Chơng tuốc BIN NHIềU TầNG 7.1 QUá TRìNH LàM VIệC CủA tuốc BIN NHIềU TầNG 7.1.1 Khái niệm Trong nhà máy điện trung tâm nhiệt điện, để kéo máy phát điện công suất lớn phải có tuốc bin công suất lớn, nghĩa tuốc bin phải làm việc với lu lợng lớn, thông số cao, nhiệt dáng lớn Tuy nhiên, tầng tuốc bin đạt đợc hiệu suất cao nhiệt dáng định, với nhiệt dáng lớn, muốn đạt đợc hiệu suất cao phải cho làm việc dãy tầng đặt liên tiếp nhau, tuốc bin nh gọi tuốc bin nhiều tầng Trong tuốc bin nhiều tầng, tầng gọi tầng tốc độ, tầng tầng áp lực, sinh công Tầng tốc độ thờng làm việc theo nguyên tắc xung lực, khỏi tầng có tốc độ cao, động lớn sinh công tầng Ngoài làm nhiệm vụ điều chỉnh lu lợng vào tuốc bin phụ tải thay đổi nên đợc gọi tầng điều chỉnh Các tầng áp lực đợc chế tạo theo kiểu tầng xung lực phản lực Tầng tốc độ tầng cấp tốc độ tầng kép có hai cấp tốc độ Tầng kép hai cấp tốc ®é cã mét d·y èng phun víi hai dÉy c¸nh động, hai dãy cánh động có dãy cánh hớng để chuyển hớng dòng khỏi dãy cánh động thứ Tuốc bin loại có u điểm cấu tạo đơn giản, chắn, giá thành rẻ, vận hành đơn giản, nhiên hiệu suất thấp công suất đơn vị nhỏ nên chế tạo để kéo thiết bị phụ nh bơm nớc cấp, quạt khói, trục ép mía Tầng có hai cấp tốc độ đợc ứng dụng rộng rãi để làm tầng điều chỉnh tuốc bin, đặc biệt tuốc bin thông số cao Nó có khả tạo nhiệt giáng lớn nên giảm bớt đợc số tầng đồng thời giảm đợc yêu cấu độ bền kim loại tầng hạ áp, làm giảm khối lợng giá thành thiết bị Nếu tầng tuốc bin làm việc theo nguyên tắc xung lực gọi tuốc bin xung lực, theo nguyên tắc phản lực gọi tuốc bin phản lực Khi tuốc bin làm việc phạm vi nhiệt độ từ 400 0C trở lên chọn nhiệt dáng tầng tuốc bin xung lực khoảng từ 42-50 KJ/kg, tầng tuốc bin phản lực khoảng từ 17-25 KJ/kg Khi làm việc phạm vi nhiệt độ thấp chọn nhiệt dáng tầng tuốc bin xung lực khoảng từ 179-190 KJ/kg, tầng tuốc bin phản lực khoảng từ 85-105 KJ/kg Tc bin c«ng st lín cã thĨ cã đến 40 tầng 7.1.2 Nguyên lý làm việc tuốc bin nhiỊu tÇng 7.1.2.1 Tc bin xung lùc nhiỊu tÇng Trên hình 7.1 biểu diễn sơ đồ cấu tạo, thay đổi áp suất, thay đổi tốc độ dòng momen quay tuốc bin xung lực nhiều tầng Đối với tuốc bin xung lực nhiều tầng, bánh tĩnh đợc bố trí xen kẽ hai bánh động Trên bánh tĩnh có gắn ống phun 3, bánh động có gắn cánh động bánh động lắp 74 chặt trục tuốc bin Dòng qua ống phun 3, suất giảm áp từ p0 đến p1, đồng thời tốc độ dòng tăng từ C0 đến C1 Hơi khỏi ống phun, vào rãnh cánh động Trong dãy cánh động, động dòng biến thành năng, làm quay rôto tuốc bin, nên khỏi dãy cánh động, tốc độ giảm từ C1 xuống C2 Dòng khỏi tầng tiếp tục vào tầng trình biến đổi lợng nh lại xẩy áp suất giảm xuống đến trị số áp suất thoát pk ë cuèi tuèc bin ë tuèc bin xung lùc nhiều tầng có công suất lớn, tầng áp lực phần cao áp thờng đợc chế tạo theo kiểu tầng xung lực có độ phản lực nhỏ, từ = 0,02 - 0,05; tầng phần hạ áp có độ phản lực tăng dần, đạt đến = 0,2 - 0,5 (tầng cuối tầng phản lực) Hình 7.1 Sơ đồ cấu trúc tuốc bin xung lực nhiều tầng 1-bánh động; 2-bánh tĩnh Hình 7.2 Quá trình dãn nở tuốc bin xung lực nhiều tầng Từ đồ thị hình 7.1 ta thấy: Mômen quay M trục tuốc bin tăng dần theo chiều chuyển động dòng tổng momen tầng trớc Tốc độ C1 dòng luôn tăng lên dãy ống phun biến đổi nhiệt thành động năng, dãy cánh động tốc độ dòng luôn giảm xuống biến động thành làm quay tuốc bin Quá trình dãn nở tuốc bin xung lực nhiều tầng đợc biểu diễn hình 7.2, bao gồm nhiều trình dãn nở liên tục xảy tầng, trạng thái cuối tầng trớc trạng thái đầu tầng Quá trình chuyển động dòng kèm theo trình giảm áp suất, tăng thể tích riêng cách liên tục, để đảm bảo cho dòng chuyển động đợc liên tục, tiết diện 75 rãnh ống phun rãnh cánh động cho qua phải tăng liên tục, có nghĩa phải tăng đờng kính tầng chiều cao cánh quạt cách đặn Vì tuốc bin xung lực nhiều tầng dãn nở ống phun, không dãn nở cánh động nên đờng trình dãn nở tầng đồ thị i-s đờng gẫy khúc, nhảy bậc 7.1.2.2 Tuốc bin phản lực nhiều tầng tuốc bin phản lực nhiều tầng, tất tầng áp lực đợc chế tạo theo kiểu tầng phản lực Tuốc bin phản lực chế tạo với công suất lớn nhng làm việc với