Nghiên cứu giải pháp xác định mòn dàn ống sinh hơi qua phần mềm mô phỏng ansys academic research CFD nhằm dự báo nguy cơ bục đường ống để nâng cao hiệu quả vận hành lò hơi

Bài viết đề cập việc xây dựng mô hình hệ thống mô phỏng số nhằm đánh giá phân tích và chuẩn đoán sớm các các nguyên nhân dẫn đến sự cố khi vận hành lò với chất lượng nhiên liệu than (đặc tính nhiên liệu than), đặc tính cơ lý của tro bay, xỉ và chế độ khí động (khói – gió),…giúp các nhà máy nhiệt điện thuộc Tập đoàn TKV vận hành ổn định, giảm chi phí sửa chữa, chi phí khởi động lại lò và tiết kiệm năng lượng.

THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XÁC ĐỊNH MÒN DÀN ỐNG SINH HƠI QUA PHẦN MỀM MÔ PHỎNG ANSYS ACADEMIC RESEARCH CFD NHẰM DỰ BÁO NGUY CƠ BỤC ĐƯỜNG ỐNG ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH LÒ HƠI ThS Phạm Anh Hải Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin Biên tập: TS Lưu văn Thực Tóm tắt: Bài báo đề cập việc xây dựng mơ hình hệ thống mơ số nhằm đánh giá phân tích chuẩn đốn sớm các ngun nhân dẫn đến cố vận hành lò với chất lượng nhiên liệu than (đặc tính nhiên liệu than), đặc tính lý tro bay, xỉ chế độ khí động (khói – gió),…giúp nhà máy nhiệt điện thuộc Tập đoàn TKV vận hành ổn định, giảm chi phí sửa chữa, chi phí khởi động lại lò tiết kiệm lượng Đặt vấn đề Việc phân tích, đánh giá hiểu rõ chuyển động dòng chảy hay biến thiên thuộc tính nhiệt độ, áp suất, vận tốc vật thể chuyển động môi trường chất lưu quan trọng việc tính tốn, thiết kế tối ưu sản phẩm để mang lại hiệu Các thuộc tính dòng chất lưu nhận từ kết thực nghiệm hay lời giải hệ phương trình toán học, nhiên hai phương pháp áp dụng toán đơn giản, tốn phức tạp gặp nhiều khó khăn Khi sử dụng phương pháp tính tốn động lực học chất lưu giải tốn phức tạp, việc phân tích, tính tốn trở nên đơn giản nhanh chóng kết nhận có độ xác cao Hiện nay, phương pháp tính tốn động lực học chất lưu lĩnh vực phát triển mạnh mẽ số nước giới Mỹ, Nga, Đức ứng dụng mang lại hiệu cao lĩnh vực học mơi trường chất lưu (khí, lỏng, plasma, ) Vai trò phương pháp tính tốn động lực học chất lưu dự báo kĩ thuật công nghiệp trở nên mạnh đến mức ngày nhìn nhận “hướng thứ ba” động lực học lưu chất, hai hướng khác trường hợp cổ điển thực nghiệm túy lý thuyết túy Từ năm 1687, với công bố Principia Isaac Newton cho 54 tới năm 1960, tiến lưu chất thực cách kết hợp với thực nghiệm tiên phong phân tích lý thuyết bản- phân tích mà ln u cầu sử dụng mơ hình dòng đơn giản để nhận lời giải dạng khép kín phương trình chủ đạo Ở nước ta phương pháp tính tốn động lực học chất lưu lĩnh vực mẻ, chưa có nhiều nghiên cứu lĩnh vực Chỉ có số cơng trình nghiên cứu nâng cao hiệu đốt nhiên liệu vận hành lò như: Nghiên cứu q trình cháy nhiên liệu xấu NMNĐ Việt nam, đề tài cấp Bộ B9828-27, PGS.TSKH Nguyễn Sĩ Mão, (2000) Đề tài nghiên cứu trình cháy nhiên liệu xấu nhà máy nhiệt điện Việt Nam nhằm nâng cao hiệu vận hành lò, với chế độ vận hành lò Đề tài “Nghiên cứu cơng nghệ đốt than trộn than khó cháy với than nhập dễ cháy nhằm nâng cao hiệu sử dụng nhiên liệu nhà máy nhiệt điện đốt than Việt Nam”, Chương trình KH&CN trọng điểm cấp Nhà nước KC.05.25/11-15), PGS.TS Trương Duy Nghĩa, (2015) Đề tài nghiên cứu trộn loại than bitum Indonesia với than antraxit Việt Nam nhằm giảm tiêu xấu than nội địa (như giảm lượng tro), từ cải thiện trình cháy, tăng hiệu suất cháy giảm lượng than tiêu thụ Các đề tài nghiên cứu nội dung nhằm nâng cao hiệu cháy giảm KHCNM SỐ 5/2019 * SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ Hình Mẫu ống sinh bê tơng chịu lửa buồng lửa lò lượng than đốt với chế độ vận hành chưa đề cấp đến cơng cụ, phương pháp nhằm tính tốn