NHIỆM VỤ VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Tính cấp thiết của đề tài
Với mục tiêu phấn đấu Việt nam trở thành nước công nghiệp vào năm 2020, nhà nước ta đã và đang đưa ra các chính sách hấp dẫn các nhà đầu tư nước ngoài và khuyến khích các nhà đầu tư trong nước Hiện nay, các khu công nghiệp đang được xây dựng với xu hướng tập trung nhiều ngành sản xuất công nghiệp tại một vùng (ví dụ như điện, dầu khí, thép, giấy, dệt, đường, thực phẩm, công nghiệp chế biến…) Các khu công nghiệp này ngoài nhu cầu tiêu thụ điện năng còn có nhu cầu tiêu thụ nhiệt năng rất lớn, tùy theo công nghệ mà nhu cầu sử dụng nhiệt cũng khác nhau Do đó khi một khu công nghiệp chuẩn bị ra đời thì bài toán đặt ra là phải đáp ứng đầy đủ yêu cầu cấp điện, cấp nhiệt tin cậy với các thông số khác nhau tùy theo nhu cầu của hộ tiêu dùng (ví dụ: công nghệ hóa chất, dầu mỏ, cao su cần hơi áp suất 8-10 at, công nghệ thực phẩm cần hơi 1,2 at….). Để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng, các nhà máy thủy điện cũng như các nhà máy điện ngưng hơi được xây dựng ngày càng nhiều với công suất điện ngày càng cao Tuy nhiên, việc làm này cũng gây ra một số điều bất lợi như ảnh hưởng tới dòng chảy tự nhiên, làm cho nguồn nước tại các dòng sông lớn bị cạn kiệt, có những lúc thiếu nước cho canh tác nông nghiệp hoặc làm tăng nhiệt độ của môi trường xung quanh, ảnh hưởng tới đời sống của các loài vi sinh vật có ích… do thải nước tuần hoàn làm mát bình ngưng Bên cạnh đó, với sự phân bố địa lý của Việt nam đồi núi dốc, nông nghiệp chỉ có thể phát triển thuận lợi tại ven lưu vực các triền sông, nên cần phải qui hoạch phát triển các khu công nghiệp tại vùng đất cao Nhưng ở những vùng này sự khan hiếm nước trở thành trở ngại và cũng là thách thức lớn nhất đặt ra cho các nhà qui hoạch năng lượng khi thực hiện công tác thiết kế cung cấp điện, nhiệt cho các khu công nghiệp
Công nghiệp phát triển đồng nghĩa với việc tăng tiêu thụ và tăng khí phát thải dẫn đến tình trạng tăng ô nhiễm môi trường, như tăng phát thải khí CO2, gây hiệu ứng nhà kính, tăng nhiệt độ môi trường nước, không khí, ảnh hưởng tới môi trường sống của các loài sinh vật trong vùng….Để giải quyết vấn đề này, trong thiết kế hệ thống cung cấp năng lượng, việc bảo vệ môi trường phải được đưa lên hàng đầu song song với việc lựa chọn các giải pháp hữu hiệu để cung cấp năng lượng sao cho đạt hiệu quả cao nhất.
Như vậy, khi lựa chọn phương thức cung cấp năng lượng cho khu công nghiệp, chúng ta cần phải quan tâm tới các vấn đề sau:
- Nhu cầu đặc thù riêng của hộ tiêu thụ;
- Nhu cầu về điện năng của khu công nghiệp;
- Điều kiện địa lý nơi lắp đặt thiết bị;
- Yêu cầu về bảo vệ môi trường.
Trong hệ thống cung cấp năng lượng chuẩn bao gồm lò hơi, tuabin, hộ tiêu thụ năng lượng thì lò hơi, hộ tiêu thụ là các phần dễ dàng thay thế cũng như dễ dàng cải tạo hay áp dụng các phương pháp cải tiến, nhưng tuabin và hệ thống cung cấp năng lượng là bộ phận chi phối toàn bộ hoạt động của hệ thống đồng thời quyết định tới việc cung cấp năng lượng có hiệu quả hay không và không dễ thay thế Vì vậy, việc lựa chọn sơ đồ cung cấp năng lượng và chủng loại tuabin phải được quan tâm ngay từ khâu thiết kế lựa chọn để thỏa mãn các yêu cầu đã đưa ra ở trên.
Trong thực tế hiện nay ở miền Trung Việt Nam, các khu công nghiệp tập trung với các nhà máy chế biến gỗ, công nghiệp chế biến cao su, công nghiệp sản xuất đường, công nghiệp thực phẩm… đang được xây dựng tập trung tại các vùng khan hiếm nước, nên đã dùng giải pháp cấp điện từ lưới và lắp đặt các nồi hơi cấp nhiệt riêng rẽ là không kinh tế; phương pháp cấp điện và nhiệt từ sơ đồ tuabin ngưng hơi có trích điều chỉnh cũng gặp khó khăn về vấn đề nước làm mát và hiệu suất của chu trình; phương án dùng tuabin đối áp thuần túy cũng không khả thi vì yêu cầu phụ tải nhiệt tại các khu công nghiệp tập trung là rất đa dạng, đa thông số Vì vậy phương án sử dụng tuabin đối áp có trích hơi điều chỉnh là phương án cần thiết được đưa ra xem xét, tính toán lựa chọn để thỏa mãn các yêu cầu của hộ tiêu thụ đặc thù này (Vấn đề này sẽ được xem xét và phân tích một cách chi tiết hơn ở chương 2 )
Nhiệm vụ của đề tài
Thiết kế sơ bộ tuabin cho trung tâm nhiệt điện (đồng phát) thuộc hệ thống năng lượng quốc gia nhằm mục đích phục vụ các ngành công nghiệp với yêu cầu sau đây:
1) Phụ tải nhiệt công nghiệp: a) Hộ tiêu thụ số 1:
- Nhiệt độ : t= 278 o C b) Hộ tiêu thụ số 2:
(nếu phụ tải điện bị thiếu hụt thì sẽ được bù trừ nhờ hệ thống điện quốc gia)
3) Sử dụng phương án tuabin đối áp có trích hơi điều chỉnh PR 25–90/10-1,2.
