Tặ ĩNG HOẽA QUAẽ TRầNH NHIT - PHệN III 139 1.5.2 Sồ õọử õióỷn õióửu khióứn tổỷ õọỹng loỡ hồi Sồ õọử nọỳi dỏy tuớ õióỷn õióửu khióứn . Tặ ĩNG HOẽA QUAẽ TRầNH NHIT - PHệN III 140 Maỷch õióỷn õióửu khióứn tổỷ õọỹng hóỷ thọỳng loỡ hồi õọỳt dỏửu Maỷch õióỷn õọỹng lổỷc vaỡ õióửu khióứn loỡ hồi õọỳt õióỷn . - 8 - CHỈÅNG 1 LËCH SỈÍ PHẠT TRIÃØN CA TÚC BIN Khi nọi vãư túc bin chụng ta thỉåìng gàûp 3 loải túc bin: túc bin håi, túc bin khê v túc bin nỉåïc. Ngy nay túc bin l bäü pháûn ráút quan trng trong cạc nh mạy nhiãût âiãûn (túc bin håi, túc bin khê) v trong nh mạy thy âiãûn (túc bin nỉåïc). Giạo trçnh ny ch úu trçnh by vãư túc bin håi v túc bin khê. 1.1- Túc bin håi: Túc bin håi ra âåìi cạch âáy hån 100 nàm. Trong thãú k 19 mạy håi nỉåïc pit täng l mạy nhiãût ch úu. Nàm 1883 láưn âáưu tiãn túc bin håi âỉåüc âỉa vo thỉí nghiãûm v â nhanh chọng phạt triãøn hån hàón mạy håi nỉåïc nhåì nhỉỵng ỉu âiãøm sau âáy: - Cäng sút låïn hån nhiãưu do ta sỉí dủng âỉåüc mäüt lỉåüng håi låïn - Håi cọ thãø gin nåí tỉì ạp sút cao xúng ạp sút ráút tháúp vç váûy náng cao âỉåüc hiãûu sút. - Cọ thãø thu häưi lải nỉåïc ngỉng trong mäüt chu trçnh nỉåïc - håi khê nẹn, tàng cháút lỉåüng nỉåïc cáúp våïi cạc thäng säú cao. - Chảûy ãm hån mạy håi nỉåïc, thûn tiãûn trong váûn hnh Hçnh 1.1: Så âäư màût càõt Túc bin xung lỉûc mäüt táưng 1- Trủc túc bin 2- Âéa 3- Cạch âäüng 4- Dy äúng phun 5- Thán Túc bin 6- ÄÚng thoạt - 9 - Hỗnh 1.2: Mọ hỗnh tuọỳc bin hồi hióỷn õaỷi - haợng Siemens Nm 1883 Gustav de Laval (Thuỷy õióứn) õaợ chóỳ taỷo ra tuọỳc bin õỏửu tión. ỏy laỡ tuọỳc bin xung lổỷc mọỹt tỏửng, cọng suỏỳt 3,7 kW, sọỳ voỡng quay rỏỳt lồùn, lón õóỳn 32.000 voỡng/phuùt, õổồỹc nọỳi qua họỹp giaớm tọỳc vồùi maùy phaùt õióỷn - hồi õi qua ọỳng phun daỡy (ọỳng phun Laval), tng tọỳc, coù õọỹng nng lồùn sau õoù õi vaỡo caùnh quaỷt õọỹng õổồỹc gừn trón õốnh tuọỳc bin. Taỷi õỏy õọỹng nng bióỳn thaỡnh cồ nng laỡm quay truỷc tuọỳc bin Nm 1884 Charles Parsons (Anh quọỳc) õaợ chóỳ taỷo ra tuọỳc bin phaớn lổỷc õỏửu tión. Tuọỳc bin coù cọng suỏỳt 5 kW, sọỳ voỡng quay 18.000 voỡng/phuùt, õổồỹc nọỳi trổỷc tióỳp vồùi maùy phaùt õióỷ n mọỹt chióửu, aùp suỏỳt hồi mồùi 0,7 MPa. ỏy laỡ mọỹt tuọỳc bin nhióửu tỏửng (mọựi tỏửỡng gọửm mọỹt daợy ọỳng phun vaỡ daợy