chuẩn đốn sớm cố mòn đường ống sinh thay đổi chế độ vận hành lò với loại nhiên liệu than có đặc tính công nghệ khác Hiện trạng hệ thống đường ống sinh nhà máy nhiệt điện công nghệ tầng sơi tuần hồn thuộc TKV Theo quy hoạch điện VII điều chỉnh, nhiệt điện than hạng mục chiếm tỷ trọng cao cấu sản xuất điện, chiếm 55% vào năm 2030 công suất phát điện từ nhiệt điện tăng nhanh từ 26.000 MW (năm 2020) lên đến 55.300 MW (năm 2030) Bên cạnh đó, đến năm 2030 lượng than thiếu hụt cho sản xuất điện 83 triệu phải bù đắp than nhập Trong đó, nhiệt điện đốt than đóng vai trò chủ đạo nguồn cung cấp điện quốc gia, đảm bảo an ninh lượng phát triển kinh tế Theo đánh giá, hiệu trình cháy buồng đốt lò phụ thuộc vào nhiều yếu tố đặc tính nhiên liệu, phân cấp tỷ lệ khơng khí sơ cấp, khơng khí thứ cấp, kích thước hạt than,… Bất kỳ thay đổi yếu tố gây ảnh hưởng đến đặc tính trình cháy gây cố dẫn đến phải dừng lò Giai đoạn năm 2011 - 2016, trung bình năm nhà máy nhiệt điện phải dừng lò để sửa chữa buồng lửa từ - 11 lần bục dàn ống sinh Nguyên nhân chủ yếu xác định mài mòn dàn ống sinh ma sát dòng vật chất với thành ống Do vậy, ảnh hưởng nhiều đến kế hoạch sản xuất điện chi phí vận hành, chi phí sửa (a) (b) Hình (a) Xử lý ống bị bục – (b) Dàn ống sinh lò chữa, doanh thu nhà máy nhiệt điện Một số đơn vị áp dụng giải pháp điều chỉnh tham số vận hành lò (chế độ khói - gió), cải tạo nâng cao cốt cửa gió cấp hai giúp cháy kiệt than, cải tạo diện tích cửa gió cấp (sàn ghi),…với chi phí vận hành sửa chữa lớn Tuy nhiên, phương án vận hành ứng với loại đặc tính than cấp (độ tro, cỡ hạt, nhiệt trị,…) mà khơng tính tốn hết trường hợp có thay đổi đặc tính than Giải pháp đề xuất sử dụng phần mềm mô ANSYS ACADEMIC RESEARCH CFD Những lời giải dạng khép kín có lợi bật đồng vài tham số toán cho thể rõ câu trả lời cho toán bị ảnh hưởng biến đổi tham số Tuy nhiên, chúng có bất lợi khơng đưa q trình vật lý cần thiết dòng Với khả kiểm KHCNM SỐ 5/2019 * SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ 55 THƠNG TIN KHOA HỌC CƠNG NGHỆ MỎ sốt phương trình chủ đạo dạng xác với việc xem xét tượng vật lý chi tiết phản ứng hóa học mức độ hạn chế Phương pháp tính tốn động lực học chất lưu nhanh chóng trở thành phương pháp phổ biến phân tích kỹ nghệ Quan điểm nhà nghiên cứu, phương pháp tính tốn động lực học chất lưu coi hướng thứ ba động lực lưu chất, có dáng vóc tầm quan trọng thực nghiệm lý thuyết Nó có vị trí cố định tất khía cạnh động lực học lưu chất, từ nghiên cứu đến thiết kế kỹ nghệ Với sự phát triển của phương pháp mơ Hình Mơ số trường nhiệt độ buồng đốt lò với tham số đầu vào số những năm trở lại áp dụng giới Việc nghiên cứu sử dụng phương pháp tính tốn động lực học chất lưu xây dựng phần mềm ANSYS ACADEMIC RESEARCH CFD với khả mơ hình hóa cách rộng rãi đặc tính vật lý cho mơ hình dòng chảy chất lưu, rối, trao đổi nhiệt phản ứng áp dụng công nghiệp Để lời giải toán nhanh hội tụ, cần xác định điều kiện biên như: Miền buồng đốt, kích thước chiều cao, chiều rộng, chiều sâu lò, số lượng nậm gió cấp 1, vị trí bố trí cửa gió cấp 2, thành phần cơng nghệ than, lượng tiêu hao than, tổng lượng gió thực, tỷ lệ gió cấp I, II, nhiệt độ gió cấp I, II, lựa chọn mơ hình dòng phản ứng, mơ hình cháy phù hợp buồng đốt lò Các phương trình phương trình liên tục, phương trình 56 động lượng, phương trình lượng, phương trình rối, phương trình phản ứng hóa học rời rạc hóa phương pháp thể tích hữu hạn Thuật toán coupled biểu diễn tương quan áp suất - vận tốc, mơ hình chuyển động rối k-epsilon Realiable, mơ hình xạ Discrete Ordinate Method (DOM) mơ hình dòng phản ứng cho pha khí Eddy Dissipation sử dụng tất trường hợp mô Tất mơ hình