Phương pháp thực hiện
Trong bản thiết kế tốt nghiệp đã sử dụng phương pháp so sánh để lựa chọn thiết bị và tính toán bằng máy tính để giải quyết bài toán đồ thị các chế độ thay đổi, cụ thể là: o So sánh các phương án cấp điện và cấp nhiệt để lựa chọn tuabin thích hợp, sơ đồ cấp nhiệt hợp lý; o Ứng dụng tin học trong tính toán để dựng đồ thị các chế độ.
Bố cục của đề tài
Đồ án gồm 6 chương Tất cả gồm 156 trang
Chương 1: Nhiệm vụ và tính cấp thiết của đề tài
Phân tích yêu cầu đặc thù của hộ tiêu thụ nhiệt, yêu cầu về bảo vệ môi trường, điều kiện địa lý nơi xây dựng khu công nghiệp để đặt ra nhiệm vụ cần phải giải quyết.
CÁC PHƯƠNG ÁN SỬ DỤNG TUABIN PHÁT ĐIỆN VÀ CẤP NHIỆT ĐÔNG THỜI (ĐỒNG PHÁT)
Khái niệm chung
Trung tâm nhiệt điện khác với nhà máy nhiệt điện ngưng hơi ở chỗ là nó kết hợp sản xuất đồng thời cả hai dạng năng lượng: điện năng và nhiệt năng, trong khi nhà máy điện ngưng hơi chỉ sản xuất một dạng năng lượng duy nhất là điện năng Cũng vì thế mà hiệu quả kinh tế nhiệt và các chỉ tiêu năng lượng của trung tâm nhiệt điện cao hơn so với nhà máy nhiệt điện ngưng hơi Điều này cũng dễ hiểu, bởi vì lượng nhiệt của hơi thải ra khỏi tuabin không bị mất vào nguồn lạnh mà được dùng để cung cấp cho các hộ tiêu thụ nhiệt ( dưới dạng hơi hoặc nước nóng ) Nếu lượng nhiệt thải đó được sử dụng hoàn toàn thì coi như không có tổn thất nhiệt ở nguồn lạnh, và nếu dù chỉ sử dụng một phần thì tổn thất nhiệt ở nguồn lạnh cũng nhỏ hơn rất nhiều so với nhà máy điện ngưng hơi.
Giả sử nếu nhu cầu về điện năng là do nhà máy điện ngưng hơi cung cấp còn nhu cầu về nhiệt năng là do các lò hơi và lò nước nóng đáp ứng riêng biệt thì rõ ràng ta phải tốn thêm lượng nhiên liệu dùng cho các lò đó Đây chính là quá trình sản xuất tách biệt giữa hai dạng năng lượng nói trên, trong đó nhà máy điện ngưng hơi và các lò riêng biệt là những thiết bị riêng rẽ với nhau Đối với trung tâm nhiệt điện, để thỏa mãn đồng thời cả hai nhu cầu điện năng và nhiệt năng người ta sử dụng hai loại tuabin, để vừa sản xuất ra điện năng vừa cung cấp nhiệt năng và được gọi là các tuabin cấp nhiệt thu hồi Hai loại tuabin cấp nhiệt thu hồi đó là:
+ Tuabin đối áp : hơi thải ra khỏi tuabin dùng để cấp nhiệt năng, nghĩa là sử dụng hoàn toàn nhiệt thải ra.
+ Tuabin ngưng hơi : có cửa trích hơi điều chỉnh để cung cấp nhiệt năng, nghĩa là sử dụng một phần nhiệt thải ra.
Nếu dùng tuabin hơi đối áp thì lượng hơi tiêu hao cung cấp cho nó được xác định theo lượng nhiệt mà các hộ tiêu thụ yêu cầu, bởi vì tuabin đối áp phải làm việc theo đồ thị phụ tải nhiệt Do sự thay đổi khác nhau giữa đồ thị phụ tải điện và phụ tải nhiệt nên công suất điện của tuabin đối áp chỉ trùng với phụ tải điện từng lúc nhất thời, còn phần lớn là không phù hợp Thường thì phụ tải điện lớn hơn công suất cực đại của tuabin đối áp thì nó làm việc theo đồ thị phụ tải nhiệt.
Trong chương 2 này sẽ trình bày một số sơ đồ đảm bảo việc phát điện và cấp nhiệt, kết hợp với các yêu cầu cấp thiết đã nêu ra ở chương 1, phân tích ưu điểm và khuyết điểm của từng phương án để đưa ra sơ đồ tối ưu.
Sơ đồ phát điện và cấp nhiệt dùng lò hơi và tuabin độc lập
Hình 2.1: Sơ đồ nhiệt nguyên lý của thiết bị sản xuất nhiệt và điện riêng rẽ.
LH - lò hơi; NMNĐ- nhà máy điện ngưng hơi; HTT- hộ tiêu thụ; Bn- bơm ngưng; Bc- bơm cấp; BN- bình ngưng; BC – bể chứa.
Loại thiết bị này có đặc điểm như sau:
+ Độc lập trong việc cung cấp nhiệt và điện Do phụ tải nhiệt và điện được đáp ứng bằng hai hệ thống riêng rẽ.
+ Trong vận hành dễ dàng thỏa mãn cả công suất nhiệt và điện.
+ Chi phí đầu tư và chi phì vận hành lớn do phải có hai lò hơi riêng rẽ.
