Tài liệu ĐỒNG PHÁT pdf

Thiết bị nhiệt: Đồng phát ĐỒNG PHÁT GIỚI THIỆU CÁC LOẠI HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT .2 ĐÁNH GIÁ CÁC HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT 10 GIẢI PHÁP SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG HIỆU QUẢ 14 DANH SÁCH SÀNG LỌC GIẢI PHÁP 16 BẢNG TÍNH 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 U 1.GIỚI THIỆU Phần nêu tóm tắt đặc điểm hệ thống đồng phát hay hệ thống Nhiệt-Điện kết hợp (CHP) 1.1 Đồng phát gì? Hệ thống đồng phát cách sản xuất liên tiếp đồng thời dạng lượng hữu ích khác (thường dạng học nhiệt) hệ thống đơn, hệ thống tích hợp Hệ thống CHP bao gồm số phận động sơ cấp (động nhiệt), máy phát, thu hồi nhiệt hệ thống đấu nối điện, tất kết hợp hệ thống Loại thiết bị điều khiển dẫn động (động sơ cấp) thường quy định dạng hệ thống CHP Các động sơ cấp hệ thống CHP bao gồm động pittông, đốt cháy tua bin khí, tua bin hơi, micrơ tua bin, pin nhiên liệu Những động sơ cấp sử dụng loại nhiên liệu khác khí tự nhiên, than, dầu nhiên liệu thay để tạo công suất hữu dụng Mặc dù lượng học từ động sơ cấp thường sử dụng để chạy máy phát, sản xuất điện, nhiên sử dụng cho thiết bị quay máy nén, bơm, quạt Nhiệt từ hệ thống sử dụng ứng dụng trực tiếp gián tiếp để sản xuất hơi, nước nóng, khí nóng cho mục đích sấy nước mát cho mục đích làm mát quy trình Phát truyền thống (58% Hiệu suất toàn phần) 36 Đơn vị (Tổn thất) 60 24 Units Nhiệt điện kết hợp (85% Hiệu suất toàn phần) η = 40% 40 68 34 Units 100 η = 85% Đơn vị (Tổn thất) 10 Đơn vị (Tổn thất) Hình Hiệu sử dụng lượng hệ thống đồng phát (UNESCAP, 2000) Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành cơng nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP Thiết bị nhiệt: Đồng phát Hình cho thấy ưu điểm mặt hiệu suất CHP so với hệ thống phát điện trạm trung tâm truyền thống lò nhà máy Khi so sánh hai quy trình nhiệt điện, hệ thống CHP điển hình cần ¾ lượng sơ cấp so với hệ thống nhiệt điện riêng rẽ Điều giúp giảm tiêu thụ nhiên liệu sơ cấp, lợi ích mơi trường CHP, việc đốt cháy lượng nhiên liệu đốt hiệu giảm phát thải tính đơn vị đầu 1.2 Lợi ích đồng phát Nếu việc đồng phát tối ưu hố theo cách mơ tả (như định cỡ theo nhu cầu nhiệt), đạt lợi ích sau: Tăng hiệu suất chuyển đổi sử dụng lượng Giảm phát thải môi trường, cụ thể CO2, khí nhà kính Trong số trường hợp, nhiên liệu sinh khối số nguyên liệu thải khác khí, quy trình rác thải nơng nghiệp (phân huỷ yếm khí khí hố), sử dụng Những chất đóng vai trị nhiên liệu cho hệ thống đồng phát, tăng hiệu chi phí giảm nhu cầu thải rác Tiết kiệm nhiều chi phí, tăng khả canh tranh cho đối tượng sử dụng kinh doanh công nghiệp, cung cấp nhiệt cho hộ sinh hoạt Là giải pháp giúp triển khai phương thức phân quyền phát điện, nhà máy thiết kế nhằm đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng địa phương, mang lại hiệu suất cao, tránh tổn thất truyền tải tăng linh hoạt việc sử dụng hệ thống Điều đặc biệt với trường hợp khí tự nhiên