Nhà máy nhiệt điện đồng phát

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
----------

BÁO CÁO
MÔN HỌC:

NHÀ MÁY

NHIỆT ĐIỆN

ĐÊ

TÀI: NHÀ

MÁY

NHIỆT

ĐIỆN
ĐỒNG PHÁT
GVHD: TS.
SVTH:
Tr Tnh Cng

17147026

Bi Tng Sn

17147055

TP.Hồ Chí Minh,tháng 05 năm 2021

1


ĐIỂM SỐ
Tiêu chí

Nội Dung

Bố cục

Trình bày

Tổng

Điểm

NHẬN XÉT
......................................................................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................

......................................................................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................
Ký tên

BẢNG PHÂN CƠNG NHIỆM VỤ

THỨ
TỰ
1

NHIỆM VỤ
Phụ trách nội dung
Phần 1, 2

THỰC HIỆN

KẾT QUẢ

Bùi Trường Sơn

Hoàn thành tốt

KÝ
TÊN

2

2

Phụ trách nội dung
Phần 3, 4

Trần Thành Cơng

Hồn thành tốt

3


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên với tình cảm sâu sắc và chân thành nhất, cho phép em được bày tỏ lòng biết
ơn đến tất cả các cá nhân và tổ chức đã tạo điều kiện hỗ trợ, giúp đỡ em trong suốt quá
trình học tập và nghiên cứu đề tài này. Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập tại
trường đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của Thầy.
Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý các Thầy ở Khoa cơ khí động lực. đã
truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường.
Nhờ có những lời hướng dẫn, dạy bảo của các thầy cô nên đề tài nghiên cứu của em mới
có thể hồn thiện tốt đẹp.
Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn – người đã tin tưởng giao cho em, hướng dẫn
em hoàn thành tốt bài báo cáo này trong thời gian qua.
Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý thầy để kiến thức của
em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn đồng thời có điều kiện bổ sung, nâng cao ý
thức của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!

4

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
1. Giới thiệu về hệ thống đồng phát.....................................................6
1.1 Giới thiệu.................................................................................................................. 6
1.1.1 Lịch sử phát triển................................................................................................6
1.1.2 Khái niệm nhiệt điện đồng phát..........................................................................6
1.2 Sự phát triển của CHP ở Việt Nam...........................................................................6
1.3 Hiệu suất tổng thể của nhà máy nhiệt điện đồng phát...............................................9
1.4 Lợi ích của đồng phát...............................................................................................9

2. Các loại hệ thống đồng phát...........................................................10
2.1. Hệ thống đồng phát tuabin hơi...............................................................................10
2.1.1 Tuabin hơi nước................................................................................................10
2.1.2 Tuabin đối áp....................................................................................................12
2.1.3 Tuabin ngưng trích hơi.....................................................................................14
2.1.4 Ứng dụng của hệ thống đồng phát hơi tuabin trong công nghiệp.....................15

3. Hệ thống đồng phát tua bin khí.....................................................17
3.1. Tổng quan về hệ thống đồng phát tuốc bin khí......................................................17
3.1.2 Hệ thống đồng phát tuốc bin khí.......................................................................17
3.2 Hệ thống đồng phát tua bin khí chu trình hở...........................................................18
3.3 Hệ thống đồng phát tua bin khí theo chu trình khép kín.........................................19
3.4 Cơng nghệ tuabin khí HA cho nhà máy điện hiệu suất cao.....................................19
3.5 Hệ thống đồng phát tuốc bin khí chu trình hỗn hợp................................................20