caùnh õọỹng lióửn nhau) õổồỹc gừn trổỷc tióỳp lón truỷc hỗnh tang trọỳng Hồi õổồỹc giaợn nồớ lión tuỷc trong caùc tỏửng, õọỹng nng ra khoới tỏửng trổồùc õổồỹc sổớ duỷng mọỹt phỏửn ồớ tỏửng sau. Do õoù laỡm giaớm õổồỹc tọứn thỏỳt tọỳc õọỹ ra, nỏng cao õổồỹc hióỷu suỏỳt cuớa tuọỳc bin. Trong tuọỳc bin loaỷi naỡy, hồi khọng nhổợng giaợn nồớ trong ọỳng phun maỡ coỡn caớ trong caùnh quaỷt õọỹng. Nm 1896 Charles Curtis (Myợ) õổa vaỡo vỏỷn haỡnh tuọỳc bin coù tỏửng tọỳc õọỹ. Trong tỏửng tọỳc õọỹ naỡy caùc caùnh quaỷt õổồỹc gừn lón cuỡng mọỹt õốnh coù nhióử u daợy kóử nhau. Nhồỡ õoù giaớm õổồỹc sọỳ voỡng quay vaỡ õồn giaớn trong truyóửn õọỹng. - 10 - Nm 1900 ra õồỡi tuọỳc bin xung lổỷc nhióửu tỏửng õỏửu tión cuớa kyợ sổ ngổồỡi Phaùp Rateau vồùi cọng suỏỳt 735 kW. 1903 nhaỡ baùc hoỹc ngổồỡi Thuỷy syợ Aurel Stodola lỏửn õỏửu tión trỗnh baỡy vóử lyù thuyóỳt tuọỳc bin hồi. 1904 Tuọỳc bin xung lổỷc nhióửu tỏửng vaỡ ọỳng phun coù mióửn cừt vaùt cuớa Heinrich Zoelly ( Thuỷy sộ ), cọng suỏỳt 1100 kW. 1907 Haợng BBC ( Thuỷy syợ ) chóỳ taỷo tuọỳc bin hồi cọng suỏỳt 5000 kW õỏửu tión vồùi sọỳ voỡng quay laỡ 1000 voỡng/phuùt, coù tỏửng tọỳc õọỹ vaỡ tỏửng phaớn lổỷc. 1912 Tuọỳc bin hổồùng truỷc õỏửu tión cuớa hai anh em Ljungs Trons ngổồỡi Thuỷy õióứn. Loaỷi tuọỳc bin hổồùng truỷc naỡy vóử sau ờt õổồỹc phọứ bióỳn do haỷn chóỳ vóử cọng suỏỳt. Hỗnh 1.3: Tuọ ỳc bin phaớn lổỷc nhióửu tỏửng 1- Thỏn tuọỳc bin 2-3 - Caùnh õọỹng 4-5 - Caùnh tộnh 6 - Thỏn ngoaỡi 7 - Hồi vaỡo 8 - Thỏn tuọỳc bin 9 - ổồỡng hồi mồùi 10 - Cổớa thoaùt Hỗnh 1.4: Sồ õọử Tuọỳc bin hổồùng truỷc 1,2 - ộa Tuọỳc bin 3 - ng dỏựn hồi mồùi 4,5 - Truỷc Tuọỳc bin 6,7 - Caùch quaỷt tỏửn trung gian 8 - Thỏn Tuọỳc bin - 11 - 1925 Haợng AEG ( ổùc ) vaỡ BBC ( Thuỷy õióứn ) nỏng thọng sọỳ cuớa hồi lón õóỳn P = 3,5 ữ 5,5 MPa, nhióỷt õọỹ t = 450 o C 1930 Tuọỳc bin cao aùp õỏửu tión cuớa thóỳ giồùi ra õồỡi do haợng BBC chóỳ taỷo vồùi aùp suỏỳt P = 19,5 Mpa , t = 500 o C , õỏy laỡ tuọỳc bin thổớ nghióỷm nón cọng suỏỳt chố mồùi õaỷt 4 MW. 1930 Tuọỳc bin 2 truỷc vồùi cọng suỏỳt 160 MW BBC vaỡ 210 MW (GE, Westinghouse) 1931 Tuọỳc bin mọỹt truỷc vồùi cọng suỏỳt 160 MW (GE) 1954 Nhaỡ maùy õióỷn nguyón tổớ õỏửu tión ra õồỡi ồớ Dbnisk (Lión xọ cuợ) vồùi tuọỳc bin hồi ỏứm. 1956 Tuọỳc bin sióu tọỳc vồùi thọng sọỳ hồi P = 24 MPa, t = 560 o C cuớa haợng Siemens (ổùc) vaỡ GE (Myợ) 1960 Caùc tuọỳc bin cọng suỏỳt 500MW õỏửu tión ra õồỡi. ( Myợ, Anh, Thuỷy sộ ). 1970 Tọứ hồỹp Tuọỳc bin maùy phaùt 1000 MW õỏửu tión vaỡ 1300 MW - Tuọỳc bin hai truỷc cuớa haỡng BBC ra õồỡi. Song song vồùi vióỷc tng cọng suỏỳt caùc tọứ maùy, thọng sọỳ hồi vaỡ hióỷu suỏỳt cuớa caùc tuọỳc bin naỡy ngaỡy mọỹt tng. Trón hỗnh 1.4 bióứu thở quaù trỗnh phaùt trióứn cuớa thọng sọỳ hồi, hióỷu suỏỳt vaỡ cọng suỏỳt cuớa tọứ hồỹp tuọỳc bin maùy phaùt tổỡ gỏửn mọỹt thóỳ kyớ nay. N 0,1 0,4 0,3 0,2 0,5 1900 1925 1950 1975 2000 300 400 500 600 700 200 o 800 P(MW) 200 400 600 800 1200 1000 0 0,6 0 10 20 30 40 PE(MW) TE( C) T P P E E Hỗnh 1.5: Quaù trỗnh phaùt trióứn thọng sọỳ hồi, hióỷu suỏỳt vaỡ Cọng suỏỳt tuọỳc bin hồi - 12 - gy nay túc bin l mäüt trong nhỉỵng thiãút bë chênh âãø sn xút ra âiãûn nàng trãn thãú giåïi. Khäúi túc bin låïn nháút cọ cäng sút 1300 MW, thäng säú håi P = 16 MPa, t = 540 o C (dỉåïi tåïi hản). Túc bin trong nh mạy âiãûn ngun tỉí cọ cäng sút lãn âãún 1500 MW. Tuy nhiãn âáy l túc bin håi áøm våïi P = 3 ÷ 7 MPa, t = 300 ÷ 310 o C. Trong tỉång lai gáưn, thäng säú ca cạc túc bin håi s lãn âãún 35 MPa/700 o C. Bãn cảnh âọ viãûc tàng âäü tin cáûy v kh nàng váûn hnh an ton cạc túc bin cng âỉåüc quan tám. Âãø gim giạ thnh v gim ä nhiãùm mäi trỉåìng cáưn thiãút phi náng cao hiãûu sút ca nh mạy nhiãût âiãûn. Ngy nay hiãûu sút ny cọ thãø lãn âãún 35 - 45 %. Mäüt trong nhỉỵng biãûn phạp thêch håüp nháút âãø náng cao hiãûu sút l thỉûc hiãûn sn xút phäúi håüp âiãûn nhiãût nàng v chu trçnh häùn håüp khê - håi. Hiãûn nay cạc hng chãú tảo túc bin trãn thãú giåïi cọ ráút nhiãưu, trong âọ âạng kãø l ABB (Thủy sé), Siemens (Âỉïc), GE (M), LMZ (Nga), Skoda (Tiãûp) Viãût nam hiãûn ny chỉa chãú tảo âỉåüc túc bin. Vo âáưu nhỉỵng nàm 70 â cọ dỉû âënh xáy dỉûng nh mạy chãú tảo túc bin, â cỉí ngỉåìi âi thỉûc táûp åí cạc nỉåïc XHCN lục báúy giåì. Tuy váûy , do hon cnh chiãún tranh, trçnh âäü k thût lảc háûu v nãưn kinh tãú úu kẹm, dỉû ạn ny khäng thỉûc hiãûn âỉåüc. Nhỉỵng túc bin âáưu tiãn åí nỉåïc ta âỉåüc nháûp tỉì thåìi Phạp, cäng sút tỉì 1 - 5 MW, sau nàm 1954 åí miãưn Bàõc â cọ cạc túc bin trung ạp ca Liãn xä (c), Trung qúc, cäng sút tỉì 6 - 50 MW. Gáưn âáy â cọ cạc täø mạy 66 MW v 100 MW åí Th Âỉïc v Ph Lải. Nọi chung so våïi thãú giåïi cạc túc bin ny ráút nh bẹ, lảc háûu. 1.2- Túc bin khê Khại niãû m vãư túc bin khê â cọ cạch âáy khong 200 nàm. Âọ l mäüt âäüng cå nhiãût, thỉûc hiãûn quạ trçnh biãún họa nàng ca nhiãn liãûu trong bưng âäút åí nhiãût âäü cao thnh cå nàng nhåì nhỉỵng bäü pháûn mạy quay cọ cạnh. Ngun l lm viãûc ny âỉåüc thỉûc hiãûn ch úu qua hai chu trçnh våïi quạ trçnh chạy âàóng ạp (chu trçnh Bragton) v chu trçnh chạy âàóng têch (chu trçnh Hunphrey). Túc bin khê våïi chu trçnh chạy âàóng ạp âáưu tiãn cọ cäng sút 400 kW âỉåüc Armangen v Laval âỉa vo sỉí dủng nàm 1905. Sau âọ 4 nàm Holzwarth chãú tảo thnh cäng túc bin khê theo chu trçnh chạy âàóng têch. Trong mäüt thåìi gian di cạc túc bin khê ny lm viãûc våïi hiãûu sút ráút tháúp tỉì 3 ÷ 15 % . Mi âãún nàm 1930 Whittle thiãút kãú túc bin khê dng cho âäüng cå mạy bay. Ỉu âiãøm låïn ca loải túc bin ny l hiãûu sút nhiãût cao hån cạc âäüng cå âäút trong kiãøu Pistäng thënh hnh lục báúy giåì. Nàm 1937 mạy bay cọ âäüng cå l túc bin khê âáưu tiãn ra âåìi . [GTTB] - 13 - óứ tng hióỷu suỏỳt vaỡ cọng suỏỳt tuọỳc bin ngổồỡi ta sổớ duỷng caùc sồ õọử nhióỷt phổùc taỷp, laỡm maùt cuợng nhổ quaù nhióỷt trung gian, hoỷc laỡm nhióửu truỷc. Nhồỡ vỏỷy maỡ cọng suỏỳt, hióỷu suỏỳt cuớa tuọỳc bin tng lón khọng ngổỡng Hỗnh 1.7: Tuọỳc bin khờ V94.3 cuớa haợng Siemens 1930 1950 1970 1990 2000 400 600 800 1000 1200 T ( C) o 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 100 400 200 P(MW) 300 P T Hỗnh 1.6:Quaù trỗnh phaùt trióứn caùc thọng sọỳ tuọỳc bin khờ - 14 - Âàûc biãût trỉåïc v trong chiãún tranh thãú giåïi thỉï II cạc nỉåïc tham chiãún ln tçm cạch tàng sỉïc mảnh v täúc âäü ca mạy bay chiãún âáúu nhåì cạc túc bin khê cọ sỉïc kẹo låïn. Sau chiãún tranh, túc bin khê cng âỉåüc phạt triãøn nhanh hån, â loải cạc âäüng cå pit-täng ra khi pháưn låïn cạc mạy bay chiãún âáúu v bàõt âáưu âỉåüc sỉí dủng räüng ri âãø phạt âiãûn. Theo [ 1 ] thç nhỉỵng thnh tỉûu âạng kãø âảt âỉåüc trong lénh vỉûc túc bin khê nhỉ sau : 1939 Túc bin khê phạt âiãûn âáưu tiãn do hng BBC (Thủy sé) chãú tảo våïi cäng sút 4 MW v hiãûu sút 17%. 1941 Túc bin khê cho mạy bay âáưu tiãn ca Junkers v BMW (Âỉïc) v Rolls - Royce (Anh). 