trạng thái tĩnh bỏ qua ảnh hưởng trọng lực Sự chuyển động hạt than tính tốn theo cơng thức Lagangian, Quy trình giải tốn gồm bước đây: - Chạy chương trình với khoảng 300 vòng lặp cho dòng khơng phản ứng - Khởi tạo cho tốn dòng phản ứng cách đường dẫn nhiệt độ cao cho vùng phản ứng chạy bước lặp để khởi tạo lửa - Chạy chương trình với khoảng 500 vòng lặp cho dòng phản ứng - Kích hoạt mơ hình xạ Discrete Ordinates chạy chương trình với 500 bước lặp - Kích hoạt tương tác xạ hạt giải toán đến hội tụ từ 3.000 - 4.000 bước lặp Kết thu phân tích chi tiết vị trí có nguy gây ảnh hưởng đến khu vực dàn ống sinh bị mài mòn từ đưa biện pháp điều chỉnh cần thiết nhằm giảm thiểu cố Một số giải pháp triển khai thực như: Điều chỉnh chế độ khói - gió cho lò phù hợp qua tham số điều khiển, vị trí có nguy bục đường ống cần kiểm tra kỹ đợt bảo dưỡng sửa chữa lớn, đắp thêm lớp xi măng cách nhiệt, Kết Luận Để đảm bảo sự làm việc ổn định, tin cậy lâu dài, giảm tối đa chi phí đầu tư cải tạo thiết bị công nghệ đốt, nâng cao hiệu quả vận hành nhà máy nhiệt điện, giảm thiểu trạng dừng lò đảm bảo tính liên tục sản xuất điện Việc nghiên cứu xác định mòn dàn ống sinh nhằm dự báo nguy bục đường ống để nâng cao hiệu vận hành lò qua xây dựng mơ hình hệ thống mơ số nhằm đánh giá phân tích chuẩn đoán sớm các nguyên nhân dẫn đến cố vận hành lò với chất lượng KHCNM SỐ 5/2019 * SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ nhiên liệu than (đặc tính nhiên liệu than), đặc tính lý tro bay, xỉ chế độ khí động (khói – gió),…giúp nhà máy nhiệt điện thuộc Tập đồn TKV vận hành ổn định, giảm chi phí sửa chữa, chi phí khởi động lại lò tiết kiệm lượng Tài liệu tham khảo: ThS Vũ Thế Nam nnk (2014), Báo cáo tổng kết nhiệm vụ cấp Bộ Công Thương Hỗ trợ nhà máy nhiệt điện cơng nghệ tầng sơi tuần hồn CFB tập đồn than khống sản Việt Nam nhằm nâng cao hiệu sản xuất điện, tiết kiệm nhiên liệu đầu vào, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin PGS.TS Nguyễn Việt Hùng - PGS.TS Nguyễn Trọng Giảng (2003), ANSYS & mô số công nghiệp phần tử hữu hạn, Nhà xuất khoa học kỹ thuật TS Lê Đức Dũng nnc (2016), Nghiên cứu trình cháy bột than nâng cao hiệu đốt than trộn lò đốt than phun mơ hình mơ Hội thảo kỹ thuật lượng, Phom Penh, Cambodia Study on solutions to determine the worn steam tube through Ansys Academic Research CFD simulation software to predict the risk of broken pipelines to improve boiler operation efficiency MSc Pham Anh Hai, Vinacomin – Institute of Mining Science and Technology Abstract: The article mentions the establishment of numerical simulation system model to evaluate, analyze and early diagnose causes of problems when the boilder is operated with coal fuel quality (coal fuel characteristics), physic-mechanical properties of fly ash, slag and aerodynamic mode (smoke - wind) etc., to provide advices to the thermal power plants of Vinacomin in stable operation, reduction of repair costs, restart-up costs of the boiler and energy saving KHCNM SỐ 5/2019 * SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ 57 ... cao hiệu qua vận hành nhà máy nhiệt điện, giảm thiểu trạng dừng lò đảm bảo tính liên tục sản xuất điện Việc nghiên cứu xác định mòn dàn ống sinh nhằm dự báo nguy bục đường ống để nâng cao hiệu. .. phải dừng lò Giai đoạn năm 2011 - 2016, trung bình năm nhà máy nhiệt điện phải dừng lò để sửa chữa buồng lửa từ - 11 lần bục dàn ống sinh Nguy n nhân chủ yếu xác định mài mòn dàn ống sinh ma sát... KHOA HỌC CƠNG NGHỆ MỎ Hình Mẫu ống sinh bê tông chịu lửa buồng lửa lò lượng than đốt với chế độ vận hành chưa đề cấp đến công cụ, phương pháp nhằm tính tốn chuẩn đốn sớm cố mòn đường ống sinh thay