Sơ đồ phát điện và cấp nhiệt sử dụng tuabin đối áp
2.3 SƠ ĐỒ PHÁT ĐIỆN VÀ CẤP NHIỆT DÙNG TUABIN ĐỐI ÁP:
2.3.1 Sử dụng tuabin đối áp độc lập: (hình 2.2)
Trong tuabin đối áp, áp suất hơi sau tầng cuối cùng thường lớn hơn áp suất khí quyển Toàn bộ hơi thoát ra khởi tuabin được sử dụng cho mục đích công nghệ hoặc sưởi ấm.
Hình 2.2: Sơ đồ nhiệt nguyên lý của thiết bị đồng phát dùng tuabin đối áp.
LH- lò hơi; HTT- hộ tiêu thụ; Bn- bơm ngưng; Bc- bơm cấp; GÔGA- giảm ôn giảm áp; Bnn- bể nước ngưng.
Loại này có đặc điểm như sau:
+ Hệ thống rất thích hợp khi phụ tải nhiệt lớn hơn nhiều so với phụ tải điện.
+ Không bị tổn thất cho nước làm mát ở bình ngưng (do không có bình ngưng), hơi sau khi đã sinh công trong tuabin được tận dụng hoàn toàn cho công nghiệp.
+ Vận hành nhanh hơn so với các phương án trên.
+ Phụ thuộc rất nhiều hệ thống thu hồi nước sau khi sử dụng nhiệt. + Công suất điện phải phụ thuộc vào công suất nhiệt sử dụng của công nghiệp Do đó không đáp ứng được công suất nhiệt và điện đồng thời theo yêu cầu Bởi vậy để thỏa mãn đồng thời cả yêu cầu nhiệt điện đồng thời thì phải sử dụng tuabin đối áp kết hợp với tuabin ngưng hơi.
2.3.2 Sử dụng tuabin đối áp kết hợp với tuabin ngưng hơi:
Theo quy tắc, đồ thị phụ tải nhiệt và điện năng không trùng nhau, và khi làm việc độc lập , tuabin đối áp không đảm bảo điện năng cho hộ tiêu thụ Cho nên, trong hệ thống năng lượng hiện đại người ta đặt tuabin đối áp song song với tuabin ngưng hơi như hình 2.3.
Hình 2.3: Sơ đồ nhiệt nguyên lý của thiết bị sản xuất nhiệt và điện đồng thời dùng tuabin đối áp kết hợp tuabin ngưng hơi.
LH- lò hơi; HTT- hộ tiêu thụ; Bn- bơm ngưng; Bc- bơm cấp; BN-bình ngưng;
GÔGA- giảm ôn giảm áp; Bnn- bể nước ngưng; Bđ- Bơm đọng.
Khi làm việc song song, tuabin đối áp chỉ sản xuất điện năng theo lưu lượng hơi cấp cho hộ tiêu thụ nhiệt, phần sản lượng điện còn lại sẽ do tuabin ngưng hơi đảm nhiệm Trong giờ cao điểm của phụ tải nhiệt, nếu nhu cầu hơi cho hộ tiêu dùng nhiệt vượt quá khả năng cung cấp hơi cho tuabin, thì phải lấy thêm hơi mới qua bộ giảm ôn giảm áp (GÔGA).
+ Đáp ứng được cả công suất điện và công suất nhiệt.
+ Đáp ứng được sự độc lập khi phát điện và cấp nhiệt.
+ Tăng vốn đầu tư vì phải dùng tới hai tuabin và mất nhiều diện tích sử dụng.
+ Tổn thất nhiệt ở bình ngưng lớn.
+ Có khó khăn khi sử dụng ở những vùng thiếu nước làm mát.
TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ NHIỆT NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT DÙNG TUABIN ĐỐI ÁP CÓ TRÍCH HƠI ĐIỀU CHỈNH PR 25-90/10-1,2… 22 3.1: Quá trình giãn nở sơ bộ trên đồ thị i-s
TÍNH NHIỆT TUABIN PR 25-90/10-1,2
Giới thiệu về tuabin PR 25-90/10-1,2
Tuabin PR 25-90/10-1,2 là loại tuabin đối áp có trích hơi điều chỉnh với công suất định mức là 25 MW; công suất tối đa là 31 MW; tốc độ vòng quay
3000 v/ph dùng để kéo máy phát loại TBC-31 có công suất 31 MW Hơi mới vào tuabin có áp suất hơi là 90 at, nhiệt độ là 535 o C Tuabin trích hơi cho hộ tiêu thụ có áp suất là 10 at, áp suất đối áp của tuabin là 1,2 at Lượng hơi trích điều chỉnh định mức cho công nghiệp là 65 T/h với áp suất điều chỉnh là 10 at và trích cho dân dụng 63 T/h với áp suất hơi thoát là 1,2 at.
Lưu lượng hơi định mức qua tuabin ở công suất 25 MW; trong đó trích hơi
65 T/h cho hộ tiêu thụ 10 at và 63 T/h cho hộ tiêu thụ 1,2 at là 163 T/h (sai số 3%) Cho phép thay đổi áp suất điều chỉnh ở cửa trích hơi công nghiệp từ 8 at đến 13 at còn áp suất đối áp cho phép dao động từ 0,5 ÷ 2,5 at.
Cho phép tuabin làm việc lâu dài ở chế độ định mức với độ chênh lệch các thông số chủ yếu so với định mức như sau:
- Đồng thời thay đổi cặp thông số ban đầu của hơi mới : áp suất từ 85 at đến 95 at và nhiệt độ từ 525 o C đến 540 o C.
- Giảm lượng hơi trích công nghiệp về 0, nếu áp suất đối áp không vượt quá 1,2 at.
