Tính Toán Kiểm Tra Nhiệt Nhà Máy Nhiệt Điện Chu Trình Hỗn Hợp

Để đáp ứng tăng trưởng kinh tế cao trong giai đoạn hiện nay củng như đảm bảo an ninh năng lượng

Lời nói đầu

Để đáp ứng tăng trưởng kinh tế cao trong giai đoạn hiện nay củng như đảm bảo

an ninh năng lượng cần phát triển mạnh việc sản xuất điện nói chung và các nhà máy nhiệt điện nói riêng

Nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp (Combined cycles power plant – CCPP)

ra đời trong những năm gần đây, với công nghệ tiến nó đã phát triển nhanh chóng và được chuyển giao khắp thế giới Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2006–2015 có xét đến 2025, Chính phủ củng đã ưu tiên phát triển loại nhà máy điện này

Vì vậy cần phải đánh giá một cách toàn diện về Nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp để xây dựng hợp lý và khai thác tối đa hiệu quả của nó Xuất phát từ yêu cầu

đó tôi được giao nhiệm vụ cho đồ án Tốt nghiệp là “ Tính Toán Kiểm Tra Nhiệt Nhà Máy Nhiệt Điện Chu Trình Hỗn Hợp” để đánh giá hiệu suất nhiệt của nó

Bằng nổ lực bản thân cùng với sự hướng dẫn tận tình của TS Trần Thanh Sơn

và các Kỹ sư ở các nhà máy điện Cà Mau 1, Phú Mỹ 3, tôi đã hoàn thành đề tài với cácphần chính sau:

- Chương 1: Khái quát chung

- Chương 2: Nguyên lý nhiệt động chu trình hỗn hợp trong nhà máy nhiệt điện

- Chương 3: Các thành phần thiết bị chính của nhà máy nhiệt điện CCPP

- Chương 4: Tính toán kiểm tra nhiệt nhà máy nhiệt điện Cà Mau 1

Do thời gian hạn chế, củng như kiến thức còn khiếm khuyết nên không thể tránh khỏi sai sót Rất mong được sự chỉ dạy, góp ý của thầy cô và các anh chị để tôi ngày một hoàn thiện hơn

Lời cuối tôi chân thành cảm ơn thầy Trần Thanh Sơn, cùng các thầy cô giáo trong khoa Công Nghệ Nhiệt-Điện Lạnh đã giúp tôi hoàn thành Đồ án này!

Đà Nẳng, tháng 5 năm 2008Sinh viên: Lý Hoàng Minh

Chương 1

Giới thiệu chung

1.1 Giới thiệu về điện năng

Năng lượng điện ngày càng đóng vai trò quan trọng trên thế giới, là nhu cầu không thể thiếu cho xã hội phát triển Dựa vào khả năng sản suất và tiêu thụ điện năng mà ta có thể đánh giá được phần nào về sự phát triển của nền công nghiệp nước đó Điện năng được sản xuất theo nhiều cách khác nhau và tuỳ theo loại năng lượng chuyển hoá thành điện năng mà người ta chia ra các loại nhà máy điệnnhư:

- Nhà máy nhiệt điện

- Nhà máy thuỷ điện

- Nhà máy điện nguyên tử

- Nhà máy phong điện (dùng sức gió)

- Nhà máy điện năng lượng mặt trời

Hiện nay phổ biến nhất là nhà máy nhiệt điện ở đó nhiệt năng khi đốt các nhiên liệu hữu cơ như: than, dầu, khí đốt…được biến đổi thành điện năng Trên thế giới hiện nay 70% lượng điện được sản xuất bởi các nhà máy nhiệt điện Riêng ở Việt Nam lượng điện năng do các nhà máy nhiệt điện sản xuất ra củng chiếm hơn 55 % lượng điện toàn quốc nhưng còn phụ thựôc vào nguồn nhiên liệu dự trữ sẵn có, điều kiện kinh tế củng như sự phát triển của khoa học kỹ thuật

Trong những thập kỷ gần đây nhu cầu về nhiên liệu lỏng trong công nghiệp, giao thông vận tải và sinh hợt ngày càng tăng, trong khi trữ lượng các mỏ dầu đang giảm dần Do đó người ta đã hạn chế dùng nhiên liệu lỏng cho các nhà máy nhiệt điện,

mà chủ yếu sủa dụng nhiên liệu rắn và nhiên liệu khí làm những nhiên liệu chính của nhà máy nhiệt điện

1.2 Phân loại nhà máy nhiệt điện

Nhà máy nhiệt điện đốt nhiên liệu hưu cơ có thể chia ra các loại sau:

 Phân loại theo nhiên liệu sử dụng:

- Nhà máy đốt nhiên liệu rắn

- Nhà máy đốt nhiên liệu lỏng

- Nhà máy đốt nhiên liệu khí

- Nhà máy đốt hai hoặc ba laoi nhiên liệu trên (hỗn hợp)

 Phân loại theo tuabin máy phát:

- Nhà máy nhiệt điện tuabin hơi

- Nhà máy nhiệt điện tuabin khí

- Nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp tuabin khí-hơi

 Phân loại theo dạng năng lượng được cấp đi:

- Nhà máy nhiệt điện ngưng hơi: chỉ sản xuất điện

- Trung tâm nhiệt điện: cung cấp cả điện và nhiệt

 Phân loại theo kết cấu công nghệ

- Nhà máy nhiệt điện kiểu khối

- Nhà máy nhiệt điện kiểu không khối

 Phân loại theo tính chất mang tải

- Nhà máy nhiệt điện phụ tải gốc, có số giờ sử dụng công suất đặt hơn 5.103 giờ

- Nhà máy nhiệt điện phụ tải giữa, có số giờ sử dụng công suất đặt khoảng (3 – 4).103 giờ

- Nhà máy nhiệt điện phụ tải đỉnh, có số giờ sử dụng công suất đặt khoảng 1500 giờ

1.3 Khái quát chung về nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp

tuabin khí - hơi

Các tài liệu khoa học thường đưa ra đề nghị kết hợp hai hay nhiều chu trình nhiệt với nhau trong một nhà máy nhiệt điện, với mục đích làm tăng hiệu suất so với các chu trình đơn Về mặt lý thuyết hiệu suất nhiệt khi kết hợp các quá trình nhiệt với nhau dù chúng có hoạt động trong cùng điều kiện làm việc hoặc khác nhau hay không Tuy nhiên sự kết hợp giữa các chu trình có điều kiện làm việc làm việc khác nhau thường được quan tâm nhiều hơn vì thuận lợi của chúng là có thể bổ sung cho nhau

Thông thường các chu trình được đặt ở “đầu” và “cuối” của chu trình chung

“Chu trình đầu” là chu trình đầu tiên mà hầu như nhiệt lượng được cấp ở chu trình này, nhiệt thải của nó sinh ra được sử dụng cho quá trình kế tiếp có nhiệt độ làm việc thấp hơn vì thế có thể gọi là “ chu trình cuối”

Việc chọn lựa hợp lý điều kiện làm việc giúp tạo ra khả năng một chu trình toàndiện với các quá trình nhiệt động tối ưu của nhiệt lượng ở dãi nhiệt độ cao và nhiệt thừa trao đổi ở môi trường mức nhiệt độ thấp nhất có thể có Thường chu trình đầu vàchu trình cuối đi theo cặp trong một bộ (hệ thống) biến đổi nhiệt

Quay trở lại hiện tại chỉ một chu trình hỗn hợp được công nhận rộng rải nhiều nơi đó là nhà máy nhiệt điện hỗn hợp tuabin khí/ tuabin hơi Bởi vì nhà máy loại này

sử dụng được hầu hết các nhiên liệu hóa thạch (đặc biệt là nhiên liệu lỏng hoặc khí) Hình vẽ 1 sơ đồ đơn giản cho việc lắp đặt một hệ thống loại này, trong đó một chu trình mở tuabin khí kèm theo sau bởi một quá trình hơi Nhiệt thừa từ tuabin khí được dùng để sản sinh hơi cấp cho tuabin hơi

Hình 1.1: Sơ đồ đơn giản hệ thống nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp tuabin

khí-hơi

3 – Thiết bị sinh hơi 4 – Tuabin hơi

5 - Thiết bị ngưng tụ 6 - Cửa cấp nhiên liệu tuabin khí

Những kiểu kết hợp khác có thể được ứng dụng như là quá trình bay hơi thủy ngân, hoặc chu trình bay hơi , hấp thụ nước trong dung môi hấp phụ (dung dịch kim loại Li/Br) hay hơi NH3.

- Quá trình bay hơi thủy ngân thi không còn ứng dụng nhiều kể từ khi nhà máy nhiệt điện hơi đối lưu đã đạt được hiệu suất cao hơn nó

- Môi chất hấp phụ hay hơi amoniac thì có những ưu điểm hơn so với nước ở dải nhiệt độ thấp như thiết bị gọn hơn, không gây ẩm ướt Tuy nhiên chúng

có nhược điểm là vốn đầu tư đắt, ảnh hưởng tới môi trường v.v là trở ngại lớn để thay thế cho quá trình hơi trong chu trình hỗn hợp của nhà máy nhiệt điện

Chúng ta đi đến kết luận rằng phương án kết hợp một chu trình mở của tuabin khí với một chu trình nước/hơi thì có hiệu quả nhất Tất nhiên một số trường hợp áp dụng đặc biệt có thể sử dụng riêng mỗi chu trình tuabin khí trong ngắn hạn

Hai lý do chính để chu trình hỗn hợp tuabin khí/ tuabin hơi dược áp dụng rộng rãi hơn so với các chu trình hỗn hợp khác trong nhà máy nhiệt điện

- Sử dụng chính các thiết bị đã có sẳn trong nhà máy nhiệt điện vận hành chu trình đơn Vì thế tiết kiệm được vốn đầu tư

- Không khí là một môi chất tương đối an toàn, sạch và rẻ có thể được sử dụng trong các tuabin khí hiện đại có mức nhiệt độ cao hơn (>10000C) Vì thế cung cấp được điều kiện tối ưu cho “chu trình đầu”

Ngoài ra quá trình hơi sử dụng nước củng là môi chất kinh tế và dễ kiếm, nhưngnên dùng ở phạm vi nhiệt độ trung bình và thấp Nhiệt độ nhiệt thừa từ tuabin khí hiện đại ngày nay rất thuận lợi cho quá trình hơi Vì lẽ đó hoàn toàn có lý khi sử dụng quá trình hơi làm chu “trình cuối” Thật ra trong lịch sử phát triển tuabin khí đã đề cập đến việc kết hợp tuabin khí/ tuabin hơi nhưng ứng dụng một cách rộng rãi chỉ mới những năm gần đây khi tuabin khí đạt đựơc nhiệt độ vào đạt được giá trị có thể tạo ra một

Ngày nay tổng công suất cài đặt của các nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp tuabin khí/ tuabin hơi trên toàn bộ thế giới đã trên 30.000 MW (1997), và đang tăng rấtnhanh hằng ngày.

Ở Việt Nam những năm gần đây để đáp ứng nhu cầu điện năng bức thiết của đất nước,hàng loạt các nhà máy, trung tâm nhiệt điện sử dụng chu trình hỗn hợp như:

- Nhà máy nhiệt điện Bà Rịa từ 1997 lắp đặt thêm các cụm đuôi phần hơi chu trình hỗn hợp đến nay nhà máy đạt công suất 340 MW

-Trung Tâm Nhiệt Điện Phú Mỹ tổng công suất hơn 3000 MW

- Nhà Máy Nhiệt Điện Cà Mau 1 công suất 750 MW

- Nhà Máy Nhiệt Điện Cà Mau 2 công suất 750 MW (đang xây dựng)

- Nhà Máy Nhiệt Điện Nhơn Trạch 1 công suất 450 MW

- Nhà Máy Nhiệt Điện Nhơn Trạch 2 công suất 750 MW (đang xây dựng)

- Nhà Máy Nhiệt Điện Ô Môn II công suất 750 MW (quy hoạch)

- Trung Tâm Nhiệt Điện Miền Nam tổng công suất 2250 MW (quy hoạch)

Chương 2

Nguyên lý nhiệt động chu trình hỗn hợp trong nhà máy nhiệt điện

2.1 Tiền đề cơ bản ( Hiệu suất chu trình Carnot )

Như đã biết, hiệu suất chu trình Carnot là hiệu suất lớn nhất của một chu trình nhiệt lý tưởng:

ηC _ Hiệu suất chu trình Carot

TW _ Nhiệt độ nguồn nhiệt cấp

TK _ Nhiệt độ môi trường

Trên thực tế hiệu suất các quá trình thực thấp hơn do các tổn thất Lý do đựoc đưa ra là do có sự khác biệt giữa năng lượng tổn thất và tổn thất execgy Năng lượng tổn thất là phần tổn thấ nhiệt chủ yếu (bức xạ nhiệt, trao đổi nhiệt đố lưu), và đó là năng lượng mất cho quá trình Mặt khác, tổn thất execgy là tổn thất bên trong bản thân của quá trình không thuận nghịch theo nguyên lý nhiệt động II

Hai lý do chính dẫn đến hiệu suất quá trinh thực thấp hơn hiệu suất chu trình Carnot:

- Thứ nhất, chênh lệch nhiệt độ trong quá trình cấp nhiệt cho chu trình rất lớn

Ví dụ trong nhà máy nhiệt điện hơi đối lưu, nhiệt độ hơi lớn nhất chỉ khoảng

810 0K, trong khi đó nhiệt độ tại buồng đốt trong lò hơi xấp xỉ 2000 0K

- Rồi thì nhiệt lượng thải ra từ quá trình cũng có nhiệt độ cao hơn môi trường xung quanh

Cả hai quá trình trao đổi nhiệt trên vì thế đều bị tổn thất

Cách tốt nhất để tăng hiệu suất là tìm cách giảm tổn thất, có thể thực hiện bằng cách tăng tối đa nhiệt độ của chu trình, giảm nhiệt thải ở nhiệt độ thấp nhất có thể

Từ lý luận đó, chu trình hỗn hợp được đặc biệt quan tâm và nghiên cứu.

Vì thực tế, không có chu trình đơn nào thực hiện cả hai việc trên được mức độ nhhư nhau, củng như giới hạn về vật liệu và khả năng chế tạo của nó, đó là lý do hợp

lý để chọn phương pháp kết hợp 2 chu trình: một với quá trình nhiệt độ cao, và một cho quá trình làm mát cuối cùng Trong một chu trình mở của tuabin khí, nhiệt độ quá trình có thể đạt được rất cao nhiệt được ccấp trực tiếp cho chu trình Tuy nhiên, nhiệt

độ khói thải từ tuabin khí vì thế củng kha cao Trong chu trình hơi, nhiệt độ quá trình lớn nhất không quá cao, nhưng nhiệt độ khó thải ra môi trường rất thấp

Như vậy chu trình hỗn hợp chu tuabin khí và tuabin hơi được xem là cung cấp một phương thức hợp lý nhất cho một chu trình nhiệt hiệu suất cao Khi so sánh với các chu trình đơn khác, ngay cả các chu trình được lắp đặt cải tiến rất công phu, phức tạp như kiểu nhà máy nhiệt điện ngưng hơi có gia nhiệt củng có hiệu suất Carnot lý thuyết thấp hơn 10-15 % so với chu trình hỗn hợp

Mặt khác tổn thất execgy của chu trình hỗn hợp tuabin khí – hơi củng lớn hơn

do chênh lệch nhiệt độ ở quá trình trao đổi nhiệt giữa nhiệt thừa từ tuabin khí với chu trình của hơi/nước là thực sự rất lớn Vì thế có thể thấy được lý do tại sao khác biệt hiệu suất thực tế đạt được của chu trình hỗn hợp với các chu trình khác củng không quá lớn

Bảng 2.1: So Sánh nhiệt động của các chu trình nhiệt nhà máy nhiệt điện.

Nhiệt độ nhiệtcấp (0K)

Nhiệt độ nhiệtthải (0K)

Hiệu suất chu trìnhCarnot (%)

Nhiệt điện ngưng hơi

Nhiệt điện ngưng hơi có

Nhiệt điện chu trình hỗn

2.2 Hiệu suất nhiệt nhà máy nhiệt điện tuabin khí-hơi.

Nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp tuabin khí-hơi là chu trình kết hợp gồm chu trình mở tuabin khí với chu trình Renkin hơi nước

Sơ đồ thiết bị và đồ thị T-s của chu trình hỗn hợp tuabin khí-hơi

Nguyên lý làm việc của chu trình:

Không khí được nén đoạn nhiệt trong máy nén đến áp suất và nhiệt độ cao, được đưa vào buồng đốt hòa trộn với nhiên liệu và cháy trong buồng đốt ở áp suất cao,không đổi Sản phẩm cháy đi vào tuabin khí , dãn nở sinh công cho máy phát Ra khỏi tuabin khí sản phẩm cháy có nhiệt độ còn rất cao, tiếp tục đi vào thiết bị hồi nhiệt sinh hơi cấp nhiệt cho chu trình nước-hơi, rồi thải ra ngoài

Nước được bơm cấp nước bơm vào trong thiết bị thu hồi nhiệt sinh hơi nhận nhiệt và biến thành hơi quá nhiệt Hơi quá nhiệt đi vào tuabin hơi dãn nở đoạn nhiệt sinh công cho máy phát Ra khỏi tuabin, hơi đi vào bình ngưng, nhả nhiệt đẳng áp ngưng tụ thành nước rồi được bơm trở về thiết bị sinh hơi, lặp lại chu trình cũ

Trên đồ thị T-s các chu trình nhiệt được biểu diễn như sau:

- a-b : quá trình nén đoạn nhiệt không khí trong máy nén khí

- b-c : quá trình cấp nhiệt (cháy) đẳng áp trong buồng đốt

- c-d : quá trình dãn nở đoạn nhiệt sinh công trong tuabin khí

- d-a : quá trinh nhã nhiệt đẳng áp trong thiết bị thu hồi nhiệt sinh hơi

- 3-1’-1’’-1 : quá trình nước nhận nhiệt đẳng áp trong thiết bị sinh hơi

- 1-2; 2-2’; 2’-3 : các quá trình giãn nỡ đoạn nhiệt trong tuabin hơi, ngưng đẳng áp trong bình ngưng, và nén đoạn nhiệt trong bơm như chu trình Renkin

Như đã nói trên, nhiệt lượng sản phẩm cháy chỉ cấp trực tiếp trong tuabin khí.Tuy nhiên một số chu trình hỗn hợp khi lắp đặt cần thiết có cấp nhiệt bổ sung ở thiết bị sinh hơi, nghĩa là một phần nhiệt được cấp trực tiếp từ buồng đốt tuabin khí đến chu trình hơi

Theo đó, hiệu suất nhiệt nhà máy chu trình hỗn hợp được xác định tổng quát như sau:

SF GT

ST GT K

Trường hợp tổng quát, hiệu suất các chu trình đơn được định nghĩa là:

- Với chu trinh tuabin khí:

ST ST

Q Q

W





 GT

GT

Q XH  1  (6)Kết hợp 2 phương trình trên ta được:

GT SF

ST ST

Q Q

ηK _ Hiệu suất chu trình hỗn hợp

ηGT _ Hiệu suất tuabin khí

ηST _ Hiệu suất chu trình hơi

WGT _ Công suất điên tuabin khí, kW

WST _ Công suất điện tuabin hơi, kW

QGT _Nhiệt cấp của sản phẩm cháy cho tuanbin khí ( cho chu trình), kW

QEXH _ Nhiệt cấp cho chu trình hơi từ tuabin khí, kW

QSF _Nhiệt cấp bổ sung cho lò sinh hơi, kW

2.2.1 Tác động của nhiệt cấp bổ sung ở lò sinh hơi đến hiệu suất trên toàn

GT GT

SF ST GT GT K

Q Q

Q Q Q

ST SF GT GT

GT

SF

ST

SF ST SF GT ST SF SF

ST GT

GT SF GT

SF

K

Q Q

Q Q

Q

Q Q

Q Q

Q

Q Q

GT GT

SF ST GT GT ST GT

GT SF

SF

ST

Q Q

Q Q Q

ST SF

và ít hiệu quả: bởi hiệu suất toàn bộ chu trình tăng rất nhanh trong khi hiệu suất chu trình hơi chỉ tăng trong phạm vi (ηK-ηST)

Như đã đề cập trên, nhìn chung thì toàn bộ nhiên liệu nên đốt trong tuabin khí hiện đại, vì nhiệt độ của nhiệt lượng cấp cho chu trình ở mức cao hơn so với cấp tại chu trình hơi

2.2.2 Hiệu suất nhà máy chu trình hỗn hợp không có đốt bổ sung nhiệt

ở lò sinh hơi

Không bổ sung nhiệt thì phương trình (8) có thể được viết như sau:

 

ST GT GT

GT GT

ST GT GT K

Q

Q Q

ST GT

trình hơi Nhưng một tuabin khí vơi hiệu suất cao nhất chưa chắc thiết lập được chu trình hỗn hợp tối ưu cho nhà máy.

Ví dụ như với một nhiệt độ vào không đổi, một tuabin có tỉ số nén cao thì đạt được hiệu suất cao hơn so với loại có tỉ số nén vừa phải, tuy nhiên tuabin hơi đi kèm với loại có tỉ số nến vừa phải lại hoạt động có hiệu suất cao hơn vì nhiệt độ nhiệt thừa từ tuabin khí cấp cho quá trình hơi cao hơn, và tạo được công suất ra cao hơn

Đồ thị 2.2a biểu diễn hiệu suất của riêng tuabin khí bởi hàm số theo thông số nhiệt độ vào, ra tuabin Ta thấy rằng hiệu suất cao nhất của tuabin khí ở nhiệt độ khói khá thấp (nghĩa là tỉ số nén của tuabin cao)

Đồ thị 2.2b biểu diễn hiệu suất toàn chu trình củng theo hàm số với các thông

số trên So sánh với đồ thị 2.2a thì điểm tối ưu theo chiều hướng tăng nhiệt độ khói từ tuabin khí Tuỳ theo mục đích kinh tế, ngày nay tuabin khí khá tối ưu hoá, không quá chú trọng đến hiệu suất riêng mà nó quan tâm nhiều đến tỷ trọng lớn nhất điện năng sản xuất được Hầu hết tuabin khí hiện nay đều phù hợp lắp đặt cho nhà máy điện chu trình hỗn hợp

Đồ thị 2.2: Hiệu suất của tuabin khí trong nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp theo hàm số của nhiệt độ vào, ra tuabin khí

a) Riêng tuabin khí

b) Nhà máy điện chu trình hỗn hợp

t1_ nhiệt độ cháy trong buồng đốt tuabin khí

t2_ nhiệt độ khói ra khỏi tuabin khí

Tóm lại ta có thể nói:

Hiệu suất tuabin khí không phải là yếu tố quyết định hiệu suất toàn chu trình trong nhà máy điện chu trình hỗn hợp, mà quan trọng là thông số đầu vào của tuabin khí, cụ thể là nhiệt độ cháy của hỗn hợp nhiên liệu trong buồng đốt

Trong một số trường hợp ta quan tâm đến hiệu suất chu trình hơi, nhưng nó không quan trọng lắm vì thường tuabin khí là “thiết bị chuẩn”, nhiệt lượng cấp cho chu trình hơi là từ khói của tuabin khí, và vấn đề nằm trong hiệu quả biến đổi nhiệt của các thiết

bị trao đổi nhiệt

Kết luận:

Nhà máy điện chu trình hỗn hợp không đốt bổ sung đạt được những thuận lợi

về nhiệt động học hơn Nó có những ưu điểm sau:

- Hiệu suất cao: có thể đạt được trên 50 %

- Chi phí đầu tư không cao lắm: Vì 2/3 công suất được tạo ra từ tuabin khí, chỉ 1/3 được sản xuất từ quá trình hơi, cho nên có thể giảm được gần 30 % chi phí so với nhà máy nhiệt điện ngưng hơi

- Lượng nước cấp ít: Chỉ cần khoảng 40 – 50 % so với nhà máy nhiệt điện ngưng hơi tương đương

