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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------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. ĐINH NGUYÊN BÍNH

Hà Nội – Năm 2010


LỜI CAM ĐOAN
Bản luận văn này do tôi nghiên cứu và thực hiện dưới sự hướng dẫn của
thày giáo: PGS.TS. Đinh Nguyên Bính.
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. Tôi xin cam đoan không sao chép các công trình hoặc
thiết kế tốt nghiệp của người khác.
Nếu sai, tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định.

Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2010
NGƯỜI VIẾT

Hoàng Quốc Thịnh


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CFB
B5101
ST5501
ST5601/5701
TTNĐ
NMNĐ
CA
HA
HTT
G5501/5601/5701
E5503/5603/57033
K5101
K5102
U5004
K5103A/B
K5104
BC5001
V5001
V5002
Z5101A/B
V5101
V5008
Z5102A/B/C
DC5X01
V5006
E5102A/B

Z5103
V5005A/B
L
H
M
Bnn
Bc
GoA
J5001/5004
LH
Bd
TB

Lò hơi tầng sôi tuần hoàn
Lò CFB
Tuabin đối áp
Tuabin ngưng hơi có trích hơi
Trung tâm nhiệt điện
Nhà máy nhiệt điện
Phần cao áp tuabin
Phần hạ áp tuabin
Hộ tiêu thụ
Máy phát
Gia nhiệt nước ngưng
Quạt gió cấp I
Quạt gió cấp II
Máy nghiền đá vôi
Quạt cao áp
Quạt khói
Băng tải than

Bình xả liên tục
Bình xả định kỳ
Cần gạt than
Bunke than
Bunke đá vôi
Máy cấp than
Bộ khử bụi
Bunke tro
Bộ làm mát xỉ
Băng tải xỉ
Bunke xỉ
Nhiệt độ thấp (low)
Nhiệt độ cao (high)
Nhiệt độ trung bình (medium)
Bình ngưng
Bơm nước cấp
Giảm ôn giảm áp
Bộ giảm ôn giảm áp
Lò hơi
Bơm đọng
Tuabin


G
K5501A/B
N5001
V5603/5703
P5605/5705A/B
P5604/5704A/B
E5001A/B

Z5004A/B
P5001A/B/C/D
P5002A/B/C
P5003A/B
P5004A/B
E5602/5702
U5001
U5002
V5003
V5004
J5602/5702A/B
V5602/5702
HS
MS
SMS
LS
TH
KCN
PLKK
TBĐA
TBNH
MNTH
NC
MN

Máy phát
Quạt rút hơi chèn
Tiêu âm
Bình xả
Bơm ngưng

Bơm phun
Gia nhiệt cao áp
Bình khử khí
Bơm nước cấp cao áp
Bơm nước cấp trung áp
Bơm nước cấp thấp áp
Bơm đọng
Bình ngưng
Hệ định lượng NH3
Hệ định lượng Hydrazin
Bể đọng
Bình xả
Êjecto rút khí
Bể nước ejecto
Hơi cao áp
Hơi trung áp
Hơi dưới trung áp
Hơi thấp áp
Trường hợp
Khu công nghiệp
Phân ly không khí
Tuabin đối áp
Tuabin ngưng hơi
Mây nén khí tổng hợp
Nước cấp
Máy nén


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ..................................................................................................... 3

