CHU TRÌNH HƠI NƯỚC RANKINE CỦA LÒ THU HỒI NHIỆT VÀ TURBINE HƠI

bài báo cáo về chu trình rankine và lò thu hồi nhiệt của turbine hơi giúp ta hiểu ro hơn.................................................................................................................................................................................................................................................................

ĐỀ TÀI: CHU TRÌNH HƠI NƯỚC RANKINE - CỦA LÒ THU HỒI NHIỆT VÀ TURBINE HƠI I/ Lý thuyết: Giới thiệu Chu trình nước Rankine Hiệu suất nhiệt chu trình Các thông số ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt chu trình Giới thiệu chu trình nhiệt trung gian II/ Áp dụng cho Phú Mỹ 1 Chu trình nước Phú Mỹ Nguyên lý làm việc lò thu hồi nhiệt turbine Phú Mỹ Các thông số giới hạn turbine Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất turbine III/ Thảo Luận 11/08/08 I/ Lý thuyết:  Chu trình nước Rankine Hiện thiết bị động lực nước làm việc theo chu trình Rankine Các thiết bị nước làm việc theo chu trình Rankine thực với nhiệt bảo hoà khô 11/08/08  Chu trình nước rankine Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt điện chu trình Rankine làm việc với nhiệt: B A C D A: Lò B: Turbine C: Bình ngưng D: Bơm cấp nước 11/08/08 Chu trình nước rankine Thiết lập đồ thị p-v p k p’’ 1’’ p’ 1’ Nước chưa sôi p Lỏng sôi 2’’ 2’ Hơi bảo hào ẩm Hơi nhiệt Hơi bảo hoà khô v 11/08/08 Khi đun chất khiết (nước) áp suất không đổi p, ta có trình sau:  Khi nước bắt đầu sôi, ta có nhiệt độ sôi hay nhiệt độ bảo hòa ứng với áp suất p  Gọi x độ khô bảo hào ẩm: • Ở điểm có x = 0, điểm có x = • Vậy < x < có trạng thái bảo hoà ẩm  Tương tự, xét với áp suất p’ p’’: điểm 1’, 1’’ lệch bên phải điểm 1; điểm 2’, 2’’ lệch bên trái điểm do: • Nhiệt độ điểm 1’ lớn điểm nên thể tích riêng điểm 1’ lớn điểm • Áp suất điểm 2’ lớn điểm nên thể tích riêng điểm 2’ lớn điểm • Hai đường 1, 1’, 1’’ 2, 2’, 2’’ gặp điểm tới hạn k(221bar, 3740C) Chu trình nước Rankine Chu trình Renkine thể đồ thị T-S gồm trình:  1-2: Giãn nở đoạn nhiệt turbine từ K    11/08/08 trạng thái 1(p1, t1) đến 2(p2, t2), sinh công WT (kJ/kg) 2-3: Ngưng đẳng áp bình ngưng Hơi bảo hoà ẩm có áp suất p2 thoát khỏi phần đuôi turbine đuợc đẩy vào bình ngưng để nhả nhiệt ngưng tụ thành nước 3-4: Nén nước (đoạn nhiệt) từ áp suất p2 bình ngưng vào lò có áp suất p1 nhờ bơm nước cấp, trình tiêu hao lượng công nhỏ WP 4-1: Gia nhiệt đẳng áp từ nước chưa sôi trạng thái 4(áp suất p1) thành nhiệt trạng thái 1(p1, t1) trước đẩy vào turbine 2 Hiệu suất nhiệt chu trình q2 W ηt = = − q1 q1 W - Công sinh chu trình (kJ/kg) q1 - Nhiệt lượng cung cấp vào chu trình (kJ/kg) q2 - Nhiệt lượng thải cho nguồn lạnh (kJ/kg) Công sinh turbine WT: WT = i1 – i2 (kj/kg) Công tiêu hao trình