4 Basic Power Plant Operation for Pgt

BASIC POWER PLANT OPERATION (for PGT.)

อภิชาติ เตนันทะโส Apichat.t@egat 1

15 Jun 2009

สารบัญ บทที่ 1 Function of The Power Plant บทที่ 2 Boiler

บทที่ 3 Turbine บทที่ 4 Plant Operation 2

บทที่1 หน้าที่ของโรงไฟฟ้า (The Function of The Power Plant)

- อุปกรณ์อานวยความสะดวกสบายรอบตัว ล้วนใช้ไฟฟ้า - หน้าที่ของโรงไฟฟ้า คือ การผลิตและส่งจ่ายพลังงานไฟฟ้า จากโรงไฟฟ้า ผ่านระบบสายส่งไฟฟ้า ไปยัง Sub Station ที่ทาหน้าที่ รวมกาลังผลิต ไฟฟ้าจากแหล่งต่างๆเข้าด้วยกัน แล้วส่งต่อไปยังผู้ใช้ไฟฟ้า โดยประสานกับ Load Dispatcher [ศูนย์ควบคุม] จัดการผลผลิต ของ Power Plants ต่างๆ ให้ Supply = Demand อยู่เสมอ - การผลิตไฟฟ้ามีกระบวนการที่ยุ่งยาก ซับซ้อน ต้องใช้เครื่องมือและ บุคคลากร ที่ได้รับการอบรม ฝึกฝนมาเพื่อการนี้ 3

Power System

4

ระบบไฟฟ้าของประเทศไทย โรงไฟฟ้า

สายส่งไฟฟ้า

สถานีไฟฟ้าแรงสูง

กฟผ.

ระบบจาหน่าย

ผู้ใช้ไฟ

กฟน. / กฟภ.

ผู้ใช้ไฟฟ้า

Load Dispatcher ศูนย์ควบคุม ระบบกาลังไฟฟ้า

5

Daily Load Curve

6

การเปลี่ยนแปลงพลังงาน(Energy Conversion)

โรงไฟฟ้าพลังน้า 1. เขื่อน 2. Turbine 3. Generator

พลังงานศักย์ พลังงานกล พลังงานไฟฟ้า

7

การเปลี่ยนแปลงพลังงาน (Energy Conversion)

การเปลี่ยนแปลงพลังงาน เกิดขึนใน 3 ส่วนหลัก 1. Boiler 2. Steam Turbine 3. Generator

8

Steam Cycle ระบบ(System) คือการรวมกันของอุปกรณ์ และท่อต่างๆ เพื่อจะทาหน้าที่เฉพาะอย่างได้ตามความมุ่งหมาย โดยระบบของโรงไฟฟ้าจะประกอบด้วย

1.ระบบหลัก(Major System)  Steam Cycle 2.ระบบเสริม(Support system)  ช่วยให้ระบบหลักทางานได้ เช่น Circulating Water System, Make-Up Water System

Steam Cycle

10

1.Boiler หน้าที่ของ BOILER คือ 1. เผาไหม้เชือเพลิงเพื่อให้ได้พลังงานความร้อน 2. ใช้ความร้อนนันเปลี่ยนน้าให้เป็นไอน้า

FUEL

WATER

+

Air

+Heat Energy

CO2+H2O+

HeatEnergy

STEAM

11

Boiler

12

13

Drum Type Boiler

14

Fuel Gas

Fuel Gas Pipe Line

Fuel Oil

Coal

BOILER SYSTEM

22

2. Turbine หน้าที่ของ Turbine คือ รับไอน้าที่ส่งมาจาก Boiler ซึ่งไอน้าจะ ถ่ายเทความร้อนและความดันทาให้ Turbine หมุน นั่นคือเปลี่ยนจาก พลังงานความร้อน เป็นพลังงานกล ส่วนที่ Generator เปลี่ยนพลังงานกล ทางหมุน เป็นพลังงานไฟฟ้า

23

การท้างานของ Turbine อย่างง่าย Stationary Blade

Nozzle

Rotating Blade

BOILER CONDENSER 24

3. Condenser Condenser คือ Heat Exchanger ขนาดใหญ่ ซึ่งจะถ่ายเทความร้อนจาก Steam ไปยังน้า หล่อเย็น เพื่อให้เกิดการควบแน่นกลายเป็น น้าหมุนเวียนกลับไปใช้ในระบบอีก

25

26

Circulating Water System

27

Circulating Water Pump

28

Circulating Water - Open System

29

Circulating Water - Closed System

Cooling Tower

30

Steam Cycle Flow – Movement of Steam & Water Operator ดูแล ควบคุมการไหลให้ด้าเนินไปอย่างเหมาะสม

