Thiết kế nhà máy nhiệt điện công suất 600MW

có thể áp dụng vào mà nâng cao các thông số làm việc và độ tin cậy làm việc của cácthiết bị, từ đó nâng cao hiệu suất của nhà máy điện.Từ các vấn đề đó đòi hỏi mỗi sinh viên của Khoa Côn

PHỤ LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG 1 5

ĐỀ XUẤT VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN 5

1.1 Giới thiệu sơ lược về điện năng 5

1.2 Sự cần thiết phải xây dựng nhà máy điện 5

1.3 Vài nét về khí đồng hành 6

1.4 Địa điểm đặt nhà máy 7

1.5 Đề xuất và chọn phương án: 8

1.5.1 Phương án 1: Đặt 3 tổ máy có công suất 200 MW 8

1.5.2 Phương án 2: Đặt hai tổ máy có công suất 2 x 300MW 8

1.5.3 Phương án 3: Đặt 1 tổ máy có công suất 600MW 9

1.6 Tính chọn phương án: 9

1.6.1 Tính chi phí vận hành hằng năm 9

1.6.2 Chi phí cho nhiên liệu: 10

1.6.3 Chi phí cho khấu trừ hao mòn và sữa chữa 10

1.6.4 Chi phí trả lương cho công nhân 10

CHƯƠNG 2 : XÂY DỰNG VÀ TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ NHIỆT NGUYÊN LÝ 13

2.1 Xây dựng sơ đồ nhiệt nguyên lý của nhà máy 13

2.2 Các thông số hơi và nước trên đồ thị i - s biểu diễn quá trình làm việc của dòng hơi trong tua bin 16

2.3 Tính toán cân bằng nhiệt và cân bằng chất cho sơ đồ nhiệt nguyên lý 20

2.3.1 Tính toán cân bằng cho bình phân ly và bình gia nhiệt nước bổ sung 20

2.3.1.2 Bình gia nhiệt nước bổ sung 21

2.3.2 Tính cân bằng nhiệt cho các bình gia nhiệt 22

2.3.3 Bình gia nhiệt cao áp 2 (BGNCA 2) 23

2.3.4 Bình gia nhiệt cao áp 3 ( BGNCA 3) 26

2.3.5 Tính toán bình khử khí 26

2.3.6 Bình gia nhiệt hạ áp số 4 (BGNHA 4) 27

2.3.7 Tính cân bằng nhiệt cho BGNHA 5 và 6 28

2.3.8 Bình gia nhiệt hạ áp 7 (BGNHA 7) 29

2.3.9 Tính kiểm tra cân bằng cho bình ngưng 30

2.3.10 Kiểm tra cân bằng công suất tuabin 30

2.3.11 Xác định các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của tổ máy 31

CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ NHÀ MÁY 34

3.1 Lựa chọn thiết bị chính của nhà máy 34

3.2 Lựa chọn thiêt bị phụ 34

3.2.1 Bơm nước cấp 34

3.2.2 Bơm nước ngưng: 36

3.2.3 Bơm tuần hoàn 37

3.2.4 Bình ngưng 39

3.2.5 Bơm nước đọng 41

3.2.6 Chọn ejectơ 42

3.2.7 Tính chọn bình khử khí và các bình gia nhiệt 42

3.2.8 Quạt khói: 51

3.2.9 Ống khói: 52

CHƯƠNG 4: THUYẾT MINH SƠ ĐỒ NHIỆT CHI TIẾT 54

4.1 Đường đi của hơi mới 54

4.2 Đường hơi phụ 54

4.2.1 Hơi trích cho các bình gia nhiệt 54

4.2.2 Hơi cho ejector 54

4.3 Đường nước ngưng 54

4.4 Đường nước cấp 55

4.5 Đường nước đọng 55

4.6 Lò hơi 55

4.7 Tuabin 55

4.8 Bình ngưng 56

4.9 Ejector 56

4.10 Bình gia nhiệt hạ áp 56

4.11 Bình khử khí 56

4.12.Bình gia nhiệt cao áp 56

4.13 Bơm nước ngưng 57

4.14.Bơm nước cấp 57

4.15 Bơm tuần hoàn 57

4.16 Bơm nước đọng 57

CHƯƠNG 5: THUYẾT MINH BỐ TRÍ NHÀ MÁY 58

5.1 Những yêu cầu chính 58

5.2 Gian máy 59

5.2.1 Bố trí dọc 59

5.2.2 Bố trí ngang 59

5.3 Gian khử khí 60

5.4 Gian lò 60

CHƯƠNG 6: THUYẾT MINH CUNG CẤP NHIÊN LIỆU 61

6.1 Nhiên liệu: Khí đồng hành 61

6.2 Thành phần và các đặc tính của khí tự nhiên và khí đồng hành 61

6.3 Quạt gió: 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

CHƯƠNG 1

ĐỀ XUẤT VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN 1.1 Giới thiệu sơ lược về điện năng.

