Nghiên cứu, đánh giá việc sử dụng nước khử khoáng tại các nhà máy nhiệt điện

Trong bài viết này, các tham số vận hành ảnh hưởng đến lượng nước khử khoáng sẽ được nhóm tác giả nghiên cứu và phân tích làm cơ sở cho việc phân tích quy hoạch thực nghiệm. Số liệu đầu vào tính toán là các dữ liệu quan trắc tại các nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam.

CƠNG NGHIỆP ĐIỆN TẠP CHÍ DẦU KHÍ Số - 2020, trang 48 - 58 ISSN-0866-854X NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ VIỆC SỬ DỤNG NƯỚC KHỬ KHOÁNG TẠI CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Lê Văn Sỹ1, Nguyễn Phan Anh1, Vũ Minh Hùng1, Nguyễn Hà Trung2 Đại học Dầu khí Việt Nam Đại học Bách khoa Hà Nội Email: sylv@pvu.edu.vn Tóm tắt Nước khử khống ảnh hưởng trực tiếp đến giá thành sản xuất điện năng, hiệu suất nhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào thông số công nghệ, trình vận hành Việc nghiên cứu, đánh giá việc sử dụng nước khử khoáng giúp tiết kiệm chi phí sản xuất nâng cao hiệu suất vận hành nhà máy nhiệt điện Trong báo này, tham số vận hành ảnh hưởng đến lượng nước khử khống nhóm tác giả nghiên cứu phân tích làm sở cho việc phân tích quy hoạch thực nghiệm Số liệu đầu vào tính tốn liệu quan trắc nhà máy nhiệt điện Việt Nam Kết phân tích thống kê thực nghiệm xác định yếu tố ảnh hưởng đến lượng tiêu thụ nước khử khống, từ đề xuất giải pháp tối ưu hóa lượng nước khử khoáng sử dụng nhà máy nhiệt điện Từ khóa: Nước khử khống, quy hoạch thực nghiệm, nhiệt điện, tiêu thụ nước, môi trường nước Giới thiệu Tại nhà máy nhiệt điện, nước khử khoáng (hay thường gọi nước Demin - DM) sản xuất theo quy trình riêng đảm bảo chất lượng theo quy chuẩn nhà chế tạo turbine Nước đầu vào để sản xuất nước Demin nước thủy cục làm nước ngầm đưa vào hệ thống lọc, khử tạp chất khống chất có nước để đảm bảo nước có độ tinh khiết cao Chi phí sản xuất nước Demin lượng tiêu thụ chiếm tỷ trọng tương đối lớn giá thành sản xuất điện Mặc dù hệ thống tuần hoàn lượng nước bù vào ngày cho hệ thống phụ thuộc nhiều vào thông số vận hành công nghệ sử dụng Việc nghiên cứu thông số vận hành ảnh hưởng đến lượng thất thoát nước Demin công nghệ turbine quan trọng nhằm giảm thiểu chi phí liên quan đến lượng nước Demin sử dụng nhà máy nhiệt điện (than khí) Lượng nước làm mát nhà máy nhiệt điện lớn, trung bình 95 lít/kWh Đối với nhà máy nhiệt điện than yêu cầu khoảng 142 lít/kWh, nhà máy điện hạt nhân với hệ thống làm mát tương tự cần Ngày nhận bài: 24/11/2019 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 24/11/2019 - 4/3/2020 Ngày báo duyệt đăng: 6/3/2020 48 DẦU KHÍ - SỐ 3/2020 tới 175 lít/kWh Tại Phòng Thí nghiệm Cơng nghệ Năng lượng Quốc gia Mỹ (NETL), nhà khoa học thống kê lượng nước làm mát cho nhà máy nhiệt điện Mỹ chiếm 39% lượng nước sử dụng phạm vi nước Việc sử dụng nước cho lĩnh vực điện Mỹ xấp xỉ 1.100 lít/người/ngày, cao gấp lần nước sinh hoạt sử dụng trực tiếp dân cư (khoảng 378 lít/người/ngày) [1] Ở Việt Nam, sau Nghị định số 154/2016/NĐ-CP ngày 16/11/2016 Chính phủ phí bảo vệ mơi trường nước thải có hiệu lực, nhà máy điện yêu cầu kê khai lượng nước nước biển sử dụng làm mát bình ngưng Các nhà máy điện phải trả khoản phí tương đối lớn 1,2 - 1,5 tỷ đồng/tháng, chiếm 1/3 quỹ lương nhà máy [2] Mỗi loại công nghệ turbine yêu cầu rõ lượng nước Demin chất lượng nước Demin theo nhà sản xuất Lượng nước Demin cho tổ máy công suất 500MW với hệ thống làm mát ướt, tuần hồn kín u cầu 5% lượng nước khử khống, 83% lượng nước làm mát tổng lượng nước sử dụng nhà máy Tuy nhiên, chi phí để sản xuất nước Demin cung cấp cho nhà máy chiếm 1,47% chi phí sản xuất 1kW điện [3] Qua khảo sát số nhà máy nhiệt điện PVN, chi phí sản xuất nước Demin bình qn chiếm 1,16 - 1,27% 1kW điện Lượng hao hụt bốc chiếm 75%, xả blowdown chiếm 23%, rò rỉ chiếm 2% Lượng hao hụt khác PETROVIETNAM nhà máy chủ yếu phụ thuộc vào chế độ vận hành công nghệ nhà máy [1] Tìm hiểu chi tiết nguyên nhân gây hao hụt nhà máy nhiệt điện trình vận hành giúp tìm nguyên nhân gây hao hụt, đưa phương án giảm thiểu hao hụt nhiệm vụ quan trọng Trên giới có nhiều nghiên cứu việc tối ưu hiệu sử dụng nguồn nước cho nhà máy nhiệt điện [4 - 8], trọng vào đánh giá hiệu sử dụng nguồn nước làm mát bình ngưng [4 - 6] M.Muthuraman [7] nghiên cứu phương pháp giảm lượng nước hóa hệ thống làm mát bình ngưng nhà máy nhiệt điện than 500MW công ty NTPC (Ấn Độ) cách giảm lượng nước cấp bù (nước make-up) dùng để bù lượng thất thoát hóa Khi lượng nước hóa giảm lượng xả blowdown giảm tương ứng Kết cho thấy tổng lượng nước tiết kiệm khoảng 20 - 26m3/giờ Ngoài ra, số nghiên cứu quan tâm đến tối ưu lượng nước sử dụng làm mát phương pháp thống kê thực nghiệm (DOE) Ramkumar [5] thực nghiên cứu giảm lượng nước làm mát sử dụng phương pháp đáp ứng bề mặt RSM (Response Surface Methodology) trí tuệ nhân tạo ANN (Artificial Neural Network) phân tích thơng số vận hành Tác giả xây dựng mơ hình thực nghiệm để dự đốn nhiệt độ nước mát tháp làm lạnh với biến dòng chảy, dòng khơng khí, nhiệt độ nước chiều cao xả biến phân tích Kết cho thấy nhiệt độ nước ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất làm mát Các tham số tối ưu để nâng cao khả vận hành Ngoài ra, nghiên cứu [8 - 12] thực hướng nghiên cứu cho điều kiện vận hành khác cho kết khả quan Về mặt ảnh hưởng công nghệ turbine, công nghệ làm mát khác nhà máy nhiệt điện, Michael D.Rutkowski cộng [1] thuộc Phòng Thí nghiệm Kỹ thuật Năng lượng Quốc gia (Mỹ) thực nghiên cứu toàn diện ảnh hưởng công nghệ làm mát, công nghệ turbine điển hình, dạng làm mát khác cho nhà máy điện than khí Mỹ Nhóm tác giả nhu cầu nước làm mát nhà máy điện phụ thuộc vào loại hệ thống làm mát sử dụng phụ thuộc nhiều vào loại nhiên liệu (than, dầu, khí đốt thiên nhiên, uranium, lượng mặt trời, sinh khối, lượng địa nhiệt) Trong số nhà máy với loại hệ thống làm mát, lượng nước tiêu thụ cho làm mát chủ yếu xác định hiệu suất nhà máy điện khơng phụ thuộc loại nhiên liệu sử dụng [1] Nhìn chung, nghiên cứu chủ yếu tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng công nghệ turbine, công nghệ làm mát, điều kiện vận hành… đến hiệu làm mát bình ngưng tối ưu hiệu làm mát phương pháp thống kê thực nghiệm Nghiên cứu đánh giá hiệu sử dụng nước khử khoáng nhà máy nhiệt điện chưa trọng, có ảnh hưởng đáng kể đến giá thành sản xuất điện Bài báo đề cập đến việc nghiên cứu đánh giá hiệu sử dụng nước khử khoáng điều kiện vận hành nhà máy điện than điện khí Tập đồn Dầu khí Việt Nam (PVN) vận hành Phương pháp thống kê thực nghiệm dựa mơ hình Taguchi áp dụng để phân tích ảnh hưởng thơng số chính: nhiệt độ, sản lượng điện, lượng xả blowdown, lượng hóa Thời gian quan trắc đo mẫu thời gian tháng liên tục qua năm 2016 - 2019 Kết phân tích sơ sử dụng phần mềm quy hoạch thực nghiệm để xây dựng hàm thực nghiệm Hàm thực nghiệm sở để tối ưu hóa lượng nước khử khống sử dụng dạng nhà máy Khảo sát thiết kế quy hoạch thực nghiệm 2.1 Đối tượng khảo sát Hiện nay, PVN vận hành nhà máy nhiệt điện sử dụng nguồn nguyên liệu là: khí thiên nhiên (Nhà máy Điện Nhơn Trạch 1, Nhà máy Điện Nhơn Trạch 2, Nhà máy Điện Cà Mau 1, Nhà máy Điện Cà Mau 2) than (Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng 1) Cơng nghệ nhiệt điện sử dụng turbine khí chu trình kết hợp (CCGT) cho nhà máy điện khí cơng nghệ SubC cho nhà máy điện than Công nghệ làm mát gồm làm mát trực lưu tuần hoàn ướt (Bảng 1) 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến lượng bù nước Demin Để phân tích đánh giá lượng thất nước khử khống việc xác định sơ nhân tố ảnh hưởng quan trọng Các thơng tin nhóm tác giả khảo sát trực tiếp trường; vấn kỹ sư vận hành cán kỹ thuật để thống kê loại trừ nguyên nhân gây hao hụt nước Demin; đồng thời nghiên cứu công nghệ làm mát, công nghệ turbine Trong tài liệu công bố trước đây, Prabhakar [11, 12] cho nguyên nhân gây tổn thất nước Demin từ hệ thống phân tích (SWAS), rò rỉ qua van đường ống, xả blowdown, bơm chân không bơm tràn ngun nhân khác (Hình 1) DẦU KHÍ - SỐ 3/2020 49 CÔNG NGHIỆP ĐIỆN Bảng Các nhà máy nhiệt điện khảo sát TT Nhà máy Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng Nhà máy Điện Cà Mau Nhà máy Điện Cà Mau Nhà máy Điện Nhơn Trạch Nhà máy Điện Nhơn Trạch Công suất (MW) Nguyên liệu Công nghệ làm mát Lưu lượng (m3/giây) Turbine Nước Demin (m3/ngày) × 600 Than Trực lưu × 23 SubC 600 × Tuần hồn ướt × 0,7 × 750 450 750 Khí Trực lưu 35 SWAS Blowdown Khác 30 Hệ thống van Hệ thống bơm % tổng tổn thất 25 20 15 10 Nguyên nhân Lượng nước Demin bù (m3) Hình Các nguyên nhân gây tổn thất nước khử khoáng tỷ trọng [3] Số ngày khảo sát từ 19/11/2018 đến 19/3/2019 Hình Lượng nước Demin cấp bù Nhà máy Điện Cà Mau Kết khảo sát thực tế nhà máy điện (Nhơn Trạch 1, Nhơn Trạch 2, Cà Mau 1, Cà Mau Vũng Áng 1) cho thấy tổn thất nước Demin từ trình khởi động ghi nhận nguyên nhân cần xem xét Tuy nhiên, thời điểm số liệu thu thập từ nhà máy liên quan đến hao hụt nước khử khống khởi động lò chưa đủ để phân tích chi tiết nên nghiên cứu chưa đề cập [8 - 11] Đây q trình khơng 50 DẦU KHÍ - SỐ 3/2020 12 63 50 × CCGT 400 60 thường xuyên tỷ trọng mát từ trình khởi động bỏ qua Trong khuôn khổ giới hạn, số liệu thu từ Nhà máy Điện Nhơn Trạch lấy đại diện để phân tích quy hoạch thực nghiệm Các nhà máy khác áp dụng tương tự q trình đánh giá phân tích Việc kiểm tra phụ thuộc lượng nước Demin tiêu thụ hàng ngày nhà máy thực qua kiểm định phân phối, kiểm định ANOVA kiểm định phương pháp đồ thị Kết cho thấy có phụ thuộc lượng nước Demin tiêu thụ tính theo sản lượng điện vào nhiệt độ mơi trường Tuy nhiên, chưa thể rõ mối quan hệ lý thuyết theo ý kiến chuyên gia công tác nhà máy nhiệt điện lượng Demin tiêu thụ phụ thuộc vào sản lượng điện kế hoạch tháng/quý/năm Lượng nước Demin cấp bù Nhà máy Điện Cà Mau dao động rộng từ 20 m3/ngày đến 436 m3/ngày Thời gian khảo sát từ ngày 19/11/2018 đến ngày 19/3/2019 Hình Lượng nước cấp bù thấy thất thoát từ nguyên nhân như: i) lượng nước thất xả blowdown: thu gom tồn lượng nước - nước khơng đạt chuẩn chu trình nước - nước, đồng thời thất thoát từ van đường ống chu trình nước - nước; ii) lượng nước - nước thất thoát phân tích, lấy mẫu để kiểm tra chất lượng nước vào lò hơi; iii) thất bay hơi; iv) thất thoát phần lượng nước khử khoáng châm vào hệ thống PETROVIETNAM làm mát turbine khí, turbine hệ thống làm mát thiết bị khác chu trình nước - nước nhiên việc châm khơng thường xun mát tính nhỏ Trong thất thất khơng thể đo mà quan sát phụ thuộc vào nhiệt độ độ ẩm khơng khí ghi nhận ước lượng lại nhiều hay Thất mặt lý thuyết tính tốn dựa vào chu trình nước lý thuyết phụ thuộc vào sản lượng điện nhiệt độ [9] Tuy nhiên, việc tính tốn thất dựa quy trình vận hành mà cụ thể nhiệt độ, áp suất theo trạng thái bão hòa chưa đủ phụ thuộc vào thất van xả/ đóng mở, dọc đường có biến thiên lớn xả lò, lò bị rò rỉ Do đó, lượng thất tính tốn cách loại bỏ hết thất nước chu trình nước - nước khỏi lượng nước Demin tiêu thụ Thất nước lấy mẫu đo xác phương pháp: phương pháp cộng trung bình lưu lượng chảy qua vòi lấy mẫu; phương pháp đo thực nghiệm cách lấy trung bình tổng lưu lượng chảy qua tất vòi Kết đo cho thấy lượng nước lấy mẫu thực theo quy trình quy định lượng nước có khác nhà máy phụ thuộc vào lượng nước Demin tiêu thụ quy chuẩn khác vendor, số với thời gian Do lượng nước Demin tiêu thụ/thất khơng phụ thuộc vào lượng nước lấy mẫu hàng ngày, nhiên lượng nước lấy mẫu chiếm tỷ trọng đáng kể tính tốn thất nước Demin tiêu thụ Tóm lại, yếu tố đo gây ảnh hưởng đến lượng nước Demin tiêu thụ nhà máy bao gồm: nhiệt độ môi trường; sản lượng điện; lượng nước