THIẾT KẾ SƠ BỘ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NGƯNG HƠI CÔNG SUẤT 540 MW TÍNH TOÁN HIỆU SUẤT NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT NHÀ MÁY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NHIỆT - LẠNH ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SƠ BỘ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NGƯNG HƠI CƠNG SUẤT 540 MW TÍNH TỐN HIỆU SUẤT NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT NHÀ MÁY Lã Vũ Tuấn Anh Anh.lvt171968@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật Nhiệt Chuyên ngành Công nghệ lượng nhiệt điện Giảng viên hướng dẫn: Viện: TS Bùi Hồng Sơn KH&CN Nhiệt-Lạnh HÀ NỘI – 2022 Đồ án GVHD: TS BÙI HỒNG SƠN LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp công việc giúp sinh viên hệ thống lại toàn kiến thức trao dồi suốt q trình học tập tại mơi trường Đại học Đây cơng trình đánh dấu bước ngoặt quan trọng sinh viên Để hồn thành tốt đồ án này, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo T.S Bùi Hồng Sơn tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tơi q trình thực Nhờ có hướng dẫn thầy, tơi có hướng thực Qua tơi xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể thầy cô Viện KH&CN Nhiệt Lạnh bạn Khóa tạo điều kiện giúp đỡ, động viên tơi q trình thực đồ án Sinh viên thực (Ký ghi rõ họ tên) Đồ Án GVHD: TS BÙI HỒNG SƠN LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đồ án tơi tự tính tốn, thiết kế nghiên cứu hướng dẫn thầy giáo TS.Bùi Hồng Sơn Để hồn thành đồ án này, tơi sử dụng tài liệu ghi mục tài liệu tham khảo, ngồi khơng sử dụng tài liệu khác mà khơng ghi Nếu sai, tơi xin chịu hình thức kỷ luật theo quy định Sinh viên thực (Ký ghi rõ họ tên) Đồ Án GVHD: TS BÙI HỒNG SƠN MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG LẬP CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN ĐẶT TỔ MÁY VÀ CÔNG SUẤT ĐƠN VỊ 1.1 Lựa chọn loại nhà máy điện 1.2 Lựa chọn công suất tổ máy 1.2.1 Tổng quan nhà máy nhiệt điện nước ta 1.2.2 Lựa chọn công suất tổ máy .3 1.2.3 Thông số tổ máy 540 MW CHƯƠNG LẬP VÀ TÍNH TỐN SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ 2.1 Thiết lập sơ đồ nhiệt nguyên lý cho tổ máy .7 2.1.1 Chọn số cấp khử khí 2.1.2 Chọn sơ đồ dồn nước đọng bình gia nhiệt 2.1.3 Sơ đồ cấp nước bổ sung 2.1.4 Lựa chọn bơm 2.1.5 Hơi chèn tuabin 2.2 Xây dựng q trình giãn nở dịng đồ thị i-s 2.3 Lập bảng thông số nước .9 2.4 Cân nước tuabin .12 2.4.1 Tổn thất 12 2.4.2 Tổn thất 12 2.5 Tính cân 13 2.5.1 Nhóm bình phân ly gia nhiệt nước bổ sung .13 2.5.2 Tính tốn cân bình gia nhiệt cao áp 15 2.5.3 Tính cân bình khử khí 24 2.5.4 Tính tốn cân bình gia nhiệt hạ áp 26 2.5.5 Tính tốn cân tuabin phụ 29 2.5.6 Tính tốn kiểm tra cân bình ngưng 29 2.6 Tính kiểm tra 30 2.6.1 Kiểm tra D0 .30 2.6.2 Kiểm tra cân công suất tuabin 32 2.7 Xác định tiêu kinh tế kỹ thuật tổ máy 32 2.7.1 Tiêu hao cho tuabin 32 Đồ Án GVHD: TS BÙI HỒNG SƠN 2.7.2 Suất tiêu hao cho tuabin 32 2.7.3 Tiêu hao nhiệt cho thiết bị tuabin (gồm tuabin bình ngưng) 32 2.7.4 Suất tiêu hao nhiệt cho thiết bị tuabin .33 2.7.5 Tiêu hao nhiệt cho lò 33 2.7.6 Suất tiêu hao nhiệt cho lò 33 2.7.7 Tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy .33 2.7.8 Suất tiêu hao nhiệt cho toàn nhà máy .33 2.7.9 Hiệu suất truyền tải môi chất 33 2.7.10 Hiệu suất thiết bị tuabin 34 2.7.11 Hiệu suất toàn nhà máy 34 2.7.12 Tiêu hao nhiên liệu cho toàn tổ máy toàn nhà máy 34 2.7.13 Suất tiêu hao nhiên liệu cho toàn tổ máy 34 CHƯƠNG TÍNH TỐN LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH 35 3.1 Tính tốn lựa chọn thiết bị gian máy .35 3.1.1 Tính chọn bơm cấp 35 3.1.2 Tính chọn bơm ngưng 35 3.1.3 Tính chọn bơm tuần hồn .37 3.2 Tính chọn bình 39 3.2.1 Tính chọn bình ngưng .39 3.2.2 Tính chọn bình khử khí 41 3.2.3 Tính chọn bình gia nhiệt 42 3.3 Tính tốn lựa chọn thiết