Năng lượng mà chủ yếu là điện năng đã trở thành một nhu cầu không thể thiếu được trong sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia trên thế giới Dựa vào khả năng sản xuất và lượng tiêu thụ điện năng mà ta có thể đánh giá chung được sự phát triển ngành công nghiệp nước đó Điện năng được sản xuất ở nhiều nơi trên thế giới bằng nhiều cách khác nhau như nhà máy thủy điện (NTĐ), nhà máy điện thủy triều, nhà máy điện địa nhiệt, nhà máy điện nguyên tử (NNT), nhà máy phong điện, nhà máy điện dùng năng lượng mặt trời, Hiện nay phổ biến nhất là nhà máy nhiệt điện, ở đó nhiệt năng thoát ra khi đốt các nhiên liệu hữu cơ (than, dầu, khí ) được biến đổi thành điện năng

Trên thế giới điện năng được sản xuất từ nhà máy nhiệt điện chiếm khoảng 70% điện năng thế giới, riêng ở nước ta lượng điện năng do các nhà máy nhiệt điện sản xuất rachiếm một tỷ lệ chủ yếu trong tổng số điện năng trên toàn quốc Nhưng đối với mỗi quốc gia trên thế giới thì việc sản xuất ra điện năng còn tùy thuộc vào nguồn năng lượng sẵn

có, điều kiện kinh tế và cũng như sự phát triển khoa học kỹ thuật

1.2 Sự cần thiết phải xây dựng nhà máy điện.

Sau hòa bình lập lại năm 1945 chúng ta tiếp quản một số nhà máy điện cũ của thựcdân Pháp xây dựng trong thời gian xâm lược nước ta, các nhà máy này có công suất thực

tế khoảng 30.000KW Các nhà máy này được xây dựng ở các thành phố và các khu mỏ,với các công suất nhỏ, hiệu suất thấp và thiết bị loại cũ Từ đó cho đến năm 1975 chúng

ta đã xây dựng thêm nhiều nhà máy điện nhưng công suất vẫn còn nhỏ, mặt khác cũngtrong thời gian đó do cuộc chiến tranh phá hoại ở miền Bắc bởi đế quốc Mỹ gây ra, chonên đa số các nhà máy điện đều bị oanh tạc và hư hỏng nặng Hiện nay chúng ta có nhiềunhà máy có công suất lớn hơn ngoài nhà máy nhiệt điện ra còn có các nhà máy thủy điện,mặc dù vậy lượng điện năng sản xuất ra để cung cấp cho cả nước vẫn còn thiếu nhiều

Trước sự phát triển như vũ bão của nền kinh tế thế giới, cũng như sự tiến bộ củakhoa học kỹ thuật Đây là một vấn đề lớn mà mỗi quốc gia trên thế giới nói chung vànước ta nói riêng cần có biện pháp giải quyết làm sao cho chúng ta không bị tụt hậu sovới các nước khác Nhờ sự phát triển một cách vượt bậc của khoa học kỹ thuật, từ đó ta

có thể áp dụng vào mà nâng cao các thông số làm việc và độ tin cậy làm việc của cácthiết bị, từ đó nâng cao hiệu suất của nhà máy điện.

Từ các vấn đề đó đòi hỏi mỗi sinh viên của Khoa Công Nghệ Nhiệt Điện - Lạnhcần phải tìm hiểu nghiên cứu và làm quen với các thiết bị sản xuất ra điện năng để saunày có thể tự thiết kế, vận hành, sửa chữa các thiết bị trong nhà máy nhiệt điện Và cũng

để góp một phần trí tuệ vào công cuộc xây dựng đất nước ngày càng giàu mạnh, có uytín trên thế giới

1.3 Vài nét về khí đồng hành.

Khí đồng hành (associated gas) là khí tự nhiên được tìm thấy cùng dầu thô, có thể

ở dạng hoà lẫn với dầu thô hoặc tạo thành không gian phía trên lớp dầu thô trong mỏ dầu

Khí đồng hành khi được tách khỏi dầu thô là hỗn

hợp chủ yếu gồm etan (C2H6), propan (C3H8), butan

(C4H10) và pentan (C5H12) Ngoài ra còn những tạp chất

không mong muốn như nước, sunlfua hidro (H2S), CO2,

Helium (He), Nito (N2) và một số tạp chất khác

Trong quá khứ loại khí này là thành phần không mong muốn và thường bị đốt bỏ

Kể cả tới năm 2003, việc đốt bỏ vẫn ở khối lượng lớn, hàng ngày có đến 10-13 tỷ feet khối trên toàn thế giới Tuy nhiên, với tiến bộ của công nghệ, giá thành dầu thô và khí tự nhiên tăng lên và các ứng dụng của khí tự nhiên trở nên phổ biến, khí đồng hành được tậndụng và trở thành nguồn nguyên liệu mang lại hiệu quả cao Năm 1947, ở Mỹ, hàng ngàykhoảng 3 tỷ feet khối khí đồng hành bị đốt bỏ; đến năm 2002, con số này giảm 13 lần trong khi sản lượng khai thác cao hơn năm 1947 Nigeria là quốc gia có trữ lượng khí tự nhiên rất lớn, chiếm 30% trữ lượng toàn Châu Phi Tuy vậy 75% khí đồng hành ở các mỏ dầu thường bị đốt bỏ một cách lãng phí Chính phủ Nigeria đã ra một đạo luật quy định đến năm 2008, khí đồng hành sẽ không bị đốt nữa, các hãng dầu khí có trách nhiệm lắp đặt các thiết bị xử lý khí để tận dụng nguồn tài nguyên này

- Chuyến hóa thành các hợp chất (ví dụ metanol) làm nguyên liệu cho công nghiệp hóa dầu.

