Tính toán, thiết kế hệ thống điện thủy để điều khiển hệ thống đi tắt của tuabin hơi và hòa hai lò hơi (2X300MWe) cho 1 tuabin hơi 600MWe

lạnh được gọi là hệ thống đi tắt cao áp của tua bin, trên hệ thống đi tắt có van chặn BH và van điều khiển đi tắt HBP để điều khiển áp suất của hơi mới theo yêu cầu của tuabin.. Hơi tái

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

PHẠM PHI HỔ

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN THỦY ĐỂ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐI TẮT CỦA TUABIN HƠI VÀ HÒA HAI LÒ HƠI (2X300MWe) CHO 1 TUABIN HƠI 600MWe

Chuyên ngành : Máy và Tự động Thủy Khí

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Máy và Tự động Thủy Khí

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS – TS NGÔ SỸ LỘC

Hà Nội – Năm 2010

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Đề tài “TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN THỦY

ĐỂ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐI TẮT CỦA TUABIN HƠI VÀ HÒA HAI LÒ HƠI (2X300MWe) CHO 1 TUABIN HƠI 600MWe” do PGS – TS Ngô Sỹ Lộc hướng dẫn

là công trình nghiên cứu của riêng tôi Tất cả các tài liệu đều có xuất xứ rõ ràng, không

có vi phạm và tranh chấp bản quyền với bất cứ cá nhân và tổ chức nào

Tôi xin cam đoan tất cả các nội dung trong luận văn đúng như nội dung trong đề cương và yêu cầu của người hướng dẫn khoa học Nếu sai, tôi xin chịu trách nhiệm trước hội đồng khoa học và trước pháp luật

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 4

PHẦN MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG I – GỚI THIỆU CHUNG HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN VÀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN 9

I Công suất phát điện trong hệ thống điện Việt Nam 9

II Nhà máy nhiệt điện đốt than 11

III Giới thiệu hệ thống đi tắt của tua bin hơi 16

IV Những vấn đề cần nghiên cứu phân tích về hệ thống đi tắt[5] 19

V Mục đích của đề tài 22

CHƯƠNG II – LÝ THUYẾT NHIỆT CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN VÀ HỆ THỐNG ĐI TẮT CỦA TUABIN HƠI 23

I Lý thuyết nhiệt của nhà máy nhiệt điện đốt than[4] 23

II Tính toán công suất cho hệ thống đi tắt 35

III Nghiên cứu đường đặc tính khởi động lò hơi ở các chế độ và tìm đường đặc tính của van điều khiển của hệ thống đi tắt 38

CHƯƠNG III – KHẢO SÁT, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, LẬP LÔGIC ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG ĐI TẮT 51

I Lựa chọn van điều khiển và dựng đường đặc tính cho van điều khiển 51

II Tính toán thiết kế van điều khiển đi tắt cao áp và đi tắt hạ áp 57

III Tính toán, lựa chọn thiết kế hệ thống Điện Thủy cho hệ thống đi tắt[3] 66

IV Thiết kế hệ thống điện thủy điều khiển cho van đi tắt cao áp và trung áp[6] 72

V Tự động hóa quá trình điều khiển[5] 73

CHƯƠNG IV – NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỆ THỐNG THỦY LỰC 78

I Xây dựng mô hình nghiên cứu và tính toán của hệ[9] 79

II Thiết lập các phương trình mô tả hệ thống[7,8] 81

III Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống 83

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO 99

DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Bảng 1.1 Công suất nguồn điện của Việt Nam

Bảng 1.2 Công suất nguồn nhiệt điện của Việt Nam

Bảng 3.1 Hành trình của van và diện tích cho qua

Bảng 3.2 Một số ký hiệu logic

Bảng 4.1 Các thông số thiết kế cho hệ thống thủy lực

Hình 1.1 Đồ thị công suất nguồn điện của Việt nam

Hình 1.2 Đồ thị công suất nguồn nhiệt điện của Việt nam

Hình 1.3 Sơ đồ tổng quát của nhà máy nhiệt điện đốt than

Hình 1.4 Sơ đồ cân bằng nhiệt của nhà máy nhiệt điện đốt than

Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống đi tắt cho tuabin hơi

Hình 2.1 Sơ đồ thiết bị và chu trình Rankine của khí thực

Hình 2.2 Đồ thị T-s của chu trình Rankine

Hình 2.3 Các biện pháp nâng cao hiệu suất chu trình Rankine

Hình 2.4 Biện pháp nâng cao T1TB

Hình 2.5 Biện pháp nâng cao T1TB thông qua nâng cao p1

Hình 2.6 Quan hệ hiệu suất nhiệt với áp suất p1 và nhiệt độ T1 của chu trình Rankine Hình 2.7 Sơ đồ thiết bị có quá nhiệt trung gian

Hình 2.8 Chu trình Rankine có quá nhiệt trung gian

Hình 2.9 Chu trình trích hơi gia nhiệt nước cấp

Hình 2.10 Một số cấu hình tuabin hơi cho các nhà máy nhiệt điện đốt than

Hình 2.11 Đường cong khởi động lò hơi ở chế độ lạnh

Hình 2.12 Đường cong khởi động lò hơi ở chế độ ấm

Hình 2.13 Đường cong khởi động lò hơi ở chế độ nóng

Hình 2.14 Đường cong khởi động lò hơi ở chế độ rất nóng

Hình 2.15 Sơ đồ đường hơi của hai lò hơi – 1 tuabin hơi và hệ thống đi tắt

Hình 3.1 Cấu tạo của van cầu thẳng

Hình 3.3 Các đường đặc tính của van cầu thẳng

Hình 3.3 Cấu tạo của van góc điều khiển

Hình 3.4 Các đường đặc tính của van góc điều khiển

Hình 3.5 Đường đặc tính của van điều khiển đi tắt cao áp

Hình 3.6 Đường đặc tính của van điều khiển đi tắt trung áp

Hình 3.7 Hành trình của van ứng với tiết diện cho qua

Hình 3.8 Tiết diện cho qua của một cửa của lồng giảm áp

Hình 3.9 Đường đặc tính tuyến tính hóa của van điều khiển đi tắt cao áp

Hình 3.10 Đường đặc tính tuyến tính hóa của van điều khiển đi tắt trung áp

Hình 3.11 Cấu tạo chung của van tỉ lệ

Hình 3.12 Đường đặc tính làm việc của van tỉ lệ

Hình 3.13 Cấu tạo cụm van điều khiển tỉ lệ có hệ thống chặn

Hình 3.14 Sơ đồ hệ thống thủy lực của van điều khiển tỉ lệ có hệ thống chặn

Hình 3.15 Sơ đồ thủy lực điều khiển van đi tắt cao áp và trung áp

Hình 3.16 Lôgic điều khiển hệ thống hơi cao áp đi tắt

Hình 3.17 Lôgic điều khiển hệ thống hơi trung áp đi tắt

Hình 3.18 Lôgic điều khiển hòa hơi hai lò hơi vào 1 tuabin

Hình 4.1 Mô hình nghiên cứu hê thống tự động thủy lực chuyển động tịnh tiến

Hình 4.2 Sơ đồ khối của hàm truyền x(s)/E(s)

