Biến động nhiệt trị của rác thải ảnh hưởng đến công suất đầu ra của tua-bin WTE như thế nào

Biến động nhiệt trị của rác thải ảnh hưởng đến sản lượng điện của tua-bin WTE như thế nào

Các nhà máy đốt rác phát điện hiếm khi tiếp nhận nhiên liệu có nhiệt trị ổn định. Sự thay đổi về thành phần và độ ẩm của rác làm thay đổi nhiệt lượng cấp vào lò hơi, lượng hơi tạo ra và điều kiện vận hành, từ đó ảnh hưởng đến sản lượng điện của tua-bin WTE ngay cả khi lưu lượng rác vẫn không đổi. Mối quan hệ này không đơn giản là “rác dễ cháy nhiều hơn thì điện năng tăng”. Công suất lò đốt, thông số hơi, lượng hơi trích và hiệu suất bình ngưng quyết định lượng năng lượng bổ sung đến được máy phát.

Trong các nhà máy WTE sử dụng công nghệ đốt thông thường, tua-bin thường là tua-bin hơi. Tua-bin phản ứng với lượng hơi do lò hơi cấp, chứ không trực tiếp với rác. Vì vậy, việc đánh giá cần theo dõi dòng năng lượng từ rác đầu vào đến công suất điện xuất lưới ròng, đồng thời xác định những điểm mà biến động được hấp thụ, kiểm soát hoặc bị giới hạn.

Nhiệt trị làm thay đổi cân bằng năng lượng của lò hơi

Điểm khởi đầu là nhiệt trị thấp của rác (LHV) tính theo trạng thái tiếp nhận. Cơ sở tính này rất quan trọng: không thể áp dụng trực tiếp kết quả phòng thí nghiệm tính trên cơ sở khô cho lưu lượng rác ướt. Độ ẩm cao hơn thường làm giảm năng lượng khả dụng trên mỗi tấn và tăng năng lượng cần thiết để làm bay hơi nước. Tỷ lệ nhựa, giấy, rác thực phẩm và vật liệu trơ thay đổi cũng làm dịch chuyển nhiệt trị.

Trong phép tính sơ bộ, nhiệt lượng đầu vào từ rác bằng lưu lượng khối lượng rác nhân với LHV ở trạng thái tiếp nhận. Lượng nhiệt truyền sang hơi sau đó phụ thuộc vào hiệu suất lò hơi, lượng nhiên liệu phụ trợ và điều kiện vận hành. Có thể ước tính lượng hơi tạo ra bằng cách lấy nhiệt lượng hữu ích truyền trong lò hơi chia cho mức tăng entanpi từ nước cấp đến hơi chính.

Điều này giải thích vì sao lưu lượng tấn mỗi giờ không đổi không đảm bảo công suất megawatt cũng không đổi. Nếu LHV giảm trong khi lưu lượng rác vẫn giữ nguyên, nhiệt lượng sẵn có để tạo hơi sẽ ít hơn. Tuy nhiên, phản ứng bị trễ do quá trình cháy trên ghi, điều kiện trong lò đốt và khả năng tích trữ nhiệt của lò hơi. Một nhiễu động ngắn có thể được hệ thống đệm lại; thay đổi kéo dài cuối cùng sẽ ảnh hưởng đến cân bằng hơi.

Sự thay đổi của hơi truyền đến máy phát như thế nào

Mối quan hệ công suất tua-bin ở dạng đơn giản được tính bằng lưu lượng khối lượng hơi nhân với độ giảm entanpi thực tế qua tua-bin, sau đó trừ đi tổn thất cơ khí và tổn thất máy phát. Với cấu hình trích hơi hoặc đồng phát nhiệt-điện, phép tính phải tính đến từng đường dẫn hơi. Hơi chuyển sang hệ thống sưởi đô thị hoặc người dùng công nghiệp không thể tạo ra cùng lượng công điện như hơi giãn nở qua các tầng còn lại.

Khi LHV thấp hơn làm giảm lượng hơi khả dụng, bộ điều tốc tua-bin điều chỉnh lượng hơi vào để duy trì mục tiêu vận hành đã chọn trong giới hạn công suất hiện có. Áp suất hơi chính có thể giảm nếu nhu cầu vượt quá sản lượng. Khi hệ thống điều khiển lò hơi giữ được áp suất và nhiệt độ tương đối ổn định, lưu lượng hơi giảm sẽ là nguyên nhân chính làm sản lượng điện thấp hơn.

Hiệu suất ở chế độ tải một phần tạo thêm một ảnh hưởng khác. Việc tiết lưu van, vận hành các tầng ngoài điểm thiết kế và những tổn thất không giảm tương ứng với sản lượng có thể làm giảm hiệu suất chuyển đổi. Mức độ ảnh hưởng phụ thuộc vào cấu hình tua-bin và chiến lược điều khiển; cần xác định từ các đường cong hiệu suất do nhà cung cấp cung cấp, không nên dùng một tỷ lệ phần trăm chung.

Công suất xuất lưới ròng có thể giảm mạnh hơn sản lượng điện gộp vì quạt, bơm, thiết bị xử lý khí thải và các hệ thống phụ trợ khác vẫn tiêu thụ điện. Một số tải thay đổi theo điều kiện vận hành, trong khi những tải khác tương đối ổn định. Vì vậy, phép tính chỉ xét tua-bin sẽ bỏ sót một phần rủi ro thương mại.

Vì sao LHV cao hơn có thể không làm tăng sản lượng điện

Nhà máy có thể bị giới hạn bởi lưu lượng khối lượng rác hoặc nhiệt lượng đầu vào. Khi lò đốt đạt giới hạn tải nhiệt cho phép, rác có LHV cao hơn có thể đòi hỏi phải giảm tốc độ cấp liệu. Biểu đồ đốt của lò hơi, thể hiện lưu lượng xử lý cho phép theo nhiệt trị, cung cấp thông tin hữu ích hơn một con số danh định duy nhất về lượng rác xử lý.

Một số giới hạn ở các công đoạn phía sau cũng có thể làm sản lượng điện không tăng thêm:

• Giới hạn của lò hơi và bộ quá nhiệt: Công suất tạo hơi, nhiệt độ kim loại, cáu bẩn và nguy cơ ăn mòn giới hạn lượng nhiệt đầu vào có thể sử dụng.
• Công suất nhận hơi của tua-bin: Lưu lượng hơi tối đa và công suất van giới hạn lượng hơi bổ sung mà tua-bin có thể tiếp nhận.
• Công suất định mức của máy phát: Giới hạn về điện và làm mát có thể chặn sản lượng trước khi lò hơi đạt mức sản xuất tối đa.
• Điều kiện bình ngưng: Áp suất hơi xả cao hơn làm giảm công giãn nở khả dụng, đặc biệt khi điều kiện làm mát không thuận lợi.
• Nghĩa vụ cấp nhiệt: Lưu lượng hơi trích cần thiết có thể được ưu tiên hơn việc tăng sản lượng điện.

Nhiệt trị cao hơn cũng không cho biết nhiều về thành phần hóa học của nhiên liệu. Dòng rác có nhiều vật liệu dễ cháy hơn có thể chứa lượng clo, kiềm hoặc kim loại khác biệt. Cần đánh giá riêng các đặc tính này; việc tăng nhiệt độ hơi để tận dụng phần nhiệt bổ sung không mặc nhiên là phương án phù hợp.

Hệ thống điều khiển cần ổn định hơi, không chạy theo từng biến động

Trộn rác trong hố chứa và kiểm soát quá trình cấp liệu có thể giảm biến động của nhiên liệu trước khi rác đến ghi lò. Sau đó, hệ thống điều khiển quá trình cháy phối hợp tốc độ cấp liệu, chuyển động của ghi, không khí đốt và áp suất âm trong lò. Áp suất hơi là tín hiệu phản hồi hữu ích, nhưng do phản ứng trễ, việc điều chỉnh quá mạnh có thể gây dao động thay vì tạo sự ổn định.