- Vận chuyển bằng đường ống tới nhà máy xử lý khí

- Và một giải pháp hiện nay rất có tiềm năng là dùng khí đồng hành làm nhiên liệu đốt cho lò hơi nhằm tạo ra điện

* Tình hình sử dụng khí đồng hành ở Việt Nam:

Ở Việt Nam, dầu thô được khai thác ở quy mô công nghiệp từ năm 1986 nhưngkhí đồng hành vẫn bị đốt bỏ ngay tại chổ cho đến năm 1997 Hình ảnh những ngọn lửarực sáng trên các dàn khoan trong đêm đã một thời là hình ảnh nổi tiếng và có phần tựhào về ngành công nghiệp còn non trẻ của Việt Nam Việc xử lý khí đồng hành với khốilượng lớn cần một lượng máy móc đồ sộ mà điều kiện khai thác trên biển thì không chophép thực hiện Giải pháp triệt để là đặp đường ống dẫn và đưa số khí đó vào bờ Năm

1997 hệ thống xử lý khí đồng hành của Việt Nam bắt đầu vận hành, hằng năm đưakhoảng 1 tỷ m3 vào bờ, cung cấp khí hóa lỏng, dung môi pha xăng, là nhiên liệu đốt chocác nhà máy, trung tâm nhiệt điện

1.4 Địa điểm đặt nhà máy.

Khí đồng hành thường được dẩn về từ các dàn khoan trên biển bằng ống dẫn khí Do

đó khi thiết kế NMNĐ cần lưu ý vấn đề này, nên chọn vị trí của nhà máy sao cho hạn chếchiều dài ống dẫn càng ngắn càng tốt

- Gần nguồn cung cấp nước là một yêu cầu quan trọng khi lựa chọn địa điểm đặt nhàmáy nhiệt điện ngưng hơi, bởi vì lượng nước tiêu hao để làm lạnh hơi thoát rất lớn, do đónếu như phải đưa nước với khoảng cách xa và cao thì vốn đầu tư xây dựng và chi phí vậnhành rất đắt

- Khi xây dựng nhà máy điện đòi hỏi có một mặt bằng lớn, cho nên phải có diện tích

và kích thước đầy đủ Đối với nhà máy nhiệt điện ngưng hơi đốt bằng nhiên liệu rắn thìcần phải có một khu vực ở gần nhà máy để chứa than, thu nhận tro và xỉ, khu vực nhà ởcủa công nhân và cán bộ kỹ thuật cũng được xây dựng không xa nhà máy nhưng mà phảibảo đảm có môi trường trong sạch Địa hình diện tích phải bằng phẳng, độ dốc, tuyếnđường nối từ đường sắt và ôtô chính tới nhà máy phải thuận lợi, khoảng cách đó không

xa nhà máy

- Ở nước ta, khí đồng hành phân bố chủ yếu ở bể Cửu Long với trữ lượng 58,4 tỉ

m3 (15%) tập trung trong các mỏ dầu lớn: Bạch Hổ, Rạng Đông, Hồng Ngọc và các mỏ

dầu – khí: Emerald, Sư Tử Trắng Ngoài ra một lượng khí đồng hành rất nhỏ (3%) cònphân bố trong các mỏ khí – dầu như: Bunga Kekwa – Cái Nước, Bunga Raya thuộc vềMalay – Thổ Chu.

1.5 Đề xuất và chọn phương án:

Với đề tài “ thiết kế nhà máy nhiệt điện công suất 600 MW đốt khí đồng hành ” ta cóthể có nhiều phương án, qua đó chọn ra một phương án tối ưu nhất

1.5.1 Phương án 1: Đặt 3 tổ máy có công suất 200 MW

Việc đặt 3 tổ máy như vậy sẽ chiếm khá lớn về tổng mặt bằng diện tích, do việc bố trínhiều thiết bị cho mỗi tổ máy Mặt khác do có nhiều tổ máy vận hành nên cần phải cónhiều công nhân, cán bộ kỹ thuật vận hành dẫn đến chí phí cho việc trả lương nhân viêntăng lên

Chi phí bảo dưởng các thiết bị hàng năm tăng và chi phí cho việc xây dựng giao thông(đường xe chạy, đường sắt) cũng như giá tiền nhiên liệu tăng lên do phải có thêm các hệthống xử lý, chưng cất và hệ thống xử lý khói thải ra môi trường theo đúng tiêu chuẩn.Với 3 tổ máy thì khả năng vận hành và bảo đảm cho việc cung cấp đủ điện năng lênmạng lưới điện, nếu một trong 3 tổ máy bị hư hỏng thì còn có 2 tổ máy còn lại chạy tăngcông suất lên một chút để kịp thời sửa chữa Việc điều chỉnh phụ tải dễ dàng dẫn đến tựđộng hóa cao, khả năng thay thế các thiết bị trong nhà máy khi có hư hỏng thì dễ dàng docác thiết bị đều có cùng kích cỡ