thông số trung bình Nhiệt giáng tầng đợc chọn nhỏ tầng xung lực từ 1,8-2 lần, với công suất số tầng lớn Trong tuốc bin phản lực, tổn thất rò rỉ qua khe hở cánh động thân tơng đối lớn làm giảm hiệu suất tầng Hình 7.3 Sơ đồ cấu trúc tuốc bin phản lực nhiều tầng Do làm việc theo nguyên tắc phản lực nên chênh lệch áp suất trớc sau cánh động tạo lực dọc trục tơng đối lớn Để giảm lực däc trơc ng−êi ta chÕ t¹o roto theo kiĨu tang trống (không có bánh động bánh tĩnh), mục đích giảm đợc lực dọc trục tác động lên rôto, cánh động đợc gắn trực tiếp rôto, 76 ống phun đợc gắn trực tiếp lên thân tuốc bin phần cao áp, thể tích riêng từ tầng qua tầng khác thay đổi chậm, để đơn giản, ngời ta chế tạo thành cụm tầng có đờng kính trung bình chiều cao cánh quạt nh Nhng phần hạ áp, thể tích tăng nhanh đờng kính trung bình cánh chiều cao cánh phải đợc tăng liên tục Trên hình 7.3 biểu diễn sơ đồ cấu tạo, thay đổi áp suất thay đổi tốc độ dòng momen quay tuốc bin phản lực nhiều tầng Vì trình điều chỉnh lu lợng b»ng èng phun cã tỉn thÊt bÐ, ®ã ng−êi ta thờng áp dụng phơng pháp điều chỉnh ống phun tuốc bin phản lực nhiều tầng Tầng điều chỉnh (tầng đầu tiên) tuốc bin phản lực nhiều tầng đợc chế tạo theo kiểu xung lực có độ phản lực không 10% Nếu nhiệt dáng tầng điều chỉnh nhỏ chế tạo tầng đơn, nhiệt dáng lớn chế tạo tầng kép Quá trình dãn nở tuốc bin phản lực nhiều tầng đợc biểu thị hình 7.4 trình dãn nở xẩy ống phun cánh động, đờng biểu diễn đờng cong liên tục tơng đối đặn, nhảy bậc Hình 7.4 Quá trình dãn nở tuốc bin phản lực nhiều tầng 7.1.3 Ưu, nhợc điểm tuốc bin nhiều tầng 7.1.3.1 Ưu điểm: Tuốc bin nhiều tầng có u điểm sau đây: - Có thể chế tạo với nhiệt dáng lớn nên công suất lớn - Do tuốc bin có nhiều tầng nên nhiệt dáng không lớn lắm, nghĩa tốc độ khỏi ống phun không lớn Theo điều kiện sức bền, bánh động chế tạo với tôc độ vòng u = 300 m/s phù hợp vơi tỉ số u/c1 tối u Vì với tốc độ u quay vừa phải đảm bảo cho trị số xa = ứng với hiệu suất tầng Ca cực đại 77 - Vì có nhiều tầng nên tầng dễ dàng bố trí cửa trích để gia nhiệt hâm nớc cấp, nâng cao hiệu kinh tế chu trình nhiệt nhà máy - Sự giảm tốc độ dòng đờng kính tầng làm tăng chiều cao ống phun cánh động dẫn đến giảm tỉ lệ tổn thất cánh, nâng cao hiệu suất tầng lên - Tổn thất nhiệt tầng trớc làm tăng nhiệt độ tức tăng entanpi vào tầng tiếp theo, nghĩa tổn thất tầng trớc đợc sử dụng phần vào tầng Nhờ tổng nhiệt dáng tất tầng lớn nhiệt dáng toàn tuốc bin - Nếu nh phần truyền có cấu trúc tốt động khỏi tầng trớc sử dụng phần hay hoàn toàn vào tầng Nhờ lợng phân bố tầng tăng lên 7.1.3.2 Nhợc điểm: - Tuốc bin nhiều tầng có tổn thất rò rỉ tơng đối lớn: Do áp suất phần đầu tuốc bin lớn áp suất khí quyển, nên rò rỉ qua khe hở đầu trục phía trớc từ tuốc bin không khí qua khe hở trục thân Ngoài có rò rỉ tầng theo khe hở trục bánh tĩnh, thân đỉnh cánh động Những thành phần rò rỉ không tham gia sinh công cánh động làm giảm hiệu suất, công suất tuốc bin Lợng rò rỉ tăng dần theo thời gian lực dọc trục tăng dần - Những tầng sau tuốc bin nhiều tầng làm việc vùng ẩm gây tổn thất ẩm, làm cho hiệu suất tuốc bin giảm - Tuốc bin nhiều tầng cấu tạo phức tạp 7.1.4 Hệ số hoàn nhiệt tuốc bin nhiều tầng Nh phân tích, tổn thất tầng trớc đợc sử dụng phần vào tầng tiếp theo, mức độ sủ dụng lợng nhiệt vào tầng đợc gọi hệ số hoàn nhiệt Để so sánh tuốc bin tầng với tuốc bin nhiều tâng, ta xác định hệ số hoàn nhiệt cách phân tích trình nhiệt theo phơng án: tuốc bin tầng tuốc bin nhiều tầng với thông số đầu cuối Quá trình nhiệt tuốc bin đợc biểu diễn đồ thị T-s hình 7.5 Với áp suất đầu p0 cuối p1, tuốc bin tầng tổn thất trình dãn nở đẳng entropi tuốc bin đợc biểu diễn đờng 44'4''4'''a Nhiệt dáng lí tởng tuốc bin đợc biểu diễn đồ thị T-s tơng đơng với diện tích 12344'4''4'''a1, tổng nhiệt dáng lí tởng tầng làm việc theo trình đẳng entropi H0 = h01 + h02 + h03 + h04 (7-1) Gi¶ sư tuốc bin gồm tầng, trình dãn nở thực tuốc bin tiến hành theo đờng 4567b Nhiệt giáng lí tởng tầng thứ h01, tơng đơng với diện tích 22 3442 Tổn thất nhiệt tầng làm tăng nhiệt độ khỏi tầng thứ từ T4' đến T5 Hơi vào tầng