4. Hệ thống đồng phát động cơ pittông..............................................21
Tài liệu tham khảo

5

MỞ ĐẦU
Có thể thấy, với việc tăng giá mua điện sinh khối lên gần 2.000 đồng/kWh điện, Chính
phủ đang thể hiện quyết tâm thu hút đầu tư toàn diện cho nguồn năng lượng tái tạo (cùng
với điện gió, điện mặt trời) để giải quyết bài toán về nguồn điện cho đất nước, trong bối
cảnh ngày càng cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch và sự phụ thuộc ngày càng nhiều vào giá
năng lượng thế giới.
Điện sinh khối được tạo ra từ nguồn nguyên liệu sinh khối (biomass). Trong tự nhiên,
nguồn nguyên liệu sinh khối là tất cả các loại thực vật, cây trồng công nghiệp, tảo, hoặc
những “đồ bỏ” của sản phẩm nơng - lâm nghiệp như rơm rạ, bã mía, vỏ cây, xơ bắp, lá
khô, vụn gỗ, giấy vụn hay metan từ các bãi chôn lấp, trạm xử lý nước thải, phân từ trại
chăn nuôi gia súc, gia cầm...
Khác với các nguồn điện được tạo ra từ nhiên liệu hóa thạch như dầu khí hay than đá,
điện sinh khối là dạng năng lượng có thể tái tạo và có trữ lượng lớn, nên được đánh giá là
một trong những nguồn năng lượng của tương lai. Trên thế giới hiện nay, sinh khối là
nguồn năng lượng lớn thứ 4, chiếm khoảng 14% - 15% tổng năng lượng tiêu thụ. Ở các
nước phát triển, nguồn năng lượng sinh khối chiếm 35% - 45% tổng cung cấp năng
lượng. Mỹ là nước sản xuất điện sinh khối lớn nhất thế giới với hàng trăm nhà máy điện
sinh học, sản xuất hàng ngàn MW điện mỗi năm. Năng lượng sinh khối có thời điểm ước
chiếm 4% tổng năng lượng được tiêu thụ ở Mỹ và 45% năng lượng tái tạo.
Ngoài ra, Nhật Bản, Hàn Quốc và Trung Quốc cũng là những quốc gia phát triển sản xuất
điện sinh khối. Tại Hàn Quốc, Chính phủ đang tích cực thúc đẩy nghiên cứu, phát triển
năng lượng tái tạo với mục tiêu đến năm 2030 sẽ đạt 11%, trong đó năng lượng sinh khối
là 7,12%. Trung Quốc cũng ban hành Luật Năng lượng tái tạo, với hàng loạt nhà máy
điện sản xuất từ sinh khối có cơng suất lớn.

6

1. Giới thiệu về hệ thống đồng phát.
1.1 Giới thiệu:
1.1.1 Lịch sử phát triển.
Năm 1882, Công ty Edison Electric Illuminating đưa nhà máy điện đầu tiên trên thế giới
vào hoạt động được đặt tại số 257, đường Pearl ở thành phố New York.
Là một nhà máy điện và nhiệt kết hợp, sản xuất cả điện và nhiệt năng trong khi sử dụng
nhiệt thải để sưởi ấm các tòa nhà lân cận. Tái chế cho phép nhà máy của Edison đạt được
khoảng 50% hiệu quả.
Từ những năm 1950, công nghệ sản xuất đồng phát nhiệt - điện, CHP hay Cogen, đã
được các nước phát triển áp dụng vào trong các nhà máy công nghiệp và cả trong dân
dụng hay các công trình xã hội. Gần đây, cơng nghệ đồng phát được các nước tiên tiến
như Anh, Mỹ, Nhật, Đan Mạch, Thuỵ Điển, v.v.áp dụng như là giải pháp quan trọng góp
phần vào sự thành công trong chiến lược quốc gia về sản xuất năng lượng phân tán
(Distributed Energy Generation or Decentralised Energy Generation), nhằm đồng thời 2
mục tiêu là giảm gánh nặng lưới điện và phát triển xã hội tại những vùng xa, vùng sâu.
1.1.2 Khái niệm nhiệt điện đồng phát.
Tên tiếng anh của nó là Combined Heat and Power Generation hoặc Cogeneration, viết
tắc là CHP hoặc Cogen. Là quá trình sản xuất đáp ứng đồng thời 2 dạng năng lượng là
nhiệt năng và điện năng.
Về thực chất hệ thống nhà máy này là biến đổi năng lượng từ các nguồn phế liệu thải sinh
khối như bã mía, trấu, mùn cưa, gỗ vụn… để cung cấp năng lượng nhiệt cho lò hời để
sinh hơi chạy turbin phát điện và tận dụng nguồn nhiệt thải hoặc nhiệt thừa để cung cấp
cho những hệ thống như lò sưởi, hệ thống sấy hoặc những hệ thống có mục đích sử dung
nhiệt.
Trong nhiều ngành cơng nghiệp (giấy và bột giấy, vải sợi, hóa chất, phân bón, mía
đường, xi măng, ...) nhu cầu sử dụng hơi bão hịa ở nhiệt độ ổn định ln được đặt ra để
phục vụ các mục đích gia nhiệt, sấy hoặc làm khơ sản phẩm. Đối với các q trình gia
nhiệt địi hỏi phải có nhiệt độ ổn định thì hơi nước bão hồ ln được coi là mơi chất tải
nhiệt tốt vì q trình nhả nhiệt đẳng nhiệt của nó có thể dễ dàng được thực hiện trong khi
nó ngưng tụ. Ngồi nhu cầu sử dụng nhiệt, các ngành cơng nghiệp trên cịn có nhu cầu sử