Hình 4.3 Sơ đồ khối của hàm truyền x(s)/U(s)

Hình 4.4 Qúa trình làm việc của hệ thống

Hình 4.5 Thời gian xác lập sự làm việc ổn định của hệ thống

Hình 4.6 Khảo sát với giá trị C = 30

Hình 4.7 Khảo sát với giá trị C = 50

Hình 4.8 Khảo sát với giá trị C = 70

Hình 4.9 Khảo sát với giá trị C = 90

Hình 4.10 Khảo sát với giá trị C = 500

Hình 4.11 Khảo sát với giá trị F1 = 50

Hình 4.12 Khảo sát với giá trị F1 = 60

Hình 4.13 Khảo sát với giá trị F1 = 70

Hình 4.14 Khảo sát với giá trị F1 = 80

Hình 4.15 Khảo sát với giá trị F1 = 90

Hình 4.16 Khảo sát với giá trị KV = 10

Hình 4.17 Khảo sát với giá trị KV = 15

Hình 4.18 Khảo sát với giá trị KV = 20

Hình 4.19 Khảo sát với giá trị KV = 25

Hình 4.20 Khảo sát với giá trị KV = 30

Hình 4.21 Khảo sát với giá trị  = 5

Hình 4.22 Khảo sát với giá trị  = 10

Hình 4.23 Khảo sát với giá trị  = 15

Hình 4.24 Khảo sát với giá trị  = 20

Hình 4.25 Khảo sát với giá trị  = 25

an toàn cho toàn bộ nhà máy khi mà có sự cố về lò hơi, tuabin và các hệ thống áp lực khác Tính toán, thiết kế và điều khiển hệ thống đi tắt của tuabin hơi, đặc biệt là hòa hơi của hai lò hơi vào một tuabin hơi với lò hơi có quá nhiệt trung gian còn là vấn đề mới ở Việt Nam

Mục đích của luận án này là tìm hiểu về kết cấu và nguyên lý làm việc của một nhà máy nhiệt điện đốt than hoặc nhà máy chu trình hỗn hợp khí Tìm hiểu các chế độ điều khiển cụ thể là điều khiển hệ thống đi tắt Nghiên cứu các vấn đề làm thế nào để thiết

kế van đi tắt với quy luật lưu lượng đi qua phụ thuộc vào diện tích cho qua theo mong muốn, cũng như áp dụng để điều khiển hệ thống đi tắt của tuabin hơi và hòa hơi hai lò hơi 300 MWe cho một tuabin hơi 600 MWe

Luận văn này đã dành một thời lượng đáng kể để nghiên cứu điều khiển đóng mở van

đi tắt Về bản chất đây là một hệ thống điều khiển bằng van tỉ lệ thủy lực Với điều kiện làm việc cụ thể, đã tiến hành mô phỏng sự làm việc của hệ thống Đã đánh giá được tính động lực học của van điều khiển và nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông

số hệ thống đến chất lượng động lực học của hệ thống điều khiển tự động

Kết quả nghiên cứu trình bày trong luận án phù hợp với kinh nghiệm sử dụng của tác giả Tuy là những kết quả nghiên cứu ban đầu nhưng cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho những người thiết kế, người nghiên cứu lẫn sinh viên chuyên ngành tham khảo

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS-TS Ngô Sỹ Lộc đã tận tình chỉ dẫn tác giả hoàn thành luận văn này

Trong quá trình thực hiện luận văn, cho dù tác giả rất cố gắng nhưng không tránh khỏi những sai sót, vì vậy tác giả mong các thầy cô trong hội đồng khoa học và các độc giả góp ý để luận văn được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG I – GIỚI THIỆU CHUNG HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN VÀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN

1 Tổng công suất phát điện của Việt Nam

Bảng 1.1 Công suất nguồn điện của Việt Nam [4]

PHỤ TẢI CƠ SỞ - TRUNG BÌNH NĂM ĐƠN VỊ : MW

TỔNG CÔNG SUẤT TOÀN QUỐC 9016 9384 10659 12202 13958

Biểu đồ tổng công suất điện 2005 – 2009

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

Hình 1.1 Đồ thị công suất nguồn điện của Việt Nam

Nhìn vào bảng dữ liệu và biểu đồ về các nguồn điện ở Việt Nam thì hiện tại, công suất phát của các nhà máy nhiệt điện chiếm phần lớn so với tổng công suất của Việt Nam Trong các nguồn điện từ các nhà máy nhiệt điện, chúng ta có các nhà máy nhiệt điện than, nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp khí, nhà máy nhiệt điện phát bằng điêsel

2 Tổng công suất phát của nhiệt điện Việt Nam

Bảng 1.2 Công suất nguồn nhiệt điện của Việt Nam[4]

PHỤ TẢI CƠ SỞ - TRUNG BÌNH NĂM ĐƠN VỊ : MW

II Tổng nhiệt điện Khí hỗn hợp 3777 3777 4461 5145 5550

Biểu đồ tổng công suất nhiệt điện 2005 – 2009

01000

Hình 1.2 Đồ thị công suất nhiệt điện của Việt Nam

Nhìn vào đồ thị, công suất nhiệt điện đốt than cho tới năm 2009 chỉ chiếm khoảng

20%, nhưng trong nhưng năm tiếp theo sẽ được phát triển rất mạnh, dự kiến chiếm tới

46% trong tổng sản lượng về nhiệt điện trong năm 2012

1 Giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện đốt than

Hình 1.3 Sơ đố tổng quát nhà máy nhiệt điện đốt Than

8 Hệ thống gia nhiệt cao áp 18 Hệ thống sấy gió

- Hệ thống than (11) sẽ cấp than cho máy nghiền, máy nghiền sẽ nghiền than đến

độ mịn nhất định và được gió của quạt gió cấp 1 vận chuyển và thổi than bột vào trong lò hơi

- Than cháy, nước sẽ được sinh hơi, hơi này sẽ được đi quá nhiệt, gọi là hơi mới (hơi chính), hơi chính được đưa vào phần cao áp của tua bin (2)

- Sau khi hơi mới dãn nở nhiệt và sinh công, hơi đầu ra của tua bin cao áp được đưa trở về lò hơi để nhận thêm nhiệt, hơi này gọi là hơi tái nhiệt lạnh (chưa qua

bộ quá nhiệt trung gian của lò hơi)

- Hơi tái nhiệt lạnh được cho qua bộ quá nhiệt trung gian của lò hơi, sau khi ra khỏi bộ quá nhiệt trung gian, hơi này gọi là hơi tái nhiệt nóng

- Hơi tái nhiệt nóng được đưa vào phần tua bin trung áp Sau khi dãn nở sinh công, hơi ra khỏi phần tua bin trung áp sẽ được dẫn sang phần tua bin hạ áp

- Tại phần tua bin hạ áp, hơi này tiếp tục dãn nở sinh công, sau khi dãn nở sinh công đến tầng cánh cuối cùng, hơi sẽ được đưa xuống bình ngưng

