Nâng cao hiệu quả năng lượng cho hệ thống năng lượng công nghiệp đồng phát tận dụng khí thải

- HOÀNG QUỐC THỊNH NÂNG CAO HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG CÔNG NGHIỆP ĐỒNG PHÁT TẬN DỤNG KHÍ THẢI Chuyên ngành : KỸ THUẬT NHIỆT-LẠNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT NHIỆT-LẠNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS.
- Để hoàn thành luận văn này, tôi đã sử dụng những tài liệu được ghi trong mục tài liệu tham khảo, ngoài ra không sử dụng bất kỳ tài liệu tham khảo nào khác mà không được ghi.
- Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2010 NGƯỜI VIẾT Hoàng Quốc Thịnh DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CFB Lò hơi tầng sôi tuần hoàn B5101 Lò CFB ST5501 Tuabin đối áp ST5601/5701 Tuabin ngưng hơi có trích hơi TTNĐ Trung tâm nhiệt điện NMNĐ Nhà máy nhiệt điện CA Phần cao áp tuabin HA Phần hạ áp tuabin HTT Hộ tiêu thụ G Máy phát E Gia nhiệt nước ngưng K5101 Quạt gió cấp I K5102 Quạt gió cấp II U5004 Máy nghiền đá vôi K5103A/B Quạt cao áp K5104 Quạt khói BC5001 Băng tải than V5001 Bình xả liên tục V5002 Bình xả định kỳ Z5101A/B Cần gạt than V5101 Bunke than V5008 Bunke đá vôi Z5102A/B/C Máy cấp than DC5X01 Bộ khử bụi V5006 Bunke tro E5102A/B Bộ làm mát xỉ Z5103 Băng tải xỉ V5005A/B Bunke xỉ L Nhiệt độ thấp (low) H Nhiệt độ cao (high) M Nhiệt độ trung bình (medium) Bnn Bình ngưng Bc Bơm nước cấp GoA Giảm ôn giảm áp J5001/5004 Bộ giảm ôn giảm áp LH Lò hơi Bd Bơm đọng TB Tuabin G Máy phát K5501A/B Quạt rút hơi chèn N5001 Tiêu âm V5603/5703 Bình xả P5605/5705A/B Bơm ngưng P5604/5704A/B Bơm phun E5001A/B Gia nhiệt cao áp Z5004A/B Bình khử khí P5001A/B/C/D Bơm nước cấp cao áp P5002A/B/C Bơm nước cấp trung áp P5003A/B Bơm nước cấp thấp áp P5004A/B Bơm đọng E5602/5702 Bình ngưng U5001 Hệ định lượng NH3 U5002 Hệ định lượng Hydrazin V5003 Bể đọng V5004 Bình xả J5602/5702A/B Êjecto rút khí V5602/5702 Bể nước ejecto HS Hơi cao áp MS Hơi trung áp SMS Hơi dưới trung áp LS Hơi thấp áp TH Trường hợp KCN Khu công nghiệp PLKK Phân ly không khí TBĐA Tuabin đối áp TBNH Tuabin ngưng hơi MNTH Mây nén khí tổng hợp NC Nước cấp MN Máy nén 1MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU.
- 5 1.1.Vấn đề thiếu hụt năng lượng, tiết kiệm và nâng cao hiệu quả năng lượng, bảo vệ môi trường.
- Chu trình đồng phát nhiệt điện cho công nghệ sản xuất phân đạm Ninh Bình.
- Ý nghĩa và tầm quan trọng của việc tận dụng nhiệt thải để đồng phát nhiệt điện Chương 2: PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ SỰ LỰA CHỌN LÒ HƠI TẬN DỤNG NHIỆT ĐẢM BẢO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TRONG SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM NINH BÌNH .
- Nhu cầu hơi của nhà máy sản xuất phân đạm Ninh Bình.
- Nhiệt thải và phương án lựa chọn lò hơi tận dụng nhiệt cho trung tâm đồng phát Ninh Bình .
