Nhà máy đồng phát điện và nhiệt Malmo
Theo thiết kế, nhà máy sẽ vận hành mỗi năm trên 7.000 giờ, công suất điện xấp xỉ 440 MW và công suất nhiệt trên 250 MW. Khi vận hành kết hợp, mức sử dụng nhiên liệu tổng đạt mức tối đa trên 89%, khiến nhà máy chu trình hỗn hợp này trở thành một trong số những nhà máy CHP có hiệu suất cao nhất thế giới.
Thoả thuận được ký với lịch biểu rất sát sao, thời gian xây dựng nhà máy điện CHP là 28 tháng, thời hạn đưa vào hoạt động thương mại là đầu năm 2009.
Cấu hình nhà máy điện
Cấu hình nhà máy điện sẽ bao gồm một tuabin khí GE kiểu 9FB, một tuabin kiểu ngưng hơi - trích hơi và một lò hơi thu hồi nhiệt (heat recovery steam generator - HRSG) kiểu đứng, đặt phía sau tuabin khí. Các thành phần chính sẽ được bố trí theo kiểu nhiều trục, mỗi trục tuabin có máy phát riêng. Các thiết bị chính sẽ được lắp đặt thẳng hàng.
Nhiên liệu dùng cho tuabin khí là khí tự nhiên có nhiệt lượng cao, và dầu nhẹ, được lưu trữ trong các bể chứa khổng lồ làm nhiên liệu dự phòng.
Khi vận hành ở chế độ ngưng hơi, nhà máy điện sẽ phát công suất điện ròng là 447 MW, trong đó phần của tuabin khí là 293 MW, và với mức tiêu thụ nhiệt là 767 MJ/s, đạt hiệu suất điện ròng cao nhất là 58,3%.
Khói nóng thoát ra khỏi tuabin khí được sử dụng để tạo ra hơi nước trong lò sinh hơi HRSG, với năng suất là 310 tấn hơi mới mỗi giờ. Hơi nước được sử dụng để chạy tuabin hơi, phát ra công suất điện cực đại là 161 MW.
Việc sưởi ấm dịch vụ công yêu cầu 5.000 giờ mỗi năm, do vậy tuabin hơi có thể vận hành ở chế độ trích hơi để phát 250 MW công suất nhiệt.
Để nhà máy CHP vận hành với độ linh hoạt tối đa, tránh phải khởi động các lò sinh nhiệt khác trong hệ thống sưởi ấm dịch vụ công, có thể phát 408 MW công suất nhiệt để vận hành ở phụ tải đỉnh bằng cách đóng tuabin hơi và cấp trực tiếp hơi từ lò sinh hơi HRSG cho bộ trao đổi nhiệt sưởi ấm dịch vụ công.
Theo dự kiến, nhà máy điện CHP sẽ phát hằng năm xấp xỉ 3 TWh điện năng và khoảng 1 TWh nhiệt năng.
Mục tiêu dự án
Lý do chính để Eon Gasturbiner Sverige quyết định đưa vào sử dụng nhà máy điện CHP là cấp thêm nguồn cho lưới điện phía nam của Thuỵ Điển, ngoài ra còn để cung cấp nhiệt một cách hiệu quả và kinh tế cho thành phố Malmo .
Một số thách thức
Thách thức lớn nhất của dự án này là nhà máy CHP phải bố trí bên trong công trình sẵn có, những bộ phận cấu thành và thiết bị đặt bên ngoài công trình sẵn có phải được giữ ở mức tối thiểu.
Nhà máy điện Oresundsverket nguyên thuỷ được xây dựng qua ba giai đoạn, trong khoảng thời gian từ năm 1953 tới năm 1964. Các lò hơi chạy than và dầu trước đây được sử dụng để phát điện và nhiệt. Nhà máy này nằm trong khu công nghiệp và cảng Malmo .
Xây dựng nhà máy điện bên trong một công trình có sẵn đòi hỏi phải đặc biệt chú ý tới vấn đề bố trí thiết bị ngay từ giai đoạn thiết kế. Điều này nhằm đảm bảo sử dụng tốt nhất kết cấu công trình hiện có về không gian và các cách bố trí cho việc lắp đặt, vận hành hằng ngày, bảo trì và chữa lớn. Đặc biệt là không được động chạm tới các cột chống đỡ mái hoặc các tầng nhà, điều này rõ ràng khiến cho việc lắp đặt thiết bị trở nên khó khăn hơn.
Ngoài ra, bởi vì các cột và khoảng cách giữa các cột đã là nhất định nên việc bố trí các cổng mới dùng trong việc lắp đặt và bảo trì là hết sức quan trọng. Để có được những thông tin chính xác hơn về kích thước và vị trí các kết cấu hiện có như cột, sàn, tường, người ta phải dùng tới phương pháp quét chùm tia laser.
Hơn nữa, điều quan trọng là ngay từ khi bắt đầu giai đoạn dự án, phải xác định được trình tự lắp đặt các thiết bị chính. Để có thể đặt các bộ phận hợp thành chính (như tuabin hơi, tuabin khí và hai máy phát điện) vào vị trí của chúng trong toà nhà thì phải đưa chúng vào lần lượt. Do vậy cần phải có lịch biểu chính xác về vận chuyển thiết bị, đặc biệt trong điều kiện thời hạn xây dựng ngắn.
Công nghệ nhà máy
Để đạt được công suất ra và hiệu suất yêu cầu, khi xây dựng nhà máy phải chọn những thiết bị chất lượng cao, hiệu suất cao. Thành phần chính của nhà máy điện này là tuabin khí GE kiểu 9FB.
Tuabin khí 9FB là sản phẩm mới nhất trong chuỗi các tuabin F đã qua thử thách của hãng GE, tính trên toàn thế giới, số giờ vận hành thương mại cộng dồn của dãy các tuabin này lên tới 13 triệu giờ. Tuabin 9 FB là phiên bản tần số 50 Hz của tuabin khí 7 FB tần số 60 Hz, được đưa và sử dụng từ năm 1999.
Máy nén khí hầu như dựa theo kiểu máy nén khí FA, và bao gồm 18 tầng cánh cùng với các cánh hướng dòng đường không khí vào có thể thay đổi nhằm duy trì hiệu suất cao ở chế độ non tải và phát thải thấp trên dải rộng vận hành. Các cánh hướng dòng thay đổi được cũng cải thiện đặc tính tăng tải đột ngột ở tốc độ thấp, nhờ đó giúp cho việc khởi động dễ dàng hơn và tính năng tốt hơn khi chạy non tải đối với các ứng dụng chu trình hỗn hợp. Khi đóng bớt các cánh dẫn hướng lại, nhiệt độ khói thải được giữ ở mức cao, nhờ đó duy trì năng lực tạo hơi nếu như tuabin khí đang chạy ở mức thấp hơn 100% phụ tải. Động cơ 9 FB vận hành ở tỉ số nén máy nén khí là 18,5.
Tuabin ba tầng 9 FB được thiết kế lại do yêu cầu nhiệt độ đốt cao hơn. Bên trong 18 buồng đốt (với hệ thống đốt khô, nồng độ NO Xthấp 2.6+), nhiệt độ đốt là trên 1.370 oC.
Nhiệt độ đốt của máy FB cao hơn 38 oC so với công nghệ FA của hãng GE, nhờ đó khi làm việc theo chu trình hỗn hợp, hiệu suất được cải thiện trên 1%. Công suất ra cũng được nâng lên trên 5%.
Sử dụng vật liệu cải tiến chế tạo tuabin, ví dụ cánh tuabin tầng 1 bằng loại đơn tinh thể, đảm bảo bộ phận có thể chịu được nhiệt độ đốt cao hơn đối với tuabin FB mà không yêu cầu cao hơn trong công tác bảo trì.
Phía sau tuabin khí là lò sinh hơi thu hồi nhiệt (HRSG) ba áp lực, bộ thu hồi nhiệt bố trí theo chiều thẳng đứng, trên cùng là ống khói. Không có gia nhiệt bổ sung.
Để đáp ứng các qui định nghiêm ngặt về phát thải NO Xở mức 15 mg /MJ khi chạy bằng khí tự nhiên, lò HRSG được trang bị hệ thống khử bằng xúc tác có chọn lọc, hoạt động bằng nước amôniac. Các thiết bị phụ trợ cần thiết như trạm dỡ tải và thùng lưu trữ amôniac được bố trí gần lò HRSG. Một lò hơi phụ cung cấp hơi nước để khởi động.
Tuabin hơi là tuabin ngưng hơi - trích hơi ba vỏ bao gồm phần cao áp /trung áp và phần hạ áp hai dòng được nối tới bộ ngưng một lối bằng các ống titan bởi vì môi chất làm mát là nước biển. Cửa nhận nước biển ở cách nhà máy điện khoảng 2 km, do vậy có đường ống dẫn đến nhà máy và từ nhà máy đi.
Do công suất ra của tuabin khí là trên 281 MW theo điều kiện ISO nên máy phát điện tuabin khí được làm mát bằng hyđro - nước. Máy phát điện tuabin hơi chỉ cần làm mát bằng không khí/nước là đủ.
Để có được lượng nước khử khoáng cần thiết, nhà máy sẽ có trạm khử khoáng. Hai dây chuyền năng suất 100% sẽ nạp đầy bể nước khử khoáng dung tích 1.200 m 3để cấp cho chu trình nước/hơi và tuabin khí khi chạy bằng dầu nhiên liệu lỏng.
Một trạm xử lý nước thứ hai sẽ được lắp đặt nhằm bổ sung hao hụt nước ở hệ thống sưởi ấm dịch vụ công của thành phố Malmo . Nhằm duy trì áp lực trong hệ thống sưởi ấm, người ta còn lắp đặt hệ thống kiểm soát áp lực.
Nguồn: KH&CN Nhiệt, 5 - 2008, tr 21