chất mang lượng Giải pháp giúp tăng đa dạng phát điện, nâng cao khả cạnh tranh Đồng phát phương tiện quan trọng giúp thúc đẩy tự hoá thị trường lượng CÁC LOẠI HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT Phần nói loại hệ thống đồng phát: hệ thống đồng phát tua bin hơi, hệ thống đồng phát tua bin khí, hệ thống đồng phát động pittơng Phần bao gồm phân loại hệ thống đồng phát sở trình tự lượng sử dụng 2.1 Hệ thống đồng phát tua bin Tua bin công nghệ động sơ cấp linh hoạt lâu đời sản xuất chung Hệ thống phát điện tua bin áp dụng 100 năm qua, chúng thay động pittông nhờ hiệu suất cao chi phí thấp Cơng suất tua bin dao động từ 50 kW đến hàng trăm MW nhà máy sản xuất điện lớn Các tua bin sử dụng rộng rãi ứng dụng nhiệt-điện kết hợp (CHP) Chu kỳ nhiệt động lực học cho tua bin chu kỳ Rankine.Chu kỳ sở cho trạm phát điện truyền thống bao gồm phận cung cấp nhiệt (lò hơi) giúp chuyển hoá nước thành áp suất cao Trong chu kỳ hơi, nước bơm lên áp suất trung bình áp suất cao Sau nước đun nóng đến nhiệt độ sơi tuỳ theo áp suất, nước sôi (đun để chuyển từ dạng lỏng thành hơi), thường nhiệt (đun tới nhiệt độ cao độ nhiệt độ sôi), tua binh đa cấp làm giãn nở làm giảm áp suất đưa tới bình ngưng điều kiện chân không đưa vào hệ thống phân phối nhiệt độ trung gian giúp đưa đến nơi sử dụng cho mục đích thương mại cơng nghiệp Nước ngưng từ bình ngưng hệ thống sử dụng quay trở lại bơm nước cấp để tiếp tục chu trình Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành cơng nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP Thiết bị nhiệt: Đồng phát Hai kiểu tua bin sử dụng rộng rãi tua bin đối áp tua bin ngưng - trích Việc lựa chọn tua bin đối áp tua bin trích phụ thuộc chủ yếu vào số lượng nhiệt, chất lượng nhiệt yếu tố kinh tế Có thể trích khơng điểm tua bin, tuỳ theo mức nhiệt độ mà quy trình cần 2.1.1 Tua bin chạy đối áp Tua bin đối áp tua bin có cấu tạo đơn giản Hơi có tua bin áp suất cao áp suất khí quyển, tuỳ theo nhu cầu tải nhiệt Đây lý lại sử dụng thuật ngữ đối áp Có thể trích cấp trung gian tuabin hơi, với áp suất nhiệt độ phù hợp với tải nhiệt Sau khỏi tua bin, nạp vào tải, giải phóng nhiệt ngưng tụ Nước ngưng đưa trở lại hệ thống với tốc độ dòng thấp tốc độ dòng hơi, khối lượng sử dụng quy trình có tổn thất qua hệ thống ống Nước qua xử lý giữ cân khối lượng HP Steam Fuel Turbine Boiler Condensate Process LP Steam Hình T Hệ thống đối áp có ưu điểm sau: Cấu tạo đơn giản với thành phần Tránh chi phí tốn cho áp suất hạ áp tua bin Chi phí vốn thấp Giảm chí khơng cần sử dụng nước làm mát Hiệu suất tồn phần cao, khơng thải nhiệt môi trường qua máy nén Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP Thiết bị nhiệt: Đồng phát Hệ thống đối áp có nhược điểm sau: Với công suất đầu ra, tua bin lớn hơn, phải vận hành với chênh lệch entthalpy thấp Lưu lượng qua tua bin phụ thuộc vào mức tải nhiệt Điện tạo kiểm soát tải nhiệt, điều dẫn đến không linh hoạt việc phối hợp trực tiếp công suất đầu với tải điện