thứ hai trạng thái có nhiệt độ T5, 78 nghĩa tổn thất nhiệt tầng đầu làm tăng nhiệt độ vào tầng thứ hai Tổn thất nhiệt tầng đầu đợc sử dụng phần q2 vào tầng thứ hai Trên đồ thị hình 7.5, phần tổn thất nhiệt tầng thứ đợc sử dụng vào tầng thứ q2, đợc biểu diễn diện tích 4'55'4''4' nhiệt giáng lí t−ëng cđa tÇng thø hai b»ng h*02 = h02 + q2 Tơng tự nh vậy, phần tổn thất nhiệt tầng thứ hai đợc sử dụng vào tầng thứ ba q3, đợc biểu diễn diện tích 4''66'4'''4'' nhiệt giáng lí tởng tầng thứ ba h*03 = h03 + q3 PhÇn tỉn thÊt nhiƯt cđa tầng thứ ba đợc sử dụng vào tầng thứ t q4, đợc biểu diễn diện tích 4'''6'77'a4'' nhiệt giáng lí tởng tầng thứ t h*04 = h04 + q4 NhiƯt d¸ng lý t−ëng cđa tầng lần lợt là: h *01 = h01 (7-2) h *02 = h02 + q2 h * 03 = h03 + q3 (7-3) (7-4) (7-5) h *04 = h04 + q4 Tổng nhiệt dáng lý tởng tầng bằng: Hình 7.5 Quá trình nhiệt tuốc bin nhiều tÇng ∑ h *0i = h01 + h02 + q2 + h03 + q3 + h04 + q4 ∑ h *0i = H0 + Q (7-6) đợc biểu diễn b»ng diƯn tÝch 12344'55'66'77’1, ®ã: Q = q2 + q3 + q4 tổn thất nhiệt tầng trớc đợc sử dụng vào tầng H0 nhiệt giáng lí tởng tuốc bin làm việc theo trình đẳng entropi 44a, đợc tính theo (7-1) Nh có thông số đầu cuối nhiệt dáng lý tởng tuốc bin nhiều tầng lớn nhiệt dáng lý tởng tuốc bin tầng lợng Q, phần tổn thất nhiệt tầng trớc đợc sử dụng lại vào tầng Nhiệt dáng thực tế tầng là: (7-7) hi = h *0 η ttd NhiƯt d¸ng thùc tÕ cđa tc bin nhiều tầng tổng nhiệt dáng thực tế tÇng: (7-8) Hi = ∑hi = ∑ h *0 η ttd = ∑(h0 + q) η ttd 79 NÕu ta coi hiệu suất tất tầng tuốc bin ®Ịu b»ng th×: (7-9) Hi = η ttd ∑(h0 + q) = η ttd ( H0 + Q) MỈt khác hiẹu suất tơng đối toàn tuốc bin viết đợc: Hi TB (7-10) td = H0 Trong đó: Q tổn thất nhiệt tầng trớc đợc sử dụng vào tầng sau, H0 nhiệt dáng lý tởng toàn tuốc bin, TB td hiệu suất tơng đối tuốc bin nhiều tầng, ttd hiệu suất tơng đối tầng tuốc bin, Thay (7-9) vào (7-10) ta có hiệu suất tuốc bin nhiều tầng là: ttd (H + Q) Hi η TB = = td H0 H0 Q η TB η ttd (1 + ) = η ttd (1 + α) td = H0 ë đây: đợc gọi hệ số hoàn nhiệt Q α= H0 (7-11) (7-12) (7-13) HƯ sè hoµn nhiƯt α hệ số biểu thị mức độ sử dụng tổn thất nhiệt tầng trớc vào tầng Tuốc bin nhiều tầng hệ số hoàn nhiệt cµng lín > η ttd , nghÜa lµ hiƯu st tuốc bin nhiều tầng luôn lớn Vì > 0, TB td hiệu suất tuốc bin tầng 7.1.5 ảnh hởng độ ẩm đến làm việc tuốc bin Hình 7.6 ảnh hởng giọt ẩm tầng cuối 80 Quá trình giãn nở tuốc bin nhiều tầng trình giảm áp suất nhiệt độ Càng cuối tuốc bin, áp suất nhiệt độ giảm thể tích riêng độ ẩm tăng, số lợng kích thớc giọt ẩm lớn Từ tam giác tốc độ hình 7.6 ta thấy, khỏi ống phun, tốc độ giọt ẩm C'1 nhỏ tốc độ dòng C1 Vì tốc độ vòng u chúng nh nhau, giọt ẩm vào rãnh cánh động với tốc độ w'1 nhỏ tốc độ w1 , dới góc '1 lớn đập vào lng cánh động, gây nên lực cản trở chuyển động quay roto tuốc bin Do có mặt giọt ẩm, mặt làm giảm hiệu suất tuốc bin, mặt khác đập vào bề mặt cánh động, làm rỗ bề mặt cánh Khi roto quay, dới tác dụng lực ly tâm giọt ẩm tập trung phần đỉnh cánh nhiều hơn, bề mặt phần đỉnh cánh bị rỗ nhiều phần gốc cánh Trong vận hành bình thờng cho phép trì độ ẩm tầng cuối khoảng đến 12% Nếu nhiệt độ giảm độ ẩm tăng lên đạt trị số đáng kể, làm giảm hiệu suất tầng sau đến 7.1.6 Sự rò rỉ Khi khảo sát chuyển động dòng tầng tuốc bin, ta giả thiết toàn lợng qua tầng hết qua rãnh ống phun rãnh cánh động, nhiệt lợng biến thành động tuốc bin Thực tế nh vậy, chuyển động phần truyền tuốc bin, có lợng không qua rãnh ống phun mà qua khe hở bánh tĩnh trục tuốc bin Lợng không tham gia trình biến nhiệt thành động Hình 7-7 rò rỉ tuốc bin Mặt khác có lợng không qua rãnh cánh động mà qua lỗ cân bánh động qua khe hở thân tuốc bin đỉnh cánh Ngoài ra, áp suất phía đầu tuốc bin lớn áp suất khí nên có lợng chảy từ tuốc bin khí qua lỗ xuyên trục phía đầu tuốc bin Toàn lợng không tham gia trình biến động thành năng, tức 81 không sinh công cánh động, đợc gọi lợng rò rỉ tổn thất gọi tổn thất rò rỉ Tổn thất rò rỉ đợc biểu diễn hình 7.7 7.2 CÂN BằNG LựC DọC TRụC TRONG tuốc BIN NHIềU TầNG Nh phân tích mục 6.3.1, lực dòng tác dụng lên dãy cánh phân hai thành phần: thành phần Ru thành