Thiết kế nhà máy nhiệt điện 1200mw 2

Các thành phần trong sơ đồ nhiệt nguyên lý bao gồm: lò hơi có bao hơi, tuabinngưng hơi một trục K-210 máy phát điện, bình ngưng, các bình gia nhiệt cao áp, hạ áp,thiết bị khử khí, bơm

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ KHÍ LNG

CHƯƠNG 2: CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐẶT TỔ MÁY

VÀ CÔNG SUẤT ĐƠN VỊ

Vì nhiên liệu nhà máy nhiệt điện sử dụng là khí đồng hành là khí đốt thường đượcdẫn về từ các dàn khoan trên biển bằng ống dẫn khí, cho nên khi thiết kế Nhà máy nhiệtđiện cần chọn vị trí của nhà máy sao cho thuận tiện cho quá trình vận chuyển khí đồnghành từ các dàn khoan

Nguồn khí khai thác từ các mỏ thuộc khu vực biển Tây Nam có trữ lượng khai thác tại

trong đó Việt Nam hưởng 50% (26 tỷ m3), mỏ khí Cái Nước (thuộc Lô 46) khoảng 2 tỷ

m3, và trong tương lai có thể bổ sung nguồn khí khai thác từ các mỏ 46/51, Lô B, 52/97 Công suất 2 tỷ m3/ năm

Chiều dài đường ống tổng cộng 325 km (298 km ngầm dưới biển)

Đường kính ống: 18 inch; độ dày ống 12,7 mm

Địa điểm đặt nhà máy Khu công nghiệp Khánh An thuộc huyện U Minh, Cà Mau.Gồm các phần chính như sau:

Phần 1 : Đề xuất và chọn phương án (Hoàng Lân)

Phần 2 : Lập và tính toán sơ đồ nguyên lý

+ 2.1 → 2.3.9 (Nguyên Nhật Khánh)

+ 2.3.10→ 2.3.12 (Nguyễn Văn Huy)

Phần 3 : Tính toán lựa chọn các thiết bị chính

Phần 4 : Thuyết minh sơ đồ nhiệt chi tiết

Phần 5 : Thuyết minh bố trí nhà máy

1 So sánh các phương án đặt tổ máy và chọn tổ máy.

-Đối với các nhà máy nhiệt điện có công suất lớn thì ta không nên đặt nhiều tổ máy

có công suất khác nhau, vì nếu như vậy thì sẽ ảnh hưởng đến quá trình vận hành và sữachữa, bảo dưỡng

- Vì nhiên liệu sử dụng là khí đồng hành nên ta nên lựa chọn sử dụng kết hợp tuabin khí và tua bin hơi

-Công suất của nhà máy điện là 1200 MW trong trường hợp này ta chia làm baphương án để so sánh hiệu quả kinh tế, kỹ thuật của từng phương án Bao gồm có cácphương án sau:

+ Phương án 1; đặt 6 tổ máy có công suất mỗi tổ là 200 MW

+ Phương án 2: đặt 4 tổ máy có công suất mỗi tổ là 300 MW với 1tuabin khí 200 MW và 1 tua bin hơi 100 MW

+ Phương án 3: đặt 2 tổ máy có công suất mỗi tổ là 600 MW với 2tuabin khí 200 MW và 1 tuabin hơi 200 MW

1.1 Phương án 1: Đặt 6 tổ máy có công suất mỗi tổ là 200 MW.

-Việc đặt 6 tổ máy như vậy sẽ chiếm khá lớn về tổng mặt bằng diện tích, do việc

bố trí thiết bị của mỗi tổ máy, mặt khác do nhiều tổ máy vận hành nên đòi hỏi phải cónhiều công nhân, cán bộ kỹ thuật vận hành do đó chi phí cho việc trả tiền lương tăng lên -Gọi: + K1 là chi phí vốn đầu tư ban đầu của phương án 1

+ S1 là phí tổn vận hành hằng năm của phương án 1.

-Các trị số K1 và S1 sẽ được so sánh với các trị số ở các phương án 2 và 3

-Mặt khác khi nói đến việc đặt 6 tổ máy thì khả năng vận hành và đảm bảo choviệc cung cấp đủ điện năng lên mạng lưới điện Nếu có sự cố, một trong các tổ máy bị hưhỏng thì các tổ máy kia vẫn vận hành bình thường và vẫn đảm bảo đủ việc cung cấp điệnnăng Đối với việc lắp đặt nhiều tổ máy như thế này thì việc điều chỉnh phụ tải sẽ dễ dànghơn, dẫn đến khả năng tự động hoá cao và khả năng thay thế các thiết bị trong nhà máykhi có hư hỏng tương đối dễ dàng hơn vì các thiết bị đều có cùng kích cỡ

1.2 Phương án 2: Đặt 4 tổ máy có công suất mỗi tổ 300 MW.

-Việc đặt 4 tổ máy như vậy thì mặt bằng phân bố các thiết bị sẽ chiếm diện tích íthơn so với phương án 1 Do đó tổng diện tích mặt bằng của nhà máy sẽ gọn hơn Mặtkhác sử dụng tuabin khí sản xuất điện năng sau đó sử dụng khí thải để chạy tuabin hơi sẽtận dụng tối đa được lượng nhiệt thừa từ khói thải tăng hiệu quả kinh tế Tuy nhiên sốlượng tua bin nhiều hơn, việc sử dụng kết hợp tuabin khí và tuabin hơi đòi hỏi khả năngsửa chữa bảo dưỡng cao hơn so với tôt máy dùng 1 loại tuabin cho nên cũng phải cần cómột lượng công nhân cán bộ kỹ thuật đáng kể Chi phí vốn đầu tư ban đầu sẽ lớn hơn sovới phương án 1, nhưng chi phí vận hành hằng năm sẽ nhỏ hơn