- Nhờ nước tuần hoàn làm mát đầu vào (19) đi qua bình ngưng, hơi nước trong bình ngưng sẽ ngưng tụ thành nước ngưng Nước tuần hoàn làm mát, nhận nhiệt đưa ra ngoài theo cửa nước tuần hoàn làm mát (20)

- Nước ngưng, sẽ được bơm ngưng (4) bơm tới hệ thống gia nhiệt hạ áp (5) và sau khi qua hệ thống gia nhiệt hạ áp, nước sẽ được dẫn đến bình khử khí (6) và làm thành 1 chu trình kín về nhiệt

- Sau khi than được đốt, phần xỉ rắn, sẽ được hệ thống thải xỉ đáy lò (12) đưa ra ngoài, phần tro mịn sẽ đi theo khói qua lọc bụi

- Khói ra khỏi lò hơi vẫn còn ngoài mang nhiệt, để tận dụng nhiệt này, trong nhà máy điện sẽ có hệ thống sấy gió (18), gió đi vào, nhận nhiệt từ khói thải, nâng nhiệt độ gió đầu vào cấp cho lò và giảm nhiệt độ đầu ra của khói thải Hệ thống sấy gió trong nhà máy nhiệt điện thường được thiết kế dạng sấy gió kiểu quay hoặc hệ thống sấy gió kiểu ống lồng

- Khi khói đi qua sấy quay, nó được dẫn đến hệ thống lọc bụi (13) để lọc bụi trong khói thải Quạt khói (14) sẽ hút khói từ lọc bụi ra ống khói (15) và thải khói ra ngoài môi trường

2 Sơ đồ cân bằng nhiệt của nhà máy

Áp dụng chu trình Rankine của khí thực ta lập được sơ đồ cân bằng nhiệt của một nhà máy nhiệt điện đốt than ngưng hơi truyền thống

Lò hơi sinh hơi, hơi được quá nhiệt tới áp suất, nhiệt độ, nhiệt trị và lưu lượng (Pm,

Tm, Hm, Mm) và được gọi là hơi mới, hơi mới được đưa vào phần cao áp của tuabin

để sinh công Hơi ra khỏi tua bin cao áp được gọi là hơi tái nhiệt lạnh với các thông số (Ptnl, Ttnl, Htnl, Mtnl) Nhiệt độ của hơi sau khi ra khỏi tua bin cao áp bị giảm rất nhanh, để nâng cao hiệu suất nhiệt, chúng ta phải nâng cao nhiệt độ của hơi trước khi cho sinh công tiếp theo

Hơi tái nhiệt lạnh được đưa vào quá nhiệt trong lò hơi, qua quá nhiệt trung gian, hơi này gọi là hơi tái nhiệt nóng với thông số của hơi (Ptnn, Ttnn, Htnn, Mtnn)

Hơi tái nhiệt nóng được đưa vào tua bin trung áp để sinh công, sau khi sinh công trong tua bin trung áp, hơi đầu ra được đưa vào tua bin hạ áp, sau khi sinh công ở tua bin hạ

áp, hơi được được đưa xuống bình ngưng để ngưng hơi thành nước, hơi qua tua bin hạ

áp gọi là hơi ngưng có các thông số (Pn, Tn, Hn, Mn) Hơi qua bình ngưng được chuyển hóa thành nước ngưng, nước ngưng được bơm ngưng bơm đến hệ thống gia nhiệt hạ áp, nước ngưng có thông số (Pnn, Tnn, Hnn, Mnn) Tại gia nhiệt hạ áp, có hơi được lấy ra từ của trích số 3 gọi là hơi trích, hơi trích có thông số (Pht3, Tht3, Hht3, Mht3) để gia nhiệt cho nước ngưng

Nước ngưng qua gia nhiệt hạ áp có thông số (Psha, Tsha) được đưa đến hệ thống khử khí, hơi lấy ra từ cửa hơi trích số 2 với thông số hơi trích 2 (Pht2, Tht2, Hht2, Mht2) sẽ cấp hơi cho hệ thống khử khí để khử khí cho nước nước ngưng đồng thời gia nhiệt cho nước ngưng đã được khử khí

Nước sau khi được khử khí và được gia nhiệt gọi là nước cấp, nước cấp sẽ được đưa đến hệ thống bơm cấp, nước cấp sau bơm cấp có thống số (Psbc, Tsbc, Hsbc, Msbc) được đưa đến hệ thống gia nhiệt cao áp

Hệ thống gia nhiệt cao áp có hệ thống hơi trích từ cửa trích số 1 với thông số hơi (Pht1, Tht1, Hht1, Mht1) sẽ gia nhiệt cho nước cấp tại hệ thống gia nhiệt cao áp Nước cấp sau gia nhiệt cao áp với các thông số (Psca, Thsca, Hsca, Msca) được cấp vào bộ tiết kiệm của lò hơi tức là cấp nước cho lò hơi Và lò hơi nhận nhiệt bởi phản ứng cháy của than để sinh hơi và tạo thành 1 chu trình khép kín

1 Sơ đồ hệ thống

Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống đi tắt của tua bin hơi

HPB Van điều khiển đi tắt cao áp NRV Van một chiều

lạnh được gọi là hệ thống đi tắt cao áp của tua bin, trên hệ thống đi tắt có van chặn BH

và van điều khiển đi tắt HBP để điều khiển áp suất của hơi mới theo yêu cầu của

tuabin

Trên hệ thống ống đưa hơi mới vào tua bin cao áp HP, hệ thống ống được trang bị cụm

van chặn SH và van điều khiển CH cho tua bin cao áp

Sau khi hơi mới dãn nở sinh công trong phần tua bin cao áp, hơi ra khỏi tua bin cao áp

gọi là hơi tái nhiệt lạnh và đi qua van một chiều NRV, hơi tái nhiệt lạnh được đưa đến

ống góp để đưa về bộ quá nhiệt trung gian của lò hơi

Hơi tái nhiệt lạnh đi vào bộ quá nhiệt trung gian được nhận nhiệt thành hơi tái nhiệt

nóng và được đưa vào phần tua bin trung áp IP, trước khi đưa vào tua bin trung áp IP

có hệ thống rẽ nhánh để nối vào hệ thống bình ngưng được gọi là hệ thống đi tắt trung

áp của tua bin, trên các hệ thống đi tắt trung áp có van chặn BI và van điều khiển đi tắt

IPBP để điều khiển áp suất của hơi tái nhiệt nóng theo yêu cầu của tua bin

Sau khi hơi tái nhiệt nóng sinh công trong tua bin trung áp IP, hơi được đưa đến tua bin hạ áp LP

Sau khi sinh công trong tua bin hạ áp LP, hơi được đưa xuống bình ngưng COND để

ngưng hơi thành nước ngưng Nước ngưng được bơm lên bộ phận khử khí, từ bộ phậm khử khí được bơm nước cấp, cấp nước cho lò hơi và hoàn thành một chu trình kín