bị gian lị 43 3.3.1 Chọn lò .43 3.3.2 Chọn hệ thống chuẩn bị nhiên liệu 43 Đồ Án GVHD: TS BÙI HỒNG SƠN LỜI MỞ ĐẦU Đất nước ta giai đoạn phát triển mạnh mẽ lĩnh vực, bước đại hóa với mục tiêu đưa đất nước trở thành nước công nghiệp theo định hướng Đảng Nhà nước Trong tiến trình cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước, việc phát triển cơng nghiệp đặt lên hàng đầu Để làm điều phải phát triển ngành công nghiệp mũi nhọn, có ngành điện Việc phátt triển ngành điện cần phải trước bước sở cho phát triển ngành công nghiệp khác đáp ứng nhu cầu ngày cao toàn xã hội Hiện điện đất nước ta chủ yếu sản xuất nhà máy thủy điện nhà máy nhiệt điện Nhưng nhà máy thủy điện có cơng suất phụ thuộc vào mùa bị chi phối yếu tố từ thiên nhiên Nhà máy nhiệt điện khắc phục hạn chế Từ nhận thấy muốn có an ninh lượng tốt, phát triển bền vững việc phát triển nhiệt điện tính tất yếu khách quan Để đáp ứng nhu cầu đặt chiến lược phát triển lượng đất nước giai đoạn 2020  2030, em chọn đề tài Thiết kế sơ nhà máy nhiệt điện công suất 540 MW Cùng với chiến lược phát triển lượng đất nước, việc sử dụng lượng tiết kiệm hiệu vấn đền cần quan tâm Chính vậy, em chọn phần chuyên đề Tỉm hiểu giải pháp nâng cao hiệu suấtcho nhà máy nhiệt điện Đồ án chia làm chương:     Chương 1: Thiết lập sơ đồ ngun lý Chương 2: Tính tốn sơ đồ nhiệt ngun lý Chương 3: Tính tốn lựa chọn thiết bị Chương 4: Sơ đồ nhiệt chi tiết bố trí tồn nhà máy Với cố gắng thân tận tình giúp đỡ thầy giáo TS Bùi Hồng Sơn anh khóa Viện KH&CN Nhiệt Lạnh, em hoàn thành việc thiết kế sơ nhà máy nhiệt điện chuyên đề tìm hiểu giải pháp tiết kiệm lượng cho nhà máy nhiệt điện Do thời gian hạn hẹp hạn chế kiến thức nên đồ án khơng tránh khỏi sai sót, mong thầy đóng góp ý kiến để em hoàn thiện đồ án tốt Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, Ngày tháng năm 2022 Đồ Án GVHD: TS BÙI HỒNG SƠN CÁC CHỮ VIẾT TẮT BGN Bình gia nhiệt BC bơm cấp BGNCA Bình gia nhiệt cao áp bh bão hịa BGNHA Bình gia nhiệt hạ áp MP Máy phát BH Bao BmN bơm ngưng LH Lạnh bs bổ sung LD Lạnh đọng Bth bơm tuần hồn BGNC Bình gia nhiệt ch chèn BN Bình ngưng lm làm mát BPL Bình phân ly nc nước cấp CA Cao áp ng nước ngưng TB Tua bin rr rò rỉ GNBS Gia nhiệt bổ sung tl trở lực HA Hạ áp tr trích LH Lị Phạm Minh Chí – MSSV: 20171971 Đồ Án GVHD: TS BÙI HỒNG SƠN CHƯƠNG LẬP CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN ĐẶT TỔ MÁY VÀ CÔNG SUẤT ĐƠN VỊ 1.1 Lựa chọn loại nhà máy điện Trong thực tế giới, có hai loại nhà máy nhiệt điện đốt nhiên liệu hữu sử dụng chu trình Rankine nước:  Nhà máy nhiệt điện: Chỉ sản xuất điện cung cấp lên lưới điện chung  Trung tâm nhiệt điện: Vừa sản xuất điện cấp lên lưới điện chung vừa cấp nước nóng cho mục đích sử dụng nhiệt cỡ lớn Theo yêu cầu thiết kế: thiết kế sơ nhà máy nhiệt điện cơng suất 540MW, ta chọn phương án thiết kế nhà máy nhiệt điện ngưng túy Để giảm tổn thất nhiệt vào bình ngưng, tuabin có cửa trích gia nhiệt hồi nhiệt cho nước chu trình có q trình nhiệt trung gian để giảm độ ẩm tầng cánh cuối tuabin 1.2 Lựa chọn công suất tổ máy 1.2.1 Tổng quan nhà máy nhiệt điện nước ta Trong dự án quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 20112020 có xét đến năm 2030, nước ta xây dựng nhiều nhà máy đốt nhiên liệu hữu cơ( đốt than) có công suất lớn Hàng loạt nhà máy đã, xây dựng sớm lên lưới như: Nghi Sơn, Quảng Trạch, Mơng Dương, Thái Bình, Hải Dương, Thăng Long… Các dự án điện cung cấp nguồn điện phục vụ phát triển kinh tếxã hội đất nước, đảm bảo an ninh lượng quốc gia cho nghiệp cơng nghiệp hóa, đại hóa, giải tình trạng thiếu hụt lượng hệ thống điện lưới quốc gia giai đoạn 20202030 1.2.2 Lựa chọn công suất tổ máy Với yêu cầu công suất thiết kế nhà máy 540MW em có phương án xấy dựng sau:  Phương án 1: tổ máy 540MW  Phương án 2: tổ máy 300MW tổ máy 240MW Nếu chọn