- Gọi: + K2 là chi phí vốn đầu tư ban đầu của phương án 2

+ S2 là chi phí vận hành hằng năm của phương án 2

1.3 Phương án 3: Đặt 2 tổ máy có công suất mỗi tổ là 600 MW.

Đặt máy tuabin khí 200

- Khi ta đặt một tổ máy như vậy thì mặt bằng phân bố các thiết bị sẽ ít hơn so vớiphương án 1 và 2.Ở phương án này do có hai tổ máy nên chi phí vận hành sẽ ít hơn, vậnhành sẽ có ít cán bộ công nhân kỹ thuật hơn, do đó chi phí cho việc trả tiền lương cũng sẽgiảm xuống đáng kể

- Bên cạnh đó chi phí bảo dưỡng các thiết bị hằng năm và chi phí cho việc xâydựng giao thông (đường xe chạy, đường sắt ) cũng như giá tiền nhiên liệu giảm do cácthiết bị có độ tin cậy và hiệu suất nhà máy cao hơn Vốn đầu tư ban đầu cho việc muasắm các thiết bị lớn do những thiết bị này làm việc với thông số cao hơn so với 2 phương

án trên

- Ngoài ra đối với phương án này thì khả năng vận hành và đảm bảo đủ cho việccung cấp điện năng lên mạng lưới điện

- Tuy nhiên vốn đầu tư vào 2 tuabin khí cho mỗi tổ sẽ cao hơn

- Gọi: +K3 vốn đâu tư ban đầu của phương án 3

+S3 chi phí vận hành hằng năm của phương án 3

1.4 So sánh và chọn phương án đặt tổ máy.

1.4.1 Tính chi phí vận hành hằng năm.

Chi phí vận hành hằng năm của các thiết bị như sau:

S = SA + SB + Sn + S0, đồng/năm

Trong đó:

SA: chi phí cho khấu trừ hao mòn và sữa chữa

SB: chi phí cho nhiên liệu

Sn: chi phí cho việc trả lương cán bộ công nhân viên

S0: chi phí công việc chung của nhà máy và tất cả các chỉ tiêu khác

1.4.1.1 Chi phí cho nhiên liệu:

* n: số giờ làm việc trong một năm n = 6000 h

* N: Tổng công suất nhà máy, [kW]

Vậy lượng chi phí nhiên liệu cho các phương án là:

PA= 6 %: Phần khấu hao thiết bị và sửa chữa

K: vốn đầu tư thiết bị nhiệt của các phương án,đồng

Giả sử vốn đầu tư thiết bị nhiệt của ba phương án là: (tra theo công suất tổmáy)

z: tiền lương trung bình một người trong 1 năm.

Giả sử mỗi tháng cán bộ công nhân viên nhận lương trung bình một người là 5.106

đồng/tháng Thì z = 5.106.12=60.106 đồng/năm

N = 1200 MW: công suất của nhà máy

n: hệ số biên chế của công nhân ứng với từng phương án và công suất của

tổ máy

Giả sử : n1= 0,48 người/MW ứng với 6 tổ máy 200 MW

n2= 0,45 người/MW ứng với 4 tổ máy 300 MW

n3= 0,4 người/MW ứng với 2 tổ máy 600MW

 Chi phí trả lương cho cán bộ công nhân viên từng phương án là:

SA : chi phí khấu hao và sửa chữa

Sn : chi phí trả tiền lương cho cán bộ công nhân viên

 S0 của mỗi phương án là:

phòng sửa chữa thì sẽ gây thiếu hụt một lượng điện rất lớn trên lưới điện quốc gia Vậy tachọn phương án 3 là đặt 2 tổ máy, mỗi tổ có công suất 600MW.

CHƯƠNG 2 : XÂY DỰNG VÀ TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ NHIỆT

NGUYÊN LÝ

2.1 Xây dựng sơ đồ nhiệt nguyên lý của nhà máy.

Sơ đồ nhiệt nguyên lý xác định nội dung cơ bản của quá trình công nghệ biến đổinhiệt năng trong nhà máy điện Nó bao gồm các thiết bị chính và phụ Các đường hơi vàcác đường nước nối chung vào một khối trong một quá trình công nghệ

Các thành phần trong sơ đồ nhiệt nguyên lý bao gồm: lò hơi có bao hơi, tuabinngưng hơi một trục ( K-210 ) máy phát điện, bình ngưng, các bình gia nhiệt cao áp, hạ áp,thiết bị khử khí, bơm nước cấp, bơm nước đọng, bơm nước ngưng Các đường ống dẫnhơi đến các bình gia nhiệt, đường nước ngưng chính, đường nước ngưng đọng

Đặc tính kỹ thuật của tuabin K - 200

Công suất định mức : 200 MW

Áp suất hơi đầu vào : 150 ata = 151,98 bar

Số cửa trích không điều chỉnh : 6 Suất tiêu hao hơi khi đóng các cửa trích hồi nhiệt : 3,66 kg/kWh

Bảng 1: Các thông số hơi của các cửa trích:

Trên cơ sở đó ta xây dựng sơ đồ nhiệt nguyên lý như sau:

Trong đó:

GNBS: Gia nhiệt nước bổ sung

HA4,5,6: Các bình gia nhiệt hạ áp 4,5,6

CA 1,2,3: Các bình gia nhiệt cao áp 1,2,3

* Diễn giải sơ đồ nhiệt nguyên lý:

Trong toàn bộ nhà máy 200MW gồm có: lò hơi thu hồi nhiệt, tua bin ngưng hơi mộttrục K-200,có quá nhiệt trung gian

Máy nén hút không khí từ ngoài vào và nén đến áp suất yêu cầu rồi đưa vào buồngđốt Tại đây nhiên liệu được phun vào buồng đốt qua vòi phun ,sau đó nhiên liệu khíđồng hành được hỗn hợp với không khí và bốc cháy Những sản phẩm cháy được đưavào tuabin khí giản nở sinh công làm quay máy phát điện, khí thải sau tuabin khí đượcđưa vào lò hơi thu hồi nhiệt nhả nhiệt cho nước trong lò hơi sinh hơi rồi thoát ra ngoàisau khi qua hệ thống xyclon lọc bụi và thải ra ngoài qua ống khói (chu trình của tuabinkhí)

Đối với tuabin ngưng hơi: Sau khi nhận nhiệt của khói nước trong ống sẽ sinh hơiđến hơi quá nhiêt

Hơi quá nhiệt từ lò hơi được dẫn đến phần cao áp của tuabin sẽ giãn nở sinh công,làm quay máy phát điện Trên tuabin có 6 cửa trích gia nhiệt cho nước ngưng, nước cấp

và thiết bị khử khí Phần hơi còn lại sau khi ra khỏi phần hạ áp của tuabin được đưa vàobình ngưng, tại đây hơi được ngưng tụ thành nước ngưng nhờ nước tuần hoàn làm mát.Nước ngưng sau khi ra khỏi bình ngưng được bơm nước ngưng bơm qua bình làmlạnh Ejectơ sau đó qua các bình gia nhiệt hạ áp rồi dồn về thiết bị khử khí Nước ngưngsau khi được khử khí sẽ được chứa trong bể khử khí, sau đó được bơm nước cấp đưa quacác bình gia nhiệt cao áp làm tăng nhiệt độ trước khi đưa vào lò hơi

Hơi từ các cửa trích của tuabin gia nhiệt cho nước ngưng, nước cấp bao gồm: 3 cửatrích ở phần cao áp được gia nhiệt cho bình gia nhiệt cao áp số 1 ,số 2 ,số 3và bình khửkhí; 4 cửa trích ở phần hạ áp được gia nhiệt cho bình gia nhiệt hạ áp số 4, số 5, 6 Ở thiết

bị khử khí do hơi được trích từ cửa trích có áp suất cao nên được đưa qua thiết bị giảm ôngiảm áp để hạ nhiệt độ và áp suất xuống phù hợp với yêu cầu.Hơi ở các cửa trích củatuabin sau khi gia nhiệt cho nước ngưng, nước cấp thì sẽ ngưng tụ thành nước đọng Sơ

đồ dồn nước đọng ở các bình gia nhiệt được chọn ở đây là sơ đồ dồn cấp phối hợp vớibơm: vừa dồn cấp, vừa bơm đẩy về đường nước chính Ở các bình gia nhiệt cao áp (CA)nước đọng được dồn từ CA1  CA2  CA3 do độ lệch về áp suất, sau đó nước đọngđược dồn vào bình khử khí.Ở các bình gia nhiệt hạ áp thì nước đọng được dồn từ bình gia

nhiệt hạ áp HA4  HA5 HA6 rồi dùng bơm nước đọng dồn về điểm hỗn hợp trênđường nước ngưng chính phía đầu ra của bình gia nhiệt hạ áp số 6.

2.2 Các thông số hơi và nước trên đồ thị i - s biểu diễn quá trình làm việc của dòng hơi trong tua bin.

* Khi hơi đưa vào tua bin, qua các van điều chỉnh, hơi bị tiết lưu, do đó áp suất củahơi trước tầng đầu của tua bin giảm đi khoảng (3÷5) % so với áp suất ban đầu po (trang

31, Tài liệu [2])

Nghĩa là: p = po – po’ = 0,05 po

 po’ = 0,95.po

Vậy áp lực trước tầng đầu tua bin: po’ =0 0,95.po = 0,96.151,95 = 144,35 bar

Biết điểm 0’ từ đó suy ra i0’ = 3354,77, kJ/kg (tra bảng nước và hơi quá nhiệt, tr.128TL1)

* Riêng tại bình khử khí chọn làm việc với p’ = 6 bar hơi cấp cho bình khử khíđược lấy từ cửa trích số 3 có áp suất cao do đó phải qua van giảm áp trước khi vào bìnhkhử khí

* Do điều kiện khí hậu ở Việt Nam, nhiệt độ nước làm mát bình ngưng chọn là 27

0C do đó áp suất ngưng tụ pk thay đổi

Nhiệt độ ngưng tụ được xác định như sau:

tk = t1 + t + , 0CTrong đó:

tk: Nhiệt độ ngưng tụ ở bình ngưng, 0C

t1: Nhiệt độ nước làm mát, 0C

t: Độ gia nhiệt nước làm mát, 0C

: Độ gia nhiệt thiếu của nước ở trong bình ngưng, 0CCác giá trị hợp lý của tk, được xác định bằng tính toán kinh tế kỹ thuật kết hợp của 3yếu tố: áp lực cuối Pk của hơi trong tua bin, bình ngưng và hệ thống cung cấp nước

Độ gia nhiệt nước làm mát t = 8 120C (TL-1)

Độ gia nhiệt thiếu của nước ở bình ngưng  = 350C (TL-1)Chọn: t = 80C

 = 40C

 tk = 27 + 8 + 4 = 390CTương ứng có Pk = 0,07 bar

Tra bảng, ta có i”k = 2572 KJ/kg

i’k = 163,43 KJ/kgChọn độ khô sau tầng cuối của tua bin là x = 0,92 thì

ik =i’k + x(i”k - i’k )= 163,43 + 0,92( 2572-163,43)

tn: Nhiệt độ nước ngưng sau bình gia nhiệt, 0C

: Độ gia nhiệt thiếu cho nước, 0C (30C trong các BGNHA và 50Ctrong các BGNCA)

Trên cơ sở đó ta có bảng 3 và từ đó ta xây dựng đồ thị i - S biểu diễn quá trình làmviệc của dòng hơi trong tua bin với các thông số:

P, t, i : áp suất, nhiệt độ và entanpi các cửa trích, bar, 0C, KJ/kgp’ : áp suất hơi trước các thiết bị gia nhiệt, bar Xác định được áp lực hơi tạicác thiết bị gia nhiệt như sau: p’ = 0,95.p

tH, i’H : nhiệt độ và entanpi của nước ngưng bão hòa, 0C, kJ/kg

tn, in : nhiệt độ và entanpi của nước sau các bình gia nhiệt, 0C, kJ/k

P, t, i : áp suất, nhiệt độ và entanpi các cửa trích, bar, 0C, KJ/kg

p’ : áp suất hơi trước các thiết bị gia nhiệt, bar Xác định được áp lực hơi tạicác thiết bị gia nhiệt như sau: p’ = 0,95.p

tH, i’H : nhiệt độ và entanpi của nước ngưng bão hòa, 0C, kJ/kg

tn, in : nhiệt độ và entanpi của nước sau các bình gia nhiệt, 0C, kJ/k

3

0.98

15,20

198,2

195.28

170.0

0.98QNT

0.98

2.3 Tính toán cân bằng nhiệt và cân bằng chất cho sơ đồ nhiệt nguyên lý

Mục đích là xác đinh được lưu lượng các dòng hơi trích khỏi tuốc bin và các dònghơi phụ khác để cuối cùng xác định được tổng lưu lượng hơi mới vào tuốc bin cần thiết

để sinh ra công suất theo yêu cầu thiết kế của tổ máy đã chọn Có cơ sở để tính toán cácchỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật của tổ máy và tính được các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của toànnhà máy Coi lưu lượng hơi mới ở đầu vào tuốc bin bằng một đơn vị lưu lượng Hơi rò rĩ,hơi chèn và hơi dùng cho ejector lấy hơi mới ở đầu vào tuốc bin

Theo chọn trước các đại lượng

Lượng hơi mới đưa vào tua bin: 0 = 1

Lượng hơi rò rỉ trên đường ống: rr = 0,01

Lượng hơi chèn trục turbine: ch = 0,005

Lượng hơi dùng cho ejector: ej = 0,005

Lượng nước xả lò: αxả = 0,01

Phụ tải của lò và lưu lượng nước cấp: nc = 1.02

2.3.1 Tính toán cân bằng cho bình phân ly và bình gia nhiệt nước bổ sung.

2.3.1.1 Bình phân ly

- Bình phân ly thực chất là một bình sinh hơi do giảm áp suất nước sôi trong bao hơixuống áp suất nước sôi trong bình làm cho một lượng hơi bão hòa khô sinh ra, hơi nàyđược đưa vào bình khử khí Thực tế độ khô của hơi sinh ra chỉ có thể đạt được khoảng

0,96 ÷ 0,98 Nước xả sau khi phân ly sẽ gia nhiệt cho nước bổ sung trước khi vào bìnhkhử khí, sau đó được thải ra ngoài Chọn bình phân ly có áp suất 7 bar vì bình khử khí là

xả: Entanpi của nước sôi ở áp suất trong bình phân ly

αh: Lưu lượng tương đối của hơi ra khỏi bình phân ly

ih: Entanpi của hơi ra khỏi bình phân ly

ih = i’(pBPL) + xh.(i’’(pBPL) - i’(pBPL))

xh: Độ khô của hơi ra khỏi bình phân ly

- Phương trình cân bằng nhiệt của bình phân ly:

Áp suất bao hơi pBH 165 bar

- Áp suất trong bao hơi lấy: pBH = 1,1po = 1,1.150 =165 bar, chọn 165 bar

Tra bảng nước và hơi bão hòa ứng với áp suất p = 165 bar ta có i’

BH =1670 kJ/kg

Và pPL = 7 bar ta có: i’

xa = i’ BPL = 697,2 kJ/kg, i’’

BPL = 2764 kJ/kg

- Chọn độ khô của hơi ra khởi bình phân ly là xh = 0,98 theo mục 2.4/36/TL1

Ta có entanpi của hơi ra khỏi bình phân ly là:

2.3.1.2 Bình gia nhiệt nước bổ sung.

Nước bổ sung đã được xử lý hóa học được đưa vào gia nhiệt sơ bộ trong bình gianhiệt nước bổ sung (BGNBS) tận dụng nhiệt của dòng nước xả lò hơi sau khi đã phân lymột phần thành hơi

Nhiệt độ nước bổ sung ở đầu vào BGNBS : tbs= 30oC

=>Entanpi của nước bổ sung ở đầu vào BGNBS : itr

bs = cp.tbs = 4,18.30 = 125,4kJ/kg

Hiệu suất trao đổi nhiệt của bình: ηBGNBS =0,95÷ 0,97 Chọn ηBGNBS =0,97

Nhiệt độ nước bổ sung ra khỏi BGNBS chọn thấp hơn nhiệt độ nước xả bỏ một giá trị là

θ = (10 ÷ 15 )oC trang 37/TL1 , chọn θ = 13oC

Lưu lượng nước bổ sung vào chu trình được tính bằng tổng tất cả các lưu lượng của cácdòng hơi và dòng nước mất đi khỏi chu trình mà không tận dụng lại được Các NMNĐngưng hơi ít chịu tổn thất nên lượng nước bổ sung sẽ ít, chủ yếu là bù vào tổn thất do rò

rĩ, xả bỏ , lượng hơi chèn không tận dụng lại do lấy đi làm tín hiệu điều chỉnh và lượng

hơi mất mát ở ejector do thải lẫn với không khí ra ngoài Theo TL1/52 lấy lượng hơi

chèn bằng 0,5%, lượng hơi rò rỉ là 1%, lượng hơi dùng cho ejector là 0,5% so với lượnghơi mới ở đầu vào tuốc bin

Hơi chèn sau khi chèn coi như được đưa toàn bộ về bình gia nhiệt làm mát hơi chèn(LMHC) Nước đọng của hơi này được dồn về khoang chứa nước của bình ngưng vớientanpy iv

LMHC = 600 kJ/kg

Hơi dùng cho ejector cũng coi như được đưa toàn bộ về bình gia nhiệt làm mát ejector(LMEJ) Nước đọng từ hơi này được dồn về khoang chứa nước của bình ngưng với

xả: Entanpi của nước xả bỏ ra khỏi BGNBS

Phương trình cân bằng nhiệt cho BGNBS là:

nc, i1r

h1, ih1

i đ1

nc, i2vh1, ilđ1

LĐ1

GN1LH1

2.3.2 Tính cân bằng nhiệt cho các bình gia nhiệt.

Độ kinh tế của việc hồi nhiệt sử dụng hơi quá nhiệt của các cửa trích của tuabin cóthể được nâng cao nhờ việc làm lạnh hơi trích bằng nước cấp, sở dĩ như vậy là khi làmlạnh hơi trích thì sự trao đổi nhiệt không thuận nghịch trong các bình gia nhiệt giảm đi,lượng hơi trích phải tăng lên làm giảm lượng hơi đi vào bình ngưng do vậy hiệu suất củatuabin nói riêng và nhà máy nói chung tăng lên Ngoài ra sự làm lạnh nước đọng cũnglàm giảm sự thay thế hơi trích của bình gia nhiệt tiếp nhận nước đọng đó Và như vậygiảm nhiệt tổn thất năng lượng Do đó các bình gia nhiệt cao áp đều chọn là các bình có

ba phần : Làm lạnh hơi, gia nhiệt chính và làm lạnh nước đọng Việc tính toán các bìnhgia nhiệt cao áp được tiến hành từ bình áp suất cao đến bình có áp suất thấp

2.3.3 Tính bình gia nhiệt cao áp số 1:

Sơ đồ tính toán bình gia nhiệt cao áp số 1

Ta có

LH1 : Phần làm lạnh hơi trong bình gia nhiệt số 1

GN1 : Phần gia nhiệt chính trong bình gia nhiệt số 1

LĐ1 : Phần làm lạnh nước đọng trong bình gia nhiệt số 1

1, nc : lượng hơi và lượng nước cấp vào bình gia nhiệt

i1r, i2v : entanpy nước cấp ra và vào bình gia nhiệt

ih1 : entanpy của hơi trích vào BGNCA số 1

Phương trình cân bằng nhiệt cho bình gia nhiệt 1

h1 [(i1 - i’1) + (i’1 – id1)]  = nc (i1n – i2n)

nc, i2r

h2, ih2

nc, i3vh2’, ilđ2

LH2

GN2LH2

-2.3.4 Bình gia nhiệt cao áp 2 (BGNCA 2)

Ở các bình gia nhiệt cao áp, nước đọng từ bình gia nhiệt áp suất cao sẽ dồn về bìnhgia nhiệt áp suất thấp Vì vậy tại bình gia nhiệt cao áp 2 sẽ có thêm dòng nước đọng từbình gia nhiệt cao áp 1 về Hơi cấp cho bình gia nhiệt cao áp 2 lấy từ cửa trích số 2

Sơ đồ tính toán nhiệt cho bình gia nhiệt số 2

Ta có:

LH2: Phần làm lạnh hơi

LĐ2: Phần làm lạnh nước đọng

GN2: Phần gia nhiệt chính

h2, nc: lượng hơi và nước cấp vào và ra bình gia nhiệt số 2

i2r, i3v: entanpy của nước ra và vào bình gia nhiệt số 2

h1, ilđl: lưu lượng và entanpy của nước đọng từ bình gia nhiệt số 1

Vậy lượng nước đọng ra khỏi bình gia nhiệt số 2 là: ’

Nước cấp ra khỏi bơm cấp bị tăng một chút về entanpy do đặc tính của quá trình nén cólàm tăng nhiệt Nước cấp ra khỏi bình khử khí coi như ở trạng thái sôi để đáp ứng đượchiệu quả khử khí kiểu nhiệt Vì thế nên trước khi tính toán BGNCA số 3 ta phải tính sơ

bộ độ gia nhiệt bơm cấp để xác định entanpy của nước cấp ra khỏi bơm đi vào BGNCAnày

