Tua bin hơi nước cho các nhà máy điện siêu tới hạn

Cấu hình tuabin hơi nước thích hợp cho một ứng dụng siêu tới hạn nhất định, phần lớn là một chức năng của số lượng bộ hâm nóng được chọn, xếp hạng đơn vị, đặc tính áp suất ngược của địa điểm và bất kỳ yêu cầu đặc biệt nào như chiết suất gia nhiệt.

TRƯỜNG CƠ KHÍ – ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA NĂNG LƯỢNG NHIỆT o0o BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC CHẤT LƯU ĐỀ TÀI: TUA BIN HƠI NƯỚC CHO CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN SIÊU TỚI HẠN Giảng viên hướng dẫn : TS BÙI HỒNG SƠN Sinh viên thực : NGUYỄN THANH LONG Lớp : NHIỆT 04 – K64 Mã số sinh viên : 20193843 Hà Nội, 01 - 2022 Nội dung I GIỚI THIỆU II QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN III CHU KỲ NĂNG ĐỘNG TỐI ƯU HÓA Ảnh hưởng điều kiện nước cao đến hiệu suất thiết bị Lựa chọn gia nhiệt nhiệt độ nước cấp cuối Tối ưu hóa áp suất hâm nước sử dụng HARP Tối ưu hóa áp suất hâm nóng cho hâm nóng đơi Tối ưu hóa áp suất chéo IV THIẾT KẾ TURBINE HƠI & LỰA CHỌN VẬT LIỆU Cấu hình tuabin 1.1 Các ứng dụng phát điện đơn làm nóng lại 1.2 Các ứng dụng sưởi ấm khu vực 11 1.3 Các ứng dụng làm nóng lại đơi 12 Thiết kế thành phần / hệ thống tuabin 13 Vật liệu rôto 13 Mối hàn vịng bi rơto 14 Làm mát rôto 14 Vật liệu thiết kế xô / màng ngăn nhiệt độ cao 15 Vỏ hộp vòi 16 Bắt vít 18 Thiết kế phần LP 18 V KẾT LUẬN 18 I GIỚI THIỆU Lịch sử phát triển tuabin nước mơ tả tiến mang tính phát triển hướng tới mật độ hiệu suất công suất lớn Mật độ công suất thước đo lượng cơng suất tạo cách hiệu từ tuabin nước có kích thước khối lượng vật lý định Sự cải thiện mật độ công suất tuabin nước phần lớn thúc đẩy phát triển hợp kim rơto gầu cải tiến có khả chịu ứng suất cao cho phép chế tạo gầu giai đoạn cuối dài để tăng diện tích khí thải dịng khí thải Sự cải thiện hiệu lớn thông qua hai loại tiến Loại tiến cải thiện hiệu học cách giảm tổn thất khí động học rò rỉ nước mở rộng qua tuabin Loại tiến thứ hai cải thiện hiệu suất nhiệt động lực học cách tăng nhiệt độ áp suất nhiệt bổ sung vào chu trình lượng Trọng tâm báo chủ yếu loại nỗ lực thứ hai nhằm thúc đẩy công nghệ tuabin nước đại II QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN Những nỗ lực nhằm tăng hiệu chu trình Rankine cách tăng áp suất nhiệt độ nước điều mẻ Các tuabin nước ban đầu sản xuất thiết kế cho áp suất đầu vào nhiệt độ khoảng 200 psi, 5000 F (13,7 bar 260 C) Theo thời gian kích thước đơn vị trung bình tăng lên, nhiệt độ áp suất tăng lên Những năm 1950 thời kỳ phát triển nhanh chóng quy mơ nhà máy điện trung bình với tổ máy trung bình GE vận chuyển, tăng từ 38 MW năm 1947 lên 156 MW năm 1957 Trong giai đoạn này, chu trình hâm nóng thiết lập tốt mặt thương mại lượng nước tối đa Điều kiện nâng lên từ 2400 psi / 1000 F (165 bar / 538 C) lên đến điều kiện đơn vị thử nghiệm nhà