1949 Túc bin khê âáưu tiãn cho nh mạy âiãû n gạnh phủ ti ngn ca hng BBC cäng sút 27 MW, hai trủc, nhiãût âäü vo 650 o C. Âáy l loải túc bin chênh ca nh mạy âiãûn trong nhỉỵng nàm 50. 1960 láưn âáưu tiãn âỉa vo sỉí dủng cạc âäüng cå mạy bay âãø phạt âiãûn trong cạc nh mạy âiãûn gạnh phủ ti ngn, v sau âọ âãø truưn âäüng cho båm, mạy nẹn v tu chiãún (Anh, Âỉïc, M) 1965 Hng GE (m) cho ra âåìi täø håüp túc bin khê mäüt trủc 15 MW, bàõt âáưu mäüt thåìi k måïi phạt triãøn cạc túc bin mäüt trủc, kãút cáúu gn nhẻ, chảy äøn âënh. Cng trong nàm ny, láưn âáưu tiãn chu trçnh häùn håüp âỉåüc ạp dủng åí nh mạy âiãûn Hohr Wand (Ạo) (Cäng trçnh túc bin khê 10 MW phäúi håüp våïi chu trçnh håi, hiãûu sút âảt âãún 41,6%) 1974 Túc bin khê mäüt trủ c âáưu tiãn våïi cäng sút lãn âãún 100 MW åí nh mạy âiãûn Leopoldau (Ạo). 1980 Túc bin khê mäüt trủc cäng sút 125 MW (V.94) ca KWU (Âỉïc) âỉåüc âỉa vo sỉí dủng. 1982 Nh mạy âiãûn chu trçnh häùn håüp våïi cäng sút mäùi khäúi 375 MW, hiãûu sút 42,3% âỉåüc âỉa vo váûn hnh åí Bank PaKong (Thại lan) 1990 Túc bin khê mäüt trủc âảt cäng sút låïn hån 200 MW, nhiãût âäü vo låïn hån 1200 o C hiãûu sút låïn hån 36% â âỉåüc cạc hng sn xút hng loảt , cung cáúp cho cạc nh mạy âiãûn, âàûc biãût åí cạc nỉåïc âang phạt triãøn. 1.3- Phán loải túc bin håi nỉåïc. Ty thüc vo tênh cháút ca qụa trçnh nhiãût cọ thãø phán biãût cạc loải túc bin håi nỉåïc ch úu nhỉ sau : 1) Túc bin ngỉng håi : Trong âọ ton bäü lỉu lỉåüng håi måïi, trỉì lỉåüng håi trêch gia nhiãût, âãưu âi qua pháưn chuưn håi, gin nåí âãún ạp sút bẹ hån ạp sút khê - 15 - quøn, räưi vo bçnh ngỉng, trong âọ nhiãût ca håi thoạt truưn cho nỉåïc lm mạt v máút âi mäüt cạch vä êch 2) Dng túc bin âäúi ạp : Håi thoạt trong túc bin ny âỉåüc dáùn vãư häü tiãu thủ nhiãût âãø dng cho mủc âêch sinh hoảt hồûc cäng nghiãûp. Túc bin lm viãûc våïi chán khäng xáúu cng âỉåüc xãúp vo loải ny. Trong loải ny håi gin nåí tåïi ạp sút dỉåïi ạp sút khê quøn, cn nhiãût ca nỉåïc lm mạt bçnh ngỉng thç âỉåüc dng cho cạc nhu cáưu sinh hoảt, sỉåíi, hay l cho mủc âêch näng nghiãûp. Håi thoạt ca túc bin âäúi ạp cng âỉåüc sỉí dủng âãø chảy túc bin håi khạc . Túc bin nhỉ váûy âỉåüc g i l túc bin âàût chäưng 3) Túc bin ngỉng håi