Xác định sơ bộ độ gia nhiệt của bơm cấp cho nước cấp.

pđ= pBH + ∆ptlđ +∆pBGNCA + ∆pHN + ρ.g.Hđ , [N/m2]Trong đó ∑∆ptl = ∆ptlđ + ∆ptlh + ∑∆ pBGNCA + ∑∆ pHN là tổng các trở lực đường ống đầuđẩy, đầu hút với các trở lực của các BGNCA và trở lực bộ hâm nước

Khổi lượng riêng ρ của nước, được lấy trung bình cộng của khối lượng riêng của nước tạđầu đẩy và đầu hút Lấy vào khoảng (950÷990) kg/m3 Ta lấy ρ=950kg/m3

Chọn tổng trở lực đường ống vào khoảng (3÷5).105 N/m2 Lấy bằng 3.105 N/m2 , mỗiBGNCA hoắc mỗi bộ hâm nước có trở lực khoảng (2÷3).105 N/m2 Lấy bằng 3.105 N/m2.Chiều cao đầu đẩy lấy khoảng (55 ÷70)m Ta lấy Hđ=70m, chiều cao đầu hút lấy khoảng(20÷30)m ta lấy Hh= 20m Nên chiều cao chênh lệch giữa bao hơi và bình khử khí là:

∆p: tổng chiều cao chênh cột áp của bơm nước cấp, [kN/m2]

vtb: thể tích riêng trung bình của nước ở đầu vào và ra của bơm cấp, nó được tính trungbình cộng, [m3/kg]

ηb : hiệu suất của bơm cấp, thông thường chọn ηb=0,7÷0,85  Chọn ηb =0.75

Trong phần này để tính cả độ gia nhiệt của bơm ngưng và độ gia nhiệt của dòng nướcngưng chính do BGN làm mát hơi chèn và BGN làm mát hơi ejector, ta có thể tính vào

độ gia nhiệt của bơm cấp và lấy τ =25,56 kJ /kg theo trang 55/TL1 Tương ứng với 6oC.

Do đó ta tính được entanpy của nước cấp vào BGNCA số 3 là :

iv CA3 = i’

KK + τ = 620,92 + 25,56 = 646,5 kJ/kg

2.3.5 Bình gia nhiệt cao áp 3 ( BGNCA 3).

Sơ đồ tính toán nhiệt bình cao áp 3

kk: entanpy của nước ra và vào bình gia nhiệt

’h2, iđ2: lưu lượng và entanpy của nước đọng từ bình gia nhiệt số 2

’h2 = h1 + h2 = 0,088 + 0,032 = 0,12

ih3 = 3059 kJ/kg

iđ2 = 844,6 kJ/kg

’h3 :lượng nước đọng ra khỏi BGNCA 3 về bình khử khí

iđ3 : entanpy của nước đọng ra khỏi BGNCA 3

LĐ3

GN3LH3

h2’ ; ilđ2

Không khí hòa tan trong nước có chứa một lượng không khí không ngưng như

CO2, O2…dẫn đến gây ăn mòn thiết bị và ống dẫn trong nhà máy nhiệt điện Để bảo vệchúng khỏi bị ăn mòn của khí trong nước, người ta áp dụng biện pháp tách khí ra khỏinước trước khi cung cấp cho lò hơi (hay còn gọi là khử khí cho nước)

Tại bình khử khí gồm có:

- Đường nước ngưng chính sau khi đi qua BGNHA số 4, nn, iKKv

- Đường hơi trích từ cửa trích số 3 sau khi qua van giảm áp, 3, i3

- Đường hơi thoát ra từ bình phân ly vào BKK h, ih

- Đường nước đọng từ BGNCA số 3, ’

Enthalpy của hơi từ BGN nước bổ sung ibs 254,33

2.3.7 Bình gia nhiệt hạ áp số 4 (BGNHA 4)

Sơ đồ tính toán nhiệt cho BGNHA số 4 như bên dưới

'

v r

α h 4=α nn(ir HA 4−i v HA 4)

(i h 4 – i ’ đ 4 ) η 4 =

0,8417(588,7−483,2)(2874−566,3 ).0,98 =0,032

2.3.8 Tính cân bằng nhiệt cho BGNHA 5 và 6

Sơ đồ tính toán nhiệt cho BGNHA 5 và 6 :

HA5 = 483,2 kJ/kg , ir

HA6 = 371,2 kJ/kg, iv

HA6= 139,9 kj/kg

- Lượng nước ngưng chính qua BGNHA 4 là nn = 0,8417

- Lượng nước đọng từ BGNHA 4 về: h4 = 0,032

Ta có phương trình cân bằng năng lượng cho BGNHA 5 như sau:

- iv, ej +ch : entanpy và lượng nước đọng dồn về từ BGN làm mát hơi chèn và ejector ,

sơ bộ lấy trung bình là iv = 450kJ/kg, và : ej +ch = 0,005 + 0,005 = 0,01

- iv

lm :entanpy của nước làm mát bình ngưng, lấy trung bình iv

lm=105 kJ/kg

Kiểm tra cân bằng vật chất của chu trình tính tại bình ngưng theo hai cách:

-Tính theo đường hơi : với lượng hơi ban đầu 0 =1

Vì vậy kết quả tính toán trên là hợp lý.