xả blowdown; lượng thất thoát 2.3 Thiết kế quy hoạch thực nghiệm Trong công nghiệp, để tính tốn ảnh hưởng yếu tố đến lượng nước Demin tiêu thụ thường hay sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm (DOE) Ưu điểm phương pháp giúp xác định ảnh hưởng mà không cần phải tiến hành đầy đủ thí nghiệm kiểm chứng Có nhiều phương pháp quy hoạch thực nghiệm mà yêu cầu số lượng thực nghiệm phải tiến hành khác nhau, nhiên số lượng thực nghiệm cần phải tiến hành không nhiều Một số nghiên cứu trước sử dụng phương pháp đáp ứng bề mặt RSM kết hợp với trí tuệ nhân tạo [5], phương pháp Taguchi để phân tích tối ưu yếu tố ảnh hưởng đến lượng nước sử dụng làm mát [4 - 8] Nhìn chung, phương pháp phù hợp cho việc phân tích thống kê cách đơn giản hiệu quả, dễ dàng áp dụng thực tiễn công nghiệp Trong phương pháp quy hoạch thực nghiệm nói trên, nghiên cứu tập trung vào phương pháp Taguchi để kiểm tra ảnh hưởng yếu tố (nhiệt độ môi trường; sản lượng điện; lượng nước xả blowdown; lượng thất thoát hơi) đến lượng nước Demin sử dụng Thêm vào phương pháp cho phép tìm phương án tối ưu vận hành để lượng nước Demin thất thoát nhỏ điều kiện vận hành ổn định nhà máy Phương pháp Taguchi xây dựng dựa chất lượng sản phẩm Chất lượng trường hợp vận hành ổn định hệ thống thiết bị bao gồm tồn thiết bị chu trình vận hành nước - nước nhà máy Trái ngược với chất lượng giảm thiểu (mất mát) thể qua biến đổi có tính hệ thống tượng không mong muốn xuất làm ảnh hưởng đến chất lượng Có thể tính tốn chất lượng thơng qua mát thất chất lượng cao Trong trường hợp thất thoát lượng nước Demin nhà máy vận hành ổn định Bằng phương pháp thống kê thực phần tính giá trị trung bình lượng nước tiêu thụ khoảng tin cậy 95% giá trị nhỏ lớn Đây phương pháp thống kê truyền thống Kết phương pháp phân tích truyền thống với quy trình cơng nghiệp cho biết khoảng tin cậy để hệ thống vận hành ổn định, có nghĩa nằm khoảng mát chất lượng chấp nhận Một ví dụ có thay đổi sản lượng điện, thấy nhu cầu nước Demin tăng lên, nằm khoảng cho phép, nghĩa mát Tuy nhiên tiếp tục tăng sản lượng điện mát trở nên đáng kể phụ thuộc lượng nước Demin tiêu thụ vào sản lượng điện khơng phải hàm tuyến tính, lượng tiêu thụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác (như nhiệt độ) mà điều xác định phương pháp thống kê truyền thống Bản chất phương pháp Taguchi người thực nghiệm/người vận hành phải giảm thiểu tối đa biến đổi lượng nước Demin có tác động yếu tố gây biến đổi phải tăng tối đa thay đổi yếu tố điều khiển Các yếu tố gây biến đổi yếu tố nằm ngồi quyền kiểm sốt người vận hành, nhiệt độ DẦU KHÍ - SỐ 3/2020 51 CÔNG NGHIỆP ĐIỆN Lượng nước Demin (m3) 250 200 150 100 50 Ngày 01 Tháng 12 2018 2019 Năm 16 01 16 01 16 2019 01 2019 Hình Phân bổ lượng nước Demin tiêu thụ Nhà máy Điện Nhơn Trạch giai đoạn khảo sát 800 lượng (MW) SảnSản lượng điệnđiện (MW) 800 700 700 600 600 500 500 400 400 300 300 200 200 100 100 0 Ngày 01 12 Tháng 01 Ngày Năm 12 Tháng 2018 Năm 16 16 01 01 2019 16 16 2019 2018 01 01 2019 16 16 01 01 2019 2019 2019 (a) 37 o ( oC) Nhiệt Nhiệt độ (độ C) 37 36 36 35 35 34 34 33 33 32 32 31 31 Ngày 01 01 12 Tháng Ngày Năm 12 Tháng 2018 Năm 2018 16 16 01 16 01 16 01 2019 201 2019 2019 2019 16 16 01 01 2019 2019 (b) Hình Phân bổ sản lượng điện (a) nhiệt độ môi trường (b) Nhà máy Điện Nhơn Trạch giai đoạn khảo sát 52 DẦU KHÍ - SỐ 3/2020 mơi trường Các yếu tố điều khiển yếu tố kiểm soát thay đổi người vận hành như: sản lượng điện; lượng nước xả từ blowdown lượng thất hơi, góc quay van để điều chỉnh lưu lượng, cơng tác đóng mở yếu tố điều khiển khác Mục tiêu thử nghiệm để tăng chất lượng phải thiết lập thơng số điều khiển tốt q trình sản xuất để tỷ số yếu tố điều khiển yếu tố gây biến đổi lớn nhất, hay nói cách khác để yếu tố thực nghiệm xem yếu tố điều khiển Với đặc thù vận hành nhà máy nhiệt điện, thực nghiệm với