Gọi K1 là chi phí vốn đầu tư ban đầu của phương án 1

S1 là phí tổn vận hành hằng năm của phương án 1

1.5.2 Phương án 2: Đặt hai tổ máy có công suất 2 x 300MW.

Theo phương án này thì ta có 2 tổ máy như vậy thì mặt bằng phân bố các thiết bị sẽ chiếm diện tích ít hơn phương án 1, nên tổng mặt bằng của cả nhà máy cũng nhỏ hơn so với phương án trên Ở phương án này có đến hai tổ máy cùng vận hành nên cần phải có nhiều công nhân, cán bộ kỹ thuật vận hành dẫn đến chí phí cho việc trả lương nhân viên tăng lên

Chi phí bảo dưởng các thiết bị hàng năm tăng và chi phí cho việc xây dựng giao thông(đường xe chạy, đường ống dẫn khí đồng hành, ) cũng như tốn chi phí cho hệ thống xử

lý khói thải ra môi trường theo đúng tiêu chuẩn Giá tiền nhiên liệu và phí tổn vận chuyển

nhiên liệu vẫn còn lớn do có quá nhiều thiết bị khác nhau cùng làm việc trong nhà máy(lò hơi, cung cấp nước, turbine, )

Với 2 tổ máy thì khả năng vận hành và bảo đảm cho việc cung cấp đủ điện năng lênmạng lưới điện Việc điều chỉnh phụ tải gặp nhiều khó khăn, khả năng thay thế các thiết

bị trong nhà máy khi có hư hỏng cũng dễ do các thiết bị làm việc trong nhà máy có cáckích cỡ giống nhau Độ tin cậy và hiệu suất nhà máy còn chưa cao

Gọi K2 là chi phí vốn đầu tư ban đầu của phương án 2

S2 là chi phí vận hành hằng năm của phương án 2

1.5.3 Phương án 3: Đặt 1 tổ máy có công suất 600MW.

Việc đặt 1 tổ máy như vậy thì mặt bằng phân bố các thiết bị sẽ chiếm diện tích ít hơnnên tổng mặt bằng của cả nhà máy cũng nhỏ hơn so với cả hai phương án trên Ở phương

án này do chỉ có 1 tổ máy vận hành nên không cần phải có nhiều công nhân, cán bộ kỹthuật vận hành dẫn đến chí phí cho việc trả lương nhân viên giảm xuống rất đáng kể.Chi phí bảo dưởng các thiết bị hàng năm và chi phí cho việc xây dựng giao thông(đường xe chạy, đường dẫn khí đồng hành) cũng như giá tiền nhiên liệu g iảm do cácthiết bị có độ tin cậy và hiệu suất nhà máy cao hơn Vốn đầu tư cho việc mua sắm cácthiết bị ban đầu lớn do những thiết bị này làm việc với các thông số cao hơn so với haiphương án trên

Khả năng vận hành và bảo đảm cho việc cung cấp đủ điện năng lên mạng lưới điện.Việc điều chỉnh phụ tải dễ dàng nên mức độ tự động hóa cao, khả năng thay thế các thiết

bị trong nhà máy khi có hư hỏng dễ dàng hơn do chỉ có một loại thiết bị làm việc trongnhà máy

Gọi K3 là chi phí vốn đầu tư ban đầu của phương án 3

S3 là chi phí vận hành hằng năm của phương án 3

1.6 Tính chọn phương án:

1.6.1 Tính chi phí vận hành hằng năm.

Chi phí vận hành hằng năm của các thiết bị như sau:

S = SA + SB + Sn + S0 , đồng/năm

Trong đó: SA : chi phí cho khấu trừ hao mòn và sữa chữa

SB : chi phí cho nhiên liệu

S : chi phí cho việc trả lương cán bộ công nhân viên

S0 : chi phí công việc chung của nhà máy và tất cả các chỉ tiêu khác.

1.6.2 Chi phí cho nhiên liệu:

Với b suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn để sản xuất ra 1 kWh điện

Hay với b: suất tiêu hao khí để sản xuất 1 kWh điện

N: công suất thiết bị, [MW]

n: số giờ làm việc trong 1 năm

Trong đó: PA= 6%: Phần khấu hao thiết bị và sửa chữa

K: vốn đầu tư thiết bị nhiệt của các phương án; [đồng]

Giả sử vốn đầu tư thiết bị nhiệt của ba phương án là:

Giả sử mỗi tháng cán bộ công nhân viên nhận lương trung bình một người là10.106 đồng/tháng Thì : Z = 10.106.12 = 120.106 đồng/năm.

N = 600MW: công suất của nhà máy

n: hệ số biên chế của công nhân ứng với từng phương án và công suất của tổ máy.Giả sử : n1= 0,45 người/MW ứng với 3 tổ máy 200MW

n2= 0,36 người/MW ứng với 2 tổ máy 300MW

n3=0,28 người/MW ứng với 1 tổ máy 600MW

 Chi phí trả lương cho cán bộ công nhân viên từng phương án là:

SA : chi phí khấu hao và sửa chữa

Sn : chi phí trả tiền lương cho cán bộ công nhân viên

 S0 của mỗi phương án là:

Qua tính toán ta thấy phương án 3 có vốn đầu tư và chi phí vận hành hàng năm nhỏnhất trong 3 phương án nên ta chọn phương án 3 là đặt 1 tổ máy mỗi tổ có công suất600MW cho nhà máy nhiệt điện ngưng hơi đang thiết kế Cụ thể, sử dụng một tuabin khí

có công suất 250MW và một tuabin ngưng hơi 50MW Cụ thể, sử dụng hai tuabin khí cócông suất 500 MW và một tuabin ngưng hơi 100MW

