Chu trình Nhà máy Điện khí - Gas power plant cycle

Tại Việt Nam có rất nhiều Nhà máy Điện khí, các nhà máy Điện khí này đóng góp một phần không nhỏ trong vấn đề đảm bảo an ninh năng lượng Quốc gia.

Tổng quan nhà máy điện khí Phú Mỹ

Một số Nhà máy Điện khí lớn có thể kể đến như Phú Mỹ 1, Cà Mau 1&2, Nhơn Trạch 3&4, v.v

Có 3 loại Nhà máy Điện khí lần lượt là:

1. OCGT (Open Cycle Gas Turbine)

- Dạng Tubin khí chu trình hở, quy mô nhà máy nhỏ, sử dụng khí nhiên liệu tự nhiên để đốt, nhiệt độ cao khi đốt trộn với dòng không khí được nén ở áp suất cao ở đầu vào làm quay tuabin, tạo ra điện.

- Chi phí chế tạo rẻ, phù hợp với việc sản xuất điện trong thời gian ngắn

Tổng quan công nghệ nhà máy điện khí chu trình hở

2. CCGT (Combined Cycle Gas Turbine)

- Nguyên lí về cơ bản giống OCGT, ngoại trừ dòng khí nóng thoát ra khỏi Tuabin khí được tận dụng để làm bay hơi nước ở chu trình sau (gần như tương tự các nhà máy Nhiệt điện đốt than) để tạo ra điện

- Điện sẽ được tạo ra vừa từ Tuabin khí ở chu trình trước, vừa từ Tuabin hơi ở chu trình sau.

Tổng quan công nghệ chu trình nhà máy điện khí kết hợp

3. CHP (Combined Heat & Power)

- Nguyên lí cơ bản cũng giống OCGT giai đoạn đầu, ngoại trừ dòng khí nóng thoát ra khỏi Tuabin khí được sử dụng cho mục đích khác: Khí sưởi, khí dịch vụ, v.v

Đối với các nhà máy điện khí tại Việt Nam thì phổ biến nhất là nhà máy điện khí chu trình kết hợp, hãy cùng tìm hiểu chu trình tổng quan của loại nhà máy này:

Tổng quan chu trình và các hệ thống thiết bị chính có trong nhà máy điện khí chu trình kết hợp

Các hệ thống, thiết bị chính:

1. Air Inlet / Hệ thống hút không khí đầu vào

2. Compressor/ Bộ nén không khí

3. Combustion Chamber/ Buồng đốt khí

4. Gas Turbine/ Tuabin khí

5. Natural Gas Line/ Đường dẫn khí đốt tự nhiên

6. Generator/ Máy phát

7. Heat recovery Steam Generator/ Máy tạo hơi nước thu hồi nhiệt

8. Steam Boiler/ Hệ thống lò hơi

9. Steam Turbine/ Tuabin hơi

10. Steam Condenser/ Bình ngưng hơi

11. Water Tank/ Bồn nước cấp

12. Cooling Tower/ Tháp giải nhiệt

13. Transformer/ Máy biến áp

Chu trình chi tiết:

Không khí được hút vào (Air Inlet), được làm sạch tùy vào hệ thống lọc không khí được thiết kế theo từng vùng mà nhà máy được lắp đặt. Hệ thống đầu vào có khả năng xử lý không khí bằng cách loại bỏ các chất gây ô nhiễm xuống dưới mức có hại cho máy nén và tuabin ở các chu trình sau.

Ảnh minh họa máy nén không khí

Tua bin khí được sử dụng trong các Nhà máy chu trình hỗn hợp thường được cung cấp nhiên liệu bằng khí tự nhiên và nó linh hoạt hơn than hoặc dầu và có thể được sử dụng trong 90% ứng dụng năng lượng. Các nhà máy chu trình hỗn hợp thường chạy bằng khí tự nhiên, mặc dù có thể sử dụng dầu nhiên liệu, khí tổng hợp hoặc các nhiên liệu khác: Metan, Etan, Propane, Butan, v.v, gần như Metan nguyên chất. Các đầu đốt sẽ đốt trực tiếp các nguồn nguyên liệu này.

Ảnh minh họa đầu đốt khí tự nhiên

Không khí được lọc, được nén và được tăng nhiệt độ bởi việc đốt nhiên liệu sẽ làm quay các cánh của Tuabin khí => Tạo ra điện, chiếm 2/3 công suất toàn nhà máy. Phần tuabin này cung cấp năng lượng cho cả máy nén và máy phát. Lượng không khí cần thiết để đốt cháy trong một nhà máy điện chu trình hỗn hợp 600 MW thông thường nằm trong khoảng 800.000 feet khối mỗi phút.

Ảnh minh họa của Heat Recovery Steam Generator (HRSG)

Khí thải ra từ Tuabin khí có nhiệt độ cao sẽ tiếp tục đi vào HRSG. HRSG có thể được thiết kế với việc đốt nhiên liệu bổ sung sau tuabin khí để tăng số lượng hoặc nhiệt độ của hơi nước được tạo ra. Nếu không đốt bổ sung, hiệu suất của nhà máy điện chu trình hỗn hợp sẽ cao hơn nhưng việc đốt bổ sung giúp nhà máy phản ứng với những biến động của phụ tải điện. Đầu đốt bổ sung còn được gọi là đầu đốt ống dẫn. HRSG còn có các tấm phân phối gió đầu vào để điều chỉnh hướng của dòng khí vào HRSG. Điều này cho phép tuabin khí tiếp tục hoạt động khi không có nhu cầu về hơi nước hoặc nếu HRSG cần ngừng hoạt động.

Bên trong của một HRSG

Tùy vào thiết kế nhà máy và công suất mong muốn, việc sắp xếp thứ tự các giàn ống trong HRSG có thể bị thay đổi.

Vì đốt nhiên liệu là khí, việc tạo ra bụi là không đáng kể, các nhà máy điện khí chu trình kết hợp thường không có hệ thống ESP, các hệ thống khử CO, khử Nox, v.v sẽ có thể được lắp đặt ở bên trong HRSG hoặc ở bên ngoài. Có 2 chất xúc tác sẽ được bơm vào các giàn bơm trong HRSG để:

1. Loại bỏ CO
2. SCR: LoạI bỏ NOX, được bơm dung dịch NH3(22% Amoniac, 78% nước)

Chu trình sản xuất điện của Tuabin hơi của nhà máy điện khí gần như tương tự so với chu trình Tuabin hơi của nhà máy Nhiệt điện đốt than.

Hơi nước có nhiệt độ cao và áp suất cao sẽ được cung cấp cho Tuabin hơi để làm quay máy phát tạo ra điện, lượng hơi thải ra từ Tuabin sẽ được hóa lỏng bằng hệ thống bình ngưng (Steam Condenser) hơi nhờ sử dụng nước làm mát (Cooling Water) được tạo ra bởi tháp giải nhiệt (Cooling Tower), nước này được bơm trở lại HRSG để tạo thành một chu trình tuần hoàn khép kín.

Lượng hơi và nước thất thoát trong chu trình sẽ được bổ sung bằng hệ thống cấp nước bổ sung (Make Up Water). Khói thải sẽ đi dọc theo HRSG và đi ra phía ống khói, nhiệt độ dòng khí này tại đầu ra HRSG dao động xung quanh mức 100 độ C.

Nhiệt độ của dòng khí nóng đầu vào HRSG khoảng 600 độ C.

Kết thúc chu trình.

Như vậy, trong bài viết lần này, Evertech Việt Nam đã giúp quý bạn đọc có một cái nhìn tổng quan về một nhà máy điện khí. Hy vọng, quý bạn đọc đã có thêm một kiến thức hữu ích trong kho kiến thức công nghệ của bản thân.