yêu cầu tính đến yếu tố ảnh hưởng nằm chu trình nước - nước khơng thể tiến hành Tuy vậy, q trình thao tác vận hành nhà máy điều khiển tự động hóa có giám sát tổ vận hành với mục đích trì hoạt động ổn định nhà máy Và điều lại thỏa mãn yêu cầu quy hoạch thực nghiệm theo phương pháp Taguchi Phân tích DOE thực Nhà máy Điện Nhơn Trạch với số liệu thu thập lấy tháng (119 ngày) từ 19/11/2018 đến 18/3/2019 bao gồm lượng nước Demin tiêu thụ, sản lượng điện, lượng xả từ blowdown liệu nhiệt độ môi trường khoảng thời gian từ trạm quan trắc đặt gần với vị trí nhà máy Các thay đổi theo thời gian giá trị khảo sát thể Hình - Sau bậc giá trị khoảng lựa chọn yếu tố gây ảnh hưởng đến lượng hao hụt nước Demin tính tốn dựa biểu đồ phân phối (histogram) yếu tố phải phù hợp với yêu cầu phương pháp lựa chọn Taguchi Các giá trị thể Bảng Trong với yếu tố (A) Nhiệt độ có bậc giá trị yếu tố lại (B), (C), PETROVIETNAM (D) có bậc giá trị thấp, trung bình cao Ma trận thực nghiệm theo phương 80 pháp Taguchi thể Bảng thực nghiệm tiến hành lập lại thí nghiệm để lấy giá trị trung bình lượng nước Demin Chỉ cần trích xuất từ liệu thực tế lượng nước Demin tiêu thụ Ma trận thực nghiệm Taguchi xây dựng sơ đồ x Bởi mục đích thực nghiệm để xác định giá trị nhỏ lượng nước Demin tiêu thụ nên chọn tỷ số S/N (the signal to noise ratio) nhỏ (the smaller is better) Thêm vào xử lý phân tích, kiểm tra mối quan hệ phụ thuộc yếu tố A, B, C, D lẫn (biểu diễn dạng AB, AC, AD, BC, BD CD) tiến hành Lượng tổng nước (m 3blowdown tổng (m3) Lượng nước blowdown ) Dựa70 ma trận thực nghiệm, tiến hành 18 thực nghiệm theo yêu cầu bậc 60 giá trị tương ứng hàng ma trận Ứng với loại 50 80 40 70 30 60 20 50 10 40 30 Ngày 01 16 01 16 01 16 01 20 Tháng 12 Năm 2018 2019 2019 2019 Ngày 01 Tháng 12 2018 2019 2019 2019 10 Kết thảo luận Năm 16 01 16 01 16 01 Kết phân tích quy hoạch thực nghiệm theo phương pháp Taguchi cho thấy khơng có ảnh hưởng chung yếu tố A, B, C, D mà cụ thể AB, AC, AD, BC, BD CD đến lượng nước Demin tiêu thụ (a) Lượ ngkhác nướ(m3) c thất thoát khác (m3) Lượ ng nướ c thất thoát 250 Để đánh giá ảnh hưởng yếu tố đến lượng nước Demin tiêu thụ, sử dụng giá trị phản hồi giá trị kỳ vọng toán tỷ số S/N Giá trị P-values dùng để xác định độ ảnh hưởng yếu tố có mang ý nghĩa thống kê hay không theo mức độ dùng hệ số để xác định mức độ ảnh hưởng 200 150 250 100 200 50 150 100 50 Ngày 01 Tháng 12 2018 2019 2019 2019 Năm 16 01 16 01 16 01 Với số liệu thu từ Nhà máy Điện Nhơn Trạch trích xuất tương ứng với ma trận thực nghiệm cho thấy giá trị P-value < Cụ thể tỷ số S/N, có giá trị P-value (b) Hình Phân bổ lượng nước xả blowdown (a) lượng thất thoát (b) Nhà máy Điện Nhơn Trạch 01 16 01 16 01 16 01 Ngày giai đoạn khảo sát Tháng Năm 12 2018 2019 Bảng Các bậc giá trị khoảng lựa chọn yếu tố 2019 2019 Yếu tố (A) Nhiệt độ (B) Sản lượng điện (C) Lượng nước xả blowdown (D) Thất thoát Bậc giá trị Bậc Giá trị 31 32 Độ lớn khoảng 33 34 35 36 Bậc (1) Mức thấp (2) Mức trung bình (3) Mức cao Giá trị 530 640 750 Bậc (1) Mức thấp (2) Mức trung bình (3) Mức cao Giá trị 2,5 Bậc (1) Mức thấp 40 (2) Mức trung bình 50 (3) Mức cao Giá trị 60 110 0,5 10 DẦU KHÍ - SỐ 3/2020 53 CÔNG NGHIỆP ĐIỆN Bảng Ma trận thực nghiệm Taguchi TT A 1 2 3 4 5 6 6 10 11 12 13 14 15 16 17 18 B 3 3 3 C 3 3 2 3 D 3 1 3 2 Bảng Kết phân tích ANOVA cho tỷ số S/N Nguồn DF Seq SS Adj SS Adj MS F P S R-Sq R-Sq(adj) A 2,6247 2,6247 0,5249 0,51 0,761 1,0140 81,40% 80,13% B 0,4036 0,4036 0,2018 0,20 0,827 C 0,5763 0,5763 0,2881 0,28 0,765 D 23,3966 23,3966 11,6983 11,38 0,009 Sai số dư 6,1690 6,1690 1,0282 Tổng 17 33,1702 Bảng Kết phân tích ANOVA cho kỳ vọng toán học ảnh hưởng DF Seq SS Adj SS Adj MS F P S R-Sq R-Sq(adj) A Nguồn 136,28 136,28 27,26 0,57 0,724 6,9229 81,61% 80,90% B 20,46 20,46 10,23 0,21 0,814 C 36,72 36,72 18,36 0,38 0,697 D 1082,90 1082,90 541,45 