máy điện Philo với điều kiện đầu vào 4500 psi, 1150 F / 1050 F / 1000 F (310 bar, 620 C / 566 C / 538 C) Nỗ lực cung cấp kiến thức dẫn đến việc đưa vào sử dụng năm 1960 số thiết bị ghép chéo công suất lớn với điều kiện nước thấp, thách thức thời gian 3500 psi, 1050 F / 1050 F / 1050 F (241 bar, 566 C / 566 C / 566 C) Tại thời điểm này, tổ máy công suất 325 MW 2400 psi, 1100 F / 1050 F / 1000 F (165 bar, 593 C / 566 C / 538 C) đưa vào vận hành Đến năm 1969, thiết kế hâm nóng kép song song đơn giản đưa vào sử dụng, kết hợp áp suất cao 3500 psi, 1000 F (242 bar, 538 C) 1025 F / 552 C phần tuabin hâm nóng dịng ngược chiều Phần dịng hâm nóng thứ hai 1050 F / 566 C thiết kế theo cấu hình dịng kép để cung cấp khả dịng thể tích đầy đủ giới hạn điều kiện nhiệt độ cao vỏ Mặt cắt hình minh họa thiết kế này, có độ tin cậy đặc biệt tốt vượt mong đợi hiệu suất Hình Tua bin nước siêu tới hạn kép Tandem-Compound Ngoài thiết bị có hâm nóng kép, năm 1960 1970, GE đưa vào phục vụ nhiều thiết bị siêu tới hạn với hâm nóng đơn điều kiện 3500 psi, 1000 RDC24265-4F / 1000 F (241 bar, 538 C / 538 C) Hình Các tổ máy có kích thước từ 350 MW đến 1103 MW Bao gồm đơn vị thiết kế phức hợp song song có kích thước từ 350 MW đến 884 MW Hình Tua bin nước siêu tới hạn kép làm nóng kép Sự kết hợp kinh nghiệm với kĩ thuật hâm nóng đơn kép, với kiến thức thu thiết kế điều kiện nước tiên tiến năm 1950, sở cho số nghiên cứu Viện Nghiên cứu Năng lượng Điện (EPRI) thực năm 1980 tuabin hâm nóng kép thiết kế để hoạt động điều kiện nước tiên tiến 4500 psi, 1100 F / 1100 F / 1100 F (310 bar, 593 C / 593 C / 593 C) Các thiết kế đưa số năm Hoa Kỳ khơng quan tâm đến điều kiện nước tiên tiến, nhiên quốc gia khác, đặc biệt châu Á Bắc Âu định theo đuổi phương án Một ví dụ máy phát điện tuabin nước tiên tiến GE thiết kế gần đơn vị hỗn hợp đa gia nhiệt đơn để hoạt động với điều kiện 3626 psi, 1112 F (250 bar / 600 C) nhiệt độ nóng lại 1130 F / 610 C Thiết bị thực thiết kế bốn vỏ với phần áp suất cao áp suất trung gian riêng biệt trục tốc độ đầy đủ hai tuabin LP dịng đơi trục tốc độ nửa III CHU KỲ NĂNG ĐỘNG TỐI ƯU HÓA Ảnh hưởng điều kiện nước cao đến hiệu suất thiết bị Là bước q trình tối ưu hóa điều kiện chu trình nước, hiệu chu trình tiềm đạt từ việc nâng cao áp suất nước nhiệt độ Hình Cải thiện tỷ lệ nhiệt từ nước Chu kỳ với điều kiện nước siêu tới hạn Hiệu suất nhà máy thực cách sử dụng chu trình hâm nóng kép khơng phải đơn lẻ Những lợi ích hiệu suất cơng ty tiện ích công nhận vào năm 1960 kết nhiều máy hiểu kép GE chế tạo Lợi ích việc sử dụng chu trình hâm nóng kép nâng cao nhờ tính khả thi việc sử dụng áp suất nhiệt độ siêu tới hạn Vào năm 1980, dự án phát triển mở rộng bảo trợ EPRI dẫn đến việc thiết kế thiết bị hâm nóng kép siêu tới hạn lớn 4500 psi, 1100 F / 1100 F / 1100 F (310 bar, 593 C / 593 C / 593 C) với tổng sản lượng từ 700 MW trở xuống Hình 3b thể việc tăng hiệu suất cách sử dụng chu trình hâm nóng kép điều kiện khác Đối với ứng dụng cụ thể nào, tốc độ tăng nhiệt có với chu kỳ hâm nóng kép phải đánh giá dựa chi phí trạm cao độ phức tạp thiết bị cao lò hơi, hệ thống đường ống tuabin Kết đánh đổi phụ thuộc chủ yếu dựa vào điều kiện địa phương, chi phí nhiên liệu yêu cầu môi trường Lựa chọn gia nhiệt nhiệt độ nước cấp cuối Để tối đa hóa tốc độ tăng nhiệt với điều kiện siêu tới hạn, việc bố trí hâm nước cấp cần phải tối ưu hóa Nói chung, việc lựa chọn điều kiện nước cao dẫn đến việc bổ sung gia nhiệt nước cấp nhiệt độ nước cấp cuối cao tối ưu mặt kinh tế Trong nhiều trường hợp, việc lựa chọn lị sưởi cao điểm hâm nóng (HARP) bảo hành Việc sử dụng khử nhiệt riêng biệt phía trước gia nhiệt cho thiết bị có HARP dẫn đến tăng thêm hiệu suất thiết bị Việc sử dụng HARP nhiệt độ nước cấp cuối cao áp suất hâm nóng thấp có ảnh hưởng mạnh mẽ đến thiết kế tuabin thảo luận chi tiết bên Các thơng số chu trình khác giảm áp suất hâm nóng, chênh lệch nhiệt độ đầu cuối gia nhiệt, giảm áp suất đường dây chênh lệch nhiệt độ làm mát xả có tác động đến thiết kế tuabin, cần tối ưu hóa phần hoạt động cân chi phí / hiệu suất tổng thể nhà máy điện Bảng cho thấy mức tăng điển hình cho cấu hình gia nhiệt khác liên quan đến chu trình hâm nóng đơn 4500 psi, 1100 F / 1100 F (310 bar, 593 C / 593 C) 1100 F / 1100 F / 1100 F (593 C / 593 C / 593 C) chu kỳ hâm nóng kép Hình cho thấy chu trình đơn hấp thụ điển hình có tám máy đun nước cấp bao gồm HARP Tối ưu hóa áp suất hâm nước sử dụng HARP Bảng Tác động tốc độ nhiệt cấu hình máy sưởi nước cấp thay Việc lựa chọn áp suất hâm nóng lạnh phần khơng thể thiếu q trình tối ưu hóa nhà máy điện trở nên quan trọng nhà máy có điều kiện nước tiên tiến Hình 5a cho thấy tác động tốc độ nhiệt nhiệt độ nước cấp cuối khác thiết bị hâm nóng lần với điều kiện nước tiên tiến So sánh tốc độ nhiệt mức nhiệt động lực học tối ưu, cải thiện sử dụng HARP lên tới khoảng 0,5% Tuy nhiên, cân nhắc kinh tế thiết kế lò khơng có HARP có xu hướng ưu tiên áp suất hâm nóng thấp với chi phí giảm nhẹ chu kỳ biểu diễn Do đó, tỷ suất nhiệt thu thường lớn hơn, đạt 0,6 - 0,7% Hình Chu trình làm nóng đơn giản điển hình với gia nhiệt điểm làm nóng Hình Ảnh hưởng nước cấp cuối Nhiệt độ áp suất làm nóng lại tỷ lệ nhiệt ròng tuabin Việc sử dụng HARP dẫn đến áp suất hâm nóng tối ưu thấp nhiệt độ nước cấp cuối tối ưu cao Cả hai cân nhắc ảnh hưởng đáng kể đến thiết kế giá thành lị Do đó, cần phải thực cẩn thận trình lai chéo cấp thực vật, xem xét việc sử dụng HARP, để đảm bảo lựa chọn chu trình tối ưu mặt kinh tế thực Tối ưu hóa áp suất hâm nóng cho hâm nóng đơi Đối với thiết bị hâm nóng kép, việc tối ưu hóa thơng số thiết kế khác mơ tả có liên quan nhiều phải bao gồm q trình tối ưu hóa chéo để chọn áp suất hâm nóng thứ thứ hai Đối với thiết