- Thu hồi nhiệt thải lò hơi.
- Các kiểu lò hơi tận dụng nhiệt .
- Đánh giá hiệu quả năng lượng, tận dụng nhiệt thải của lò tầng sôi tuần hoàn CFB trong trung tâm nhiệt điện Ninh Bình Chương 3: NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG ÁN CƠ BẢN ĐỂ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ HOÀN THIỆN CỦA TỔ HỢP TUABIN CẤP NHIỆT-PHÁT ĐIỆN LỰA CHỌN CHO DỰ ÁN ĐẠM NINH BÌNH.
- Khái niệm chung về hiệu quả sử dụng năng lượng theo các sơ đồ truyền thống Thiết bị sản xuất nhiệt và điện riêng rẽ Thiết bị sản xuất nhiệt điện đồng thời sử dụng tua bin ngưng hơi có trích hơi điều chỉnh.
- Thiết bị sản xuất điện và nhiệt đồng thời sử dụng tua bin đối áp.
- Xây dựng và đánh giá các đặc tính kỹ thuật của thiết bị tổ hợp tuabin trong vấn đề nâng cao hiệu quả năng lượng.
- Đánh giá hiệu quả tiết kiệm năng lượng khi sử dụng tua bin ngưng hơi có trích hơi điều chỉnh.
- Vấn đề tiết kiệm năng lượng trong phối hợp sản xuất nhiệt điện đồng thời .
- Đánh giá kết cấu thiết bị, sơ đồ nhiệt trung tâm đồng phát nhiệt điện Ninh Bình về hiệu quả sử dụng năng lượng.
- Chương 4: MÔ TẢ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ NHIỆT ĐIỆN ĐỒNG PHÁT DỰ ÁN ĐẠM NINH BÌNH.
- 81 Chương 6: BẢNG TÍNH TOÁN KINH TẾ VÀ BẢNG THÔNG SỐ KỸ THUẬT LÒ HƠI CFB VÀ TUA BIN .
- Bảng thông số kỹ thuật của tua bin KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT MỞ RỘNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 3LỜI NÓI ĐẦU Năng lượng là yếu tố thiết yếu cho sự tồn tại và phát triển của xã hội.
- Trong nhiều thập kỷ qua, việc tiêu thụ năng lượng trên thế giới tăng lên theo sự phát triển của kinh tế.
- nhiên liệu dầu thô, than đá và khí tự nhiên chiếm phần lớn nguồn năng lượng tiêu thụ.
- Với tốc độ khai thác như hiện nay, nguồn năng lượng này đang ngày càng cạn kiệt dần.
- do đó vấn đề tiết kiệm năng lượng, sử dụng hiệu quả năng lượng có ý nghĩa vô cùng quan trọng và cần thiết.
- Để đạt được mục tiêu này thì một trong những vấn đề quan tâm nhất là phát triển nguồn năng lượng.
- Bên cạnh những nguồn năng lượng đang khai thác, những nhà máy thuỷ điện, nhiệt điện tập trung lớn thì sự cần thiết phải phát triển những hình thức năng lượng khác, năng lượng nhỏ phục vụ cho nhu cầu tự dùng, cho hộ tiêu thụ và một phần cung cấp điện cho lưới điện quốc gia trong sản xuất, giảm giá thành sản phẩm,… Phân đạm là sản phẩm đòi hỏi nhiều nguồn năng lượng cao.
- Nguyên liệu để sản xuất phân đạm chủ yếu là khí thiên nhiên, dầu mỏ và than đá.
- Những vùng tiêu thụ năng lượng chính trong dây chuyền sản xuất đạm là những quá trình làm việc ở nhiệt độ cao, áp suất cao, sử dụng và tiêu thụ sản lượng hơi lớn, nguồn điện năng cao.
- hầu hết năng lượng đầu vào của sản phẩm cuối là được tiêu thụ ở các lò đốt nhiệt độ và áp suất cao.