công suất tổ máy lớn, thơng số cao hiệu suất tồn nhà máy lớn cơng suất khơng vượt q 10% cơng suất dự phịng hệ thống Do đó:  Nếu ta chọn phương án dùng tổ máy 540MW đạt hiệu suất cao mức độ dự phòng nhà máy không cao dễ ảnh hưởng đến hệ thống lưới điện chung Phạm Minh Chí – MSSV: 20171971 Đồ Án GVHD: TS BÙI HỒNG SƠN  Nếu ta chọn phương án dùng hai tổ máy với cơng suất 300MW 240MW mức độ dự phịng bảo đảm hiệu suất thấp phương án chấp nhận Nhưng bên cạnh việc đầu tư nhiều trang thiết bị mặt dự án lớn phương án Việc lựa chọn công suất tổ máy toán so sánh mặt kinh tế kỹ thuật Khi so sánh kỹ thuật, phương án đánh giá thông qua tiêu kỹ thuật sau tính tốn sơ bộ, đồng thời phải đảm bảo cung cấp điện trường hợp có cố xảy Vì vậy, đồ án em tính tốn sơ cho phương án một: Thiết kế sơ nhà máy nhiệt điện ngưng công suất 540MW 1.2.3 Thông số tổ máy 540 MW - Loại tuabin: K-540-168  Thông số ( trước van stop ) : po = 168 bar, to = 538 oC  Thông số nhiệt trung gian : pđ = 44,5 bar, tđ = 345 oC  Thông số sau nhiệt trung gian : pv = 41 bar, tv = 538 oC  Áp suất vào bình ngưng: 0,065 bar ( độ khơ x = 0,92÷0,97 ) Bảng 1.1 Bảng thơng số cửa trích - Cửa trích Thiết bị P (bar) T (oC) 2’ K GNCA GNCA QNTG GNCA KK GNHA GNHA GNHA GNHA BN 75 44,5 41 18,6 10,3 0,6 0,25 0,065 420 345 538 420 335 280 165 86 65 (x=0,98) x=0,955 Các tỷ số lưu lượng tương đối:  Lưu lượng nước xả lò:  Lưu lượng chèn:  Lưu lượng rò rỉ:  Lưu lượng cho bơm ejector: Phạm Minh Chí – MSSV: 20171971 αxả = 0,01 αch = 0,009 αrr = 0,01 αej = 0,01 Đồ Án GVHD: TS BÙI HỒNG SƠN CHƯƠNG LẬP VÀ TÍNH TỐN SƠ ĐỒ NGUN LÍ 2.1 Thiết lập sơ đồ nhiệt nguyên lý cho tổ máy 2.1.1 Chọn số cấp khử khí Vì nhà máy nhiệt điện có thơng số áp suất tới hạn, sử dụng lò đốt than phun (PC) nên ta cần cấp khử khí Ta chọn bình khử khí cho nước ngưng loại 9,7 bar 2.1.2 Chọn sơ đồ dồn nước đọng bình gia nhiệt Sơ đồ dồn nước đọng bình gia nhiệt: nước đọng từ BGNCA phía đồn cấp từ xuống cuối đưa vào bình khử khí Nước đọng BGNHA dồn cấp từ xuống tới bình cuối bơm ngược vào điểm hỗn hợp 2.1.3 Sơ đồ cấp nước bổ sung Nước bổ sung sau xử lý hóa học, đưa vào bình gia nhiệt nước bổ sung tới bình khử khí Lượng nước bù lại tổn thất rị rỉ, tổn thất khơng thu hồi hết chèn cho toàn tổ máy 2.1.4 Lựa chọn bơm Với công suất bơm cấp lớn 10 MW, ta nên cân nhắc sử dụng bơm truyền động tuabin phụ thay cho động điện Đối với trường hợp dùng tuabin phụ, thoát tuabin đưa bình ngưng 2.1.5 Hơi chèn tuabin Hơi sau chèn (chèn van stop, van điều chỉnh phần cao áp, van điều chỉnh phần trung áp buồng chèn đầu cao áp) phần lại đưa bình ngưng Phạm Minh Chí – MSSV: 20171971 10 Đồ Án GVHD: TS BÙI HỒNG SƠN Để đảm bảo độ an toàn làm việc bơm ta chọn độ dự trữ cơng suất 5% cơng suất cần thiết bơm tuần hoàn là: W tBth=1,05 W Bth=4,9(MW ) 3.2 Tính chọn bình 3.2.1 Tính chọn bình ngưng Một phương pháp nâng cao hiệu suất thiết bị tuabin giảm nhiệt độ khỏi tuabin Những tuabin đại tầng sau thường có độ chân khơng cao, nghĩa áp suất tuyệt đối thấp Độ chân không sau tuabin tạo thành ngưng tụ thiết bị đặc biệt gọi bình ngưng; cịn q trình ngưng tụ thực cách lấy nhiệt ẩn hóa hơi áp suất không đổi Môi trường làm lạnh thường dùng nước, đơi cịn dùng khơng khí Nhiệt độ môi trường làm lạnh cần phải thấp nhiệt độ ngưng tụ Thực chất bình ngưng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu bề mặt Tính chọn bình ngưng tính chọn thiết bị trao đổi nhiệt cho có bề mặt truyền nhiệt thỏa mãn làm ngưng tụ khỏi tuabin Ta có phương trình tính tốn truyền nhiệt bình ngưng: Cân lượng nhiệt ngưng tụ nước làm mát: Qk =G k c p ∆ t=Dk (i k −i' k ) Phương trình truyền nhiệt bình ngưng: Qk =k F ∆ t tb Trong đó: - Dk: Lưu lượng vào bình ngưng: 389,3kg/s - ik: Entanpi vào bình ngưng: 2460,8 kJ/kg - i'k: Entanpi nước ngưng khỏi bình ngưng: 159,7 kJ/kg - : Độ chênh nhiệt độ trung