độ AVT trường hợp khởi động, dừng hệ thống, tải thấp, bảo trì có cố 3.2 Lựa chọn cấu hình Hệ thống châm hóa chất đề xuất gồm hai hệ thống chính: hệ thống châm amonia hệ thống châm oxygen Với tổ máy, cấu hình đề xuất sau: 3.2.1 Hệ thống châm amonia  x 100%: Bể chứa amonia  x 100%: Bể pha loãng amonia (có cánh khuấy) Quyển 3, Chương – Hệ thống châm hóa chất Ấn 3, tháng 10/2017 Trang / 11 Tổng Công Ty Phát Điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện  x 100%: Bơm bổ sung amonia (dự phịng 100% cơng suất đảm bảo vận hành liên tục cùa lò hơi, turbine)  Các thiết bị phụ trợ khác như: Bơm drum, ống định lượng, van an toàn,… Amonia chứa bề chứa amonia với nồng độ đậm đặc khoảng 25 - 30%, sau chuyển sang bể pha lỗng pha lỗng nước khử khống tới nồng độ nồng độ khác sử dụng dụng cho hai chế độ AVT OT Việc lựa chọn nồng amonia bể nhằm thỏa mãn yêu cầu tiết kiệm thể tích lưu trữ dễ dàng định lượng lượng hóa chất cần châm Trong bể chứa amonia sử dụng amonia có nồng độ cao để tiết kiệm thể tích lưu trữ, sử dụng để châm vào hệ thống cần pha lỗng để tăng thể tích nhằm dễ dàng định lượng thể tích hóa chất cần châm Ở chế độ OT nồng độ amonia pha loãng nhiều lần so với AVT lượng amonia cần châm nhiều lần, để định lượng thể tích nhỏ khó khăn nên cần pha lỗng để tăng thể tích amonia cần châm Từ bể pha loãng, amonia châm bơm định lượng vào trình Khi hệ thống vận hành chế độ OT, lượng amonia châm vào trì pH nước ngưng nước cấp khoảng – 8,5, chế độ AVT 9,2 – 9,6 Tốc độ châm amonia vào nước ngưng nước cấp điều chỉnh tự động tín hiệu từ hệ thống DCS 3.2.2 Hệ thống châm oxygen Oxygen sử dụng cho hệ thống loại oxygen cao áp nén sẵn bình trụ mua từ đại lý cung cấp oxygen Các bình oxygen lắp thành hai giàn, giàn hoạt động, giàn dự phịng Ngồi cịn có đường ống, van chỉnh lưu lượng, van xả áp, áp kế,… Khi vận hành chế độ OT, oxygen xả từ bình chứa vào ống phân phối tới vị trí đầu hệ thống xử lý nước ngưng Nồng độ oxygen nước cấp trì tự động khoảng 30 – 150 ppb dựa tín hiệu điều khiển từ hệ thống DCS Khi hệ thống vận hành chế độ AVT, khơng có oxygen bổ sung Dựa việc đo mức DO nước, tốc độ châm oxygen điều khiển van điều chỉnh lưu lượng thơng qua tín hiệu từ DCS 4.1 PHỤ LỤC VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO Phụ lục  NĐ-0841K.30.CDS-001 – Sơ đồ cơng nghệ hệ thống châm hóa chất 4.2 Tài liệu tham khảo  Power Plant Engineering by Black and Veatch  Electric Power Research Institute  System description for chemical dosing system VT4  Design criteria for chemical dosing system VT4 Quyển 3, Chương – Hệ thống châm hóa chất Ấn 3, tháng 10/2017 Trang 10 / 11 Tổng Công Ty Phát Điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện  P&ID for chemical dosing system VT4 Quyển 3, Chương – Hệ thống châm hóa chất Ấn 3, tháng 10/2017 Trang 11 / 11