bị hâm nóng kép khơng có HARP, hiệu suất tốt đạt với áp suất hâm nóng xấp xỉ 1450 psi / 100 bar Tuy nhiên, cân nhắc kinh tế liên quan đến hệ thống lò đường ống thường ưu tiên Hình Tối ưu hóa chéo áp suất cho hâm giảm điều xuống mức thấp Như nóng đơi với đơn vị hâm nóng đơn lẻ, việc sử dụng HARP cải thiện đáng kể tốc độ nhiệt đơn vị Mối quan hệ thể Hình 5b Ví dụ tối ưu hóa chéo áp suất hâm nóng thứ thứ hai thể Hình Kết điển hình áp suất hâm nóng thứ chọn thấp mức tối ưu nhiệt động lực học áp suất hâm nóng thứ hai thường chọn chút để giảm đầu vào LP nhiệt độ Như thể Bảng 1, chu trình hâm nóng kép cải thiện cách sử dụng thêm hâm nóng áp suất thấp / áp suất cao Một chu trình hâm nóng kép điển hình với mười hâm nước cấp, bao gồm HARP, thể Hình 7 Tối ưu hóa áp suất chéo Việc sử dụng điều kiện hâm nóng tiên tiến ảnh hưởng mạnh đến nhiệt độ đầu vào phần tuabin áp suất thấp (LP) Sự gia tăng nhiệt độ hâm nóng chuyển thành gia tăng gần nhiệt độ phân tần áp suất phân tần định Tuy nhiên, nhiệt độ đầu vào LP tối đa cho phép bị giới hạn cân nhắc vật liệu liên quan đến thành phần rôto, phân tần mui xe y Trong số này, giới hạn nhiệt độ vật liệu rôto thường đạt Hai thơng số thay đổi để điều chỉnh nhiệt độ đầu vào LP cho nhiệt độ hâm nóng định: áp suất hâm nóng áp suất chéo Để giảm nhiệt độ phân tần, áp suất hâm nóng phải tăng lên phải giảm áp suất phân tần Như Hình 5a, có mối tương quan trực tiếp áp suất hâm nóng hiệu suất đơn vị Vì việc sử dụng HARP lựa chọn kinh tế cho hầu hết chu trình siêu tới hạn, áp suất hâm nóng thấp để tối đa hóa tốc độ tăng nhiệt từ HARP Thật không may, điều dẫn đến nhiệt độ giao tăng lên Hiệu ứng bù đắp cách giảm áp suất chéo tỷ lệ áp suất tương đương Tuy nhiên, điều có xu hướng làm tăng lượng phần hâm nóng, đó, làm tăng số giai đoạn dẫn đến nhịp ổ trục dài Ngoài ra, lưu lượng khối lượng giao tăng lên gây hạn chế xếp hạng lớn Mối tương quan nhiệt độ đầu vào chéo áp suất hâm nóng thứ hai hiển thị cho đơn vị hâm nóng đơi Hình Mối quan hệ tương tự đơn vị hâm nóng đơn IV THIẾT KẾ TURBINE HƠI & LỰA CHỌN VẬT LIỆU Cấu hình tuabin Cấu hình tuabin nước thích hợp cho ứng dụng siêu tới hạn định, phần lớn chức số lượng hâm nóng chọn, xếp hạng đơn vị, đặc tính áp suất ngược địa điểm yêu cầu đặc biệt chiết suất gia nhiệt 1.1 Các ứng dụng phát điện đơn làm nóng lại Các cấu hình có sẵn cho ứng dụng hâm nóng lần thể Hình Đối với hầu hết ứng dụng, phần HP / IP dòng đối lập vỏ đơn sử dụng Phần kết hợp với hai phần LP dịng đơi tùy thuộc vào đánh giá thực tế áp suất khí thải thiết kế Việc sử dụng phần HP / IP kết hợp tạo đảo điện tổng thể nhỏ với kết tiết kiệm việc xây dựng tuabin, móng chi phí bảo trì Các tổ máy siêu tới hạn với kiểu xây dựng hoạt động thành công công suất 600 MW nhiều năm Để đáp ứng yêu cầu ứng dụng chuyên biệt sở thích khách hàng, phần HP IP dòng đơn vỏ riêng biệt có sẵn Mặt cắt tuabin HP IP hai cấu hình thể Hình 10 11 10 Khi xếp hạng đơn vị tăng lên, yêu cầu độ ổn định chiều dài thùng IP cuối làm cho cấu hình sử dụng phần HP luồng đơn phần IP luồng kép vỏ riêng biệt lựa chọn thích hợp Hai phần nhiệt độ cao kết hợp với một, hai ba phần LP dịng đơi tùy thuộc vào áp suất khí thải thiết kế Hợp chất song song Cấu hình loại với ba phần LP có khả xếp hạng đơn vị cao dự tính cho nhà máy điện siêu tới hạn Mặt cắt ngang HP RH đơn vị thể Hình 12 Đối với xếp hạng đơn vị cao trường hợp khách hàng thích nó, đơn vị kết hợp chéo có sẵn Các đơn vị bao gồm đường trục tốc độ đầy đủ có phần HP luồng đơn phần IP luồng kép, mô tả, điều khiển máy phát điện hai cực Một đường trục nửa tốc độ thứ hai bao gồm hai đoạn LP dịng đơi dẫn động máy phát điện bốn cực bao gồm Xả từ phần IP đường trục tốc độ tối đa cấp đến đầu vào phần LP đường trục nửa tốc độ thông qua hai cầu chéo 1.2 Các ứng dụng sưởi ấm khu vực Một số dự án siêu tới hạn hâm nóng đơn sử dụng cho ứng dụng sưởi ấm cấp huyện yêu cầu ảnh hưởng đáng kể đến thông số chu trình cấu hình tuabin Cấu hình tuabin tối ưu đáp ứng yêu cầu chức hoạt động sưởi ấm khu vực bố trí đảo tuabin tiết kiệm hiệu suất cao, phụ thuộc chủ yếu vào 11 nhu cầu kiểm soát nhiệt khu vực phạm vi phụ tải Một nghiên cứu thực gần ứng dụng sưởi ấm siêu tới hạn công suất 440 MW kết luận khả kiểm soát nhiệt khu vực tải phần yêu cầu, cấu hình ba vỏ nhỏ gọn sử dụng phần HP / IP dòng đối nghịch, chẳng hạn thể Hình 10, lựa chọn tốt từ quan điểm chi phí hệ thống Trong ứng dụng sưởi ấm khu vực nơi yêu cầu khả kiểm sốt nhiệt khu vực phụ tải, cấu hình bốn vỏ thể Hình 13 thích hợp Cấu hình này, phát triển cho ứng dụng siêu tới hạn công suất 400 MW khác có vỏ bọc thứ chứa phần HP phần luồng đơn phần IP theo cách xếp ngược dòng Kiệt sức từ phần IP luồng đơn dẫn vào phần IP không đối xứng luồng đôi riêng biệt vỏ riêng biệt Hai chiết suất gia nhiệt khu vực lấy từ ống xả vỏ áp suất gia nhiệt khu vực điều khiển cách van bướm phần giao đến phần LP So với cấu trúc thay với phần HP IP hoàn tồn riêng biệt, việc sử dụng dàn IP dịng đơn cho phần việc mở rộng hâm nóng cho phép thùng dài với giai đoạn tốt liên quan Các lợi ích bổ sung bao gồm hạn chế tất nước nhiệt độ cao vào trung tâm phần đầu tiên, sử dụng nước làm mát rôto tốt tổng chiều dài máy giảm 1.3 Các ứng dụng làm nóng lại đơi Các cấu hình có sẵn cho ứng dụng hiểu kép thể Hình 14 Đối với nhiều ứng dụng, phần HP dòng đơn vỏ riêng kết hợp với vỏ thứ hai có hai phần hâm nóng theo cách xếp dòng đối lập Phần áp suất cao phần hâm nóng ghép trực tiếp thành một, hai ba phần LP dịng đơi tùy thuộc vào xếp hạng ứng dụng áp suất xả thiết kế Đối với đơn vị có xếp hạng cao hơn, cấu hình có phần HP dịng đơn phần hâm nóng dịng đơn, nằm vỏ chung kết hợp với phần hâm nóng dịng thứ hai vỏ riêng biệt, sử dụng Như với cấu hình mơ tả trên, phần nhiệt độ cao ghép nối trực tiếp với một, hai ba phần LP dòng đơi dựa định mức áp suất khí thải Hình 15 cho thấy mặt cắt ngang phần HP RH thiết kế 12 Đối với đơn vị có xếp hạng cao nhất, sử dụng cấu hình kết hợp chéo Cấu hình sử dụng đường trục tốc độ đầy đủ có phần giống HP RH phần vừa mô tả Thay ghép nối với phần LP tốc độ đầy đủ, phần ghép nối trực tiếp với tạo 3600 3000 RPM Một đầu tàu trục LP nửa tốc độ riêng biệt tương tự sử dụng ứng dụng hâm nóng đơn lẻ sử dụng với đầu tàu trục HP / IP tốc độ đầy đủ Thiết kế thành phần / hệ thống tuabin Thiết kế tuabin nhiệt độ cao phát triển bị ảnh hưởng mạnh mẽ phát triển vật liệu cải tiến việc sử dụng bố trí nước làm mát hiệu Cả hai yếu tố thảo luận thành phần quan trọng khác bị ảnh hưởng điều kiện nước tiên tiến Vật liệu rôto GE có nhiều kinh nghiệm với hai loại thép hợp kim rôto ứng dụng rôto áp suất cao: CrMoV 12CrMoVCbN Thép 12Cr thường sử dụng yêu cầu cường độ đứt gãy cao nhiệt độ cao nhiệt độ hoạt động cao bình thường (1050 F / 566 C) 13 Rơto 12Cr đưa vào sử dụng vào năm 1959 Vật liệu phát triển cấp sáng chế công ty tác giả nhằm đón đầu nhu cầu thị trường tua bin nước có khả hoạt động nhiệt độ nước siêu tới hạn Kể từ năm 1959, tổng cộng 63 rôto chế tạo với vật rèn 12Cr Các rôto hoạt động thành công số ứng dụng khó khăn tổ máy đánh giá từ 500 đến 1000 MW Mối hàn vịng bi rơto Vật liệu rơto 12Cr có đặc tính chạy tạp hàm lượng crơm cao Trong điều kiện vận hành bất thường, bề mặt tạp chí rơto bị giãn phần bề mặt bị bong tróc, dẫn đến hỏng ổ trục Theo truyền thống, vấn đề giải cách sử dụng tay áo hợp kim thấp thu nhỏ lại Tuy nhiên, việc sử dụng ống bọc yêu cầu sử dụng khớp nối nhún tùy thuộc vào cấu hình đơn vị, việc sử dụng ống chạy có lực đẩy co lại Mặc dù thiết kế chứng minh hoạt động đáng tin cậy, thiết kế sử dụng mối hàn hợp kim thấp vào bề mặt tạp chí lực đẩy, điều giải vấn đề galling mà không cần sử dụng thành phần thu nhỏ Làm mát rôto Ở nhiệt độ cao liên quan đến ứng dụng siêu tới hạn, giai đoạn thứ hai phận hâm nóng thường yêu cầu làm mát bên ngồi bánh xe vùng xô Cách tiếp cận thiết kế sử dụng thành công nhiều tuabin chế tạo vật liệu thông thường hoạt động nhiệt độ truyền thống 14 Đối với phần HP / IP dòng ngược, nước làm mát chiết xuất từ giai đoạn HP thứ ba thứ tư đưa lại vào bao bì nhịp Để cải thiện hiệu làm mát, phần dòng rò rỉ đóng gói nhịp làm trước trộn Sơ đồ làm mát HP / IP thể Hình 16 Đối với giai đoạn phận hâm nóng dịng kép thứ hai, nước làm mát chiết xuất từ công đoạn trích ly hâm nóng thứ dẫn vào khơng gian bánh xe tầng thứ ngược dịng bên ống xả kép Bằng cách sử dụng hợp lý lỗ cân dạng xô dovetail dải chống tràn hướng tâm hai bên dovetail, dẫn nước mát đến khơng gian bánh xe ngược dịng giai đoạn hai Trong trường hợp, hiệu nước làm mát phải đánh giá mức đầy tải điểm tải mà nhiệt độ hâm nóng thường bắt đầu giảm xuống, thường mức 40-50% tải Hiệu ứng thể Hình 17 18 Vật liệu thiết kế xô / màng ngăn nhiệt độ cao Các gầu dùng cho giai đoạn đầu HP gia nhiệt tuabin nước phải có độ bền nhiệt độ cao tốt độ giãn nở nhiệt thấp để giảm thiểu ứng suất nhiệt Đối với ứng dụng siêu tới hạn, hợp kim gầu 10CrMoVCbN tương tự hợp kim rèn rôto phát triển Hợp kim sở hữu độ bền đứt gãy 1050 F / 566 C cao gần 50% so với hợp kim AISI 422 thường sử dụng ứng dụng lên đến 1050 F / 566 C Cùng với việc sử dụng đinh tán gầu kiểu đầu vào trục, ứng dụng hợp lý sơ đồ làm mát rơto , tối ưu hóa áp suất hâm nóng việc sử dụng cấu hình dịng kép cho giai đoạn điều khiển HP mức xếp hạng cao hơn, thiết kế xô nhiệt độ cao chấp nhận đạt để bao gồm phạm vi xếp hạng từ 350 MW đến 1100 MW Trong tất phần tuabin sử dụng rôto 12CrMoVCbN, màng chắn vỏ bọc làm vật liệu 12Cr để phù hợp với đặc tính giãn nở nhiệt vật liệu rơto 12Cr 15 Vỏ hộp vịi Vật liệu CrMoV hợp kim thấp thường thích hợp cho phận cố định tuabin thiết kế cho điều kiện nước thơng thường khơng thích hợp cho vùng nhiệt độ cao tuabin siêu tới hạn Hợp kim đúc thép không gỉ martensitic có độ bền cao phát triển cơng ty tác giả vào cuối năm 1950 cho thân van hộp vòi phun ứng dụng với nhiệt độ đầu vào 1050 F / 566 C 1100 F / 593 C Các phần tuabin siêu tới hạn HP thường sử dụng kết cấu ba lớp vỏ để giảm thiểu áp suất nhiệt vận hành mà phận ngăn áp suất khác phải chịu Áp suất nhiệt độ cao tạo hộp vòi phun làm thép 12CrMoVCbN rèn Vỏ bên làm vật liệu đúc 10CrMoVCb CrMoV tùy thuộc vào nhiệt độ cụ thể liên quan đến thiết bị siêu tới hạn cation Với kiểu kết cấu này, lớp vỏ bên ngồi khơng phải chịu nhiệt độ cao xây dựng vật liệu CrMoV thơng thường 16 Sự chuyển tiếp dây dẫn vỏ ngồi theo truyền thống thiết kế kết nối mặt bích với ống dẫn nhiệt Các thiết kế siêu tới hạn ngày sử dụng kết nối hàn Kết nối hàn làm mát nước làm nóng lạnh thành bên đến mức nhiệt độ 1025 F - 1050 F / 550-565 C Để đảm bảo truyền đủ nhiệt gần mối hàn, lượng nhỏ nước thổi xuống điểm chiết Hình 19 minh họa đa lượng siêu tới hạn Phần IP tuabin siêu tới hạn sử dụng kết cấu vỏ kép với vỏ bên nhiệt độ cao xây dựng vật liệu đúc 10CrMoVCb vỏ ngoài, Vỏ bên nhiệt độ thấp làm vật liệu CrMoV truyền thống Những tiến khả tính tốn phần tử hữu hạn (FE) cho phép nhà thiết kế đánh giá trường ứng suất cục thành phần nhiệt độ cao đó, thêm vật liệu cách chọn lọc cần thiết cho mục đích cường độ Điều dẫn đến thiết kế vỏ đáp ứng tất giới hạn ứng suất linh hoạt nhiệt để đáp ứng thời gian khởi động ngắn theo yêu cầu khách hàng ngày Hình 20 cho thấy ví dụ lưới FE cho lớp vỏ bên HP / IP siêu tới hạn Hình 21 cho thấy biểu đồ ứng suất điển hình cho điều kiện trạng thái ổn định đầy tải 17 Bắt vít Đối với ứng dụng bắt vít vỏ nhiệt độ lên đến 1050 F / 566 C, hợp kim 12Cr thép hợp kim thấp sử dụng Tuy nhiên, điều kiện nước siêu tới hạn khắt khe vượt khả vật liệu này, yêu cầu