Ghi chú 1: Dùng hệ thống đi tắt cao áp để điều khiển áp suất hơi mới bằng cách dùng

van điều khiển, điều khiển áp suất trên hệ thống đi tắt và duy trì áp suất theo yêu cầu làm việc của tua bin Hơi nước đầu ra của hệ thống đi tắt được dẫn sang hệ thống hơi tái nhiệt lạnh Hơi này được đưa về bộ quá nhiệt trung gian của lò hơi

Ghi chú 2: Dùng hệ thống đi tắt trung áp để điều khiển áp suất hơi tái nhiệt nóng bằng

cách dùng van điều khiển, điều khiển áp suất trên hệ thống đi tắt và duy trì áp suất theo yêu cầu làm việc của tua bin Hơi nước đầu ra của hệ thống đi tắt trung áp được phun nước giảm ôn và dẫn xuống bình ngưng để ngưng hơi thành nước ngưng

Tổng công suất lưới điện của Việt Nam không lớn, do vậy trong các nhà máy phát điện, tua bin/máy phát công suất bằng hoặc lớn 600MWe được định nghĩa là khối lớn

Để an toàn cho lưới điện, với tua bin/máy phát lớn phải tuân thủ các điều kiện “Tua

bin/máy phát phải được chạy lại sau khi khối bị cắt tại thời điểm đầy tải”

Một khối lớn được so sánh với tổng công suất lưới điện Khối phải được khởi động lại ngay lập tức khi khối bị cắt ở thời điểm công suất đầy tải để trợ giúp lưới điện

Tua bin yêu cầu hơi với nhiệt độ định mức và áp suất hơi thấp hơn để vần trục và hòa đồng bộ Nhiệt độ hơi mới và hơi quá nhiệt tái nhiệt nóng được nằm trong giải nhiệt độ

áp suất đã được đưa ra

Với những yêu cầu này, lò hơi phải vận hành với công suất trên 30% BMCR để đạt được nhiệt độ định mức Một phần hơi nước được đưa đi để bảo vệ hệ thống quá nhiệt trung gian và định mức lưu lượng của hơi tỉ lệ xấp xỉ với định mức cháy của lò hơi

Để đảm bảo nhiệt độ và áp suất cho việc khởi động ngay tua bin, tua bin này phải được trang bị hệ thống khởi động (hệ thống đi tắt tua bin) và tua bin được khởi động bằng

cách đưa hơi Trung áp “IP admitting” hoặc là Cao - Trung áp “HP-IP admitting”

Hệ thống khởi động còn gọi là hệ thống đi tắt chúng bao gồm hệ thống đi tắt cao áp (từ đường hơi chính đến đường hơi tái nhiệt lạnh) và đi tắt trung áp (từ đường hơi tái nhiệt nóng đến bình ngưng)

1 Khởi động kiểu đưa hơi trung áp vào “IP admitting”

Để đưa được hơi trung áp vào tua bin trong quá trình khởi động thì hơi tái nhiệt nóng phải có các thông số nhiệt độ và áp suất để mà tua bin chấp nhận cho phép đưa hơi nước vào để khởi động

Trên nền tảng tính toán kỹ thuật và bằng kinh nghiệm thực nghiệm, công suất của hệ thống đi tắt tối thiểu bằng 60% lưu lượng định mức của tua bin tại áp suất và nhiệt độ nhất định

Lợi ích của việc khởi động đưa hơi trung áp “IP admitting” là làm đơn giản hóa cho

việc điều khiển tua bin Chỉ có van điều khiển trung áp được sử dụng cho việc vần trục, hòa đồng bộ và tăng tải ban đầu cho tua bin Sau khi sấy tua bin ở giai đoạn ban đầu, tiếp tục tăng tải tua bin cho đến khi van điều khiển tuabin trung áp mở hoàn toàn và van đi tắt trung áp được đóng lại

Điều khiển tua bin được chuyển qua từ kiểu điều khiển van điều khiển trung áp (ICV) sang kiểu điều khiển van điều khiển tua bin (CV) Tiếp tục gia tăng tải cho tuabin đến khi đi van đi tắt cao áp được đóng Việc chuyển đổi kiểu điều khiển được hoàn thành Sau khi khối bị cắt, nhiệt độ của tua bin giảm, để khởi động nóng tua bin thì phải giảm

áp suất của hơi, việc này gây ra sự lãng phí năng lượng và thời gian Hệ thống van đi tắt phải được đóng sau khi chuyển đổi kiểu điều khiển từ “Trung áp sang Cao áp” Vì vậy, tỉ lệ tăng giảm tải được giới hạn sau khi chuyển đổi

2 Khởi động kiểu đưa hơi “Cao áp và Trung áp”

Lưu lượng hơi mới tối thiểu trong quá trình khởi động phụ thuộc và nhiệt độ của hơi

mà tua bin yêu cầu Nó xấp xỉ bằng 30% đến 40% công suất định mức của lò hơi tại nhiệt độ và áp suất định mức

Lợi thế khác của việc khởi động đưa cao áp và trung áp vào “HP – IP admiting” là

tuabin có thể được khởi động bằng hơi mới với áp suất cao Với việc khởi động dùng

áp suất hơi mới cao trong quá trình khởi động nóng điều này sẽ tiết kiệm năng lượng

và thời gian

Điều bất lợi của việc khởi động đưa cao áp và trung áp vào “HP – IP admiting” là làm

“Phức tạp hóa điều khiển tua bin trong quá trình vần trục” Dù sao, nó không ảnh hưởng gì với các thế hệ tua bin hiện đại, đặc biệt nhà máy phải duy trì tải tự dùng sau khi nhà máy đang phát đầy tải bị dừng

3 Nhà máy phải duy trì tải tự dùng sau khi khối bị dừng lại khi đang đầy tải

Kiểu những nhà máy này là nhà máy lớn được so sánh với tổng công suất lưới điện Nói một cách tổng quát là công suất khối lớn hơn 12% tổng công suất lưới điện Nhà máy phải được chạy lại cho tải tự dùng khi nhà máy bị dừng đột ngột khi tua bin/máy phát đang đầy tải Mục đích của tải tự dùng này là để trợ giúp vận hành cho nhà máy điện và nâng tải ngay lập tức theo yêu cầu của lưới điện

Để đạt được yêu cầu vận hành như thế này, khối phải được trang bị hệ thống đi tắt Cao

áp và Trung áp với công suất lớn và độ mở nhanh và công suất của đi tắt phải được quyết định bởi công suất của bình ngưng Hệ thống đi tắt xấp xỉ bằng 60% đến 70% lưu lượng định mức của tua bin tại nhiệt độ và áp suất định mức

Áp suất hơi mới và hơi tái nhiệt sẽ là các áp suất định mức, áp suất hơi sẽ dao động trong những phút đầu sau khi hệ thống tua bin/máy phát bị cắt khi đầy tải Áp suất hơi

sẽ bị giảm tới mức độ thấp hơn khi buồng đốt lò hơi chạy lại với tải 50% BMCR Hệ thống điều khiển tua bin (phần cứng và phần mềm) phải điều khiển tốc độ của tua bin trong giải tốc độ cho phép với các điều kiện về hơi nước như ở trên