Dùng khí đồng hành với nhiệt trị nhiên liệu là Qlvt = 29500kJ/kg

CHƯƠNG 2 : XÂY DỰNG VÀ TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ NHIỆT

NGUYÊN LÝ

2.1 Xây dựng sơ đồ nhiệt nguyên lý của nhà máy.

Sơ đồ nhiệt nguyên lý xác định nội dung cơ bản của quá trình công nghệ biến đổinhiệt năng trong nhà máy điện Nó bao gồm các thiết bị chính và phụ Các đường hơi vàcác đường nước nối chung vào một khối trong một quá trình công nghệ

Các thành phần trong sơ đồ nhiệt nguyên lý bao gồm: lò hơi có bao hơi, tuabinngưng hơi một trục ( K- 100 - 90), máy phát điện, bình ngưng, các bình gia nhiệt cao áp,

hạ áp, thiết bị khử khí, bơm nước cấp, bơm nước đọng, bơm nước ngưng Các đường ốngdẫn hơi đến các bình gia nhiệt, đường nước ngưng chính, đường nước ngưng đọng

Đặt tính kỹ thuật của tuabin K - 100 - 90

Công suất định mức : 100 MW

Áp suất hơi đầu vào : 90 ata = 90 bar

Số cửa trích không điều chỉnh : 7 Suất tiêu hao hơi khi đóng các cửa trích hồi nhiệt : 3,66 kg/kWh

Bảng 1: Các thông số hơi của các cửa trích:

Trên cơ sở đó ta xây dựng sơ đồ nhiệt nguyên lý như sau:

HA4,5,6,7 : Các bình gia nhiệt hạ áp 4,5,6,7.

CA 1,2,3 : Các bình gia nhiệt cao áp 1,2,3

* Diễn giải sơ đồ nhiệt nguyên lý :

Trong toàn bộ nhà máy 600MW gồm có: lò hơi thu hồi nhiệt, tuabin ngưng hơi mộttrục K-100-90, không có quá nhiệt trung gian

Máy nén hút không khí từ ngoài vào và nén đến áp suất yêu cầu rồi đưa vào buồngđốt Tại đây nhiên liệu được phun vào buồng đốt qua vòi phun ,sau đó nhiên liệu khíđồng hành được hỗn hợp với không khí và bốc cháy Những sản phẩm cháy được đưa vàotuabin khí giản nở sinh công làm quay máy phát điện,khí thải sau tuabin khí được đưavào lò hơi thu hồi nhiệt nhả nhiệt cho nước trong lò hơi sinh hơi rồi thoát ra ngoài sau khiqua hệ thống xyclon lọc bụi và thải ra ngoài qua ống khói ( chu trình của tuabin khí ).Đối với tuabin ngưng hơi: Sau khi nhận nhiệt của khói nước trong ống sẽ sinh hơiđến hơi quá nhiêt

Hơi quá nhiệt từ lò hơi được dẫn đến phần cao áp của tuabin sẽ giãn nở sinh công,làm quay máy phát điện Trên tuabin có 7 cửa trích gia nhiệt cho nước ngưng, nước cấp

và thiết bị khử khí Phần hơi còn lại sau khi ra khỏi phần hạ áp của tuabin được đưa vàobình ngưng, tại đây hơi được ngưng tụ thành nước ngưng nhờ nước tuần hoàn làm mát.Nước ngưng sau khi ra khỏi bình ngưng được bơm nước ngưng bơm qua bình làmlạnh Ejectơ sau đó qua các bình gia nhiệt hạ áp rồi dồn về thiết bị khử khí Nước ngưngsau khi được khử khí sẽ được chứa trong bể khử khí, sau đó được bơm nước cấp đưa quacác bình gia nhiệt cao áp làm tăng nhiệt độ trước khi đưa vào lò hơi

Hơi từ các cửa trích của tuabin gia nhiệt cho nước ngưng, nước cấp bao gồm: 3 cửatrích ở phần cao áp được gia nhiệt cho bình gia nhiệt cao áp số 1 ,số 2 ,số 3và bình khử

khí; 4 cửa trích ở phần hạ áp được gia nhiệt cho bình gia nhiệt hạ áp số 4, số 5, 6và số 7.

Ở thiết bị khử khí do hơi được trích từ cửa trích có áp suất cao nên được đưa qua thiết bịgiảm ôn giảm áp để hạ nhiệt độ và áp suất xuống phù hợp với yêu cầu.Hơi ở các cửa tríchcủa tuabin sau khi gia nhiệt cho nước ngưng, nước cấp thì sẽ ngưng tụ thành nước đọng

Sơ đồ dồn nước đọng ở các bình gia nhiệt được chọn ở đây là sơ đồ dồn cấp phối hợp vớibơm : vừa dồn cấp ,vừa bơm đẩy về đường nước chính Ở các bình gia nhiệt cao áp (CA)nước đọng được dồn từ CA1  CA2  CA3 do độ lệch về áp suất, sau đó nước đọngđược dồn vào bình khử khí.Ở các bình gia nhiệt hạ áp thì nước đọng được dồn từ bình gianhiệt hạ áp HA4  HA5 HA6 rồi dùng bơm nước đọng dồn về điểm hỗn hợp trênđường nước ngưng chính phía đầu ra của bình gia nhiệt hạ áp số 6 Nước đọng của bìnhgia nhiệt hạ áp HA7 bình làm lạnh ejectơ và hơi chèn được đưa về bình ngưng