Chương 1: TỔNG QUAN.................................................................................. 5
1.1.Vấn đề thiếu hụt năng lượng, tiết kiệm và nâng cao hiệu quả năng
lượng, bảo vệ môi trường. .................................................................................. 5
1.2. Yêu cầu về nhiệt năng và điện năng trong ngành phân bón hoá chất. ... 7
1.3. Chu trình đồng phát nhiệt điện cho công nghệ sản xuất phân đạm Ninh
Bình....................................................................................................................... 9
1.4. Ý nghĩa và tầm quan trọng của việc tận dụng nhiệt thải để đồng phát
nhiệt điện............................................................................................................ 12
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 ........................................... 14
2.1. Nhu cầu hơi của nhà máy sản xuất phân đạm Ninh Bình ..................... 14
2.2. Lựa chọn số lượng lò cấp hơi .................................................................... 17
2.3. Nhiệt thải và phương án lựa chọn lò hơi tận dụng nhiệt cho trung tâm
đồng phát Ninh Bình......................................................................................... 18
2.3.1. Nhiệt thải và vấn đề thu hồi nhiệt thải............................................. 18
2.3.2. Thu hồi nhiệt thải lò hơi ................................................................... 23
2.3.3. Các kiểu lò hơi tận dụng nhiệt ......................................................... 25
2.4. Đánh giá hiệu quả năng lượng, tận dụng nhiệt thải của lò tầng sôi tuần
hoàn CFB trong trung tâm nhiệt điện Ninh Bình.......................................... 30
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.................................... 34
3.1. Khái niệm chung về hiệu quả sử dụng năng lượng theo các sơ đồ truyền
thống ................................................................................................................... 34
3.1.1.Thiết bị sản xuất nhiệt và điện riêng rẽ ............................................ 36
3.1.2.Thiết bị sản xuất nhiệt điện đồng thời sử dụng tua bin ngưng hơi có
trích hơi điều chỉnh. .................................................................................... 37
3.1.3.Thiết bị sản xuất điện và nhiệt đồng thời sử dụng tua bin đối áp ... 38
3.2. 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................................................... 42

1


3.3. Đánh giá hiệu quả tiết kiệm năng lượng khi sử dụng tua bin ngưng hơi
có trích hơi điều chỉnh. ..................................................................................... 47
3.4. Vấn đề tiết kiệm năng lượng trong phối hợp sản xuất nhiệt điện đồng
thời. ..................................................................................................................... 49
3.5. Đánh giá kết cấu thiết bị, sơ đồ nhiệt trung tâm đồng phát nhiệt điện
Ninh Bình về hiệu quả sử dụng năng lượng. .................................................. 51
Chương 4: MÔ TẢ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ NHIỆT ĐIỆN ĐỒNG
PHÁT DỰ ÁN ĐẠM NINH BÌNH. ................................................................. 59
4.1. Mô tả chung ................................................................................................ 59
4.1.1.Cơ sở thiết kế ...................................................................................... 59
4.1.2.Thông số đảm bảo của các thiết bị chính.......................................... 59
4.2.Mô tả quá trình............................................................................................ 61
4.2.1.Đặc tính nhiên liệu.................................................................................... 61
4.2.2. Tiêu thụ nhiên liệu ............................................................................ 64
4.2.3.Mô tả quá trình................................................................................... 65
Chương 5: HỆ THỐNG CUNG CẤP VÀ PHÂN PHỐI PHỤ TẢI HƠI
TOÀN NHÀ MÁY ĐẠM NINH BÌNH ........................................................... 75
5.1. Cung cấp hơi khi bắt đầu quá trình chạy bình thường (TH1) .............. 75
5.2. Cung cấp hơi khi kết thúc quá trình chạy bình thường (TH2) ............. 76
5.3. Cung cấp hơi trong quá trình chạy ban đầu, xưởng Urê ngừng (TH3) 77
5.4. Cung cấp hơi khi kết thúc quá trình chạy, xưởng Urê ngừng (TH4) ... 78
5.5. Cung cấp hơi khi 2 lò CFB vận hành, bắt đầu quá trình chạy (TH5) .. 79
5.6. Cung cấp hơi khi khởi động xưởng khí hoá (TH6)................................. 81
Chương 6: BẢNG TÍNH TOÁN KINH TẾ VÀ BẢNG THÔNG SỐ KỸ
THUẬT LÒ HƠI CFB VÀ TUA BIN.............................................................. 89