cọ cỉía trêch âiãưu chènh trung gian. Trong túc bin ny håi trêch tỉì táưng trung gian âỉåüc dáùn vãư häü tiãu thủ nhiãût, lỉåüng håi cn lải tiãúp tủc lm viãûc trong cạc táưng khạc v âi vo bçnh gia nhiãût, lỉåüng håi cn lải tiãúp tủc lm viãûc trong cạc táưng khạc v âi vo bçnh ngỉng. Ạp sút håi trêch âỉåüc tỉû âäüng duy trç åí mỉïc khäng âäøi. Nãúu häü tiãu thủ nhiãût u cáưu håi cọ ạp sút khạc nhau thç trong mäüt túc bin cọ thãø thỉûc hiãûn hai cỉía trêch håi âiãưu chènh trung gian. Säú lỉåüng cỉía trêch låïn hån nỉỵa khäng phi l phäø biãún. 4) Túc bin cọ cỉía trêch håi âiãưu chènh v âäúi ạp Âã ø phủc vủ cạc häü tiãu thủ nhiãût cọ nhu cáưu håi våïi ạp sút khạc nhau, cọ thãø dng túc bin cọ trêch håi âiãưu chènh v âäúi ạp, trong âọ mäüt pháưn håi våïi ạp sút khäng âäøi âỉåüc trêch tỉì táưng trung gian. Pháưn håi cn lải, sau khi âi qua cạc táưng tiãúp theo, cng s dáùn vãư häü tiãu thủ nhiãût våïi ạp sút tháúp hån. Ty thüc vo ạp sút ca håi dáùn vo túc bin m chia ra : a) Túc bin tháúp ạp, våïi ạp sút håi måïi 1,2 ÷2 bar b) Túc bin trung ạp, våïi ạp sút håi måïi khäng quạ 40 bar. c) Túc bin cao ạp, våïi ạp sút håi måïi tỉì 60 âãún 140 bar. d) Túc bin trãn cao ạp, våïi ạp sút trãn 140 bar. Ty theo cäng dủng ca túc bin håi cáưn phán biãût : 1/ Túc bin âãø truưn âäüng mạy phạt âiãûn. Nhỉỵng túc bin ny thỉåìng âỉåüc näúi trỉûc tiãúp våïi mạy phạt âiãûn v lm viãûc våïi säú vng quay khäng âäøi. Våïi táưn säú 50 Hz túc bin âỉåüc chãú tảo v lm viãûc åí 3000 v/f âãø kẹo mạy phạt âiãûn hai cỉûc. Nãúu âãø kẹo mạy phạt âiãûn bänú cỉûc thç säú vng quay ca túc bin s l 1500v/f. Túc bin våïi cäng sút bẹ (2500 kW v tháúp hån) thỉåìng âỉåü c chãú tảo våïi säú vng quay cao. (5000v/f v trãn nỉỵa) v näúi våïi mạy phạt qua häüp gim täúc. Täúc bin nhỉ váûy âỉåüc gi l túc bin truưn âäüng cọ häüp gim täúc. . quøn, räưi vo bçnh ngỉng, trong âọ nhiãût ca håi thoạt truưn cho nỉåïc lm mạt v máút âi mäüt cạch vä êch 2) Dng túc bin âäúi ạp : Håi thoạt trong túc bin ny âỉåüc dáùn vãư häü tiãu thủ nhiãût. Sồ õọử nọỳi dỏy tuớ õióỷn õióửu khióứn . Tặ ĩNG HOẽA QUAẽ TRầNH NHIT - PHệN III 140 . mäüt táưng 1- Trủc túc bin 2- Âéa 3- Cạch âäüng 4- Dy äúng phun 5- Thán Túc bin 6- ÄÚng thoạt - 9 - Hỗnh 1.2: Mọ hỗnh tuọỳc bin hồi hióỷn õaỷi - haợng