2.2 Các thông số hơi và nước trên đồ thị i - s biểu diễn quá trình làm việc của dòng hơi trong tua bin.

* Khi hơi đưa vào tua bin, qua các van điều chỉnh, hơi bị tiết lưu, do đó áp suất củahơi trước tầng đầu của tua bin giảm đi khoảng (3÷5)% so với áp suất ban đầu po (trang

31, Tài liệu [2])

Nghĩa là: p = po – po’ = 0,04 po

 po’ = 0,96.po

Vậy áp lực trước tầng đầu tua bin: po’ = 0,96.po = 0,96.90 = 86,4 bar

Biết điểm 0’ từ đó suy ra i0’ = 3475, kJ/kg

* Từ áp suất và nhiệt độ của hơi tại các cửa trích entanpi của hơi ứng với các cửatrích đó

* Áp suất làm việc tại bình gia nhiệt được lấy nhỏ hơn áp suất tại các cửa tríchtương ứng từ 3  6% (Tài liệu [2]) ở đây ta chọn p = 4%

* Riêng tại bình khử khí chọn làm việc với p’ = 6 bar hơi cấp cho bình khử khíđược lấy từ cửa trích số 3 có áp suất cao do đó phải qua van giảm áp trước khi vào bìnhkhử khí

* Do điều kiện khí hậu ở Việt Nam, nhiệt độ nước làm mát bình ngưng chọn là 27

0C do đó áp suất ngưng tụ pk thay đổi

Nhiệt độ ngưng tụ được xác định như sau:

tk = t1 + t + , 0C; [TL-7]

Trong đó:

tk: Nhiệt độ ngưng tụ ở bình ngưng, 0C

t1: Nhiệt độ nước làm mát, 0C

t: Độ gia nhiệt nước làm mát, 0C

: Độ gia nhiệt thiếu của nước ở trong bình ngưng, 0CCác giá trị hợp lý của tk được xác định bằng tính toán kinh tế kỹ thuật kết hợp của 3yếu tố: áp lực cuối pk của hơi trong tua bin, bình ngưng và hệ thống cung cấp nước

Độ gia nhiệt nước làm mát t = 8 12 0C [TL-7]

Độ gia nhiệt thiếu của nước ở bình ngưng  = 35 0C [TL-7]

Chọn: t = 80C

 = 40C

 tk = 27 + 8 + 4 = 390CTương ứng có pk = 0,07 barTra bảng 3 [TL-4] ta có i”k = 2572 kJ/kg

i’k = 163,43 kJ/kgChọn độ khô của hơi sau tầng cuối của tua bin là x = 0,92 thì

ik =i’k + x(i”k - i’k )= 163,43 + 0,92( 2572-163,43)

 ik = 2379 kJ/kg

* Vì đã biết áp suất làm việc của bình gia nhiệt nên ta xác định được nhiệt độ nướcđọng Từ đây ta thông qua độ gia nhiệt thiếu cho nước  = 3  70C [TL-1] ta tìm đượcnhiệt độ nước ngưng sau bình gia nhiệt (sau khi được hâm nóng):

tđ = tn + Với: tđ: Nhiệt độ nước đọng của bình gia nhiệt, 0C

tn: Nhiệt độ nước ngưng sau bình gia nhiệt, 0C : Độ gia nhiệt thiếu cho nước, 0C

4 0C trong các BGNHA và 2 0C trong các BGNCA

- Độ bão hòa của nước đọng tương ứng với áp suất tại bình gia nhiệt tbh

- Nhiệt độ dòng nước cấp hoặc nước ngưng chính ra khỏi BGNCA hoặc BGNHA tươngứng Về độ lớn nhiệt độ này bằng hiệu nhiệt độ bão hòa tại áp suất bình gia nhiệt với độgia nhiệt không tới mức

- Độ lớn áp suất nước cấp hoặc nước ngưng chính ra khỏi BGNCA và BGNHA

+ Với BGNCA áp suất này được tính bằng áp suất hơi vào các tuabin cộng ngược về baohơi (tăng 10% so với hơi mới ), bộ hâm nước (2 cấp lấy từ 4 ÷ 8 bar ) và BGNCA trước

đó ( mỗi bộ 2 ÷ 3 bar)

+ Với BGNHA áp suất đường nước ngưng chính tại đầu ra của mỗi BGNHA được tínhtheo áp suất làm việc trong bình khử khí là 6 bar cộng lùi về phía đầu đẩy bơm ngưng, dobình khử khí thương đặt ở độ cao khoảng (20÷30)m tương ứng với cột áp bình khử khí là(2 ÷ 3)bar nên áp suất đường nước ngưng chính tại đầu ra khỏi gần bình khử khí ít nhấtkhoảng (8 ÷ 9)bar Trở lực đường nước qua mỗi BGNHA là (1 ÷ 2,5) bar Cộng lùi lạiphía bơm ngưng ta sẻ có áp suất đường nước ngưng tạ đầu ra mỗi BGNHA