31

Flow Control เพื่อที่จะปรับปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่จา่ ยออกไป จาเป็นที่จะต้องควบคุมการไหลของ Steamและนาโดยตลอดใน Steam cycle

Steam Flow

Steam Flow and Power Output

3000 2000 1000 0 0

300 450 600 618 624 Power 32

FLOW CONTROL STEAM – FEED WATER FUEL - AIR

AIR

FUEL 33

หน้าที่หลักของการเดินเครีอ่ งคือการปรับแต่ง System ต่างๆ ให้สอดคล้องกัน - การตรวจสอบตามระยะเวลา - การตรวจตรา จดบันทึกค่าต่างๆ - การเตรียมพร้อมรับเหตุฉกุ เฉิน

เหตุฉุกเฉิน Golden Rule of Emergency Action 3 ขันตอนปฏิบัติ 1.ต้องทราบว่าอะไรก้าลังเกิดขึน 2.ต้องท้าให้โรงไฟฟ้าอยู่ในสภาพที่ปลอดภัย 3.ต้องติดตามผลและปฏิบัติการจ้าเป็นต่างๆเพื่อ ท้าให้โรงไฟฟ้ากลับสูส่ ภาพปกติ

35



Specific Emergency Action-Loss of Flame in the Boiler กรณีเหตุฉุกเฉินเกิดขึนที่ Boiler 1.Flame Scanner ท้าหน้าที่ตรวจจับเปลวไฟ 2.เมื่อเปลวไฟหายไป จะส่งสัญญาณ Alarm ที่ Control Room 3.Steam Pressure จะลดลง 4.ต้องวิเคราะห์ว่าอะไรก้าลังเกิดขึน 5.ปฏิบัติการให้โรงไฟฟ้าปลอดภัย หยุด Fuel Flow และก้าจัด Unburned Fuel ด้วยการ Purging Boiler 6.น้าโรงไฟฟ้ากลับสู่สภาพปกติ และติดตามผล 36

บทที่ 2 Boiler Water Flow Path การหมุนเวียนใน Boiler เพื่อ 1.เตรียม Feed Water ให้เพียงพอใน การกลายเป็นไอ 2.น้าจะพาความร้อนของ Boiler Furnace ออกไปจาก Water Walls 37

การไหลเวียน(Circulation)

Natural Circulation น้าเย็นมีน้าหนักมากกว่าน้าร้อนและ Steam ที่ปริมาตรเดียวกัน น้าและ Steam ใน Water Wall จะร้อนกว่า น้าใน Downcomer เพราะได้รบั ความร้อน จาก Burning Fuel 

38

การไหลเวียน(Circulation) แต่เมื่อความดันสูงขึ้นค่าความแตกต่างนี้จะน้อยลง ดังกราฟ

39

การไหลเวียน(Circulation) 3 Factors of Natural Circulation 1.ความร้อนที่สร้างขึ้นใน Furnace 2.ความสูงของ Boiler 3.Boiler Pressure Controlled Circulation Boiler เพิ่ม Boiler Water Circulating Pump เดินเครื่องด้วย Temp & Press. สูงกว่า

Controlled Circulation Boiler

40

Saturate steam

Steam Drum รับ Feed Water รวบรวมไอน้าที่ผลิตขึน Dryer

Drain Primary separator Downcomer

Secondary separator Feed water inlet

41

Steam Flow Path

Superheaters & Reheaters Concept of Water & Steam  Boiling = Process Water  Steam Press. สูง  Boiling Temp สูง  Saturation Temp.= อุณหภูมิจุดที่น้าเดือด Sat. Water + Heat  Sat. Steam  Superheat = อุณหภูมิเหนือ Sat. Steam

43

T-S Diagram

44



Superheater, Reheater

Steam ที่ออกจาก Steam Drum จะเข้าสู่ Superheater Tube เพื่อเพิ่มอุณหภูมิให้เป็น Superheat Steam แล้วนาไปให้พลังงานที่ Turbine อุณหภูมิของ Superheat Steam ยิ่งสูง จะทางานได้มากขึ้น ทาให้ประสิทธิภาพการผลิตสูงขึ้นด้วย

45

Spray Attemperator

46

De-Superheater

47

Superheat Temp. จะเพิ่ม ต้อง De-Superheat Spray

48



Once-Through Boiler

Water Critical Point 375 C, 220 Bar Latent Heat = 0 kJ/kg น้าและ Steam มีคุณสมบัติทางฟิสกิ ส์เหมือนกัน การเดินเครื่องเหนือ Critical Condition นัน น้าจะเปลี่ยนสถานะกลายเป็น Steam ได้เลย โดยไม่ต้องใช้ Latent Heat ความร้อนจาก Boiler จะเพิ่มอุณหภูมขิ อง Steam Once-Through Boiler ส่วนใหญ่เดินเครื่องที่ Supercritical Condition น้าจะ ผ่านตลอด Boiler เพียงครังเดียวด้วย Boiler Feed Pump ไม่จ้าเป็นต้องมี Drum ไม่มี Recirculation Flow Path ไม่มี Natural Flow มีประสิทธิภาพสูง ใช้ Press สูง ค่าก่อสร้างเพิ่มขึน 49