11,30 0,009 Sai số dư 287,56 287,56 47,93 Tổng 17 1563,92 D 0,009 < 0,05 thể mức độ ảnh hưởng mang tính thống kê, điều dễ hiểu thất bay khơng thể tính phần trừ lượng nước xả blowdown, lượng nước phân tích mẫu từ lượng nước Demin tiêu thụ Giá trị tuyệt đối hệ số lấy từ Bảng cho thấy giá trị trung bình đặc trưng phản hồi từ yếu tố Trong bảng có xếp bậc dựa trị số thống kê Delta dùng để thể độ lớn ảnh hưởng Trị số thống kê Delta 54 DẦU KHÍ - SỐ 3/2020 lấy giá trị ảnh hưởng lớn trừ giá trị nhỏ bậc giá trị Ngoài hệ số mơ hình rõ mức độ ảnh hưởng bậc giá trị Kết thực nghiệm cho thấy số S/N giá trị trung bình thất ln gây ảnh hưởng lớn nhất, ảnh hưởng nhiệt độ đến lượng xả blowdown cuối ảnh hưởng yếu tố sản lượng điện Sơ đồ ảnh hưởng yếu tố đến lượng Demin cấp bù Trị phân bố yếu tố A 70 B C D PETROVIETNAM Sơ đồ ảnh hưởng yếu tố đến lượng Demin cấp bù Trị phân bố yếu tố 60 A 70 B C D 55 65 Trị trung bình 50 316032 33 34 35 36 530 640 750 2.0 2.5 3.0 40 50 60 55 50 31 32 33 34 35 36 530 640 750 2.0 2.5 3.0 40 50 60 Sơ đồ ảnh hưởng SNR yếu tố đến lượng Demin cấp bù Trị phân bố SNR yếu tố A B C D -34.0 -34.5 Trị trung bình Sơ đồ ảnh hưởng SNR yếu tố đến lượng Demin cấp bù Trị phân bố SNR yếu tố -35.0 A -35.5 -36.0 -36.5 Trị trung bình Trị trung bình 65 B C D -34.0 -34.5 -35.0 31 32 33 34 35 36 530 640 750 2.0 2.5 3.0 40 50 60 SNR: nhỏ tốt nhất; SNR - tỷ lệ tín hiệu/nhiễu -35.5 Hình Các ảnh hưởng đến lượng nước Demin bù -36.0 Trong thực nghiệm mục đích mong muốn đạt thất -36.5 lượng nước Demin thấp tương ứng với việc giá trị kỳ vọng tốn nhỏ Quan sát33Hình cho530 thấy640 giá trị nhất2.5 kỳ 31 32 34 356 36 3.0vọng 40 toán 50 đạt60 750nhỏ2.0 o - bậc C - bậc (3,0); D - bậc (40) ở:SNR: A - nhỏ bậcnhất (35 tốt C); nhất;BSNR - tỷ lệ3tín(750); hiệu/nhiễu tương tự tỷ số S/N, giá trị nhỏ tìm thấy điểm Có thể dễ dàng thấy mối quan hệ đồ thị ảnh hưởng đến kỳ vọng tốn tỷ số S/N Sử dụng module quy hoạch thực nghiệm DOE dự đốn số S/N giá trị trung bình lượng nước Demin tiêu thụ bậc giá trị cụ thể yếu tố Bảng kết từ việc dự đoán bậc giá trị ghi nhận giá trị nhỏ kỳ vọng toán tỷ số S/N Có thể kết luận điều kiện nhiệt độ 35oC, để đạt công suất tối đa 750MW, với lượng nước xả blowdown 3m3/ngày lượng thất chu trình nước - nước 40m3 lượng nước Demin tiêu thụ nhà máy thấp đạt giá trị 43,8m3 Với giá trị lượng nước thất lấy mẫu nhà máy cung cấp 2,88m3 chiếm 6,5% lượng nước Demin tiêu thụ Trong lượng nước thất thoát lấy mẫu đo đạt từ Nhà máy Điện Cà Mau 13,84m3 chiếm 27,7% lượng Demin tiêu thụ trung bình nhà máy (50m3) Lượng nước thất thoát lấy mẫu Nhà máy Điện Nhơn Trạch 1, Nhà máy Điện Cà Mau Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng 13,42m3, 13,84m3, 24m3 cho thấy có dao động chiếm tỷ trọng lớn lượng nước Demin tiêu thụ Các kết phân tích quy hoạch thực nghiệm nhà máy nhiệt điện tổng hợp Bảng Có thể thấy với cơng nghệ turbine SST5-5000, chu trình nước nước Siemens lượng nước khử khống tiêu thụ Nhà máy Điện Cà Mau & Nhà máy Điện Nhơn Trạch theo thiết kế 50 60m3/ngày ứng với sản lượng điện 750MW Nhà máy Điện Nhơn Trạch vào vận hành từ năm 2010 với công nghệ điều khiển tiên tiến giúp cho việc vận hành nhà máy trạng thái vận hành ổn định Kết thu từ quy hoạch thực nghiệm cho thấy với sản lượng điện vận hành ổn định 750MW lượng Demin tiêu thụ thực tế 43,8m3/ngày Trong đó, Nhà máy Điện Cà Mau - với sản lượng điện vận hành mức thấp so với thiết kế 300 400MW, lượng Demin tiêu thụ tương ứng 21,3 22,9m3/ngày Công nghệ sử dụng Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng cho thấy với sản lượng điện 1.000MW lượng Demin tiêu thụ nhỏ nhất, hay nói cách khác lượng Demin tiêu thụ hệ thống vận hành ổn định không xảy cố 937,7m3/ngày Trong với số liệu thiết kế 1.200MW lượng Demin tính tốn từ chu trình nước - nước 1.200m3/ngày Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng sử dụng turbine TC4F-36 Toshiba vận hành áp suất 167 DẦU KHÍ - SỐ 3/2020 55 CÔNG NGHIỆP ĐIỆN Sơ đồ phần dư trị trung bình Phân bố giá trị % Phần dư Sơ đồ phân bố chuẩn Phần dư Giá trị lựa chọn Phân bố bậc Phần dư Tần số Biểu đồ tần số Phần dư Bậc quan sát Sơ đồ phần dư SNR Sơ đồ phân bố chuẩn 99 1.0 Phần dư 90 % Phân bố giá trị 50 0.5 0.0 - 0.5 10 -1 Phần dư - 1.0 - 37 - 36 - 35 Giá trị lựa chọn 4.8 1.0 3.6 0.5 2.4 0.0 - 0.5 1.2 0.0 - 33 Phân bố bậc Phần dư Tần số Biểu đồ tần số - 34 - 0.5 0.0 0.5 Phần dư - 1.0 1.0 10 Bậc quan sát 12 14 16 Hình Mơ tả phần dư mơ hình hồi quy Bảng Giá trị dự đoán bậc giá trị 56 Tỷ số S/N Giá trị trung bình -33,0223 43,7833 DẦU KHÍ - SỐ 3/2020 Giá trị thiết lập A B C D 35 750 40 18 PETROVIETNAM Bảng Kết quy hoạch thực nghiệm nhà máy nhiệt điện Tính chất Nhiệt độ (oC) Sản lượng điện (MW) Xả blowdown (m3/ngày) Thất thoát (m3/ngày) Lượng Demin tiêu thụ nhỏ (m3/ngày) Sản lượng điện thiết kế (MW) Lượng Demin tiêu thụ theo thiết kế (m3/ngày) Cà Mau 27 300 Cà Mau 29 400 30 Nhơn Trạch 33 235 85 310 Nhơn Trạch 35 750 40 Vũng Áng 31 1.000 200 900 21,3 22,9 342,1 43,8 937,7 750 750 450 750 × 600 50 50 400 60 × 600 bar nhiệt độ 538oC Nhà máy Điện Nhơn Trạch sử dụng công nghệ turbine GE tiêu thụ lượng lớn nước Demin theo thiết kế 400 m3/ngày, sản lượng điện thiết kế 450MW Với sản lượng điện 235MW theo tính tốn phương pháp quy hoạch thực nghiệm dựa số liệu vận hành thực tế nhà máy lượng Demin tiêu thụ 342,1m3/ngày So sánh với Nhà máy Ashuganj 400MW (nằm phía Đơng Bangladesh) chu trình hỗn hợp, cơng nghệ GE, với lượng Demin tiêu thụ 11 m3/giờ cho công suất 225MW tương đương với 264 m3/ ngày [13] Các tính tốn quy hoạch thực nghiệm cho số xác lượng Demin tiêu thụ ứng với thời điểm vận hành ổn định không xảy cố, đồng thời yếu tố ảnh hưởng mặt công nghệ đến lượng Demin tiêu thụ Kết luận Quá trình phân tích quy hoạch thực nghiệm theo liệu vận hành Nhà máy Điện Nhơn Trạch rút kết luận sau: - Kết trích xuất từ ảnh hưởng biến khảo sát đến lượng nước Demin (Hình 6) cho thấy ảnh hưởng nhiệt độ đáng kể Mức ảnh hưởng từ 55 63% Nhiệt độ 36oC có ảnh hưởng lớn đến lượng nước Demin tiêu thụ - Lượng nước Demin tiêu thụ sản lượng điện có phụ thuộc vào sản lượng điện phân bố theo tháng đạt giá trị lớn từ tháng - thấp vào tháng - Lượng nước Demin nhỏ đạt dựa số liệu từ nhà máy 43,8m3/ngày, số sát với giá trị thiết kế nhà máy (50m3/ngày) với công suất 750MW - Ảnh hưởng đến lượng nước Demin tiêu thụ xếp theo thứ tự: thất thoát → nhiệt độ → xả blowdown → sản lượng điện Từ kết luận trên, cần ý công tác vận hành nhà máy theo phương án sau: - Tổn thất khởi động lò hơi: Tối ưu hóa q trình vận hành, hạn chế thấp số lần phải khởi động lò hơi; huấn luyện, nâng cao tay nghề kỹ sư vận hành q trình khởi động lò - Giảm tổn thất nước - nước từ hệ thống phân tích (SWAS): Huấn luyện đội ngũ kỹ thuật viên định kỳ cơng tác phân tích mẫu tầm quan trọng nước khử khoáng; cân nhắc việc đóng hệ thống lẫy mẫu nước sau lấy mẫu xác định thời gian mở van trước lấy mẫu nước lần để bảo đảm độ xác tránh tổn thất nước khử khoáng - Giảm tổn thất nước - nước qua hệ thống van (bình chứa đường ống): Sử dụng kết hợp hệ thống van tự động với điều khiển mức bình chứa; tổng kiểm tra định kỳ hệ thống van bình chứa lần/ năm; kiểm tra phát sớm bất thường báo cáo hao hụt nước khử khoáng ngày để xử lý kịp thời có cố; kiểm tra định kỳ hệ thống đường ống; đường ống cao áp, cơng ty cần phải có kế hoạch bảo trì năm - Hệ thống blowdown: Thiết kế tái sử dụng nước từ bồn blowdown - Hệ thống bơm: Kiểm tra định kỳ, gia cố đầu nối, đầu xả điểm có nguy rò rỉ nước khử khống bơm Tài liệu tham khảo Gary J.Stiege, James R.Longanbach, Michael D.Rutkowski Power plant water usage and loss study The United States Department of Energy National Energy Technology Laboratory 2007 Tạp chí Năng lượng Việt Nam Nước