Điều khiển đặc tính của hơi để mà đạt được các yêu cầu của tua bin trong quá trình khởi động lại tua bin/máy phát sau khi khối đầy tải bị cắt Dùng hệ thống đi tắt Cao áp

và Trung áp để điều khiển sao cho áp suất hơi êm dịu và thấp hơn áp suất trong quá trình khởi động Các van điều khiển tua bin (van điều khiển cao áp và van điều khiển trung áp) có thể dễ dàng điều khiển tua bin Khối có thể được khởi động bằng cách đưa

hơi vào trung áp (IP admitting) hoặc là đưa hơi vào cả cao áp và trung áp (HP-IP

admitting) Dù sao cách khởi động đưa vào cao áp và trung áp đồng thời (HP-IP admitting) sẽ thuận hơn bởi vì nó giống nhau về tính kỹ thuật điều khiển giữa vận hành

khởi động và vận hành tải tự dùng

Kết luận: Từ 3 khía cạnh đã được nêu ở trên do vậy với tua bin công suất bằng hoặc

lớn hơn 300MWe, chúng phải có hệ thống đi tắt (bypass) với mục đích:

 Nhờ hệ thống đi tắt để tối ưu hóa điều khiển nhiệt độ và áp suất của hơi từ lò hơi đáp ứng yêu cầu về hơi của tua bin Vận hành tua bin bằng cách khởi động trung

áp“IP admitting” hoặc vận hành Cao áp - Trung áp đồng thời “HP-IP admitting”

từ đó đáp ứng được yêu cầu của lưới điện cũng như là yêu cầu tự dùng cho nhà máy khi bị sa thải phụ tải hoặc dã lưới điện Hệ thống này sẽ rút ngắn được thời gian khởi động tua bin và tối thiểu hóa ứng suất nhiệt Tăng tuổi thọ của tua bin, giảm giá thành trong việc bảo dưỡng sửa chữa tua bin

 Hòa hơi các lò hơi vào một tua bin, thường hòa hơi cho hai lò hơi vào 1 tua bin Đặc biệt là lò hơi có quá nhiệt trung gian

 Tách lò hơi ra khỏi hệ thống cấp hơi cho tua bin, thường tách 1 trong hai lò hơi đang vận hành ra khỏi hệ thống

1 Tổng quan về lý thuyết nhiệt:

a Lý thuyết nhiệt của nhà máy nhiệt điện đốt than

b Nghiên cứu các chế độ làm việc của lò hơi 300MWe và nghiên cứu tính

toán cho hệ thống đi tắt của tua bin hơi

2 Nghiên cứu hệ thống van điều khiển của hệ thống đi tắt

a Nghiên cứu đặc tính của van điều khiển trong hệ thống đi tắt và thiết kế

công nghệ cho van điều khiển

b Tính toán, thiết kế hệ thống điện - thủy điều khiển cho hệ thống đi tắt

của tua bin hơi và điều khiển hòa hơi hai lò hơi 300 MWe cho một tua

bin hơi 600 MWe

c Và nghiên cứu đặc tính động của hệ thống thủy lực

CHƯƠNG II – LÝ THUYẾT NHIỆT CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT

THAN VÀ HỆ THỐNG ĐI TẮT CỦA TUABIN HƠI

1 Chu trình cơ bản của khí thực

1.1 Chu trình Rankine của khí thực: Sơ đồ thiết bị và đồ thị của chu trình Rankine

- Động cơ nhiệt 2 (tua bin hơi), môi chất là hơi quá nhiệt tiến hành dãn nở đoạn nhiệt 1-2

- Bình ngưng, ngưng tụ đẳng áp hơi nước thành nước bão hòa 2-2’

- Bơm nén 4 (bơm cấp nước cho lò hơi), nén đoạn nhiệt nước theo quá trình 2’-3 vào

lò hơi tạo thành một chu trình

Như vậy chu trình Rankine gồm hai quá trình đoạn nhiệt và hai quá trình đẳng áp tiến hành xen kẽ nhau, chỉ trong phạm vi bão hòa thì quá trình đẳng áp đồng thời là quá trình đẳng nhiệt, quá trình đoạn nhiệt 2’-3 có thể xem là đẳng tích vì nước không bị thay đổi nhiều về thể tích khi bị nén

Công, nhiệt lượng và hiệu suất của chu trình Rankine

Trong tất cả chu trình, tổng công dãn nở, công kỹ thuật và nhiệt lượng có giá trị bằng nhau Trong quá trình này, tính theo công kỹ thuật là thuận lợi, vì chỉ phải tính theo hai quá trình đoạn nhiệt 1-2 và 2’-3, ta được:

Từ (d), (e), (f) ta tính được công của chu trình l = q1 - q2 như công thức (a), nên diện

tích 122’311’’1 trên đồ thị p - v và trên đồ thị T - s sẽ có giá trị bằng nhau và đều có thể biểu thị công và nhiệt lượng trao đổi trong chu trình

Hiệu suất của chu trình có thể tính theo:

2 3 2

(

i i

i i i i

2 1

i i

i i



 (g)

Nếu biểu thị q1,q2 bằng diện tích trên đồ thị T – s, ta có:

1

"

1'31'122

s s D

"

221

2'2'222

s s D

s s D

t

Trong khi tính hiệu suất, khó dùng đồ thị T-s nên thường dùng đồ thị i-s để xác định entanpi ở các trạng thái đặc biệt trong chu trình; riêng i2’ = C t2’, trong đó t2 là nhiệt độ bão hòa ở áp suất p2, có thể tìm trên đồ thị, C là nhiệt dung riêng của nước bão hòa ở

áp suất p2, có thể lấy C = 4.19 kJ/kg.0K

Nhiều khi còn cần xác định suất tiêu hao hơi d, tức là lượng hơi cần thiết để sản xuất ra

1 đơn vị công:

d = l

1

=

)()(

1

' 2 3 2

2 1

1

=

)()(

3600

' 2 3 2

2 1

3600

i

i  ; kg/kW.h (j)

Các nhân tố ảnh hưởng và các biện pháp nâng cao hiệu suất của chu trình

Để hoàn thiện một thiết bị động lực bằng hơi (tua bin hơi), ta thường cải tiến chu trình theo các hướng sau:

- Nâng cao hiệu suất của chu trình

- Nâng cao áp suất đầu vào

- Giảm áp suất đầu ra

Các yêu cầu về nhiệt độ môi chất

Đối với chu trình Rankine ngoài nhiệt độ nguồn nhiệt, hiệu suất nhiệt còn phụ thuộc vào tính chất của môi chất, hơn nữa tính chất của môi chất còn ảnh hưởng đến điều kiện thiết kế, chế tạo và vận hành của thiết bị, hiệu suất nhiệt của chu trình Rankine có thể được biểu thị bằng:

η1 = 1 -

tb T

tb T

1 2

Nhìn vào công thức, muốn nâng cao hiệu suất nhiệt, ta cần giảm T2tb đến nhiệt độ nguồn lạnh, thường là môi trường xung quanh và cần nâng cao nhiệt độ trong quá trình cấp nhiệt T1tb đến mức tới hạn mà điều kiện chế tạo và vận hành cho phép Để có T1tbcao thì quá trình thì quá trình 3-4 (H3) càng dốc càng tốt, có nghĩa là Δs càng nhỏ càng tốt mà:

Vì vậy, để cho quá trình 3-4 dốc thì nhiệt dung riêng của nước phải nhỏ

Hình 2.2 Đồ thị T – s của chu trình Rankine

Mặt khác, muốn có T1tb cao thì tốt nhất là quá trình 4-1 tiến hành trong phạm vi bão hòa, muốn vậy nhiệt độ tới hạn của môi chất phải lớn hơn so với nhiệt độ nguồn nóng cho phép

Hơn nữa nhiệt lượng môi chất nhận được trong quá trình 4-1 lớn hơn trong quá trình

3-4 càng nhiều càng tốt Như vậy, để nâng cao hiệu suất của chu trình Rankine, cần chọn môi chất có các đặc điểm sau:

1 Nhiệt độ tới hạn của môi chất phải cao

2 Nhiệt dung riêng ở thể lỏng nhỏ và tỉ số giữa ẩn nhiệt với nhiệt dung riêng r/Cp càng lớn càng tốt Về mặt này, hơi nước chỉ có nhiệt độ tới hạn là 374.150C, nhiệt dung riêng của nước là 4.18Kj/kg.0K

3 Trong phạm vi làm việc ở nhiệt độ nguồn nóng, áp suất bão hòa của môi chất không quá cao

4 Trong phạm vi nhiệt độ nguồn lạnh, áp suất bão hòa của môi chất không quá thấp

a) Các biện pháp nâng cao hiệu suất nhiệt của chu trình Rankine

Hình 2.3 Biện pháp nâng cao hiệu suất nhiệt chu trình Rankine

Với công thức ở trên, muốn nâng cao hiệu suất nhiệt, cần giảm tỉ số

tb T

tb T

1

2 , nghĩa là giảmT2tb, và tăng T1tb

Biện pháp giảm T 2tb

Để giảm nhiệt độ môi chất trong quá trình ngưng tụ ta giảm áp suất p2 trong bình ngưng, vì khi p2 giảm thì nhiệt độ bão hòa cũng giảm theo Ta thấy điều đó trên đồ thị

T – s và theo kết quả tính toán với thông số ban đầu p1 = 166.70 bar, t1 = 5500C, khi giảm p2 từ 2kPa đến 0.2 kPa, ta thấy hiệu suất tăng từ 41% đến 47% (Hình 2.3)

Nhưng giảm t2 cũng có giới hạn vì nhiệt độ của môi trường xung quanh không thể giảm quá thấp; mặt khác nếu nhiệt độ t2 giảm thì áp suất trong bình ngưng giảm quá thấp,, khi t2 = 28.60C thì áp suất p2 = 4kPa, với áp suất này, không khí rất dễ lọt vào, bơm chân không phải làm việc nhiều Ngoài ra khi p2 giảm thì độ ẩm của hơi sau tầng cánh cuối cùng của tua bin sẽ quá lớn, ảnh hưởng đến điều kiện vận hành và hiệu suất của tua bin; hơn thể nữa, cánh tua bin ở các tầng cánh cuối phải dài, kích thước bình ngưng cũng phải lớn Do vậy giảm p1 có nâng cao được hiệu suất nhiệt, nhưng phạm vi giảm cũng có giới hạn

Biện pháp nâng cao T 1tb

Theo hình vẽ 2.4

Hình 2.4 Biện pháp nâng cao T1tb

Từ đồ thị T – s, ta thấy nếu giữ nguyên p2,p1 và nâng cao nhiệt độ t1 cũng có thể nâng cao T1tb và do đó nâng cao được hiệu suất

Kết quả tính toán với p1 = 166.70 bar và p2 = 4 kPa cho thấy khi t1 tăng từ 4500C đến

6500C thì hiệu suất tăng từ 43.5% đến 46.5%

Ta cũng thấy được khi t1 tăng thì độ khô x2 cũng tăng, có lợi cho tua bin

Biện pháp nâng cao p 1

Hình 2.5 Biện pháp nâng cao T1tb thông qua nâng cao p1

Tóm lại, để nâng cao hiệu suất nhiệt, cần nâng cao thông số ban đầu p1,t1 của hơi nước đưa đến tua bin Kết quả tính toán với p2 = 0.04 bar cho ta biểu đồ trên hình vẽ 2.5 Người ta đã có các biện pháp để nâng cao dần p1 và t1 đên p1 = 300 bar, t1 = 6500C Để nâng cao được hiệu suất nhiệt thì phải đòi hỏi vật liệu chế tạo phải chịu được áp suất và nhiệt độ cao Do vậy, phải làm bài toán so sánh kinh tế và kỹ thuật để chọn phương án tốt nhất

Hiện nay, các nhà chế tạo thiết bị lò hơi đã cho ra đời những thế hệ lò hơi và tua bin mới dùng hơi quá nhiệt siêu tới hạn và siêu cao tới hạn

Hình 2.6 Quan hệ hiệu suất nhiệt với áp suất p1 và nhiệt độ T1 của chu trình Rankine

Ảnh hưởng của quá trình không thuận nghịch

Trong thực tế, các hiện tượng không thuận nghịch cũng ảnh hưởng không nhỏ đối với hiệu suất tổng của hệ thống thiết bị động lực Các hiện tượng không thuận nghịch bao gồm : các quá trình dãn nở đoạn nhiệt trong động cơ nhiệt, quá trình nén đoạn nhiệt trong bơm, quá trình truyền nhiệt có độ chênh lệch nhiệt độ giữa môi chất với các nguồn nhiệt, các hiện tượng ma sát trên hệ thống đường ống dẫn Vì vậy cần tìm mọi biện pháp để giảm dần các ảnh hưởng của các hiện tượng không thuận nghịch

2 Chu trình Rankine có quá nhiệt trung gian

Muốn nâng cao hiệu suất nhiệt thì cần tăng áp suất đầu vào p1 và giảm áp suất cuối p2, nhưng khi đó, độ ẩm của hơi nước cuối tuabin sẽ tăng, ảnh hưởng không tốt đến hiệu suất, năng suất và độ bền của tuabin Độ ẩm cho phép hiện nay không quá 12-13% Nếu tăng t1 thì vừa tăng được hiệu suất nhiệt, vừa giảm độ ẩm ở cuối tua bin, nhưng nhiệt đô t1 bị hạn chế bởi điều kiện vật liệu chế tạo và vận hành Để giảm bớt độ ẩm ta

có thể dùng chu trình có quá nhiệt trung gian và chọn nhiệt độ của quá nhiệt trung gian thích hợp để nâng cao hiệu suất của chu trình

2.1 Hệ thống thiết bị và chu trình

Hệ thống thiết bị không khác mấy so với chu trình Rankine cơ bản, chỉ khác ở thiết bị

sinh hơi, ngoài bộ sinh hơi và quá nhiệt, còn có thêm bộ quá nhiệt trung gian 1b để cấp nhiệt cho hơi nước sau khi được dãn nở trong phần tuabin cao áp 2a trước khi đưa vào

phần tuabin hạ áp 2b (Xem Hình 2.7)