hợp kim dựa niken vùng nhiệt độ cao Gần đây, so sánh vật liệu bắt vít ứng cử viên có độ bền nhiệt độ cao thực gần Inconel 718 chọn vật liệu có kết hợp tốt tất yêu cầu bu lông Việc sử dụng bu lơng Inconel dẫn đến đường kính bu lơng nhỏ đó, mặt bích hẹp Điều dẫn đến ứng suất nhiệt thoáng qua thấp trình khởi động tuabin Vật liệu cơng ty tác giả sử dụng thành công ứng dụng tuabin khí, động máy bay tuabin nước thông thường nhiều năm Thiết kế phần LP Vấn đề thiết kế phần LP liên quan đến tuabin siêu tới hạn phần nâng cao nhiệt độ giao thường xuyên gặp phải với chu kỳ nguồn Người ta phát vật liệu rơto NiCrMoV thơng thường có xu hướng biến dạng nhiệt độ bát LP 660 - 710 F / 350 - 375 C Để tránh tượng này, thiết kế nhiệt độ cao trước sử dụng sơ đồ làm mát bên để lưu thơng khí thải giai đoạn LP vào khơng gian bánh xe ngược dịng nhờ rãnh khoét lỗ bánh xe đặc biệt phản ứng gốc âm Tuy nhiên, cách tiếp cận thiết kế dẫn đến việc giảm hiệu suất Các nghiên cứu thực EPRI người khác vài năm qua chứng minh vật liệu NiCrMoV tạo miễn nhiễm với tượng tắc mạch cách giảm mức P, Sn, Mn Si Việc sử dụng chất hóa học “superclean” kết hợp với cải tiến khác nâng cao hàm lượng niken khí hóa bánh xe trước nguội, tạo sản phẩm rèn rơto với đặc tính uốn dẻo, độ dai đứt gãy độ dẻo kéo vượt trội so với đặc tính có sẵn trước Vật liệu NiCrMoV Cải tiến cung cấp thêm tự để tối ưu hóa thơng số chu trình, đặc biệt nhiệt độ giao cho hâm nóng kép, để đạt mức hiệu suất cao mà không bị giảm hiệu suất liên quan đến sơ đồ làm mát sử dụng trước V KẾT LUẬN Chi phí nhiên liệu tăng, cơng nghệ cải tiến tập trung cao độ vào việc giảm phát thải nhà máy điện kết hợp để làm hồi sinh mối quan tâm ngành công nghiệp điện nhà máy nhiệt điện than sử dụng điều kiện nước siêu tới hạn Để đạt nhà máy tối ưu hóa mặt kinh tế, điều kiện chu kỳ mà nhà máy hoạt động 18 cần phải đánh giá cẩn thận, có tính đến thơng số số lượng hâm nóng sử dụng, điều kiện đầu vào bố trí hâm nước cấp Có nhiều cấu hình tuabin nước cho ứng dụng siêu tới hạn Mỗi cấu hình sử dụng vật liệu tính thiết kế thích hợp để đảm bảo tuổi thọ tuabin lâu dài với mức độ tin cậy tương đương với thiết kế thông thường (Bài tập lớn tham khảo dịch từ tài liêu: Steam Turbines for Ultrasupercritical Power Plants) 19 ... vào việc giảm phát thải nhà máy điện kết hợp để làm hồi sinh mối quan tâm ngành công nghiệp điện nhà máy nhiệt điện than sử dụng điều kiện nước siêu tới hạn Để đạt nhà máy tối ưu hóa mặt kinh... động tuabin Vật liệu công ty tác giả sử dụng thành công ứng dụng tuabin khí, động máy bay tuabin nước thông thường nhiều năm Thiết kế phần LP Vấn đề thiết kế phần LP liên quan đến tuabin siêu tới. .. CrMoV hợp kim thấp thường thích hợp cho phận cố định tuabin thiết kế cho điều kiện nước thơng thường khơng thích hợp cho vùng nhiệt độ cao tuabin siêu tới hạn Hợp kim đúc thép khơng gỉ martensitic