phần Ra Thành phần Ru theo hớng vuông góc với trục tuốc bin, sinh công có ích cánh động, tạo momen quay làm quay roto kéo máy phát quay Thành phần dọc trục Ra (theo hớng chuyển động dòng hơi) không tạo nên momen quay mà tạo nên lực đẩy roto dịch chuyển theo hớng dòng hơi, làm cho roto stato tuốc bin cọ xát vào g©y nguy hiĨm cho tc bin Lùc däc trơc Ra tăng lên trình vận hành nguyên nhân sau: - Do chèn bánh tĩnh mòn nên lu lợng rò rỉ qua tăng, làm tăng áp suất trớc cánh động - Do muối bám vào cánh động làm giảm tiết diện qua, làm giảm lu lợng qua rãnh cánh động, dẫn đến tăng áp suất trớc cánh động, làm tăng độ phản lực tầng Hình 7.8 Lực tác dụng tuốc bin Để giảm tác dụng lực dọc trục lên palê chắn, cần phải tìm phơng pháp cân lực dọc trục cách tạo nên lực có chiều ngợc với chiều lực dọc trục giảm chênh lệch áp suất trớc sau cánh động theo hớng sau * Tăng đờng kính vòng chèn đầu trớc trục (hình 7.8) * Dùng đĩa giảm tải gắn phía trớc tầng điều chỉnh (hình 7.8) * Đối với tuốc bin công suất lớn, ngời ta chế tạo tuốc bin nhiều thân đặt thân ngợc chiều (hình 7.9) * Tạo lỗ cân áp lực bánh động để giảm bớt chênh lệch áp suất trớc sau bánh động (hình 7.10) 82 Hình 7.9 Thân tuốc bin đặt ngợc chiều Hình 7.10 Lỗ cân 83 l 0k = ctk hiệu suất chu trình ngng túy (không có trích hơi), q ok n ∑l l ok n tr = ∑g tr h tr g k h ok = Atr lµ hƯ số lợng dòng trích, Khi ta có hiệu suất chu trình có trích gia nhiƯt n−íc cÊp lµ: n ⎞ ⎛ ⎜ ∑ g tr h tr ⎟ ⎟ ⎜1 + n ⎜ gkh0 ⎟ g k h + ∑ g tr h tr ⎟ ⎜ h0 ⎝ ⎠ = h0 tr η ct = = n n q ok ⎛ ⎞ q ok g k q k + ∑ g tr h tr ⎜ ∑ g tr h tr ⎟ ⎟ ⎜1 + ⎜ g k q ok ⎟ ⎟ ⎜ ⎠ ⎝ hay: + A tr η cttr = ηctk + A tr η ctk n ⎛ ⎜ ∑ g tr h tr ⎜1 + ⎜ gkh0 ⎜ ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ n ⎛ ⎜ ∑ g tr h tr gkho ⎜1 + ⎜ g k h o g k q ok ⎜ ⎝ v× η ctk < ®ã (1 + Atr) > (1 + Atr) η ctk , nghÜa lµ ⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ (10-33) (10-34) + A tr >1 + A tr η ctk hay: η cttr > η ctk , (10-35) C«ng thøc (10-35) chøng tá hiƯu st cđa chu trình có trích gia nhiệt nớc cấp luôn lớn hiệu suất chu trình ngng túy (không có trích gia nhiệt) 10.3.3 Quá nhiệt trung gian Nh phân tích trên, để nâng cao hiệu suất chu trình nhà máy ta tăng đồng thời áp suất nhiệt độ đầu nhiệt Nhng thực tế 122 tăng nhiệt độ T0 lên đợc bị hạn chế sức bền kim loại chế tạo thiết bị, tăng áp suất p0 lên độ ẩm cuối tuốc bin tăng lên, làm giảm hiệu suất tuốc bin, tăng khả mài mòn ăn mòn cánh tuốc bin Để khắc phục tình trạng này, ngời ta cho dãn nở sinh công số tầng đầu tuốc bin đa trở lại lò nhiệt lần (gọi nhiệt trung gian hơi) để tăng nhiệt độ hơi, sau đa trở lại tầng tuốc bin tiếp tục dãn nở sinh công đến áp suất cuối pk (QNTG) Hình 10.11 Sơ đồ nguyên lý chu trình có nhiệt trung gian 1- Bơm nuớc cấp; 2- Lò hơi; 3-Bộ nhiệt ; 4- Phần cao áp tuốc bin; 5- Bộ nhiệt trung gian; 6- Phần hạ ¸p tc bin; 7- B×nh ng−ng H×nh 10.11 biĨu diƠn sơ đồ nguyên lý chu trình có nhiệt trung gian Mục đích nhiệt trung gian giảm bớt độ ẩm cuối tuốc bin tăng nhiệt độ vào tầng Nhiệt độ khỏi nhiệt trung gian lên đến nhiệt độ ban đầu (trớc vào tuốc bin) Có thể xem chu trình nhiệt trung gian gåm hai chu tr×nh, chu tr×nh chÝnh (chu tr×nh ban đầu) chu trình phụ Chu trình ban đầu tiêu thụ lợng nhiệt q0 sinh công l0 , Chu trình phụ tiêu thụ lợng nhiệt qtg sinh công ltg Hiệu suất chu trình có nhiệt trung gian viết lµ: ∆l tg 1+ l + ∆l tg l l0 = (10- 36) η cttg = ∆ q tg q + ∆q tg q 1+ q0 đó: l0 = ctk hiệu suất chu trình ban đầu nhiệt trung gian, q0 l tg l tg = A hệ số lợng chu trình phụ, viết lại: 123 ηcttg = l0 q0 1+ 1+ ∆l tg ∆l tg l0 l0 l0 q0 ∆l tg = η ctk 1+ A ηk + A ,ct η ct (10- 37) ∆q tg Tõ (10-37) ta thÊy: k η qn ct > η ct (1+A) > (1+A η ctk ) nghĩa ctk < 'ct, ' ct Tóm lại nhiệt trung gian làm cho hiệu suất chu trình tăng lên 'ct > ctk tức hiệu suất chu trình phụ lớn hiệu suất chu trình ban đầu Nh muốn nâng cao hiệu suất chu trình nhiệt trung gian phải chọn giá trị áp suất trớc nhiệt trung gian nhiệt độ sau nhiệt trung gian hợp lý để nhiệt độ tơng đơng chu trình phụ lớn chu trình ban đầu, thoả m·n ®iỊu kiƯn η'ct > η ctk Thùc tÕ chøng tỏ rằng: Quá nhiệt trung gian đem lại hiệu tối đa áp suất nhiệt trung gian (0,25-0,3) áp suất ptg 10.3.4 Mở rộng nhà máy với thông số cao Việc xây dựng nhà máy điện trớc hết nhằm đáp ứng yêu cầu công suất Nhng nhu cầu điện không ngừng tăng lên, để đáp ứng đợc phần nhu cầu năm sản xuất, từ giai đoạn thiết kế nhà máy phải tính đến điều kiện để mở rộng nhà máy cho năm nh: nguồn nớc, vị trí diƯn tÝch ®Êt, h−íng më réng Trong thùuc tÕ, song song víi viƯc x©y dùng míi nhà máy có công suất thông số lớn hơn, ngời ta tiến hành mở rộng nhà máy cũ cách đặt thêm thiết bị có công suất thông số lớn Việc mở rộng nhà máy cũ tiến hành theo hai phơng án: 10.3.4.1 Mở rộng nhà máy điện phơng pháp đặt chồng Mở rộng nhà máy điện phơng pháp đặt chồng đợc biểu diễn hình 10.12 Nội dung phơng pháp đặt chồng đa phận hay toàn nhà máy điện vận hành với thông số thấp lên nhà máy có thông số cao Xây dựng chồng ý nghĩa mở rộng công suất bao hàm ý nghĩa đại hóa nhà máy có trình độ kỹ thuật thấp Muốn xây dựng chồng ngời ta đặt thêm tuốc bin lò thông số cao Tuốc bin cao áp chọn loại đối áp hay loại trích đợc cấp từ lò ta xét phơng án dùng tuốc bin đối áp để đặt chồng 124 Hơi thoát tuốc bin đặt chồng phải có áp suất áp suất tuốc bin cũ vận hành, nhiệt độ thoat trùng tốt nhất, nhỏ phải áp dụng nhiệt trung gian trớc đa vào tuốc bin cũ Thực đặt chồng cao áp hiệu suất nhà máy tăng lên Hình 10-12 Sơ đồ đặt chồng 1, 2, 3, 4, 5-Bơm nớc cấp, lò hơi, tuốc bin, máy phát bình ngng cđa hƯ thèng cò 6, 7, 8, 9-B¬m n−íc cÊp, lò hơi, tuốc bin máy phát hệ thống míi, Đặt chồng thực phần thực hiƯn hoµn toµn, nghÜa lµ tc bin cò chØ nhËn phần toàn từ tuốc bin đặt chồng, đặt chồng phần lò cũ phải làm việc, thực hoàn toàn lò cũ để dự phòng tháo Hiệu suất chu trình có đặt chồng không hoàn toàn : ch ct = l + l ch q + l ch k η ch ct = η ct ch Trong ®ã: η ct = l ch l l0 = l q0 + ch q0 1+ + A ch + A ch η ctk (10-38) l0 lµ hiƯu suất chu trình ban đầu (thiết bị cũ) q0 Ach hệ số lợng đặt chồng A ch = α ch ( i ch − i ) i0 iK (10-39) ch tỷ lệ lợng đa vào so với lợng tc bin cò ich, i0 vµ iK lµ Entanpi cđa trớc tuốc bin đặt chồng, trớc tuốc bin cũ sau tuốc bin cũ Do đặt chồng nên hiệu suất chu trình tăng lên đợc lợng lµ 125 ( η ch − η ctk A ch − ηctk ∆η = = η ctk + A ch ctk ch ) (10-40) Qua ta thấy hiệu việc đặt chồng lớn nÕu η ctk cµng thÊp vµ Ach cµng cao HƯ số lợng Ach lớn ch= nghĩa đặt chồng hoàn toàn 10.3.4.2 Mở rộng nhà máy điện phơng pháp đặt kề Mở rộng nhà máy điện phơng pháp đặt kề đợc biểu diễn hình 10.13 Nội dung phơng pháp đặt thêm hệ thống lò, tuốc bin có đầy đủ thiết bị phụ bên cạnh hệ thống cũ Nếu hệ thống có thông số cao nối với với hệ thống cũ phải qua giảm ôn giảm áp 12 Hình 10-13 Sơ đồ đặt kề 1, 2, 3, 4, 5-Bơm nớc cấp, lò hơi, tuốc bin, máy phát bình ngng hệ thống cũ 6, 7, 8, 9-Bơm nớc cấp, lò hơi, tuốc bin máy phát hệ thống mới, 10.4 Khử khí nhà máy điện Khử khí cho nớc cấp loại trừ khỏi nớc chất khí hòa tan nớc, chủ yếu khí O2 Khí có lẫn nớc gây tợng ăn mòn bên bề mặt đốt lò thiết bị Phơng pháp thông dụng nhà máy điện khử khí nhiệt Theo định luật Henry mức độ hoà tan nớc chất khí phụ thuộc vào: - Nhiệt độ nớc - áp suất riêng phần chất khí phía mặt nớc Nếu gọi Gkh lợng khí hoµ tan n−íc, kkh lµ hƯ sè hoµ tan chất khí nớc pkh áp suất riêng phần chất khí phía mặt thoáng thì: Gkh = kkh pkh (10-41) Theo định luật Dalton áp suất hỗn hợp khí tổng áp suất riêng phần chất khí thành phần Nếu coi khoảng không mặt nớc buồng chứa hỗn hợp khí nớc chất khí thành phần hỗn hợp Vì ta cã thÓ viÕt: 126 n p kh = p − p h − ∑ p i (10-42) Trong đó: p áp suất chung hỗn hợp khí mặt nớc ph áp suất riêng phần nớc pkh áp suất riêng phần chất khí thành phần Thay vào (10-41) ta tìm đợc lợng oxy hoà tan nớc: n G = k 02 (p − p h − ∑ p i ) (10-43) H×nh 10.14 B×nh khư khÝ 1-thïng chøa; 2-n−íc cÊp; 3-èng thđy; 4-®ång hå áp suất; 5-khí thoát; 6-đĩa phân phối nớc; 7-nớc ngng từ thoát; 8-van tín hiệu; 9-bình ngng tụ hơi; 10-khí thoát; 12-phân phối nớc; 13-cột khử khí;14-phân phối hơi; 15-hơi vào Mục đích khử khí loại trừ O2 hòa tan nớc khỏi nớc Nếu áp suất riêng phần