ค่าความร้อนของขยะที่ผันผวนส่งผลต่อกำลังผลิตของกังหัน WTE อย่างไร

ค่าความร้อนของขยะที่ผันผวนส่งผลต่อกำลังผลิตของกังหัน WTE อย่างไร

โรงไฟฟ้าขยะเป็นพลังงานแทบไม่ได้รับเชื้อเพลิงที่มีค่าความร้อนคงที่ การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบและความชื้นของขยะทำให้ปริมาณความร้อนที่ป้อนเข้าสู่หม้อไอน้ำ การผลิตไอน้ำ และสภาวะการเดินเครื่องเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งส่งผลต่อกำลังผลิตของกังหัน WTE แม้อัตราการป้อนขยะจะไม่เปลี่ยนแปลง ความสัมพันธ์นี้ไม่ได้หมายความเพียงว่า “ขยะที่เผาไหม้ได้มากขึ้นเท่ากับผลิตไฟฟ้าได้มากขึ้น” ความสามารถของเตา สภาวะไอน้ำ การดึงไอน้ำไปใช้งาน และสมรรถนะของคอนเดนเซอร์ ล้วนเป็นตัวกำหนดว่าพลังงานเพิ่มเติมจะส่งไปถึงเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้มากเพียงใด

ในโรงไฟฟ้า WTE แบบเผาไหม้ทั่วไป กังหันที่ใช้โดยปกติคือกังหันไอน้ำ ซึ่งตอบสนองต่อไอน้ำที่หม้อไอน้ำจ่ายให้ ไม่ใช่ตอบสนองต่อขยะโดยตรง ดังนั้น การประเมินที่เป็นประโยชน์ควรติดตามเส้นทางพลังงานตั้งแต่ขยะขาเข้าจนถึงกำลังไฟฟ้าสุทธิที่ส่งออก พร้อมระบุจุดที่รองรับ ควบคุม หรือจำกัดความผันผวน

ค่าความร้อนเปลี่ยนสมดุลพลังงานของหม้อไอน้ำ

จุดเริ่มต้นคือค่าความร้อนต่ำของขยะ (LHV) ในสภาพที่รับเข้ามา การใช้ฐานคำนวณนี้มีความสำคัญ เพราะไม่สามารถนำผลทดสอบในห้องปฏิบัติการบนฐานแห้งมาใช้กับอัตราป้อนขยะเปียกได้โดยตรง โดยทั่วไป ความชื้นที่สูงขึ้นจะลดพลังงานที่ใช้ได้ต่อหนึ่งตัน และเพิ่มพลังงานที่ต้องใช้ในการระเหยน้ำ การเปลี่ยนแปลงสัดส่วนพลาสติก กระดาษ ขยะอาหาร และวัสดุเฉื่อยก็ทำให้ค่าความร้อนเปลี่ยนไปเช่นกัน

สำหรับการคำนวณเบื้องต้น ปริมาณความร้อนจากขยะคำนวณได้จากอัตราการไหลเชิงมวลของขยะคูณด้วย LHV ในสภาพที่รับเข้ามา ส่วนความร้อนที่ถ่ายเทไปยังไอน้ำขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพหม้อไอน้ำ การป้อนเชื้อเพลิงเสริม และสภาวะการเดินเครื่อง สามารถประมาณการผลิตไอน้ำได้โดยนำความร้อนที่มีประโยชน์ซึ่งถ่ายเทจากหม้อไอน้ำ หารด้วยการเพิ่มขึ้นของเอนทัลปีตั้งแต่น้ำป้อนจนถึงไอน้ำหลัก

ด้วยเหตุนี้ ปริมาณขยะที่ป้อนเป็นตันต่อชั่วโมงเท่าเดิมจึงไม่ได้รับประกันว่ากำลังผลิตเป็นเมกะวัตต์จะคงเดิม หาก LHV ลดลงขณะที่อัตราป้อนยังคงที่ ความร้อนที่ใช้ผลิตไอน้ำจะลดลง อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงนี้ไม่ได้เกิดขึ้นทันที เนื่องจากการเผาไหม้บนชั้นขยะ สภาวะในเตา และการกักเก็บความร้อนของหม้อไอน้ำช่วยหน่วงการตอบสนอง การรบกวนระยะสั้นอาจถูกบัฟเฟอร์ไว้ได้ แต่การเปลี่ยนแปลงที่ต่อเนื่องจะส่งผลต่อสมดุลไอน้ำในที่สุด

