Đang tải... (xem toàn văn)
Nhà máy nhiệt điện đốt than có một vài điểm yếu đó là tỷ lệ điện tự dùng cao và hiệu suất lò hơi thấp, nhất là đối với công nghệ lò hơi CFB sử dụng than xấu chất lượng thấp. Tỷ lệ điện tự dùng có vai trò quan trọng ảnh hưởng tới kế hoạch sản xuất kinh doanh, trong bối cảnh giá nhiên liệu than ngày càng tăng ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí vận hành của các nhà máy điện.
152 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 ỨNG DỤNG BIẾN TẦN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Nguyễn Việt Cường Trưởng Ban Kỹ thuật Tổng cơng ty Điện lực - TKV Tóm tắt: Tổng công ty Điện lực - TKV-CTCP Công ty thuộc Tập đồn Cơng nghiệp Than Khống sản Việt Nam, kinh doanh lĩnh vực sản xuất điện, với tổng công suất đặt đạt 1730 MW gồm nhà máy nhiệt điện đốt than cơng nghệ tầng sơi tuần hồn CFB nhà máy thủy điện Nhà máy nhiệt điện đốt than có vài điểm yếu tỷ lệ điện tự dùng cao hiệu suất lò thấp, cơng nghệ lị CFB sử dụng than xấu chất lượng thấp Tỷ lệ điện tự dùng có vai trị quan trọng ảnh hưởng tới kế hoạch sản xuất kinh doanh, bối cảnh giá nhiên liệu than ngày tăng ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí vận hành nhà máy điện Trước tình hình hãng cơng nghệ thiết bị điện không ngừng tiến hành cải tiến nâng cao hiệu suất thiết bị/hệ thống góp phần tăng hiệu vận hành Vừa qua Tổng công ty Điện lực - TKV nghiên cứu đưa vào ứng dụng thiết bị tiết kiệm lượng biến tần khớp nối thủy lực nhà máy điện Sơn Động Đông Triều cho động công suất lớn nhằm tiết kiệm lượng I BIẾN TẦN LÀ GÌ VÀ SỬ DỤNG BIẾN TẦN CĨ TIẾT KIỆM ĐIỆN KHÔNG Biến tần thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều tần số thành dòng điện xoay chiều tần số khác điều chỉnh Nguyên lý làm việc biến tần: Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều pha hay pha chỉnh lưu lọc thành nguồn chiều phẳng Công đoạn thực chỉnh lưu cầu Diode tụ điện Nhờ vậy, hệ số công suất Cosφ hệ biến tần có giá trị khơng phụ thuộc vào tải có giá trị 0,96 Điện áp chiều biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều pha đối xứng, công đoạn thực thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ tiến công nghệ vi xử lý công nghệ bán dẫn lực nay, tần số chuyển mạch xung lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động giảm tổn thất lõi sắt động Hệ thống điện áp xoay chiều pha đầu thay đổi giá trị biên độ tần số vô cấp tuỳ theo điều khiển Theo lý thuyết, tần số điện áp có quy luật định tuỳ theo chế độ điều khiển Đối với tải có mơmen khơng đổi, tỉ số điện áp tần số không đổi Tuy với tải bơm quạt, quy luật lại hàm bậc Điện áp hàm bậc tần số Điều tạo đặc tính mơ men hàm bậc hai tốc độ phù PHÂN BAN NGUỒN ĐIỆN | 153 hợp với yêu cầu tải bơm/quạt thân mômen lại hàm bậc hai điện áp Ngồi ra, biến tần ngày tích hợp nhiều kiểu điều khiển khác phù hợp hầu hết loại phụ tải khác Ngày biến tần có tích hợp PID thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, phù hợp cho việc điều khiển giám sát hệ thống SCADA Tiết kiệm điện sử dụng biến tần: Mặc dù hiệu suất cao thân biến tần thiết bị điện tử nên phải tiêu hao điện tổn thất thiết bị biến đổi bán dẫn nên hiệu suất biến tần đạt tới 100% Hơn lắp đặt biến tần ta phải tiêu hao lượng cho thiết bị phụ trợ điều hịa, quạt thơng gió Biến tần sử dụng hiệu trường hợp sau: Đối với ứng dụng mà yêu cầu công nghệ cần điều khiển tốc độ mômen động điện việc sử dụng biến tần hiệu phương pháp điều khiển khác điều khiển điện áp, điều khiển điện trở rơto, tiết kiệm lượng Đối với ứng dụng sử dụng động quay với tốc độ định mức điều khiển sử dụng phương pháp dùng cửa chắn (dampers), van chặn, van tuần hoàn, xem xét ứng dụng biến tần phối hợp điều khiển tốc độ phương pháp điều khiển để tiết kiệm điện Còn trường hợp khơng có u cầu điều khiển, điều chỉnh (động quay với tốc độ định mức) nói chung sử dụng biến tần khơng có hiệu II KẾT QUẢ ỨNG DỤNG BIẾN TẦN CHO QUẠT KHÓI CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SƠN ĐỘNG Một thiết bị tiêu thụ điện lớn động quạt khói lị với công suất 1250 kW hoạt động với điện áp 6.6 kV, loại động không đồng pha với rơ to lồng sóc khởi động trực tiếp Hiện tại, áp suất buồng đốt lị điều chỉnh thơng qua góc mở van cánh hướng đặt đầu hút quạt khói Hệ thống sử dụng điều khiển PI, tín 154 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 hiệu phản hồi từ cảm biến đo áp lực, tín hiệu đặt cho điều khiển hệ thống DCS tính tốn từ giá trị đặt từ nhiều thông số khác Với cách điều khiển lần khởi động, động gây sụt áp lớn lưới tự dùng nhà máy, gây sốc khí cho quạt đồng thời ảnh hưởng tới phụ tải khác nguồn Cách điều khiển tương đương với việc động quạt làm việc liên tục chế độ đầy tải, dẫn đến tổn hao công suất động Mặt khác, điều chỉnh lưu lượng cách điều chỉnh van cánh hướng (Damper) nên hiệu suất sử dụng điện thấp, gây lãng phí điện năng, chi phí vận hành bảo dưỡng lớn.Với chế độ làm việc vậy, động làm việc gần hết cơng suất gây lãng phí lượng lớn điện Hệ thống quạt khói khâu quan trọng quạt dừng buộc tổ máy phát phải giảm tải ngừng hoạt động Với công suất hệ thống quạt lớn vậy, việc ứng dụng công nghệ biến tần để điều khiển áp lực, lưu lượng quạt giảm đáng kể công suất tiêu thụ động quạt mà đáp ứng đầy đủ tham số áp lực cần thiết đáp ứng mục tiêu sau đây: Giảm mức tiêu thụ điện hệ thống quạt lị nói riêng Cơng ty nói chung Giảm ảnh hưởng tiêu cực đến lưới diện dùng chung phụ tải nguồn cung cấp sụt áp quạt khởi động theo phương pháp trực tiếp Cải thiện đặc tính khởi động vận hành, nâng cao tuổi thọ động quạt lò dẫn tới nâng cao hiệu sử dụng thiết bị dây chuyền công nghệ Công ty Tăng độ tin cậy toàn hệ thống, điều khiển q trình cơng nghệ cách linh hoạt, dễ dàng tự động hố q trình, bảo vệ hữu hiệu động quạt Giảm chi phí đầu vào, giảm chi phí sản xuất cho đơn vị sản phẩm, tăng lợi nhuận Công ty, nhanh chóng thu hồi vốn Khi thay điều khiển góc mở van cánh hướng điều khiển tốc độ, biến tần cần đảm bảo yếu tố sau: PHÂN BAN NGUỒN ĐIỆN | 155 Đặc tính điều khiển phải giữ nguyên không làm ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc nhà máy Khi bổ sung thiết bị phải trì thiết bị cũ Khi biến tần (thiết bị bổ sung) bị lỗi cắt khỏi hệ thống điều khiển động cơ, hệ thống phải đảm bảo chuyển hoạt động với thiết bị cũ theo quy trình khởi động nóng nhà máy Trong chế độ hoạt động bình thường, việc vận hành chuyển hoạt động thiết bị cũ cần thiết Chế độ điều khiển tương thích với chế độ điều khiển chung nhà máy Kết sau lắp đặt biến tần cho quạt khói: Năm 2016, Cơng ty triển khai dự án “Xây dựng, cung cấp, lắp đặt, hiệu chỉnh chạy thử biến tần động kV Công ty Nhiệt điện Sơn Động” Ngày 16/09/2016, bắt đầu thức tiến hành chạy quạt khói tổ thông qua máy biến tần Đánh giá thơng số vận hành Theo dõi q trình khởi động quạt thấy thiết bị khởi động nhẹ nhàng, giảm bớt tượng sụt áp mức độ rung động bắt đầu vận hành Theo dõi thông số vận hành quạt khói tổ nhiệt độ cuộn dây động cơ, nhiệt độ gối trục, độ rung trục… so sánh với giá trị trước lắp đặt biến tần thấy giá trị nằm phạm vi cho phép, giá trị độ rung, nhiệt độ… giảm xuống, cụ thể: Đối với quạt khói 1A: Ở mức tải 80 MW: Dòng điện giảm từ khoảng 92 ± A xuống 20 ± A; Nhiệt độ gối trục động (gối 1/gối 2) từ 55/42 giảm xuống 40/32; Nhiệt độ gối trục quạt (gối 1/gối 2) từ 53/52 giảm 39/36; Độ rung gối 1/gối từ 2/0.8 mm/s giảm 0.9/0.5 mm/s; Nhiệt độ cuộn dây giảm trung bình khoảng 10 độ (từ 70 xuống 50) Ở mức tải 100 MW: Dòng điện giảm từ khoảng 99 ± A xuống 42 ± A; Nhiệt độ gối trục động (gối 1/gối 2) từ 56/47 giảm 48/38; Nhiệt độ gối trục quạt (gối 1/gối 2) từ 54/50 giảm 43/42; Độ rung gối 1/gối từ 2.5/1.2 mm/s giảm 0.4/0.2 mm/s; Nhiệt độ cuộn dây giảm trung bình khoảng 10 độ (từ 74 xuống 64) Đối với quạt khói 1B: Ở mức tải 80 MW: Dịng điện giảm từ khoảng 90 ± A xuống 21 ± A; Nhiệt độ gối trục động (gối 1/gối 2) từ 65/55 giảm 46/37; Nhiệt độ gối trục quạt (gối 1/gối 2) từ 53/50 giảm 41/37; Độ rung gối 1/gối từ 2.4/0.8 mm/s giảm cịn 0.7/0.3 mm/s; Nhiệt độ cuộn dây giảm trung bình khoảng 25 độ (từ 80 xuống 55) 156 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 Ở mức tải 100 MW: Dòng điện giảm từ khoảng 99 ± A xuống 42 ± A; Nhiệt độ gối trục động (gối 1/gối 2) từ 62/56 giảm 47/37; Nhiệt độ gối trục quạt (gối 1/gối 2) từ 52/47 giảm 42/38; Độ rung gối 1/gối từ 2.5/0.7 mm/s giảm 1.5/0.3 mm/s; Nhiệt độ cuộn dây giảm trung bình khoảng 10 độ Về thiết bị sau lắp đặt biến tần vận hành với thông số ổn định hơn, nhiên số khiếm khuyết sau: Khi vận hành quạt khói qua biến tần rơle bảo vệ so lệch động phải tách khơng tác động nhầm tín hiệu gửi khơng xác Mặt khác, cố biến tần chuyển phương thức vận hành chế độ cũ bắt buộc phải đưa lại bảo vệ so lệch gây khó khăn q trình chuyển đổi Riêng thiết bị biến tần đặt phòng biến tần cịn cảnh báo nhiệt độ cao điều hịa phịng biến tần khơng đủ cơng suất, hệ thống cách nhiệt chưa tốt Đánh giá tiết kiệm điện Theo dõi điện tiêu thụ quạt khói tổ mức tải điển hình so sánh với điện tiêu thụ trước lắp đặt biến tần ta thấy mức điện tiết kiệm tương đối lớn (giảm từ 25 - 75% lượng điện tiêu thụ thiết bị tùy mức tải) STT Công suất tổ máy (MW) 80 85 90 95 100 105 Điện tiêu thụ hai quạt khói (kWh) Khơng qua biến tần 1,718 1,760 1,790 1,849 1,897 1,950 Qua biến tần 422 482 622 731 813 874 Lượng điện tiết kiệm (kWh) 1,296 1,278 1,168 1,118 1,084 1,076 Theo dõi lượng điện tự dùng thực tế nhà máy hàng ngày vận hành riêng tổ tháng 9,10 so sánh với số liệu thống kê thời điểm chưa chạy biến tần thấy hiệu rõ rệt STT Công suất tổ máy (MW) 80 - 85 85 - 90 90 - 95 95 - 100 100 - 105 Lượng điện tự dùng riêng tổ ngày (MWh) Không qua biến tần 270 277 285 290 292 Qua biến tần 230 234 242 263 270 Tỉ lệ điện tự dùng (%) Không qua biến tần 13.2 12.7 12.2 12 11.5 Qua biến tần 11.7 11.5 11.2 10.9 10.8 PHÂN BAN NGUỒN ĐIỆN | 157 Tính tốn giá trị tiết kiệm sử dụng biến tần Khi sử dụng biến tần qua theo dõi thực tế dịng điện quạt khói giảm từ 25% - 75% tùy theo mức tải cho thấy lượng điện tiết kiệm tương đối lớn tổ máy chạy ổn định liên tục thời gian tính tốn Mức tải tổ máy 100% (~105 MW) 70% (~77 MW) 80% (~88 MW) 90% (~100 MW) Thời điểm đo đạt Trước lắp biến tần Sau lắp biến tần Trước lắp biến tần Sau lắp biến tần Trước lắp biến tần Sau lắp biến tần Trước lắp biến tần Sau lắp biến tần Dịng điện quạt khói 86 26 89 36 94 42 96 46 3.1 So sánh với tính toán hiệu kinh tế báo cáo KT - KT Thời gian vận hành tổ máy theo mức tải báo cáo KT - KT là: Mức tải tổ máy 70% (~77 MW) 80% (~88 MW) 90% (~100 MW) 100% (~105 MW) Thời gian vận hành năm 1450 2400 2300 168 Giá điện tiết kiệm theo báo cáo KT-KT: 1329 đ/kWh → Vậy lượng điện tiết kiệm hàng năm là: Etk = (Po70% - Pbt70%)*t70% + (Po80% - Pbt80%)*t80% + (Po90% - Pbt90%)*t90% + (Po100% - Pbt100%)*t100% = 6.667.474 kWh Giá trị tiết kiệm hàng năm = Etk*1329 = 8.863.739.468 đồng So sánh với giá trị tiết kiệm tính tốn Báo cáo KTKT dự án: “Biến tần động 6.6 kV Công ty Nhiệt điện Sơn Động” CTCP tư vấn điện PACIFIC lập 2.970.000 kWh/năm tương đương với tỷ VNĐ/năm dự án hồn tồn khả thi có hiệu kinh tế cao 3.2 So sánh với thời gian vận hành thực tế nhà máy mức tải năm gần Thống kê thời gian vận hành thực tế tổ máy số năm 2014, 2015 cho ta thấy: 158 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 Mức tải 80 - 85 MW 85 - 90 MW 90 - 95 MW 95 - 100 MW 100 - 105 MW Thời gian vận hành năm 2014 (h) 2016 552 432 720 2328 Lượng điện tiết kiệm (kWh) 1.216.792 288.747 217.284 362.140 1.124.084 Thời gian vận hành năm 2015 (h) 648 648 840 672 1800 Lượng điện tiết kiệm (kWh) 391.112 338.963 422.497 337.998 869.137 Lượng điện tiết kiệm nhà máy vận hành với thời gian mức tải năm 2014: 6.418.094 kWh → Giá trị tiết kiệm: 6.418.094 * 1280 = 8.215.160.165 đồng (giá điện lấy giá bán điện trung bình tháng năm 2016) Lượng điện tiết kiệm nhà máy vận hành với thời gian vào mức tải năm 2015: 4.719.414 kWh → Giá trị tiết kiệm: 4.719.414 * 1280 = 6.040.849.794 đồng (giá điện lấy giá bán điện trung bình tháng năm 2016) KẾT LUẬN Việc đầu tư biến tần cho quạt khói nhà máy nhiệt điện Sơn Động có hiệu kinh tế kỹ thuật: Thiết bị vận hành ổn định, dòng điện tiêu thụ động giảm nhiều từ 25% ÷ 75% tùy theo mức tải Qua số liệu thực tế dịng điện động cho thấy cơng suất động quạt khói thiết kế dư thừa nhiều (tại mức tải 100 ÷ 105 MW dịng điện tiêu thụ giảm ≈ 50%) Giá trị tiết kiệm phụ thuộc lớn vào thời gian vận hành mức tải Tổ máy vận hành ổn định, thời gian vận hành nhiều giá trị tiết kiệm lớn Nếu tổ máy số vận hành với thời gian mức tải tương tự năm trước tiết kiệm tỷ VNĐ/năm Với giá trị tiết kiệm hàng năm sau khoảng năm thu hồi vốn đầu tư ... Thời điểm đo đạt Trước lắp biến tần Sau lắp biến tần Trước lắp biến tần Sau lắp biến tần Trước lắp biến tần Sau lắp biến tần Trước lắp biến tần Sau lắp biến tần Dòng điện quạt khói 86 26 89 36... kiệm điện sử dụng biến tần: Mặc dù hiệu suất cao thân biến tần thiết bị điện tử nên phải tiêu hao điện tổn thất thiết bị biến đổi bán dẫn nên hiệu suất biến tần đạt tới 100% Hơn lắp đặt biến tần. .. lệ điện tự dùng (%) Không qua biến tần 13.2 12.7 12.2 12 11.5 Qua biến tần 11.7 11.5 11.2 10.9 10.8 PHÂN BAN NGUỒN ĐIỆN | 157 Tính tốn giá trị tiết kiệm sử dụng biến tần Khi sử dụng biến tần