p02 Oxy nớc nhỏ p02 không gian bề mặt thoáng O2 thoát khỏi nớc đợc mà ngợc lại hòa tan thêm vào nớc Nếu p02 nớc nớc bão hòa oxy hòa tan thêm đợc Nếu p02 không gian bề mặt thoáng nhỏ p02 nớc O2 thoát khỏi nớc đạt tới trạng thái thăng Do đó, O2 dễ dàng khỏi nớc phải làm cho áp suất p02 mặt nớc thật nhỏ cách nâng cao áp suất riêng phần ph nớc không gian 127 bề mặt thoáng lên thật lớn, cho ph p Muốn vậy, cần đun nớc đến sôi để tăng lợng bề mặt thoáng Bình khử khí gồm cột khử khí thùng chứa Trong bình khử khí, nớc đợc đa vào phía cột khử khí qua đĩa phân phối rơi xuống nh ma Hơi từ phía dới cột lên chui qua dòng nớc, trình chuyển động ngợc chiều truyền nhiệt cho nớc làm tăng nhiệt độ nớc đến nhiệt độ bão hoà tơng ứng với áp suất bình khử khí Khi áp suất riêng phần H2O tăng lên, áp suất riêng phần chất khí khác giảm xuống chúng dễ dàng thoát khỏi nớc lên phía đợc thải khỏi bình với lợng nớc Nớc đợc khử khí tập trung xuống thùng chứa phía dới đáy cột khử khí Thể tích thùng chứa khoảng 1/3 suất bình khử khí Trong nhà máy điện thông số cao siêu cao ngời ta thờng dùng bình khử khí loại ata Nhà máy điện thông số trung bình thấp thờng dùng loại khử khí 1,2 ata, gọi bình khử khí khí Bình khử khí phải đặt cao bơm nớc cấp để tránh tợng xâm thực bơm Độ cao từ bơm nớc cấp đến bình khử khí - 8m bình khử khí 1,2 ata 17 - 18m bình khử khí ata 10.5 Tổn thất nớc ngng nhà máy điệncác biện pháp bù tổn thất Trong qúa trình vận hành nhà máy điện, luôn có tổn thất nớc, gọi chung tổn thất môi chất Ngời ta phân biệt Tổn thÊt vµ tỉn thÊt ngoµi 10.5.1 Tỉn thÊt Tổn thất tổn thất nớc xả lò, rò rỉ chỗ hở đờng ống, mát để sấy ống khởi động nhà máy, hộ tiêu thụ dùng mà không trả lại nớc ngng đọng, dùng cho thiết bị thổi dàn ống sinh lò (để chống xỉ tro, xỉ), để sấy dầu mazút, đa vào vòi phun phun mazút v.v Để giảm tổn thất cần thay mối nối mặt bích mối nối hàn, tăng cờng độ kín tất ácc van, tận dụng lại nớc đọng ống dẫn, thiết bị vaqf van, giảm tổn thất nớc ngng khởi động ngừng máy Có thể giảm tổn thất xả lò cách dùng thiết bị bốc từ nớc xả lò v v v 10.5.2 Tỉn thÊt ngoµi Tỉn thÊt ngoµi lµ tỉn thÊt hộ tiêu thụ nhiệt không hoàn trả lại nớc ngng đọng cho nhà máy trả lại không đầy đủ Khi nớc ngng đọng hộ tiêu thụ đợc trả lại hoàn toàn tổn thất không Toàn tổn thất nhà máy điện đợc liên tục bù lại lợng nớc bổ sung đợc xử lý 128 Để xử lý nớc bổ sung phơng pháp bốc hơi, ngời ta dùng trích từ tuốc bin để gia nhiệt cho nớc cần xử lý đến sôi biến thành thiết bị đặc biệt gọi bình bốc Bình bốc thiết bị ttrao đổi nhiệt bề mặt sơ cấp nhả nhiệt ngng tụ thành nớc, làm bốc nớc bổ sung tạo thành thứ cấp Hơi thứ cấp lại đợc ngng tụ thành nớc cất bình làm lạnh (gọi bình ngng thứ cấp) Nớc ngng tụ từ thứ cấp (nớc cất) hầu nh tạp chất có chất lợng gần nh chất lợng nớc ngng từ bình ngng đợc cấp vào lò 129 Chơng 11 sơ đồ nhiệt bố trí nhà nhà máy điện 11.1 sơ đồ nhiệt nhà máy điện 11.1.1 sơ đồ nhiệt nguyên lý Sơ đồ nhiệt nguyên lý nhà máy điện thể qui trình công nghệ, biến đổi sử dụng lợng môi chất nhà máy điện Trong sơ đồ nhiệt nguyên lý gồm có: Lò hơi, tuabin, máy phát, bình ngng, bình trao đổi nhiƯt (b×nh gia nhiƯt n−íc ng−ng, b×nh khư khÝ, b×nh bốc ) có bơm để đẩy môi chất nh bơm cấp, bơm ngng, bơm nớc đọng bình trao đổi nhiệt, v.v Các thiết bị phụ đợc nối với đờng ống hơi, nớc, phù hợp với trình tự chuyển động môi chất Trên sơ đồ nhiệt nguyên lý thiết bị dự phòng, thiết bị phụ đờng ống Thành lập sơ đồ nhiệt nguyên lý giai đoạn quan trọng thiết kế nhà máy điện phải dựa sở yêu cầu phụ tải điện, nhiệt, yêu cầu độ an toàn kinh tế nhà máy Khi thành lập sơ đồ nhiệt nguyên lý, cần giải vấn đề sau: 1- Chọn loại nhà máy điện: ngng h¬i hay cã trÝch h¬i cung cÊp nhiƯt 2- Chän thông số ban đầu dạng chu trình Lựa chọn thông số ban đầu dạng chu trình liên quan tới loại công suất đơn vị lò tuabin Tuabin lớn phải chọn thông số ban đầu cao 3- Chọn loại công suất đơn vị tuabin 4- Chọn loại lò tơng ứng với thông số nhà máy 5- Chọn sơ đồ hồi nhiệt hâm nớc cấp 6- Chọn loại chỗ nối bình khử khí bơm nớc cấp 7- Chọn phơng pháp sơ đồ xử lý nớc bổ sung cho lò 8- Chọn