การเปลี่ยนแปลงของไอน้ำส่งผลถึงเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอย่างไร

ความสัมพันธ์อย่างง่ายของกำลังผลิตกังหันคำนวณจากอัตราการไหลเชิงมวลของไอน้ำคูณด้วยการลดลงของเอนทัลปีจริงตลอดกังหัน แล้วหักการสูญเสียทางกลและการสูญเสียของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า สำหรับระบบที่มีการดึงไอน้ำไปใช้หรือระบบผลิตไฟฟ้าและความร้อนร่วม ต้องคำนวณเส้นทางไอน้ำแต่ละเส้นทางด้วย ไอน้ำที่ส่งไปยังระบบทำความร้อนของเขตเมืองหรือผู้ใช้งานอุตสาหกรรมไม่สามารถผลิตงานไฟฟ้าได้เท่ากับไอน้ำที่ขยายตัวผ่านขั้นที่เหลือของกังหัน

เมื่อ LHV ที่ลดลงทำให้มีไอน้ำพร้อมใช้งานน้อยลง ตัวควบคุมความเร็วของกังหันจะปรับการจ่ายไอน้ำเข้าเพื่อรักษาเป้าหมายการเดินเครื่องที่กำหนดไว้ภายในขีดความสามารถที่มี หากความต้องการสูงกว่าการผลิต แรงดันไอน้ำหลักอาจลดลง ในกรณีที่ระบบควบคุมหม้อไอน้ำรักษาแรงดันและอุณหภูมิให้ค่อนข้างคงที่ อัตราการไหลของไอน้ำที่ลดลงจะเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้กำลังผลิตลดลง

ประสิทธิภาพที่โหลดบางส่วนมีผลเพิ่มเติม การหรี่ลิ้นควบคุม การทำงานของขั้นกังหันนอกจุดออกแบบ และการสูญเสียที่ไม่ได้ลดลงตามสัดส่วนของกำลังผลิต อาจทำให้ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานลดลง ขนาดของผลกระทบขึ้นอยู่กับรูปแบบกังหันและกลยุทธ์การควบคุม ควรพิจารณาจากกราฟสมรรถนะของผู้ผลิต ไม่ใช่ใช้เปอร์เซ็นต์ทั่วไป

กำลังไฟฟ้าสุทธิที่ส่งออกอาจลดลงมากกว่ากำลังผลิตรวม เนื่องจากพัดลม ปั๊ม อุปกรณ์บำบัดก๊าซไอเสีย และอุปกรณ์ช่วยอื่น ๆ ยังคงใช้ไฟฟ้า โหลดบางส่วนเปลี่ยนแปลงตามสภาวะการเดินเครื่อง ขณะที่บางส่วนค่อนข้างคงที่ ดังนั้น การคำนวณเฉพาะกังหันจึงไม่ครอบคลุมความเสี่ยงทางธุรกิจทั้งหมด

เหตุใด LHV ที่สูงขึ้นอาจไม่เพิ่มกำลังผลิต

โรงไฟฟ้าอาจถูกจำกัดด้วยปริมาณขยะที่ป้อนหรือปริมาณความร้อนที่ป้อน เมื่อเตาถึงภาระความร้อนสูงสุดที่อนุญาตแล้ว ขยะที่มี LHV สูงขึ้นอาจต้องลดอัตราการป้อน แผนภาพการเผาไหม้ของหม้อไอน้ำ ซึ่งแสดงอัตราป้อนที่อนุญาตเทียบกับค่าความร้อน ให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์กว่าตัวเลขปริมาณขยะที่รองรับตามพิกัดเพียงค่าเดียว

ข้อจำกัดปลายทางหลายประการยังอาจทำให้กำลังผลิตไม่เพิ่มขึ้นตามสัดส่วน:

• ข้อจำกัดของหม้อไอน้ำและซูเปอร์ฮีตเตอร์: ความสามารถในการผลิตไอน้ำ อุณหภูมิโลหะ การเกาะเปื้อน และความเสี่ยงจากการกัดกร่อน ล้วนจำกัดปริมาณความร้อนที่นำมาใช้ได้
• ความสามารถในการรับไอน้ำของกังหัน: อัตราการไหลของไอน้ำสูงสุดและความสามารถของวาล์วจำกัดปริมาณไอน้ำเพิ่มเติมที่รับได้
• พิกัดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า: ข้อจำกัดด้านไฟฟ้าและระบบระบายความร้อนอาจจำกัดกำลังผลิตก่อนที่หม้อไอน้ำจะถึงกำลังผลิตสูงสุด
• สภาวะคอนเดนเซอร์: แรงดันไอเสียที่สูงขึ้นลดงานจากการขยายตัวที่ใช้ได้ โดยเฉพาะในสภาวะการระบายความร้อนที่ไม่เอื้ออำนวย
• ข้อกำหนดการจ่ายความร้อน: อัตราการดึงไอน้ำที่ต้องการอาจมีความสำคัญเหนือการผลิตไฟฟ้าเพิ่มเติม

ค่าความร้อนที่สูงขึ้นยังไม่ได้บอกข้อมูลมากนักเกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมีของเชื้อเพลิง กระแสขยะที่มีวัสดุเผาไหม้ได้มากขึ้นอาจมีคลอรีน ด่าง หรือโลหะในสัดส่วนที่แตกต่างกัน ซึ่งต้องประเมินแยกต่างหาก การเพิ่มอุณหภูมิไอน้ำเพื่อใช้ประโยชน์จากความร้อนที่เพิ่มขึ้นจึงไม่ใช่แนวทางที่ยอมรับได้โดยอัตโนมัติ

ระบบควบคุมควรรักษาเสถียรภาพของไอน้ำ ไม่ใช่ไล่ตามความผันผวนทุกครั้ง

การผสมขยะในบังเกอร์และการควบคุมการป้อนสามารถลดความแปรปรวนของเชื้อเพลิงก่อนเข้าสู่ตะแกรงได้ จากนั้นระบบควบคุมการเผาไหม้จะประสานอัตราการป้อน การเคลื่อนที่ของตะแกรง อากาศสำหรับการเผาไหม้ และแรงดันดราฟต์ในเตา แรงดันไอน้ำเป็นสัญญาณป้อนกลับที่มีประโยชน์ แต่การตอบสนองที่ล่าช้าหมายความว่าการแก้ไขอย่างรุนแรงอาจทำให้เกิดการแกว่งแทนที่จะช่วยรักษาเสถียรภาพ

ระบบควบคุมหม้อไอน้ำและกังหันต้องมีแนวทางการเดินเครื่องที่ตกลงร่วมกัน หากกังหันพยายามรักษาภาระทางไฟฟ้าไว้ขณะที่ความร้อนที่ป้อนเข้าหม้อไอน้ำลดลง แรงดันอาจลดลงอย่างรวดเร็ว ในทางกลับกัน กลยุทธ์ที่ให้แรงดันเป็นตัวกำหนดการทำงานสามารถปกป้องสภาวะไอน้ำ โดยยอมให้กำลังผลิตไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงได้ แนวทางที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับข้อผูกพันด้านโครงข่ายไฟฟ้า ความต้องการความร้อน และข้อจำกัดของอุปกรณ์

การเผาไหม้เสริมอาจช่วยสนับสนุนการเผาไหม้หรือการผลิตไอน้ำได้ หากการออกแบบโรงไฟฟ้าและใบอนุญาตอนุญาต แต่ต้องรวมเชื้อเพลิงที่เพิ่มขึ้นไว้ในการคำนวณประสิทธิภาพและต้นทุนการเดินเครื่อง ระบบบายพาสกังหันสามารถจัดการสภาวะเปลี่ยนผ่านบางอย่างได้ แต่ไอน้ำที่บายพาสจะทำให้สูญเสียกำลังผลิต มาตรการทั้งสองไม่ได้สร้างพลังงานจากขยะเพิ่มขึ้น

ประเมินช่วงการเดินเครื่อง ไม่ใช่ดูเฉพาะกำลังผลิตตามพิกัด

ข้อกำหนดกังหัน WTE ที่น่าเชื่อถือควรเชื่อมโยงช่วง LHV ที่คาดการณ์ไว้กับสภาวะไอน้ำขั้นต่ำ ปกติ และสูงสุด ควรขอการคาดการณ์สมรรถนะภายใต้อัตราการไหลของไอน้ำ แรงดันและอุณหภูมิขาเข้า แรงดันคอนเดนเซอร์ และความต้องการดึงไอน้ำที่เกี่ยวข้อง รวมถึงอัตราการเพิ่มหรือลดโหลดสูงสุด โหลดต่อเนื่องขั้นต่ำ และข้อจำกัดเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง

สำหรับการทดสอบตามสัญญา ให้กำหนดขอบเขตการวัดและวิธีการแก้ไขค่าชดเชยอย่างชัดเจน IEC 60953 ระบุวิธีการทดสอบรับรองสมรรถนะทางความร้อนของกังหันไอน้ำ ในกรณีที่ใช้ได้กับขอบเขตการทดสอบที่ตกลงกัน ผลการทดสอบรับรองกังหันภายใต้สภาวะไอน้ำที่กำหนดไม่ได้ยืนยันด้วยตัวเองว่ากำลังผลิตของโรงไฟฟ้าจะคงอยู่ได้ตลอดช่วงคุณภาพขยะที่ผันแปร การเก็บตัวอย่างเชื้อเพลิง สมรรถนะหม้อไอน้ำ และการใช้ไฟฟ้าของอุปกรณ์ช่วย ต้องกำหนดแนวทางแยกต่างหากโดยความเห็นชอบร่วมกัน

ประสบการณ์ในอุตสาหกรรมเทอร์โบแมชีนเนอรีกว่า 30 ปีของ SINO-QNP ซึ่งครอบคลุมกังหันไอน้ำ คอมเพรสเซอร์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า การออกแบบ การผลิต การสนับสนุน EPC และอะไหล่ เป็นพื้นฐานที่เกี่ยวข้องสำหรับการหารือเกี่ยวกับจุดเชื่อมต่อเหล่านี้ สิ่งที่เป็นประโยชน์คือขอบเขตการเดินเครื่องร่วมกันของหม้อไอน้ำ–กังหัน–เครื่องกำเนิดไฟฟ้า พร้อมการกำหนดความรับผิดชอบด้านการควบคุมและข้อกำหนดการบริการ แทนที่จะพิจารณาเฉพาะค่าพิกัดบนป้ายเครื่อง

หากโครงการพิจารณาการผลิตไฟฟ้าด้วยเชื้อเพลิงแยกต่างหาก กลุ่มผลิตภัณฑ์Gas Turbineของ SINO-QNP มีรุ่นที่ระบุไว้ตั้งแต่ 2 ถึง 114.5 MW โดยตัวเลือกเชื้อเพลิงจะแตกต่างกันไปตามรุ่น นี่เป็นการตัดสินใจเกี่ยวกับระบบแยกต่างหาก ไม่ใช่สิ่งทดแทนโดยตรงสำหรับกังหันไอน้ำในวงจร WTE ทั่วไป การบูรณาการใด ๆ ที่เสนอจำเป็นต้องประเมินเชื้อเพลิง การนำความร้อนกลับมาใช้ การปล่อยมลพิษ และกำลังไฟฟ้าสุทธิแยกต่างหาก

คำถามสำคัญคือโรงไฟฟ้าสามารถจ่ายกำลังไฟฟ้าได้อย่างต่อเนื่องเพียงใดภายใต้สภาวะขยะและการระบายความร้อนจริง ก่อนยอมรับการรับประกันกำลังผลิต ให้ยืนยันฐาน LHV ในสภาพที่รับเข้ามา ข้อจำกัดการเผาไหม้ ช่วงสภาวะไอน้ำ ตารางการดึงไอน้ำ และขอบเขตโหลดของอุปกรณ์ช่วย สมมติฐานเหล่านี้เป็นตัวกำหนดว่าเมกะวัตต์ที่รับประกันเป็นสภาวะการเดินเครื่องที่ทำซ้ำได้หรือเป็นเพียงจุดออกแบบที่เอื้ออำนวย