bình Nhiệt độ nước làm mát vào bình ngưng t1: Nhiệt độ nước làm mát bình ngưng phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, khí hậu sơ đồ làm mát Trong điều kiện Việt Nam: làm mát nước sông với sơ đồ đơn lưu, ta chọn t1 =25oC t2: Giá trị nhiệt độ nước phụ thuộc vào điều kiện truyền nhiệt bên bình ngưng phụ thuộc vào chế độ làm việc tổ máy Trong điều kiện thiết kế chế độ định mức lấy t2 thấp giá trị bão hịa trích vào bình ngưng khoảng δt = 5oC: t2 = tbh - δt = 37,6 - = 32,6 (oC) Độ hâm nước bình ngưng: Δt = t2 - t1 = 32,6 - 25 = 7,6 (oC) 40 Phạm Minh Chí – MSSV: 2071971 Đồ Án GVHD: TS BÙI HỒNG SƠN Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit hai dịng mơi chất: ∆ t tb = ∆t 7,6 = =8,22 o ∆ t+ δt 7,6+ ( C) ln ln δt Hình 3.16: Sơ đồ trao đổi nhiệt bình ngưng Nhiệt độ trung bình đại số nước bình ngưng: t tb = t +t =28,8 (oC) Tốc độ nước chảy ống, chọn Tra toán đồ ta xác định hệ số truyền nhiệt tổng bình ngưng: K=3400 kcal/m h.K=3,9542 kW/m K 2 Tổng diện tích truyền nhiệt bề mặt ngoài các ống bình ngưng: F= Dnn (i k −i ' k ) 389,3.(2460,8−159,7) = =27560,64 (m2) k ∆ t tb 3,9542 8,22 Để đảm bảo đủ bề mặt truyền nhiệt điều kiện làm việc khắc nghiệt độ chân khơng bình ngưng ảnh hưởng lớn đến độ kinh tế toàn tổ máy, ta lấy dư bề mặt truyền nhiệt khoảng 5% Diện tích truyền nhiệt thực tế bình ngưng: F t=1,05 F=1,05 24449,58=28938,68 (m2) 3.2.2 Tính chọn bình khử khí Bình khử khí chọn bình cho tổ máy Lưu lượng nước cấp khỏi bình khử khí G=α nc Do =540,53( 41 Phạm Minh Chí – MSSV: 2071971 kg ) s Đồ Án GVHD: TS BÙI HỒNG SƠN Khối lượng riêng nước tương ứng: = 0,00113 (m3/kg) Tổng lượng nhiệt trao đổi bình khử khí: Qkk =G ( i r −i v )=57782,66 kW Dung tích khoang chứa nước bình khử khí chọn có dự trữ lị làm việc cực đại mà đáp ứng khoảng phút V =G ν 3600 =183,24 (m ) 60  Entanpi nước vào bình khử khí:  Entanpi nước bình khử khí:  Nhiệt độ nước sôi tương ứng với Pkk: iv =650 (kJ/kg) ir = 756,9 (kJ/kg) t bh=178,6 (oC)  Nhiệt độ nước đưa vào bình khử khí: t1 = 154  Nhiệt độ nước khỏi bình khử khí:  Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit: t2 =tbh - 2= 176,6 ∆ t tb = t 2−t =5,47 o t bh−t ( C) ln t bh−t  Hệ số truyền nhiệt bình khử khí: chọn sơ k =12 (kW/m2.K)  Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt bình khử khí: F= Qkk =880,29 (m2) k ∆ t tb Bình khử khí lựa chọn theo bề mặt trao đổi nhiệt cột khử khí theo dung tích bể chứa nước, theo áp suất làm việc Căn vào thơng số tính ta lựa chọn loại phù hợp thỏa mãn: - Dung tích bể chứa: V = 183,24m3 - Áp suất làm việc: 9,7 bar - Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: 880,29 m2 42 Phạm Minh Chí – MSSV: 2071971 Đồ Án GVHD: TS BÙI HỒNG SƠN 3.2.3 Tính chọn bình gia nhiệt Hình 3.17: Sơ đồ cấu tạo bình gia nhiệt Bề mặt trao đổi nhiệt bình gia nhiệt xác định theo phương trình truyền nhiệt: F= Q k ∆ t tb = G.(i 2−i ) k ∆ t tb Trong đó: - Q: lượng nhiệt trao đổi bình mà dòng nước nhận G: Lưu lượng dòng nước qua bình i1, i2: Entanpy nước đầu vào khỏi bình Δttb: Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit Với: o tbh: Nhiệt độ nước sơi tương ứng với áp suất BGN o t1, t2: Nhiệt độ nước sôi vào, khỏi BGN o k: Hệ số truyền nhiệt BGN, tính theo cơng thức k =  1 ❑ + + λ  Trong đó:  α1: Hệ số tỏa nhiệt ống  α2: Hệ số tỏa nhiệt ống  λ: Hệ số dẫn nhiệt kim loại làm ống  δ: Bề dày ống  di: Đường kính ống  do: đường kính ngồi ống 43 Phạm Minh Chí – MSSV: 2071971 Đồ Án GVHD: TS BÙI HỒNG SƠN 3.3 Tính tốn lựa chọn thiết bị gian lò 3.3.1 Chọn lò Lưu lượng cần thiết cung cấp:DLH = α nc Do=¿540,53(kg /s ) Với tổ máy công suất 540 MW ta chọn lị cho tuabin Lị có suất định mức lớn phụ tải cực đại 5% Tổng suất định mức lò: D h=1,05 D LH =567,56( kg/ s)=2043,2 (T /h) Cùng với yêu cầu thơng số tuabin ta chọn lị thỏa mãn yêu cầu 3.3.2 Chọn hệ thống