Tuabin PR 25-90/10-1,2 là loại tuabin có một thân , gồm có 24 tầng, trong đó có 2 tầng điều chỉnh đơn, 1 cho phần hạ áp, 1 cho phần cao áp.
Số vòng tới hạn trong hệ thống rôto tuabin – rôto máy phát là:
Số vòng tới hạn thứ nhất : n * 1 = 1850 v/ph.
Số vòng tới hạn thứ hai : n * 2 = 2495 v/ph.
Rôto tuabin nối với rôto máy phát bằng khớp trục nửa mềm ( nửa đàn hồi).17 đĩa đầu của rôto rèn liền với trục, 7 đĩa sau lắp găng trên trục.
Phân phối hơi vào tuabin bằng các ống phun, có 4 xupap điều chỉnh đặt trên tuabin Áp suất ở cửa trích hơi công nghiệp được điều chỉnh bằng bánh ngăn xoay do sécvômôto dầu điều khiển.
Thiết bị gia nhiệt hồi nhiệt dùng để hâm nước cấp (nước ngưng hồi về từ trích hơi công nghiệp, lò đun nước nóng…) bằng hơi trích từ các tầng trung gian của tuabin Sau tầng thứ 20, hơi đi vào bình gia nhiệt hạ áp , từ đấy nước được dẫn về bình khử khí (6 at ) Ngoài ra còn có 2 bình gia nhiệt cao áp, lấy hơi từ các cửa trích không điều chỉnh sau tầng thú 13 và tầng thứ 9 Nước cấp được hâm đến 217 o C trước khi đưa vào lò hơi, hoàn tất 1 chu trình khép kín.
Tính toán tầng điều chỉnh
Tính toán tầng điều chỉnh là một bước rất quan trọng trong thiết kế tuabin, nó ảnh hưởng rất lớn đến hình dạng phần cao áp, số tầng không điều chỉnh và toàn bộ máy.
Do giá trị tuyệt đối của hiệu suất cực đại tầng điều chỉnh giảm khi tăng số cấp tốc độ nên trong phần sau ta chỉ trình bày các bước tính toán cho tầng đều chỉnh đơn.
4.2.1 Lựa chọn tỷ số tốc độ tối ưu u/C a :
- Trong mục này chỉ trình bày chi tiết cách tính toán cho tầng điều chỉnh đơn phần cao áp Đối với phần hạ áp, các số liệu tính toán được trình bày trong bảng 4.2 và hình 4.1,b.
- Chọn tầng điều chỉnh loại một cấp tốc độ.
- Chọn đường kính d của tầng, biết rằng d= 800 – 1200 mm.Chọn d00mm.
- Tốc độ vòng tại đường kính trung bình của tầng:
- Để xác định tỷ số u/Ca tối ưu, ta tính ηoL với u/Ca = 0,38;0,40;0,44; 0,47;0,50;0,60 Từ đó lựa chọn tỷ số u/Ca sao cho giá trị hiệu suất trong tương đối là cao nhất.
- Tốc độ dòng hơi tương ứng với nhiệt giáng của tầng :
- Nhiệt giáng đẳng entrôpi của tầng: (kJ/kg)
- Chọn độ phản lực của tầng ρ = 4%.
=>Nhiệt giáng lý thuyết trong cánh hướng : ho1 = (1-ρ).hoL
- Kết quả tính toán với các tỷ số u/Ca khác cho phần cao áp được ghi trong bảng4.1 ; bảng 4.2 và hình 4.1
Hình 4.1: Sự phụ thuộc của hiệu suất trong η oi vào tỷ số tốc độ U/C a a) Phần cao áp; b) Phần hạ áp
Vậy tỷ số tốc độ tối ưu cho tầng điều chỉnh đơn phần cao áp: u/Ca =0,47
- Tốc độ dòng hơi ứng với nhiệt giáng của tầng:
- Nhiệt giáng đẳng entrôpi của tầng:
- Nhiệt giáng lý thuyết trong cánh hướng:
=> Nhiệt giáng lý thuyết trong cánh động: h02 = ha – h01 = 67.58 – 64,88 = 2,7 kJ/kg
-Tốc độ tuyệt đối lý thuyết của hơi ra khỏi cánh hướng:
- Hệ số tốc độ của hơi trong cánh hướng chọn φ = 0,96.
=> Tốc độ tuyệt đối thực tế của hơi ra khỏi cánh hướng :
Góc ra của dòng hơi từ rãnh cánh hướng chọn α1 = 14 0
Hình 4.2 : Tam giác tốc độ của tầng điều chỉnh đơn
- Dựng tam giác tốc độ (hình 4.2), ta xác định được tốc độ tương đối của dòng hơi vào rãnh cánh động :
Tốc độ tương đối thực ra khỏi cánh động:
Góc ra khỏi dãy cánh động thứ 1: chọn β2 = β1 – 3'-3" o
- Tra đồ thị hình II.39 sách “tính nhiệt tuabin hơi” với β1+ β2, ta tìm được hệ số tốc độ ở dãy cánh động: ψ=0,88
=> Tốc độ tương đối thực tế ra khỏi cánh động :
W2 = ψ W2t=0,88.200,26,18 m/s -Tốc độ tuyệt đối ra khỏi cánh động:
- Góc ra của tốc độ tuyệt đối khỏi cánh động :
- Thành phần của tốc độ tuyệt đối chiếu theo phương tốc độ vòng:
- Hiệu suất tương đối của dãy cánh quạt:
4.2.2 Tính hiệu suất trong của tầng điều chỉnh đơn η oi :
Hiệu quả kinh tế của mỗi tầng tuabin không chỉ được xác định theo hiệu
- Mật độ dòng hơi trong buồng điều chỉnh : được xác định như là giá trị trung bình của mật độ hơi ra khỏi cánh hướng và sau tầng : ρ !,24 kg/m 3
- Tiết diện ra của cánh hướng:
- Chiều cao tính toán ở đầu ra cánh cánh hướng:
Trong đó, chọn độ phun hơi e = 0,3; độ dôi cánh 2 mm,
=> Chiều cao của cánh động: l2 = 28 mm = 2,8 cm
- Công suất tiêu hao để khắc phục ma sát và thông hơi quẩn :
Ntv=λ.[A.d 2 +z.B.(1-e-ek).d ].(u/100) 3 ρ (kW) Với: λ - hệ số phụ thuộc vào trạng thái hơi,với hơi quá nhiệt λ=1,2; d - đường kính trung bình của đĩa (m), d =1,1 m; l2 - chiều cao cánh quạt động l2 = 28 mm;
- mật độ hơi trong tầng điều chỉnh, kg/m 3 ;
Với v1= 0,05198 kg/m 3 => ; ek- chiều dài tương đối của cung màng che cánh quạt, ek=1-e=1-0,3=0,7; A- hệ số thực nghiệm phụ thuộc dạng của buồng điều chỉnh.A=2;
- Tổn thất năng lượng do ma sát và thông hơi quẩn:
- Giá trị tương đối của tổn thất ma sát và thông hơi quẩn:
- Hiệu suất trong tương đối của tầng: ηoi = ηoL – ξtv=0,8268-0,0009=0,8259.