Do đó, cần có kết hợp hai chiều với lưới mua điện bán điện dư tạo Có thể tăng sản xuất điện cách cho trực tiếp khí quyển, cách khơng hiệu Điều dẫn tới việc lãng phí nước lị qua xử lý, mang lại kết hoạt động lượng kinh tế 2.1.2 Tua bin ngưng trích Ở hệ thống này, sử dụng cho tải nhiệt đạt nhờ trích từ hai cấp trung áp với áp suất nhiệt độ phù hợp Hơi lại xả tới áp suất bình ngưng, mức thấp khoảng 0,05 bar với nhiệt độ ngưng tương ứng khoảng 33°C Rất khó sử dụng nhiệt mức nhiệt độ thấp ứng dụng hữu ích Vì vậy, nhiệt thải môi trường So với hệ thống đối áp, tua bin ngưng trích có chi phí vốn cao, thường hiệu suất toàn phần thấp Tuy nhiên, mặt đó, kiểm sốt cơng suất điện khơng phụ thuộc vào tải nhiệt nhờ điều chỉnh xác tốc độ lưu lượng qua tua bin HP Steam Fuel Boiler Condensate Turbine LP Steam Process Condenser Hình Tua bin ngưng trích Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành cơng nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP Thiết bị nhiệt: Đồng phát 2.2 Hệ thống đồng phát tua bin khí Hệ thống đồng phát tua bin khí hoạt động theo chu kỳ nhiệt động lực học có tên gọi chu trình Brayton Ở chu trình này, khơng khí khí nén, gia nhiệt giãn nở, với phần công suất dư tua bin giãn nở tạo máy nén sử dụng để phát điện Hệ thống đồng phát tua bin khí đáp ứng phần tồn nhu cầu lượng nhà máy, lượng giải phóng nhiệt độ cao khí xả thu hồi để sử dụng cho thiết bị ứng dụng làm mát gia nhiệt (xem hình 4) Dù khí tự nhiên sử dụng phổ biếnl nhất, loại nhiên liệu khác dầu nhẹ diezen sử dụng Giải cơng suất điển hình tua bin khí dao động từ phần MW tới khoảng 100 MW Trong năm gần đây, hệ thống đồng phát tua bin khí sử dụng với tốc độ ngày nhiều sẵn có ngun liệu khí tự nhiên, tiến cơng nghệ nhanh, giảm chi phí lắp đặt đáng kể mang lại hiệu môi trường cao Ngoài ra, thời kỳ chuẩn bị triển khai dự án ngắn chuyển giao thiết bị thuận tiện Thời gian khởi động tua bin khí ngắn, vận hành gián đoạn linh hoạt Dù tua bin loại cung cấp nhiệt để chuyển hoá thành điện thấp, thu hồi nhiệt nhiều nhiệt độ cao Nếu sản lượng nhiệt mức người sử dụng cần, bổ sung thêm lượng khí đốt tự nhiên cách trộn chất phụ gia với khí thải giàu oxy để tăng thêm sản lượng nhiệt 2.2.1 Hệ thống đồng phát tua bin khí chu trình hở Phần lớn hệ thống tua bin khí có, ứng dụng ngành vận hành theo chu trình Brayton mở (cịn gọi chu trình Joule, chu trình tính khơng thuận nghịch khơng tính tới) Ở chu trình này, máy nén lấy khơng khí từ khí đưa vào buồng đốt với áp suất cao Nhiệt độ khơng khí tăng q trình nén Các thiết bị cũ nhỏ vận hành với tỷ lệ áp suất khoảng 15:1, thiết bị lớn vận hành tỷ lệ áp suất khoảng 30:1 Khí thải Nước ngưng từ quy trình HRSG Nhiên liệu Hơi vào quy trình Lị đốt G Máy nén Tua bin Máy phát Hình Đồng phát tua bin khí chu trình hở Khơng khí Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP Thiết bị nhiệt: Đồng phát Khơng khí đưa qua thiết bị khuyếch tán vào buồng đốt áp suất khơng đổi có nhiên liệu bơm vào đốt cháy Thiết bị khuyếch