sơ đồ cung cấp nhiệt 9- Chọn sơ đồ sử dụng nhiệt từ ezectơ, chèn tuabin, nớc xả lò, nớc xả bình bốc Khi thành lập sơ đồ nhiệt nguyên lý cần phải tính đến chế độ làm việc nhà máy điện, chế độ non tải Để bảo đảm cho nhà máy làm việc bình thờng non tải trích cho khử khí, cho bình bốc phải lấy từ cửa trích có áp lực cao lấy cho qua giảm ôn giảm áp Sơ đồ nhiệt nguyên lý nhà máy điện đợc biểu diễn hình 11.1 Thành lập sơ đồ nhiệt nguyên lý mở rộng nhà máy, cần phải giải đợc vấn đề sau: - Chọn phơng pháp mở rộng (đặt kề hay đặt chồng) - Mở rộng sơ đồ gia nhiệt hồi nhiệt - Chọn sơ đồ nối bình khử khí liên quan đến thiết bị cũ, chọn cách nối bơm cấp Sau dựng xong sơ đồ nhiệt nguyên lý, tiến hành tính toán sơ đồ nhiệt nguyên lý, giải vấn đề sau: - Xác định dòng dòng nớc 130 - Hiệu chỉnh thông số dòng - Xác định tiêu kinh tế phần nhiệt Hình 11.1 sơ đồ nhiệt nguyên lý nhà máy điện 1-lò hơi; 2-ống dẫn hơi; 3-tuốc bin; 4-bình ngng; 5-bơm nớc ngng; 6-cột khử khí; 7-bình chứa nớc khử khí; 8-bình gia nhiệt hạ áp; 9-bơm nớc cấp; 10- bình gia nhiệt cao áp; 11-bơm nớc đọng; 12-bình làm lạnh ejectơ; 13-làm lạnh chèn Để tính toán sơ đồ nhiệt nguyên lý, trớc hết phải xây dựng đờng biểu diễn trình dãn nở tuabin đồ thị i-s, dựa vào số liệu thiết kế tuabin nhà máy chế tạo nó, đồng thời vào số liệu vận hành tình hình thực tế nớc ta mà điều chỉnh cho thích hợp, sau lập bảng thống kê thông số để làm sở tính toán Giai đoạn thứ hai theo sơ đồ thiết lập, lập giải phơng trình cân nhiệt cân chất cho tất dòng hơi, dòng nớc cấp, nớc bổ sung, v.v 131 Cuối cùng, xác định tiêu kinh tế kỹ thuật 11.1.2 Sơ đồ nhiệt chi tiết Khác với sơ đồ nhiệt nguyên lý, sơ đồ có vẽ toàn thiết bị nhiệt, kể thiết bị dự phòng, đờng ống liên lạc thiết bị, loại van đóng mở thiết bị điều chỉnh Hình 11.2 sơ đồ nhiệt chi tiết nhà máy điện Sơ đồ nhiệt chi tiÕt thĨ hiƯn toµn bé hƯ thèng nhiƯt cđa nhà máy, giúp cho ta nắm cách bao quát toàn vấn đề nhiệt từ nhỏ đến lớn cho phép ta nhận xét mức độ hoàn thiện công trình thiết kế, cách bố trí thiết bị hệ thống đờng ống để từ đánh giá đợc mức độ kinh tế nhiệt hệ thống Sơ đồ nhiệt chi tiết phải làm xong trớc nghiên cứu bố trí thiết bị nhà máy Sơ đồ nhiệt nguyên lý nhà máy điện đợc biểu diễn hình 11.2 Trong sơ đồ nhiệt chi tiết đờng ống sau đợc gọi đờng ống hệ thống ống nhà máy - ống nối từ lò đến tuabin kể ống góp - Đờng ống nhiƯt trung gian (nÕu cã qu¸ nhiƯt trung gian) - Đờng ống dẫn nớc từ bình khử khí đến bơm nớc cấp, từ bơm nớc cấp qua bình gia nhiệt cao áp đến lò 132 11.2 bố trí nhà nhà máy điện 11.2.1 Những yêu cầu bố trí nhà Những gian nhà để chứa thiết bị trang bị phụ gọi nhà nhà máy điện Bố trí nhà nghiên cứu bố trí thiết bị cách thật hợp lý chằm đảm bảo kỹ thuật, đảm bảo vận hành thuận lợi, đảm bảo quy phạm thiết kế an toàn lao động Khi bố trí nhà cần ý đảm bảo kỹ thuật nh : - Phễu than tơi phải đặt cao đủ mức, thành phễu phải đủ độ nghiêng than chảy xuống dễ dàng - Bể chứa nớc, bình khử khí phải đặt đủ độ cao so với bơm để tránh tợng xâm thực (nớc sôi bơm) v.v Về mặt an toàn lao động phải đảm bảo chỗ làm việc sáng sủa, thoáng khí, không hại đến sức khỏe công nhân ngăn ngừa đợc khả xảy tai nạn lao động Ngoài yêu cầu nói trên, việc bố trí nhà phải thoả mãn điều kiện sau : - Tiện lợi cho việc mở rộng nhà máy lúc cần thiết, từ lúc thiết kế phải chuẩn bị sẵn điều kiện thuận tiện cho việc đặt thêm máy - Phải bảo đảm tốt điều kiện phòng cháy, chữa cháy - Than nguyên từ kho than phải đờng dài lên tới băng tải phân phối - Hơi nhiệt phải xa tới tuốc bin - Nớc cấp phải xa h¬n míi tíi bao h¬i - Gian phƠu than thiÕu ánh sáng tự nhiên, ban ngày phải dùng đèn Nếu than có nhiều chất bốc dễ cháy gây hỏa hoạn - Gian tuốc bin xa gian lò nên gây trở ngại khởi động tuốc bin 11.2.2 Bố trí gian phễu than gian phễu than nằm nên tránh đợc khuyết điểm phơng án trên, nhng lại có khuyết điểm: - Đờng khói xa - Than bột phải vßng phÝa tr−íc bng lưa míi tíi vßi phun, nh− cần phải tăng cờng công suất quạt tải bột than Bột than có nhiều khả tích tụ dọc đờng, lâu ngày làm nhỏ tiết diện ống, gây nổ - Sau muốn đặt lò lớn không