Từ đó ta có bảng thông số hơi nước như sau

- Entanpy của dòng nước cấp hoặc nước ngưng chính tại đầu ra mỗi BGN tương ứng.Căn cứ vào áp suất và nhiệt độ dòng nước ta sẻ xác định được nhiệt độ này Nước cấp vànước ngưng chính là nước chưa sôi Entanpy của nước chưa sôi phụ thuộc ít vào áp suấtnhưng phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ

Bảng 2: Thông số hơi và nước

tnr

[oC]

pnr

[bar]

inr

[kJ/kg]

2.3 Tính toán cân bằng nhiệt và cân bằng chất cho sơ đồ nhiệt nguyên lý

Mục đích là xác đinh được lưu lượng các dòng hơi trích khỏi tuốc bin và các dònghơi phụ khác để cuối cùng xác định được tổng lưu lượng hơi mới vào tuốc bin cần thiết

để sinh ra công suất theo yêu cầu thiết kế của tổ máy đã chọn Có cơ sở để tính toán cácchỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật của tổ máy và tính được các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của toànnhà máy Coi lưu lượng hơi mới ở đầu vào tuốc bin bằng một đơn vị lưu lượng Hơi rò rĩ,hơi chèn và hơi dùng cho ejector lấy hơi mới ở đầu vào tuốc bin

2.3.1 Tính toán cân bằng cho bình phân ly và bình gia nhiệt nước bổ sung 2.3.1.1 Bình phân ly

- Bình phân ly thực chất là một bình sinh hơi do giảm áp suất nước sôi trong bao hơixuống áp suất nước sôi trong bình làm cho một lượng hơi bão hòa khô sinh ra, hơi nàyđược đưa vào bình khử khí Thực tế độ khô của hơi sinh ra chỉ có thể đạt được khoảng0,96 ÷ 0,98 Nước xả sau khi phân ly sẽ gia nhiệt cho nước bổ sung trước khi vào bìnhkhử khí, sau đó được thải ra ngoài Chọn bình phân ly có áp suất 7 bar vì bình khử khí là

xả : Entanpi của nước sôi ở áp suất trong bình phân ly

αh : Lưu lượng tương đối của hơi ra khỏi bình phân ly

ih : Entanpi của hơi ra khỏi bình phân ly

ih = i’(pBPL) + xh.( i’’(pBPL) - i’(pBPL) )

xh : Độ khô của hơi ra khỏi bình phân ly

- Phương trình cân bằng nhiệt của bình phân ly :

- Áp suất trong bao hơi lấy : pBH = 1,1po = 1,1 90 = 99 bar , chọn 100 bar

Tra bảng nước và hơi bão hòa ứng với áp suất p = 100 bar ta có i’

BH = 1407,7 kJ/kg

Và pBPL = 7 bar ta có : i’

xa = i’ BPL = 697,2 kJ/kg, i’’

BPL = 2764 kJ/kg

- Chọn độ khô của hơi ra khởi bình phân ly là xh = 0,98 theo mục 2.4/36/TL1

Ta có entanpi của hơi ra khỏi bình phân ly là :

ih = 697,2 + 0,98.( 2764 – 697,2) = 2722,66 kJ/kg

- Lưu lượng nước xả lò là αxa = 1%

Từ đó suy ra α = αboxa xa  α h 0,01 – 0,0035 = 0,0065.

2.3.1.2 Bình gia nhiệt nước bổ sung.

Nước bổ sung đã được xử lý hóa học được đưa vào gia nhiệt sơ bộ trong bình gianhiệt nước bổ sung (BGNBS) tận dụng nhiệt của dòng nước xả lò hơi sau khi đã phân lymột phần thành hơi

Nhiệt độ nước bổ sung ở đầu vào BGNBS : tbs= 30oC

=>Entanpi của nước bổ sung ở đầu vào BGNBS : itr

bs = cp.tbs = 4,18.30 = 125,4kJ/kg

Hiệu suất trao đổi nhiệt của bình: ηBGNBS =0,95÷ 0,97 Chọn ηBGNBS =0,97

Nhiệt độ nước bổ sung ra khỏi BGNBS chọn thấp hơn nhiệt độ nước xả bỏ một giá trị là

θ = (10 ÷ 15 )oC trang 37/TL1 , chọn θ = 13oC

Lưu lượng nước bổ sung vào chu trình được tính bằng tổng tất cả các lưu lượng của cácdòng hơi và dòng nước mất đi khỏi chu trình mà không tận dụng lại được Các NMNĐngưng hơi ít chịu tổn thất nên lượng nước bổ sung sẽ ít, chủ yếu là bù vào tổn thất do rò

rĩ, xả bỏ , lượng hơi chèn không tận dụng lại do lấy đi làm tín hiệu điều chỉnh và lượng

hơi mất mát ở ejector do thải lẫn với không khí ra ngoài Theo TL1/52 lấy lượng hơi

chèn bằng 0,5%, lượng hơi rò rỉ là 1%, lượng hơi dùng cho ejector là 0,5% so với lượnghơi mới ở đầu vào tuốc bin