6.1. Bảng thông số kỹ thuật của lò hơi CFB ................................................... 92
6.2. Bảng thông số kỹ thuật của tua bin .......................................................... 99
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT MỞ RỘNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU.............. 101
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 103
PHỤ LỤC

2


LỜI 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.
Theo mục tiêu phát triển đến năm 2020, Việt Nam sẽ là nước công nghiệp
trung bình trên thế giới. 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

3


đáng 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; chủ động trong sản
xuất, giảm bớt sự căng thẳng của tình trạng thiếu điện vào các giờ cao điểm của
các ngày nắng nóng. Giảm chi phí tiền điện hàng năm, góp phần cạnh tranh giá
thành sản phẩm trên thị trường, giảm thiểu tác động xấu tới môi trường.

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.
4


Chương 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; trữ lượng khí thiên
nhiên khai thác trong khoảng 50 năm; trữ lượng than có thể duy trì 200 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; trữ lượng than mà chủ yếu là than
antraxit trên 89% tập trung ở Quảng Ninh, với tốc độ khai thác hiện nay thì chỉ
duy trì được trong vòng 20-30 năm nữa; 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
5


khoảng 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.
Kiểm soát và giảm ô nhiễm môi trường trong các hoạt động năng lượng, đảm
bảo tính ổn định bền vững trong phát triển kinh tế xã hội bảo vệ môi trường sinh
thái. Đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế cao và ổn định đòi hỏi các ngành công
nghiệp và dịch vụ phải không ngừng phát triển. 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.
6


- u t nghiờn cu, nm bt cụng ngh, chun b xõy dng in nguyờn
t giai on sau nm 2015.
- Phỏt trin cỏc ngun nng lng tỏi to nh dn un nc mt tri,
phong in, cụng ngh biogas, cụng ngh sinh hc nhm thay th bt vic s
dng than, sn phm du.
- i mi cụng ngh khai thỏc ch bin than, m bo cht lng s
lng cho nhu cu sn xut.
- Liờn doanh, s dng cụng ngh tiờn tin trong thm dũ khai thỏc v ch
bin du khớ.
- Nõng cp, hin i hoỏ cỏc nh mỏy in c, tng cng s dng cụng
ngh chu trỡnh kt hp hi-khớ, cụng ngh ng phỏt nhit-in, a nhit,ci
thin ch lm vic ca h thng in.
- i mi cụng ngh lũ hi, lũ t cụng nghip, lũ tng sụi cú th s dng
cho cỏc chng loi than cú hm lng cht bc thp, cht lng xu,
1.2. Yờu cu v nhit nng v in nng trong ngnh phõn bún hoỏ cht.
Hiện nay, các nhà máy điện có thể đợc xây dựng để đảm bảo yêu cầu của
các hộ dùng điện hoặc vừa đảm bảo nhu cầu điện vừa đảm bảo nhu cầu về nhiệt
của các hộ tiêu thụ nh ở các khu dân c thuộc các nớc xứ lạnh hoặc các khu
công nghiệp lớn nh khu công nghiệp giấy Bãi Bằng, Việt Trì . . v.v.
* Phụ tải điện

- Phụ tải công nghiệp: điện cung cấp cho các nhà máy, các khu công nghiệp;
- Phụ tải nông nghiệp: điện cung cấp cho các hệ thống trạm bơm;
- Phụ tải Giao thông: điện cung cấp cho các thiết bị giao thông vận tải nh tàu
điện; ôtô điện; tàu điện ngầm; tàu hỏa. . .
7