khả níi réng bỊ ngang cđa gian lß - Gian lß thiếu ánh sáng tự nhiên, thoáng khí - Không thể áp dụng kiến trúc bán lộ thiên kiểu kiến trúc đơn giản, tiết kiệm đợc nguyên vật liệu xây dựng 133 Không phân biệt phơng án nào, nhà máy có đầu hồi cố định, đợc xây dựng kiên cố từ đầu, đầu xây dựng tạm bợ để cần kéo dài nhà máy phá dễ dàng mà không lãng phí (thờng gọi đầu hồi phát triển) Hình 11-1 Bè trÝ gian phƠu than ngoµi 11.2.3.Bè trÝ gian tuốc bin Gian tuốc bin gọi gian máy Việc bố trí tuốc bin máy phát điện nh để đảm bảo vận hành tốt tiết kiệm đợc chi phí xây lắp Có phơng án đặt tuốc bin: Phơng án đặt ngang phơng án đặt dọc 11.2.3.1 Phơng án đặt ngang Khi gian máy bố trí ngang gian máy phải làm rộng bề ngang, mặt kiến trúc chi phí xây dựng nhà rộng tốn xây dựng nhà dài Phơng án đặt ngang không thông thoáng phơng án đặt dọc, thích hợp nhà máy kiểu khối, thông số cao có nhiệt trung gian Bởi đặt ngang đờng ống ngắn, nh: đờng ống dẫn mới, ống nhiƯt trung gian, ®−êng èng n−íc ng−ng, n−íc cÊp v.v ngắn Ngoài đặt ngang tiện việc đa điện từ máy phát trạm phân phối Nếu tuốc bin đặt ngang thiết bị phụ nh bình gia nhiệt, bơm tuần hoàn phải đặt xen kẽ vào khoảng cách tuốc bin, mà tuốc bin đặt cao thiết bị nên công nhân vận hành nhìn bao quát đợc tất thiết bị 134 Hình 11.2 Bố trí tuốc bin đặt ngang 11.2.3.2 Phơng án đặt dọc Ưu điểm phơng án là: - Gian máy xây hẹp bề ngang cầu trục ngắn theo, giá thành giảm - Tuốc bin kề liền thẳng hàng với máy phát điện suốt chiều dọc gian máy Các bình gia nhiệt tuốc bin đứng gần tuốc bin ấy, nhng nhìn chung toàn gian máy chúng đợc xếp thành hàng thẳng song song với hàng tuốc bin trông gọn đẹp mắt Bơm nớc cấp, bơm tuần hoàn xếp thành hàng thẳng tầng dới Nh phơng án trông mỹ quan tầm mắt ngời trực ca khống chế thiết bị đợc dễ dàng - Vì gian máy hẹp chiều ngang nên ánh sáng ban ngày vào đợc sâu Gian máy có tầng: Tầng gọi tầng tuốc bin - máy phát, cao cách mặt đất 78m, đặt tuốc bin, máy phát điện, bảng điều khiển Tầng dới đặt bình ngng thiêt bị khác nh: bình gia nhiệt, bơm nớc ngng, bình làm mát dầu, v.v Gian máy có sàn tháo lắp bố trí tầng dới gần đầu hồi phát triển, để cần lắp máy không trở ngại đến máy cũ Chiều dài gian tuốc bin không thiết phải chiều dài gian lò, dài hay ngắn phải xuất phát từ nhu cầu công tác Phía đầu tuốc bin phải chứa đủ chỗ làm sàn phục vụ Phía cuối trục máy phát cần đủ chỗ để rút đợc rôto khỏi stato cần 135 Hình 11.2 Bố trí tuốc bin đặt dọc Chiều rộng gian tuốc bin phải tuỳ điều kiện cụ thể mà quy định Tâm tuốc bin phải cách xa tờng nhà đủ để khỏi gây trở ngại cần rút ống bình ngng hay ống làm lạnh không khí đặt máy phát 11.2.4 Bố trí gian lò Khi nói đến bố trí gian lò không nên quan niệm tách riêng gian lò gian phễu than việc bố trí thiết bị gian liên quan chặt chẽ với Việc bố trí gian lò thay đổi tuỳ theo loại than sử dụng loại than đòi hỏi loại máy nghiền thích hợp Loại máy nghiền bi thờng đặt gian phễu than, loại giếng nghiền đặt gian lò Nếu nhà máy dùng than antraxit gian phễu than có thiết bị nh phễu than tơi, phễu than bột, máy nghiền bi, quạt tải bột than, máy cấp than tơi vào máy nghiền, máy cấp than bột vào ống dẫn Ngoài vài thiết bị thuộc hệ thống nghiền than nh thiết bị phân ly than khô, phân ly than mịn đặt mái nhà, để lộ thiên, nh vừa trông rõ vừa không nguy hiểm nhà máy xảy nổ cháy Gian phễu than có tầng: tầng dới (cốt 0m) đặt máy nghiền bi, quạt tải bột than; tầng (8 mét) đặt phễu than tơi phễu than bột; tầng (11 mét) đặt băng tải than 136 ... khối chu trình nhiệt trao đổi nhiệt K- Máy nén, BĐ- Buồng đốt, T-Tuốc bin khí, M-Động điện, qv- nhiệt dẫn vào chu trình, qr- nhiệt dẫn ra, MP- Máy phát điện, 1 -2- 3-4-5-1: chu trình nhiệt biễu... Nđ1 + N 2 + Nđ3 (7 -21 ) Trong đó: Lợng điện phần cao áp sản xuÊt ra: N®1 = G1(i0 - in) ηt®T ηco.ηmp (7 -22 ) Lợng điện phần trung áp sản xuất ra: N 2 = G2(in iT) tđT co.mp (7 -23 ) Lợng điện phần hạ... h01 (7 -2) h * 02 = h 02 + q2 h * 03 = h03 + q3 (7-3) (7-4) (7-5) h *04 = h04 + q4 Tỉng nhiƯt d¸ng lý tởng tầng bằng: Hình 7.5 Quá trình nhiệt cđa tc bin nhiỊu tÇng ∑ h *0i = h01 + h 02 + q2 + h03