Hệ thống khử khí trong nhà máy nhiệt điện

Các khí hòa tan có trong nước gây ra nhiều vấn đề về ăn mòn. Oxy hòa tan trong nước sẽ gây rỗ bề mặt, khí cacbonic thường gây ăn mòn ở hệ thống ngưng tụ, đặc biệt tại đây khí cacbonic kết hợp với nước tạo thành axit cacbonic yêu, loại axit này sẽ ăn mòn sắt trong các đường ống. Khi quay lại nồi hơi chất này sẽ tạo kết tủa, tạo cặn bám nồi hơi và đường ống. Nước có chứa amoni, đặc biệt là oxy sẽ tấn công làm oxy hóa đồng và các hợp kim của đồng. Kết quả của sự ăn mòn này dẫn đến sự đóng cặn trên bề mặt truyền nhiêt nồi hơi và làm giảm hiệu suất cũng như tốn nhiều năng lượng. Vì vậy, việc xử lý nước khử khí nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn công nghiệp cho cả hàm lượng oxy và mức độ oxit kim loại cho phép trong nước cấp là hết sức cần thiết

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BÌNH KHỬ KHÍ TRONG NHÀ MÁY

NHIỆT ĐIỆN 2

1.1.Giới thiệu chung 2

1.2 Tác dụng 3

CHƯƠNG 2 NGUYÊN TẮC VÀ CƠ CHẾ LÀM VIỆC BÌNH KHỬ KHÍ 4

2.1.Nguyên tắc khi khử khí nước cấp 4

2.2 Các phương pháp làm việc của bình khử khí 4

2.3 Nguyên lý làm việc của bình khử khí 6

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG 8

3.1 Thiết kế bộ điều khiển mức nước bình khử khí 8

3.2 Tính toán các tham số của bộ điều chỉnh 9

3.2.1 Hàm truyền khâu đo mức trong bình 9

3.2.2 Hàm truyền của van cấp nước 10

TÀI LIỆU THAM KHẢO 13

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BÌNH KHỬ

KHÍ TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

1.1.Giới thiệu chung

Các khí hòa tan có trong nước gây ra nhiều vấn đề về ăn mòn Oxy hòa tan trong nước sẽ gây rỗ bề mặt, khí cacbonic thường gây ăn mòn ở hệ thống ngưng tụ, đặc biệt tại đây khí cacbonic kết hợp với nước tạo thành axit cacbonic yêu, loại axit này sẽ ăn mòn sắt trong các đường ống Khi quay lại nồi hơi chất này sẽ tạo kết tủa, tạo cặn bám nồi hơi và đường ống Nước có chứa amoni, đặc biệt là oxy sẽ tấn công làm oxy hóa đồng và các hợp kim của đồng Kết quả của

sự ăn mòn này dẫn đến sự đóng cặn trên bề mặt truyền nhiêt nồi hơi và làm giảm hiệu suất cũng như tốn nhiều năng lượng

Vì vậy, việc xử lý nước khử khí nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn công nghiệp cho cả hàm lượng oxy và mức độ oxit kim loại cho phép trong nước cấp là hết sức cần thiết

Thiết bị khử khí bao gồm bình khử khí bên trên và thùng chứa bên dưới Thông thường, bkk được lắp ở độ cao khoảng 20-30m nằm giữa gian tuabin và lò hơi để đảm bảo độ cao đầu hút yêu cầu của btn

Hình 1.1: Bình khử khí trong nhà máy nhiệt

1.2 Tác dụng

Tách các khí hoạt tính ăn mòn kim loại như O2, CO2 tự do, CO2 hòa tan

ra khỏi bình ngưng

Gia nhiệt cho nước ngưng sau GNH từ 1330C ÷ 1600C

Tạo lượng nước cấp dự phòng cho lò và điều hòa lượng nước cấp vào lò

và lượng nước ngưng chính của máy (kể cả lượng nước bổ sung)

Là nguồn hơi cho ejector và chèn trục tua bin, thu hồi nước đọng từ gia nhiệt cao và van Stop

Tùy theo phương thức làm việc của khối, hơi sấy có thể lấy từ các nguồn :

 Ống góp hơi tự dùng 13 ata

 Cửa trích hơi số 3 hoặc số 2 của tuabin

CHƯƠNG 2 NGUYÊN TẮC VÀ CƠ CHẾ LÀM

VIỆC BÌNH KHỬ KHÍ

2.1.Nguyên tắc khi khử khí nước cấp

Khả năng hòa tan của chất khí bất kỳ trong một chất lỏng tỷ lệ thuận với

áp suất riêng phần của khí ở bề mặt chất lỏng

Độ tan của chất khí trong một chất lỏng giảm khi tăng nhiệt độ chất lỏng Hiệu quả loại bỏ được tăng lên khi chất lỏng và khí được trộn đều

Độ tan của chất khí trong một chất lỏng được thể hiện:

C=k.P Trong đó:

C là nồng độ của khí

P là một phần áp lực

K là hằng số tương xứng

Như vậy có thể loại bỏ khí trong nước bằng cách giảm áp suất riêng phần khí trong bầu không khí tiếp xúc với chất lỏng

2.2.Các phương pháp làm việc của bình khử khí

Khử khí cho nước cấp nồi hơi có thể thực hiện bằng ba cách:

a) Loại bỏ không khí cơ học

Loại bỏ không khí cơ học thường được sử dụng trước khi thêm chất tẩy oxy Việc loại bỏ dựa trên quy luật vật lý của Charles và Henry Quy luật này chỉ

ra rằng có thể loại bỏ oxy và cacbonic bằng cách gia nhiệt cho nước cấp lò hơi từ

đó giảm nồng độ oxy và cacbonic trong nước cấp

Phương pháp này hiệu quả nhất tại điểm sôi của nước ở áp suất của thiết

bị loại bỏ không khí Thiết bị loại bỏ không khí gồm loại chân không và loại áo suất

Thiết bị loại bỏ không khí bằng chân không hoạt động bằng áp suất khí quyển tại khoảng 820C và có thể giảm hàm lượng oxy xuống 0,02mg/lít Cần sử dụng bơm chân không hoặc bơm hơi để duy trì chân không

Thiết bị loại bỏ không khí loại áp suất hoạt động bằng cách đưa hơi qua van kiểm soát áp suất để duy trì áp suất vận hành mong muốn vì vậy nhiệt độ ở mức tối thiểu 1050C Hơi làm tăng nhiệt độ nước giải phóng oxy và cacbonic ra khỏi hệ thống Thiết bị này có thể giảm hàm lượng oxy xuống 0,005mg/lít

Loại bỏ không khí bằng hơi nước được sử dụng nhiều hơn trong khử khí nước cấp nồi hơi vì:

- Hơi luôn có sẵn và không có oxy và cacbonic

- Hơi làm nóng nước làm giảm tính hòa tan của oxy

- Hơi giúp gia nhiệt cần thiết để phản ứng hoàn tất

b) Loại bỏ không khí hóa học

Mặc dù thiết bị loại bỏ không khí cơ học giúp giảm oxy xuống rất thấp nhưng một lượng oxy còn lại dù nhỏ cũng có thể gây tác động ăn mòn hệ thống

Do đó cần loại bỏ lượng oxy còn lại bằng chất loại bỏ oxy như natri sunfit hoặc hidrazin Natri sunfit phản ứng với oxy tạo thành natri sunfat giúp tăng TDS (Total dissolved solids – tổng chất rắn hòa tan) trong nước nồi hơi và tăng chất lượng nước cấp qua xử lý

Hidrazin phản ứng với oxy tạo thành nitơ và nước Cách này được sử dụng với nồi hơi áp suất cao khi lượng chất rắn trong nồi hơi rất thấp và không làm tăng lượng TDS trong nước

c) Kết hợp loại bỏ không khí cơ học và không khí hóa học

2.3 Nguyên lý làm việc của bình khử khí

Hình 2.1 Nguyên tắc làm việc của bình khử khí

- Nước ngưng vào bình khử khí được phun vào trong bình khử khí từ ống nhánh hoặc van nhánh ở phần trên của bình

- Với dạng hạt nươc nhỏ, nước ngưng được phun vào này tiếp xúc với hơi đốt nóng làm nhiệt độ của nó tăng lên

- Khi lần lượt đi qua các khay được lắp ở bên dưới, nó được đốt nóng đến nhiệt độ bão hoà làm cho nồng độ oxy hoà tan trong nước cấp giảm đi do bay vào hơi nước

- Hơi đốt nóng đi vào từ phần dưới bình khử khí

- Khi đi qua khe giữa các khay và tạo thành dòng đi lên ngược với dòng nước cấp, nó trao đổi nhiệt với nước cấp và khử khí hoà tan trong nước cấp

- Các khí không ngưng tụ, ví dụ như oxy bão hoà trong nước cấp, đi lên theo hơi đốt nóng và được làm mát bằng nước cấp và bị cuốn vào các ống nhánh lắp ở phần trên bình khử khí, sau đó được đưa ra khí quyển hoặc bị hút vào

bn với 1 lượng nhỏ hơi nước

- Nước cấp đã khử

Để đảm bảo thi

động xả nước thừa khi m

Để đảm bảo khử

ử khí hoàn toàn đi vào thùng chứa ở bên dư

o thiết bị khử khí không bị ngập nước, bể dự

a khi mức nước trong bể quá cao theo ống thủy

ử khí làm việc bình thường có bố trí các van x

Hình 2.2:Bình khử khí bên trên

Hình2.3:Thùng chứa bên dưới

bên dưới bkk

ự trữ có thiết bị tự

y

trí các van xả tràn sự cố

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG

3.1 Thiết kế bộ điều khiển mức nước bình khử khí

Thông số mức nước bình khử khí phản ánh hiệu xuất khử khí Trong đó có oxy, nó là một loại chất ăn mòn kim loại Bình khử khí làm việc thường ở chế độ sôi Nếu mức nước bình khử khí quá cao thì bề mặt sôi giảm làm cho sự thoát khí oxy trong nước thoát ra giảm, Mức nước thấp quá dẫn đến làm nóng thiết bị do