- Phụ tải sinh hoạt: điện cung cấp trực tiếp cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày của
con ngời nh thắp sáng, đun nấu, vui chơi giải trí.
* Phụ tải nhiệt
Trong các khu công nghiệp và các thành phố lớn, nhu cầu nhiệt cho các
quá trình công nghệ nh đun sôi, chng cất, sấy, của các nhà máy (nh hóa chất;
chế biến thực phẩm; thuốc lá; rợu; bia . . .v. v); v sinh, git, ra, tm nc ta
hoặc sởi ấm ở các nớc xứ lạnh là rất lớn.
Cung cấp năng lợng nhiệt cho các hộ tiêu thụ này hợp lý nhất là sử dụng
phần năng lợng nhiệt tn dng (nhit thi) v nng lng nhit thp trong
quá trình sản xuất điện năng.
Nhà máy vừa cung cấp nhiệt, vừa cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ gọi là
trung tâm nhiệt điện. Nhiệt lợng cung cấp từ trung tâm nhiệt điện có thể là hơi
hoặc nớc nóng. Theo yêu cầu của các hộ dùng nhiệt, có thể phân thành các loại
hộ dùng nhiệt nh sau:
- Phụ tải công nghiệp: Nhiệt năng cung cấp cho các quá trình công nghệ trong
các nhà máy, thờng là hơi có áp suất từ 3,5at đến 16 at (0,35 đến 1,6 Mpa) hoc
ln hn na với độ quá nhiệt từ 25 đến 500C nhằm đảm bảo cho hơi cha bị
ngng tụ thành nớc trớc khi đến hộ tiêu thụ .
- Phụ tải sinh hoạt: Nhiệt năng cung cấp cho các quá trình sấy sởi trong khu
dân c, thờng là nớc nóng có nhiệt độ từ 55 đến 1500C hoặc hơi có áp suất từ
1,5at đến 3 at (0,15 đến 0,3 Mpa).
- Phụ tải điện và phụ tải nhiệt thay đổi theo giờ trong ngày, theo tháng và theo
mùa phụ thuộc vào chế độ làm việc của các nhà máy và sinh hoạt ở các khu dân

c. Sự phụ thuộc của phụ tải vào thời gian đợc biểu thị trên đồ thị gọi là đồ thị
phụ tải. Trên đồ thị phụ tải, phần phía dới gọi là phụ tải gốc, có giá trị ổn định,
còn phần đỉnh gọi là phụ tải ngọn, có giá trị thay đổi liên tục.

8


Các nhà máy điện lớn, hiện đại, có hiệu suất cao đợc gọi là nhà máy điện
chính, thờng mang phụ tải gốc, chạy thờng xuyên, số giờ sử dụng thiết bị hàng
năm cao. Các nhà máy điện nhỏ, cũ, có hiệu suất thấp hoặc là nhà máy điện tuốc
bin khí, nhà máy thủy điện trong thời kỳ cạn nớc đợc gọi là nhà máy điện cao
điểm, thờng mang phụ tải ngọn (phụ tải thay đổi thờng xuyên).
Vi mc tiờu a Vit Nam thnh mt nc cụng nghip vo nm 2010, ó
cú rt nhiu khu cụng nghip c xõy dng vi quy mụ tp trung cao. Do vy,
ngoi nhu cu in thỡ c thự ca cỏc ngnh cụng nghip hoỏ cht, giy, dt,
ch bin nụng sn, l cũn yờu cu rt ln v nhit v a dng v thụng s.
cú th tho món c nhu cu v in nng v nhit nng ca cụng nghip hoỏ
cht, ca a phng thỡ ngi ta thng s dng chu trỡnh kt hp tua bin i
ỏp, tua bin ngng hi cú trớch hi iu chnh ỏp ng c cỏc yờu cu:
- m bo ỏp ng c nhu cu nhit sn xut phõn bún.
- Ch ng in sn xut khụng ph thuc vo li in quc gia.
- Cú kh nng ỏp ng linh hot nhu cu nhit theo s thay i ti nhit ca
a phng.
1.3. Chu trỡnh ng phỏt nhit in cho cụng ngh sn xut phõn m Ninh
Bỡnh.
Hin nay, ti mt s a phng min Bc nh Bc Giang, Ninh Bỡnh,
Thỏi Bỡnh, H Nam, nhu cu nhit phc v cho cỏc ngnh ch bin nụng sn,
sn xut phõn m, phõn lõn thỡ nhu cu v nhit khụng phi c gi nguyờn c
nm m thay i theo mựa v thu hoch. Mt khỏc, nhu cu nhit trong tỡnh
hỡnh mi cng thay i, vy yờu cu t ra l phi xõy dng c mt s

cung cp nhit v in c lp cú hiu sut cao, ng thi cng phi tho món
yờu cu hi a dng ca cỏc h tiờu th, cỏc b phn xng cụng ngh, t hiu
qu kinh t cao nht.