Hệ thống điều khiển lò hơi và tua-bin cần có triết lý vận hành thống nhất. Tua-bin cố giữ tải điện khi nhiệt lượng đầu vào lò hơi giảm có thể khiến áp suất sụt nhanh hơn. Ngược lại, chiến lược bám theo áp suất có thể bảo vệ điều kiện hơi, đồng thời cho phép công suất điện thay đổi. Cách tiếp cận phù hợp phụ thuộc vào cam kết với lưới điện, nhu cầu nhiệt và giới hạn thiết bị.

Đốt bổ sung có thể hỗ trợ quá trình cháy hoặc sản xuất hơi nếu thiết kế nhà máy và giấy phép cho phép, nhưng cần tính nhiên liệu bổ sung vào hiệu suất và chi phí vận hành. Hệ thống bypass tua-bin có thể xử lý một số quá trình quá độ, nhưng hơi đi qua bypass sẽ làm mất sản lượng điện. Cả hai biện pháp đều không tạo thêm năng lượng có nguồn gốc từ rác.

Đánh giá dải vận hành, không chỉ công suất định mức

Một thông số kỹ thuật đáng tin cậy cho tua-bin WTE cần liên kết dải LHV dự kiến với các điều kiện hơi tối thiểu, bình thường và tối đa. Hãy yêu cầu dự báo hiệu suất ở các lưu lượng hơi, áp suất và nhiệt độ đầu vào, áp suất bình ngưng và nhu cầu trích hơi phù hợp. Cần bao gồm tốc độ tăng/giảm tải cho phép, tải liên tục tối thiểu và các hạn chế khi nhiệt độ biến động.

Đối với thử nghiệm theo hợp đồng, cần xác định rõ ranh giới đo lường và phương pháp hiệu chỉnh. IEC 60953 đưa ra các phương pháp thử nghiệm nghiệm thu nhiệt cho tua-bin hơi, trong trường hợp áp dụng cho phạm vi thử nghiệm đã thống nhất. Kết quả nghiệm thu tua-bin tại các điều kiện hơi xác định không tự nó chứng minh được sản lượng nhà máy trong các điều kiện chất lượng rác biến đổi. Việc lấy mẫu nhiên liệu, hiệu suất lò hơi và mức tiêu thụ điện phụ trợ cần có thỏa thuận riêng.

Hơn 30 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực máy turbomachinery của SINO-QNP, bao gồm tua-bin hơi, máy nén, máy phát, thiết kế, chế tạo, hỗ trợ EPC và cung cấp phụ tùng, tạo cơ sở phù hợp để trao đổi về các giao diện này. Kết quả hữu ích là dải vận hành phối hợp giữa lò hơi–tua-bin–máy phát, đi kèm phân định trách nhiệm điều khiển và các điều khoản dịch vụ, thay vì chỉ có thông số công suất trên nhãn máy.

Nếu dự án cũng xem xét phát điện bằng nhiên liệu riêng, dòng tua-bin khí của SINO-QNP có các model được liệt kê với công suất từ 2 đến 114.5 MW, trong đó tùy chọn nhiên liệu thay đổi theo từng model. Đây là một quyết định về hệ thống riêng biệt, không phải phương án thay thế trực tiếp cho tua-bin hơi trong chu trình WTE thông thường. Mọi phương án tích hợp cần được đánh giá riêng về nhiên liệu, thu hồi nhiệt, phát thải và công suất ròng.

Câu hỏi quyết định là nhà máy có thể duy trì mức công suất nào trong các điều kiện thực tế về rác và làm mát. Trước khi chấp nhận bảo đảm sản lượng, hãy xác nhận cơ sở LHV ở trạng thái tiếp nhận, giới hạn đốt, dải thông số hơi, lịch trích hơi và ranh giới phụ tải phụ trợ. Các giả định này quyết định liệu công suất megawatt cam kết có đại diện cho điều kiện vận hành có thể lặp lại hay chỉ là một điểm thiết kế thuận lợi.