đó phải có hệ thống điều chỉnh mức nước bình khử khí

Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống điều chỉnh mức nước bình khử khí

Trong đó: 1- Bình khử khí

2- Đát trích

3- Van điều chỉnh nước bổ sung

4- Bộ điều chỉnh mức nước bình khử khí

5- Bộ điều chỉnh áp suất bình khử khí

Hơi vào bình khử khí tạo không gian hơi cho bình không khí Nước đi từ trên xuống, hơi đi từ dưới lên Hơi và nước được hòa trộn với nhau rất đều nhờ các mặt sàng ở cột hòa trộn Khi đó nước được hơi hâm nóng và thành phần oxy

và khí CO2 được tách ra khỏi nước và thoát ra ngoài

Nguyên tắc điều chỉnh bình khử khí: Khi nước ngưng của bình khử khí tăng hoặc giảm khí đo đát trích 2 tác động đến phần 4 Khi đó van 3 đóng hoặc

mở để nước bổ sung vào bình khử khí để đảm bảo mức nước bình khử khí trong phạm vi cho phép

Hình 3.2: Sơ đồ cấu trúc điều khiển mức nước bình khử khí

3.2 Tính toán các tham số của bộ điều chỉnh

3.2.1 Hàm truyền khâu đo mức trong bình

Lấy mức “ 0” tiêu chuẩn của bình làm chuẩn thì:

- Khi mức nước trong bình tăng đến mức đầy +315mm so với mức “0” lúc đó đầu ra của đát trích sẽ có dòng điện 0 mA

- Khi mức nước cạn dần xuống qua “0” và xuống đến mức -315mm so với mức “0” lúc đó đầu ra đát trích sẽ có dòng điện 5 mA

 Hàm truyền của cảm biến mức nước trong bình là một khâu khuếch đại có hàm truyền:

=

1 +

Trong đó:

KH :Hệ số khuếch đại của thiết bị đo mức

KH = = = 0.008 (mA/mm)

Tf : thời gian trễ của khâu đo, Tf = 0.005 (s)

3.2.2 Hàm truyền của van cấp nước

Hàm truyền van cấp nước vào bình gần đúng là một khâu quán tính có hàm truyền:

=

1 +

Trong đó:

K: Hệ số khuếch đại của van

TV : là thời gian trễ

Trên thực tế khi van mở đến 80% thì lưu lượng nước là 250 (T/h) và khi van đóng đến 15% thì lưu lượng nước qua van =0 khỏng thời gian mở từ 15% đến 80% là 18s

Như vậy: K = = .

. = 3.86 (kg/s2

) Vận tốc cấp nước vào lò:

Trong đó:

Qn : lưu lượng nước cấp vào lò Qn = 220 (T/h)

d=175 mm: đường kính đường ống dẫn nước vào lò

Xác định thời gian quá độ: Tqd = S/v

S- Chiều dài đường ống từ van nước đến thiết bị lấy mẫu S=20 m

v- vận tốc nước cấp vào bình

Thông thường thời gian TV được tính bằng : TV = = 1.574 (s)

Vậy hàm truyền của van cấp nước là:

Lò hơi có hệ số tích phân T=20s.

Suy ra:

Sơ đồ điều khiển:

Hình 3.3: S

Tính toán hàm truyền h

SO1(p) = RV (p) Rbh (p) R

Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu môđul đ

Để hàm truyền hệ kín F

Từ đây ta tính được:

tích phân T=20s

Hình 3.3: Sơ đồ điều khiển mức nước bình khử khí.

n hệ hở:

(p) RM (p) = .

i ưu môđul để tìm bộ điều chỉnh RH có dạ

kín F1 (p) = Fmc (p)

khí

ạng:

RH (p) =RF(p) = ,

Sau đó tiến hành mô phỏng kiểm chứng trên matlab simulink:

Hình 3.3: Sơ đồ cấu trúc điều khiển trên matlab simulink

Kết quả mô phỏng:

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Hệ thống điều chỉnh mức nước bao hơi nhà máy nhiệt điện Phả Lại

2 Hệ thống DCS trong nhà máy nhiệt điện

3 Bài giảng nhà máy nhiệt điện- Thầy Nguyễn Huy Phương