Đăng ký thành viên

Đảm bảo độ tin cậy của lò sinh hơi thu hồi nhiệt (HRSG)

Nhà máy điện chu trình hỗn hợp ở Asheville, bang North Carolina, Mỹ (Ảnh st)

Như chúng ta đều biết, phát điện chu trình hỗn hợp đã thay thế nhiều nhà máy nhiệt điện than vốn đã ngừng hoạt động. Với những điều không chắc chắn vẫn đang ảnh hưởng đến sự phát triển của năng lượng tái tạo, điện chu trình hỗn hợp nhiều khả năng sẽ là một phần đáng kể của cân bằng năng lượng trong nhiều năm tới. Nhưng tác giả bài viết đã quan sát thấy một xu hướng đã nổi lên trong ngành điện trong nhiều năm khi rà soát các quy định kỹ thuật xử lý nước chu trình hỗn hợp, đó là nhiều chủ nhà máy cố gắng vận hành "tinh gọn và tiết kiệm" nhất có thể. 

Một mục tiêu dễ dàng để cắt giảm chi phí ban đầu là đội ngũ nhân viên phụ trách hóa chất nước/hơi nước, những người cần thiết để giảm thiểu các rắc rối liên quan đến hóa chất. Ngay cả khi chỉ một ống bốc hơi gặp rắc rối do sự cố hóa chất cũng có thể đảo lộn các chi phí nhân sự này, trong khi các sự cố tái diễn thì cực kỳ tốn kém. Tuy nhiên, một số chủ sở hữu nhà máy dường như có tư duy cho rằng hoạt động chu trình kết hợp cũng cơ bản như hoạt động của các thiết bị chu trình đơn. Bài viết này tóm tắt một số vấn đề quan trọng nhất về xử lý nước/hơi nước có thể ảnh hưởng đến tính năng của HRSG và minh họa lý do tại sao nhân viên có kiến ​​thức lại rất quan trọng đối với hoạt động đáng tin cậy.

Chúng ta hãy bắt đầu ngay từ đầu

Các lò hơi điện lực thông thường (những lò hơi còn đang vận hành) và các HRSG chu trình hỗn hợp yêu cầu nước bù có độ tinh khiết cao, vì chỉ một lượng nhỏ tạp chất có thể gây ăn mòn hoặc hình thành cặn trong lò sinh hơi. Một cấu hình hệ thống bù nước phổ biến dùng cho các cơ sở chu trình hỗn hợp hiện đại là lọc vi mô hoặc siêu lọc để loại bỏ các hạt trong nước thô, sau đó là thẩm thấu ngược (RO) để khử khoáng phần lớn, sau đó là đánh bóng bằng trao đổi ion (IX) (hoặc khử ion bằng điện) để tạo ra sản phẩm tinh khiết cuối cùng. 

Có những tình huống nơi mà các nhà quản lý nhà máy điện nghĩ rằng có thể thiết đặt hệ thống nước bù sao cho người vận hành tổ máy có thể chỉ cần bật công tắc và đi khỏi, để lại hệ thống này không cần theo dõi trong thời gian dài. Đúng vậy, công nghệ hiện đại đã làm cho việc sản xuất nước bù đáng tin cậy hơn, nhưng thiết bị này vẫn cần theo dõi thường xuyên. Một số trong nhiều hạng mục cần chú ý bao gồm:

Các biến động của chất rắn lơ lửng trong nước thô hoặc sự xâm nhập của các mảnh vụn lớn có thể làm tắc thiết bị lọc và chặn dòng chảy, có khả năng dẫn đến hệ thống ngừng hoạt động và không sản xuất nước.

Ngay cả với nước bù đã xử lý đúng cách và một chương trình chống cặn rắn, các màng RO vẫn tích tụ chất rắn theo thời gian. Cần phải có một người trong đội ngũ nhân viên nhà máy điện theo dõi tính năng RO một cách tận tâm và đánh giá các chỉ số đo lường từ các luồng nước vào và ra RO để định kỳ lên lịch và thực hiện vệ sinh ngoại tuyến. Các màng RO có thể bị tắc không thể phục hồi nếu không làm sạch khi các chỉ số đã chạm ngưỡng cảnh báo.

Một rắc rối thường gặp là tắc màng lọc vi sinh học và các thiết bị khác như các bộ lọc đầu vào RO.