- Hoạt động được ở nhiều chế độ: Chỉ sử dụng chu trình đơn quá trình hơi nên

có thể khởi động và ngưng hoạt động khá nhanh, điều náy giúp khả năng điều chỉnh hiệu quả hơn ( như điều chỉnh sao cho tổn thất khi khởi động giảm xuống, …)

- Có thể tiến hành lắp đặt theo từng giai đoạn, và từng cụm: Tuabin khí có thể

đi vào hoạt động sớm hơn tuabin hơi rất nhiều, nhà máy có thể mở rộng dần

Ta có thể tính toán đầu tư hợp cho từng giai đoạn theo nhu cầu điện năng của hệ thống điện lưới quốc gia Và cuối cùng ta có thể lắp đặt thêm hệ thống sử dụng nhiên liệu than khí hoá nếu trường hợp giá khí đốt và dầu tăng cao

- Hoạt động dễ dàng: Một nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp không cấp đốt bổ sung hoạt động khá đơn giản hơn nhiều so vói nhà máy điện ngưng hơi Hơn nữa nhà máy chu trình hỗn hợp hoạt động hầu như hoàn toàn tụe động, nó củng sử dụng dặc biệt thích hợp cho những nơi ít kinh nghiệm vận hành

- Ít tác động tới môi trường: Nhiên liệu khí tự nhiên đốt trong nhà máy thich hợp với các nhà máy đặt ở nơi đông dân cư vì nó có hiệu quả đốt chay cao

và mức độ tro phát thải ra ngoài thấp, đặc biệt nồng độ NOX rất thấp và giảmđược 40 % lượng CO2 thoát ra trên mổi kWh so với đốt than đá

- Công suất điện có thể tăng 40 % so với nhà máy điện ngưng hơi cùng áp suất làm việc

Chương 3

Thành Phần Thiết Bị Chính Trong Nhà Máy Nhiệt Điện Chu Trình Hỗn

Hợp

3.1 Thiết Bị Tuabin Khí

3.1.1 Khái niệm Tuabin khí

Tuabin khí là động cơ nhiệt trong đó biến đổi hoá năng của nhiên liệu thành nhiệt năng rồi thành cơ năng Quá trình biến đổi năng lượng trong tuabin khí có thể thực hiện bằng nhưng chu trình khác nhau

Tuabin khí là thành phần quan trọng nhất trong nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp tuabin khí/ tuabin hơi Với sự phát triển nhanh chóng của tuabin khí ngày nay,nhiệt độ đầu vào tuabin đạt được ngày càng lớn tạo điều kiện cho chu trình hỗn hợp chiếm ưu thế và hiệu quả sẩn xuất điện so với các chu trình nhiệt khác

Song song với quá trình phát triển tuabin khí là cải tiến máy nén đi kèm theo nó

để nén không khí cấp quá trình đốt trong buồng đốt tuabin Ngày nay máy nén có thể nén với lưu lượng và tỉ số nén lớn hơn rất nhiều, vi thế có thể đạt đựoc công suất điện lớn hơn, đồng thời giảm được chi phí và tăng hiệu suất chu trình

Ưu điểm:

- Bố cục gọn

- Tính cơ động vận hành cao, như mở máy nhanh, thay đổi tải lớn

- Vận hành không cần nước, hay yêi cầu rất ít nước

- Thời gian xây dựng nhanh

Nhược điểm:

- Giá thành nhiên liệu cao

- Giá thành vật liệu, chi phí sản xuất cao hơn

- Khó sữa chữa

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật tiêu biểu của các Tuabin khí lắp đặt cho

hệ thống chu trình hỗn hợp trên thị trường

Công suất ra (theo tiêu chuẩn ISO) 1-150 MW

Nhiệt độ khói ra khỏi tuabin 480-570 0C

Lưu lượng khói ra khỏi tuabin 30-500 kg/s

Tuabin khí (loại tĩnh) có thể được xếp theo các loại sau:

- Tuabin khí xuất phát từ công nghệ tuabin hơi

- Tuabin khí bắt nguồn từ kỹ thuật động cơ đốt tong

- Tuabin khí từ ngành kỹ thuật hàn không, bao gồm một động cơ phản lực đi kèm với một tuabin phát điện

3.1.2 Các phần tử chính của thiết bị tuabin khí

Các phần tử chính của tuabin khí gồm: máy nén, buồng đốt, tuabin khí, và bộ trao đổi nhiệt

1) Máy nén

Dùng để nén môi chất làm việc (thường là không khí) và nhiên liệu Người ta thường dùng máy nén ly tâm hoặc dọc trục để nén môi chất làm việc, để nén nhiên liệu khí có nhiệt trị 30.106 Jm-3 trở lên phải chọn loại máy nén có thể tích tổn thất khoảng 3% thể tích môi chất làm việc Như vậy loại máy nén thích hợp chỉ có thể dùng là máy nén piston hoặc ly tâm có số vòng quay rất lớn

Những yêu cầu kỹ thuật đối với máy nén dùng để nén môi chất làm việc:

- Hiệu suất cao (η)

- độ nén từng cấp cao

- Có thể sử dụng tốc độ vòng quay lớn

- Vận hành ổn định trong khoảng làm việc của tuabin

- Dễ điều khiển về mặt khí động học và cơ học

 Quá trình làm việc của buồng đốt

Quá trình làm việc của buồng đốt được xác định bởi cấu trúc buồng đốt và bởi những tình trạng vận hành Quá trình làm việc của buồng đốt bao gồm quá trình đốtcháy nhiên liệu, quá trình hoà trộn sản phẩm cháy với không khí, các điều kiện làmmát ống lửa, các điều kiện khi phụ tải thay đổi và khi mở máy

3) Tuabin khí

Năng lượng nhiệt của sản phẩm cháy được biến đổi thành cơ năng trong tuabin khí một phần lớn hơn công suất tuabin được dung để truyền động máy nén khí, một phần nhỏ hơn con lại của công suất là công suất hữu ích cung cấp cho các máymóc hoạt động ( máy phát điện, bơm, quạt thổi khí…) Công suất tuabin gấp

khoảng 2-3 lần công suất hữu ích

 Những yêu cầu kỹ thuật đối với tuabin khí:

Công suất củng như đặc tính của tuabin có ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính toàn tổ máy Để toàn bộ tổ máy tuabin khí làm việc đạt hiệu suất cao thì cần thiết đáp ứng một số yêu cầu kỹ thuật quan trọng sau đối với tuabin:

- Hiệu suất chuyển đổi năng lượng trong tuabin phải cao

- Cánh quạt của tuabin làm việc với nhiệt giáng lớn phải ở tốc độ vòng cao

- Phải đảm bảo các yêu cầu về khí động học và cơ học khi gia công các thiết

bị hợp chịu nhiệt khim khó gia công

 Những phần tử chính:

- Cổ ống vào dẫn sản phẩm cháy từ buồng đốt vào dãy cánh tuabin

- Dãy cánh tĩnh(stato) để chuyển nhiệt năng thành động năng

- Rô to để nhận công suất từ động năng của dòng sản phẩm cháy

- Cổ ống ra để chuyển một phần động năng thành thế năng áp suất và dẫn sản phẩm cháy ra ống thoát

- Các chi tiết làm mát phần vỏ tuabin

- Các phụ kiệnMột vấn đề quan trọng là thiết bị tuabin khí được chế tạo theo tiêu chuẩn hoá Các tuabin có thể lắp đặt thành tổ hợp, vì thế giảm được thơi gian hoạt động của từng tuabin khi phụ tải giảm và hạ được giá thành

Thiết bị tuabin khí trong hệ thống chu trình hỗn hợp hoạt động với áp suất và nhiệt độ rất cao, tốc độ vòng quay lớn nên vấn đề bám bẩn gay tắc nghẽn là mối quan tâm lớn trong máy nén và tuabin

- Bám bẩn trong máy là do tuabin khí hoạt động trong chu trình hở, không khíhút vào không thể làm sạch hoàn toàn

- Bám bẩn trong tuabin chỉ xảy ra khi nhiên liệu thô lẫn nhiều tạp chất hoặc

do thừa dầu