Tương ứng, chu trình khác ở quá trình cấp nhiệt đẳng áp gồm gia đoạn 31’1”1 giống như trước, thêm quá nhiệt trung gian ta thêm đoạn a-b Qúa trình dãn nở cũng chia thành hai giai đoạn: 1-a trong phần tuabin cao áp và b-2 trong phần tua bin trung áp

Có thể dãn nở và gia nhiệt trung gian nhiều lần, nhưng xét về kinh tế kỹ thuật và thực nghiệm thì không quá hai lần

Hình 2.7 Sơ đồ thiết bị có quá nhiệt trung gian

Hình 2.8 Chu trình Rankine có quá nhiệt trung gian

2.2 Công, nhiệt lượng, hiệu suất nhiệt và suất tiêu hao hơi

Công của chu trình có thể tính theo tổng đại số công dãn nở của các quá trình 3-1, a-b, b-2 và 2-2’, hoặc tổng công kỹ thuật các quá trình 2-3, 1ab2, hoặc tổng đại số nhiệt lượng các quá trình 3-1, a-b và 2-2’ kết quả được:

Công của chu trình

l = (i1 - ia) + (ib – i2) – (i3 – i2’) ≈ (i1 - ia) + (ib – i2) vì i3 ≈ i2’ (k)

Nhiệt lượng cấp vào

)()(3 1

2 1

a b

b a

i i i i

i i i i

3600

2

i  a  b  ; kg/kW.h (o)

3 Chu trình hồi nhiệt và chu trình trích hơi gia nhiệt nước cấp

Chu trình khí thực trong phạm vi bão hòa, về mặt kỹ thuật, có thể thực hiện được chu trình hồi nhiệt lý tưởng, nhưng trong thực tế rất khó thực hiện chu trình hồi nhiệt hoàn toàn, vừa dãn nở sinh công, vừa nhả nhiệt cho môi chất, cho nên thực tế thường thay thế bằng chu trình trích hơi gia nhiệt cho nước cấp

3.1 Hệ thống thiết bị và chu trình

Hình vẽ 2.9, hệ thống thiết bị bao gồm: thiết bị sinh hơi 1, bình ngưng 3, còn tua bin 2 được chia làm 3 đoạn: 2a là cao áp, 2b là trung áp và 2c là hạ áp, ngoài bơm 4 còn có thêm hai bơm 4a và 4b, dùng hơi trích từ tua bin để gia nhiệt nước cấp

Hình 2.9 Chu trình trích hơi gia nhiệt nước cấp

Chu trình làm việc như sau:

1 kg nước cấp từ trạng thái 3a qua thiết bị sinh hơi 1 được cấp nhiệt đẳng áp theo quá trình 31’1”1, tiếp đó vào tua bin 2, sau phần cao áp 2a thì trích ra g1 kg hơi đưa vào bình gia nhiệt 5a để tiến hành thải nhiệt đẳng áp 2a2’a cấp nhiệt đẳng áp cho (1-g1) kg nước cấp từ trạng thái 3b đến 2’a

(1-g1) kg hơi đi tiếp qua tua bin trung áp 2b để tiếp tục dãn nở đoạn nhiệt 2a2b sinh công, lại trích tiếp g2 kg hơi ở áp suất p2b đưa vào bình gia nhiệt 5b, thải nhiệt cho nước cấp và ngưng tụ thành nước bão hòa 2’b và cấp nhiệt cho (1 – g1 – g2) kg nước cấp từ trạng thái 3 đến 2’b

(1-g1-g2) kg hơi tiếp tục đi qua phần tua bin hạ áp 2c, giãn nở đoạn nhiệt đến áp suất p2,

đi vào bình ngưng 3, thải nhiệt ra môi trường theo quá trình 22’ rồi được bơm 4 bơm đoạn nhiệt theo quá trình 2’3; đưa qua bình gia nhiệt 5b được cấp nhiệt đẳng áp đến rồi hỗn hợp với g2 kg nước ngưng trong bình gia nhiệt 5b tạo thành nước ở trạng thái 3b

cùng đi vào 5a để cấp nhiệt theo quá trình 3b2’a, tất qua bơm đến trạng thái 3a cấp vào thiết bị sinh hơi để kết thúc một quá trình

Dựa vào sự cân bằng nhiệt trong các bộ gia nhiệt 5a, 5b để tính lượng hơi trích g1 và g2Trong bình gia nhiệt 5b, nhiệt lượng do g2 kg hơi trích thải ra trong quá trình ngưng tụ phải vừa đủ để gia nhiệt nước ngưng từ trạng thái 3 thành nước bão hòa 2’b, nghĩa là:

g2(i2b – i’2b) = (1 – g1 – g2) (i’2b – i3) Trong bình gia nhiệt 5a, nhiệt lượng do g1 kg hơi trích thải ra trong quá trình ngưng tụ phải vừa đủ để gia nhiệt (1 – g1) kg nước từ trạng thái 3a thành nước bão hòa ở trạng thái 2’a Ta có:

g1(i2a – i’2a) = (1 – g1) (i’2a – i3b)

Từ đó ta rút ra:

g1 =

)(

)'(3 2

3 2

b a

b a

i i

i i





g2 =

)(

)'(3 2

3 2

i i

i i

3.2 Công nhiệt lượng, hiệu suất nhiệt và hiệu suất tiêu hao hơi

Công sinh ra trong các quá trình giãn nở đoạn nhiệt trong các cấp tua bin là:

l = 1(i1 – i2a) + (1 – g1) (i2a – i2b) + (1 – g1 - g2) (i2b – i2) Nếu đặt (1 – g1 - g2) = gta được

l = i1 – i2ag1 – i2bg2 – i2g Công dùng để bơm nước thường rất nhỏ, nhưng nếu cần ta có thể tính:

lb = (1 – g1 - g2) (i3b – i2) + (1 – g1) (i3a – i’2b) +1(i3 – i’2a) Nhiệt lượng cấp vào thiết bị sinh hơi

q1 = (i1 – i3) ≈ (i1 – i’2a) Nhiệt lượng thải ra môi trường xung quanh

q2 = (i1 – g1 – g2) (i2 – i’2) Hiệu suất của chu trình

ηt =

3 1

2 2 2 1 2 1

i i

g i g i g i

i1  2a  1 2b  2 2

1

; kg/kJ

Chu trình trích hơi gia nhiệt nước cấp được ứng dụng khá rộng rãi vì:

 Có thể nâng cao được hiệu suất nhiệt của chu trình, số lần gia nhiệt càng nhiều thì hiệu quả càng cao, nhưng thiết bị nhiều hơn và phức tạp hơn, thường chọn 5 đến 7 lần gia nhiệt, với nhà máy lớn, có thể chọn khoảng 10 lần gia nhiệt

 Giảm được kích thước tua bin ở tầng cánh cuối vì lượng hơi nước đi qua giảm

 Có thể giảm được bộ hâm nước

II Tính toán công suất cho hệ thống đi tắt

1 Các thông số của lò hơi

Với lò hơi 300MW, các thông số kỹ thuật chính của một lò hơi đưa mô tả như sau:

- Công suất cực đại đầu ra của lò hơi (BMCR): 308 MWe

- Lưu lượng hơi mới tại công suất cực đại (BMCR) : 257 kg/s

- Áp suất hơi mới tại công suất cực đại (BMCR): 175 Bar

- Nhiệt độ hơi mới tại công suất cực đại (BMCR): 5400C

- Lưu lượng hơi tái nhiệt nóng tại công suất cực đại (BMCR) : 226 kg/s

- Áp suất hơi tái nhiệt nóng tại công suất cực đại (BMCR) : 43 Bar

- Nhiệt độ hơi tái nhiệt đầu ra tại công suất cực đại (BMCR): 5400C

- Áp suất hơi tái nhiệt lạnh tại công suất cực đại (BMCR) : 45 Bar

- Nhiệt độ hơi tái nhiệt lạnh tại công suất cực đại (BMCR): 3480C

2 Các thông số của tua bin

 Cấu hình của tua bin hơi

Chọn cấu hình của tua bin là loại cấu hình tua bin có một cấp quá nhiệt trung gian bao gồm: 01 thân cao áp/01 thân trung áp/02 thân hạ áp Cấu hình của phần tua bin trung áp

là loại hai dòng xả, một lần gia nhiệt trung gian

Theo Hình vẽ 2.10, ta chọn cấu hình cho tua bin là cấu hình TC4FA

Ưu điểm:

- Dễ vận hành và bảo dưỡng

- Vật liệu chế tạo không quá khó

- Phù hợp với điều kiện ở Việt Nam

Nhược điểm:

- Nhược điểm cơ bản của cấu hình tuabin kiểu này là diện tích chiếm đất lớn, công tác bố trí mặt bằng khó khăn hơn do tuabin hạ áp gồm hai phần độc lập

- Chi phí tốn kém hơn cho những thiết bị đi kèm với hệ thống tua bin

Hình 2.10 Một số cấu hình tua bin hơi cho các nhà máy nhiệt điện đốt than

 Các thông số của tua bin hơi

Từ cấu trúc của tua bin ở trên, các thông số của tua bin được chọn như sau:

- Kiểu tua bin: Tua bin ngưng hơi, có hệ thông hơi trích cho hệ thống gia nhiệt nước cấp, một lần quá nhiệt trung gian

- Nhiệt độ hơi chính tại van chặn: 5380C

- Nhiệt độ hơi tái nhiệt nóng tại van chặn: 5380C

- Nhiệt độ hơi tái nhiệt lạnh: 3480C

- Áp suất hơi tái nhiệt nóng tại van chặn: 39.3 bar

- Áp suất ra khỏi tầng cánh cuối của tua bin hạ áp: 0.065 bar

Theo tiêu chuẩn thiết kế hệ thống đi tắt đã được nêu trên thì công suất của hệ thống đi tắt được tính như sau:

- Áp suất hơi, lấy bằng áp suất hơi trước van chặn của tuabin: p1 = 168 bar

- Áp suất hơi sau van điều khiển đi tắt cao áp: p2 = 45 bar (bằng áp suất hơi tái nhiệt lạnh)

- Nhiệt độ hơi:tCA1 = 5380C

- Nhiệt độ hơi sau van điều khiển đi tắt cao áp: tCA2 = 3480C

 Hệ thống đi tắt trung áp:

Công suất hệ thống đi tắt trung áp bằng 60% công suất hơi tái nhiệt nóng của lò hơi ở tải liên tục cực đại tại van chặn của tua bin

Từ đó ta tính được các thông số như sau:

- Lưu lượng hơi nước (Q) qua hệ thống đi tắt trung áp

QTA = 60% 226 (kg/s) = 135.6 kg/s

- Áp suất hơi : pTA1 = 39.3 bar

- Nhiệt độ hơi : tTA1 = 5380C

- Áp suất hơi sau van điều khiển đi tắt trung áp : pTA2 = 5.3 bar

- Nhiệt độ hơi : tTA2 = 1380C

III Nghiên cứu đường đặc tính khởi động lò hơi ở các chế độ và tìm đường đặc

tính của van điều khiển của hệ thống đi tắt

1 Các đường đặc tính khởi động lò hơi công suất 300MWe

1.1 Nghiên cứu chế độ khởi động lạnh của lò hơi

Khởi động lạnh được định nghĩa là lò hơi được khởi động với nhiệt độ buồng đốt bằng nhiệt độ môi trường, với nhiệt độ ống sinh hơi của lò bằng nhiệt độ môi trường tính ở nhiệt độ 200C Có thể nói thêm, khởi động lạnh của lò hơi được tính là khởi động lại lò hơi sau khi thời gian dừng lò ≥ 48 giờ

Ban đầu lò hơi được khởi động bằng các đốt các vòi đốt dầu, quá trình nâng nhiệt độ trong buồng đốt tỉ lệ với quá trình sinh hơi và nâng nhiệt độ và áp suất của hơi mới Trong gian đoạn đầu, hơi mới sinh ra được hệ thống ống xả của lò xả ra ngoài một phần, một phần hơi mới được đưa sang hệ thống ống dẫn sang tua bin Theo các đường cong trong quá trình khởi động lạnh, từ phút 80, hệ thống đi tắt bắt đầu làm việc để xả một phần hơi về đường tái nhiệt lạnh, hơi này được được đường tái nhiệt lạnh đưa về

bộ quá nhiệt trung gian của lò hơi Hơi qua quá nhiệt trung gian được đưa tới hệ thống ống tái nhiệt nóng, trên đó có hệ thống đi tắt trung áp, hơi qua đi tắt trung áp sẽ được đưa xuống bình ngưng

Phụ thuộc vào sự tăng tải của lò hơi và yêu cầu thông số hơi của tua bin mà van điều khiển của hệ thống đi tắt có độ mở để mà hơi mới đạt được thông số cho việc khởi động tua bin

Khi tua bin máy phát bắt đầu hòa đồng bộ với lưới điện thì hệ thống đi tắt bắt đầu đóng lại để cho tua bin tăng tải Khi tải của tua bin đến 30% công suất định mức và ổn định trong vòng 10 phút thì hệ thống đi tắt sẽ đóng lại hoàn toàn

Thời điểm này, lò hơi bắt đầu được đốt than để tăng tải Khi tải của lò tăng đến 60% công suất định mức thì bắt đầu từng bước dừng việc đốt dầu

Tham khảo ở Hình 2.11

1.2 Nghiên cứu chế độ khởi động ấm của lò hơi

Khởi động ấm của lò hơi được tính là khởi động lại lò hơi sau khi thời gian dừng lò ≥ 8 giờ và < 48 giờ Nhiệt độ của ống sinh hơi cho khởi động ấm từ 2040C

Bắt đầu khởi động ấm, lò hơi được đốt bằng dầu, phút thứ 30, hệ thống đi tắt bắt đầu làm việc Khi tải của tuabin đến 30% công suất định mức và ổn định trong vòng 10 phút thì hệ thống đi tắt sẽ đóng lại hoàn toàn

Tham khảo ở Hình 2.12