tuần hồn trực lưu nhà máy nhiệt điện: “Đóng thuế mơi trường vơ lý” 28/11/2012 DẦU KHÍ - SỐ 3/2020 57 CÔNG NGHIỆP ĐIỆN Ana Delgado, Howard J.Herzog A simple model to help understand water use at power plants Massachusetts Institute of Technology 2012 R.Ramkumar, A.Ragupathy Optimization of cooling tower performance with different types of packings using Taguchi approach Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering 2015; 37: p 929 936 Ramkumar Ramakrishnan, Ragupathy Arumugam Optimization of operating parameters and performance evaluation of forced draft cooling tower using response surface methodology (RSM) and artificial neural network (ANN) Journal of Mechanical Science and Technology 2012; 26(5): p 1643 - 1650 Mustafa Bahadır Özdemir Optimization of process parameters of ground source heat pumps for space heating applications with Taguchi method Journal of Polytechnic 2018; 21(4): p 991 - 998 M.Muthuraman Reduction in power plant specific water consumption International Power Plant O & M Conference 2016 of cooling tower performance analysis using Taguchi method Thermal Science 2013 Central Electricity Authority New Delhi Report on minimisation of water requirement in coal based thermal power stations 2012 10 T.Sudhakar, B.Anjaneya prasad, K.Prahladarao Implementation of Six Sigma for improved performance in power plants Journal of Mechanical and Civil Engineering 2015; 12(5), p 15 - 23 11 Himanshu Kumar, Anurag Singh DM make up water reduction in power plants using DMAIC methodology a Six Sigma approach International Journal of Scientific and Research Publications 2014; 4(2) 12 Prabhakar Kaushik, Dinesh Khanduja Application of Six Sigma DMAIC methodology in thermal power plants: A case study Total Quality Management 2009; 20(2): p 197 - 207 13 Environmental Impact Assessment Bangladesh: Power system expansion and efficiency improvement investment program (Tranche 3) Ashuganj 400MW Combined Cycle Power Plant (East) 2016 Ram Kumar, Ragupathy Arumugam Optimization STUDYING AND EVALUATING THE USE OF DEMINERALISED WATER IN THERMAL POWER PLANTS Le Van Sy1, Nguyen Phan Anh1, Vu Minh Hung1, Nguyen Ha Trung2 Petrovietnam University Hanoi University of Science and Technology Email: sylv@pvu.edu.vn Summary Demineralised water directly affects the cost of electricity production and the efficiency of the thermal power plant and depends on a lot of technological parameters and plant operation process Researching and evaluating the use of demineralised water help save production costs and improve the efficiency of thermal power plants’ operation In this paper, the operational parameters affecting the amount of demineralised water were studied and analysed as the basis for the DOE analysis The data input was investigated at the thermal power plants in Vietnam The results of empirical statistical analysis identify the factors that influence the consumption of demineralised water, from which recommendations are made for measures to optimise the amount of demineralised water used in each plant Key words: Demineralised water, DOE, thermal power plant, water consumption, water environment 58 DẦU KHÍ - SỐ 3/2020 ... 3/2020 49 CÔNG NGHIỆP ĐIỆN Bảng Các nhà máy nhiệt điện khảo sát TT Nhà máy Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng Nhà máy Điện Cà Mau Nhà máy Điện Cà Mau Nhà máy Điện Nhơn Trạch Nhà máy Điện Nhơn Trạch Công... nghiệm Nghiên cứu đánh giá hiệu sử dụng nước khử khoáng nhà máy nhiệt điện chưa trọng, có ảnh hưởng đáng kể đến giá thành sản xuất điện Bài báo đề cập đến việc nghiên cứu đánh giá hiệu sử dụng nước. .. thiên nhiên (Nhà máy Điện Nhơn Trạch 1, Nhà máy Điện Nhơn Trạch 2, Nhà máy Điện Cà Mau 1, Nhà máy Điện Cà Mau 2) than (Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng 1) Cơng nghệ nhiệt điện sử dụng turbine khí