2.3.11 Kiểm tra cân bằng công suất tuabin

Xác định lưu lượng hơi vào tuốc bin Do theo công thức 2.10 phần 2.5 TL1

Ta có hệ số không tận dụng nhiệt của dòng hơi trích và đường đi của QNTG

y i= i i−i k+(i sQNTG−i trQNTG)

i 0 '−i k+(i sQNTG−i trQNTG)

ik = 2359,1 kJ/kg là entanpy hơi thoát vào bình ngưng

Có được tổng ∑

i=1

7

α i y i=0,274_Với ηg, ηm – hiệu suất truyền động cơ khí Chọn 0.96

_Nhiệt giáng của dòng hơi hi = ii+1 - ii, kJ/kg

_Công suất trong tại mỗi điểm trích Ni = Di.hi, Kw

_Tổng công suất điện phát ra ở đầu máy phát (có tính đến các tổn thất cơ, truyền động…)

Từ đó ta tính được tổng lưu lượng hơi vào tuabin theo công thức 2.10 trang 43/TL1 là:

- Ne: Công suất điện cần thiết kế của tổ máy, [kW]

- io’, ik lần lượt là entanpy của hơi mới ở đầu vào tầng cánh đầu tiên và đầu ra khỏitầng cánh cuối cùng của tuabin, [kJ/kg]

- g và m lần lượt là hiệu suất máy phát điện và hiệu suất cơ khí chọn bằng 0,98Nên ❑g ❑m=0,98.0,98=0,96

- q QNTG=i sQNTG−i trQNTG= 3533,55-3111= 422,5 kJ/kg

2.3.12 Xác định các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của tổ máy.

2.3.12.1 Tiêu hao hơi của tuabin

D o=200000

¿ ¿

2.3.12.2 Suất tiêu hao hơi cho tuabin.

Suất tiêu hao hơi cho tua bin có ý nghĩa rằng phải dùng bao nhiêu kg hơi đưa vào tua bin

để sẩn xuất được 1kWh điện năng (1kWh= 1 số đồng hồ điện)

d o=D o

N e=

143,17

200000=0,0071 kg /k W h

2.3.12.3 Tiêu hao nhiệt cho thiết bị tuabin.

Tiêu hao nhiệt QTB cho thiết bị tuabin chính là lượng nhiệt của lò hơi phải cung cấp chínhcho tuabin và bình ngưng Ở đây tuanbin có QNTG:

Ta có: qQNTG= i2’ – itr2 = 3533,55 - 3111= 422,55kJ/kg

Vì hệ sốαQNTG là lượng hơi từ tuabin vào bộ QNTG nên

=> αQNTG = 0,9

Q TB=D o(i o−i nc+α QNTG q QNTG)=143,17(3461,56−1025,3+(422,55 0,9))=393249,7 k W

2.3.12.4 Suất tiêu hao nhiệt cho thiết bị tuabin.

Suất tiêu hao nhiệt cho tuabin là lượng nhiệt tiêu hao cho thiết bị tuabin để sản xuất ra1kWh điện năng

2.3.12.5 Tiêu hao nhiệt cho lò hơi.

Tiêu hao nhiệt cho lò hơi được hiểu là tổng lượng nhiệt tiêu hao cho lò hơi để sản xuất rahơi quá nhiệt ở đầu ra bộ quá nhiệt cuối cùng trước khi được dẫn sang gian đặt thiết bịtuabin

Q LH=D LH (i qn−i nc+α QNTG q QNTG) kW

Trong đó:

- DLH là lưu lượng nước cấp vào lò hơi Lưu lượng nước cấp vào lò hơi phải lớn hơn lưulượng hơi vào tuabin một lượng bằng tổng lượng nước xả lò, lưu lượng hơi chèn, lưu

lượng hơi cho ejector và các rò rĩ khác trong lò hơi và trên đường dẫn hơi mới sang giantuabin

Ta có: DLH = nc.Do = 1,02.143,17 =146,03 kg/s = 525,71 t/h

- iqn là entanpy của hơi quá nhiệt ra khỏi bộ quá nhiệt cuối cùng của lò hơi Áp suấthơi quá nhiệt sơ bộ chọn là 100 bar, nhiệt độ hơi quá nhiệt chọn gần đúng là 540 oC lớnhơn nhiệt độ hơi quá nhiệt vào tuabin 5 oC (535 oC) Tra bảng nước chưa sôi và hơi quánhiệt và nội suy ta có iqn = 3476,9 kJ/kg.Thay vào công thức trên ta có:

QLH =146,03.(3476,9 – 1025,3+(422,55.0,9)) = 383541,63 kW

2.3.12.6 Suất tiêu hao nhiệt cho lò hơi

Suất tiêu hao nhiệt cho lò hơi là lượng nhiệt mà nước nhận được ở lò hơi tính cho 1 đơn

vị điện năng sản xuất ra

q LH=Q LH

383541,63

200000 =1,917 kJ /k Ws=7441,2 kJ /k Wh

2.3.12.7 Tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy

Tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy là lượng nhiệt năng tiêu hao cho lò hơi mà nhiên liệu phảicung cấp

