Tài liệu Tính toán xây dựng hệ thống đồng phát nhiệt điện cho công ty dệt may (calculation and setting up a cogeneration unit for the textile company)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ - BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH TÍNH TOÁN XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT NHIỆT ĐIỆN CHO CÔNG TY DỆT MAY (CALCULATION AND SETTING UP A COGENERATION UNIT FOR THE TEXTILE COMPANY) TÓM TẮT LUẬN VĂN TÍNH TOÁN XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT NHIỆT ĐIỆN CHO CÔNG TY DỆT MAY Luận văn này gồm 5 chương với những nội dung như sau: - Tìm hiểu về nhu cầu và hiện trạng năng lượng Việt Nam. - Giới thiệu hệ thống đồng phát. - Tìm hiểu hiện trạng phát triển công nghệ đồng phát ở nước ta và đối tượng áp dụng công nghệ đồng phát. - Nghiên cứu đề xuất sơ đồ hệ thống đồng phát cho công ty Dệt may. - Lựa chọn thông số và tính toán sơ đồ nhiệt: + Chọn kiểu tuabin và các thông số hơi từ nhà sản xuất. + Tính toán lưu lượng và thông số hơi + Tính toán hệ thống bơm cấp, bơm ngưng - Tính toán lựa chọn các thiết bị: + Chọn lò hơi và tính toán các thiết bị phụ trợ hệ thống lò hơi gồm: quạt hút, quạt ...gió, ống khói. + Tính toán các thiết bị: bình phân ly, bình gia nhiệt nước bổ sung. - Tính toán, so sánh hiệu quả chi phí năng lượng. MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ luận văn ii Nhận xét giáo viên hướng dẫn iii Nhận xét giáo viên phản biện v Lời cảm ơn vii Tóm tắt luận văn viii Mục lục ix Danh sách hình vẽ xii Danh sách bảng biểu xiv Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT NHIỆT ĐIỆN....................... 1 1.1 Nhu cầu và hiện trạng năng lượng trong công nghiệp ..................................... 1 1.1.1 Điện năng .............................................................................................. 2 1.1.2 Nhiệt năng ............................................................................................. 4 1.1.3 Vấn đề phát thải trong sản xuất năng lượng ..........................................6 1.1.4 Cơ hội phát triển công nghệ đồng phát .................................................7 1.2 Khái niệm về Đồng phát ................................................................................... 8 1.3 Ưu điểm của Đồng phát .................................................................................. 10 1.4 Hiện trạng công nghệ Đồng phát ở Việt Nam ................................................ 11 1.4.1 Ngành công nghiệp mía đường ........................................................... 11 1.4.2 Khu công nghiệp quy mô lớn – Formosa ............................................14 1.4.3 Nhà máy giấy Bãi bằng .......................................................................15 Chương 2 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT ............... 17 2.1 Đối tượng áp dụng .......................................................................................... 17 2.1.1 Tổng quan về Công ty Dệt may A .......................................................18 2.2 Tình hình sử dụng và cung cấp năng lượng tại công ty A .............................. 20 2.2.1 Tình hình sử dụng và cung cấp nhiệt năng..........................................20 2.2.2 Tình hình sử dụng và cung cấp điện năng ...........................................25 2.3 Đề xuất phương án Đồng phát nhiệt điện ........................................................ 27 2.3.1 Các phương án đề xuất ........................................................................27 2.3.2 Lựa chọn sơ đồ hệ thống Đồng phát cho Công ty Dệt may A ............30 Chương 3 LỰA CHỌN THÔNG SỐ VÀ TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ NHIỆT .................... 32 3.1 Thông số hơi ban đầu ....................................................................................... 32 3.2 Thông số hơi sau tuabin và hơi trích ............................................................... 35 3.3 Xác định trạng thái hơi nước trong các tầng tuabin, xây dựng trạng thái……. …..làm việc của hơi trên giản đồ I_s .................................................................... 36 3.4 Xác định lưu lượng các dòng hơi .................................................................... 38 3.4.1 Lưu lượng hơi tại cửa trích 1............................................................... 38 3.4.2 Lưu lượng hơi phân ly từ cửa trích 1 ..................................................39 3.5 Công suất điện của tổ máy .............................................................................. 40 3.6 Tính lưu lượng các dòng phụ .......................................................................... 41 3.7 Công suất bơm ................................................................................................ 43 3.7.1 Bơm cấp............................................................................................... 43 3.7.2 Bơm ngưng .......................................................................................... 44 3.8 Xác định các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của sơ đồ nhiệt .................................... 45 3.9 Xác định kích thước các ống dẫn chính ........................................................... 46 3.9.1 Đoạn ống dẫn hơi từ lò hơi đến tuabin và từ tuabin đến các thiết......... bị trao đổi nhiệt cho nhu cầu sấy, nhuộm, định hình vải ....................47 3.9.2 Đoạn ống dẫn nước ngưng chính ........................................................47 3.9.3 Đoạn ống dẫn nước cấp .......................................................................48 3.10 Tóm tắt tính toán sơ đồ nhiệt .......................................................................... 48 Chương 4 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ ............................................... 50 4.1 Lò hơi .............................................................................................................. 50 4.2 Tính toán một số thiết bị phụ trên đường cấp không khí và thải khói của………... ….lò hơi…… ....................................................................................................... .52 4.2.1 Tính toán quá trình cháy......................................................................52 4.2.2 Tính toán công suất quạt và kích thước ống khói ............................... 58 4.3 Kích thước thiết bị gia nhiệt nước bổ sung bằng nước xả lò ........................... 60 4.4 Tính chọn kích thước bình phân ly .................................................................. 62 4.4.1 Bình phân ly PL1 .................................................................................62 4.4.2 Bình phân ly PL2 .................................................................................65 Chương 5 TỔNG KẾT.................................................................................................. 67 5.1 Kết quả lựa chọn và tính toán phương án Đồng phát ...................................... 67 5.2 So sánh hiệu quả năng lượng ........................................................................... 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 70 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Các lĩnh vực sử dụng năng lượng ở Việt Nam giai đoạn 2010 – 2030, Đơn ………...vị KTOE [9] 2 Hình 1.2 Biểu đồ nguồn cung điện Việt Nam [10] .......................................................3 Hình 1.3 Biểu đồ công suất nguồn điện cả nước 2016-2018 [10] 3 Hình 1.4 Sơ đồ cơ bản hệ thống hơi nước .....................................................................5 Hình 1.5 Phát thải khí nhà kính năm 2010 và dự báo tới năm 2020 và 2030 (Kịch ………..bản thông thường BAU) và mục tiêu 2030 [8]...............................................6 Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống đồng phát ...............................................................................8 Hình 1.7 Hiệu quả sử dụng năng lượng của hệ thống đồng phát [12] ................................. 