tán giúp giảm vận tốc khơng khí xuống mức phù hợp với buồng đốt Mức sụt áp qua buồng đốt khoảng 1,2% Quá trình cháy diễn với mức khí dư cao Khí thải khỏi buồng đốt nhiệt độ cao với nồng độ oxy lên tới 15-16% Nhiệt độ cao chu kỳ đạt điểm này; nhiệt độ cao, hiệu suất quy trình cao Cận thiết lập nhiệt độ mà nguyên liệu tua bin khí chịu được, hiệu suất cánh làm mát quy định Với cơng nghệ có, mức vào khoảng 1300°C Áp suất khí thải nhiệt độ cao vào tua bin khí sinh công học để chạy máy nén tải (v.d máy phát điện) Khí thải từ tua bin nhiệt độ cao (450-600°C), khả thu hồi nhiệt nhiệt độ cao khả thi Điều bị ảnh hưởng lò thu hồi nhiệt áp suất đơn đơi, để thu hồi nhiệt hiệu Hơi tạo thành nhiệt độ áp suất cao, sử dụng cho khơng quy trình nhiệt mà cịn để chạy tua bin hơi, tạo thêm điện 2.2.2 Hệ thống đồng phát sử dụng tua binh khí theo chu trình khép kín Ở hệ thống khép kín, chất lưu (thường heli khơng khí) tuần hồn chu trình khép kín Chúng gia nhiệt trao đổi nhiệt trước đưa vào tua bin, làm mát sau tua bin giải phóng nhiệt hữu dụng Vì chất lưu khơng gây ăn mịn Nguồn nhiệt Bộ trao đổi nhiệt G Máy phát Máy nén Tua bin Nước ngưng từ quy trình Hơi vào quy trình Hình 5: Hệ thống đồng phát sử dụng tua bin khí theo chu trình khép kín Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP Thiết bị nhiệt: Đồng phát Nguồn nhiệt đốt cháy loại nhiên liệu bên ngồi Cũng sử dụng lượng hạt nhân mặt trời 2.3 Hệ thống đồng phát động pittơng Các động pittơng thích hợp với ứng dụng lĩnh vực khác nhau, công nghiệp, thương mại quan tổ chức để phát điện đồng phát nhiệt-điện Động pitttông khởi động nhanh, cơng suất lớn, có hiệu suất tải phần phù hợp nhìn chung có độ tin cậy cao Trong nhiều trường hợp, thiết bị sử dụng động pittơng đa cấp giúp tăng cơng suất tồn phần nhà máy Động pittơng có hiệu suất điện cao tua bin khí kích thước, giúp giảm chi phí nhiên liệu vận hành Chi phí ban đầu động pittơng thường thấp tua bin khí lên tới 3-5 MW kích thước Chi phí bảo trì động pittơng cao tua bin khí việc bảo hành thực nhân viên nhà máy sở địa phương Năng lượng phát từ động pittông sử dụng cho ứng dụng bao gồm thời gian chờ, hỗ trợ lưới ứng dụng CHP Ứng dụng CHP cần sử dụng nước nóng, áp suất thấp thiết bị làm lạnh hấp thụ nhiệt đốt cháy Các động pittông sử dụng rỗng rãi làm điều khiển học cho thiết bị ứng dụng bơm nước, nén khí làm lạnh Hình 6: Hệ thống đồng phát sử dụng động pittông (UNESCAP, 2000) Mặc dù người ta mong đợi gia tăng việc sử dụng động pittông cho ứng dụng phân phối khác nhau, nhiên ứng dụng phát nhà máy phổ biến động SI sử dụng khí tự nhiên từ trước đến CHP, xu hướng có khả tiếp tục tăng Lợi ích kinh tế động sử dụng khí tự nhiên ứng dụng phát nhà máy tăng cường nhờ sử dụng hiệu nhiệt khí thải hệ thống làm mát, thường chiếm khoảng 60 đến 70% lượng nhiên liệu vào Có bốn nguồn nhiệt thải từ động pittơng sử dụng: khí thải, nước làm mát động cơ, nước làm mát dầu bôi trơn, làm mát nạp tua bin Nhiệt thu hồi thường dạng nước nóng hạ áp (