Một thiết bị đánh bóng trao đổi ion IX có thể vận hành trong thời gian dài do hệ thống RO đã loại bỏ phần lớn các ion, tuy nhiên cuối cùng lớp nhựa trao đổi ion vẫn sẽ bị suy kiệt. Nếu nhân viên không thay bình nhựa đã cạn kiệt bằng một thiết bị mới, tạp chất sẽ di chuyển đến HRSG.

Các vấn đề về ngưng tụ/nước cấp

Nguồn tạp chất xâm nhập thường xuyên nhất vào lò hơi hoặc HRSG là rò rỉ ở bộ ngưng tụ bề mặt hơi (trừ khi tổ máy có bộ ngưng tụ làm mát bằng không khí). Các tạp chất như clorua và sunfat có thể tích tụ dưới cặn lắng trong ống lò hơi và gây ra ăn mòn cục bộ. Nhiều sự cố nghiêm trọng đã biết là gây ra hỏng ống trong vòng vài tuần hoặc thậm chí vài ngày. Tuy nhiên, một quan điểm khó có thể thay đổi là thuyết phục ban quản lý nhà máy tắt tổ máy và bịt ống ngưng tụ bị rò ngay khi phát hiện rò rỉ.

Một quan điểm khác khó vượt qua là sử dụng chất khử oxy như một phần của chương trình xử lý nước ngưng/nước cấp. Năm 1981, quan niệm thông thường được chấp nhận tại một công ty nhiệt điện than là loại bỏ toàn bộ oxy hòa tan (D.O.) khỏi nước cấp, nếu không sẽ xảy ra hiện tượng oxy tấn công nghiêm trọng vào cả các bộ phận bằng thép cacbon và ống gia nhiệt nước cấp bằng hợp kim đồng. Điều này đặc biệt đúng với các hợp kim đồng.

Theo đó, tất cả các tổ máy đều trang bị một máy khử khí cơ học mà, nếu vận hành đúng cách có thể giảm D.O. xuống còn 7 phần tỷ. Các chương trình xử lý hóa chất bao gồm amoniac (hoặc một amin kiềm hóa) để kiểm soát độ pH với nguồn cấp bổ sung là chất khử/làm sạch oxy để loại bỏ toàn bộ D.O. còn lại. Sau đó, vào năm 1986, một đường ống cấp nước bị vỡ tại một nhà máy điện hạt nhân đã giết chết bốn nhân viên. Một số sự cố tương tự tại các nhà máy điện than đã gây ra thêm nhiều trường hợp tử vong trong những năm qua. Các sự cố này do một hiện tượng gọi là ăn mòn tăng tốc do dòng chảy (FAC) tạo ra, phần lớn từ chất khử oxy và môi trường khử của các hợp chất này. 

Hình 1. Sự cố FAC thảm khốc tại một cút nước cấp (Ảnh st)

Nhưng thậm chí trước khi sự cố FAC đầu tiên xảy ra, người ta đã phát triển các chương trình kiểm soát hóa chất (đối với các tổ máy siêu tới hạn ở Châu Âu). Tại đó, khi các tổ máy có nước bù có độ tinh khiết cao và không có hợp kim đồng trong hệ thống nước cấp, một số oxy hòa tan là cần thiết để tạo thành lớp oxit bảo vệ kín trên các bề mặt kim loại. Các nhóm nghiên cứu như Viện nghiên cứu Điện lực (EPRI) và các nhóm khác đã phát triển hóa chất liên quan cho các tổ máy trống, và các chương trình này đã tiến triển (một lần nữa đối với các tổ máy có nước bù và nước ngưng có độ tinh khiết cao, và không có hợp kim đồng trong hệ thống nước cấp, bao gồm hầu như tất cả các HRSG), không nên sử dụng chất khử oxy. Là một phần của yêu cầu về lượng D.O. dư trong nước cấp, không có gì lạ khi các lỗ thông hơi khử khí bị đóng trong quá trình vận hành bình thường, chỉ thỉnh thoảng mở van trong thời gian ngắn để thông hơi các khí không ngưng tụ được.

Các dạng khác nhau của chế độ kiểm soát hóa học nước cấp có oxy hóa là một khái niệm mà một số nhà quản lý nhà máy không nắm bắt được, trong khi các HRSG trên toàn thế giới vẫn đang thực hiện các chương trình khử oxy mà chắc chắn sẽ tạo ra FAC trong các hệ thống nước cấp.