Operation of Once–Through Boiler

Feed Water 3500 psi จ่ายเข้า Header ใต้ Furnace ผ่าน Water Wall รับความร้อนถึงจุด Critical น้าจะเปลี่ยนเป็น Steam ที่ Transition Zone Tube Section แล้ว Steam จะถูกส่ง ต่อไปยัง Superheaters

50

Operator Responsibilities  

รักษา Steam Pressure Factors ที่ส่งผลต่อ Steam Pressure • Drum-Type : - Firing Rate • Once-Through : Boiler Feed Pump Flow

51

Combustion องค์ประกอบเพื่อให้เกิดการเผาไหม้สมบูรณ์ 1.Oxygen (Air) 2.Fuel 3.Heat 4.Chemical Reaction Fuel

•

ประสิทธิภาพของการเผาไหม้ขึ้นกับ 1. Turbulence: Fuel – Air Mixtures 2. Time : for Completed Combustion 52

Typical arrangement of individual burner (Oil&Gas)

53

54

FO Burner

55

Operator Responsibilities   

  

ควบคุม Fuel/Air Ratio ให้ถูกต้อง Ratio ถูกก้าหนดโดย ปริมาณ Oxygen ที่ออกปล่อง Excess Oxygen เกิดจากการใช้อากาศมากกว่าความจ้าเป็นเพื่อให้เกิด การเผาไหม้ที่สมบูรณ์ ต้องรักษาปริมาณ Excess Oxygen ให้อยู่ใน Specific Range Excess Air Excess O2

56

Air and Gas Flow Paths 

Using Flue Gas to Increase Boiler Efficiency • Air Heater  Regenerative  Tubular • Economizer

57

Pollution Control • By Products : SO2, Nox, CO2, Fly Ash • Control : Dew Point Temp, FGD., Precipitator

58

Summary of Air & Gas Flow Path

59

Vents อยู่ส่วนบนสุดของ Component Drains อยู่ส่วนล่างสุดของ Component Blowdowns คือ Drain สิ่งสกปรกจาก Drum

Soot Blowers ก้าจัดเขม่าที่ติดอยู่ตาม Boiler Tube - Retractable / Fixed

60

Boiler Operation 

  

ควบคุมระดับน้าใน Drum และ Flow ใน Boiler ทั้งใน Automatic Mode และ Manual Mode ให้ถูกต้องและเหมาะสม ควบคุม Firing Rate ให้เหมาะสมกับ Load ขณะนั้น ตรวจตราอุปกรณ์ต่างๆ และบันทึกข้อมูล สังเกต Alarm ต่างๆ พร้อมแก้ไขสถานการณ์ต่างๆ ที่เกิดขึ้นอย่างเหมาะสม

61

The Control Room   

ศูนย์รวมการควบคุม แสดงผลการวัด รายงานเหตุการณ์ สัญญาณเตือน

62

บทที่ 3 Turbine Fundamentals

63

Steam Flow Path Turbine Parts  Turbine Rotor ถูกรองรับแต่ละปลายด้วย Bearing  Diaphrams [Stationary Blade]คือ ชุดของใบพัดที่อยู่กับที่ ทาหน้าที่ เปลี่ยนทิศทางการไหลของ Steam ที่มาจาก Rotating Blades ชุดก่อน หน้าเพื่อไปยังชุดถัดไป  Wheels[ Rotor Blade] คือ ส่วนที่หมุน(moving parts) ใบ Blades ของมันจะหมุนขณะที่ Steam ไหลผ่าน ซึ่งก็คือการหมุน Turbine Shaft  Seals Strip จะติดตั้งที่จุดซึ่ง Turbine Shaft สอดผ่าน Diaphrams เพื่อ ช่วยลด Steam ที่รั่วผ่านไปยัง Rotating Blades แต่ละแถวได้  

Stop valves หรือ Throttle valves ทาหน้าที่ ปิดกั้น Steam ให้กับ TB. Control valves หรือ Governor valves ทาหน้าที่ กาหนดปริมาณ Steam ที่จะ Flowไปยัง TB.

