SuperMRO và IHI: Từ khảo sát, mô phỏng 1D–3D đến tối ưu đốt và cải thiện heat rate

SuperMRO là đối tác của IHI trong triển khai dịch vụ khảo sát, đánh giá và xây dựng phương án kỹ thuật cho các nhà máy nhiệt điện đốt than. Trọng tâm là nâng cao hiệu quả quá trình đốt, đánh giá cơ hội giảm suất hao nhiệt và duy trì vận hành tin cậy. Sự phối hợp bắt đầu từ hiện trạng nhà máy, đi qua phân tích–mô phỏng và kết thúc bằng kết quả vận hành có thể kiểm chứng, không chỉ bằng một báo cáo tính toán.

Ảnh minh họa lò phát điện từ IHI; không phải ảnh dự án SuperMRO.

Thuật ngữ đọc nhanh

Nền tảng công nghệ của IHI và Steinmüller Engineering

IHI có danh mục lò phát điện, cải tạo nhiên liệu và dịch vụ vòng đời cho nhà máy. Steinmüller Engineering GmbH là đơn vị thuộc IHI Group, có chuyên môn hệ thống đốt, trao đổi nhiệt, tư vấn và công cụ số. DimBo® là công cụ mô hình nhiệt động lò hơi của Steinmüller; hãng cũng giới thiệu ANSYS Fluent, RECOM-AIOLOS và EBSILON trong danh mục dịch vụ số. Việc lựa chọn công cụ, đơn vị kỹ thuật và phạm vi tính toán được thống nhất cho từng dự án, không mặc định tất cả các công cụ đều nằm trong mọi gói dịch vụ. [1][2][3]

Nhà máy cần đặt đúng bài toán trước khi chọn phần mềm

Khi loại than, độ ẩm, độ mịn hoặc chế độ tải thay đổi, điều kiện cháy và phân bố hấp thụ nhiệt cũng có thể thay đổi. Các dấu hiệu cần đánh giá gồm carbon chưa cháy cao, CO/NOx khó kiểm soát, nhiệt độ khói/kim loại không đều, đóng xỉ–bám tro, tiêu hao phun giảm ôn hoặc giới hạn tải thấp. Đây là nhóm vấn đề để khảo sát, không phải kết luận một tổ máy đang có tất cả các lỗi.

Phạm vi cần xem xét quan hệ máy nghiền–phân phối than bột–gió sơ cấp/thứ cấp–đầu đốt–OFA–bề mặt truyền nhiệt–APH. Trọng tâm mô tả đầu đốt ở đây là lò than phun; lò CFB cần mô hình và tiêu chí riêng. Hiệu suất cháy, hiệu suất lò và heat rate toàn tổ máy có liên quan nhưng không đồng nhất.

1D và CFD 3D: bổ sung cho nhau, không phải hai lựa chọn đối lập

Mô hình 1D giúp thiết lập cân bằng nhiệt và so sánh kịch bản trên hệ thống. Website DimBo mô tả tính toán trạng thái ổn định; nếu cần diễn biến quá độ phải xác định công cụ/phạm vi động phù hợp. Trong cách tiếp cận kết hợp, kết quả 1D cung cấp điều kiện biên và mục tiêu nhiệt cho CFD 3D. [3]

CFD 3D có thể đi sâu vào xoáy, hòa trộn, quỹ đạo hạt, phản ứng cháy và truyền nhiệt cục bộ. Giá trị nằm ở mô hình vật lý, lưới, điều kiện biên và kiểm chứng, không ở màu sắc hình vẽ. Tùy bài toán, 1D có thể đủ cho bước sàng lọc; CFD được bổ sung khi cần giải đáp câu hỏi không gian hoặc thiết kế chi tiết. Không dùng cùng yêu cầu thời gian tính hay số ô lưới cho mọi lò. [2][4]

Nhà máy có thể tham gia sử dụng và phát triển mô hình 1D khi có đào tạo, hồ sơ và thỏa thuận chuyển giao/cấp phép phù hợp. CFD cháy chuyên sâu cần chuyên gia thực hiện và đánh giá; không suy ra mô hình/phần mềm được bàn giao tự động trong mọi hợp đồng.