Xử lý bộ bốc hơi HRSG

Điều phổ biến đối với các nhà máy điện chu trình kết hợp là các HRSG nhiều áp suất. Các chế độ hoá chất cho mỗi mạch bốc hơi là khác nhau, và đối với những người không phải là các nhà hoá học, việc hiểu được những khác biệt này có thể là rất khó khăn. Một ví dụ điển hình là loại thiết kế dòng cấp thấp áp (feed forward low-pressure type), trong đó bộ bốc hơi áp suất thấp (LP) về cơ bản đóng vai trò như một bộ gia nhiệt nước cấp cho các bộ bốc hơi áp suất trung bình (IP) và áp suất cao (HP). Việc xử lý phosphate là được phép trong các bộ bốc hơi IP và HP nhưng không thể sử dụng trong bộ bốc hơi LP vì một phần nước này dùng để điều chỉnh nhiệt hơi nước. Ngoài ra, các phạm vi kiểm soát phosphate không giống hệt nhau đối với các bộ bốc hơi IP và HP do sự khác biệt về áp suất và ảnh hưởng tiềm ẩn đến quá trình lắng đọng phosphate.

Một điểm quan trọng khác là oxy hòa tan dùng để kiểm soát hóa chất trong hệ thống nước cấp thường thoát ra cùng với hơi nước trong bộ bốc hơi LP. Sự mất oxy này có thể tạo ra các vị trí cho FAC trong các bộ tiết kiệm IP và HP. Có thể cần phải phun oxy bổ sung tại các điểm này để giảm thiểu tiềm năng FAC.

Theo dõi hoá học trực tuyến

Một số rắc rối về hoá chất, ví dụ như rò rỉ bình ngưng, có thể gây ra hư hại nhanh chóng và nghiêm trọng cho lò hơi nếu không phát hiện kịp thơi. Các hệ thống theo dõi trực tuyến là lý tưởng cho mục đích này, nhưng chúng có thể không được đưa vào vì lý do ngân sách. Hoặc, như tác giả bài viết này đã trực tiếp quan sát, nhà máy có thể không có nhân viên để vận hành và bảo trì hệ thống hoặc giải thích dữ liệu từ các thiết bị đo này. Chỉ cần một hoặc hai sự cố do hoá chất gây ra sẽ thừa đủ để vượt quá khoản tiết kiệm từ việc không có thiết bị này.

Đừng xem nhẹ việc tắt máy hoặc ngừng máy bảo vệ

Có những tình huống mà quản lý nhà máy điện và nhân viên kỹ thuật chú ý đúng mức đến hóa chất trong quá trình vận hành bình thường nhưng lại để các tổ máy bị đầy nước và không được bảo vệ trong quá trình tắt máy. Sự xâm nhập của không khí tại nhiều điểm khác nhau trong hệ thống có thể gây ra tình trạng ăn mòn cục bộ nghiêm trọng. Sự tấn công này cũng tạo ra các sản phẩm ăn mòn mà sau đó vận chuyển đến các bộ bốc hơi. Các hạt này có thể tạo thành các cặn đóng vai trò ăn mòn dưới lớp cặn. 

Việc ngừng hoạt động thường xuyên, thậm chí có thể là hàng ngày, là điều thường thấy đối với các nhà máy chu trình kết hợp và đặc biệt là đối với các tổ máy tăng và giảm tải để theo dõi các biến động phụ tải từ các nguồn tái tạo. Các kỹ thuật như đóng nắp nitơ, lưu thông không khí ấm, mất nước của tuabin LP và loại bỏ D.O. bằng nước bù có thể giảm thiểu các vấn đề này. Nhưng một lần nữa, các kỹ thuật này đòi hỏi thêm tiền và hỗ trợ nhân sự, có thể bị loại bỏ do hạn chế về ngân sách.

Kết luận

Bất chấp sự phản đối của một số người theo quan điểm bảo vệ môi trường mạnh mẽ, có vẻ như phát điện chu trình kết hợp sẽ chiếm một phần đáng kể trong sản xuất năng lượng trong tương lai gần. Độ tin cậy của lưới điện là vấn đề chính trong lập luận này. Theo đó, độ tin cậy của nhà máy điện cũng rất quan trọng, trong đó các vấn đề liên quan đến theo dõi và kiểm soát hoá chất nước/hơi nước là một tính năng không thể thiếu.

Biên dịch: Phạm Gia Đại

Theo “power-eng”, tháng 1/2025