9


Nguyên 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. Hơi ra khỏi tua bin ngưng
hơi sẽ được đưa xuống bình ngưng, nước ngưng được bơm ngưng cấp lên khử
khí. 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.

10


CONG NGHE

9.8MPa, 540 oc

tb ÐOI AP
bao hoi
GO.GA

4.2MPa, 390 oc

ong gop

tb N.HOI

bo qua
nhiet

dan ong
sinh hoi

CONG
NGHE

GO.GA

XYCLON
THAN

1.2MPa, 260 oc

CONG
NGHE

bo ham nuoc
0.5MPa, 160 oc

XI

BINH
NGUNG
ong
nuoc
xuong

g.nhiet
nuoc
ngung

bo say
kk
LO HOI
CFB

BINH KK

GNC

BOM NUOC CAP

ong khoi
hop gio

11


1.4. 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 (250 ÷ 3500C) 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.

12


Tóm lại:

Trên cơ sở nhận xét thực trạng năng lượng, vấn đề tiết kiệm và

nâng cao hiệu quả năng lượng ở nước ta hiện nay, mục đích của việc xây
dựng trung tâm đồng phát nhiệt điện trong các nhà máy sản xuất phân đạm,
thì nhiệm vụ và hướng nghiên cứu chính của đề tài này là đánh giá, so sánh,
phân tích kết cấu và sơ đồ nhiệt trung tâm đồng phát nhiệt điện cho Dự án
nhà máy Đạm Ninh Bình; ưu nhược điểm của sơ đồ kết cấu trong việc phát
điện và cấp nhiệt đồng thời, việc tận dụng nhiệt thải và các biện pháp nâng
cao hiệu quả sử dụng thiết bị, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường
trong trung tâm nhiệt điện nhà máy Đạm Ninh Bình.
Đề tài được thực hiện ở những giả thiết mà thực tế đã có, tất cả các tiêu chí về
kỹ thuật, kinh tế xã hội đặc trưng của Trung tâm nhiệt điện phải thoả mãn
trong quá trình xây dựng (trung tâm nhiệt điện đồng phát dự án đạm Ninh
Bình được xây dựng tại KCN Khánh Phú cách trung tâm TP.Ninh Bình 5km,
thuận lợi cả về đường sông, đường bộ và đường sắt trong vận chuyển nguyên

vật liệu, có sẵn nguồn đá vôi, có hệ thống điện lưới quốc gia cấp phát dễ
dàng, có nguồn nhân lực dồi dào. Dự án đảm bảo cung cấp đủ sản phẩm cho
địa phương và khu vực miền Bắc, sản lượng điện tự dùng và bán lên lưới
điện quốc gia, bảo đảm điều kiện môi trường, được lãnh đạo địa phương và
tỉnh Ninh Bình ủng hộ tạo điều kiện,…)
Bản thân tác giả đang trực tiếp tham gia quản lý dự án nên có những khó
khăn nhất định về thời gian thực hiện đề tài. Do nhà máy chưa vận hành nên
số liệu tính toán về vận hành kinh tế còn hạn chế, chưa đánh giá hết được
năng lực cũng như hiệu quả của toàn chu trình nhà máy. Tác giả mới chỉ tập
trung vào đánh giá, phân tích kết cấu bộ phận của trung tâm nhiệt điện đồng
phát trong nhà máy đạm Ninh Bình về mặt hiệu quả năng lượng. Đề tài có
tính khả thi rất cao nếu được mở rộng nghiên cứu ra phạm vi toàn nhà máy
đạm Ninh Bình về vấn đề nâng cao hiệu quả năng lượng, tận dụng khí thải,
bảo vệ môi trường (đặc biệt trong trường hợp nhà máy đã đi vào hoạt động).
13


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
2.1. Nhu cầu hơi của nhà máy sản xuất phân đạm Ninh Bình
Phân đạm là sản phẩm đòi hỏi nhiều nguồn năng lượng cao, nguyên liệu
để sản xuất phân đạm là than cám. 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.
2C + O2 - 2CO
2CO + O2 - 2CO2
C + H2O - CO2 + H2

Cang

than

Chuân bi
than

Nhiêt
diên

Nuoc

Phân
ly KK

H2
19%

Khí
hoá

Chuyên hoa CO
Thu hôi S

H2O
16%

CO
54%

N2 6.2%
CO2 2.8%

11% ( H2S, Ar, HCN, HF,....)

CO + H2O - H2 + CO2
H2S + O2 - SO2 + H2O
H2S + SO2 - S + H2O

Rua Mêtanol
Rua N2
Tách CO2, H2S
Khu CO vi luong
Tông
hop
NH3
N2 + H2 - NH3
Urê
2NH3 + CO2 - (NH2)2CO + H2O
NH4COONH2 - (NH2)2CO + H2O

Dây chuyền công nghệ sản xuất Đạm Ninh Bình

Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất phân đạm Ninh Bình cho ta thấy,
sản lượng phân đạm hàng năm là 560.000t/năm đòi hỏi tổng sản lượng hơi cần
14


sử dụng là rất lớn. Một lượng hơi cao áp để quay tua bin phát điện cấp điện cho
các thiết bị toàn nhà máy, một lượng hơi trung áp để quay các máy nén CO2,
máy nén khí tổng hợp NH3, máy nén phân ly không khí, lượng hơi hạ áp còn lại
dùng gia nhiệt, hấp thụ và chuyển hoá các sản phẩm sản xuất đạm. Bảng tiêu

hao hơi cho sản xuất và tiêu thụ sẽ chỉ rõ:
TT

Nội dung

Hơi sản xuất (t/h)

Hơi tiêu thụ (t/h)

Bình

Lớn

Bình

Lớn

thường

nhất

thường

nhất

I – Hơi cao áp 9,8Mpa; 5400C
1

Lò hơi

390

2

Tua bin máy phát điện

90

90

3

Tua bin máy nén không khí

295

295

4

Tổn thất trên đường ống

5

5

5

Tổng

390

390

390

390

390

II – Hơi trung áp 4,2Mpa; 3900C
1

Tua bin sau máy phát điện

90

90

2

Tua bin sau máy nén không khí

160

160

3

Tua bin máy phát điện

146

146

4

Tua bin máy nén NH3

22

22

5

Tua bin máy nén CO2

39

39

15


6

Tua bin máy nén khí tổng hợp

48

48

7

Urê

40

40

8

Khí hoá

13

13

9

Tổng hợp NH3

41

41

10

Rectisol

4

4

11

Tổn thất

5

5

12

Tổng

304

304

304

304

III – Hơi thấp áp 0,5 Mpa; 1600C
1

Chuyển hoá CO

38

38

2

Hơi sau tua bin máy phát điện

60

60

3

Khử khí

13

13

4

Cho công nghệ

45

45

5

Tổn thất

5

5

6

Gia nhiệt nước cấp lò hơi

35

35

7

Tổng

98

98

98

98

Như vậy, lượng hơi cần cung cấp cho toàn nhà máy là khoảng 390t/h với 3
cấp hơi chính là hơi cao áp, hơi trung áp và hơi hạ áp. Sử dụng hơi cao áp và hơi
trung áp với cùng công suất và mục đích sản xuất cho thấy việc sử dụng hơi cao
áp sẽ tạo ra một năng lượng lớn hơn so với việc sử dụng hơi trung áp, do đó làm
giảm giá thành sản phẩm, tăng hiệu quả kinh tế của nhà máy. Vấn đề đặt ra ở

đây là lựa chọn loại lò cấp hơi nào, số lượng là bao nhiêu để có thể đáp ứng
16


được lượng hơi yêu cầu của nhà máy đạm Ninh Bình, giảm chi phí đầu tư, tiết
kiệm và nâng cao hiệu quả năng lượng, hiệu quả sử dụng thiết bị, giảm ô nhiễm
môi trường.
2.2. Lựa chọn số lượng lò cấp hơi
Với yêu cầu về tổng lượng hơi để cấp nhiệt, phát điện, tiết kiệm chi phí
đầu tư mà vẫn đảm bảo chất lượng, hiệu quả sử dụng năng lượng, ta đưa ra 2
phương án lựa chọn như sau:
Lựa chọn 1

Lựa chọn 2

3×130

2×220

Áp suất làm việc (MPa)

9.8

9.8

Nhiệt độ làm việc (°C)

540

540

390

440

365.6

365.6

4080

6260

5850

6600

Số lượng × công suất (T/h)

Lượng hơi cung cấp của lò hơi
(T/h)
Tổng nhu cầu hơi của nhà máy
(T/h)
Vốn đầu tư cho thiết bị chính
104 RMB
Điện tiêu thụ của quạt gió và
quạt khói (kW)
Tiết kiệm điện hàng năm
(×104kW.h)
Vận hành tbị và bảo dưỡng

600
Linh hoạt

Linh hoạt

17


Lựa chọn 1 cho thấy hiệu quả kinh tế cao hơn rất nhiều so với lựa chọn 2.
Trên các căn cứ cơ sở đó, dự án nhà máy đạm Ninh Bình đã đi đến quyết định
lựa chọn 4 lò hơi cao áp công suất 130t/h, 9.8MPa, 5400C đáp ứng nhu cầu về
hơi cho toàn nhà máy. Trong sản xuất bình thường sẽ có 3 lò hơi vận hành và 1
lò hơi dự phòng.
2.3. Nhiệt thải và phương án lựa chọn lò hơi tận dụng nhiệt cho trung tâm
đồng phát Ninh Bình
2.3.1. Nhiệt thải và vấn đề thu hồi nhiệt thải
Nhiệt thải là nhiệt phát sinh trong quá trình đốt cháy nhiên liệu hoặc phản
ứng hoá học và được thải ra ngoài môi trường, chúng không được tái sử dụng
một cách hữu ích cho các mục đích kinh tế. Tại các nhà máy hoá chất, sản xuất
phân đạm, hoạt động của các lò hơi, lò nung và lò khí hoá than thường phát sinh
ra một lượng lớn khí thải rất nóng. Nếu một phần nhiệt thải này được thu hồi thì
chúng ta có thể tiết kiệm được một lượng nhiên liệu đáng kể. Chúng ta không
thể thu hồi được toàn bộ nhưng có thể thu hồi được phần lớn năng lượng trong
khí thải. Khi thu hồi nhiệt thải, cần xem xét trước hết là chất lượng nhiệt thải.
Dựa vào loại quy trình, có thể loại bỏ nhiệt thải tại bất kỳ nhiệt độ nào từ nhiệt
độ thấp của nước làm mát đến nhiệt độ cao của khí thải trong lò luyện hay lò
nung công nghiệp. Thông thường, nhiệt độ cao hơn tương ứng với thu hồi nhiệt
chất lượng cao hơn và lợi nhuận so với chi phí cao hơn. Nguồn nhiệt thải và
tiềm năng sử dụng được thống kê như sau:

STT

Nguồn nhiệt thải

Chất lượng nhiệt thải và tiềm năng sử dụng

1

Nhiệt tại khói lò

Nhiệt độ càng cao giá trị tiềm năng thu hồi
nhiệt càng lớn

2

Nhiệt trong dòng hơi

Cũng giống như nhiệt tại khói lò nhưng khi
ngưng tụ lại cũng có thể thu hồi nhiệt ẩn

18


3

Nhiệt bức xạ & đối lưu thất Cấp thấp – nếu được thu hồi, có thể sử dụng
thoát từ bề mặt ngoài của thiết để sưởi nhà hoặc gia nhiệt sơ bộ không khí
bị

4

Thất thoát nhiệt trong nước Cấp thấp – sẽ hữu ích nếu trao đổi nhiệt với
làm mát

5

nước tự nhiên đi vào

Thất thoát nhiệt trong quá trình 1. Cấp cao nếu có thể tận dụng để giảm nhu
cung cấp nước làm mát hoặc cầu làm lạnh
thải nước làm mát

2. Cấp thấp nếu bộ phận làm lạnh được sử
dụng như một bơm nhiệt

6

Nhiệt trong các sản phẩm ra Chất lượng phụ thuộc vào nhiệt độ
khỏi quy trình

7

Nhiệt trong các chất thải dạng Kém, nếu bị ô nhiễm nặng và do vậy cần có
khí và dạng lỏng ra khỏi quy thiết bị trao đổi nhiệt hợp kim
trình

Có thể thu hồi nhiệt thải từ các quy trình công nghiệp khác nhau. Có sự
phân biệt rõ giữa nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình và nhiệt độ cao của nhiệt
thải.
Loại thiết bị

Nhiệt độ (0C)

Nhiệt độ khí thải tại các vùng nhiệt độ cao
Lò tinh luyện niken

1370 – 1650

Lò tinh luyện nhôm

650 –760

Lò tinh luyện kẽm

760 – 1100

Lò tinh luyện đồng

760 – 815

Lò nung thép

925 – 1050

19


Lò phản xạ đồng

900 – 1100

Lò đáy bằng ngoài trời

650 – 700

Lò nung xi măng (quy trình sấy)

620 – 730

Lò nung chảy thủy tinh

1000 – 1550

Nhà máy hydro

650 – 1000

Lò thiêu kết chất thải rắn

650 – 1000

Lò thiêu kết hút khói

650 – 1450

Nhiệt độ khí thải tại các vùng nhiệt độ trung bình
Xả nồi hơi

230 – 480

Xả tuabin khí

370 – 540

Xả động cơ pittông

315 – 600

Xả động cơ pittông (tuabin chịu tải)

230 – 370

Lò xử lý nhiệt

425 – 650

Lò nướng và sấy

230 – 600

Máy cán nghiền xúc tác

425 – 650

Hệ thống làm mát lò ủ

425 – 650

Nhiệt độ khí thải tại các vùng nhiệt độ thấp
Ngưng hơi từ quy trình

55-88

Nước làm mát từ:

32-55

Cửa lò luyện

20


Giá đỡ

32-88

Máy hàn

32-88

Máy đúc áp lực

32-88

Lò ủ

66-230

Khuôn định hình

27-88

Máy nén khí

27-50

Bơm

27-88

Động cơ đốt trong

66-120

Thiết bị ngưng tụ làm lạnh và điều hòa 32–43
không khí
Thiết bị ngưng tụ lắng chất lỏng

32-88

Lò sấy khô, sấy và nướng

93-230

Chất lỏng xử lý nóng

32-232

Chất rắn xử lý nóng

93-232

Những giải pháp thu hồi nhiệt thải: Thu hồi nhiệt từ khói lò, sử dụng nhiệt
thải để sấy dầu nhiên liệu, gia nhiệt nước cấp lò hơi, gia nhiệt không khí bên
ngoài,…
Thiết bị thu hồi nhiệt

Vùng
Nhiệt độ

Thiết bị thu hồi nhiệt

H

Nguồn phổ biến

Những ứng dụng phổ
biến

Khí xả lò hơi hoặc lò Gia nhiệt sơ bộ không

21