Theo trang 52 TL1 chọn hiệu suất lò hơi ❑LH=0,92

Q c=Q LH

❑LH=

383541,63

0,92 =416893,076 k W

2.3.12.8 Suất tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy

Suất tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy là tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy để sản xuất ra mộtđơn vị điện năng tính theo 1kWh

q c=Q c

N e=

416893,076

200000 =2,08 kJ /kWs=8640 kJ /k Wh

2.3.12.9 Hiệu suất truyền tải môi chất trong nhà máy.

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 chutrình nhiệt của nhà máy điện Nhưng thành phần tổn thất trên đường vận chuyển giữagian lò hơi và tuabin là lớn nhất nên hiệu suất truyền tải môi chất được quy về tính theotổn thất năng lượng trên đường dẫn hơi này

2.3.12.11 Hiệu suất của toàn tổ máy.

Hiệu suất của toàn tổ máy hay hiệu suất của toàn nhà máy nếu các tổ máy có cùng côngsuất điện với nhau Xác định theo tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy để sản xuất ra công suất

Ne của một tổ máy hay theo tiêu hao nhiệt cho toàn nhà máy để sản ra tổng công suất toànnhà máy

Theo công thức 2.23 trang 49/TL1 ta có:

❑c=N e

Q c=

200000

416893,07=0,444=44,4 %

2.3.12.12 Tiêu hao nhiên liệu cho toàn tổ máy trong nhà máy.

- Lượng nhiệt cung cấp cho lò hơi để gia nhiệt cho nước từ nước cấp 240 oC đến nhiệt độhơi quá nhiệt 540oC rồi vào giãn nở sinh công trong tuabin 200MW là do khói thoát racủa 2 tuabin khí 200MW, nhiệt độ khói thoát của tuabin khí 200MW là 597 oC với lưulượng là 702 kg/s

- Ở đây ta chọn nhiệt độ khói sau khi ra bộ tận dụng nhiệt của lò hơi là 260oC (phải lớn hơn nhiệt độ nước cấp khoảng 20 oC)

Lượng nhiệt do khói thải từ 2 tuabin khí 200MW là Qkhói = GCp(tthaiv- tthair)

Trong đó :

G là lưu lượng khói thải của 2 tuabin 200MW G=2.585=1404kg/s

Cp Nhiệt dung riêng của khói thải coi như Cp=1,004 kJ/kg

tthaiv, tthair nhiệt độ khói thải vào và ra khỏi lò hơi thu hồi nhiệt tthaiv= 597 oC, tthair_= 260 oCThay số Qkhói = Qkhói= 1404.1,004(597-257) = 419360,76 kW

So sánh với Q c=416893,07thấy Qkhói > Q c thõa điều kiện

Vậy lượng khói thực tế cung cấp cho lò hơi thu hổi nhiệt là:

Q c= Gtt Cptthaiv- tthair) suy ra Gtt =951,85 kg/s tương đương mỗi tuabinlà 475,92 kg /s

Vì đây là tuabin ngưng hơi tận dụng khói thải của tuabin khí nên suất tiêu hao nhiên liệu phụ thuộc vào suất tiêu hao nhiên liệu của 2 tuabin khí

Theo công thức 2.25 trang 49/TL1 (Qth = 30000 kJ/m3)

B th= 2 N e

❑tb Q th lv= 2.200000

0,495.30000=26, m3 /s

CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ NHÀ MÁY

3.1 Lựa chọn thiết bị chính của nhà máy

Thiết bị chính của nhà máy điện bao gồm lò hơi và tuabin,Trong phần tính toán ở chương

2 ta đã chọn tuabin,do vậy trong mục này ta chỉ cần đề cập đến việc lựa chọn lò hơi

- Chọn năng suất, loại và số lượng lò hơi dựa trên cơ sở sau:

+ Đảm bảo cung cấp đủ hơi

+ Tổn hao kim loại và giá thành thấp

+ Áp dụng cấu trúc là hợp lý, dùng cùng một loại và cùng năng suất trongmột khối cũng như trong toàn nhà máy

Tổng năng suất định mức của lò hơi làm việc phải cao hơn phụ tải cực đại của lò hơimột ít Phụ tải hơi của lò hơi bao gồm lượng hơi cực đại đến tuabin làm việc, lượng hơichèn, tiêu hao hơi cho Ejectơ, tổn thất rò rỉ hơi, xả lò Phụ tải hơi của lò được chọn theotiêu hao hơi cho tuabin có kể đến rò rỉ và lấy thêm 3% dự trữ

Gọi phụ tải hơi của lò là D thì:

D = D0 (1 + rr) 1,03Trong đó:

1 + rr: hệ số tính đến tổn thất rò rỉ hơi1,03: hệ số tính đến độ dự trữ

D0 =143,17 kg/s: lưu lượng hơi mới

 D = 143,17(1 + 0,01) 1,03

D = 148,94 kg/s Hay D = 536,18 t/h

Với sản lượng này ta chọn cho một lò hơi Vậy lò hơi nhà máy có các thông số nhưsau :

- Sản lượng hơi 540 t/h

- Thông số hơi quá nhiệt + Nhiệt độ: 5400C + Áp suất: 90 at

- Nhiên liệu: khí đồng hành có thành phần và đặc tính như sau:

Khí đồng hành khi được tách khỏi dầu thô là hỗn hợp chủ yếu gồm etan(C2H6), propan (C3H8), butan (C4H10) và pentan (C5H12) Ngoài ra còn những tạp chấtkhông mong muốn như nước, sunlfua hidro (H2S), CO2, Helium (He), Nito (N2) và một

-Để chọn bơm ta dựa vào các thông số sau:

+Lưu lượng nước cấp cho một khối:

Dnc = D0.α nc = 143,17.1,02 = 146,03 kg/s

 Lưu lượng nước cấp của một bơm có kể đến 5% dự trữ là: