Nhà máy phát kết hợp điện và nhiệt Malmo (Thuỵ điển)

ImageTháng 8/2006, Hitachi Power Europe và GE Energy đã ký hợp đồng xây dựng một công trình được mô tả là một trong số những nhà máy phát kết hợp điện và nhiệt hiện đại nhất thế giới. Nhà máy điện CHP này sẽ được đặt tại Malmo (Thuỵ Điển), cung cấp hằng năm 3 TWh cho hệ thống điện Nordic và 1 TWh nhiệt năng cho sưởi ấm dịch vụ công.

Tháng 8 năm 2006, công-xooc-xiom bao gồm Hitachi Power Europe GmbH (HPE) và GE Energy đã ký thoả thuận với Eon Gasturbiner Sverige về xây dựng chìa khoá trao tay nhà máy phát kết hợp điện và nhiệt (combined heat and power – CHP) tại thành phố Malmo, Thuỵ Điển. Nhà máy điện Oresundsverket xây dựng mới này sử dụng công nghệ đỉnh cao, hứa hẹn trở thành một trong những nhà máy điện CHP hiện đại nhất thế giới. Nhà máy mới này sẽ thay thế các lò hơi cũ đốt than và dầu để phát điện và nhiệt.

Theo thiết kế, nhà máy sẽ vận hành mỗi năm trên 7.000 giờ, công suất điện xấp xỉ 440 MW, và công suất nhiệt trên 250 MW. Khi vận hành kết hợp, mức sử dụng nhiên liệu tổng đạt mức tối đa trên 89%, khiến nhà máy chu trình hỗn hợp này trở thành một trong số những nhà máy CHP có hiệu suất cao nhất thế giới.

Thoả thuận được ký với lịch biểu rất sát sao, thời gian xây dựng nhà máy điện CHP là 28 tháng, thời hạn đưa vào hoạt động thương mại là đầu năm 2009.

Thiết kế tuyến năng lượng

Tuyến năng lượng sẽ bao gồm một tuabin khí GE kiểu 9FB, một tuabin kiểu ngưng hơi – trích hơi và một lò sinh hơi thu hồi nhiệt (heat recovery steam generator – HRSG) kiểu thẳng đứng, đặt phía sau tuabin khí. Các thành phần chính sẽ được bố trí theo kiểu nhiều trục, mỗi tuabin có máy phát riêng. Các thiết bị chính sẽ được lắp đặt thẳng hàng.

Nhiên liệu dùng cho tuabin khí là khí tự nhiên có nhiệt lượng cao, và dầu nhẹ, được lưu trữ trong các bể chứa khổng lồ làm nhiên liệu dự phòng.

Khi vận hành ở chế độ ngưng hơi, nhà máy điện sẽ phát công suất điện ròng là 447 MW, trong đó phần của tuabin khí là 293 MW, và với mức tiêu thụ nhiệt là 767 MJ/s, đạt hiệu suất điện ròng cao nhất là 58,3%.

Khói nóng thoát ra khỏi tuabin khí được sử dụng để tạo ra hơi nước trong lò sinh hơi HRSG, với năng suất là 310 tấn hơi mới mỗi giờ. Hơi nước được sử dụng để chạy tuabin hơi, phát ra công suất điện cực đại là 161 MW.

Việc sưởi ấm dịch vụ công yêu cầu 5.000 giờ mỗi năm, do vậy tuabin hơi có thể vận hành ở chế độ trích hơi để phát 250 MW công suất nhiệt.

Để nhà máy CHP vận hành với độ linh hoạt tối đa, tránh phải khởi động các lò sinh nhiệt khác trong hệ thống sưởi ấm dịch vụ công, có thể phát 408 MW công suất nhiệt để vận hành ở phụ tải đỉnh bằng cách đóng tuabin hơi và cấp trực tiếp hơi từ lò sinh hơi HRSG cho bộ trao đổi nhiệt sưởi ấm dịch vụ công.

Theo dự kiến, nhà máy điện CHP sẽ phát hằng năm xấp xỉ 3 TWh điện năng và khoảng 1 TWh nhiệt năng.

Mục tiêu dự án

Lý do chính để Eon Gasturbiner Sverige quyết định đưa vào sử dụng nhà máy điện CHP là cấp thêm nguồn cho lưới điện phía nam của Thuỵ Điển, ngoài ra còn để cung cấp nhiệt một cách hiệu quả và kinh tế cho thành phố Malmo.

Một số thách thức

Thách thức lớn nhất của dự án này là nhà máy CHP phải bố trí bên trong công trình sẵn có, những bộ phận cấu thành và thiết bị đặt bên ngoài công trình sẵn có phải được giữ ở mức tối thiểu.

Nhà máy điện Oresundsverket nguyên thuỷ được xây dựng qua ba giai đoạn, trong khoảng thời gian từ năm 1953 tới năm 1964. Các lò hơi chạy than và dầu trước đây được sử dụng để phát điện và nhiệt. Nhà máy này nằm trong khu công nghiệp và cảng Malmo.

Xây dựng nhà máy điện bên trong một công trình có sẵn đòi hỏi phải đặc biệt chú ý tới vấn đề bố trí thiết bị ngay từ giai đoạn thiết kế. Điều này nhằm đảm bảo sử dụng tốt nhất kết cấu công trình hiện có về không gian và các cách bố trí cho việc lắp đặt, vận hành hằng ngày, bảo trì và chữa lớn. Đặc biệt là không được động chạm tới các cột chống đỡ mái hoặc các tầng nhà, điều này rõ ràng khiến cho việc lắp đặt thiết bị trở nên khó khăn hơn.

Ngoài ra, bởi vì các cột và khoảng cách giữa các cột đã là nhất định nên việc bố trí các cổng mới dùng trong việc lắp đặt và bảo trì là hết sức quan trọng. Để có được những thông tin chính xác hơn về kích thước và vị trí các kết cấu hiện có như cột, sàn, tường, người ta phải dùng tới phương pháp quét chùm tia laser.

Hơn nữa, điều quan trọng là ngay từ khi bắt đầu giai đoạn dự án, phải xác định được  trình tự lắp đặt các thiết bị chính. Để có thể đặt các bộ phận hợp thành chính (như tuabin hơi, tuabin khí và hai máy phát điện) vào vị trí của chúng trong toà nhà thì phải đưa chúng vào lần lượt. Do vậy cần phải có lịch biểu chính xác về vận chuyển thiết bị, đặc biệt trong điều kiện thời hạn xây dựng ngắn.

Công nghệ nhà máy

Để đạt được công suất ra và hiệu suất yêu cầu, khi xây dựng nhà máy phải chọn những thiết bị chất lượng cao, hiệu suất cao. Thành phần chính của nhà máy điện này là tuabin khí GE kiểu 9FB.

Tuabin khí 9FB là sản phẩm mới nhất trong chuỗi các tuabin F đã qua thử thách của hãng GE, tính trên toàn thế giới, số giờ vận hành thương mại cộng dồn của dãy các tuabin này lên tới 13 triệu giờ. Tuabin 9 FB là phiên bản tần số 50 Hz của tuabin khí 7 FB tần số 60 Hz, được đưa và sử dụng từ năm 1999.

Máy nén khí hầu như dựa theo kiểu máy nén khí FA, và bao gồm 18 tầng cánh cùng với các cánh hướng dòng đường không khí vào có thể thay đổi nhằm duy trì hiệu suất cao ở chế độ non tải và phát thải thấp trên dải rộng vận hành. Các cánh hướng dòng thay đổi được cũng cải thiện đặc tính tăng tải đột ngột ở tốc độ thấp, nhờ đó giúp cho việc khởi động dễ dàng hơn và tính năng tốt hơn khi chạy non tải đối với các ứng dụng chu trình hỗn hợp. Khi đóng bớt các cánh dẫn hướng lại, nhiệt độ khói thải được giữ ở mức cao, nhờ đó duy trì năng lực tạo hơi nếu như tuabin khí đang chạy ở mức thấp hơn 100% phụ tải. Động cơ 9 FB vận hành ở tỉ số nén máy nén khí là 18,5.

Tuabin ba tầng 9 FB được thiết kế lại do yêu cầu nhiệt độ đốt cao hơn. Bên trong 18 buồng đốt (với hệ thống đốt khô, nồng độ NOX thấp 2.6+), nhiệt độ đốt là trên 1.370oC.

Nhiệt độ đốt của máy FB cao hơn 38oC so với công nghệ FA của hãng GE, nhờ đó khi làm việc theo chu trình hỗn hợp, hiệu suất được cải thiện trên 1%. Công suất ra cũng được nâng lên trên 5%.

Sử dụng vật liệu cải tiến chế tạo tuabin, ví dụ cánh tuabin tầng 1 bằng loại đơn tinh thể, đảm bảo bộ phận có thể chịu được nhiệt độ đốt cao hơn đối với tuabin FB mà không yêu cầu cao hơn trong công tác bảo trì.

Phía sau tuabin khí là lò sinh hơi thu hồi nhiệt (HRSG) ba áp lực, bộ thu hồi nhiệt bố trí theo chiều thẳng đứng, trên cùng là ống khói. Không có gia nhiệt bổ sung.

Để đáp ứng các qui định nghiêm ngặt về phát thải NOX ở mức 15 mg /MJ khi chạy bằng khí tự nhiên, lò HRSG được trang bị hệ thống khử bằng xúc tác có chọn lọc, hoạt động bằng nước amôniac. Các thiết bị phụ trợ cần thiết như trạm dỡ tải và thùng lưu trữ amôniac được bố trí gần lò HRSG. Một lò hơi phụ cung cấp hơi nước để khởi động.

Tuabin hơi là tuabin ngưng hơi – trích hơi ba vỏ bao gồm phần cao áp /trung áp và phần hạ áp hai dòng được nối tới bộ ngưng một lối bằng các ống titan bởi vì môi chất làm mát là nước biển. Cửa nhận nước biển ở cách nhà máy điện khoảng 2 km, do vậy có đường ống dẫn đến nhà máy và từ nhà máy đi.

Do công suất ra của tuabin khí là trên 281 MW theo điều kiện ISO nên máy phát điện tuabin khí được làm mát bằng hyđro – nước. Máy phát điện tuabin hơi chỉ cần làm mát bằng không khí/nước là đủ.

Để có được lượng nước khử khoáng cần thiết, nhà máy sẽ có trạm khử khoáng. Hai dây chuyền năng suất 100% sẽ nạp đầy bể nước khử khoáng dung tích 1.200 m3 để cấp cho chu trình nước/hơi và tuabin khí khi chạy bằng dầu nhiên liệu lỏng.

Một trạm xử lý nước thứ hai sẽ được lắp đặt nhằm bổ sung hao hụt nước ở hệ thống sưởi ấm dịch vụ công của thành phố Malmo. Nhằm duy trì áp lực trong hệ thống sưởi ấm, người ta còn lắp đặt hệ thống kiểm soát áp lực.

Hình 2. Tuabin khí 9FB 50 Hz của hãng GE Energy trong  nhà máy điện CHP

Hệ thống điều khiển phân bố (distributed control system – DCS) của nhà máy CHP được bố trí tại phòng điều khiển. Hệ thống này đảm nhiệm các chức năng chung của nhà máy (thông qua các tín hiệu khởi động, tắt máy và vận hành khẩn cấp), theo dõi các thiết bị đo lường tại hiện trường và điều khiển các thiết bị phụ trợ. Do tiêu chuẩn tự động hoá cao nên việc điều khiển toàn bộ nhà máy CHP chỉ cần một người vận hành, thông qua DCS.

Tuabin khí và máy phát tuabin khí sẽ được điều khiển và theo dõi nhờ hệ thống điều khiển và theo dõi GE Mk VI được kết nối với DCS. Hệ thống điều khiển và theo dõi tuabin hơi và máy phát kèm theo cũng tương tự như vậy.

Tình hình triển khai dự án

HPE là đơn vị lãnh đạo công-xooc-xiom, có trách nhiệm thiết kế chung toàn bộ nhà máy. Ngoài ra, công ty này cũng đảm nhiệm công tác xây dựng, lắp đặt, đưa vào hoạt động và cung cấp phần còn lại của nhà máy và thiết bị điện. GE Energy sẽ cung cấp tuabin khí, tổ máy phát tuabin hơi cũng như lò sinh hơi thu hồi nhiệt và hệ thống DCS.

Do khung thời gian của dự án là rất sát sao nên vấn đề quan trọng hàng đầu là các thiết bị cần được đưa tới hiện trường dự án đúng như lịch biểu. Tuy nhiên, trước khi có thể tiến hành lắp đặt thiết bị mới, cần hoàn tất một số công tác thuộc ngành xây dựng, bao gồm một số công việc dỡ bỏ, đóng cọc bên trong công trình và đổ móng mới.

Sau 22 tháng, tuabin khí sẽ được nhóm lửa lần đầu, mở đầu giai đoạn bàn giao nóng nhà máy điện CHP và kết thúc bằng việc chạy thử trong đó có thử nghiệm tính năng để chứng tỏ nhà máy phát kết hợp điện và nhiệt đáp ứng đầy đủ các đặc tính vận hành và tính năng như đã thoả thuận.

Theo KHCN Điện Số 4 – 2007

Leave a Reply

Thư điện tử của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *