Lò thu hồi nhiệt (Heat Recovery Steam Generators) HRSG là lò dùng sản xuất hơi bão hòa và hơi quá nhiệt gồm một hay nhiều cấp áp suất (LP/IP/HP) trong nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp Tuabin khí (GT) và Tua bin hơi nước (ST) để sản xuất điện. Lò bao gồm 02 hệ thống cơ bản:
Hệ thống cháy, có nhiệm vụ tổ chức quá trình cháy nhiên liệu trong lò sao cho đạt mức độ cháy kiệt, tỏa ra nhiều nhiệt lượng nhất. Hệ thống cháy này bao gồm buồng đốt và thiết bị đốt với nhiên liệu đốt có thể là than, dầu, khí, hoặc đôi khi là nhiên liệu sinh khối.
Đối với nhiên liệu rắn như than và nhiên liệu sinh khối, hệ thống buồng đốt với ghi đốt lò là phổ biến đối với các loại lò công suất nhỏ. Với các lò hơi công suất lớn hơn, các hệ thống buồng đốt tầng sôi và tầng sôi tuần hòan có thể được sử dụng. Đối với nhiên liệu lỏng và khí, hệ thống cháy với vòi phun và buồng đốt là phổ biến.
Hệ thống trao đổi nhiệt giữa nhiệt sinh ra từ hệ thống cháy và nước để chuyển đổi thành hơi tại áp suất cần thiết. Để có thể tối ưu hóa làm tăng diện tích trao đổi nhiệt giữa nước và khói sinh ra trong hệ thống cháy, kết cấu của hệ thống trao đổi nhiệt có thể là dạng ống lò ống lửa với việc tổ chức cho khói đi trong các ống đặt ngập trong nước hoặc dạng ống nước với việc tổ chức nước đi trong các giàn ống chứa nước được tiếp xúc trực tiếp với khói.
Do đó, việc tìm cách tiết kiệm năng lượng trong các lò hơi sẽ bao gồm việc tối ưu hóa quá trình cháy trong lò, tối ưu hóa quá trình trao đổi nhiệt trong lò và giảm tổn thất nhiệt ra ngoài môi trường, tận dụng nhiệt thừa của khói thải.
Vì vậy, Nhà máy Điện Cà Mau đã lựa chọn các giải pháp sau để tiết kiệm năng lượng trong các lò hơi thu hồi nhiệt tại các cơ sở sản xuất.
Tổ chức tốt quá trình cháy trong buồng đốt turbine khí
Việc tổ chức tốt quá trình cháy trong buồng đốt gồm việc giảm hệ số không khí thừa xuống thấp nhất có thể và đảm bảo buồng đốt kín để tránh thất thoát nhiệt ra bên ngoài môi trường.
Hệ số không khí thừa là lượng không khí cấp vào phục vụ cho quá trình cháy nhiều hơn lượng cần thiết lý thuyết cho hoạt động cháy. Lượng không khí thừa này là cần thiết để đảm bảo có đủ oxi tiếp xúc với nhiên liệu trong quá trình cháy, tuy nhiên, nếu thừa nhiều quá nó sẽ làm giảm nhiệt lượng buồng đốt khiến cho quá trình cháy khó khăn hơn và làm tăng tổn thất nhiệt do khói thải.
Hệ số không khí thừa có thể xác định được bằng việc đo nồng độ oxi và CO2 trong khói thải. Tuy nhiên, việc giảm hệ số số không khí thừa không phải chỏ đơn giản làm giảm lượng không khí cấp vào buồng đốt mà điều quan trọng là tổ cghwcs qua trình cháy sao cho sự tiếp xúc giữa không khí và nhiên liệu ở trạng thái tốt nhất. Thông thường, với nhiên liệu lỏng và khí, hệ số không khí thừa đòi hỏi thấp hơn so với nhiên liệu rắn.
Tối ưu hóa quá trình trao đổi nhiệt trong lò
Lò hơi có hiệu suất cao là lò hơi có thể chuyển tải càng nhiều càng tốt lượng nhiệt sinh ra trong quá trình cháy thành lượng nhiệt có ích nhằm biến đổi nước thành hơi nước. Việc trao đổi nhiệt giữa khói sinh ra trong quá trình cháy và nước được thực hiện qua các bề mặt trao đổi nhiệt là các vách kim loại ngăn cách giữa khói và nước. Kết cấu của các lò hơi thường tìm cách tăng cường một cách tối đa diện tích trao đổi nhiệt này trong một khoảng không gian hữu hạn nhằm đạt được hiệu suất cao.
Việc đảm bảo tối ưu hóa quá trình trao đổi nhiệt trong lò hơi bao gồm các hoạt động sau:
+ Đảm bảo chất lượng nước (nước demin – là nước đã xử lý loại bỏ các thành phần cáu cặn), lò hơi sử dụng nước không đạt vậy thường bị giảm hiệu suất rất nhanh theo thời gian và có biểu hiện rõ rệt là nhiệt độ khói thoát ra khỏi lò tăng lên dẫn đến hình thành một lớp cáu cặn bám khá dầy trong các vách kim loại của lò. Việc vệ sinh lớp cáu cặn là cần thiết để giúp quá trình trao đổi nhiệt trong lò hơi đạt hiệu suất theo thiết kế. Điều này giúp tiết kiệm nhiên liệu đáng kể cho lò hơi.
+ Duy trì một lịch trình xả lò hợp lý. Việc nước cấp vào lò và bốc thành hơi sẽ dẫn đến lượng nước còn tồn tại trong lò có hàm lượng các vật chất hòa tan ngày càng tăng. Khi nồng độ các vật chất hóa tan này lớn quá nó sẽ trở thành cáu cặn bám trên thành vách kim loại. Việc xả lò một cách định kỳ và liên tục đồng thời bổ sung nước mới giúp cho nồng độ các chất hòa tan trong nước lò không lớn quá mức cho phép. Tuy nhiên, khi xả lò ta cũng tổn thất một lượng nhiệt đã được sử dụng để đun nóng nước, bởi vậy cần có lịch trình xả lò một cách hợp lý và tối ưu.
Đối với hệ thống phân phối hơi
Với nhiệm vụ phân phối hơi đến turbine hơi, hệ thống phân phối hơi là các đường ống, van, cút nối, mặt bích nối… Hệ thống này thường bị tổn thất nhiệt qua vách ống dẫn ra môi trường bên ngoài và tổn thất hơi qua các mối nối bị xì hở và các lỗ thủng trên đường ống do ăn mòn, mài mòn.
Giải pháp đối với hệ thống này là luôn luôn lưu ý đảm bảo việc bọc cách nhiệt các đường ống và tốt nhất là bọc cách nhiệt cả các van, cút nối với những kết cấu bao che đặc biệt, các điểm xì hở luôn phải được bịt kín càng sớm càng tốt, lớp cách nhiệt luôn phải đảm bảo không bị ướt, thấm nước bởi điều này sẽ làm tăng lên mạnh mẽ tổn thất nhiệt ra ngoài môi trường do nước có hệ số trao đổi nhiệt cao gấp 10 lần không khí.
Việc bọc cách nhiệt do đó cần có lớp che bên ngoài và bảo vệ tốt đặc biệt ở những phần đường ống lộ ra ngoài trời. Vì tổn thất nhiệt ra môi trường, ngoài việc gây ra hao phí năng lượng thì còn là nguyên nhân gây ra hiện tượng thủy kích ăn mòn các đường ống dẫn hơi. Việc xì hở tại các van, cút nối thường là do quá trình sử dụng lâu dài có các yếu tố ăn mòn, mài mòn gây ra. Việc tổn thất hơi và nhiệt qua hệ thống phân phối hơi thường khó xác định được hậu quả về mặt kinh tế nhưng hậu quả của nó bao gồm việc tổn thất năng lượng gây ra môi trường và thiết bị dễ hỏng.
Đối với hệ thống thu hồi nước ngưng
Đây là hệ thống quan trọng góp phần tiết kiệm năng lượng cho toàn bộ hệ thống lò hơi, mạng nhiệt do nước ngưng thu hồi về là nước sạch không cần xử lý và nó vẫn còn tồn trữ một lượng nhiệt tương đối lớn.
Một hệ thống thu hồi nước ngưng tốt nên có bọc cách nhiệt trong các ống dẫn nước thu hồi, bể chứa nước thu hồi cũng nên được cách nhiệt tốt để đảm bảo không tổn thất nhiệt ra ngoài môi trường. Nước thu hồi về sẽ được cấp vào lò cùng với một lượng nước bổ sung. Khi nhiệt độ nước cấp vào lò tăng lên 6oC ta có thể tăng 1% hiệu suất của hệ thống lò hơi mạng nhiệt, do đó có thể giảm đáng kể nhiên liệu tiêu thụ.
Trên đây là những phương pháp và cách thức cơ bản để có thể sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm và hiệu quả trong các hệ thống lò hơi mạng nhiệt vốn rất phổ biến trong các Nhà máy điện.
Với rất nhiều giải pháp tiết kiệm năng lượng, trong đó có giải pháp tiết kiệm năng lượng trong hệ thống lò thu hồi nhiệt, năm 2016, Công ty tiết kiệm chi phí 13 triệu đồng, năm 2017 tiết kiệm 76,9 triệu đồng và năm 2018, Công ty tiết kiệm được 197,8 triệu đồng.
