Nghiên cứu điều khiển bình ngưng nhà máy điện

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT a, athực Hệ số ảnh hưởng của cáu cặn tới truyền nhiệt trong bình ngưng Cp; Cpl Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp của nước Fcw; Fs; Fc; Lưu lượng

LỜI CẢM ƠN

Sau gần hai năm học tập, nghiên cứu dưới sự quản lý của Viện đào tạo sau đại học – Trường ĐH Bách khoa Hà Nội Tới nay bản luận văn thạc sỹ của tôi đã được hoàn thành đúng thời gian quy định Xin được tỏ lòng cảm ơn tới Viện đào tạo sau đại học đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành được luận văn đúng thời gian quy định Qua đây cũng cho tôi được cảm ơn tới Ban lãnh đạo Trường ĐH Hùng Vương, Lãnh đạo bộ môn Cơ – Điện, khoa Toán – Công Nghệ trường ĐH Hùng Vương đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho việc học tập

và nghiên cứu của tôi trong khi đang công tác tại đây

Luận văn này được hoàn thành với sự hướng dẫn tận tình của thầy TS Nguyễn Huy Phương Em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy về những góp ý và dẫn dắt em trong thời gian nghiên cứu đề tài này Luận văn này được bảo vệ thành công, một phần lớn chính là nhờ vào những ý kiến và góp ý

đó của thầy Qua đây em cũng mong rằng trong tương lai vẫn luôn nhận được những ý kiến và dẫn dắt về lĩnh vực chuyên ngành điều khiển và từ động hóa cũng như trong công tác giảng dạy Em cũng xin bày tỏ làm biết ơn tới các thầy,

cô trong bộ môn tự động hóa, bộ môn điều khiển tự động, các thầy cô trong viện điện đã có những ý kiến trao đổi về lĩnh vực chuyên môn Cũng qua đây cho tôi xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các anh chị và các bạn đồng nghiệp cùng công tác với tôi, đã có những góp ý sắc đáng về các vấn đề chuyên ngành đặt ra trong khi nghiên cứu đề tài này Rất mong rằng sau khi luận văn được bảo vệ thành công luôn có được sự giúp đỡ từ các thầy, bạn bè đồng nghiệp để cho đề tài này có thể được phát triển tiếp cũng như là cho tôi được trưởng thành hơn trong lĩnh vực chuyên môn

Hà Nội, tháng 10 năm 2015

Học viên thực hiện

MỤC LỤC

CHƯƠNG I 12

GIỚI THIỆU VỀ BÌNH NGƯNG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 12

1.1 Thiết bị bình ngưng trong sơ đồ nhiệt nhà máy Nhiệt điện 12

1.1.1 Chu trình Rankine trong nhà máy nhiệt điện tuabin ngưng hơi 12

1.1.2 Nhiệm vụ và nguyên lý cấu tạo của bình ngưng trong nhà máy nhiệt điện15 1.2 Các khái niệm liên quan đến bình ngưng 15

1.2.1 Áp suất hơi thoát và áp suất trong bình ngưng 15

1.2.2 Khái niệm về độ chân không trong bình ngưng 17

1.2.4 Bội số làm lạnh, số chặng đường nước và chiều dài ống 19

1.2.5 Độ kín của hệ thống chân không và hỗn hợp không khí 22

1.2.6 Độ chênh nhiệt độ và độ hâm nước 22

CHƯƠNG II 25

XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC VÀ THUẬT TOÁN 25

ĐIỀU KHIỂN BÌNH NGƯNG 25

2.1 Cơ cấu của quá trình ngưng tụ và các dạng ngưng tụ 25

2.2 Sự tản nhiệt và khuếch tán môi chất khí hơi ngưng tụ trong bình ngưng 27 2.3 Những ảnh hưởng tới quá trình truyền nhiệt trong bình ngưng 29

2.3.1 Ảnh hưởng của tốc độ hơi 29

2.3.3 Ảnh hưởng của thiết bị hút thải không khí đến điều kiện trao đổi nhiệt trong bình ngưng 32

2.3.4 Ảnh hưởng của cáu cặn trong ống bình ngưng 33

2.4 Phân tích công nghệ bình ngưng 36

2.5 Các phương trình động học của bình ngưng 37

2.5.1 Phương trình cân bằng năng lượng 37

2.5.2 Phương trình cân bằng khối lượng 38

2.6 Điều khiển mức nước bình ngưng 38

2.7 Thiết kế bộ điều chỉnh áp suất 42

2.7.1 Nhận dạng đối tượng theo số liệu vận hành thực tế của nhà máy 42

2.7.2 Xác định tham số bộ điều khiển từ mô hình đối tượng 49

2.8 Thiết kế bộ điều chỉnh mức nước ngưng 52

2.8.1 Sơ đồ khối điều khiển mức nước ngưng 53

2.8.2 Hàm truyền đạt của cảm biến đo mức nước trong bình ngưng 53

2.8.3 Hàm truyền đạt của van nước ra khỏi bình ngưng 54

2.8.4 Xác định tham số bộ điều khiển mức nước bình ngưng 54

CHƯƠNG III MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH ĐIỀU KHIỂN BÌNH NGƯNG 57

3.1 Mô hình bình ngưng trên Matlab Simulink 57

3.2 Kết quả mô phỏng 61

3.2.1 Đặc tính quá độ của áp suất trong bình ngưng 61

3.2.2 Đặc tính quá độ mức nước trong bình ngưng 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là : Hà Duy Thái

Sinh ngày: 12/02/1987

Mã HV: CB130979

Học viên lớp cao học khóa 2013B - Ngành Điều khiển và Tự động hóa - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu điều khiển bình ngưng nhà máy điện”

do TS Nguyễn Huy Phương hướng dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Ngoài các tài liệu tham khảo đã dẫn ra ở cuối luận văn, tôi đảm bảo rằng không sao chép các công trình hoặc kết quả của người khác Nếu phát hiện có sự sai phạm với điều cam đoan trên, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

a, athực Hệ số ảnh hưởng của cáu cặn tới truyền nhiệt

trong bình ngưng

Cp; Cpl Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp của nước

Fcw; Fs; Fc; Lưu lượng nước làm lạnh, lưu lượng hơi, lưu

Tcw; T Nhiệt độ nước làm lạnh đầu vào, nhiệt độ nước

0C]

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Số liệu đo được thực tế của bình ngưng tại nhà máy điện 37

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ thiết bị thực hiện chu trình Rankine 5 Hình 1.2 Sơ đồ nhiệt nguyên lý nhà máy nhiệt điện tuabin ngưng hơi 6 Hình 1.3 Nguyên lý cấu tạo bình ngưng dùng nước làm lạnh đi trong ống 8 Hình 1.4 Đồ thị i-s quá trình giãn nở trong tuabin hạ áp xác định P2 9

Hình 1.8 Sơ đồ bình ngưng có hai khoang nối tiếp theo đường mức, làm

việc với áp suất khác nhau

13

Hình 2.1 Quan hệ tỷ số hệ số tản nhiệt  n/ n0 với mật độ 23

Hình 2.6 Sơ đồ khối 2 mạch vòng điều khiển lưu lượng nước ngưng và

áp suất của bình ngưng

36

Hình 2.8 Cửa sổ System Identification Tool –Untiled 39

Hình 2.12 Đặc tính hàm truyền đạt trong cửa sổ Model 43

Hình 2.14 Sơ đồ khối mạch vòng điều khiển áp suất có phản hồi -1 45 Hình 2.15 Sơ đồ khối mạch vòng điều khiển mức nước 47

Hình 2.16 Mạch vòng điều chỉnh mức nước 48 Hình 3.1 Sơ đồ mô phỏng mạch vòng điều khiển áp suất và mức nước

của bình ngưng trên Simulink

52

Hình 3.2 Mô hình điều khiển áp suất và mức nước bình ngưng 53 Hình 3.3 Đặc tính quá độ của áp suất trong bình ngưng 54 Hình 3.4 Đặc tính quá độ mức nước trong bình ngưng 55

MỞ ĐẦU

Nước ta hiện nay đang trong thời kỳ hiện đại hoá - công nghiệp hoá đất nước, mục tiêu phấn đấu tới hết năm 2020 Để đáp ứng mục tiêu này, một điều đã rõ ràng là phải đẩy mạnh sự phát triển của ngành năng lượng điện Bởi vì nó là ngành cần được phát triển trước một bước Trong thực tế mấy năm qua cho thấy: chúng ta đã liên tiếp khai thác các nguồn năng lượng khác nhau để sản suất điện năng Bên cạnh các nhà máy thủy điện, nhiệt điện đốt than, tuabin khí đang được sử dụng thì cũng đã có rất nhiều nhà máy điện đang được xây dựng và đưa vào vận hành Theo số liệu thống kê của tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) thông báo tình hình hoạt động đầu tư xây dựng và sản xuất kinh doanh tháng 4 năm 2015, trong đó thủy điện chiếm 32,27%, nhiệt điện than chiếm 33,74%, tuabin khí chiếm 32,67%, nhiệt điện dầu chiếm 0,14%

và nhập khẩu Trung Quốc chiếm 1,17% Theo chương trình phát triển nguồn điện, dần dần thủy điện sẽ giảm, nhiệt điện than tăng, tua bin khí + dầu sẽ tăng trong mấy năm tới Cụ thể, cho tới năm 2020 thì tỷ trọng của các loại điện này sẽ là: Thủy điện 26,6%, nhiệt điện than tăng lên 44,7%, nhiệt dầu khí 19,6%, nguồn năng lượng tái tạo 4,8%, nhập khẩu 2,8% (theo số liệu của chương trình phát triển nguồn điện, Tổng công ty Điện lực Việt Nam)

Qua số liệu thống kê ta thấy năm 2015 nhiệt điện đốt than chiếm 33,74% thì đến năm 2020 dự kiến tăng lên 44,7% Điều đó chứng tỏ ngoài các nhà máy nhiệt điện đốt than đang vận hành như là nhà máy nhiệt điện Phả Lại 1, 2; nhà máy nhiệt điện Ninh Bình, nhà máy nhiệt điện Uông Bí; nhà máy nhiệt điện Cẩm Phả; nhà máy nhiệt điện Hải Phòng; nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh, thì việc mở rộng và xây thêm nhà máy Nhiệt điện than là điều hết sức cần thiết Vấn đề về vận hành, thiết kế

mở rộng nhà máy làm sao cho kinh tế và hiệu quả nhất sẽ là rất quan trọng Trong đó

có một vấn đề là duy trì độ chân không có lợi nhất cho bình ngưng Thực tế cũng cho thấy hầu hết các nhà máy nhiệt điện ngưng hơi của nước ta đã có đều dùng nguồn nước làm mát là nước sông theo sơ đồ hở, ví dụ như: nhà máy nhiệt điện Phả Lại 1 dùng nước sông Thái Bình, nhà máy nhiệt điện Uông Bí dùng nước sông Uông, nhà

máy nhiệt điện Ninh Bình dùng nước sông Đáy Điều kiện khí hậu nước ta lại thay đổi rất rõ rệt theo mùa, nhiệt độ trung bình nước sông thay đổi rất nhiều giữa mùa đông và mùa hè Theo số liệu khảo sát được tại Phả Lại của sông Thái Bình thì nhiệt

độ thấp nhất về mùa đông là 15°C, trong khi đó, về mùa hè nhiệt độ cao nhất lại lên tới 32°C Điều này làm ảnh hưởng tới quá trình truyền nhiệt trong bình ngưng và do

đó làm thay đổi chế độ chân không bình ngưng Nước sông lại có nhiều phù sa, các sinh vật phù du, các động vật thân mềm cũng như hà hến đều làm ảnh hưởng tới

vấn đề đóng cáu cặn trong ống bình ngưng, gây cản trở dòng nước làm mát đi trong

ống Như thực tế vận hành bình ngưng tại nhà máy nhiệt điện Phả Lại 1 cho thấy, nhà máy phải có chế độ rửa ngược đường ống tuần hoàn bằng nước nóng (45 ÷ 53 0C) để diệt hà hến và thông cáu cặn Lọt khí và sự làm việc của thiết bị hút thải không khí cũng có ảnh hưởng lớn tới truyền nhiệt và do đó tới áp suất bình ngưng Hơn nữa, mực nước sông cũng thường xuyên thay đổi Về mùa mưa (từ tháng 6 đến hết tháng 8), mức nước sông thực tế cao nhất tại Phả Lại đo được tại cửa hút của bơm tuần hoàn là 5 ÷ 6,5 m, nhưng về mùa khô (từ tháng 11 đến hết tháng 2) thì lại rất thấp, chỉ

từ 0,6 ÷ 1,5 m Sự thay đổi nhiều về mức nước sông này cũng gây khó khăn cho việc điều chỉnh sự làm việc của các bơm tuần hoàn Do đó thực tế nhà máy đã phải chia ra các phương thức vận hành hệ thống bơm tuần hoàn khác nhau và cách đấu nối các bơm này vào hệ thống cũng như việc điều chỉnh góc quay của cánh bơm sao cho các bơm được làm việc trong vùng ổn định, đạt hiệu suất cao nhất có thể và cung cấp đủ lượng nước cần thiết cho việc làm mát và các nhu cầu khác của nhà máy Phụ tải điện được phép phát cũng thường xuyên phải thay đổi do phần lớn các nhà máy nhiệt điện đều phải đáp ứng phần phụ tải nửa ngọn hoặc phụ tải ngọn trong đồ thị phân phối phụ tải chung của Quốc gia Chế độ vận hành thường xuyên bị thay đổi do độ dao động lớn của đồ thị phụ tải làm thay đổi phụ tải nhiệt của bình ngưng Nếu chế độ duy trì chân không và chế độ cung cấp nước làm mát không đáp ứng tốt thì cũng sẽ làm giảm hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất điện ở các nhà máy nhiệt điện kiểu tuabin ngưng hơi này

Tóm lại, do điều kiện thời tiết, khí hậu đặc thù như trên, do yêu cầu thay đổi

phụ tải điện, do các điều kiện trực tiếp hay gián tiếp khác có ảnh hưởng đến vận hành

hệ thống sản xuất điện và tới hệ thống bình ngưng mà một vấn đề có tính cấp thiết đặt

ra cho nghiên cứu là làm sao cho có thể điều khiển vận hành hệ thống bình ngưng một cách kinh tế và an toàn nhất Ở mỗi một chế độ vận hành khác nhau về điều kiện bên ngoài cũng như bên trong hệ thống bình ngưng, làm sao cho có được một bộ các thông số để duy trì mà đó là một bộ các thông số thích hợp nhất về cả mặt kỹ thuật cũng như mặt kinh tế trong quá trình sản xuất điện năng Đối với bình ngưng để đảm bảo chế độ vận hành hiệu quả kinh tế cũng như an toàn cho thiết bị thì hai tham số chính là áp suất bình ngưng và mức nước bình ngưng là không thể không quan tâm Do vậy trong giới hạn của đề tài này ta đi thiết kế bộ điều khiển cho hai đại lượng này

Đề tài này có một ý nghĩa thực tiễn rất quan trọng, đó là vì khi ta đã vận hành

hệ thống tuần hoàn ở chế độ tối ưu thì đương nhiên là hiệu quả kinh tế (hiệu suất sản xuất điện) chung của cả nhà máy điện sẽ được cải thiện và do đó trong quá trình vận hành nhà máy nhiệt điện sẽ đem lại lợi ích cao hơn Tuy nhiên trong quá trình vận hành thực tế, có nhiều yếu tố bên ngoài tác động tới bình ngưng, làm cho bình ngưng không vận hành được chính xác các thông số như đã thiết kế Điều này ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả vận hành của toàn hệ thống nhà máy điện cũng như nguy cơ mất an toàn cho cấu trúc của bình ngưng Vì vậy, đòi hỏi phải có bộ điều khiển tự động đáp ứng được các yêu cầu cần thiết giúp cho bình ngưng cũng như chế độ vận hành của

hệ thống đạt được hiệu quả cao nhất Trong phạm vi của đề tài chỉ đề cấp đến đối tượng nghiên cứu là các nhà máy nhiệt điện đốt than dùng tuabin ngưng hơi với bình ngưng kiểu ống có nước làm lạnh đi bên trong

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ BÌNH NGƯNG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 1.1 Thiết bị bình ngưng trong sơ đồ nhiệt nhà máy Nhiệt điện

1.1.1 Chu trình Rankine trong nhà máy nhiệt điện tuabin ngưng hơi

Để thực hiện việc biến đổi nhiệt năng của các phản ứng cháy nhiên liệu hữu

cơ thành điện năng, các nhà máy nhiệt điện tuabin hơi nước dùng chu trình nhiệt động là chu trình Rankine

Trên hình 1.1 Giới thiệu thiết bị thực hiện chu trình Rankine trong đó:

VI: Bơm nước ngưng

Giải thích các quá trình biến

đổi trạng thái của môi chất trong các

thiết bị: Nước ngưng được bơm

ngưng đưa vào lò hơi Tại đây, nước

nhận nhiệt của phản ứng cháy nhiên

liệu trong lò hơi I và biến thành hơi

bão hòa khô ở điểm trạng thái 1”, hơi

này tiếp tục nhận nhiệt trong lò hơi ở

bộ quá nhiệt II và chuyển thành hơi quá nhiệt có nhiệt độ và áp suất cao Hơi quá nhiệt ra khỏi bộ quá nhiệt được dẫn đến tuabin III ở điểm trạng thái vào là điểm 1 Trong tuabin, hơi giãn nở, sinh công làm quay tuabin và kéo máy phát điện IV sinh

ra điện Cuối quá trình, giãn nở ở cuối tuabin, hơi có trạng thái ở điểm 2 là hơi bão hòa ẩm, được dẫn vào thiết bị bình ngưng V, tại đây hơi nhả nhiệt ra môi trường nhờ vào dòng nước làm lạnh chảy trong ống bình ngưng mang đi, hơi ngưng tụ lại

thành nước ngưng ở điểm ra khỏi bình ngưng 3 và được bơm ngưng bơm trở lại lò hơi tiếp tục thực hiện chu trình

Trên đây đã giới thiệu sơ đồ công nghệ và chu trình Rankine cơ bản, được ứng dụng vào quá trình sản xuất điện năng Trong thực tế các nhà máy nhiệt điện dùng chu trình này thường áp dụng thêm các quá trình và thiết bị phụ khác nhằm nâng cao khả năng sinh công có ích, tăng hiệu suất của từng thiết bị riêng rẽ, do đó tăng hiệu suất của toàn chu trình Chu trình thường thấy trong các nhà máy nhiệt

điện có công suất lớn dùng tuabin ngưng hơi là chu trình Rankine có quá nhiệt trung gian và áp dụng gia nhiệt hồi nhiệt nước cấp trên sơ đồ thiết bị công nghệ như hình 1.2

Trong đó: I: Lò hơi; II: Bộ quá nhiệt; III: Bộ quá nhiệt trung gian; IV: Tuabin cao áp; V: Tuabin hạ áp; VI: Máy phát điện; VII: Bình ngưng; VIII: Bơm ngưng; IX: Bình gia nhiệt hạ áp; X: Bình khử khí; XI: Bơm cấp; XII: Bình gia nhiệt cao áp

Hình 1.2 mô tả sơ đồ công nghệ phổ biến của quá trình sản xuất điện trong nhà máy nhiệt điện dùng tuabin ngưng hơi Trong sơ đồ này thì nước ngưng sau khi

ra khỏi bình ngưng VII được bơm ngưng bơm qua các bình gia nhiệt hạ áp IX, ở đây nước ngưng nhận nhiệt của dòng hơi trích từ phần hạ áp tuabin Sau đó dòng nước ngưng chính được đưa vào bình khử khí Ra khỏi bình khử khí, dòng nước được bơm cấp XI bơm vào lò hơi qua các bình gia nhiệt cao áp XII Các bình gia nhiệt cao áp và hạ áp làm nhiệm vụ gia nhiệt cho dòng nước ngưng trước khi nó được cấp vào lò hơi Việc thực hiện trích hơi gia nhiệt chính là việc cacno hóa chu trình Rankine nhằm nâng cao hiệu suất nhiệt của chu trình, bởi vì nó làm giảm được đáng kể lượng hơi vào bình ngưng do đó giảm đáng kể được lượng nhiệt thải Q2 ở bình ngưng ra môi trường Lượng nhiệt này được hồi lại cho dòng nước ngưng để nâng cao nhiệt độ nước cấp vào lò hơi, nhờ đó làm giảm được kích thước bộ hâm nước phía đuôi lò Cũng do trích hơi sau khi đã sinh công một phần trong tuabin mà làm giảm được lưu lượng dòng hơi trong phần hạ áp tua bin Điều này cho phép tăng được công suất tổ máy do giảm được kích thước các tầng cánh phía cuối tuabin Một phần lớn lượng hơi sau khi đã sinh công trong tuabin cao áp được đưa quay trở lại lò hơi để quá nhiệt trung gian nhờ bộ quá nhiệt trung gian III Sau khi hơi đã được quá nhiệt trung gian mới đưa trở lại tiếp tục sinh công trong tuabin hạ

áp Việc quá nhiệt trung gian làm tăng được hiệu suất nhiệt của chu trình nếu thực hiện ở nhiệt độ thích hợp Hơn nữa và đặc biệt quan trọng là quá nhiệt trung gian sẽ làm giảm được độ ẩm của các tầng cánh phần cuối tuabin và làm tăng được hiệu suất trong tương đối cũng như tuổi thọ của các tầng cánh này

Về mặt lý thuyết thì càng tăng số lần gia nhiệt sẽ càng tăng được hiệu suất nhiệt chu trình Tuy nhiên, do chi phí đầu tư và mức độ phức tạp của chu trình tăng lên mà trên thực tế số lần gia nhiệt sẽ được tính tối ưu về mặt kinh tế và thường thấy

ở các tổ máy có công suất lớn là 5 ÷ 8 lần gia nhiệt là phù hợp Cũng như vậy, việc quá nhiệt trung gian trong thực tế thường áp dụng là một lần, cũng có khi là hai lần với các tổ máy công suất lớn

1.1.2 Nhiệm vụ và nguyên lý cấu tạo của bình ngưng trong nhà máy nhiệt điện

Như trên đã biết, để lượng hơi xả ra khỏi tuabin tiếp tục thực hiện chu trình của mình thì nó phải nhả lượng nhiệt ẩn ngưng tụ ra ngoài môi trường và ngưng tụ lại thành nước ngưng Bình ngưng trong sơ đồ nhà máy nhiệt điện là một trong bốn thiết bị chính của chu trình Thực chất nó là một thiết bị trao đổi nhiệt mà trong đó hơi bão hòa ẩm thoát khỏi tuabin nhả nhiệt qua bề mặt truyền nhiệt cho môi chất làm lạnh để ngưng tụ lại thành nước ngưng Chất tản nhiệt này thường được dùng là nước hoặc không khí Nguyên lý cấu tạo của các loại bình ngưng như hình 1.3 Trong đó:

1: Cửa hơi vào

2: Cửa nước ngưng ra

3: Vỏ bình ngưng

4: Các ống truyền nhiệt

5: Cửa nước làm lạnh vào

6: Cửa nước làm lạnh ra

Nhiệm vụ của thiết bị

ngưng tụ trong sơ đồ nhiệt nhà

máy nhiệt điện đã rõ ràng và tỏ

ra đơn giản Nhưng trong thực

tế, như đã biết nếu lượng nhiệt của lò hơi cung cấp là 100% thì có vào khoảng 50% của lượng nhiệt này phải được thải ra ngoài môi trường nhờ vào thiết bị ngưng tụ này Hơn nữa áp suất thoát ra khỏi tua bin vào bình ngưng là áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển Nếu truyền nhiệt xẩy ra trong điều kiện có lọt nhiều không khí lượng nhiệt được truyền ra ngoài cho nước làm lạnh sẽ phải trải qua thêm một nhiệt trở của lớp không khí Do đó sẽ làm tăng áp suất trong bình ngưng và gây giảm hiệu suất của quá trình sản xuất điện

1.2 Các khái niệm liên quan đến bình ngưng

1.2.1 Áp suất hơi thoát và áp suất trong bình ngưng

Áp suất hơi thoát là áp suất tuyệt đối của dòng hơi thoát khỏi tuabin ở trước

Hình 1.3 Nguyên lý cấu tạo bình ngưng dùng

nước làm lạnh đi trong ống

cửa vào của ống thoát vào bình ngưng, hay nói cách khác nó cũng là áp suất tuyệt

đối của dòng hơi thoát ở điểm sau tầng cánh động cuối cùng của tuabin Áp suất này

sẽ ký hiệu là P2 và xác định trên đồ thị i-s của quá trình giãn nở dòng hơi trong phần

hạ áp tuabin như sau:

Áp suất bình ngưng P là áp suất tuyệt đối của hỗn hợp hơi trong bình ngưng

Áp suất này được xác định khi trong bình ngưng có cân bằng nhiệt động giữa pha hơi và pha lỏng ngưng tụ của nó Do bình ngưng luôn luôn làm việc ở áp suất thấp

hơn áp suất khí quyển nên luôn có lẫn không khí trong bình ngưng Ngoài ra, trong

bình ngưng còn có lẫn các khí hòa tan khác do hơi thoát mang vào Nên trong bình ngưng luôn tồn tại hỗn hợp hơi nước - các khí Áp suất bình ngưng P chính là tổng các phân áp suất của các khí lẫn vào cộng với phân áp suất của hơi nước

Dòng hơi thoát khỏi tuabin được dẫn vào bình ngưng qua một ống thoát, do

đó có sự tổn thất áp suất Chính vì vậy mà xét về độ lớn thì áp suất bình ngưng P sẽ nhỏ hơn áp suất hơi thoát P2 một lượng bằng tổn thất áp suất dọc đường đi của hơi

từ cuối tuabin tới bình ngưng Mối liên hệ giữa P2 và P này rất phức tạp, nó phụ thuộc vào không những hình dạng, kích thước của ống thoát mà còn phụ thuộc vào trạng thái động học của dòng hơi thoát khỏi tuabin Có thể đánh giá sự phụ thuộc

này bằng một công thức thực nghiệm như sau:

1.2.2 Khái niệm về độ chân không trong bình ngưng

Một trong những phương pháp nâng cao hiệu suất của thiết bị tuabin là giảm nhiệt độ hơi thoát ra khỏi tuabin Những

tuabin hiện đại thì ở tầng sau cũng

thường có độ chân không cao, nghĩa là

áp suất tuyệt đối tại đó thấp Độ chân

không ở sau tuabin được tạo thành do sự

ngưng tụ hơi trong thiết bị đặc biệt gọi

là bình ngưng Còn quá trình ngưng tụ

hơi được thực hiện bằng cách lấy đi

nhiệt ẩn hóa của hơi ở áp suất không

đổi Môi trường làm lạnh thường dùng

nước, đôi khi còn dùng không khí, nhiệt

độ của môi trường làm lạnh cần phải

thấp hơn nhiệt độ của hơi ngưng tụ

Ta khảo sát sơ đồ của thiết bị

ngưng hơi trên hình vẽ 1.5

Trong sơ đồ này, hơi thoát ra khỏi

tầng cuối tuabin I thì đi vào bình ngưng II Trong không gian bình ngưng xảy ra quá trình ngưng tụ hơi liên tục do sự truyền nhiệt ẩn hóa hơi cho nước làm lạnh cung cấp bởi bơm tuần hoàn III Hơi ngưng tụ thành nước được bơm nước ngưng IV hút đi

Áp suất cân bằng giữa hơi và nước ngưng phụ thuộc vào nhiệt độ nước ngưng Đối với hơi bão hòa quan hệ này gọi là đơn trị, nghĩa là: Ứng với một nhiệt

độ của hơi bão hòa ngưng tụ thì tương ứng với một giá trị áp suất xác định Nhiệt độ

của hơi trong bình ngưng phụ thuộc vào nhiệt độ làm lạnh Giới hạn nhiệt độ thấp nhất của hơi trong bình ngưng bằng nhiệt độ của nước làm lạnh Khi áp suất trong bình ngưng thấp hơn áp suất khí quyển ta nói rằng trong bình ngưng có độ chân không

Yêu cầu phải tránh không cho không khí lọt vào bình ngưng Nhưng thực tế, trong bình ngưng và tuabin luôn có độ chân không và không kín nên vẫn có một lượng nhỏ không khí lọt vào Ngoài ra, cũng có một phần không khí lẫn trong hơi từ

lò vào tuabin Do đó trong bình ngưng luôn có hỗn hợp hơi không khí Áp suất chung của hỗn hợp này trong bình ngưng bằng tổng áp suất riêng phần của hơi và không khí Nếu không loại trừ không khí của hơi ra khỏi bình ngưng thì không tạo được độ chân không cao Vì vậy để duy trì được độ chân không thì cần phải hút liên tục không khí ra khỏi bình ngưng bằng bơm chân không V

1.2.3 Suất phụ tải nhiệt và suất phụ tải hơi

Lượng nhiệt cân bằng giữa quá trình thải nhiệt do ngưng tụ hơi và quá trình nhận nhiệt của nước làm lạnh trong một đơn vị thời gian gọi là phụ tải nhiệt bình ngưng, ký hiệu là Qk, [W] Phụ tải nhiệt bình ngưng có khi còn được gọi là công suất nhiệt bình ngưng Nó chính là lượng nhiệt trao đổi giữa hơi và nước làm lạnh trong bình ngưng trong một đơn vị thời gian trên toàn bộ diện tích bề mặt làm lạnh của bình ngưng

Suất phụ tải nhiệt bình ngưng qk là phụ tải nhiệt tính trên một đơn vị diện tích bề mặt làm lạnh của bình ngưng Nếu gọi F là tổng diện tích bề mặt làm lạnh

Lưu lượng hơi thoát khỏi phần hạ áp tuabin đi vào bình ngưng Fs [kg/s] gọi

là phụ tải hơi của bình ngưng Còn suất phụ tải hơi dk là phụ tải hơi tính trên một đơn vị diện tích trao đổi nhiệt bình ngưng

dk = Fs/F [kg/(m2.s)] (1.5) Nếu gọi i là lượng nhiệt của l kg hơi cần thải ra ở bình ngưng để ngưng tụ

lại thì ta có liên hệ sau đây giữa suất phụ tải nhiệt và suất phụ tải hơi:

Qk = i Fs = (i2 - ik ) Fs [W] (1.6a)

Hay qk  i.dk

Ở chế độ định mức thì giá trị của dk thường vào khoảng 30 ÷ 45 [kg/(m2h)]

1.2.4 Bội số làm lạnh, số chặng đường nước và chiều dài ống

Nếu gọi lưu lượng nước làm lạnh là Fcw [kg/s] thì bội số làm lạnh m được định nghĩa là tỷ số giữa lưu lượng nước làm lạnh và phụ tải hơi của bình ngưng:

c w s

mF / F Khi tính nhiệt bình ngưng, người ta thường chọn giá trị của bội số làm lạnh ở trong khoảng m = 50÷ 90 Số chặng đường nước Z được hiểu là số lần dòng nước làm lạnh đi trong cụm ống dọc theo chiều dài ống bình ngưng mà không đổi hướng đi của nó Trong thực tế thường gặp các bình ngưng bề mặt có loại 1 chặng đường nước hoặc 2 chặng đường nước tùy theo công suất của tổ máy là nhỏ hay lớn Sơ đồ mô tả các loại bình ngưng với số chặng đường nước khác nhau thể hiện

như trên hình vẽ 1.6, hình 1.7 và hình 1.8

Nước làm

lạnh ra Hơi vào

Nước ngưng

ra

Hình 1.6 Sơ đồ bình ngưng một chặng đường nước

Không khí và các khí không ngưng khác lọt vào bình ngưng được tách ra khỏi hỗn hợp và hút ra ngoài bằng bơm chân không Trong bình ngưng tạo nên luồng chuyển động của hỗn hợp hơi không khí từ cổ bình ngưng đến lỗ rút không

Nước làm

Nước ngưng ra

Hơi vào có

áp suất p2

Hơi vào có

áp suất p1

Hình 1.8 Sơ đồ bình ngưng có hai khoang nối tiếp theo đường mức, làm

việc với áp suất khác nhau

khí Hỗn hợp không khí trong không gian giữa các ống đồng chuyển động theo một quỹ đạo cong, đặc tính của quỹ đạo này phụ thuộc vào cách bố trí cụm ống trong bình ngưng Quá trình ngưng tụ hơi được xẩy ra dần dần trên các quỹ đạo chuyển động này

Ngoài ra, khi tổ máy có công suất rất lớn người ta thường làm các bình ngưng có nhiều khoang, thường thấy là hai hoặc 3 khoang Trong mỗi khoang lại có thể thấy nhiều chặng đường nước Các khoang được mắc nối tiếp hoặc vòng tròn xen kẽ Các khoang thường làm với áp suất hơi thoát khác nhau Sơ đồ sau mô tả cách mắc hai khoang đơn chặng nối tiếp nhau theo đường nước

Gọi di và d0 lần lượt là đường kính trong, ngoài của ống bình ngưng [m], n là tổng số ống của bình ngưng; Z, nz lần lượt là số chặn đường nước và số ống trong mỗi chặng; L là chiều dài của mỗi ống [m];  là tốc độ trung bình của nước làm lạnh chảy trong các ống [m/s]  là khối lượng riêng của nước trong ống [kg/m3]

Ta có công thức của lưu lượng nước làm lạnh:

2

F  .d n / 4 [m3/s] =.d n / 4i2 z  [kg/s] (1.2) Giả sử rằng, số ống trong mỗi chặng là như nhau thì có nZ.nz Mặt khác,

do bề mặt trao đổi nhiệt A được tính theo công thức:

Từ các công thức (1.2) và (1.3) ta tính được chiều dài mỗi ống là:

2 i

1.2.5 Độ kín của hệ thống chân không và hỗn hợp không khí

Trong thời gian làm việc mà các khoảng không gian của các thiết bị tuabin, bình ngưng và các bình gia nhiệt nước cấp có độ chân không thì ta gọi đó là hệ thống chân không

Không khí và các khí không ngưng tụ khác lọt vào bình ngưng bằng 2 con đường:

- Lẫn trong hơi từ lò sang tua bin

- Lọt qua các khe hở của hệ thống chân không

Lượng không khí lẫn trong hơi từ lò mang sang tuabin thường rất ít chỉ bằng vài phần trăm lượng không khí rút ra khỏi bình ngưng Vì thế lượng không khí rút

ra khỏi bình ngưng là tiêu chuẩn chủ yếu để xác định độ kín của hệ thống chân không

Lượng không khí lọt vào bình ngưng phụ thuộc vào:

- Cấu tạo và kích thước của thiết bị tuabin

- Độ kín khi lắp ráp các thiết bị: tuabin, bình ngưng, các bình gia nhiệt, các mặt bích nối các phần tử thiết bị và đường ống

Để tránh lượng không khí lọt vào hệ thống chân không người ta cần phải áp dụng chen thủy lực tại các mặt bích nối trong hệ thống chân không Thực tế đã chứng mình rằng: khi áp dụng chen thủy lực tại các mặt bích thị lượng không khí lọt vào sẽ giảm đi khá nhiều

Lượng không khí lọt vào thường tăng khi giảm phụ tải của tuabin vào bình ngưng, bởi vì khi đó phạm vi hệ thống chân không tăng lên, do đó xuất hiện thêm vị trí mới là nơi không khí có thể lọt vào

1.2.6 Độ chênh nhiệt độ và độ hâm nước

Trao đổi nhiệt xảy ra trong bình ngưng là trao đổi nhiệt khi ngưng tụ hơi Sơ

đồ thay đổi nhiệt độ của dòng hơi và dòng nước dọc theo đường đi của nước trong ống như hình 1.9:

Nhiệt độ bão hòa của hơi ở áp suất P được tính theo công

Trong đó:  t TCT , là độ chênh nhiệt độ tại đầu ra của nước làm lạnh so với nhiệt độ hơi Còn t T Tcw, là độ hâm nước trong bình ngưng (độ gia nhiệt nước) Dùng cân bằng nhiệt giữa nước nhận vào và hơi nhả ra ta sẽ có:

F      T F i F (i i ) (1.12)

Độ chênh nhiệt độ t phản ánh điều kiện truyền nhiệt tốt hay xấu diễn ra trong

bình ngưng Còn độ chênh nhiệt độ trung bình logarit được tính theo công thức:

Theo công thức (1.11) thì nhiệt độ bão hòa của hơi tương ứng với áp suất P

sẽ phụ thuộc vào 3 yếu tố sau:

+ Điều kiện truyền nhiệt từ hơi nước tới nước làm lạnh qua bề mặt ống bình ngưng, phản ánh bởi độ chênh nhiệt độ t Các ảnh hưởng tới truyền nhiệt này sẽ được đề cập rõ hơn trong mục sau

+ Độ hâm nước trong bình ngưng T Theo công thức (1.12) thì muốn giảm T

 ta phải tăng bội số làm lạnh m, tức là phải tăng công suất của bơm tuần hoàn

+ Nhiệt độ nước làm lạnh đầu vào Tcw Tức là phụ thuộc vào điều kiện thời

Hình 1.9 Sơ đồ trao đổi nhiệt dọc theo chiều dài

ống

tiết khí hậu ở nơi đặt bình ngưng

Nếu cho trước nhiệt độ vào của nước làm lạnh Tcw, muốn giảm nhiệt độ bão hòa T (giảm P) thì phải giảm từng yếu tố t hoặc T , nhưng cũng có thể đồng thời giảm cả hai yếu tố này Nếu cả nhiệt độ Tcw và áp suất P đều cho trước thì vẫn theo

công thức (1.11) ta sẽ có: t + T = T – Tcw = const Do đó, khi giảm T thì sẽ làm tăng t và ngược lại Nên khi đó phải tính toán tối ưu giữa độ tăng t (giảm bề mặt trao đổi nhiệt bình ngưng) và độ giảm T (tăng công suất của bơm tuần hoàn) sao cho có lợi nhất Tuy nhiên, đó là một bài toán lựa chọn tối ưu mà khi thiết kế bình ngưng ta phải để ý tới

CHƯƠNG II XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC VÀ THUẬT TOÁN

ĐIỀU KHIỂN BÌNH NGƯNG

Như đã biết, các thiết bị trong nhà máy nhiệt điện đều được tính toán tối ưu ở các điều kiện thiết kế Có nghĩa là: sự làm việc của toàn bộ nhà máy nói chung cũng

như của từng thiết bị nói riêng sẽ làm việc ổn định và hiệu quả nhất chỉ ở một chế

độ, chế độ đó là chế độ thiết kế Trong chế độ này, tất cả các thông số cơ bản đặc trưng cho quá trình của thiết bị đều đã được chọn lựa là có lợi nhất Tuy nhiên trong thực tế làm việc, không phải các điều kiện thiết kế đặt ra ấy đều được duy trì Điều này do nhiều nguyên nhân mà cơ bản là do những điều kiện môi trường bên ngoài

hệ thống thiết bị thường xuyên thay đổi (không giống như điều kiện thiết kế đặt ra) hoặc do những điều kiện bên trong hệ thống thiết bị cũng thường xuyên thay đổi theo thời gian Tất cả những thay đổi này kết hợp lại với nhau tạo nên các chế độ thay đổi của hệ thống thiết bị Trong chương này sẽ đưa ra phương pháp tiếp cận đối tượng bằng cách mô tả các quá trình cơ bản xảy ra bên trong cũng như các quá trình có liên quan từ bên ngoài tới đối tượng dưới dạng các phương trình toán học (mô hình toán) mà nhờ vào các mô tả về bản chất này sẽ giúp ta xác định được các biến cần điều khiển, các biến quá trình Ngoài ra, nhờ vào việc mô hình hóa đối tượng, ta có thể xây dựng được các chương trình tính toán tự động, các mạch vòng điều khiển, các tham số cho bộ điều khiển Kết quả của các bộ điều khiển này được dùng để tự động điều chỉnh, đưa đối tượng trở về những điều kiện làm việc tối ưu hoặc là các kết quả của các bộ điều khiển này được mô phỏng giúp con người nhận biết và hiểu được các diễn biến về tình trạng làm việc hiện tại của thiết bị mà từ đó điều khiển vận hành nó một cách kinh tế nhất

2.1 Cơ cấu của quá trình ngưng tụ và các dạng ngưng tụ

Trong bình ngưng tua bin việc chuyển hóa pha hơi thành pha lỏng được thực hiện trên bề mặt của các ống đồng bình ngưng

Người ta phân chia thành 2 dạng ngưng tụ:

- Dạng ngưng màng là một dạng ngưng tụ mà nước được tạo thành một màng liên tục trên bề mặt làm lạnh

- Dạng ngưng giọt là dạng ngưng tụ mà nước ngưng tạo thành những giọt nước riêng biệt trên bề mặt làm lạnh

Trong bình ngưng của tuabin hơi có dạng ngưng màng là chủ yếu Tuy nhiên tùy theo cấu tạo của bình ngưng mà có thể tồn tại 2 dạng ngưng tụ

Đặc tính ngưng màng hoặc ngưng giọt phụ thuộc vào bề mặt làm lạnh bị ướt hoàn toàn hay ướt từng phần Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh rằng: Nếu bề mặt kim loại không bị bẩn thì nước sẽ làm ướt toàn bộ bề mặt kim loại của thiết bị trao đổi nhiệt Nếu có một lượng chất lỏng hữu cơ (ví dụ như dầu bôi trơn) không lớn nào đấy trên bề mặt ống đồng bình ngưng thì sẽ gây nên dạng ngưng giọt

Trong những điều kiện như trên, ở dạng ngưng giọt thì hệ số tản nhiệt từ hơi đến bề mặt ngưng tụ sẽ cao hơn 1 vài lần khi có dạng ngưng màng Dạng ngưng giọt thường thấy xẩy ra trong các bình ngưng khi làm việc không ổn định và có tốc

độ hơi chuyển động nhỏ hơn 10m/s

Chính vì thế trong phạm vi nghiên cứu này đã sẽ nghiên cứu dạng ngưng màng trên bề mặt bình ngưng Nước ngưng bao quanh bề mặt ống ở dạng ngưng màng sẽ tách hỗn hợp không khí xa khỏi bề mặt ống Bề mặt màng ngưng là bề mặt phân chia pha và tại đó xẩy ra ngưng tụ hơi, nghĩa là có sự hút các phần tử hơi vào

bề mặt của màng ngưng Bề dày của màng ngưng không đồng đều theo vòng tròn cũng như theo chiều dài ống đồng Khi phụ tải bình ngưng lớn thì nước ngưng sẽ chảy thành những dòng nhỏ riêng biệt Sự tạo thành và sự phá vỡ những giọt nước xẩy ra không đồng đều Những giọt nước ngưng rơi trên các ống nằm phía dưới rồi chảy vào khu vực hẹp Ở vị trí mà giọt nước ngưng rơi xuống thì bề dày màng ngưng phình ra phía dưới ống Đồng thời với sức căng bề mặt thì lực cân bằng cũng

sẽ ảnh hưởng đến bề dày màng ngưng theo vòng tròn của ống

Lực ma sát xuất hiện giữa màng ngưng và hơi chuyển động sẽ dẫn đến sự phá hủy dòng chảy tầng của màng, gây nên chảy rối cục bộ và có hiện tượng phá hoại màng ngưng Những chấn động có chu kỳ do những giọt nước ngưng rơi từ trên xuống và tách rời khỏi phần dưới ống cũng gây ra sự phá hoại màng ngưng

Sự xuất hiện pha lỏng xẩy ra khi có hiệu số nhiệt độ của hơi trong dòng và nhiệt độ trên bề mặt phân chia pha Như vậy nhiệt độ nước ngưng trên bề mặt ống đồng luôn thấp hơn nhiệt độ của hơi tại tâm dòng hơi Nhiệt độ của hơi trực tiếp trên bề mặt phân chia pha trong lớp màng mỏng bên ngoài màng ngưng thực tế như nhau và bằng nhiệt độ biến đổi pha Nhiệt độ bề mặt ngoài ống cần phải thấp hơn nhiệt độ bão hòa ứng với phân áp suất hơn trên bề mặt phân chia pha

Khi hơi ngưng tụ nhiệt ẩn hóa hơi được tách ra Việc tách nhiệt khỏi bề mặt ngưng tụ là điều kiện cần thiết, nó được thực hiện do trao đổi nhiệt của hơi được ngưng tụ với nước làm lạnh qua bình ngưng và vách ống đồng

2.2 Sự tản nhiệt và khuếch tán môi chất khí hơi ngưng tụ trong bình ngưng

Việc tính toán nhiệt bình ngưng bề mặt phải dựa vào phương trình truyền nhiệt sau:

 là độ chệnh nhiệt độ trung bình giữa hơi và nước làm lạnh

Khi so sánh phương trình truyền nhiệt và phương trình cân bằng nhiệt

Tcw và T là nhiệt độ nước làm lạnh khi vào và ra khỏi bình ngưng [0C];

Cb là tỷ nhiệt của nước

Hệ số truyền nhiệt U không đều nhau tại mọi điểm trên bề mặt làm lạnh của bình ngưng Đặc tính phân bố trị số của hệ số truyền nhiệt trên bề mặt làm lạnh chưa được biết, cho nên để xác định bề mặt làm lạnh A phải sử dụng giá trị trung bình của U theo số liệu thực nghiệm

Độ chênh nhiệt T cũng thay đổi dọc theo quãng đường chuyển động của hỗn hợp trong bình ngưng

Đối với một phân tử vô cùng nhỏ của bề mặt làm lạnh có thể viết:

Rb là trở lực nhiệt trong quá trình tản nhiệt từ vách ống đến nước

Hiện nay chưa thực hiện được việc tính toán nhiệt bình ngưng bằng toán giải tích thuần túy, bởi vì các hiện tượng vật lý rất phức tạp trong quá trình ngưng tụ Cho nên phương pháp tính toán bán thực nghiệm được sử dụng rộng rãi và hệ số truyền nhiệt trung bình được tính theo công thức:

 cw

x0,12a 1 0,15T

a là hệ số tính đến ảnh hưởng độ bẩn của bề mặt làm lạnh Nó phụ thuộc vào điều kiện vận hành của bình ngưng Khi nước làm lạnh sạch và hệ thống cung cấp được tuần hoàn là đơn lưu thì thường chọn a = 0,8 ÷ 0,85 Khi nước làm lạnh được xử lý và

hệ thống cung cấp nước là kín thì chọn a = 0,75 ÷ 0,8 Khi nước làm lạnh bị bẩn, hệ thống có lẫn nước có khả năng tạo cắn hữu cơ thì chọn hệ số a = 0,65 ÷ 0,75

d là tốc độ nước ở trong ống [m/s];

d là đường kính trong của ống [m];

Tcw là nhiệt độ nước làm lạnh đầu vào bình ngưng [0C];

z

 là thừa số tính đến ảnh hưởng của số chặng đường nước trong bình ngưng và được xác định theo công thức:   z 1 0,1(Z 2)(1 t / 35)  1b ;

d

 là thừa số tính đến ảnh hưởng của phụ tải hơi của bình ngưng

2.3 Những ảnh hưởng tới quá trình truyền nhiệt trong bình ngưng

2.3.1 Ảnh hưởng của tốc độ hơi

Ta biết rằng: Giữa dòng hơi chuyển động và màng ngưng tụ bao quanh ống xuất hiện lực tương hỗ cơ học (như lực ma sát) Điều đó thường dẫn tới làm ảnh hưởng lưu tốc dòng chảy trong màng ngưng, làm giảm bề giày trung bình màng ngưng tụ m và gây nên chảy rối cục bộ màng ngưng Khi giảm bề dày màng ngưng thì hệ số tản nhiệt từ màng đến vách ống n sẽ tăng lên Như vậy việc tăng tốc độ dòng hơi sẽ làm tăng cường độ trao đổi nhiệt Tốc độ dòng hơi ảnh hưởng tới sự phân trị số hệ số tản nhiệt theo chiều sâu cụm ống Tùy theo mức độ ngưng tụ hơi

mà tốc độ của dòng sẽ giảm đi và do đó hệ số tản nhiệt sẽ giảm theo Từ đó ta suy ra rằng: Hệ số tản nhiệt từ hơi sạch (hơi nguyên chất) chuyển động cao hơn hệ số tản nhiệt của hơi nguyên chất ở trạng thái không chuyển động H Tỷ số nc

H



 phụ thuộc vào:

- Lực tương hỗ cơ học giữa dòng hơi chuyển động lớp màng ngưng tụ

- Chế độ thủy động trong dòng hơi

- Một số yếu tố xác định cường độ tản nhiệt qua màng ngưng tụ đến vách

ống Theo thực nghiệm như sau: nc k m n

Tiêu chuẩn này đặc trưng cho chế độ thủy động của dòng hơi, biểu thị mức

độ tương quan lực quán tính và lực ma sát ở bên trong dòng

Tiêu chuẩn Nút –xen đối với dòng hơi không chuyển động

.0,72.k

 là hệ số nhớt động học của màng nước ngưng [m/s2];

dH là đường kính ngoài của ống [m];

k, m, n là các hệ số xác định bằng thực nghiệm với ống nằm ngang k = 1, ống thẳng đứng k = 1,75;

L0 là kích thước đặc trưng, với ống nằm ngang L0 = dH

Theo số liệu thực nghiệm của viện BTИ khi nghiên cứu dòng hơi có thông số

áp suất khoảng: 0,047 ÷ 1,052atm, nhiệt độ 31,5 ÷ 1000C thì tỷ số:

0,08 0,58 nc

2.3.2 Ảnh hưởng của hỗn hợp không khí đến tản nhiệt khi hơi ngưng tụ

Hình 2.1 Quan hệ tỷ số hệ số tản nhiệt  n/ n0 với mật độ

Ảnh hưởng của hỗn hợp không khí đến tản nhiệt khi hơi ngưng tụ đã được nghiên cứu với hơi không chuyển động hoặc hơi chuyển động với tốc độ nhỏ Trên

hình 2.1 biểu thị quan hệ giữa tỷ số hệ số tản nhiệt n 0

( )

   

 là hệ số tản nhiệt của hơi có chứa không khí

Từ đồ thị chỉ ra rằng: khi hàm lượng không khí chứa trong hơi là 1% thì hệ tản nhiệt giảm đi gần gấp đôi Quan hệ n 0  

b n



  

 trên hình 2.1 chỉ đúng với 1 ống đơn độc do đó không phù hợp với điều kiện thực tế trong bình ngưng

2.3.3 Ảnh hưởng của thiết bị hút thải không khí đến điều kiện trao đổi nhiệt trong bình ngưng

Trị số áp suất tuyệt đối trong bình ngưng phụ thuộc không những vào sự làm việc của thiết bị hút thải không khí Ở chế độ làm việc ổn định của bình ngưng, áp suất tại cổ bình ngưng liên quan với áp suất tại cửa hút của thiết bị hút thải không khí là P theo quan hệ sau:211 P2 P211 P (2.13)

G là lưu lượng không khí được hút ra khỏi hệ thống;

 là hệ số đặc trưng cho chất lượng của thiết bị thải hút không khí (như êjéc tơ);

 là trở lực của đường không khí giữa bình ngưng và thiết bị hút thải không khí