Đốt Than Công Nghiệp Bằng Công Nghệ Mới Siêu Tới Hạn

Tổng quan về phương pháp đốt than công nghiệp siêu tới hạn trong các nhà máy điện

Đốt than công nghiệp để sản xuất điện đã là một trong những phương pháp phổ biến và được áp dụng rộng rãi trên thế giới, các nhà máy sử dụng than để tạo ra điện năng hay còn được gọi là nhà máy nhiệt điện.

Giới thiệu và phân loại nhà máy đốt than công nghiệp siêu tới hạn hiện nay

Các nhà máy nhiệt điện sử dụng than công nghiệp với mục đích là chuyển đổi năng lượng nhiệt từ than thành năng lượng điện. Bên cạnh các nhà máy nhiệt điện thì các nhà máy điện hơi nước cũng sử dụng các loại than đá để làm nhiệt liệu đốt nước để chuyển hoá thành hơi nước và từ đó chuyển đổi sang điện năng.

Dựa vào nhiều yếu tố và điều kiện mà các nhà máy nhiệt điện có thể được phân loại theo nhiều cách. Dựa trên loại nhiên liệu cháy, chúng có thể được phân loại thành các nhà máy nhiệt điện đốt than, đốt gas, đốt dầu hoặc thậm chí là sinh khối. Dựa vào nhiệt độ và áp suất của hơi nước từ lò hơi, các nhà máy nhiệt điện có thể được phân loại thành:

• nhà máy điện hạ nguyên thông thường có nhiệt độ hơi nước ở khu vực lân cận 820K và áp suất khoảng 16-17 MPa với nhiên liệu của nhà máy để chuyển đổi năng lượng điện thành 38%
• nhà máy điện siêu tới hạn với nhiệt độ hơi nước trong vùng lân cận 870K và áp suất khoảng 22-24 MPa với hiệu suất lên tới 45%
• nhà máy điện siêu tới hạn (USC) với nhiệt độ hơi nước ở vùng lân cận 975K và áp suất lớn hơn 26 MPa với hiệu suất lên tới 50%

Phát triển vật liệu cho nhà máy đốt than công nghiệp siêu tới hạn như thế nào ?

Quy trình quan trọng trong các nhà máy điện đốt than công nghiệp tới hạn (USC) có các thành phần chính bao gồm đường ống và đầu hơi áp suất cao, ống quá nhiệt (SH) và thành ống nước. Ống hơi mang hơi nước áp suất cao và nhiệt độ cao từ nồi hơi đến tua-bin. Công nghệ chính cho phép đạt được nhiệt độ cao và áp suất cao là sự phát triển của vật liệu nhiệt độ cao mạnh hơn. Nhờ vào các phát minh mới của khoa học kĩ thuật trong vòng 3 thập kỉ vừa qua đã tạo ra nhiều hợp kim có cường độ cao cho đường ống chịu nhiệt nặng, cho đường ống cần thiết để chế tạo nồi hơi và cánh quạt, và cho vỏ, bắt vít, và làm mờ cần thiết để xây dựng tua bin hơi nước.

Vai trò của các nguyên tố hợp kim trong sự phát triển của sắt thép đã được nghiên cứu và phát triển rộng rãi. Một ví dụ về sự phát triển của vật liệu cho các ứng dụng nồi hơi cho thấy sự phát triển của cường độ đứt dây leo 100 000 h ở 873 K. Với sự nâng cấp về mặt vật liệu đã làm tăng cường độ vỡ của dây leo từ 35 MPa lên gần 180 MPa. Vào những năm 1960 và 1970, với sự phát triển của sắt thép bao gồm thêm Molybdenum (Mo), Vanadi (V) và Niobium (Nb) thành thép 9-12-crom (Cr), với việc tối ưu hóa C, Nb và V nội dung xảy ra vào cuối những năm 1970 và đầu những năm 1980. Sự thay thế một phần của Vonfram (W) cho Mo vào cuối những năm 1980 và đầu những năm 1990 được tiếp tục bằng việc bổ sung thêm W và Cobalt (Co) trong thế hệ thép cường độ cao hiện nay.

Phát triển thép Ferritic chủ yếu nhằm mục đích sử dụng cho các ống và phần đầu dày. Thép 9% Cr được thương mại hóa hoàn toàn, thép P91 đã được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới làm vật liệu cho các tiêu đề và ống hơi trong các nhà máy USC hoạt động ở nhiệt độ hơi nước lên tới 866 K. Hợp kim NF616 ( P-92), được phát triển bằng cách thay thế một phần của Mo trong thép P91 bằng W, có ứng suất cho phép cao hơn và có thể được vận hành ở nhiệt độ hơi lên tới 893 K. E911 là một hợp kim châu Âu có thành phần tương tự như NF616 và có khả năng cường độ nhiệt độ cao tương tự. Ngoài 893 K, thép 9% Cr bị giới hạn bởi khả năng chống oxy hóa và thép 12% Cr và thép austenit phải được sử dụng.

Nhà máy đốt than công nghiệp siêu tới hạn có những điểm mạnh và điểm giới hạn nào cần lưu ý ?

Lợi ích công nghệ đốt than công nghiệp bằng USC là các lợi ích liên quan đến môi trường. Cụ thể là lượng khí thải giảm một cách đáng kể (CO2). Bên cạnh đó, các loại chất thải độc khác như NOx, SOx, kim loại nặng và các nguyên tố vi lượng, cũng như vật chất hạt, trên một đơn vị năng lượng điện được tạo ra nền tảng cũng được giảm tối đa. Những lợi ích này không chỉ là kết quả của các hiệu ứng phát điện được tăng cường, mà còn đến từ thực tế là các nguồn phát thải được tập trung hóa, việc kết hợp kiểm soát khí thải tiên tiến sẽ dễ dàng hơn nhiều các công nghệ như thu hồi carbon, ESP, FGD, v.v.

Các công nghệ của USC cũng cung cấp nhiên liệu giảm đáng kể nguồn lực về kinh tế cho các nhà máy điện nhiệt điện. Càng ngày, các chi phí nhiên liệu càng trở nên quan trọng trong quá trình sản xuất điện. Giảm chi phí nhiên liệu trên mỗi đơn vị năng lượng được tạo ra có tầm quan trọng lớn đối với máy phát điện. Nâng cao công nghệ năng lượng dựa trên chu kỳ năng lượng của USC hoạt động tốt về mặt kinh tế như chi phí nhiên liệu giảm đáng kể và nghiên cứu và phát triển vật liệu thấp hơn chi phí vốn cho việc xây dựng các nhà máy điện tiên tiến như vậy.

Ngoài những mặt tích cực từ các công nghệ điện đốt than công nghiệp của USC vẫn phải chịu những bất lợi về chi phí vốn cao (Capex) trong xây dựng và chi phí vận hành và bảo trì (O & M) tương đối cao, chỉ do chi phí vật liệu cao đòi hỏi cao khả năng chống leo, ăn mòn phía bên và xói mòn, các vấn đề lắng đọng tro do môi trường đốt ở nhiệt độ cao cao hơn và lâu hơn, cũng như ăn mòn phía hơi nước.