Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt điện than

Giới thiệu về nhà máy nhiệt điện đốt than

11:12 31/12/2015

Năm 1882, Thomas Edison xây dựng tại New York nhà máy nhiệt điện đầu tiên trên thế giới. Nhà máy điện đơn giản này sử dụng động cơ hơi nước do James Watt phát minh để dẫn động máy phát điện một chiều phục vụ cho mục đích chiếu sáng.

Năm 1883, Gustav de Laval [Thụy Điển] lần đầu tiên đưa tuốc bin hơi nước vào thử nghiệm và đã nhanh chóng phát triển thay thế máy hơi nước, tạo ra cuộc cách mạng trong ngành công nghiệp nhiệt điện.

Từ thế hệ nhà máy nhiệt điện đầu tiên có công suất vài ba chục kW. Ngày nay các nhà máy nhiệt điện đốt than có  công suất hàng trăm đến hàng nghìn MW, chiếm tỉ lệ khoảng 40% tổng sản lượng điện năng của thế giới. Ở Việt Nam, tỉ lệ nhiệt điện đốt than trong tổng sản lượng điện năng còn nhỏ bé, trong nhiều năm gần đây chỉ dao động trong phạm vi 10-20%. Nhiều chuyên gia cho rằng tỉ lệ nhiệt điện đốt than ở Việt Nam trong tương lai không nên dưới 25% và cần phải cao hơn nữa.

Bài báo này giới thiệu với quý đọc giả về cấu hình và nguyên lý vận hành của một nhà máy nhiệt điện đốt than thế hệ mới tương tự như Nhà máy nhiệt điện Vũng Áng, một biểu tượng của ngành công nghiệp tỉnh nhà và các vấn đề khác được mọi người quan tâm như: vấn đề bảo vệ môi trường; tương lai của nhiệt điện than trong cơ cấu sản xuất điện năng ở Việt Nam.

Một nhà máy nhiệt điện than gồm có hai cụm thiết bị chính là cụm lò hơi để sản xuất ra hơi nước và cụm tuốc bin-máy phát để biến đổi nhiệt năng của dòng hơi thành điện năng. Ngoài ra còn có thêm lò hơi phụ trợ phục vụ cho khởi động nhà máy; hệ thống nước làm mát; hệ thống chuẩn bị nhiên liệu [Kho than, băng chuyền, máy nghiền than]; hệ thống sản xuất khí nén; hệ thống thu hồi tro bay, gom xỉ đáy lò, lọc bụi và xử lí khói thải…

Lò hơi đốt than phun là công nghệ đã rất phát triển và đang là nguồn sản xuất điện năng chủ yếu trên thế giới.Than cục đã qua nghiền thô từ phểu than được máy cấp đến máy nghiền than, ở đây than được sấy nóng và nghiền mịn thành bột có đường kính trung bình từ 40μm đến 90μm. Bột than hỗn hợp với không khí nóng [gió cấp một] phun vào buồng lửa và bốc cháy trong môi trường nhiệt độ cao. Không khí cấp vào lò ngoài gió cấp một còn có thêm gió cấp hai và có thể có thêm gió cấp ba. Nhiệt của quá trình cháy bột than truyền cho các ống sinh hơi đặt xung quanh buồng đốt để hóa hơi dòng nước bên trong ống. Hỗn hợp hơi và nước ra khỏi ống sinh hơi đi vào bao hơi, trong bao hơi có đặt các thiết bị phân ly hơi nhằm đảm bảo tách tối đa các hạt lỏng bị dòng hơi cuốn theo. Hơi bảo hòa tiếp tục đi qua bộ quá nhiệt để nâng nhiệt độ đến giá trị mong muốn trước khi đi vào tuốc bin. Hơi có áp suất và nhiệt độ cao theo ống dẫn hơi đi vào thân cao áp của tuốc bin, hơi ra khỏi thân cao áp thường được đưa trở về lò hơi để tái sấy đến nhiệt độ hơi mới rồi đi vào thân trung áp, hơi ra khỏi thân trung áp có thể được đưa trở lại lò hơi để tái sấy thêm một lần nữa hoặc đi trực tiếp vào thân hạ áp. Việc tái sấy hơi [hồi nhiệt trung gian] một lần hay hai lần nhằm mục đích nâng cao hiệu suất nhiệt cho tuốc bin.

Người ta gọi thông số hơi là cặp thông số trạng thái áp suất và nhiệt độ của hơi. Ví dụ, ở Nhà máy nhiệt điện Vũng Áng, thông số hơi mới là 175 át-mốt-phe và 541 o C [cặp thông số kết đôi]. Hiệu suất điện của nhà máy tăng theo thông số hơi vào tuốc bin nhưng cũng chỉ mới đạt đến khoảng 46- 47% với công nghệ cực siêu tới hạn [áp suất

hơi > 270 át-mốt-phe, nhiệt độ trên 600 o C]. Hiệu suất dự kiến sẽ đạt từ 50% đến 53% vào năm 2020 và 55% vào năm 2050.

Thiết bị tuốc bin có nhiệm vụ biến nhiệt năng của dòng hơi thành cơ năng trên trục rô-to để dẫn động máy phát điện. Máy phát điện biến cơ năng thành điện năng và được hòa lên lưới điện quốc gia qua máy biến thế. Hơi thoát từ thân hạ áp của tuốc bin đi vào bình ngưng nhả nhiệt cho nước làm mát, ngưng tụ thành nước và được bơm trở lại lò hơi theo một chu trình khép kín. Nước làm mát ở đây có thể là nước biển, nước sông, hay nước hồ. Đối với nhà máy nhiệt điện than để sản xuất ra 1 kWh điện năng cần 142 lít nước làm mát.