10 Hình 1.8 Quy trình sản xuất của nhà máy mía đường [15] ........................................ 11 Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý, tổ máy VN-1 .................................................................... 14 Hình 2.1 Quy trình công nghệ xưởng dệt nhuộm ....................................................... 19 Hình 2.2 Máy nhuộm vải ............................................................................................ 20 Hình 2.3 Máy sấy vải.................................................................................................. 21 Hình 2.4 Máy căng kim định hình vải ........................................................................ 21 Hình 2.5 Lò hơi nhà máy dệt A (chụp tại hiện trường) .............................................. 22 Hình 2.6 Hình ảnh và sơ đồ nguyên lý hoạt động lò dầu tải nhiệt ............................. 23 Hình 2.7 Tuabin đối áp ............................................................................................... 28 Hình 2.8 Tuabin ngưng hơi có cửa trích .................................................................... 29 Hình 2.9 Sơ đồ hệ thống Đồng phát ........................................................................... 30 Hình 3.1 Đồ thị t-s thể hiện quá trình tăng nhiệt độ ................................................... 32 Hình 3.2 Đồ thị thể hiện quá trình tăng áp suất .......................................................... 33 Hình 3.3 Thông số ban đầu kết đôi [21] ..................................................................... 34 Hình 3.4 Mặt cắt tuabin đối áp có cửa trích điều chỉnh ............................................. 35 xii Hình 3.5 Đồ thị i-s của hơi trong tuabin ..................................................................... 37 Hình 3.6 Trao đổi nhiệt ở thiết bị trao đổi nhiệt TĐN1 ............................................. 38 Hình 3.7 Bình phân ly PL1 ......................................................................................... 39 Hình 3.8 Trao đổi nhiệt ở thiết bị trao đổi nhiệt TĐN2 ............................................. 40 Hình 3.9 Các dòng hơi phụ ........................................................................................ 41 Hình 3.10 Bình phân ly PL2 ......................................................................................... 42 Hình 3.11 Ví dụ bố trí bơm cấp ................................................................................... 44 Hình 3.12 Ví dụ bố trí bơm ngưng .............................................................................. 45 Hình 3.13 Các thông số cơ bản của hệ thống ............................................................... 48 Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống lò hơi tầng sôi tuần hoàn .................. 50 Hình 4.2 Sơ đồ mặt cắt ngang lò hơi đề xuất ............................................................. 51 Hình 4.3 Nguyên lý hoạt động bình gia nhiệt nước bổ sung ...................................... 61 Hình 4.4 Trao đổi nhiệt bình gia nhiệt nước bổ sung ................................................. 61 Hình 4.5 Biểu đồ chọn bình phân ly (Spirax Sarco) .................................................. 63 Hình 4.6 Thông số kích thước bình phân ly PL1 ....................................................... 64 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tỷ lệ nhiệt năng/điện năng cùng một số thông số kỹ thuật khác [6] ..............9 Bảng 2.1 Thông tin chung về công ty dệt may A ........................................................ 18 Bảng 2.2 Bảng thông số kỹ thuật lò hơi tầng sôi......................................................... 23 Bảng 2.3 Bảng thông số kỹ thuật lò dầu tải nhiệt........................................................ 