chuẩn bị nhiên liệu 3.3.2.1 Chọn hệ thống nghiền than Chọn hệ thống cung cấp than kiểu phân tán, có phễu than trung gian: Mỗi lị có hệ thống chuẩn bị bột than riêng bao gồm máy nghiền than, phân ly than thô, phân ly than mịn, quạt nghiền, phễu than tươi, phễu than trung gian Các thiết bị đặt gần gian lò Hệ thống cấp than có phễu than trung gian thể qua (Hình 3.6) 3.3.2.2 Chọn thùng nghiền Than nước ta đa số loại than cứng: than antraxit, than đá máy nghiền thường dùng loại thùng nghiền bi Suất tiêu hao điện dùng cho than: Với: : Hệ số khả nghiền, với than anthaxit = 0,95 Công suất điện tiêu thụ để nghiền than cho tổ máy: Với: B- tiêu hao nhiên liệu cho lò tổ máy: B = 188,84(T/h) ⇒ W Э =188,84 23,157 = 4373,14 (kW) Thùng nghiền lựa chọn vào tiêu chuẩn than cần nghiền, vào suất nghiền than vào đặc tính than Căn vào số liệu tính tốn ta chọn loại thùng nghiền phù hợp 44 Phạm Minh Chí – MSSV: 2071971 Đồ Án GVHD: TS BÙI HỒNG SƠN Hình 3.18: Sơ đồ nguyên lý hệ thống nghiền than có phễu than trung gian 1: Băng tải than nguyên; 2: Phễu than tươi; 3: Băng tải than có máy cấp; 4: Thùng nghiền bi; 5: Phân ly thơi; 6:Van khóa tự động; 7: Phân ly mịn; 8: khóa khí tự động; 9: Rây than; 10:lá chắn phân phối; 11:Phễu than bột (trung gian); 12: Máy cấp than bột kiểu cánh; 13: Hộp khơng khí; 14: Vịi phun chính; 15: Hộp khơng khí cấp 2; 16: Vịi phun gió cấp 3; 17: Máy cấp than bột kiểu xoắn ốc; 18: Đường hút ẩm; 19: Quạt tải than bột; 20: Đường tái tuần hồn than gió cấp ba; 21: Đường khơng khí nóng; 22: Đường bột than mịn; 23: Đường tái tuần hồn bột than thơ; 24: Buồng lửa; 25: Bộ sấy khơng khí; 26: Van phịng nổ 45 Phạm Minh Chí – MSSV: 2071971 Đồ Án GVHD: TS BÙI HỒNG SƠN CHƯƠNG BỐ TRÍ SƠ ĐỒ MẶT BẰNG TỒN NHÀ MÁY 4.1 Lựa chọn địa điểm bố trí Những u cầu chung địa điểm cho NMNĐ có nhiều tập chung lại phải đạt mục đích hạ giá thành cơng trình nâng cao kinh tế vận hành nhà máy Khi lựa chọn địa điểm thực tế không tránh khỏi việc phải chấp nhận số hạn chế Một phương án bố trí có mặt đáp ứng tốt u cầu kỹ thuật không đáp ứng tốt yêu cầu Quyết định lựa 46 Phạm Minh Chí – MSSV: 2071971 Đồ Án GVHD: TS BÙI HỒNG SƠN chọn phương án bố trí phải tính đến yếu tố kinh tế phương án đặt Hơn phải ý đến khả phát triển nhà máy tương lai Khi sử dụng nhiên liệu có nhiệt trị lớn việc đặt nhà máy gần nơi tiêu thụ hợp lý Khi nhiên liệu có nhiệt trị bé đặt nhà máy gần nơi cung cấp nhiên liệu lại có lợi Trong trường hợp, nhà máy nhiệt điện ngưng cần đặt gần nguồn nước làm mát Địa điểm đặt nhà máy phải gần tuyến đường sắt để chuyên chở cấu kiện thiết bị thi công xây dựng nhiên liệu vận hành Nhánh đường sắt tới khu nhà máy không nên dài 15km Việc lựa chọn địa điểm đặt nhà máy phải ý đến điều kiện địa chất, thủy văn Đất xây dựng phải chịu áp lực không nhỏ (0,2 - 0,25) Mpa Địa hình phải phẳng, độ dốc không vượt 1% Mực nước ngầm phải độ sâu 4m so với mặt chung để tránh thấm vào móng đường hầm Nếu độ sâu khơng đạt phải tiến hành chống thấm 4.2 Tổng bình đồ nhà máy Tổng bình đồ nhà máy điện tổng mặt nhà máy đặt thiết bị chính, phụ đường lại Việc bố trí cơng trình tổng bình đồ phải đảm bảo u cầu cho q trình cơng nghệ diễn thuận lợi, điều kiện thơng thống, phịng cháy nổ, vệ sinh có cảnh quang thống mát Bố trí cơng trình phải đảm bảo thuận lợi cho việc cung cấp nước, cung cấp nhiên liệu, thải tro xỉ, v.v Các đường dẫn nhiên liệu, đường nước đường phải dễ dàng thi cơng, chi phí thấp Trong mặt tồn nhà máy có cơng trình sau đây: tịa nhà (gian máy, gian lị thiết bị khác), ống khói, trạm phân phối điện máy biến áp, gian nhiên liệu, phịng điều khiển, trạm bơm tuần hồn, bơm thải xỉ, thiết bị xử lý nước, khu công nhân sinh hoạt, khu nhà hành chính, xưởng khí, kho vât tư, phịng thí nghiệm, v.v 4.3 Những u cầu bố trí ngơi nhà Gian nhà nhà máy gian nhà có bố trí thiết bị đường ống sơ đồ cơng nghệ q trình sản xuất điện 47 Phạm Minh Chí – MSSV: 2071971 Đồ Án GVHD: TS BÙI HỒNG SƠN Tuabin thiết bị phụ trợ bình ngưng, bình gia nhiệt, bơm cấp, bơm ngưng, ejector, v.v đặt gian riêng gọi gian tuabin gian máy Trong gian máy người ta đặt bơm nước đọng, thiết bị phụ phực vụ khởi động cho tổ máy Gian lò khu vực đặt lò thiết bị phụ Nếu nhà máy đốt nhiên liệu rắn cịn có gian chuẩn bị nhiên liệu Trong có đặt thiết bị hệ thống chuẩn bị nhiên liệu thùng nghiền, phễu than trung gian thiết bị cấp than khác Bình khử khí đặt riêng gian đặt bên gian nhiên liệu Lựa chọn việc bố trí ngơi nhà có ảnh hưởng đến lắp đặt vận hành thiết bị nên phải đảm bảo yêu cầu chung sau: - Vận hành thiết bị phải thuận tiện, tin cậy, an toàn kinh tế - Điều kiện lao động phải đảm bảo thuận tiện dễ dàng cho công nhân - Phần liên quan phân xưởng với ngơi nhà phải thuận tiện - Chi phí xây dựng nhỏ, thuận tiện cho việc sửa chữa bảo dưỡng - Phải ý đến khả mở rộng nhà máy sau - Phải tính tốn tiêu kinh tế-kỹ thuật việc bố trí ngơi nhà chính, tiêu qua suất thể tích ngơi nhà tính cho đơn vị công suất đặt nhà máy Đối với nhà máy sản xuất điện, tiêu vào khoảng (0,6-0,7) m3/kw - Các yêu cầu cụ thể hóa sau:  Để làm việc chắn, bơm cấp cần phải đảm bảo độ cao hút Muốn bình khử khí phải đặt lên cao so với trục bơm 15m Để tránh tượng tắc nhiên liệu vách phễu than, vách phễu cần phải có độ nghiêng đủ lớn Những thiết bị dễ cháy nổ ví dụ phân ly than thô mịn phải đặt cao đặt trời Để giảm nguy cháy hay tăng nhiệt độ dầu, ống dẫn dầu bôi trơn làm mát ổ trục phải đặt nơi có nhiệt độ thấp phải tránh xa 48 Phạm Minh Chí – MSSV: 2071971 Đồ Án GVHD: TS BÙI HỒNG SƠN đường dẫn nước nóng Ống dẫn dầu mazut bể dầu phải đặt xa ngơi nhà  Diện tích phục vụ thiết bị bảng điều khiển khối cần phải bố trí độ cao Van dụng cụ đo, điều khiển phải bố trí thành cụm gọn gàng để nơi dễ tới có đủ ánh sáng Giữa thiết bị hay phải thao tác vận hành phải có lối đủ rộng Các thiết bị phải bố trí thuận đường theo quy trình cơng nghệ cho liên hệ với băng đường ngắn  Cố gắng tối đa tận dụng chiếu sáng tự nhiên thơng gió Phải khử bụi cho ống khói ống khói phải có độ cao đủ lớn để phát tán nhiễm  Gian tuabin có hệ thống bình ngưng phải đặt gần nguồn nước Gian nhiên liệu hệ thống thải xỉ bố trí gần gian lị Đi lị quay phí ống khói  Các thiết bị phân phối điện tự động bố trí cho chiều dài cáp điện nhỏ Khoảng cách (khẩu độ) gian lị gian tuabin khơng lớn phải đủ đảm bảo điều   tiến tới tất vị trí có mấu nhấc thiết bị Phải có diện tích chống đủ rộng để thuận tiện tháo dỡ gian lò gian tuabin  Để đảm bảo khả mở rộng nhà máy sau đầu hồi ngơi nhà phải xây dựng tạm thời 49 Phạm Minh Chí – MSSV: 2071971 Đồ Án GVHD: TS BÙI HỒNG SƠN Phần II: TÍNH TỐN HIỆU SUẤT NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT NHÀ MÁY 1.1 Tính tốn hiệu suất nhà máy Hiệu suất nhà máy theo tiêu 11 tính: ηc = We / Qc = 540000 =¿ 1521172,43 35,5% Hiệu suất nhà máy cịn tính tích hiệu suất thành phần: ηc = ηlh ηtb ηt ηtt ηg ηm Trong đó: - ηlh : Hiệu suất lò - ηtb : Hiệu suất thiết bị tuabin - ηt : Hiệu suất nhiệt động học chu trình Rankine - ηtt : Hiệu suất chuyền tải - ηg : Hiệu suất khí - ηm : Hiệu suất máy phát 1.2 Nâng cao hiệu suất nhà máy giải pháp từ Công nghệ siêu tới hạn (USC) 1.2.1 Giới thiệu công nghệ USC Sản xuất điện thân thiện với môi trường tiết kiệm điều tối quan trọng để đối phó với thách thức nhu cầu lượng ngày tăng tồn giới Đóng góp vào chi phí điện chi phí đầu tư chi phí nhiên liệu Hiệu suất nhà máy điện giá trị quan trọng ảnh hưởng đến chi phí nhiên liệu CO2 thải môi trường Do than đá rộng rãi nhiều nơi giới nên giá than biến động ổn định so với giá khí đốt tự nhiên Nhưng lượng khí thải CO2 lớn làm tăng nhu cầu phát điện hiệu từ than đá Các nhà máy điện siêu tới hạn (USC) đáp ứng đáng kể yêu cầu hiệu suất cao để giảm chi phí nhiên liệu khí thải cung cấp nguồn lượng điện đáng tin cậy với chi phí thấp.Tuy nhiên, nhà máy USC cần sử dụng vật liệu phù hợp để phù hợp với điều kiện nước khí thải nhiệt độ cao áp suất cao Việc tăng thông số (áp suất/nhiệt độ) làm tăng hiệu suất nhà máy giảm tiêu hao nhiên liệu Công nghệ siêu tới hạn (SC) bắt đầu áp dụng từ 50 Phạm Minh Chí – MSSV: 2071971 Đồ Án GVHD: TS BÙI HỒNG SƠN năm 1970, góp phần đáng kể cho cách mạng công nghiệp lần thứ thành công toàn giới Từ năm 1995 ~ 2000, với yêu cầu cấp thiết việc tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch (than, dầu mỏ, khí đốt) khai thác sử dụng hiệu nguồn lượng sơ cấp giảm phát thải - bảo vệ môi trường, công nghệ siêu tới hạn (USC) bắt đầu sử dụng rộng rãi ngày phổ biến ngày Trong xu hướng ngày nâng cao hiệu sử dụng lượng bảo vệ môi trường phát triển loại vật liệu mới, công nghệ USC tiếp tục đầu tư nghiên cứu để áp dụng thương mại tương lai gần, thơng số ban đầu có áp suất lên đến 30 MPa nhiệt độ lên đến 700 °C – gọi công nghệtrên siêu tới hạn cải tiến (Advance Ultra-Super Critical – A-USC) Một số thông số hiệu suất nhà máy nhiệt điện ngưng trình bày bảng sau Thông số ban đầu hiệu suất Loại thơng số Áp suất chính/Nhiệt Hiệu suất nhà máy độ chính/Nhiệt độ QNTQ Thơng số cận tới hạn 16,7 MPa/538/538°C 38÷40,8% ( Sub critical) 17,0 MPa/538/566°C 39÷41,4% 17,0 MPa/566/566°C 41,4÷41,7% Thơng số tới hạn 24,1MPa/538/593°C 41,6÷41,8% ( Super critical) 24,1MPa/566/593°C 41,7÷42,0% 24,1MPa/593/593°C 42,3÷42,6% Thơng số siêu tới hạn 24,5MPa/600/600°C 42,2÷43,4% ( Ultra Super critical) 28,5MPa/600/620°C 42,3÷43,6% VẤN ĐỀ VẬT LIỆU 3.1 Vật liệu chế tạo lị Về bản, thơng số vận hành chu trình bị giới hạn vật liệu chế tạo lị có 3.1.1 Vách nước Đối với lò siêu tới hạn nhiệt độ 582 ºC, nhiệt độ đầu tối đa nước/hơi khoang vách nước gần 427 °C Vì dịng nhiệt buồng đốt lớn, nên nhiệt độ vách kim loại trung bình gần 454 °C lị Các oxit sắt 51 Phạm Minh Chí – MSSV: 2071971 Đồ Án GVHD: TS BÙI HỒNG SƠN hình thành lắng bên vách ống làm tăng chênh nhiệt độ vách ống, ví dụ 100.000 giờ, nhiệt độ trung bình vách ước tính tăng lên gần 460 °C Trong điều kiện thép T12 có đặc tính phù hợp để chế tạo ống nước Thép T12 chịu nhiệt độ cao khoảng thời gian ngắn suốt trình khởi động áp suất thấp Một số nhà cung cấp lò đề xuất sử dụng thép T22 làm vật liệu vách nước phía thép T22 có giới hạn chịu nhiệt cao Đối với lò siêu tới hạn 620 ºC, nhiệt độ nước/hơi đầu lớn vách nước gần 482 °C tương ứng với nhiệt độ trung bình kim loại vách gần 500 °C (đối với thiết bị mới) 515 °C (sau 100.000 vận hành) Nhiệt độ bề mặt vách kim loại vào khoảng 527 °C khu vực bình thường 566 °C khu vực có dịng nhiệt cực đại (khu vực buồng đốt) Các đặc tính thép chế tạo lị truyền thống khơng phù hợp cho lò loại cần pha thêm vật liệu chống biến dạng T23 loại vật liệu phù hợp cho khu vực có nhiệt độ cao Đểđạt nhiệt cuối tới 760 oC yêu cầu ống buồng đốt T-92, ống ống góp hợp kim niken 740H cho nhiệt, tái sấy đường ống kết nối 3.1.2 Các bình phân ly Đối với lị siêu tới hạn, làm mát trực lưu, bình phân ly đặt xung quanh vách lò để tách nước nhiệt khởi động chạy thấp tải Dịng chạy đến vách nước phía nhiệt nước đưa trở lại đầu vào bình chứa nước cấp lị bơm tuần hồn lị Bình phân ly bình loại đứng, kích thước phù hợp với thay đổi lớn mực nước mà không cần xả nước lò Với lò hoạt động 35% tải, bình phân ly hoạt động trạng thái khô (chỉ chứa hơi), chếđộ tải thấp, q trình khởi động ngưng máy, chuyển từ trạng thái ẩm (nước) sang trạng thái khô (hơi) Chếđộ vận hành làm giảm áp lực nhiệt tác động lên bình Bình phân ly thơng thường chế tạo từ loại vật liệu tương tự vật liệu ống buồng đốt Thép ferit thường sử dụng thép austenite có đặc tính truyền nhiệt tốt giúp làm giảm áp lực nhiệt Chiều dày vách bình phân ly khơng q dày điều làm giảm độ linh hoạt vận hành làm tăng thời gian khởi động Một biện pháp sử dụng để làm giảm chiều dày vách giảm đường kính bình Chính mà lị tới hạn thường có nhiều bình phân ly 3.1.3 Ống nhiệt tái sấy Ống nhiệt thiết kế hoạt động nhiệt độ cao xấp xỉ 28 ºC đến 42 ºC so với nhiệt độ Đối với có nhiệt độ 538 ºC nhiệt độ kim loại vách ống vào khoảng 566 ºC vật liệu phù hợp thép hợp kim thấp T22 Nhiệt độ cao vật liệu đặc biệt Thông số cao không làm tăng áp lực nhiệt độlên vách ống nhiệt mà làm tăng khả bịăn mịn phía phía buồng đốt Chiều dày ống tái sấy nhiệt giảm nhanh chóng dễ bị biến dạng ăn mịn mặt ngồi ống Nếu 52 Phạm Minh Chí – MSSV: 2071971 Đồ Án GVHD: TS BÙI HỒNG SƠN nhiệt độ tăng không đáng kể (khoảng 566 °C) khả ăn mịn phía lửa thấp thép martensitic/ferritic có cải thiện thêm crom T91, T92 T122 loại vật liệu thay cho austenitic Trong trường hợp này, q trình oxi hóa ởphía sẽđược ý đến nhiều Việc tăng nhiệt độ làm chiều dày lớp oxi hóa bề mặt ống tăng nhanh Khi lớp oxit ởống dày lên khả trao đổi nhiệt ống bị giảm Vì thế, nhiệt độ vách ống tăng lên tuổi thọ thiết bị rút ngắn lại Nhiệt độ vách tăng lên làm tăng nhanh nguy biến dạng mà làm tăng khả ăn mòn phía phía lửa Các cặn bẩn ăn mịn phía bị vào tuabin làm mòn ống dẫn tuabin Ăn mòn gọi ăn mòn chất bẩn rắn (SPE – Solid Particle Erosion) Do đó, việc ống lị bị mỏng dần nhiệt độ vách tăng dần dường diễn ngày nhanh trình xảy bên thiết bị Khi nhiệt độ 593 °C, nhiệt độ kim loại bên nhiệt vào khoảng 637 °C Khi hợp kim Super 304 sẽđược sử dụng số phận nhiệt Khi nhiệt độ 620 °C, nhiệt độ kim loại nhiệt cuối vào khoảng 660 °C Các ống lò hoạt động ởđiều kiện cần phải chống ăn mịn phía lửa có giới hạn bền phù hợp Các loại hợp kim 347HFG hạt mịn Super 304 có giới hạn bền đủđáp ứng điều kiện hoạt động có nhiệt độ lên đến 650 °C, khả chống ăn mịn khơng đủ (do chứa 18% crom) giới hạn nhiệt độ hoạt động thực tế xuống cịn khoảng 620 °C Các loại vật liệu làm giảm trình oxi hóa phía nhiệt độ này, điều giúp làm giảm q trình phát sinh oxit nguyên nhân sinh mảng sắt từ Các mảng kim loại bịcuốn vào tuabin dẫn đến ăn mòn đường ống dẫn tuabin Khi nhiệt độ tăng lên đến 663 °C, hợp kim HR3C loại vật liệu có giới hạn bền khả chống ăn mịn phía phù hợp HR3C, thép chứa 25% crom, có khả chống ăn mịn phía lửa phù hợp cho lị đốt có hàm lượng lưu huỳnh thấp 3.1.4 Ống ống góp Do phận chế tạo từ thép khơng gỉ austenitic có hệ số giãn nỡ nhiệt cao hệ số dẫn nhiệt thấp so với thép ferritic/martensitic, nên thép không gỉaustenitic không phù hợp với đặc tính chu trình nhiệt Vì thế, vật liệu ferritic thường sử dụng để chế tạo đường ống ống góp Đối với đường ống ống góp bên ngồi buồng đốt, vấn đềăn mịn phía lửa khơng phải vấn đề quan tâm lựa chọn vật liệu Tuy nhiên, vấn đềăn mịn phía xem xét P22 có giới hạn oxi hóa phía dãy 580 °C P91, P92 P122 có giới hạn oxi hóa phía dãy 620 °C Theo thơng tin loại vật liệu loại vật liệu chứa 9% crom thường lựa chọn để chế tạo đường ống với nhiệt độ 566 °C Một cách tổng qt, P91 vật liệu có tính kinh tếđối với ứng dụng có nhiệt độ áp suất thấp hơn, đó, ứng dụng có nhiệt độ áp suất cao P92 có tính kinh tế P122 khơng lựa chọn để chế tạo đường ống ống góp 53 Phạm Minh Chí – MSSV: 2071971 Đồ Án GVHD: TS BÙI HỒNG SƠN giới hạn áp lực tương tự P92 Do P122 chứa 12% crom P92 chứa 9% crom nên P92 lựa chọn có tính kinh tế Đối với nhiệt độ 620 °C vật liệu lựa chọn thép không gỉaustenitic Tuy nhiên, khả sử dụng thép ferritic quan tâm có hệ sốdãn nở nhiệt thấp ống góp bị nứt gãy nhiệt Độ bền biến dạng thấp nhiệt độ làm cho chiều dày vách đường ống ống góp tăng, đồng thời tăng chi phí làm giới hạn khả chu trình nhà máy Các dự án nghiên cứu để cải tiến thép ferritic/martensitic tiếp tục, mục đích làm cho loại thép phù hợp với ứng dụng nhiệt độ 54 Phạm Minh Chí – MSSV: 2071971