- Sau khi tính toán tầng điều chỉnh với tỷ số tốc độ u/ca = 0,47, ta có được kết quả như sau: ( xem bảng 4.1, bảng 4.2 và hình 4.1)
Đường kính tầng điều chỉnh: d = 1100 mm.
Tỷ số tốc độ u/Ca = 0,47.
Hiệu suất trong tương đối : ηoi = 0,8259.
Đường kính tầng điều chỉnh: d = 1200 mm.
Tỷ số tốc độ u/Ca = 0,47.
Hiệu suất trong tương đối : ηoi = 0,825.
4.2.3 Kết quả tính toán với các tỷ số tốc độ khác nhau: a) Phần cao áp:
Bảng 4.1 : Xác định tỷ số tốc độ tối ưu và hiệu suất trong của tầng điều chỉnh phần cao áp
4 Tốc độ vòng của đĩa u m/s 172.8 172.8 172.8 172.8 172.8 172.8 172.8
5 Tốc độ dòng hơi tương ứng với nhiệt giáng của tầng C a m/s 454.70 431.97 411.40 392.70 367.63 345.58 287.98
6 Nhiệt giáng đẳng entropi của tầng h o kJ/kg 103 93 85 77 67.58 60 41
8 Nhiệt giáng lý thuyết trong cánh hướng h o1 kJ/kg 99.24 89.57 81.24 74.02 64.87 57.32 39.81
Nhiệt giáng lý thuyết trong cánh động h o2 kJ/kg 4.14 3.73 3.38 3.08 2.70 2.39 1.66
10 Tốc độ lý thuyết ra khỏi cánh hướng C 1t m/s 448.31 426.18 406.18 388.00 363.66 342.26 286.56
11 Góc của dòng ra khỏi cánh hướng α 1 độ 14 14 14 14 14 14 14
12 Hệ số tốc độ trong cánh hướng φ - 0.96 0.96 0.96 0.96 0.96 0.96 0.96
13 Tốc độ thực tế của dòng ra khỏi cánh hướng C 1 m/s 430.38 409.14 389.93 372.48 349.11 328.57 275.09
14 Góc của dòng vào cánh quạt động β 1 độ 23.0 23.8 24.7 25.5 27.0 28.6 35.3
15 Tốc độ tương đối của dòng hơi vào cánh quạt động W 1 m/s 266.03 245.07 226.17 209.05 186.21 166.26 115.28
16 Tốc độ lý thuyết của dòng hơi ra khỏi cánh động W 2t m/s 281.15 259.86 240.67 223.31 200.20 180.05 128.87
17 Hệ số tốc độ dòng hơi trong cánh động ψ - 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88
Tốc độ tương đối thực tế ra khỏi cánh động W 2 m/s 247.41 228.67 211.79 196.52 176.18 158.45 113.41
19 Góc của dòng hơi ra khỏi cánh động β 2 độ 18.0 18.8 19.7 20.5 22.0 23.6 30.3
20 Tốc độ tuyệt đối ra khỏi cánh động C 2 m/s 98.85 85.72 76.05 69.84 66.59 69.07 94.16
21 Góc ra khỏi cánh động của tốc độ tuyệt đối α 2 độ 50.8 59.4 69.5 80.7 98.1 113.5 142.6
22 Thành phần tốc độ tuyệt đối chiếu theo phương u
23 Hiệu suất tương đối của vành cánh động tính theo tam giác tốc độ η oL - 0.793 0.805 0.815 0.822 0.8268 0.8256 0.7770
Hiệu suất η oL tính theo cân bằng năng lượng η' oL - 0.79 0.8 0.81 0.826 0.82 0.825 0.78
Tổn thất năng lượng trong dãy cánh hướng h c kJ/kg 7.879 7.120 6.467 5.901 5.184 4.592 3.219
Tổn thất năng lượng trong dãy cánh động h L kJ/kg 8.916 7.617 6.534 5.625 4.521 3.657 1.873
Tổn thất năng lượng bởi tốc độ ra h C2 kJ/kg 4.886 3.674 2.892 2.439 2.217 2.385 4.433
Năng lượng lý thuyết trong tầng E o kJ/kg 105 95 86 78 69 61 43
25 Mật độ dòng hơi ra khỏi cánh hướng ρ kg/m 3 19.24 19.93 20.38 20.76 21.24 22.59 27.11
26 Thể tích riêng lý thuyết của dòng hơi sau cánh hướng v 1t m 3 /kg 0.05034 0.04928 0.04827 0.04747 0.04649 0.049457 0.059349 27
Thể tích riêng lý thuyết của dòng hơi sau cánh động v 2t m 3 /kg 0.0509 0.04963 0.04871 0.04773 0.04679 0.049777 0.059732
28 Diện tích ra của dãy cánh hướng F 1 cm 2 53.13 55.89 58.65 61.39 65.50 69.60 83.13
29 Chiều cao cánh cánh hướng l 1 mm 21 22 23 24 26 28 33
30 Chiều cao cánh động l 2 mm 23 24 25 26 28 30 35
31 Độ phun hơi từng phần e - 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
32 Công suất tiêu hao để khắc phục ma sát và thông hơi N tv kW 2.72 2.73 2.73 2.74 2.75 2.76 2.82
33 Tổn thất ma sát và thông hơi quẩn h tv kJ/kg 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06
34 Tổn thất ma sát và thông hơi quẩn tương đối ξ tv - 0.00057 0.00064 0.00070 0.00077 0.00088 0.00100 0.00145
35 Hiệu suất trong tương đối η oi - 0.792 0.805 0.814 0.821 0.8259 0.8246 0.7756
36 Nhiệt giáng sử dụng của tầng H i kJ/kg 81.897 75.072 68.904 63.304 55.812 49.235 32.159
37 Công suất trong của tầng N i kW 3717.8 3407.9 3127.9 2873.7 2533.6 2235.1 1459.9 b) Phần hạ áp:
Bảng 4.2 : Xác định tỷ số tốc độ tối ưu và hiệu suất trong của tầng điều chỉnh phần hạ áp
4 Tốc độ vòng của đĩa u m/s 188.5 188.5 188.5 188.5 188.5 188.5 188.5
5 Tốc độ dòng hơi tương ứng với nhiệt giáng toàn tầng C a m/s 496.04 471.24 448.80 428.40 401.05 377 314.16
6 Nhiệt giáng đẳng entrôpi của tầng h o kJ/kg 123 111 101 92 80 71 49
8 Nhiệt giáng lý thuyết trong cánh hướng h o1 kJ/kg 118 107 97 88 77 68 47
Nhiệt giáng lý thuyết trong cánh động h o2 kJ/kg 4.921 4.441 4.028 3.671 3.217 2.842 1.974
10 Tốc độ lý thuyết tuyệt đối ra khỏi C 1t m/s 488.58 464.42 442.56 422.71 396.12 372.74 311.85 cánh hướng
11 Góc của dòng ra khỏi cánh hướng α 1 độ 14 14 14 14 14 14 14
12 Hệ số tốc độ trong cánh hướng φ - 0.96 0.96 0.96 0.96 0.96 0.96 0.96
13 Tốc độ tuyệt đối thực tế của dòng ra khỏi cánh hướng C 1 m/s 469.04 445.84 424.86 405.80 380.27 357.83 299.37
14 Góc của dòng vào cánh quạt động β 1 độ 23.1 23.8 24.7 25.6 27.0 28.6 35.4
15 Tốc độ tương đối thực tế của dòng hơi vào cánh quạt động W 1 m/s 289.76 266.87 246.23 227.52 202.58 180.78 125.08
16 Tốc độ tương đối lý thuyết của dòng hơi ra khỏi cánh động W 2t m/s 306.27 283.02 262.08 243.12 217.88 195.88 139.98
17 Hệ số tốc độ dòng hơi trong cánh động ψ - 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88
18 Tốc độ tương đối thực tế ra khỏi cánh động W 2 m/s 269.5161 249.0598 230.6268 213.9462 191.7341 172.3706 123.1812
19 Góc của dòng hơi ra khỏi cánh động β 2 độ 18.1 18.8 19.7 20.6 22.0 23.6 30.4
20 Tốc độ tuyệt đối ra khỏi cánh động
21 Góc ra khỏi cánh động của tốc độ tuyệt đối α 2 độ 51.0 59.6 69.7 81.1 98.5 113.9 142.9
22 Thành phần tốc độ tuyệt đối chiếu C 1u m/s 455.11 432.60 412.24 393.75 368.98 347.20 290.48 theo phương u
23 Hiệu suất tương đối của vành cánh động tính theo tam giác tốc độ η oL - 0.793 0.805 0.815 0.822 0.8268 0.8254 0.7758
Hiệu suất của vành cánh động tĩnh theo cân bằng năng lượng η' oL - 0.79 0.8 0.816 0.82 0.827 0.825 0.776
Tổn thất năng lượng trong dãy cánh hướng h c kJ/kg 9.358 8.455 7.678 7.004 6.151 5.446 3.812
Tổn thất năng lượng trong dãy cánh động h L kJ/kg 10.581 9.035 7.748 6.667 5.355 4.328 2.210
Tổn thất năng lượng bởi tốc độ ra h c2 kJ/kg 5.784 4.349 3.425 2.893 2.639 2.850 5.321
Năng lượng lý thuyết trong tầng E o kJ/kg 124 112 102 93 82 72 51
25 Mật độ dòng hơi ra khỏi cánh hướng ρ kg/m 3 2.634 2.744 2.855 2.964 3.071 20.466 24.048
26 Thể tích riêng lý thuyết của dòng hơi sau cánh hướng v 1t m 3 /kg 0.3657 0.3566 0.3399 0.3285 0.3179 0.338191 0.397375
27 Thể tích riêng lý thuyết của dòng hơi sau cánh động v 2t m 3 /kg 0.3704 0.3522 0.3439 0.3322 0.3214 0.3214 0.3214
28 Diện tích ra của cánh cánh hướng F 1 m 2 22.61 23.78 24.96 26.13 27.89 29.63 35.42
29 Chiều cao của cánh cánh hướng l 1 mm 248 261 274 287 306 325 388
30 Chiều cao cánh động l 2 mm 250 263 276 289 308 327 390
32 Công suất tiêu hao để khắc phục ma sát và thông hơi quẩn N tv kW 3.168 3.168 3.168 3.168 3.168 3.168 3.168
33 Tổn thất ma sát và thông hơi quẩn h tv kJ/kg 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15
34 Tổn thất ma sát và thông hơi quẩn tương đối ξ tv - 0.001211 0.00134 0.001476 0.001618 0.001843 0.002081 0.002974
35 Hiệu suất trong tương đối η oi - 0.792 0.804 0.814 0.820 0.825 0.823 0.773
36 Nhiệt giáng sử dụng của tầng H i kJ/kg 97.42 89.29 81.94 75.27 66.35 58.51 38.14
37 Công suất trong của tầng N i kW 2051 1880 1725 1584 1397 1232 803 c) Tam giác tốc độ:
HÌnh 4.3 : Tam giác tốc độ tầng điều chỉnh đơn phần cao áp và hạ áp a)Phần cao áp b) Phần hạ áp
Tính toán số tầng tuabin
4.3.1 Các số liệu cơ bản:
Do yêu cầu của công nghệ, tuabin có 2 cửa trích cho hộ tiêu thụ nhiệt là 10at và 1,2 at Cho nên khi tính toán các tầng không điều chỉnh, ta chia tuabin ra các phần như sau:
- Phần cao áp: Từ sau tầng điều chỉnh đầu tiên đến cửa trích cho hộ tiêu thụ 10 at.
- Phần hạ áp: Từ sau tầng điều chỉnh thứ hai đến ống thoát của tuabin
-Áp suất của hơi trước tầng đầu tiên phần cao áp là :
- Áp suất của hơi sau tầng cuối cùng phần cao áp là : p2t= 10,1 at i2t = 3004 kJ/kg
-Áp suất của hơi trước tầng đầu tiên phần hạ áp là :
- Áp suất của hơi sau tầng cuối cùng phần hạ áp là : p2t =1,238 at i2t = 2653 kJ/kg
4.3.2 Xác định đường kính tầng đầu:
Tầng đầu tiên là tầng xung lực Đường kính của nó được xác định theo biểu thức sau :
Trong đó Go : lưu lượng hơi qua tầng không điều chỉnh đầu tiên theo chế độ tính toán (kg/s) ; G0 = 45,4 kg/s ; v1t : thể tích riêng của hơi ra khỏi cánh hướng tầng điều chỉnh đầu tiên ; v1t (m 3 /kg) được xác định gần đúng theo đồ thị i-s ; lấy ho1 = 50 kJ/kg ; v1t = 0,0532 m 3 /kg l1 : chiều cao ở đầu ra của cánh cánh hướng (m) với l1 = 14÷20 mm ; chọn l1 = 16 mm = 0,016 m; e : độ phun hơi từng phần (0 QLH = 47,2614.(3474 – 932,4) + 0,908.(1403 – 932,4) = 120546,9 kW+ Tiêu hao nhiệt cho lò hơi để sản xuất điện năng (Q E LH), ta có :
+ Tiêu hao nhiệt cho lò hơi để sản xuất nhiệt cho HTT (Q T LH), ta có :
5) Suất tiêu hao nhiệt cho lò hơi :
+ Suất tiêu hao nhiệt cho lò hơi để sản xuất điện năng (q E LH) :
+ Suất tiêu hao nhiệt cho lò hơi để sản xuất nhiệt năng cho HTT(q T LH) :
6) Tiêu hao nhiệt cho toàn nhà máy :
Tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy là lượng nhiệt năng tiêu hao cho lò hơi mà nhiên liệu phải cung cấp Nó được xác định theo tiêu hao nhiệt cho lò hơi và hiệu suất của lò hơi Giả sử hiệu suất lò hơi ηLH = 0,86; ta có :
+ Tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy để sản xuất điện năng (Q E c):
+ Tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy để sản xuất nhiệt cho HTT :
7) Suất tiêu hao nhiệt cho toàn nhà máy :
+ Suất tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy để sản xuất điện năng :
+ Suất tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy để sản xuất ra nhiệt năng cho HTT:
8) Hiệu suất truyền tải môi chất:
Hiệu suất truyền tải môi chất được tính theo các tổn thất nhiệt ra môi trường và tổn thất áp suất trên toàn bộ đường vận chuyển môi chất là nước và hơi nước trong toàn bộ chu trình nhiệt của nhà máy nhiệt điện Tuy nhiên thành phần tổn thất trên đường vận chuyển giữa gian lò hơi và gian tuabin là lớn nhất nên hiệu suất truyền tải môi chất được quy về tính theo tổn thất năng lượng trên đường dẫn hơi này:
9) Hiệu suất của thiết bị tuabin:
+ Hiệu suất của thiết bị tuabin để sản xuất điện năng:
+ Hiệu suất nhiệt của thiết bị tuabin để sản xuất nhiệt năng cho HTT:
10) Hiệu suất toàn nhà máy:
+ Hiệu suất toàn nhà máy xét về khía cạnh sản xuất điện năng:
+ Hiệu suất toàn nhà máy xét về khía cạnh cung cấp nhiệt cho HTT:
11) Suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn:
+ Suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn để sản xuất điện:
+ Suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn để sản xuất nhiệt năng:
CHƯƠNG 5: ĐỒ THỊ CÁC CHẾ ĐỘ CỦA TUABIN PR 25-90/10-1,2
5.1 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC HỆ THỐNG PHÂN PHỐI HƠI:
Quá trình nhiệt của tuabin khi chế độ thay đổi phụ thuộc vào phương pháp phân phối hơi Có 3 phương pháp phân phối hơi thường được áp dụng trong tuabin hơi: phân phối hơi bằng ống phun, phân phối hơi bằng tiết lưu và phân phối hơi bằng ống nhánh. a) Phân phối hơi bằng tiết lưu:
Trong trường hợp này, tất cả lưu lượng hơi đem vào tuabin được điều chỉnh bằng một hoặc vài xupap mở đồng thời, sau đó hơi đi vào dãy ống phun của tầng đầu tiên Lưu lượng hơi đi vào tuabin khi phụ tải giảm đều bị tiết lưu nên nhiệt giáng trong phần chuyền hơi và hiệu suất trong ηoi của tuabin bị giảm xuống Độ tăng tổn thất do tiết lưu khi giảm lưu lượng hơi phụ thuộc vào tỷ số áp suất của hơi mới trên áp suất hơi thoát (p0/p2) Tỷ số này càng bé thì tổn thất do tiết lưu càng lớn Vì thế thường không áp dụng phân phối hơi bằng tiết lưu trong tuabin đối áp ngoại trừ tuabin có công suất bé. b ) Phân phối hơi bằng ống nhánh:
Nếu là phân phối hơi bằng ống nhánh ngoài, thì sau khi mở hoàn toàn các xupap điều chỉnh để dẫn hơi vào dãy ống phun của tầng thứ nhất, muốn tiếp tục tăng lưu lượng sẽ dùng van nhánh đem hơi vào một trong các tầng trung gian, bỏ qua một số tầng đầu, kể cả tầng điều chỉnh.
