Ứng dụng trong các nhà máy xi măng

Hình 3: Các cánh tua-bin giãn nở bị hư hại

Kinh nghiệm có được trong việc vận hành thành công các nhà máy thử nghiệm này đã mang lại sự khuyến khích lớn đối với việc thực hiện phát triển ứng dụng của Chu trình Kalina trong các quy trình công nghệ khác mà có thể nâng cao được hiệu suất năng lượng.

Cụ thể là khả năng trích năng lượng hữu ích từ nhiệt thừa trong các nhà máy xi măng được xem là cơ hội hấp dẫn. FLSmidth, người được cấp phép sử dụng Chu trình Kalina, hiện đang xây dựng nhà máy đầu tiên trong số các nhà máy này, cho công ty xi măng DG Khan ở Khairpur, Pakistan. Mục đích ban đầu là để cải thiện hiệu suất phát điện của Nhà máy Xi măng Khairpur và thiết bị sẽ phát 8,6MW điện với nhiệt độ chất lỏng là 340oC. Nhà máy điện sẽ thu hồi nhiệt thừa từ sấy sơ bộ và từ thiết bị làm nguội clinker sử dụng Chu trình Kalina được phát triển đặc biệt dành cho ngành xi măng.

Dự án thứ hai hiện đang được thi công cho Công ty Xi măng Star ở Các tiểu vương quốc Ả-rập thống nhất và được thiết kế để tận dụng nhiệt thừa từ thiết bị làm nguội clinker phát điện với công suất 4,75MW.

Lựa chọn vật liệu

Ngoài việc cung cấp tính hợp lệ của các nguyên tắc nhiệt động học cơ bản, việc thực hiện thành công công nghệ Chu trình Kalina với các nguồn nhiệt khác nhau cũng xác nhận hiệu quả lâu dài của vật liệu được sử dụng cho các thành phần quan trọng trong các ứng dụng này.

Hợp kim được lựa chọn cho các bộ trao đổi nhiệt, các thiết bị phân tách và các thành phần có liên quan, quá trình vận hành đường ống dưới các điều kiện nhiệt độ và áp suất vừa phải nhất của các ứng dụng Chu trình Kalina được trình bày ở Bảng 3 cùng với các thành phần danh định tính bằng phần trăm trọng lượng.


Các vật liệu của tua-bin được dùng trong các hệ thống Chu trình Kalina là dùng cho hầu hết các chi tiết mà sẽ được dụng trong các tua-bin hơi dòng hướng trục tiêu biểu hoặc trong các tua-bin giãn nở dòng hướng kính vận hành trong các điều kiện nhiệt độ và áp suất của ứng dụng nhà máy điện. Các hợp kim được xác định trong Bảng 4 bên dưới được dùng trong các hệ thống Chu trình Kalina.


Kiểm soát chất lượng nước Cũng như đối với tất cả các loại nhà máy điện, cần đảm bảo chất lượng nước đạt yêu cầu để vận hành tin cậy hệ thống Chu trình Kalina. Việc xử lý nước là việc làm quan trọng để đề phòng hiện tượng mài mòn, đóng cặn và nhiễm bẩn của chất lỏng làm việc và chất lượng nước được yêu cầu chủ yếu tuỳ thuộc vào nhiệt độ vận hành. Điều này lần lượt ảnh hưởng tới phản ứng của các quá trình hoá học và suy giảm cấp. Trong một nồi hơi sử dụng đặc trưng vận hành cùng với hơi ở nhiệt độ 565^oC, hydrazine (H2N2) sẽ được bổ sung vào để giảm hàm lượng ô-xi xuống khoảng 5ppb và để tạo ra các điều kiện kiềm với pH ~ 9. Dưới các điều kiện này ma-nhê-tít là ô-xít ổn định. Do đó mục đích xử lý nước cấp trong nồi hơi sử dụng là để: bảo vệ các bề mặt truyền nhiệt khỏi bị mài mòn (khử ô-xi hoá và điều chỉnh lượng pH), giảm thiểu tính dẫn i-on của nước, tránh nguy cơ tiềm ẩn đối với các môi trường địa phương và tránh hiện tượng kết tủa của các sản phẩm mài mòn. Trong các hệ thống Chu trình Kalina, nhiệt độ chất lỏng thấp hơn nhiều do đó việc kiểm soát chất lượng nước là việc làm cần thiết hơn. Các quá trình quan trọng để đảm bảo chất lượng nước đạt yêu cầu là: làm mềm để giảm các i-on sun-phát, clo-rua và nitride; khử khí để giảm bớt lượng khí; và kiểm soát tốt hàm lượng pH.


Các quá trình này là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng của lượng nước bổ sung sử dụng trong nhà máy điện Chu trình Kalina. Tuy nhiên, trong trường hợp này pH được kiểm soát bởi hàm lượng ammonia trong chất lỏng mà thường có một hàm lượng pH khoảng 10. Quá trình khử khoáng được tiến hành nhờ sử dụng các nhựa trao đổi anion và cation tổng hợp. Các khí hoà tan như ô-xi và trong một số trường hợp là CO2 có thể được khử bỏ bằng một thiết bị khử ký sẵn có mang tính thương mại.

Theo bài dịch của Nguyễn Kim Lan - CCID
MD Mirolli, Recurrent Engineering LLC & TB Gibbons,
Consultant in materials technology