bài báo cáo về chu trình rankine và lò thu hồi nhiệt của turbine hơi giúp ta hiểu ro hơn.................................................................................................................................................................................................................................................................
Trang 1ĐỀ TÀI:
CHU TRÌNH HƠI NƯỚC RANKINE - CỦA
LÒ THU HỒI NHIỆT VÀ TURBINE HƠI
Trang 2I/ Lý thuyết:
1. Giới thiệu Chu trình hơi nước Rankine.
2. Hiệu suất nhiệt của chu trình
3. Các thông số ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt của
chu trình.
4. Giới thiệu chu trình quá nhiệt trung gian.
II/ Áp dụng cho Phú Mỹ 1
1. Chu trình hơi nước của Phú Mỹ 1.
2. Nguyên lý làm việc của lò thu hồi nhiệt và turbine hơi
Phú Mỹ 1.
3. Các thông số giới hạn của turbine hơi.
4. Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất của turbine hơi.
III/ Thảo Luận
Trang 31. Chu trình hơi nước Rankine.
Hiện nay các thiết bị động lực hơi nước làm việc theo
chu trình Rankine Các thiết bị hơi nước làm việc theo chu trình Rankine có thể thực hiện với hơi quá nhiệt
hoặc hơi bảo hoà khô.
I/ Lý thuyết:
Trang 4 Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt điện và chu trình
Rankine làm việc với hơi quá nhiệt:
Trang 51 Chu trình hơi nước rankine.
Thiết lập đồ thị p-v Khi đun một chất thuần khiết (nước) ở áp
suất không đổi p, ta có các quá trình sau:
Khi nước bắt đầu sôi, ta có nhiệt độ sôi hay nhiệt độ bảo hòa ứng với áp suất p
• Nhiệt độ tại điểm 1 ’ lớn hơn điểm 1 nên thể tích riêng điểm 1 ’ lớn hơn điểm 1
• Áp suất tại điểm 2 ’ lớn hơn điểm 2 nên thể tích riêng tại điểm 2 ’ lớn hơn điểm 2
• Hai đường 1, 1 ’ , 1 ’’ và 2, 2 ’ , 2 ’’ gặp nhau tại điểm tới hạn k(221bar, 374 0 C)
p
v
Lỏng sôi Hơi bảo hoà khô
Nước chưa sôi Hơi bảo hào ẩm Hơi quá nhiệt
Trang 6Chu trình Renkine được thể hiện trên đồ thị T-S gồm
các quá trình:
1 Chu trình hơi nước Rankine.
1-2: Giãn nở đoạn nhiệt hơi trong turbine từ trạng thái 1(p1, t1) đến 2(p2, t2), sinh công WT
(kJ/kg)
2-3: Ngưng hơi đẳng áp trong bình ngưng Hơi bảo hoà ẩm có áp suất p2 thoát ra khỏi phần đuôi turbine đuợc đẩy vào bình ngưng
để nhả nhiệt và ngưng tụ thành nước
3-4: Nén nước (đoạn nhiệt) từ áp suất p2 ở bình ngưng vào lò hơi có áp suất p1 nhờ bơm nước cấp, quá trình này tiêu hao một lượng công nhỏ WP
4-1: Gia nhiệt đẳng áp từ nước chưa sôi ở trạng thái 4(áp suất p1) thành hơi quá nhiệt
ở trạng thái 1(p1, t1) trước khi đẩy vào turbine
Trang 72 Hiệu suất nhiệt của chu trình
W - Công sinh ra của chu trình (kJ/kg)
q1 - Nhiệt lượng cung cấp vào của chu trình (kJ/kg)
q2 - Nhiệt lượng thải ra cho nguồn lạnh (kJ/kg)
Công sinh ra của turbine WT: WT = i1 – i2 (kj/kg)
Công tiêu hao trong quá trình nén nước của bơm Wp
Wp = i4 – i3 = v(p4 – p3) = v(p1 – p3)Công sinh ra của chu trình W = (i1 – i2) – (i4 – i3)
Nhiệt lượng cấp vào của chu trình q1 = i1 – i4
Nhiệt lượng thải của chu trình q2 = i2 – i3
Hiệu suất nhiệt của chu trình
1
2 1
1
q
q q
W
t
4 1
3 4
2
(
i i
i i
Trang 83 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt
a Ảnh hưởng của áp suất hơi vào tuabin p1
Tăng áp suất ban đầu p1của hơi trước khi vào tuabin trong khi vẫn giữ nhiệt độ ban đầu t1 và áp suất hơi ra khỏi tuabin p2 không đổi làm tăng hiệu suất
Khi tăng p1 công sinh ra của tuabin tăng lên, do đó hiệu suất tăng Nói cách khác, p1 tăng nghĩa là tăng nhiệt độ bão hoà của hơi trong quá trình hoá hơi đẳng áp và nhiệt độ trong quá trình cấp nhiệt đẳng
áp tăng, trong khi đó nhiệt độ trung bình của quá trình thải nhiệt của chu trình không thay đổi dẫn đến tăng hiệu suất nhiệt của chu trình
Tuy nhiên, tăng áp suất p1 sẽ làm giảm độ khô của hơi ra khỏi turbine dẫn đến sự va đập của các hạt nước vào cánh tuabin làm giảm độ bền của turbine và hiệu suất cơ cũng giảm
Trang 9b Ảnh hưởng của nhiệt độ hơi vào tuabin t1
Khi áp suất p1 và p2 không đổi, nếu tăng nhiệt độ ban đầu t1 sẽ làm tăng hiệu suất của chu trình.
Thực vậy khi tăng t1, nhiệt độ trung bình của quá trình cấp nhiệt
sẽ tăng lên, trong khi đó nhiệt độ trung bình của quá trình thải
nhiệt không thay đổi làm cho hiệu suất tăng
Mặt khác, khi tăng t1 dẫn đến độ ẩm phần cuối tuabin giảm,
tránh được bớt sự xâm thực cơ học của các tầng cánh cuối
Tuy nhiên, khả năng tăng nhiệt độ t1 phụ thuộc vào điều kiện chế tạo kim loại (vì bộ quá nhiệt của lò hơi sẽ làm việc trong điều
kiện áp suất và nhiệt độ cao rất dễ sự cố)
3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt
Trang 10c Ảnh hưởng của hơi ra khỏi tuabin p2
Khi thông số đầu vào p1, t1 không đổi, nếu giảm áp suất hơi ra khỏi tuabin p2 thì hiệu suất của chu trình sẽ tăng lên
Thực vậy, khi giảm áp suất p2 xuống, dẫn đến nhiệt độ bão hoà của
hơi trong bình ngưng cũng giảm theo (tức nhiệt độ trung bình trong quá trình thải nhiệt giảm) làm tăng hiệu suất nhiệt của chu trình.
Nhiệt lượng thải của bình ngưng q2 vào môi trường để làm cho hơi
ngưng tụ lại (thông qua nước tuần hoàn)và nhiệt độ tối thiểu của hơi ngưng phụ thuộc vào điều kiện môi trường.
Mặt khác khi giảm p2 thì thể tích riêng của hơi ở các tầng cánh cuối của tuabin tăng lên dẫn đến kích thước của các tầng cánh cuối
tăng, turbine sẽ cồng kềnh và tiêu tốn nhiều kim loại
3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt
Trang 114 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 tăng lên
Ứng dụng 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
Trang 124 Chu trình quá nhiệt trung gian
A
B
C D
E
A: Lò hơi, B:Tuabin, C: Bình ngưng,
D: Bơm nước cấp, E: Bộ quá nhiệt trung gian
4
Hơi từ 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
Trang 13II/ Áp dụng cho Phú Mỹ 1
Chu trình hơi nước của Phú Mỹ 1 là chu 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
Trang 141 Chu trình hơi nước của Phú Mỹ 1
IP SH
HTR
LP SH
HP/IP/LP BFP11-1: Gia nhiệt đẳng áp của phần HP10-2: Gia nhiệt đẳng áp của phần IP9-4: Gia nhiệt đẳng áp của phần LP
Trang 151 Chu trình hơi nước của Phú Mỹ 1
Tính hiệu suất của turbine hơi Phú Mỹ 1
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) s (kj/kg)Entropi Tra bảng
Trang 161 Chu trình hơi nước của Phú Mỹ 1
Xét điểm số 5(73mbar, 46oC)
Tra bảng hơi 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
Độ khô của hơi ra khỏi LP TB:
i5 = i’5 +r5x5 = 166.6 + 2406.5 0.86 = 2236 kj/kg
Tra bảng hơi 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/kgTính được x5 = 0.87
Trang 171 Chu trình hơi nước của Phú Mỹ 1
Tính hiệu suất của turbine hơi Phú Mỹ 1
Điểm Áp suất (bar) Nhiệt độ (oC) Entanpi i (kj/kg) s (kj/kg)Entropi Tra bảng
Trang 18 Lưu lượng hơi phần cao áp ( 03 lò) 813000 kg/h
Lưu lượng hơi phần trung áp 142000 kg/h
Lưu lương hơi phần RH 910000 kg/h
Lưu lượng hơi phần hạ áp 120000 kg/h
Lưu lượng nước ngưng 1075000 kg/h
Công thực hiện bơm nước ngưng:
Trang 19 Nhiệt cấp cho phần cao áp:
Trang 20 Công sinh ra trên turbine cao áp:
Vậy hiệu suất nhiệt của ST14 là:
Hiệu suất của ST14 39.7%(theo nhiệt độ)
kwh
kj KWh
Q
/ 2
9915 377000
3738026400
% 7 40
Trang 21Ghi chú:
nhiệt hạ áp đưa về bình khử khí
s’, là enthalpy, entropy của trạng thái lỏng sôi, i”, s” là enthalpy,
entropy của trạng thái bảo hoà khô, r biểu diễn ẩn nhiệt hoá hơi ( là nhiệt lượng cần thiết để làm cho 1kg nước từ trạng thái lỏng sôi trở thành hơi bảo hoà khô)
Trang 222 Lò thu hồi nhiệt và turbine hơi PM1
a. Lò thu hồi nhiệt Phú Mỹ 1
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
Trang 232 Lò thu hồi nhiệt và turbine hơi PM1
b. Turbine hơi Phú Mỹ 1 loại:
Tái sấy ngưng hơi đơn
Hai xylanh hàng dọc.
Thoát hơi 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.
Trang 243 Các thông số giới hạn của turbine hơi
Hơi cao áp: Áp suất thiết kế vận hành 150.2 bar, nhiệt độ thiết
kế vận hành 5400C lưu lượng hơi 826500 kg/h.
Hơi trung áp: Áp suất thiết kế vận hành 44.1bar, nhiệt độ thiết
kế vận hành 5390C lưu lượng hơi 922500 kg/h.
Hơi hạ áp: Áp suất thiết kế vận hành 8.8bar, nhiệt độ thiết kế vận hành 2820C, lưu lượng hơi 111300 kg/h.
Bình ngưng: Nhiệt độ nước làm mát vào bình ngưng 300C, nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng 370C, lưu lượng nước làm mát 81170 m3/h……….
Trang 254 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 cao dẫn đến công suất của các tổ
máy GT giảm dẫn đến công suất của TBH giảm.
Chân không bình ngưng cao.
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 các van nối với bình ngưng không kín