Có khi trong các tuabin có áp suất và nhiệt độ ban đầu cao, người ta áp dụng phân phối hơi bằng ống nhánh trong Ở đây, hơi được lấy từ buồng tầng điều chỉnh đem qua van nhánh, bỏ qua một số tầng đầu không điều chỉnh Khi mở ống nhánh trong sẽ mở thêm cụm ống phun để đem hơi vào tầng điều chỉnh. Nhờ đó mà áp suất và nhiệt độ hơi trong buồng tầng điều chỉnh được giữ gần như không đổi, mặc dù tăng thêm lưu lượng hơi. c) Phân phối hơi bằng ống phun: Ở đây hơi đi qua một số xupap điều chỉnh Mỗi xupap dẫn hơi vào một cụm ống phun Các xupap được mở theo một trình tự nhất định Tổn thất tiết lưu ở đây chỉ xảy ra khi xupap không được mở hoàn toàn Nếu mở hoàn toàn tất cả hoặc một số xupap điều chỉnh và đóng các xupap còn lại thì sẽ không có tổn thất tiết lưu Sự phân phối hơi bằng ống phun có ưu thế đặc biệt đối với tuabin đối áp. Phương pháp phân phối hơi bằng ống phun được sử dụng phổ biến rộng rãi nhất trong các nhà máy điện.
Trong phạm vi bản thiết kế tốt nghiệp này chỉ đề cập tới phương pháp phân phối hơi bằng ống phun, phù hợp với tuabin đối áp có trích hơi điều chỉnh, để tính toán và dựng đồ thị các chế độ của tuabin PR 25-90/10-1,2.
5.2 PHƯƠNG PHÁP DỰNG ĐỒ THỊ CÁC CHẾ ĐỘ: Đồ thị các chế độ tuabin biểu thị sự phụ thuộc của công suất điện Ne vào lưu lượng hơi đi qua tuabin D1 và qua cửa trích hơi điều chỉnh DT, cũng như phụ thuộc vào áp suất hơi trong cửa trích pT : D1 = f(NE, DT, pT).
Trong phương trình này có thể không xét đến áp suất pT, thay thế bằng hệ số hiệu chỉnh để tính đến ảnh hưởng của nó.
Như vậy, đồ thị các chế độ cho ta xác định lưu lượng hơi mới vào tuabin tùy thuộc vào công suất và lưu lượng hơi trích, hay ngược lại, tìm lưu lượng hơi trích tùy theo công suất tuabin và lưu lượng hơi mới.
Ta sẽ khảo sát thí dụ về cách dựng đồ thị các chế độ của tuabin đối áp có trích hơi điều chỉnh bằng phương pháp gần đúng, cho rằng quan hệ phụ thuộc của lưu lượng hơi vào tuabin D1, công suất điện NE và lưu lượng hơi trích DT đã được tuyến tính hóa.
Các số liệu đã biết:
- Các thông số hơi: po at; toS5 o C; pe=1,238 at; pT= 10,1 at.
- Công suất điện: NE%000 kW.
- Lượng hơi trích định mức: DT nom= 65 T/h
- Nhiệt giáng đoạn nhiệt và nhiệt giáng thực trong tuabin:
Ho= 981 kJ/kg và Hi1 kJ/kg.
Bỏ qua ảnh hưởng của gia nhiệt hồi nhiệt
- Lượng hơi đi qua tuabin ở chế độ đối áp thuần túy (DT=0):
- Nhiệt giáng sử dụng trong phần cao áp: Hi I474 – 3004 = 470 kJ/kg.
- Nhiệt giáng sử dụng trong phần hạ áp : Hi II = 3004 – 2653 = 351 kJ/kg.
- Lưu lượng hơi tính toán trong phần hạ áp D02 (bỏ qua sự thay đổi nhiệt độ trong cửa trích), phải đảm bảo công suất định mức của tuabin khi giảm lượng hơi trích đến không Khi đó áp suất trích tăng từ pT at đến pT’= 1,2 at.
- Lưu lượng hơi tính toán trong phần cao áp:
- Công suất trong của phần cao áp (N I i) và phần hạ áp(N II i):
