Tkc q3 chuong 20 lo hoi phu (rev 3)

Chương 20 LÒ HƠI PHỤ Tháng 10/2017 Thực hiện: Huỳnh Văn Vững Kiểm tra: Bùi Văn Tú Ngày Ký tên MỤC LỤC 2.1 2.2 3.1 3.2 TỔNG QUAN TIÊU CHÍ THIẾT KẾ Thông số thiết kế Tiêu chuẩn áp dụng PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP Lựa chọn lò phụ .2 Phân tích lựa chọn nhiên liệu đốt 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 Nồi hay gọi lò thiết bị sử dụng loại nhiên liệu: dầu, khí đốt, than, gỗ… làm nhiên liệu đốt sinh nhiệt đun sôi nước chuyển nước từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi, chuyển từ dạng lượng nhiệt thành lượng dòng nhằm phục vụ cho nhu cầu nhiệt lĩnh lực nhiệt điện, công nghiệp… Tùy theo mục đích sử dụng mà lị tạo nguồn có nhiệt độ áp suất phù hợp để đáp ứng nhu cầu sử dụng Trong nhà máy điện (NMĐ) lò phụ thiết bị quan trọng cho việc khởi động NMĐ hoạt động sau lần trùng tu NMĐ vào hoạt động Vì tổ máy muốn vào hoạt động cần số lượng lớn để làm nóng nước cấp lị hơi, sấy nóng khơng khí cấp vào lị để cấp khí cho q trình đốt, gia nhiệt nóng dầu (nếu đốt dầu HFO),… tất phục vụ cho nhu cầu khởi động trình đốt lị NMĐ Trong NMĐ lị thiết bị để vận hành nhà máy, để nhà máy vào hoạt động lị phải vào hoạt động để sinh khởi động tua bin làm quay máy phát sinh điện Lị nguồn cho trình sinh điện năng, muốn lị vào hoạt động cần nhiệt lượng lớn để khởi động vào vận hành Lượng nhiệt cấp từ dòng áp suất nhiệt độ cao có từ NMĐ lân cận phải thiết kế lò phụ cho NMĐ để sinh sử dụng cho nhu cầu TIÊU CHÍ THIẾT KẾ 2.1 Thơng số thiết kế Với mục đích thiết kế lò phụ nhằm cấp để phục vụ cho nhu cầu khởi động lị Vậy giai đoạn khởi động, thiết bị NMĐ cần sử dụng như:  Tua bin dẫn động bơm nước cấp lị  Bộ gia nhiệt khơng khí  Hệ thống chèn trục tua bin  Bộ khử khí  Hệ thống gia nhiệt nước cấp lò  Hệ thống gia nhiệt dầu nặng HFO (nếu có) Các thơng số cần để thiết kế lò nhiệt độ, áp suất, lượng cần dùng Những thông số đủ đáp ứng để thiết kế lò Tùy NMĐ khác mà thông số sử dụng khác Chẳng hạn, với nhu cầu thực tế việc sử dụng để khởi động tổ máy NMĐ Vĩnh Tân (2×622MW) cần thiết kế lị phụ có cơng suất lò 50t/h, áp suất 1,27MPa, sử dụng nhiệt độ 350ºC Quyển 3, Chương 20 – Lò phụ Ấn 3, tháng 10/2017 Trang / 10 Tổng Công Ty Phát Điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện Bảng 20.1: Thơng số thiết kế lị phụ Đơn vị Thơng số Công suất T/h 50 Áp suất làm việc MPa 1,27 Tên Nhiệt độ làm việc C 350 Nhiệt độ khơng khí cấp C 20 Nhiệt độ nước cấp C 20 2.2 Tiêu chuẩn áp dụng Lị thiết bị kèm theo tính toán thiết kế theo quy chuẩn, tiêu chuẩn sau: 2.2.1 Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) TCVN 7704: Nồi – Yêu cầu kỹ thuật an toàn thiết kế, kết cấu, chế tạo, lắp đặt, sử dụng sửa chữa TCVN 6008-1995: Thiết bị áp lực – Mối hàn yêu cầu kỹ thuật phương pháp kiểm tra TCVN 6413-1998 (ISO 5730:1992): Nồi cố định ống lò ống lửa cấu tạo hàn (trừ nồi ống nước) 2.2.2 Tiêu chuẩn quốc tế ASME B31.1: Power Piping ANSI/NBBPVI-23 is a standard that provides rules and guidelines for in-service inspection, repair, and alteration of pressure-retaining items ASME B31.9: Building Services Piping