25 Bảng 2.4 Tổng kết điện năng tiêu thụ của công ty ...................................................... 26 Bảng 3.1 Vật liệu ứng với nhiệt độ hơi [21]................................................................ 33 Bảng 3.2 Tiêu chuẩn tuabin Hitachi ............................................................................ 34 Bảng 3.3 Các kết quả chính ......................................................................................... 49 Bảng 4.1 Thành phần than cám [12] ........................................................................... 52 Bảng 4.2 Enthalpy của khói thải và khói trong buồng lửa theo nhiệt độ .................... 54 Bảng 4.3 Các tổn thất nhiệt và hiệu suất lò hơi ........................................................... 57 Bảng 5.1 Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật ........................................................................ 67 Bảng 5.2 Bảng so sánh chi phí năng lượng ................................................................ 68 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT NHIỆT NHIỆN CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT NHIỆT ĐIỆN 1.1 Nhu cầu và hiện trạng năng lượng trong công nghiệp Năng lượng là một ngành kinh tế quan trọng và cơ bản của một quốc gia. Việc phát triển ngành năng lượng kéo theo hàng loạt các công nghiệp khác như cơ khí, sản xuất vật liệu xây dựng... Nhiều lĩnh vực có nhu cầu rất cao về điện năng và nhiệt năng như luyện kim, gia công kim loại, chế biến thực phẩm, hoá chất, dệt... Một nền kinh tế càng phát triển thì càng cần nhiều năng lượng. Thông qua chỉ số tiêu thụ năng lượng bình quân theo đầu người, có thể phán đoán trình độ phát triển kinh tế, kỹ thuật và văn hoá của một quốc gia. Trong những năm gần đây, Việt Nam đã đạt được nhiều thành tựu về kinh tế trong quá trình hội nhập với thế giới. Sự tăng trưởng kinh tế liên tục với tốc độ cao giúp cải thiện mức sống của người dân nước ta cũng làm nhu cầu sử dụng năng lượng tăng lên, dự kiến tới 8,1-8,7% trong giai đoạn 2001-2020. Trong lĩnh vực công nghiệp, nhu cầu tiêu thụ năng lượng tăng nhanh: từ 4,36 triệu tấn dầu quy đổi - TOE (2000) lên 16,29 triệu TOE (2010); 23,74 triệu TOE (2015) và đến 33,12 triệu TOE (2020) [9]. Hình 1.1 Các lĩnh vực sử dụng năng lượng ở Việt Nam giai đoạn 2010 – 2030, Đơn vị: KTOE [9] 1 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT NHIỆT NHIỆN Hình 1.1 cho thấy tình hình sử dụng năng lượng ở các lĩnh vực tại Việt Nam (2010 -2030), trong đó công nghiệp và giao thông vận tải là những lĩnh vực tiêu tốn nhiều năng lượng. Năm 2015, tổng năng lượng tiêu thụ toàn quốc của Việt Nam là khoảng 65 triệu TOE. Chiến lược phát triển năng lượng quốc gia đến năm 2020, tầm nhìn đến 2050 đề ra mục tiêu phấn đấu đảm bảo cung cấp năng lượng cho nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội đến năm 2020 đạt khoảng 100-110 triệu TOE năng lượng sơ cấp, khoảng 310-320 triệu TOE vào năm 2050. Tuy nhiên, một trong những lí do khiến tiêu thụ năng lượng ngày càng tăng là hiệu quả sử dụng năng lượng của Việt Nam còn thấp. Hiện nay, để tạo ra 1000USD GDP, Việt Nam phải tiêu tốn 600kg dầu tương đương. Con số này hiện đang cao gấp 1,5 lần so với Thái Lan và gấp 2 lần mức bình quân của thế giới. Như vậy, năng lượng bao gồm điện năng và nhiệt năng là lĩnh vực đang rất được quan tâm ở nước ta hiện nay với những cơ hội phát triển và thách thức không nhỏ. 1.1.1 Điện năng Trong ngành năng lượng, điện năng chiếm phần lớn trong nhu cầu năng lượng, theo báo cáo của EVN, cùng với sự phát triển của các ngành kinh tế quốc dân, ngành năng lượng, điện lực đã có bước phát triển nhanh, về cơ bản đảm bảo nhu cầu năng lượng cho phát triển kinh tế - xã hội. Tiêu thụ điện trong những năm gần đây tăng với tốc độ cao, bình quân 12,04 %/năm trong giai đoạn 2003-2018, điện thương phẩm năm 2018 đạt 192,1 tỷ kWh, tăng 5,5 lần so với năm 2003 (34,9 tỷ kWh) [13] Theo dự báo từ nay đến năm 2030, nhu cầu sử