64

65

66

67

Turbine Rotation 







Impulse Turbine ใช้แรงปะทะของ High pressure steam ในการทา ให้ moving blades หมุน Reaction Turbine ใช้แรงผลักจากการขยายตัวของ Steam ในการทา ให้ moving blades หมุน ใช้ร่วมกันทั้ง 2 แบบ เพื่อให้การใช้พลังงานเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ สูงสุด

HP section IP section LP section (ขนาดเล็ก  ขนาดใหญ่) 68

69

TB Steam Flow Path

70

TURBINE SEAL STEAM-TGC 66 LP 1A

LP 1B

IP

VAC BKR

HP

CONDS DISCH

6

BFPT 1A&1B

58

SEAL STM DESUPHTRS

VENT

1

8

2

10

SPILLOVER TO LP HTR 1A

SPILLOVER TO COND 1A

11 AUX STM

3

COLD RH

4

GLAND COND

MISCELLANEOUS

18 19

MAIN STM 71

TUBINE LUBE OIL -TGD HP OIL Pressure Flow

High Low

BRG OIL Low High MAIN TB TD BFP MOP

LP TB SEAL OIL BACK UP (MOP)

HP OIL TB JACKING LOP

SEAL OIL BACK UP (AOP) BRG OIL

EOP

TOP

AOP

#

#

2

1 EJECTOR

TB L/O COOLER

SEAL OIL BACK UP (BRG OIL)

72

EHC OIL-TGA 1A

EHC CONTROL SYS

1B THROTTLE VAVLES (2)

EHC OIL PUMP EHC ACCOM 1

EHC RSVR

GOVERNING VAVLES (4)

FL T

1A REHEAT STOP VAVLES (2)

1B INTERCEPT VAVLES (4)

CCC W

CCC W

EHC POLISHING P 2 73

Turbine Operation 

Startup Operation • Warm up Turbine เพื่อให้ความร้อนกระจายตัวอย่างสม่าเสมอทั่ง Turbine • Monitor อุณหภูม,ิ expansion, vibration ของ TB. • Monitor Temperature & Pressure ของ Lube Oil system เปรียบเทียบกับ Normal operating trend • เปิด drains ตามจุดต่างๆใน Turbine เพื่อ drain น้าที่เกิดจากการกลั่นตัวของ steam ที่มากระทบกับชิ้นส่วนที่เย็นของ TB



Normal Operation • ควบคุมความเร็วรอบของ TB ให้คงที่เมื่อต่อกับ power system • Routine check TB & TB system ได้แก่ อุณหภูมิ LO.ที่เข้า-ออก bearing, TB speed, Generator Load, condenser vacuum, main steam pressure 74



Shutdown Operation • Control valves เริ่มปิดอย่างช้าๆเพื่อลด Load • Cool down Turbine • Turning Gear ทาหน้าที่หมุน Turbine Shaft อย่างช้าๆด้วยความเร็วคงที่

75

บทที4่ Plant Operation 





Load Change เป็นการเปลี่ยนแปลงพลังงานไฟฟ้าที่จ่ายออกให้เท่ากับ ความต้องการ ในระบบส่วนใหญ่จะเปลีย่ นแปลง Load ตามความต้องการของศูนย์ ควบคุมระบบไฟฟ้า การเปลี่ยนแปลง Load • ปรับปริมาณ Steam & Feed Water Flow และ Fuel & Combustion Air Flow • เปลีย่ น Load ที่ Turbine ส่วนระบบอื่นๆจะควบคุมโดยอัตโนมัติ • อัตราการเปลี่ยนแปลง Load ประมาณ 4-5 MW/นาที 76

Load Change

Flow Deviation Turbine

Boiler

Pressure Correction

Governor Control

Excess Air Correction Fuel Control

Air Control

77

Bearing 



หน้าที่ • รับ Load Axial • ลดแรงเสียดทาน • รักษาต้าแหน่งส่วนที่เคลื่อนที่ ประเภท  Sliding Surface ผิวสัมผัสสองหน้าลื่นไถล  Rolling Contact ผิวสัมผัสกลิงไปบนผิวสัมผัสอีกส่วนหนึ่ง

Radial

Radial

Lubrication 



Grease Oil 78

Pollution  

 

Air Thermal Water Noise

79

Plant Safety

80

81

ห้องเผาไหม้ และหม้อน้า ก๊าซร้อนจากการ เผา ถ่านลิกไนต์

ไอน้า

กังหันไอน้า และเครื่องกาเนิดไฟฟ้า

ยุ้งเก็บถ่าน

เครื่องกาจัดก๊าซ ซัลเฟอร์ไดออกไซด์

อากาศเข้า เครื่องดักฝุ่น ไฟฟ้าสถิต

. โม่บดถ่าน อากาศร้อน 82