Khói đi ra khỏi buồng đốt có nhiệt độ cao nên người ta thiết kế các bộ hâm nước, bộ sấy không khí trên đường khói để tận dụng nguồn nhiệt này nhằm nâng cao hiệu suất lò hơi. Tro bay, bụi được tách ra khỏi dòng khói bằng bộ lọc bụi tĩnh điện trước khi thải ra ngoài môi trường.

Xỉ đáy lò và tro bay từ bộ hâm nước, bộ sấy không khí, bộ lọc bụi … được đưa về hệ thống thu gom để tái sử dụng rất hiệu quả trong lĩnh vực xây dựng như sản xuất gạch không nung, làm chất phụ gia cho bê tông, v.v..

Hiện nay, ô nhiễm môi trường là vấn đề thời sự nóng bỏng của cả thế giới chứ không phải riêng một quốc gia nào. Theo số liệu thống kê năm 2008 của IEA cho biết, khoảng 41% lượng CO 2 phát thải ra môi trường là từ các nhà máy nhiệt điện, ông trùm phát thải khí nhà kính là Trung Quốc, sau đó là Mỹ, Nga. Công nghệ trong tương lai phải đáp ứng yêu cầu cơ bản là hiệu suất cao, thân thiện với môi trường và có chi phí đầu tư hợp lý. Hiệu suất cao một mặt làm giảm tiêu hao nhiên liệu, mặt khác làm giảm lượng phát thải các chất ô nhiễm ra môi trường. Nhà máy nhiệt điện Vũng Áng là thế hệ các nhà máy nhiệt điện đốt than phun có công suất tổ máy lớn nhất Việt Nam hiện nay [600MW], tuy nhiên đây không phải là thế hệ có công suất tổ máy cũng như hiệu suất cao nhất hiện có trên thế giới.

Vấn đề môi trường đang đòi hỏi các nhà máy điện đốt than phải áp dụng các công nghệ sạch, thân thiện với môi trường. Hiện nay công nghệ siêu tới hạn là một kỳ vọng để giảm tiêu hao nhiên liệu và các chất độc hại như NO X , SO 2 [các chất khí gây mưa axít], bụi và thu giữ CO 2 [bị cho là thủ phạm gây ra hiệu ứng nhà kính] phát thải ra môi trường.

Ngày nay, bên cạnh các nhà máy điện than thường có các nhà máy tái chế tro xỉ thành vật liệu hữu ích như: chất phụ gia xây dựng, gạch bê tông khí chưng áp, bê tông đầm lăn…Đây là loại vật liệu nhẹ, chất lượng đồng đều, giá thành rẻ. Các nhà máy tái chế tro xỉ không chỉ tiết kiệm tài nguyên, bảo vệ môi trường sinh thái mà còn tạo ra việc làm cho nhân công địa phương.

Nhiệt điện đốt than trong tương lai

Việt Nam là một nước công nghiệp đang phát triển, nhu cầu tiêu thụ điện năng ngày càng tăng. EVN dự báo, trong 5 năm tới nhu cầu tiêu thụ điện năng tăng khoảng 15% hàng năm, tỉ lệ với tốc độ tăng trưởng GDP. Theo kịch bản của Bộ Công thương, nhu cầu điện sản xuất ở Việt Nam theo phương án cơ sở là 294 tỉ kWh vào năm 2020 và 526 tỉ kWh vào năm 2030.

Để đáp ứng nhu cầu điện năng cho phát triển đất nước, bên cạnh xây dựng thêm các nhà máy thủy điện, nhiệt điện khí, phong điện, điện hạt nhân, v.v., thì nhiệt điện than đang được quan tâm hàng đầu. Vì ưu thế cơ bản của nhiệt điện than là giá than ổn định và có thể cạnh tranh với các nguồn nhiên liệu khác, vốn đầu tư ban đầu ít, thời gian xây dựng nhanh, vận hành ổn định. Ở Việt Nam, than lại có trữ lượng khá lớn với hai loại chủ yếu là than antraxit Quảng Ninh và than nâu vùng đồng bằng Bắc Bộ là một lợi thế cho việc phát triển các nhà máy nhiệt điện đốt than.

Theo tổng công suất các nhà máy điện khoảng 75.000MW. Trong đó: thủy điện chiếm 23,1%; thủy điện tích năng 2,4%; nhiệt điện than 48%; nhiệt điện khí 16,5%; nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo 5,6%; điện hạt nhân 1,3% và nhập khẩu điện 3,1%. Năm 2030, tổng công suất các nhà máy điện khoảng 146.800 MW, trong đó thủy điện chiếm 11,8%. Thủy điện tích năng chiếm 3,9%, nhiệt điện than 51,6%, nhiệt điện khí 11,8%, điện sử dụng năng lượng tái tạo 9,4%, điện hạt nhân và nhập khẩu 4,8%. Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2011 - 2020 có xét đến năm 2030 thì năm 2020

Do đó, trong tương lai nhà máy nhiệt điện đốt than  sẽ đóng vai trò chủ đạo trong cơ cấu sản xuất điện năng của Việt Nam.

[1]. Alexander S. Leyzerovich: Steam turbines for modern fossil-fuel power plants- Published by The Fairmont Press, 2008.

[2]. Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020, có xét đến năm 2030 [Quy hoạch điện VII] được Chính phủ quyết phê duyệt tại Quyết định 1208/QĐ-TTg ngày 21/7/2011.

[3].Website: www.pv-power.vn ; www.wss.com.vn .

Nguyễn Trọng Hà - Nhà máy lọc dầu Dung Quất