Phân biệt 1D và CFD 3D

Từ mô phỏng đến phương án cải tạo có thể thực hiện

Các kịch bản có thể gồm phân phối than/gió, cân bằng đầu đốt, tổ chức OFA, hình học vòi đốt hoặc thay đổi nhiên liệu. Tối ưu NOx cần kiểm tra CO, UBC, ổn định lửa, môi trường gần vách và nhiệt độ kim loại; giảm một chỉ tiêu không được đánh đổi bằng rủi ro ăn mòn hoặc quá nhiệt.

Tham chiếu công khai Herne Unit 4 của Steinmüller giới thiệu CFD 3D kết hợp thiết kế đầu đốt LowNOx, tối ưu phân phối than bột, OFA và commissioning. Bài kỹ thuật IHI năm 2017 cũng trình bày cách kết hợp CFD, thử mô hình và cải tạo hệ thống đốt. Đây là kinh nghiệm của hãng tại dự án cụ thể, không phải dự án SuperMRO hay mức kết quả bảo đảm cho nhà máy Việt Nam. [4][5]

Khi xem xét đồng đốt hoặc chuyển đổi sinh khối

Mô phỏng có thể hỗ trợ đánh giá nhiên liệu mới, nhưng không chỉ thay một vòi đốt hoặc điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu. Cần kiểm tra chuỗi tiếp nhận–lưu trữ–nghiền/sấy–cấp liệu, tính chất cháy, tro/kiềm/chlorine, nguy cơ bám bẩn–ăn mòn, bề mặt truyền nhiệt và công suất phụ trợ. Tỷ lệ đồng đốt phải nêu theo cơ sở năng lượng hay khối lượng. IHI công khai phát triển giải pháp đồng đốt/chuyển đổi nhiên liệu; khả năng áp dụng phải được đánh giá riêng cho từng tổ máy. [1]

Đo hiệu quả: giảm heat rate phải có cùng cơ sở so sánh

Chốt trước chỉ tiêu nghiệm thu: heat rate gross/net, hiệu suất lò, điện tự dùng, NOx/CO, UBC, FEGT, nhiệt độ kim loại và dải tải phù hợp. Kết quả trước–sau cần hiệu chỉnh hoặc so sánh theo tải, nhiên liệu, điều kiện môi trường, tình trạng thiết bị và độ tin cậy phép đo.

Phương án kinh tế nên tính nhiên liệu, điện tự dùng, bảo trì, kỳ dừng và chi phí đầu tư; không cộng hai lần lợi ích giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm heat rate. Giới hạn mô hình, độ không chắc chắn và trách nhiệm bảo đảm phải rõ. Không áp một tỷ lệ tiết kiệm cố định hoặc coi kết quả mô phỏng là kết quả nghiệm thu thực tế.

SuperMRO: đầu mối hiểu hiện trường, phối hợp đến kết quả

SuperMRO cùng IHI có thể giúp nhà máy xây dựng lộ trình từ khảo sát, rà soát dữ liệu và đo hiện trạng đến mô hình hóa, đánh giá phương án, lập hồ sơ cải tạo và phối hợp triển khai. SuperMRO kết nối nhu cầu vận hành với bài toán kỹ thuật, điều phối hồ sơ và phối hợp kế hoạch dừng; IHI và đơn vị kỹ thuật phù hợp trong hệ sinh thái hãng đảm nhiệm chuyên môn phân tích–thiết kế theo phạm vi thống nhất. Nhà máy cùng xác nhận dữ liệu, phê duyệt thay đổi và vận hành an toàn.

Đầu ra cần là hồ sơ rõ: mốc hiện trạng, giả thiết, mô hình đã kiểm chứng, ma trận phương án, phạm vi vật tư/cải tạo, tiêu chí nghiệm thu và kế hoạch theo dõi. Khi bao gồm đào tạo, chuyển giao mô hình hoặc hỗ trợ sau cải tạo, phải ghi rõ trong hợp đồng. Industrial Trust không dừng ở lời giới thiệu giải pháp — mà được xây dựng bằng một phương án đúng và kết quả được kiểm chứng.