7


dụng điện năng (hoặc cơ năng) để chạy các động cơ điện hoặc các máy quay khác hoặc
để thắp sáng phục vụ sản xuất.
1.2 Sự phát triển của CHP ở Việt Nam.
Hiện nay so với các nước trong khu vực thì điện đồng phát ở Việt Nam phát triển muộn.
Do mối quan hệ của Việt Nam với các nước châu âu phát triển về đồng phát như Hà Lan,
Phần Lan, Đan mạch,…đang được cải thiện nên vốn đầu tư ban đầu là không cao.
Với đặc điểm là quốc gia nông nghiệp, Việt Nam có nguồn nguyên liệu sinh khối rất lớn
và đa dạng từ phế phẩm của gỗ củi, trấu, bã cà phê, rơm rạ, bã mía, chất thải đơ thị và
chất thải gia súc…, ước tính hơn 150 triệu tấn/năm. Với lượng sinh khối khổng lồ này,
nếu không được xử lý hoặc tận dụng triệt để sẽ là nguồn ô nhiễm lớn, gây ảnh hưởng
nghiêm trọng đến các hệ sinh thái (đất, nước, khơng khí) cũng như sức khỏe con người.
Hiện có 38 nhà máy đường ở Việt Nam sử dụng sinh khối để sản xuất điện và nhiệt với
tổng công suất khoảng 352 MW.
Vào những năm 1980, nhà máy đường La Ngà tại Đồng Nai do Đan Mạch tài trợ đã sử
dụng công nghệ này để sản xuất điện tự dùng và cung cấp nhiệt cho các nồi nấu đường
trong phạm vi nhà máy.

Công ty Bourbon (Pháp) đã xây dựng nhà máy điện ở Tây Ninh sử dụng bã mía khi sản
xuất đường.

8


Tổng hợp các các máy đường hiện đang phát điện lên lưới điện quốc gia.

Giá thành của điện đồng phát ở Việt Nam:
+ Giá điện tại các dự án sinh khối đồng phát nhiệt - điện là 1.634 đồng/kWh, tương

đương 7,03 UScents/kWh (quy định cũ 1.220 đồng/kWh, tương đương 5,8 UScents/kWh).
+ Giá điện cho các loại dự án sinh khối khác là 1.968 đồng/kWh, tương đương 8,47
UScents/kWh.

9


1.3 Hiệu suất tổng thể của nhà máy nhiệt điện đồng phát.

Hình1: hiệu quả sử dụng năng lượng đồng phát (UNESCAP 2000)
Ví dụ trong hình trên: một ngành cơng nghiệp yêu cầu 24 đơn vị năng lượng điện và 34
đơn vị nhiệt năng. Thông qua đường nhiệt và nguồn điện riêng biệt, năng lượng đầu vào
chính của nhà máy điện sẽ là 60 tổ máy (24 / 0,40). Nếu một lị hơi riêng được sử dụng
để tạo hơi thì nhiên liệu đầu vào cho lò hơi sẽ là 40 đơn vị (34 / 0,85). Nếu nhà máy có
đồng phát thì nhiên liệu đầu vào sẽ chỉ là 68 tổ máy (24 + 34) /0,85 để đáp ứng cả yêu
cầu về năng lượng điện và nhiệt. Có thể quan sát thấy rằng tổn thất, là 42 đơn vị trong
trường hợp, nhiệt và công suất riêng biệt đã giảm xuống 10 đơn vị trong chế độ đồng
phát.
1.4 Lợi ích của đồng phát.
Tận dụng nguồn sinh khối để làm nhiên liệu phát điện làm năng cao hiệu suất của chu
trình, kèm theo đó là tận dụng triệt để nguồn tài nguyên trong bối cảnh nhiên liệu hóa
thạch đang cạn kiệt thì năng lượng sinh khối lài gải phát tốt.
Do đồng phát sử dụng năng lượng sinh khối nên lượng CO2 thải ra môi trường thấp hơn
nhiệt so với đốt nhiên liệu hóa thạch làm giảm hiện tượng ô nhiễm môi trường.
Khi xây dựng một hệ thống đồng phát chúng ta cần những công nhân và đội ngũ vận
hành từ đó tạo ra được công ăn việc làm cho người dân.

10

2. Các loại hệ thống đồng phát
Dựa trên cơ sở trình tự năng lượng sử dụng mà người ta chia ra làm ba loại hệ thống
đồng phát chính: hệ thống đồng phát tuabin hơi, hệ thống đồng phát tuabin khí và hệ
thống đồng phát động cơ pittong.
2.1. Hệ thống đồng phát tuabin hơi
2.1.1 Tuabin hơi nước
Tua bin hơi nước là một thiết bị chuyển đổi năng lượng từ nhiệt năng thành cơ năng. Khi
tuabin tạo ra chuyển động quay, nó được sử dụng chủ yếu nhất trong các nhà máy phát
điển sử dụng tuabin hơi. Thiết bị được điều khiển bởi hơi nước và khi dòng hơi đi qua
các cánh quạt của tuabin, hơi nước giảm nhiệt đi và giãn nở, do đó q trình cung cấp hơi
nước gần như là liên tục để tạo ra năng lượng.

Hình 2.1 Tuabin hơi nước
Do các cánh quạt của tuabin chuyển đội nhiệt năng thành cơ năng. Theo cách này, tua bin
hơi được vận hành để cung cấp điện. Các thiết bị này sử dụng áp suất hơi tăng cường để
quay máy phát điện ở tốc độ cực cao. Và tốc độ quay của chúng là tốt hơn nhiều so với
tua bin nước và tua bin gió.
Cấu tạo của tua bin hơi nước gồm những bộ phận chính sau:
+ Bộ ống nạp: Bộ ống nạp gồm có ống, van nạp, mối hàn lắp, ống dạng nón, và ống
khuỷu, … Đó là phần đầu tiên của tua bin. Van nạp ngắt dòng chảy khi tua bin xảy ra các
sự cố khẩn cấp hoặc ngừng đại tu. Ống nạp có bộ phận hàn, với áp suất chịu đựng và hiệu
suất thuỷ lực thuận lợi.

11


+ Bộ phận chính: Cánh dẫn hướng, làm bằng thép khơng rỉ, là một kết cấu có hai trụ đỡ.
Nắp cột áp và vịng đai, đáy có vỏ bằng thép. Bộ phân phối có cấu trúc lá trượt đơn giản,
để tiện lắp đặt và đại tu. Có các chốt trượt bảo vệ giữa thanh chắn dòng và thanh chắn
dòng tự động.

+ Bộ phận quay: Rôto được lắp đặt trên phần mở rộng của trục, và côn rôto. Vỏ rôto làm
bằng thép khơng gỉ, chống xâm thực tốt và có đặc tính mài mịn.
+ Bộ ống hút: Bộ ống hút gồm có một thiết bị nạp khí, một ống khuỷu, và một ống hình
nón. Thiết bị nạp khí được lắp giữa vòng đai đáy và ống khuỷu. Để giảm độ rung thuỷ
lực và ảnh hưởng đến khí xâm thực, cần phải có thiết bị nạp khí và khí bổ sung tự nhiên ở
ngồi vùng định danh của thiết bị.

Hình 2.2 Cấu tạo tuabin hơi
Nguyên lí làm việc của tuabin hơi: dựa trên chuyển động của hơi nước, áp suất hơi ra từ
các vòi phun chạm vào các cánh quay đang được đặt trên trục. Do vận tốc trong hơi nước
tăng lên, nó gia tăng áp lực mạnh mẽ lên các cánh của thiết bị, cánh chuyển động làm cho
trục rôto quay theo. Nói chung, tua bin hơi cơ lập năng lượng của trục quay và sau đó
biến nó thành động năng.

12


Hình 2.3 Ngun lí tuabin hơi

Căn cứ vào hoạt động tuabin nhận hơi nước ở áp suất cao,xả hơi nước ở áp suất thấp và
dòng hơi, tuabin hơi nước trong nhà máy đồng phát được sử dụng chủ yếu là: tuabin đối
áp và tuabin ngưng trích hơi.
2.1.2 Tuabin đối áp
Tuabin đối áp là tuabin có cấu tạo đơn giãn nhất. Hơi nước được giãn nở gần tới áp suất
khí quyển, phụ thuộc vào nhu cầu tải nhiệt. Đây là lí do tại sao chúng ta lại sử dụng thuật
ngữ đối áp. Có thể trích hơi ở các cấp trung gian của tuabin hơi, với áp suất và nhiệt độ
phù hợp với tải nhiệt. Sau khi ra khỏi tuabin, hơi được nạp vào tải, tại đó hơi giải phóng
nhiệt và được ngưng tụ lại. Nước ngưng được trở lại hệ thống với tốc độ dịng thấp hơn
tốc độ của dịng hơi.

Hình 2.4 Sơ đồ ngun lí
1: Lị hơi

3: Bộ tiêu thụ

2: Tuabin hơi

4: Bơm nước ngưng

Hệ thống đồng phát tuabin đối áp có những ưu điểm:
+ Có cấu tạo đơn giãn và ít thành phần.
13


+ Tránh được chi phí tốn kém cho áp suất hạ áp của tuabin.
+ Chi phí vốn thấp.
+ Giảm hoặc không cần sử dụng nước làm mát.
Cùng với những ưu điểm như vậy, nhưng hệ thống đồng phát tuabin đối áp cũng có
những hạn chế:
+ Với cùng cơng suất đầu ra, cấu tạo tuabin hơi lớn hơn, vì nó phải vận hành với sự
chênh lệch enthalpy của hơi thấp hơn.
+ Lưu lượng qua tuốc bin phụ thuộc vào mức tải nhiệt. Điện do hơi tạo ra kiểm soát bởi
tải nhiệt, điều này dẫn đến kém hoặc không linh hoạt trong việc phối hợp trực tiếp công
suất đầu ra với tải điện. Do đó, cần sự phối hợp hai chiều với lưới mua điện hoặc bán
điện dư tạo ta. Có thể tăng sản xuất điện bằng cách cho hơi nước trực tiếp ra khí quyển,
nhưng cách này rất khơng hiệu quả. Điều đó dẫn đến việc lãng phí nước lị hơi đã qua xử
lý, và nhất là mang lại kết quả hoạt động năng lượng và kinh tế kém.
Nguyên lí làm việc của hệ thống đồng phát tuabin hơi: lò hơi sau khi đốt nhiên liệu và
được gia nhiệt cho ra hơi nước ở trạng thái hơi quá nhiệt, hơi lúc này được dẫn đến
tuabin để bắt đầu quá trình chuyển hóa năng lượng nhiệt năng thành cơ năng, quay máy

phát điện và trích hơi ở tầng cuối tuabin cho các hoạt động sản xuất. Hơi nước sau khi
nhã nhiệt và ngưng tụ lại sẽ về lại lò hơi.

14


Hình 2.5 Sơ đồ ngun lí hệ thống đồng phát

2.1.3 Tuabin ngưng trích hơi
Hơi sử dụng cho tải nhiệt có thể nhờ được do trích hơi từ một hoặc hai cấp trung áp với
áp suất nhiệt độ phù hợp. Hơi cịn lại được xả tới áp suất bình ngưng, có thể ở mức thấp
khoảng 0.05 bar và nhiệt độ ngưng tương ứng khoảng 33oC

hình 2.6 Sơ đồ ngun lý
1: Lị hơi

4: Bộ tiêu thụ nhiệt

2: Tuabin hơi

5: Bình ngưng

3: Máy phát điện

6: Bơm nước cấp

Ưu điểm của hệ thống đồng phát tuabin ngưng trích hơi:

15

+ Có thể kiểm sốt cơng suất điện khơng phụ thuộc vào tải nhiệt nhờ điều chỉnh chính
xác tốc độ lưu lượng hơi qua tuốc bin.
Cùng với đó là nhược điểm:
+ Hơi cịn lại được xả tới áp suất bình ngưng, có thể ở mức thấp khoảng 0.05 bar và nhiệt
độ ngưng tương ứng khoảng 33oC, rất khó có thể tận dụng nhiệt trong các ứng dụng hữu
ích.
+ Chi phí vốn đầu tư cao.
Nguyên lí làm việc của hệ thống đồng phát tuabin hơi: lò hơi sau khi đốt nhiên liệu và
được gia nhiệt cho ra hơi nước ở trạng thái hơi quá nhiệt, hơi lúc này được dẫn đến
tuabin để bắt đầu q trình chuyển hóa năng lượng nhiệt năng thành cơ năng, quay máy
phát điện và trích hơi ở tầng trung áp của tuabin tùy vào phụ tải nhiệt cho các hoạt động
sản xuất. Hơi nước sau khi nhã nhiệt và ngưng tụ lại sẽ về lại lò hơi.

Hình 2.7 Sơ đồ ngun lí hệ thống đồng phát tuabin ngưng trích hơi
2.1.4 Ứng dụng của hệ thống đồng phát hơi tuabin trong công nghiệp
Hệ thống đồng phát hơi – điện tại KCN Giao Long do công ty MARTECH:
Tổ hợp hệ thống đồng phát điện - hơi được Công ty TCE đầu tư để cấp điện và hơi cho
Nhà máy DOHACO tại KCN Giao Long, tỉnh Bến Tre do Cơng ty TNHH Mạc Tích
(MARTECH) nghiên cứu, lắp đặt đạt tiêu chuẩn quốc tế. Trong thời gian qua đã vận hành
đạt đủ công suất thiết kế, mang lại nhiều lợi ích như: Chất lượng điện ổn định cao, ít biến
16


động và ít nhiễu, khơng phụ thuộc vào sự cắt điện của lưới ngoài…Đặc biệt là tiết kiệm
hàng chục tỷ đồng mỗi năm.
Hệ thống đồng phát và đốt rác công nghiệp bao gồm:
+ 2 lò hơi 60 tấn/h: Áp suất 86 bar, cấp hơi quá nhiệt 488 độ C, cấp hơi cho tua bin phát
điện 19.5 MW và trích hơi bảo hòa 100 TPH (10 bar, 180 độ C). Nhiên liệu đốt là than
cám và trấu rời.

+1 lò đốt rác 40 tấn/h: Đốt 120 tấn rác Nylon, bột giấy và bùn thải mỗi ngày.
+Đây là một sự kiện vô cùng ý nghĩa với ngành năng lượng Việt Nam khi một công ty
100% của người Việt đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành thành công hệ
thống đồng phát hơi - điện (Co-Generation) và đốt rác công nghiệp đạt tiêu chuẩn quốc
tế.
+ Hệ thống này cho thấy chất lượng điện ổn định cao, ít biến động và ít nhiễu. Phần đốt
rác đã xử lý khói thải đạt tiêu chuẩn, không gây ô nhiễm, không cần nhiều xe tải chở đi
đốt, khơng tốn chi phí mang đi xử lý làm ảnh hướng đến giao thông và môi tường.
Tiết kiệm chi phí điện, thêm nguồn điện dự phịng
+ Ngồi cung cấp năng lượng hơi cho nhà máy thì hiện tại hệ Cogen đang phát điện với
công suất 15 MWh cho Nhà máy giấy DOHACO. Còn 4 MW điện tự dùng cho tổ hợp
này. Qua đó giúp khách hàng giải quyết được vấn đề điện năng và chủ động trong việc sử
dụng và cung cấp điện. Mỗi năm tiết kiệm hơn 10 tỷ đồng so với việc sử dụng 100%
năng lượng điện từ EVN.

17


3. Hệ thống đồng phát tua bin khí.
3.1. Tổng quan về hệ thống đồng phát tuốc bin khí.
3.1.1 Hệ thống tuốc bin khí.
Hệ thống đồng phát tua bin khí hoạt động theo chu kỳ nhiệt động lực học có tên gọi là
chu trình Brayton. Chu trình Brayton là một chu trình nhiệt động lực học, đặt tên
theo George Brayton(1830-1892), một kỹ sư người Mỹ, người đã phát triển nó.

Hình 1 Chu trình Brayton- chu trình cơ bản hệ thống tuốc bin khí
Trong đó: 1-2: Nén đẳng entropy tại máy nén; 2-3: gia nhiệt đẳng áp tại buồng đốt; 3-4:
giãn nở sinh cơng đẳng entropy tại tuốc bin; 4-1: khép kín chu trình đẳng áp bên ngồi
mơi trường.
3.1.2 Hệ thống đồng phát tuốc bin khí.

Hệ thống đồng phát tua bin khí hoạt động theo chu kỳ nhiệt động lực học có tên gọi là
chu trình Brayton. Ở hệ thống này, Nhiên liệu được cháy trong áp suất buồng đốt sử dụng
chất đốt, khơng khí được cung cấp bởi một máy nén điều đó khơng thể thiếu với tuabin
khí. Trong tuabin khí thơng thường, khí đi vào tuabin ở phạm vi nhiệt độ từ 900 oC
đến1000 oC tua bin khí có thể đáp ứng một phần hoặc toàn bộ nhu cầu năng lượng của
nhà máy, và năng lượng được giải phóng ở nhiệt độ cao trong khí xả từ 400 oC đến 500 oC
có thể được thu hồi để sử dụng cho các thiết bị ứng dụng làm mát hoặc gia nhiệt. Tuabin
khí hoạt động trong điều kiện chính xác tốc độ cao và nhiệt độ cao. Nóng do đó khí được
cung cấp cho nó phải sạch (nghĩa là khơng có các hạt có thể ăn mịn lưỡi) và khơng được
chứa nhiều hơn lượng chất gây ơ nhiễm tối thiểu, có thể gây ra ăn mòn trong điều kiện
18


hoạt động. Do đó, nhiên liệu cao cấp thường được sử dụng nhiều nhất, đặc biệt là khí tự
nhiên. Các loại dầu chưng cất như dầu khí cũng thích hợp và các bộ có khả năng sử dụng
cả hai thường được lắp đặt để tận dụng giá khí đốt rẻ hơn. LPG và Naphtha cũng phù
hợp, LPG có thể là nhiên liệu ở thể khí hoặc thể lỏng. Khí dầu mỏ hóa lỏng (Liquefied
Petroleum Gas - LPG) là sản phẩm hydrocacbon có nguồn gốc dầu mỏ với thành phần
chính là Propan (C3H8) và Butan (C4H10). Hai thành phần chính này ở điều kiện nhiệt
độ và áp suất bình thường sẽ ở dạng khí.
Trong những năm gần đây, hệ thống đồng phát tua bin khí được sử dụng ngày càng nhiều
do sự sẵn có của các ngun liệu khí tự nhiên, tiến bộ cơng nghệ nhanh, giảm chi phí lắp
đặt đáng kể và mang lại hiệu quả bảo vệ môi trường. Ngoài ra, thời kỳ chuẩn bị triển khai
dự án sẽ ngắn hơn và có thể chuyển giao thiết bị thuận tiện. Thời gian khởi động của tua
bin khí ngắn, vận hành gián đoạn linh hoạt. Dù tua bin loại này cung cấp nhiệt để chuyển
hố thành điện thấp, nhưng có thể thu hồi được nhiệt nhiều hơn ở nhiệt độ cao hơn. Nếu
sản lượng nhiệt ít hơn mức người sử dụng cần, có thể bổ sung thêm lượng khí đốt tự
nhiên bằng cách trộn chất phụ gia với khí thải giàu oxy để tăng thêm sản lượng nhiệt.