ASME CDS-1: Controls and Safety Devices for Automatically Fired Boilers ASHRAE 90.1: Defines minimum efficiency requirements for gas and oil-fired boilers 3.1 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP Lựa chọn lò phụ Lò thiết bị quan trọng nên việc lựa chọn phù hợp kiểu lò thiết bị phụ trợ lị có ảnh hưởng định đến tiêu kinh tế - kỹ thuật khả vận hành, độ tin cậy an toàn nhà máy Ngoài đảm bảo nguyên tắc an toàn, độ tin cậy, đạt tiêu kinh tế - kỹ thuật việc lựa chọn cịn phải đảm bảo tính thân thiện mơi trường Trong q trình phát triển lị hơi, mục đích sản xuất nên loại lò phù Quyển 3, Chương 20 – Lò phụ Ấn 3, tháng 10/2017 Trang / 10 Tổng Công Ty Phát Điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện hợp cho mục đích sử dụng nhu cầu khác Về tổng thể người ta dựa theo nguyên lý làm việc lị hay cơng nghệ đốt nhiên liệu lò mà phân loại lò hơi, sau dạng thường dùng: Lị ống lửa: Đặc điểm loại lò dùng nhiên liệu gas dầu, có hai ống lửa vài đường khói, nước nồi vịng quanh ống Tuỳ thuộc vào thiết kế, lò giới hạn đến áp suất vận hành khoảng 30bar sản lượng đạt tới 30t/h, có tiết kiệm nhiệt Chúng lắp đặt liền khối khung cung cấp cho nhà máy cỡ nhỏ trung bình nhà máy ngành công nghiệp, dùng làm lò phụ để khởi động lò nhà máy NMĐ Khi hoạt động, khói nóng ống cịn nước bên ngồi tạo điều kiện trao đổi nhiệt tốt Vì vậy, suất bốc cao nên gọn nhẹ, dễ lắp đặt, khơng tốn nhiều diện tích Tuy nhiên, giá thành nhiên liệu đắt Hình 20.1: Lị ống lửa nằm ngang Lò ống nước: Loại lò dùng nhiên liệu gas, dầu, than đá hay biomass Là lò cỡ lớn với nước ống, tuần hoàn tự nhiên cưỡng bức, áp suất vận hành lên tới 180bar sản lượng nhà máy ngành cơng nghiệp đạt khoảng 300t/h, nhà máy nhiệt điện đạt tới 2000t/h Lò loại sử dụng nhiệt sinh từ q trình cháy khí, dầu, than đá, sinh khối… trang bị gia nhiệt cho nước cấp, tiết kiệm, nhiệt, khử nhiệt Về mặt kinh tế loại tận dụng để đốt loại nhiên liệu mà lò khác khơng đốt được, trấu, bả mía, củi vụn Khói buồng lửa truyền nhiệt xạ cho dàn ống sinh hơi, trao đổi nhiệt đối lưu dàn ống đối lưu Xét chi phí đầu tư loại đắt Quyển 3, Chương 20 – Lò phụ Ấn 3, tháng 10/2017 Trang / 10 Tổng Công Ty Phát Điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện ống lị ống lửa, bù lại đốt nhiêu liệu rẻ tiền (than, biomass), khả thu hồi vốn cao Tuy nhiên, cồng kềnh cần có mặt lắp đặt nên khơng linh hoạt Hình 20.2: Ảnh minh họa lò ống nước Yêu cầu đặt việc chọn loại lò hơi:  Vận hành bão dưỡng thuận tiện  Độ tin cậy cao  Đảm bảo yêu cầu môi trường  Chi phí đầu tư hợp lí  Chi phí vận hành bão dưỡng hợp lí Lựa chọn lò phụ Lò phụ thiết bị quan trọng có yêu cầu kỹ thuật cao số thiết bị cung cấp tập trung Đây thiết bị cung cấp nhiệt cho thiết bị để khởi động tổ máy NMĐ Với yêu cầu kỹ thuật cao, giá thành lớn nên đòi hỏi việc chọn theo yêu cầu kinh tế - kỹ thuật phù hợp với điều kiện yêu cầu cụ thể nhà máy vấn đề quan trọng cần thiết Vì thế, tùy vào nhu cầu sử dụng NMĐ mà việc lựa chọn cơng suất lị phụ nhiệt độ, áp suất cần dùng cho khác Chẳng hạn, với nhu cầu thực tế việc sử dụng để khởi Quyển 3, Chương 20 – Lò phụ Ấn 3, tháng 10/2017 Trang / 10 