nén nước bơm W p Wp = i4 – i3 = v(p4 – p3) = v(p1 – p3) Công sinh chu trình W = (i1 – i2) – (i4 – i3) Nhiệt lượng cấp vào chu trình q1 = i1 – i4 Nhiệt lượng thải chu trình q2 = i2 – i3 Hiệu suất nhiệt chu trình 11/08/08 ηt = (i1 − i2 ) − (i4 − i3 ) i1 − i4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt a Ảnh hưởng áp suất vào tuabin p1 Tăng áp suất ban đầu p1của trước vào tuabin giữ nhiệt độ ban đầu t1 áp suất khỏi tuabin p2 không đổi làm tăng hiệu suất  Khi tăng p1 công sinh tuabin tăng lên, hiệu suất tăng Nói cách khác, p1 tăng nghĩa tăng nhiệt độ bão hoà trình hoá đẳng áp nhiệt độ trình cấp nhiệt đẳng áp tăng, nhiệt độ trung bình trình thải nhiệt chu trình không thay đổi dẫn đến tăng hiệu suất nhiệt chu trình  Tuy nhiên, tăng áp suất p1 làm giảm độ khô khỏi turbine dẫn đến va đập hạt nước vào cánh tuabin làm giảm độ bền turbine hiệu suất giảm 11/08/08 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt b Ảnh hưởng nhiệt độ vào tuabin t1 Khi áp suất p1 p2 không đổi, tăng nhiệt độ ban đầu t1 làm tăng hiệu suất chu trình  Thực tăng t1, nhiệt độ trung bình trình cấp nhiệt tăng lên, nhiệt độ trung bình trình thải nhiệt không thay đổi làm cho hiệu suất tăng  Mặt khác, tăng t1 dẫn đến độ ẩm phần cuối tuabin giảm, tránh bớt xâm thực học tầng cánh cuối  Tuy nhiên, khả tăng nhiệt độ t1 phụ thuộc vào điều kiện chế tạo kim loại (vì nhiệt lò làm việc điều kiện áp suất nhiệt độ cao dễ cố) 11/08/08 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt c Ảnh hưởng khỏi tuabin p2 Khi thông số đầu vào p1, t1 không đổi, giảm áp suất khỏi tuabin p2 hiệu suất chu trình tăng lên  Thực vậy, giảm áp suất p2 xuống, dẫn đến nhiệt độ bão hoà bình ngưng giảm theo (tức nhiệt độ trung bình trình thải nhiệt giảm) làm tăng hiệu suất nhiệt chu trình  Nhiệt lượng thải bình ngưng q2 vào môi trường để làm cho ngưng tụ lại (thông qua nước tuần hoàn)và nhiệt độ tối thiểu ngưng phụ thuộc vào điều kiện môi trường  Mặt khác giảm p2 thể tích riêng tầng cánh cuối tuabin tăng lên dẫn đến kích thước tầng cánh cuối tăng, turbine cồng kềnh tiêu tốn nhiều kim loại 11/08/08 10 Chu trình nhiệt trung gian Trong thiết bị nhiệt có nhiệt trung gian hay gọi tái sấy Sau sinh công turbine cao áp, dẫn vào lò để nhiệt lần hai, nâng nhiệt độ từ t1 đến t2 Sau nhiệt trung gian, dẫn vào turbine để giãn nở sinh công đến áp suất bình ngưng Ưu điểm:  Áp dụng nhiệt trung gian hiệu suất chu trình tăng lên  Ứng dụng trình nhiệt trung gian làm giảm độ ẩm tầng cánh cuối turbin  Ngoài nhiệt trung gian cho phép tăng áp suất ban đầu với nhiệt độ ban đầu không đổi mà đảm bảo độ ẩm cuối chu trình 11/08/08 11 Chu trình nhiệt trung gian B A E C A: Lò hơi, B:Tuabin, C: Bình ngưng, D: Bơm nước cấp, E: Bộ nhiệt trung gian D T S 11/08/08 Hơi từ lò có áp suất p1, nhiệt độ t1được đưa vào tuabin Sau giãn nở qua số tầng cánh tuabin đến trạng thái có độ khô cho phép, đưa lò để gia nhiệt nhiệt trung gian đến trạng thái đưa vào tầng sau tuabin để giãn nở đến áp suất p2 12 II/ Áp dụng cho Phú Mỹ 1 Chu trình nước Phú Mỹ Chu trình nước Phú Mỹ chu trình có nhiệt trung gian Có ba cấp hơi, cao áp, trung áp hạ áp Hơi cao áp sau sinh công turbine cao áp tái tuần hoàn lò thu hồi nhiệt để gia nhiệt siêu nhiệt trung áp trước đưa vào turbine trung áp 11/08/08 13 Chu trình nước Phú Mỹ T HP SH 1-2: Sinh công đoạn nhiệt HP TB HTR IP TB 3-4: Sinh công đoạn nhiệt IP TB HP TB HP DRUM HP ECO IP ECO 11 10 IP DRUM IP SH 4-5: Sinh công đoạn nhiệt LP TB LP SH 5-6: Ngưng tụ bình ngưng LP TB LP DRUM 7-8: Gia nhiệt đẳng áp Pre-HTR 11-1: Gia nhiệt đẳng áp phần HP 11/08/08 6-7: Nén nước đoạn nhiệt qua CEP 8-9,10,11: Nén nước đoạn nhiệt qua HP/IP/LP BFP LP ECO 2-3: Gia nhiệt đẳng áp HTR 10-2: Gia nhiệt đẳng áp phần IP S 9-4: Gia nhiệt đẳng áp phần LP 14  Chu trình nước Phú Mỹ Tính hiệu suất turbine Phú Mỹ Ba GT tải nền, ST14: 377MW (S/T Heat rate 9862.8 kj/kwh) Điểm Áp suất (bar) Nhiệt độ (oC) Enthalpi i (kj/kg) Entropi s (kj/kg) Tra bảng 143 540 3430.9 - NCS&HQN 45 377 3149.5 - NCS&HQN 41.8 539 3533.3 7.18 NCS&HQN 279 3009.5 - NCS&HQN 2236 - HBH theo P 2272.8 - HBH theo t 11/08/08 0.073 46 15 Chu trình nước Phú Mỹ Xét điểm số 5(73mbar, 46oC)  Tra bảng bảo hoà theo áp suất có: i‘5=166.6 kj/kg; s’5=0.57 kj/kg; i”5=2573 kj/kg; s”5=8.26 kj/kg Ẩn nhiệt hóa hơi: r5 = 2406,5 kj/kg s5 − s5' = 0.86 = 86% Độ khô khỏi LP TB: x = '' ' s5 − s5 ⇒ i5 = i’5 +r5x5 = 166.6 + 2406.5 × 0.86 = 2236 kj/kg  Tra bảng bảo hoà theo nhiệt độ có: i‘5=191.6 kj/kg; s’5=0.65 kj/kg; i”5=2584.2 kj/kg; s”5=8.15 kj/kg; r5 = 2391 kj/kg Tính x5 = 0.87 ⇒ i5 = 2272.8 kj/kg 11/08/08 16  Chu trình nước Phú Mỹ Tính hiệu suất turbine Phú Mỹ Điểm Áp suất (bar) Nhiệt độ (oC) Entanpi i (kj/kg) Entropi s (kj/kg) Tra bảng 0.073 43 180.1 - NCS&HQN 16 43 181.5 - NCS & HQN 1.95 120 501.3 - HBH 19.6 120 505 - HBH 10 67 120 508.4 - HBH 11 181 120 516.5 - HBH 11/08/08 17 Chu trình nước Phú Mỹ           11/08/08 Lưu lượng phần cao áp ( 03 lò) 813000 kg/h Lưu lượng phần trung áp 142000 kg/h Lưu lương phần RH 910000 kg/h Lưu lượng phần hạ áp 120000 kg/h Lưu lượng nước ngưng 1075000 kg/h Công thực bơm nước ngưng: WP(CEP) = (i7 – i6) 1075000 = 1505000 kj Công thực bơm cấp nước cao áp: WP(HP FWP) = (i11 – i8) 813000 = 12357600 kj Công thực bơm cấp nước trung áp: WP(IP FWP) = (i10 – i8) 142000 = 1008200 kj Công thực bơm cấp nước hạ áp: WP(LP FWP) = (i9 – i8) 120000 = 444000 kj Tổng công dùng cho bơm nước: WP = WP(CEP) + WP(HP FWP) + WP(IP FWP) + WP(LP FWP) = 15314800 kj 18  Chu trình nước Phú Mỹ Nhiệt cấp cho phần cao áp: Q HP = (i1 – i11)813000 = 2369407200 kj  Nhiệt cấp cho phần trung áp: Q IP = (i2 – i10)142000 + (i3 – i2) 910000 = 724294200kj  Nhiệt cấp cho phần hạ áp: Q LP = (i4 – i9)120000 = 300540000 kj  Nhiệt cấp cho phần Pre HTR: Q Pre = ( i8 – i7)1075000 = 343785000 kj  Tổng lượng nhiệt cấp để gia nhiệt nước thành siêu nhiệt chu trình: Q = Q HP + Q IP + Q LP + Q Pre = 3738026400 kj 11/08/08 19 Chu trình nước Phú Mỹ  Công sinh turbine cao áp: WHP = (i1 – i2)813000 = 228778200 kj  Công sinh turbine trung áp: WIP = (i3 – i4)910000 = 476658000 kj  Công sinh turbine hạ áp: WLP = (i4 – i5)1075000 = 831512500 kj Vậy công sinh turbine là: W = WHP +WIP + WLP =1536948700 kj Vậy hiệu suất nhiệt ST14 là:    11/08/08 Q 3738026400 = = 9915.2kj / kwh KWh 377000 Hiệu suất ST14 (theo nhiệt độ) W − WP η= x100 = 4039.7% 7% Q 20 Ghi chú:  Tính hiệu suất ST14 bỏ qua rò rì hệ thống phần nhiệt hạ áp đưa bình khử khí  Các ký hiệu i, s, ứng với enthalpy, entropy chất khiết i’, s’, enthalpy, entropy trạng thái lỏng sôi, i”, s” enthalpy, entropy trạng thái bảo hoà khô, r biểu diễn ẩn nhiệt hoá ( nhiệt lượng cần thiết để làm cho 1kg nước từ trạng thái lỏng sôi trở thành bảo hoà khô)  Ở điểm có áp suất 73mbar, nhiệt độ 460C tra bảng ta thấy siêu nhiệt có i5 = 2585.1kj/kg, s5= 8.3kj/kg khác với s3= 7,18kj/kg Lúc ta có  Khi công sinh turbine hạ áp: WLP = (i4 – i5)1075000 = 456230000 kj Công sinh turbine là: W = WHP +WIP + WLP = 1161666200 kj   Hiệu suất ST14: 11/08/08 W − WP η= x100 = 30.7% Q 21 Lò thu hồi nhiệt turbine PM1 Lò thu hồi nhiệt Phú Mỹ a  Lò thu hồi nhiệt Phú Mỹ loại lò có ống trao đổi nhiệt nằm ngang  Lò thu hồi nhiệt nhận nhiệt từ khí thải turbine khí để gia nhiệt nước thành siêu nhiệt để đưa qua turbine sinh công Lò Phú Mỹ có ba cấp   Hơi cao áp: Áp suất thiết kế vận hành 150.2 bar, nhiệt độ thiết kế vận hành 5400C  Hơi trung áp: Áp suất thiết kế vận hành 44.1bar, nhiệt độ thiết kế vận hành 5390C  Hơi hạ áp: Áp suất thiết kế vận hành 8.8bar, nhiệt độ thiết kế vận hành 2820C 11/08/08 22 b    Lò thu hồi nhiệt turbine PM1 Turbine Phú Mỹ loại: Tái sấy ngưng đơn Hai xylanh hàng dọc Thoát hai hướng Turbine nhận từ lò thu hồi nhiệt Hơi cao áp sau sinh công turbine cao áp trở lại nhiệt trung gian kết hợp với trung áp đưa vào turbine trung áp Hơi thoát turbine trung áp kết hợp với hạ áp vào turbine hạ áp sinh công Hơi thoát turbine hạ áp ngưng tụ bình ngưng Bơm nước ngưng cấp nước trở lò thu hồi nhiệt để nhận nhiệt tạo thành chu trình kín 11/08/08 23 Các thông số giới hạn turbine  Hơi cao áp: Áp suất thiết kế vận hành 150.2 bar, nhiệt độ thiết kế vận hành 5400C lưu lượng 826500 kg/h  Hơi trung áp: Áp suất thiết kế vận hành 44.1bar, nhiệt độ thiết kế vận hành 5390C lưu lượng 922500 kg/h  Hơi hạ áp: Áp suất thiết kế vận hành 8.8bar, nhiệt độ thiết kế vận hành 2820C, lưu lượng 111300 kg/h  Bình ngưng: Nhiệt độ nước làm mát vào bình ngưng 300C, nhiệt độ nước khỏi bình ngưng 370C, lưu lượng nước làm mát 81170 m3/h……… 11/08/08 24 Các yếu tố ảnh hưởng đến h/suất ST PM1     Đối với Phú Mỹ nhiệt độ áp suất vào turbine điều chỉnh tự động theo tải turbine khí, yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất TB như: Khả trao đổi nhiệt lò Rò rỉ van xả ống góp Do nhiệt độ môi trường cao dẫn đến công suất tổ máy GT giảm dẫn đến công suất TBH giảm Chân không bình ngưng cao       11/08/08 Do nhiệt độ nước làm mát cao Do lưu lượng nước làm mát không đủ Do ống trao đổi nhiệt làm mát bình ngưng dơ Do lủng ống trao đổi nhiệt Do bình ngưng không kín Do hệ thống chèn van nối với bình ngưng không kín 25 [...]... sinh ra trên turbine hơi là: W = WHP +WIP + WLP = 1161666200 kj   Hiệu suất của ST14: 11/08/08 W − WP η= x100 = 30.7% Q 21 2 Lò thu hồi nhiệt và turbine hơi PM1 Lò thu hồi nhiệt Phú Mỹ 1 a  Lò thu hồi nhiệt Phú Mỹ 1 là loại lò có ống trao đổi nhiệt nằm ngang  Lò thu hồi nhiệt nhận nhiệt từ khí thải của turbine khí để gia nhiệt nước thành hơi siêu nhiệt để đưa qua turbine hơi sinh công Lò của Phú Mỹ... hai hướng Turbine hơi nhận hơi từ lò thu hồi nhiệt Hơi cao áp sau khi sinh công trong turbine cao áp sẽ trở lại quá nhiệt trung gian kết hợp với hơi trung áp đưa vào turbine trung áp Hơi thoát của turbine trung áp kết hợp với hơi hạ áp vào turbine hạ áp sinh công Hơi thoát turbine hạ áp được ngưng tụ trong bình ngưng Bơm nước ngưng cấp nước trở về lò thu hồi nhiệt để nhận nhiệt tạo thành chu trình kín... lò hơi có áp suất p1, nhiệt độ t1được đưa vào tuabin Sau khi giãn nở qua một số tầng cánh của tuabin đến trạng thái 6 có độ khô cho phép, hơi này được đưa về lò hơi để gia nhiệt tại bộ quá nhiệt trung gian đến trạng thái 7 rồi đưa vào các tầng sau của tuabin để giãn nở đến áp suất p2 12 II/ Áp dụng cho Phú Mỹ 1 1 Chu trình hơi nước của Phú Mỹ 1 Chu trình hơi nước của Phú Mỹ 1 là chu trình có quá nhiệt. ..4 Chu trình quá nhiệt trung gian Trong các thiết bị nhiệt năng có quá nhiệt trung gian hay còn gọi là tái sấy Sau khi sinh công trong turbine cao áp, hơi được dẫn vào lò để quá nhiệt lần hai, nâng nhiệt độ của hơi từ t1 đến t2 Sau khi đã quá nhiệt trung gian, hơi được dẫn vào turbine để giãn nở sinh công đến áp suất bình ngưng Ưu điểm:  Áp dụng quá nhiệt trung gian hiệu suất của chu trình sẽ... công đoạn nhiệt trong LP TB 2 LP SH 5-6: Ngưng tụ hơi trong bình ngưng LP TB LP DRUM 7-8: Gia nhiệt đẳng áp trong Pre-HTR 11-1: Gia nhiệt đẳng áp của phần HP 7 5 11/08/08 6-7: Nén nước đoạn nhiệt qua CEP 8-9,10,11: Nén nước đoạn nhiệt qua HP/IP/LP BFP LP ECO 6 2-3: Gia nhiệt đẳng áp trong bộ HTR 10-2: Gia nhiệt đẳng áp của phần IP S 9-4: Gia nhiệt đẳng áp của phần LP 14 1  Chu trình hơi nước của Phú... quá trình quá nhiệt trung gian sẽ làm giảm độ ẩm của hơi trong các tầng cánh cuối của turbin  Ngoài ra quá nhiệt trung gian sẽ cho phép tăng áp suất hơi ban đầu với nhiệt độ hơi ban đầu không đổi mà vẫn đảm bảo được độ ẩm cuối của chu trình 11/08/08 11 4 Chu trình quá nhiệt trung gian B A E C A: Lò hơi, B:Tuabin, C: Bình ngưng, D: Bơm nước cấp, E: Bộ quá nhiệt trung gian D 1 T 7 4 6 3 2 S 11/08/08 Hơi. .. trình có quá nhiệt trung gian Có ba cấp hơi, cao áp, trung áp và hạ áp Hơi cao áp sau khi sinh công trong turbine cao áp được tái tuần hoàn về lò thu hồi nhiệt để gia nhiệt cùng hơi siêu nhiệt trung áp trước khi đưa vào turbine trung áp 11/08/08 13 1 Chu trình hơi nước của Phú Mỹ 1 T 1 HP SH 1-2: Sinh công đoạn nhiệt trong HP TB 3 HTR IP TB 3-4: Sinh công đoạn nhiệt trong IP TB HP TB 4 HP DRUM HP ECO... 300C, nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng 370C, lưu lượng nước làm mát 81170 m3/h……… 11/08/08 24 4 Các yếu tố ảnh hưởng đến h/suất ST PM1     Đối với Phú Mỹ 1 nhiệt độ và áp suất hơi vào turbine được điều chỉnh tự động và theo tải của turbine khí, vậy các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất của TB như: Khả năng trao đổi nhiệt của lò kém Rò rỉ hơi ở các van xả hơi của các ống góp hơi Do nhiệt độ môi trường... nhiệt cấp để gia nhiệt nước thành hơi siêu nhiệt của chu trình: Q = Q HP + Q IP + Q LP + Q Pre = 3738026400 kj 11/08/08 19 1 Chu trình hơi nước của Phú Mỹ 1  Công sinh ra trên turbine cao áp: WHP = (i1 – i2)813000 = 228778200 kj  Công sinh ra trên turbine trung áp: WIP = (i3 – i4)910000 = 476658000 kj  Công sinh ra trên turbine hạ áp: WLP = (i4 – i5)1075000 = 831512500 kj Vậy công sinh ra trên turbine. .. ba cấp hơi   Hơi cao áp: Áp suất thiết kế vận hành 150.2 bar, nhiệt độ thiết kế vận hành 5400C  Hơi trung áp: Áp suất thiết kế vận hành 44.1bar, nhiệt độ thiết kế vận hành 5390C  Hơi hạ áp: Áp suất thiết kế vận hành 8.8bar, nhiệt độ thiết kế vận hành 2820C 11/08/08 22 2 b    Lò thu hồi nhiệt và turbine hơi PM1 Turbine hơi Phú Mỹ 1 loại: Tái sấy ngưng hơi đơn Hai xylanh hàng dọc Thoát hơi hai ... thuyết: Giới thiệu Chu trình nước Rankine Hiệu suất nhiệt chu trình Các thông số ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt chu trình Giới thiệu chu trình nhiệt trung gian II/ Áp dụng cho Phú Mỹ 1 Chu trình nước... thuyết:  Chu trình nước Rankine Hiện thiết bị động lực nước làm việc theo chu trình Rankine Các thiết bị nước làm việc theo chu trình Rankine thực với nhiệt bảo hoà khô 11/08/08  Chu trình... – p3) = v(p1 – p3) Công sinh chu trình W = (i1 – i2) – (i4 – i3) Nhiệt lượng cấp vào chu trình q1 = i1 – i4 Nhiệt lượng thải chu trình q2 = i2 – i3 Hiệu suất nhiệt chu trình 11/08/08 ηt = (i1