- Thiết kế và xây dựng các trung tâm đồng phát nhiệt điện sẽ đáp ứng được nhu cầu nhiệt và nhu cầu điện của các hộ tiêu thụ, các khu công nghiệp, đặc biệt cho các nhà máy sản xuất phân bón….
- chủ động trong sản xuất và không phụ thuộc vào lưới điện quốc gia.
- Những kỹ thuật tiên tiến có liên quan đến thu hồi và tận dụng nhiệt thải, sử dụng năng lượng hợp lý có thể đưa ra những cơ hội tiết kiệm năng lượng 4đáng kể trong công nghiệp sản xuất phân đạm, đặc biệt đang diễn ra ở những nước phát triển.
- Theo đánh giá của tập đoàn hoá chất đến năm 2020, nhu cầu phân bón ở Việt Nam vào khoảng 3÷6 triệu tấn/năm.
- Trong giai đoạn phát triển hiện nay, tập đoàn hoá chất sẽ đầu tư xây dựng các nhà máy sản xuất phân bón trọng điểm công suất lớn như nhà máy đạm Ninh Bình 560.000 tấn/năm, đạm Hà Bắc mở rộng,…Với sản lượng lớn như vậy thì hàng năm sẽ có rất nhiều lượng khói thải vào môi trường.
- Việc khai thác năng lượng không hiệu quả không chỉ gây nên các tổn thất về kinh tế mà còn góp phần huỷ hoại môi trường.
- Một trong những cách sử dụng năng lượng tiết kiệm hiệu quả đó là tận dụng nguồn nhiệt thải có nhiệt độ cao ở các thiết bị nhiệt như tua bin hơi, lò hơi đốt than,… để đồng phát nhiệt điện.
- Bên cạnh đó là đổi mới công nghệ, thiết kế, ứng dụng và lắp đặt các trung tâm đồng phát gắn với quá trình tận dụng nhiệt thải vào thực tế sẽ đem đến hiệu quả tiết kiệm năng lượng, kinh tế và đảm bảo môi trường.
- Đối với các dự án sản xuất phân bón, lựa chọn công nghệ nào, chu trình nào là một vấn đề phức tạp.
- Nhưng khi đã lựa chọn để lắp đặt và sử dụng thích hợp thì sẽ tạo ra một nguồn nhiệt và nguồn điện tự dùng lớn.
- Với những yêu cầu và tình hình cấp bách nêu trên trong phát triển năng lượng quốc gia thì nhiệm vụ nghiên cứu đặt ra là: Nâng cao hiệu quả và tiết kiệm năng lượng trong các nguồn phát như nhà máy nhiệt điện, Trung tâm đồng phát nhiệt điện,… nhờ các phương pháp phân tích, đánh giá, hoàn thiện cấu trúc sơ đồ gắn liền với vấn đề tận dụng nhiệt thải, đặc biệt ứng dụng cho ngành sản xuất phân bón và hoá chất.
- 5Chương 1: TỔNG QUAN 1.1.Vấn đề thiếu hụt năng lượng, tiết kiệm và nâng cao hiệu quả năng lượng, bảo vệ môi trường.
- Theo những dự báo đánh giá gần đây, nguồn tài nguyên năng lượng trên thế giới đang cạn kiệt dần trong khi đó nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng lớn đặc biệt cho các nghành công nghiệp nặng, dịch vụ thương mại và sinh hoạt: trữ lượng dầu mỏ có thể khai thác trong khoảng hơn 30 năm.
- Tỷ trọng năng lượng hạt nhân trong nhu cầu năng lượng sơ cấp thế giới giảm đi.
- tỷ trọng thuỷ năng tăng ít, trong khi đó tỷ trọng các nguồn năng lượng mới, năng lượng tái tạo như gió, sóng, mặt trời và địa nhiệt chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng nhu cầu năng lượng của thế giới.
- Xu thế chủ yếu của năng lượng thế giới trong tương lai là: đa dạng hoá, bảo toàn, sử dụng năng lượng tiết kiệm hiệu quả và áp dụng các công nghệ lành mạnh về môi trường.