Tổng Công Ty Phát Điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện động tổ máy NMĐ Vĩnh Tân (2x622MW) lị phụ thuộc loại lị ống nước có bao chọn với cơng suất lò 50t/h, áp suất 1,27MPa sử dụng nhiệt độ 3500C Phân tích lựa chọn nhiên liệu đốt 3.2 Nhiên liệu sử dụng để làm nhiên liệu đốt cho lò đa dạng thể rắn có than đá, than bùn, than gỗ… thể khí có khí gas, khí đốt… thể lỏng có dầu DO, dầu HFO… Nói chung, nhiên liệu đốt có nhiều loại đốt nhiên liệu có phát thải môi trường Cũng loại nhiên liệu đốt khác lị có cơng nghệ đốt vận hành khác Thế nên việc chọn nguyên liệu đốt cho lò phụ quan trọng việc đáp ứng nhu cầu sử dụng quy định pháp luật chất thải môi trường Trong phạm vi cho việc lựa chọn nhiên liệu đốt cho lị phụ việc chọn nhiên liệu dầu DO ưu tiên Đặc tính dầu Diesel (DO) Tiêu chuẩn TCVN 5689:2005 quy định tiêu chất lượng cho nhiên liệu dầu DO Bảng 20.2: Chi tiết thơng số đặc tính cuả dầu DO Tên tiêu Hàm lượng lưu huỳnh, (%, max.) Chỉ số xêtan, (min.) 46 ASTM D4737 Nhiệt độ cất, (°C, 90% thể tích, max.) 360 TCVN 2698:2002/ (ASTM D 86) Điểm chớp cháy cốc kín, (°C, min.) Độ nhớt động học 40°C, (mm²/s) Cặn carbon 10% cặn chưng cất, (% khối lượng, max.) Điểm đông đặc, (°C, max.) Hàm lượng tro, (% khối lượng, max.) Quyển 3, Chương 20 – Lò phụ Ấn 3, tháng 10/2017 Mức Phương pháp thử STT 0,05 0,25 55 TCVN 6701:2002 (ASTM D2622), ASTM D5453 TCVN 6608:2000 (ASTM D3828), ASTM D93 ÷ 4,5 0,3 0,01 TCVN 3171:2003 (ASTM D445) TCVN 6324:1997 (ASTM D 189)/ ASTM D 4530 TCVN 3753:1995, ASTM D97 TCVN 2690:1995, ASTM D482 Trang / 10 Tổng Công Ty Phát Điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện STT Tên tiêu Mức Phương pháp thử Hàm lượng nước, (mg/kg, max.) 200 ASTM E203 10 Tạp chất dạng hạt, (mg/l, max.) 10 ASTM D2276 11 Ăn mòn mảnh đồng 50°C, giờ, max Loại TCVN 2694: 2000 (ASTM D130-88) 12 Khối lượng riêng 15°C, (kg/m³) 13 Độ bơi trơn, (µm, max.) 14 Ngoại quan 820 ÷ 860 TCVN 6594: 2000 (ASTM D1298), ASTM 4052 460 ASTM D6079 Sạch, ASTM D4176 Lưu ý: Phương pháp tính số xêtan khơng áp dụng cho loại dầu Diesel có phụ gia cải thiện trị số xêtan mm²/s = cSt Yêu cầu nhiên liệu yêu cầu môi trường khắt khe, nên dầu DO có hàm lượng lưu huỳnh 0,05% thường sử dụng nhiên liệu dự phịng cho NMĐ chu trình hỗn hợp Phân tích chi tiết dầu DO trình bày bảng sau: Bảng 20.3: Thành phần % nhiên liệu dầu DO Đơn vị Giá trị - Cacbon (C) % 86,19 - Hydro (H) % 13,11 - Nitơ (N) % 0,08 - Oxy (O) % 0,1 - Lưu huỳnh (S) % 0,05 - Độ ẩm (W) % 0,47 - Độ tro (Ash) % kJ/kg 45.225 Thông số Thành phần theo khối lượng Nhiệt trị cao (HHV) Quyển 3, Chương 20 – Lò phụ Ấn 3, tháng 10/2017 Trang / 10 Tổng Công Ty Phát Điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện Đơn vị Giá trị Nhiệt trị thấp (LHV) kJ/kg 42.600 Khối lượng riêng kg/m³ 865 Độ nhớt động học mm²/s 2÷3,6 Thơng số Các thành phần chi tiết đặc tính nhiên liệu DO nêu bảng có tính tham khảo Khi thiết kế tính tốn q trình cháy cho lị hơi, việc lấy mẫu phân tích nhiên liệu DO quan trọng, kết phân tích thơng số đầu vào quan trọng để thiết kế trình cháy Hệ thống cấp nhiên liệu dầu gồm thiết bị sau:  Các bồn chứa dầu  Bơm