3.2 Hệ thống đồng phát tua bin khí chu trình hở.

Phần lớn các hệ thống tua bin khí hiện có, ứng dụng trong bất kỳ ngành nào đều vận hành
theo chu trình Brayton mở (cịn được gọi là chu trình Joule, ở chu trình này tính khơng
thuận nghịch khơng được tính tới). Ở chu trình này, máy nén lấy khơng khí từ khí quyển
và đưa vào buồng đốt với áp suất cao hơn. Nhiệt độ khơng khí cũng tăng do q trình
nén. Khơng khí được đưa qua thiết bị khuyếch tán vào buồng đốt áp suất khơng đổi trong
đó có nhiên liệu được bơm vào và 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 trong khoảng
1,2%. Quá trình cháy diễn ra với mức khí dư cao. Khí thải thoát ra khỏi buồng đốt ở nhiệt
độ cao với nồng độ oxy lên tới 15-16%. Nhiệt độ cao nhất của chu kỳ đạt được tại điểm
này; nhiệt độ càng cao, hiệu suất quy trình càng cao. Cận trên được thiết lập ở nhiệt độ
mà nguyên liệu của tua bin khí có thể chịu được, và do hiệu suất của cánh làm mát quy
định. Với cơng nghệ hiện có, mức này ở vào khoảng 1300°C.
Áp suất và khí thải nhiệt độ cao đi vào tua bin khí sẽ sinh ra công cơ học để chạy máy
nén và tải (v.d máy phát điện). Khí thải từ tua bin ở nhiệt độ khá cao (450-600°C), vì vậy
khả năng thu hồi nhiệt ở nhiệt độ cao là khả thi. Điều này bị ảnh hưởng bởi lò hơi thu hồi
nhiệt áp suất đơn hoặc đơi, để có thể thu hồi nhiệt hiệu quả hơn.
19


Hình 2 : Đồng phát tua bin khí chu trình hở.

3.3 Hệ thống đồng phát tua bin khí theo chu trình khép kín.
Ở hệ thống khép kín, chất lưu (thường là heli hoặc khơng khí) tuần hồn trong một chu
trình khép kín. Chúng được gia nhiệt trong bộ trao đổi nhiệt trước khi đưa vào tua bin, và
được làm mát sau khi tua bin giải phóng ra nhiệt hữu dụng. Vì vậy chất lưu vẫn sạch và
khơng gây ra ăn mịn.

Hình 3: Hệ thống đồng phát sử dụng tua bin khí theo chu trình khép kín
Nguồn nhiệt có thể là đốt cháy loại nhiên liệu bất kỳ bên ngoài. Cũng có thể sử dụng
năng lượng hạt nhân hoặc mặt trời.

20


3.4 Cơng nghệ tuabin khí HA cho nhà máy điện hiệu suất cao
Năm 2013, GE đã nghiên cứu và chế tạo thành cơng tuabin khí dịng HA với hệ thống
làm mát bằng khơng khí, sử dụng cơng nghệ vật liệu đặc biệt có thể chịu được nhiệt độ
cao.
Tháng 1/2015, tuabin khí dịng 9HA phiên bản dành cho thị trường sản xuất điện với tần
số 50Hz đã được thử nghiệm công suất 429 MW và 9HA.02 công suất 519 MW.



Ưu điểm của công nghệ tuốc bin HA được ứng dụng vào hệ thống đồng
phát.
 Hiệu suất chu trình hỗn hợp cao hơn
 Sự linh hoạt trong vận hành
 Công nghệ đã được kiếm chứng toàn cầu
 Lượng phát thải thấp hơn
 Độ tin cậy và sẵn sàng hàng đầu
 Thời gian và chi phí lắp đặt thấp hơn
 Bảo trì dễ dàng
 Năng lực sản xuất địa phương tại Việt Nam

Hình 4 - Công nghệ tuốc bin HA
21


Sử dụng công nghệ tuốc bin HA giúp tăng nhiệt độ đi qua tuốc bin, nâng cao nhiệt độ
dịng khí đi qua tuốc bin và từ đó hiệu suất phát điện năng đồng thời dòng nhiệt thu hồi
sau khi qua tuốc bin vẫn cịn cao có thể sử dụng hiệu quả cho các nhu cầu sử dụng nhiệt.

3.5 Hệ thống đồng phát tuốc bin khí chu trình hỗn hợp
Ví dụ về những dự án hiện có Nhà máy điện tua bin khí chu trình hỗn hợp Nhơn Trạch 2
(CCGT) nằm ở huyên Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai. Tổng công suất của nhà máy là 750
MW, bắt đầu vận hành thương mại từ năm 2011. Nhà máy nhiệt điện Nhơn Trạch 2 sử
dụng tua bin khí chu trình hỗn hợp với cấu hình 2-2-1, bao gồm 2 tua bin khí, 2 lò hơi thu
hồi nhiệt và 1 tua bin hơi. Hiệu suất điện thực của nhà máy là 55%, tỷ lệ dừng bắt buộc
dự kiến là 3% và thời gian dừng theo kế hoạch là 4 tuần / năm (8%). Nhiên liệu chính
được sử dụng là khí thiên nhiên từ các bể khí Cửu Long và Nam Cơn Sơn. Theo báo cáo
đánh giá tác động môi trường Quý I năm 2017, phát thải PM2,5 của nhà máy CCGT
Nhơn Trạch 2 là 30,1 mg/Nm3 , phát thải NOx là 20,8 mg/Nm3 và phát thải SO2 là 2,62
mg/Nm3. Tốc độ điều chỉnh công suất của nhà máy là 5,3% / phút, phụ tải tối thiểu là
40% và thời gian khởi động từ trạng thái ấm và trạng thái nguội lần lượt tương ứng là 4,8
giờ và 6 giờ. Tổng vốn đầu tư là 617 tr.USD (quy đổi về giá USD năm 2016, trong đó
chưa bao gồm chi phí hành chính, tư vấn, quản lý dự án, chuẩn bị địa điểm, thuế và tiền
lãi trong thời gian xây dựng), tương ứng với suất đầu tư danh định là 0,82 tr.USD/MWe ,
Tổng chi phí đầu tư (gồm cả những chi phí nêu trên) là 735 tr. USD, tương ứng với 0,98
tr.USD/MW. Chi phí cố định của vận hành và bảo dưỡng là 32,1 USD/MWe / năm và chi
phí biến đổi của vận hành và bảo dưỡng là 0,57 USD/MWh.

Hình 5: Chu trình tuốc bin khí hỗn hợp- nhà máy nhiệt điện Nhơn Trạch Đồng Nai

22


4. Hệ thống đồng phát động cơ pittông
Các động cơ pittơng rất thích hợp với các ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau, công
nghiệp, thương mại và các cơ quan tổ chức để phát điện và đồng phát nhiệt-điện. Động
cơ pitttơng khởi động nhanh, cơng suất lớn, có hiệu suất tải từng phần phù hợp và nhìn
chung có độ tin cậy cao, giúp tăng cơng suất tồn phần của nhà máy.
Động cơ pittơng có hiệu suất điện cao hơn tua bin khí cùng kích thước, vì vậy giúp giảm

chi phí nhiên liệu vận hành. Chi phí bảo trì động cơ pittơng cao hơn tua bin khí nhưng
việc bảo hành có thể được thực hiện bởi đội ngũ kỹ thuật viên của nhà máy.
Năng lượng phát ra từ động cơ pittông được sử dụng cho các ứng dụng bao gồm thời gian
chờ, hỗ trợ lưới và các ứng dụng CHP. Ứng dụng CHP cần sử dụng nước nóng, hơi áp
suất thấp hoặc thiết bị làm lạnh hấp thụ nhiệt đốt cháy.
Có bốn nguồn nhiệt thải từ động cơ pittơng có thể sử dụng: khí thải, nước làm mát động
cơ, nước làm mát dầu bôi trơn, và làm mát bộ nạp của tua bin. Nhiệt thu hồi được thường
ở dạng nước nóng hoặc hơi hạ áp, Khí thải ở nhiệt độ cao hơn có thể tạo thành hơi trung
áp(lên tới 150 psig), nhưng khí thải nóng chỉ chứa khoảng ½ nhiệt năng hiện có của một
động cơ pittơng. Một số nhà máy CHP cơng nghiệp sử dụng khí thải động cơ trực tiếp để
sấy trong quy trình. Thơng thường, nước nóng và hơi hạ áp do hệ thống CHP sử dụng
động cơ pittơng thích hợp với các nhu cầu quy trình địi hỏi nhiệt độ thấp, gia nhiệt
khơng gian, hâm nóng nước uống và để chạy thiết bị làm lạnh để cung cấp nước lạnh,
điều hồ khơng khí hoặc làm lạnh.

Hình 6- Hệ thống đồng phát động cơ pittông
23


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] />
_vietnam_technology_catalogue_-_vietnamese.pdf (tài liệu tham khảo, một số nhà
máy điển hình ứng dụng cơng nghệ đồng phát)
[2] (cơng nghệ lọc khí vào tua bin )
[3] />fbclid=IwAR39bYRCvMjAxbE_pS0SeB5GpYP5q_9_tHat4C2vYYdiThQWihykT5N_O0
[4] />[5] />[6] />[7] />[8] />[9] />[10] />[11] />[12] />%202017_Final_V10_VIE.pdf

.

24