- vấn đề ô nhiễm do sản xuất và sử dụng năng lượng, đặc biệt là khí phát thải nhà kính đang là mối quan tâm hàng đầu của toàn thế giới.
- Việt Nam có các nguồn tài nguyên năng lượng đa dạng.
- tiềm năng thuỷ điện đã được sử dụng nhưng do biến động của các lưu vực nên khả năng khai thác ngày càng ít đi so với tiềm năng tự nhiên.
- tiềm năng khai thác và sử dụng dầu khí phụ thuộc vào yếu tố thăm dò tìm kiếm, công nghệ khai thác, khả năng tiêu thụ khí và chính sách năng lượng vĩ mô.
- Mức độ tiêu thụ năng lượng tăng nhanh, sản phẩm than chủ yếu cho sản xuất điện và công nghiệp, sản phẩm dầu cho giao thông vận tải, sản phẩm khí cho dịch vụ và sinh hoạt.
- Đối với năng lượng điện, đến nay 100% tỉnh thành phố đã có lưới điện quốc gia.
- tuy nhiên hiệu suất của hệ thống năng lượng thấp, một số cơ sở công nghệ lạc hậu, hiệu suất các nhà máy nhiệt điện than khoảng 25%, nhiệt điện khí 34%, các lò hơi công nghiệp 6khoảng 60-70%, hệ thống truyền tải và phân phối điện thiếu cân xứng, tỷ trọng lưới phân phối thấp so với lưới truyền tải, tổn thất lớn.
- Các dạng năng lượng sơ cấp như củi gỗ, than gỗ, phụ phế phẩm nông nghiệp còn chiếm trên 50%.
- năng lượng mặt trời, gió, năng lượng các sông suối, năng lượng địa nhiệt,… chỉ mới được thử nghiệm.
- Cường độ năng lượng trong nông lâm ngư nghiệp Việt Nam là 0.125 cho thấy trình độ cơ giới hoá trong nông nghiệp còn thấp phải sử dụng năng lượng cơ bắp là chính.
- cường độ năng lượng trong công nghiệp Việt Nam cao hơn Thái Lan, Malaixia 2.5 lần chứng tỏ sử dụng năng lượng trong công nghiệp hiệu quả thấp, làm tăng giá thành sản phẩm.
- Với xu thế hội nhập khu vực hoá, toàn cầu hoá, hình thành nền kinh tế tri thức, Việt Nam phải bảo đảm cung cấp năng lượng an toàn, hợp lý nhất cho nền kinh tế và an ninh quốc phòng trên phạm vi cả nước.
- Đa dạng hoá các nguồn cung cấp năng lượng, sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả được coi như là một nguồn cung cấp năng lượng sạch quan trọng, nhất là hiện nay trình độ công nghệ sử dụng năng lượng còn thấp, tiềm năng cho tiết kiệm năng lượng khá lớn.
- Một trong những yêu cầu cấp thiết được đặt ra là ngành năng lượng phải luôn luôn phát triển trước một bước, cụ thể là.
- Xây dựng nề nếp quản lý sử dụng năng lượng đạt hiệu suất cao với suất tiêu thụ năng lượng thấp.
- Khai thác và sử dụng hiệu quả các công trình thuỷ điện.
- ứng dụng công nghệ sản xuất điện tiên tiến có hiệu suất cao và an toàn về môi trường.
- Tăng dần tỷ trọng nhiệt điện trong cơ cấu nguồn điện, ưu tiên nhiệt điện sử dụng khí.
- Phát triển các nguồn năng lượng tái tạo như dàn đun nước mặt trời, phong điện, công nghệ biogas, công nghệ sinh học nhằm thay thế bớt việc sử dụng than, sản phẩm dầu.
- Đổi mới công nghệ khai thác chế biến than, đảm bảo chất lượng số lượng cho nhu cầu sản xuất.
- Liên doanh, sử dụng công nghệ tiên tiến trong thăm dò khai thác và chế biến dầu khí.
- Nâng cấp, hiện đại hoá các nhà máy điện cũ, tăng cường sử dụng công nghệ chu trình kết hợp hơi-khí, công nghệ đồng phát nhiệt-điện, địa nhiệt,cải thiện chế độ làm việc của hệ thống điện.
- Đổi mới công nghệ lò hơi, lò đốt công nghiệp, lò tầng sôi có thể sử dụng cho các chủng loại than có hàm lượng chất bốc thấp, chất lượng xấu,… 1.2.
- Cung cÊp n¨ng l−îng nhiÖt cho c¸c hé tiªu thô nµy hîp lý nhÊt lµ sö dông phÇn n¨ng l−îng nhiÖt tận dụng (nhiệt thải) và năng lượng nhiệt độ thấp trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng.
- Do vậy, ngoài nhu cầu điện thì đặc thù của các ngành công nghiệp hoá chất, giấy, dệt, chế biến nông sản,… là còn yêu cầu rất lớn về nhiệt và đa dạng về thông số.
- Để có thể thoả mãn cả nhu cầu về điện năng và nhiệt năng của công nghiệp hoá chất, của địa phương thì người ta thường sử dụng chu trình kết hợp tua bin đối áp, tua bin ngưng hơi có trích hơi điều chỉnh đáp ứng được các yêu cầu.
- Đảm bảo đáp ứng được nhu cầu nhiệt sản xuất phân bón.
- Chủ động điện sản xuất không phụ thuộc vào lưới điện quốc gia.
- Có khả năng đáp ứng linh hoạt nhu cầu nhiệt theo sự thay đổi tải nhiệt của địa phương.
- Hiện nay, tại một số địa phương miền Bắc như Bắc Giang, Ninh Bình, Thái Bình, Hà Nam, nhu cầu nhiệt phục vụ cho các ngành chế biến nông sản, sản xuất phân đạm, phân lân thì nhu cầu về nhiệt không phải cứ giữ nguyên cả năm mà thay đổi theo mùa vụ thu hoạch.
- Mặt khác, nhu cầu nhiệt trong tình hình mới cũng thay đổi, vậy yêu cầu đặt ra là phải xây dựng được một sơ đồ cung cấp nhiệt và điện độc lập có hiệu suất cao, đồng thời cũng phải thoả mãn yêu cầu hơi đa dạng của các hộ tiêu thụ, các bộ phận xưởng công nghệ, đạt hiệu quả kinh tế cao nhất.
- 10Nguyên liệu để sản xuất phân đạm chủ yếu là khí thiên nhiên, dầu mỏ và than đá.
- Ở phía Nam có nhà máy Đạm Phú Mỹ sản xuất phân đạm từ khí thiên nhiên.
- Ở phía Bắc đã có một nhà máy Đạm Bắc Giang sản xuất phân đạm từ than cám.
- Để cân bằng thị trường phân bón 2 miền, Tập đoàn Hoá chất Việt Nam đã triển khai dự án xây dựng nhà máy Đạm Ninh Bình.
- Đáp ứng yêu cầu cấp nhiệt và cấp điện đồng thời đạt hiệu quả kinh tế cao nhất cho dây chuyền sản xuất phân đạm, phù hợp với điều kiện tải nhiệt hàng năm của địa phương.
- Sơ đồ cấp nhiệt, điện đồng phát trong dự án đang được thực hiện như sau: Hơi cao áp 9.8Mpa, 540oC từ lò CFB được đưa tới ống góp chung, một lượng hơi lớn cấp cho tua bin đối áp để phát điện 12MW, lượng hơi còn lại cấp sang công nghệ phân ly không khí.
- Hơi ra khỏi tua bin đối áp được đưa tới ống góp hơi trung áp 4.2MPa, 390oC sẽ cấp hơi cho 2 tua bin ngưng hơi phát điện 24MW và cấp hơi sang công nghệ phục vụ máy nén CO2, NH3, khí tổng hợp.
- Ống góp hơi dưới trung áp 1.2MPa, 260oC lấy hơi từ ống góp hơi trung áp qua bộ giảm ôn giảm áp và lấy hơi từ bên công nghệ sẽ cấp hơi cho bộ gia nhiệt nước cấp và cấp hơi xuống ống góp thấp áp hoặc cấp ngược sang bên công nghệ.
- Ống góp hơi thấp áp 0.5MPa, 160oC lấy hơi từ ống góp trung áp, từ ống góp dưới trung áp qua các bộ giảm ôn giảm áp và lấy hơi từ bên công nghệ sẽ cấp hơi cho khử khí và cấp ngược sang công nghệ.
- Tua bin ngưng hơi có trích hơi để gia nhiệt cho nước cấp từ khử khí và được bơm nước cấp cấp sang lò hơi.
- Đây là dây chuyền công nghệ đã được lựa chọn và đang trong quá trình triển khai lắp đặt tại dự án nhà máy sản xuất phân đạm Ninh Bình 560,000 tấn/năm.
- Một chu trình cấp nhiệt cấp điện đồng phát phù hợp cho công nghệ sản xuất đạm và nhu cầu về điện của địa phương.
- Ý nghĩa và tầm quan trọng của việc tận dụng nhiệt thải để đồng phát nhiệt điện.
- Theo báo cáo của điện lực Việt Nam, công suất đặt của toàn bộ các nhà máy phát điện chưa đáp ứng đủ nhu cầu tiêu thụ điện ở trong nước.
- Vì vậy ngành điện lực khuyến khích các nhà máy có khả năng tự phát điện tự dùng một phần hay toàn bộ lượng điện năng tiêu thụ.
- Trong các nhà máy nhiệt điện, nhà máy hoá chất,… một nguồn nhiệt lớn chứa trong khói thải và hơi bị tổn thất ra ngoài hoặc mất nhiệt cho nguồn nước làm mát.
- Nguồn nhiệt năng trong khói, trong hơi này có thể thu hồi tận dụng để gia nhiệt cho hơi, gia nhiệt cho nước cấp, để sấy, sưởi hoặc để sản xuất điện, bằng cách lắp đặt thêm các thiết bị thu hồi nhiệt và tua bin hơi.
- Nó đặc biệt đem lại hiệu quả rất lớn khi được ứng dụng trong các trung tâm đồng phát nhiệt điện bởi như thế sẽ tự túc được một phần điện năng cấp cho vận hành thiết bị mà còn tăng khả năng chủ động trong sản xuất của nhà máy.
- Đối với các nhà máy sản xuất hoá chất phân đạm, một lượng nhiệt thải lớn từ nguồn khói thải có nhiệt độ cao C) tại các lò đốt than, lò đốt khí được đưa qua tháp giải nhiệt để giảm nhiệt độ xuống và thải ra môi trường một lượng nhiệt vô ích rất lớn, gây lãng phí và làm ô nhiễm môi trường.
- Để tận dụng lượng nhiệt này, cần lắp đặt các thiết bị tận dụng nhiệt như các bộ gia nhiệt hơi và nước, bộ sấy không khí, lò hơi tận dụng nhiệt để đồng phát nhiệt điện.
- Việc tận dụng này có thể giảm đi nhu cầu nước làm mát ở tháp giải nhiệt, giảm được lượng điện năng chi phí cho bơm.
- Từ đó có thể sản xuất hơi bão hoà, nước nóng cung cấp cho hộ tiêu thụ, cụm dân cư và khu công nghiệp.
- có thể sản xuất hơi quá nhiệt để chạy một tua bin nhỏ cung cấp điện tự dùng cho nhà máy hoặc có thể phát lên lưới điện quốc gia giảm tải cho các nhà máy điện.
- Như vậy là làm tăng hiệu suất của trung tâm đồng phát nhiệt điện và làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt