SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG MÔN NHIÊN LIỆU RẮN

SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG
• Giảng viên : Văn Đình Sơn Thọ
•Thời lượng : 45 tiết
• Phone : 097.360.4372
•
•Địa chỉ load bài giảng :
• />

Chu trình Carnot
• Hiệu suất của quá trình chuyển hóa năng
lượng của phản ứng cháy thành công năng
được đặc trưng bởi chu trình Carnot.
• Trong đó TL và TH lá nhiệt độ cao nhất và
thấp nhất của quá trình. Nhiệt độ thấp nhất đó
chính là nhiệt độ thường.


Trong đồ thị này khi nhiệt độ Th =27oC và Tl
khoảng -100oC hoặc -200oC thì hiệu suất chu
trình carnot âm. Đó chính là quá trình làm lạnh
(ASU)


Hiệu suất của quá trình Carnot cho các chu trình được
trình bày ở bảng 7.10 và so sánh với số liệu thực tế


• Có thể thấy rằng với Th từ 540-650oC đó là quá trình
của các tuabin hơi nước, hiệu suất Carnot thấp
• Quá trình sử dụng turbin khí thì hiệu suất carnot cao hơn
vì nhiệt độ Th là khoảng 1200oC – 1400oC. Quá trình

đốt khí tuabin phải chú y nghiêm ngặt đến quá trình làm
sạch khí trong khí đó quá trình convertinal combustion
có thể sử dụng nguyên liệu rẻ tiền và thậm chí cả chất
rắn.

• Động cơ diesel cho hiệu suất chu trình carnot cao nhất
vì nhiệt độ TH lên đến 2000oC, tuy nhiên với nhiệt độ
này thì lượng NOx tạo ra rất lớn.
• Hầu hết hiệu suất hữu ích của chu trình carnot chỉ vào
khoảng 54-75%


Chu trình hơi nước ( Steam cycle)



• Trong chi trình hở, bơm sẽ tạo ra áp suất nước từ áp
suất thường (A) đến áp suất làm việc của lò hơi ( B).
Nước sẽ được cấp nhiệt đến nhiệt độ sôi (C) và sai đó
sẽ bay hơi (D).
• Hơi nước quá nhiệt sẽ là đoạn DE trên đồ thì T-s. Sự
giãn nở từ nhiệt độ cao và áp suất cao về áp suất thấp
và nhiệt độ thấp (EF) sẽ tiến hành trong turbin.
• Toàn bộ lượng nhiệt được thể hiện ở chu trình ABCDEF.
• Với chu trình kín ( close cycle) kết hợp với ngưng tụ
được biết đến như chu trình Rankine. Quá trình tiếp tục
đến F’ ( áp suất dưới áp suất khí quyển), hơi nước được
ngưng tụ và quay về vị trí A’. Chu trình lúc này sẽ là
A’ABCDEFF’

Chu trình kết hợp CC
Gas cycle and combine cycle
• Turbin khí được sử dụng rộng rãi đó là
ngành hàng không.
• Turbin khí vận hành với chu trình hở và sử
dụng không khí như là tác nhân.
• Chu trình Joule




• Không khí được nén vào máy nén và
được nén đến áp suất B để đốt cháy nhiên
liệu.
• Sản phẩm khí của quá trình cháy có nhiệt
độ cao được đưa vảo turbin C và khí nóng
sau khi qua turbin được đưa đến stack.
• Hiệu suất của chu trình này là 43% ( thấp
hơn carnot 10%).


• Đối với chu trình hở như máy bay các turbin khí
thì nhiệt độ làm việc khoảng 1500oC và hiệu
suất nhiệt của chu trình có thể đạt đến 45-50%
(LHV).
• Nếu nhiệt độ vào của turbin khí tăng từ 1200 lên
1500oC thì hiệu suất nhiệt sẽ tăng từ 80-83%.
• Tuy nhiên một nhược điểm của quá trình này là
sản sinh ra NOx.

• Không khí được nén vào máy nén và được nén
đến áp suất B để đốt cháy nhiên liệu.
• Sản phẩm khí của quá trình cháy có nhiệt độ
cao được đưa vảo turbin C và khí nóng sau khi
qua turbin được đưa đến stack.
• Hiệu suất của chu trình này là 43% ( thấp hơn
carnot 10%).
• Khí sau khi ra khỏi turbin thì vẫn có nhiệt độ cao
do và nó lại là nguồn nhiệt để cho chu trình hơi
ở hệ thống tạo hơi thu hồi (heat recovery steam
generator-HRSG).
• Hiệu suất chu trình là 70%.



Đồ thị T-s của chu trình phối hợp CC


Chu trình IGCC ( Integrated
gasification combined cycle)
•

Quá trình IGCC là sự kết hợp của quá trình khí hóa và quá trình CC

•

Sự kết hợp quá trình khí hóa là để chuyển hóa các nhiên liệu rắn
như than, gỗ, dầu nặng… chuyển hóa thành khí và có thể sử dụng

cho turbin khí.

•

Quy trình nay đòi hỏi phải có công đoạn loại SO2 ( công nghệ Flue
gas desufurization-FGD) của sản phẩm khí thu được trước khi đưa
vào quá trình CC.

•

Sau khí xử ly, các khí này sẽ được đốt tương tự với phản ứng đốt
của khí thiên nhiên.


•

Quá trình IGCC luôn kết hợp với quá trình hơi nước.

•

Hiệu suất nhiệt của chu trình hơi là khoảng 38% là do nguyên nhân
phải tốn lượng nhiệt lớn để hóa hơi hơi nước. Năng lượng sử dụng
cho hóa hơi này được tận dụng ở quá trình trao đổi nhiệt với sản
phẩm khí của quá trình khí hóa.

•

Tiếp theo là quá trình HRSG, quá trình này tận dụng nhiệt của
turbin khí để tiếp tục gia nhiệt cho hơi nước đủ đến nhiệt độ và áp
suất để vận hành turbin hơi nước. Khi phối hợp của tận dụng nhiệt

của thiết bị khí hóa và turbin khí thì hiệu suất nhiệt là khoảng 40%.

•

Trong quy trình IGCC luôn đề cập đến quy trình tách không khí. Để
hiệu quả người ta có thể tách không khí sau khi turbin đưa ngược
lại thiết bị ASU, tuy nhiên do có áp suất thấp.

•

Thiết bị ASU hoạt động ở áp suất vào khoảng 20 bar và có thẻ sản
xuất O2 và N2 với áp suất 5bar. Tuy nhiên oxy cho quá trình khí hóa
thì không cần đòi hỏi áp suất cao lắm. Nito được tách ra từ thiết bị
ASU được đưa vào pha loãng khí gas để giảm nhiệt độ của ngọn
lửa với mục đích giảm khí thải NOx. Ưu điểm là đã có sắn N2 ở áp
suất cao.