dụng điện sẽ tiếp tục tăng trưởng ở mức cao. Trong bối cảnh nền kinh tế nước ta đang chuẩn bị các điều kiện bước vào giai đoạn công nghiệp hóa - hiện đại hóa, ngành điện cần phải đảm bảo sản xuất 265-278 tỷ kWh vào năm 2020 và khoảng 572-632 tỷ kWh vào năm 2030 [13]. Biểu đồ hình 1.2 thể hiện tình hình nguồn cung điện và dự phóng theo Quy hoạch điện VII cho thấy nhu cầu điện tăng mạnh trong giai đoạn 2015 đến 2030, tăng trưởng mạnh mẽ về quy mô và có sự chuyển dịch trong cơ cấu tiêu thụ do ảnh hưởng sự phát triển của nhóm khách hàng công nghiệp, xây dựng. Mức phụ tải đỉnh (nhu cầu điện cao nhất trong một giờ) năm 2014 đã lên đến 22GW, tăng gấp 2,5 lần trong vòng 10 năm. 2 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT NHIỆT NHIỆN Hình 1.2 Biểu đồ nguồn cung điện Việt Nam [10] Tuy nhiên tính tới hết năm 2018, công suất nguồn điện tại Việt Nam chậm hơn với kế hoạch như thể hiện ở biểu đồ hình 1.3 Hình 1.3 Biểu đồ công suất nguồn điện cả nước 2016-2018 [10] Trong các năm 2021-2023, dự đoán hệ thống điện sẽ không đáp ứng nhu cầu điện và nhiều khả năng xảy ra tình trạng thiếu điện tại miền Nam. 3 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT NHIỆT NHIỆN Tình trạng thiếu điện miền Nam có thể tăng cao hơn hoặc kéo dài ra cả giai đoạn đến 2025 do phụ tải tăng trưởng cao, cùng với đó lượng nước về các hồ thủy điện kém hơn trung bình nhiều năm; Nguồn khí Lô B, khí Cá Voi Xanh chậm tiến độ và Các dự án nguồn điện mới tiếp tục bị chậm tiến độ so với cập nhật hiện nay (mỗi dự án nhiệt điện than 1.200 MW tại miền Nam bị chậm tiến độ sẽ làm mức độ thiếu điện tại miền Nam tăng thêm từ 7,2-7,5 tỷ kWh/năm) [10] Từ năm 2026 - 2030, nếu tiến độ các nguồn điện đáp ứng như dự kiến thì việc cung ứng điện may ra mới được cải thiện. Như vậy có thể thấy việc đảm bảo cung ứng điện toàn toàn quốc trong thời gian tới sẽ có nhiều rủi ro mà EVN đã chỉ ra được nguyên nhân chính như: các nguồn điện đã được khởi công xây dựng để đưa vào vận hành trong 5 năm tới rất thấp so với yêu cầu tại Quy hoạch điện VII điều chỉnh Cụ thể theo Quy hoạch điện VII điều chỉnh trong 5 năm 2018-2022, tổng công suất các nguồn điện dự kiến đưa vào vận hành là 34864 MW, trong đó nhiệt điện là 26000 MW. Thực tế hiện nay chỉ có 7 dự án NĐ than/760 MW đã được khởi công và đang triển khai xây dựng. Như vậy, còn trên 18000 MW/26000 MW các dự án nhiệt điện than dự kiến vào vận hành trong 5 năm tới nhưng đến nay chưa được khởi công xây dựng và sẽ ảnh hưởng rất lớn đến việc cung ứng điện các năm tiếp theo [11]. Có thể thấy Việt Nam đang là một trong những nước tiêu thụ điện nhiều nhất Đông Nam Á và giá điện tăng trong thời gian tới là tất yếu. Từ hiện trạng và nhận định trên, việc gia tăng hiệu quả trong sử dụng và sản xuất điện là rất cần thiết, cần có những biện pháp và hướng đi đúng đắn để ngành điện Việt Nam có thể phát huy hết tiềm năng và đáp ứng nhu cầu trong tương lai. 1.1.2 Nhiệt năng Nhiệt năng là một dạng năng lượng không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực sản xuất như: nhà máy giấy, chế biến thực phẩm, dệt may, mía đường, ngành nhựa – chất dẻo, dược phẩm,... Chi phí sản xuất nhiệt năng chiếm tỷ trọng lớn trong tổng chi phí sản xuất của nhà máy, do vậy việc sản xuất và sử dụng hiệu quả nhiệt năng ở các nhà máy này rất quan trọng. Ví dụ như trong ngành dệt may, một ngành công nghiệp trọng điểm, đồng 4 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT NHIỆT NHIỆN thời là mũi nhọn về xuất khẩu của nước ta, tiêu hao nhiệt trên đơn vị sản phẩm còn khá cao do bởi còn nhiều lãng phí trong quá trình sản xuất. Nếu áp dụng những phương pháp tiết kiệm năng lượng một cách đồng bộ, doanh nghiệp dệt may có thể giảm được khoảng 20% chi phí năng lượng cho sản xuất mà trong đó tối ưu hóa hệ thống lò hơi là một giải pháp được quan tâm. Hình 1.4 là một sơ đồ hệ thống hơi nước tổng quát trong công nghiệp. Hình 1.4 Sơ đồ cơ bản hệ thống hơi nước Thiết bị lò hơi với nhiệm vụ chủ yếu là sản xuất hơi nước cho các nhu cầu về sấy, gia nhiệt, nấu, thanh trùng và đôi khi là cả nhu cầu phát điện trong các nhà máy sử dụng công nghệ đồng phát. Để tiết kiệm năng lượng, thiết bị lò hơi được ưu tiên sử dụng là các lò hơi có hiệu suất cao, công suất phù hợp tránh tình trạng non tải, đồng thời phải được vệ sinh định kỳ không để bám cáu cặn trong lò. Bên cạnh đó cần bố trí, lắp đặt đường ống hơi hợp lý, giảm thất thoát nhiệt trong quá trình phân phối hơi. Các lò hơi ở Việt Nam có dải công suất từ nhỏ đến lớn, nhưng đa số còn có hiệu suất nhiệt thấp nên suất tiêu hao nhiên liệu cao và lượng khí độc hại phát thải vào môi trường lớn. Vì vậy, việc nâng cao hiệu suất, tiết kiệm năng lượng đối với lò hơi nói riêng 5 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT NHIỆT NHIỆN cũng như hệ thống cung cấp nhiệt nói chung được các doanh nghiệp quan tâm, nhất là khi hiện nay giá nhiên liệu có xu hướng ngày càng tăng. 1.1.3 Vấn đề phát thải trong sản xuất năng lượng Có thể thấy điện năng và nhiệt năng chiếm tỷ trọng rất lớn, có vai trò quyết định trực tiếp đến sự phát triển của ngành năng lượng Việt Nam qua đó giúp cho nền kinh tế Việt Nam đi lên, nhưng song song đó ô nhiễm môi trường cũng đang là một trong những vấn đề mà ngành năng lượng Việt Nam đang phải đối mặt và cần phải tìm cách hạn chế. Với tiềm năng kinh tế lớn cùng sự gia tăng rất nhanh chóng và vai trò chủ đạo của ngành năng lượng trong phát thải quốc gia được thể hiện ở hình 1.5, để tăng sức cạnh tranh của các sản phẩm và dịch vụ của nước ta, giảm lượng khí phát thải, cụ thể hóa các giải pháp phát thải khí nhà kính, vấn đề sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đang được quan tâm ở nhiều cấp độ khác nhau. Hình 1.5 Phát thải khí nhà kính năm 2010 và dự báo tới năm 2020 và 2030 (Kịch bản thông thường BAU) và mục tiêu 2030 [9] Việt Nam đã và đang huy động những nguồn lực trong nước và quốc tế nhằm hỗ trợ cho phát triển điện lực, đảm bảo cung cấp đủ điện với chất lượng ngày càng cao, giá điện hợp lý cho phát triển kinh tế - xã hội của đất nước. Trong đó tập trung tối ưu hóa 6 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT NHIỆT NHIỆN việc sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên năng lượng cũng như thúc đẩy việc sử dụng năng lượng sạch, năng lượng tái tạo, thay đổi từ mô hình điện tập trung cho đến mô hình điện phân bố. 1.1.4 Cơ hội phát triển công nghệ đồng phát Như vậy, trong bối cảnh kinh tế Việt Nam đang tăng trưởng nhanh, đòi hỏi nhu cầu năng lượng ngày càng lớn, để đảm bảo cung cấp năng lượng tin cậy và tối ưu hóa việc sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên năng lượng Việt Nam cần phát huy cao nhất mức độ sử dụng năng lượng hiệu quả. Vì công nghệ có nhu cầu năng lượng đa dạng, những phương pháp gia tăng hiệu suất năng lượng của các ngành công nghiệp rất là đa dạng. Trong đó đồng phát đang là một trong những phương pháp gia tăng hiệu suất năng lượng, giảm mức độ phát thải đáng chú ý và cần được phát triển nhất. Đối với một nhà máy công nghiệp khi hoạt động cần cả điện và nhiệt năng (dưới dạng nhiệt) cùng một lúc. Thông thường, nhà máy công nghiệp có hợp đồng cung cấp điện với một công ty năng lượng để cung cấp một lượng điện nhất định cho nhà máy. Có nhiều loại hợp đồng cung cấp điện khác nhau, nhưng nói chung một nhà máy công nghiệp trả một chi phí nhất định cho lượng điện mua từ lưới điện. Điện cung cấp cho lưới điện từ các nhà máy điện trung tâm hoạt động trên cơ sở chu trình Rankine điển hình với hiệu suất nhiệt 35-42%. Điều này có nghĩa là có một lượng lớn tổn thất năng lượng vào môi trường xung quanh (thông qua tháp làm mát, nước sông, …) tại khu vực phát điện. Nhà máy công nghiệp cũng mua nhiên liệu từ một công ty năng lượng để vận hành nồi hơi hoặc các thiết bị gia nhiệt quá trình cháy trực tiếp để đáp ứng nhu cầu nhiệt của nó. Ở hệ thống đồng phát, một nhà máy công nghiệp với một hệ thống hơi nước có thể vận hành một chu trình đỉnh, trong đó nó tạo ra điện thông qua một tua bin hơi nước và sau đó sử dụng hơi thoát đáp ứng các nhu cầu nhiệt của các quá trình. Hiệu suất nhiệt chung của hệ thống đồng phát nhiệt điện đó có thể là 70% hoặc cao hơn. Đây là lý do chính để thực hiện các cơ hội tối ưu hóa đồng phát trong các hệ thống công nghiệp. Có thể có một số lượng đáng kể tiết kiệm năng lượng và tiết kiệm chi phí bao gồm một cấu hình cung cấp điện có độ tin cậy cao với đồng phát nhiệt điện trong các nhà máy công nghiệp. 7 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT NHIỆT NHIỆN 1.2 Khái niệm về đồng phát Hệ thống đồng phát (hay còn gọi là: Nhiệt Điện kết hợp), trong thực tế còn dùng trực tiếp từ tiếng Anh – Cogeneration, là hệ thống cung cấp đồng thời cả năng lượng điện và nhiệt, và đôi khi cả năng lượng cơ học, trong một hệ thống tích hợp duy nhất. Hình 1.6 là một ví dụ về hệ thống đồng thời phát điện và cấp nhiệt tập trung với đầy đủ các hệ thống xử lí chất phát thải đảm bảo tiêu chuẩn về môi trường. Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống đồng phát Theo sơ đồ trên, đây là công nghệ biến đổi năng lượng từ các nguồn phế thải sinh khối như bã mía, trấu, mùn cưa, gỗ vụn… để cung cấp năng lượng chạy lò hơi, sau đó hơi nước từ lò hơi được dùng chạy tuabin phát điện (thường là tuabin đối áp, tuabin ngưng hơi có cửa trích). Phần hơi nước sau khi ra khỏi tuabin phát điện vẫn còn một phần nhiệt năng sẽ được dùng để cấp cho các hộ tiêu thụ nhiệt như: lò nấu, lò sưởi… để phục vụ mục đích công nghiệp. 8 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT NHIỆT NHIỆN Các hệ thống đồng phát có thể được chia thành ba loại kích thước cơ bản: hệ thống nhỏ có công suất dưới 50 kW, phù hợp với nhà ở một mặt bằng; hệ thống trung bình 50500 kW, phù hợp cho các doanh nghiệp vừa (bệnh viện, khách sạn, căn hộ, nhà hàng và trung tâm giải trí); và các hệ thống lớn lớn hơn 500 kW và phù hợp để sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp lớn [6]. Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn hệ thống đồng phát phù hợp, một số thông số cụ thể cần lưu ý là: ● Tỷ lệ nhiệt năng/điện năng ● Chất lượng năng lượng nhiệt cần thiết ● Nguồn nhiên liệu sử dụng ● Độ ồn ● Vấn đề quy hoạch ● Các vấn đề khác Trong đó, tỷ lệ nhiệt năng/điện năng (Heat to Power Ratio) là một trong những thông số kỹ thuật quan trọng ảnh hưởng đến việc lựa chọn hệ thống đồng phát. Tỷ lệ nhiệt năng/điện năng của một cơ sở phải phù hợp với đặc điểm của hệ thống đồng phát sẽ được lắp đặt (Bảng 1.1). Tỷ lệ nhiệt năng/điện năng được định nghĩa là tỷ lệ năng lượng nhiệt so với điện theo yêu cầu của cơ sở tiêu thụ. Trong nhiều tài liệu người ta còn dùng giá trị nghịch đảo của nó (Công suất điện/Công suất nhiệt), gọi là chỉ số đồng phát (Cogeneration Index) Bảng 1.1 Tỷ lệ nhiệt năng/điện năng cùng một số thông số kỹ thuật khác [6] 9 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT NHIỆT NHIỆN Có thể thấy, hệ thống đồng phát tuabin hơi nước có thể cung cấp một phạm vi tỷ lệ nhiệt năng/điện năng lớn. 1.3 Ưu điểm của Đồng phát Trong các nhà máy điện thông thông thường, nhiệt năng còn dư sau khi chạy tuabin thường không được sử dụng, hầu hết thải ra môi trường, hiệu suất của các nhà máy này thường vào khoảng 40-55%. Trong khi đó, hệ thống đồng phát tận dụng một cách hiệu quả nhiệt năng dư này một cách trực tiếp nên tổng hiệu suất của hệ thống đồng phát lớn hơn nhiều so với hệ thống nhiệt, điện riêng lẻ, hiệu suất hệ thống này đạt tới 75-95% (như minh họa ở hình 1.7). Hình 1.7 Hiệu quả sử dụng năng lượng của hệ thống đồng phát [12] Như đã thấy, hiệu suất của các hệ thống nhiệt, điện riêng lẻ không cao, hiệu quả sự dụng nhiên liệu thấp, hao phí năng lượng lớn, dẫn đến lượng phát thải cao trong khi các lượng tài nguyên thiên nhiên ngày càng cạn kiệt cùng với sự biến đổi khí hậu, ô nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà kính ngày càng tăng. Đồng phát là hệ thống hiệu quả về kinh tế, giúp giảm mức phát thải, tiết kiệm nhiên liệu, thông qua đó còn giúp giảm bớt chi phí cho quá trình vận chuyển, lưu trữ nhiên liệu, tăng tuổi thọ thiết bị ( giảm hao mòn). Ngoài ra, do có thể tự cung cấp điện nên khi vào giờ cao điểm hoặc do sự cố dẫn đến mất nguồn điện cung cấp cho sản xuất, hệ thống Đồng phát giúp đảm bảo nguồn điện được duy trì liên tục, ổn định cho khu vực đó. 10 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT NHIỆT NHIỆN Như vậy, công nghệ đồng phát cung cấp một nguồn năng lượng ổn định và hiệu quả cao. Đồng phát làm giảm mức phát thải và tận dụng các sản phẩm thải được đưa vào sử dụng sản xuất, làm giảm sự phụ thuộc vào mạng điện lưới quốc gia và tăng độ an toàn, ổn định của nguồn điện. Và là giải pháp cung cấp năng lượng điện và nhiệt được ứng dụng để có thể cải thiện cả về mặt kinh tế và môi trường. 1.4 Hiện trạng công nghệ đồng phát ở Việt Nam Ở Việt Nam, công nghệ đồng phát đã đươc ứng dụng trong các nhà máy công nhiệp quy mô vừa và lớn, điển hình như ngành công nghiệp Mía đường, khu công nghiệp Formosa-Nhơn Trạch-Đồng Nai, nhà máy giấy Bãi Bằng,… 1.4.1 Ngành công nghiệp mía đường Ngành công nghiệp mía đường hiện nay có vai trò quan trọng đối với Việt Nam. Ngành mía đường đã từ khá lâu sử dụng phụ phẩm để sản xuất nhiệt, điện, và thực sự là một trong những ngành đi đầu trong sản xuất năng lượng tái tạo tại Việt Nam. Hiện nay có 41 nhà máy mía đường tiêu thụ 155,000 tấn mía/ngày [15] , tạo nên lượng bã mía dư thừa lớn trong quy trình luyện đường thô (Hình 1.8). Hình 1.8 Quy trình sản xuất của nhà máy mía đường [15] 11 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT NHIỆT NHIỆN Bã mía được tận dụng để làm nguyên liệu đốt lò hơi, tạo hơi cho tuabin từ đó hơi trích từ tuabin hầu hết được dẫn vào chạy công nghệ nhà máy mía đường, phần còn lại đưa bình khử khí. Hơi sau khi được sử dụng cho công nghệ của nhà máy sẽ được đưa về bồn chứa, tại đây sẽ có các công nghệ xử lý lượng đường và các chất bẩn khác trong nước rồi được đưa đi bổ sung vào lò hơi tiếp tục hệ thống tuần hoàn nhiệt. Nhìn chung, quy trình sản xuất đường khá đơn giản, không đòi hỏi nhiều kỹ thuật cao, phức tạp so với các mặt hàng khác. So với thế giới thì Việt Nam có công nghệ sản xuất đường tương đương về chất lượng đường. Tuy nhiên quy mô và chất lượng thiết bị và khả năng tiết kiệm nhiên liệu thì kém hơn. Vì vậy, nhiều nhà máy đã đầu tư phát hệ thống đồng phát để tăng hiệu quả sản xuất, điển hình như: - Công ty cổ phần Mía đường Nhiệt điện Gia Lai, hiện nay nhà máy có công suất ép 6000 tấn mía nguyên liệu/ngày, tương đương 1200000 tấn mía/năm. Trong vụ ép năm 2015, công ty đã đầu tư 2,4 tỷ đồng để lắp đặt thêm 1 lò hơi cao áp 22,5 MW với công suất 150 tấn/giờ để đốt hết lượng bã thừa cung cấp điện năng và nhiệt năng cho toàn công ty, ngài ra còn phát điện lên điện lưới quốc gia [16]. Thành công của dự án không chỉ đem lại lợi nhuận cho doanh nghiệp mà còn góp phần nâng cao năng lực nguồn cho hệ thống, giải quyết tình trạng thiếu điện cục bộ tại địa phương, tạo thêm công việc ổn định cho người dân trên địa bàn tỉnh AyunPa và các vùng lân cận; đảm bảo nguồn năng lượng đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội, đảm bảo an ninh quốc phòng trên địa bàn. - Công ty cổ phần Đường Ninh Hòa, công ty đang triển khai xây dựng nhà máy nhiệt điện sử dụng bã mía tại xã Ninh Xuân, thị xã Ninh Hòa, tỉnh Khánh Hòa, công suất đạt 30 MW với tổng mức đầu tư trên 345 tỷ đồng. Đến nay, đã bán được cho EVN 5,56 triệu kWh với giá 603 đồng/kWh. Nhà máy có hệ thống lò hơi công suất 170 tấn hơi/giờ, áp suất 6,8 Mpa, một tua bin kiểu đối áp, máy phát điện công suất 30000 Kw và các hệ thống thiết bị trọn bộ đi kèm. hệ thống đường dây 110 kV truyền tải dài 5km đấu nối với hệ thống điện lưới quốc gia [16]. - Công ty cổ phần Mía đường Thành Thành Công Tây Ninh, ngay từ khi xây dựng từ năm 1995, Công ty cổ phần Mía đường Thành Thành Công Tây Ninh đã xác 12