vận chuyển dầu  Các lọc kép (duplex strainer)  Hệ thống đường ống  Các loại van, để điều khiển đóng ngặt hệ thống cần thiết  Các đồng hồ đo thông số hệ thống: Đồng hồ đo áp suất, nhiệt độ, lưu lượng Cơng nghệ đốt nhiên liệu dầu: Mục tiêu liên quan tới kỹ thuật đốt phải đốt cháy dầu với tiêu chí phải đạt hiệu xuất tốt nhất, đảm bảo an toàn vận hành giảm thiểu nhiễm khơng khí Mục tiêu đạt cách sử dụng cụm đầu đốt thích hợp vận hành chúng cách đắn Chúng ta xếp nhóm đầu đốt tuỳ theo nguyên lý xử lý dầu trước đưa vào đốt phương pháp phân biệt đầu đốt hoạt động theo cách làm hoá hay phun sương Nguyên lý đầu đốt hoạt động cách làm hoá là: dầu làm hoá điểm cháy, sau dầu tạo thành hồ trộn với khơng khí cần thiết cho cháy đốt cháy Các loại dạng đầu đốt sử dụng với loại dầu hoá nhiệt độ thấp dầu nhẹ, diesel Các đầu đốt kiểu hoá dùng lị sưởi dầu gia đình lị công suất nhỏ Nhiệm vụ đầu đốt dầu hoạt động theo kiểu phun sương dẫn nhiên liệu vào vùng đốt lúc phân tán chúng thành hạt sương nhỏ Dầu phun sương, hoá nhiệt xạ lửa, truyền nhiệt nhiệt lượng tuần hoàn lửa Độ lớn giọt dầu phun sương phụ thuộc vào chất lượng dầu, vào kiểu phun sương hoạt động chúng, giọt dầu lớn xuất nhiên liệu phun sương Tuỳ theo kiểu phun sương mà phân bố kích thước, hạt sương thay đổi Yêu cầu đặt đầu đốt phải đảm bảo phân bố hạt sương cách hợp lý, để việc hố nhanh Ngồi ra, nhiên liệu phải phân bổ đặn khơng khí, xếp nhóm đầu đốt sau: Quyển 3, Chương 20 – Lò phụ Ấn 3, tháng 10/2017 Trang / 10 Tổng Công Ty Phát Điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện Bảng 20.4: So sánh công nghệ đầu đốt dầu Đầu đốt Ưu điểm Nhược điểm – Phun sương mịn, vận tốc tương Đầu đốt phun sương đối lớn, nên hồ trộn tốt với khơng khí (kiểu khơng khí dùng để đốt cháy gió tán sương – air – Kết cấu đơn giản, khơng cầu kì atomizing) mà cháy tốt, hiệu suất cao – Khơng kén dầu, đốt dầu xấu – Cần phải trang bị thêm máy nén khí – Dầu tiếp tục hâm nóng từ – Tiêu hố để phun sương, khoảng Đầu đốt phun sương dùng để phun sương bão hoà (hơi – Kết cấu đơn giản, khơng cầu 2÷3% sản lượng nóng tán sương – kỳ mà cháy tốt, hiệu suất steam atomizing) cao – Khơng kén dầu, đốt dầu xấu – Dầu có áp suất cao (đến 30at) Đầu đốt dùng áp lực đưa vào đầu đốt cải thiện độ mịn việc phun phun sương (cao áp) sương – Kết cấu đơn giản – Xét quan điểm hồ trộn với khơng khí, kiểu có lợi Đầu đốt phun sương Phạm vi phân bố hạt phương pháp ly sương rộng so với phân tâm (kiểu chén xoay) bố kiểu phun sương dùng áp lực – Béc phun dầu đòi hỏi gia cơng cầu kỳ, xác địi hỏi vật liệu chịu mài mòn – Chất lượng dầu ảnh hưởng nhiều đến việc đốt cháy -Kết cấu phức tạp, chi tiết địi hỏi gia cơng xác, chén xoay có vận tốc cao, giá thành cao -Khơng kén dầu, đốt dầu xấu Quyển 3, Chương 20 – Lò phụ Ấn 3, tháng 10/2017 Trang / 10 Tổng Công Ty Phát Điện Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện Lựa chọn nhiên liệu & công nghệ đốt: Dầu loại nhiên liệu thiếu NMĐ than hay nhà máy điện chu trình hỗn hợp Đối với nhà máy nhiệt điện than, nhiên liệu dầu đóng vai trị nhiên liệu q trình khởi động lị chính, đốt bổ sung tải thấp, nhiên liệu đốt lò phụ Trong NMĐ than dầu HFO dầu DO sử dụng làm nhiên liệu đốt cho lò Dầu DO có chất lượng tốt dầu HFO, dễ đốt hệ thống cung cấp đơn giản gia nhiệt dọc theo đường ống bồn dầu Trước giá thành dầu DO tương đối cao so với dầu HFO, nên phụ thuộc vào điều kiện cụ thể giai đoạn, nhà máy đặc biệt hiệu kinh tế đầu tư mà việc lựa chọn sử dụng dầu DO hay HFO định Nhưng giá thành dầu DO HFO không chênh lệch nhiều dùng dầu DO đốt Việt Nam khơng cần dùng hệ thống gia nhiệt nên việc lựa chọn dầu DO làm nhiên liệu đốt cho lị Vì sử dụng nhiên liệu dầu DO để làm nhiên liệu đốt cho lò thuận tiện cho việc khởi động lị tính kinh tế dự án Do sử dụng lò phụ NMĐ không thường xuyên sử dụng sau lần trùng tu NMĐ vào hoạt động Vì vậy, việc lựa chọn nhiên liệu dễ vận chuyển, kết cấu đơn giản, dễ bảo trì khởi động nhanh yêu cầu thiết yếu cho việc lựa chọn Bên cạnh tính kinh tế - kỹ thuật, vấn đề nhiễm vấn đề nóng giới quan tâm khơng riêng Việt Nam Khí thải gây nhiễm hợp chất độc hại có ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe người môi trường thời gian dài bao gồm: cacbon oxít (CO), nitơ oxít (NOx), lưu huỳnh oxít (SOx) hydrocacbon nói chung (HC) thành phần bụi bay theo Theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia khí thải công nghiệp nhiệt điện QCVN 22: 2009/BTNMT ban hành theo thông tư số 25/2009/TT-BTNMT ngày 16 tháng 11 năm 2009 Bộ Tài nguyên Môi trường Theo thông tư số 25/2009/TT-BTNMT ngày 16 tháng 11 năm 2009 quy định thông số nồng độ C ô nhiễm làm sở tính tốn nồng độ tối đa cho phép nồng độ phát thải tối đa mơi trường khí thải cơng nghiệp nhiệt điện quy định bảng 3.3 : Bảng 20.5: Nồng độ C thông số ô nhiễm khí thả cơng nghiệp nhiệt điện Nồng độ C (mg/Nm3) STT Thông số A B (Theo nhiên liệu) Than Bụi 400 Nitơ oxít, NOx 1000 (tính theo NO2) 200  650 (với than có hàm lượng chất bốc > 10%) Dầu Khí 150 50 600 250  1000 (với than có hàm lượng chất bốc ≤ 10% Quyển 3, Chương 20 – Lò phụ Ấn 3, tháng 10/2017 Trang / 10 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 C (mg/Nm3) STT Thông số A B (Theo nhiên liệu) Than Lưu huỳnh đioxit, SO2 1500 500 Dầu Khí 500 300 Chú thích: Tùy theo loại nhiên liệu sử dụng, nồng độ tối đa cho phép thành phần ô nhiễm NOx, SO2 bụi khí thải nhà máy nhiệt điện quy định bảng 3.3 Các giá trị nồng độ tính điều kiện chuẩn Đối với nhà máy nhiệt điện dùng nhiên liệu than, nồng độ oxy (O2) dư khí thải 6% tuabin khí, nồng độ oxy dư khí thải 15% Trong đó:  Cột A quy định nồng độ C làm sở tính tốn nồng độ tối đa cho phép thơng số nhiễm khí thải cơng nghiệp nhiệt điện tổ máy nhà máy nhiệt điện hoạt động trước ngày 17 tháng 10 năm 2005 với thời gian áp dụng đến ngày 31 tháng 12 năm 2014  Cột B quy định nồng độ C làm sơ tính tốn nồng độ tối đa cho phép thơng số nhiễm khí thải cơng nghiệp nhiệt điện áp dụng đối với: + Các tổ máy nhà máy nhiệt điện hoạt động kể từ ngày 17 tháng 10 năm 2005 + Tất tổ máy nhà máy nhiệt điện với thời gian áp dụng kể từ ngày 01 tháng 01 năm 2015 Theo QCVN 22: 2009/BTNMT nồng độ phát khí thải việc chọn nhiên liệu dầu DO làm nhiên liệu thích hợp với u cầu Vì Đốt dầu DO chủ yếu quan tâm tới NOx hàm lượng S dầu DO thấp(