Hơi chèn sau khi chèn coi như được đưa toàn bộ về bình gia nhiệt làm mát hơi chèn(LMHC) Nước đọng của hơi này được dồn về khoang chứa nước của bình ngưng vớientanpy iv

LMHC=600 kJ/kg

Hơi dùng cho ejector cũng coi như được đưa toàn bộ về bình gia nhiệt làm mát ejector(LMEJ) Nước đọng từ hơi này được dồn về khoang chứa nước của bình ngưng vớientanpy iv

LMEJ =300kJ/kg Có thể lấy trung bình entanpy cả LMHC và LMEJ bằng450kJ/kg

Lượng nước bổ sung cho chu trình do đó chỉ cần đủ để khắc phục lượng rò rĩ của hơichèn nên:

xả : Entanpi của nước xả bỏ ra khỏi BGNBS

Phương trình cân bằng nhiệt cho BGNBS là :

2.3.2 Tính cân bằng nhiệt cho các bình gia nhiệt.

Độ kinh tế của việc hồi nhiệt sử dụng hơi quá nhiệt của các cửa trích của tuabin cóthể được nâng cao nhờ việc làm lạnh hơi trích bằng nước cấp, sở dĩ như vậy là khi làmlạnh hơi trích thì sự trao đổi nhiệt không thuận nghịch trong các bình gia nhiệt giảm đi,lượng hơi trích phải tăng lên làm giảm lượng hơi đi vào bình ngưng do vậy hiệu suất củatuabin nói riêng và nhà máy nói chung tăng lên Ngoài ra sự làm lạnh nước đọng cũnglàm giảm sự thay thế hơi trích của bình gia nhiệt tiếp nhận nước đọng đó Và như vậygiảm nhiệt tổn thất năng lượng Do đó các bình gia nhiệt cao áp đều chọn là các bình có

ba phần : Làm lạnh hơi, gia nhiệt chính và làm lạnh nước đọng Việc tính toán các bìnhgia nhiệt cao áp được tiến hành từ bình áp suất cao đến bình có áp suất thấp

Sơ đồ tính toán bình gia nhiệt cao áp số 1

Trong đó:

LH1 : Phần làm lạnh hơi trong bình gia nhiệt số 1

GN1 : Phần gia nhiệt chính trong bình gia nhiệt số 1

LĐ1 : Phần làm lạnh nước đọng trong bình gia nhiệt số 1

h1, nc : lượng hơi và lượng nước cấp vào bình gia nhiệt

i1n, i2n : entanpy nước cấp ra và vào bình gia nhiệt

ih1 : entanpy của hơi trích vào BGNCA số 1

Phương trình cân bằng nhiệt cho bình gia nhiệt 1

h1 [(ih1 - i’1) + (i’1 – id1)]  = nc (i1n – i2n)

2.3.3 Bình gia nhiệt cao áp 2 (BGNCA 2)

Ở các bình gia nhiệt cao áp, nước đọng từ bình gia nhiệt áp suất cao sẽ dồn về bìnhgia nhiệt áp suất thấp Vì vậy tại bình gia nhiệt cao áp 2 sẽ có thêm dòng nước đọng từbình gia nhiệt cao áp 1 về Hơi cấp cho bình gia nhiệt cao áp 2 lấy từ cửa trích số 2

Sơ đồ tính toán nhiệt cho bình gia nhiệt số 2

nc ; i1n

h1 ; ih1

i 1’

nc ; i2nh1 ; ilđ1

LĐ1

GN1LH1

nc ; i2n

h2 ; ih2

nc ; i3nh2’ ; ilđ2

LH2

GN2LH2

h2, nc : lượng hơi và nước cấp vào và ra bình gia nhiệt số 2

i2n, i3n : entanpy của nước ra và vào bình gia nhiệt số 2

h1, ilđl : lưu lượng và entanpy của nước đọng từ bình gia nhiệt số 1

Vậy lượng nước đọng ra khỏi bình gia nhiệt số 2 là : ’

Ilđ1 = 940 kJ/kg Chọn hiệu suất của thiết bị là  = 0,98

- Nước cấp ra khỏi bơm cấp bị tăng một chút về entanpy do đặc tính của quá trình nén cólàm tăng nhiệt Nước cấp ra khỏi bình khử khí coi như ở trạng thái sôi để đáp ứng đượchiệu quả khử khí kiểu nhiệt Vì thế nên trước khi tính toán BGNCA số 3 ta phải tính sơ

bộ độ gia nhiệt bơm cấp để xác định entanpy của nước cấp ra khỏi bơm đi vào BGNCAnày

Xác định sơ bộ độ gia nhiệt của bơm cấp cho nước cấp.

ph = pkk + ρ.g.Hh ∆ptlh , [N/m2]Cột áp đầu đẩy của bơm cấp tính theo áp suất làm việc trong bao hơi, trở lực đường ốngđẩy, trở lực các BGNCA, trở lực các bộ hâm nước và chiều cao đầu đẩy

pđ= pBH + ∆ptlđ +∆pBGNCA + ∆pHN + ρ.g.Hđ , [N/m2]Trong đó ptl = ∆ptlđ + ∆ptlh + pBGNCA + pHN là tổng các trở lực đường ống đầu đẩy, đầu hútvới các trở lực của các BGNCA và trở lực bộ hâm nước

Khổi lượng riêng ρ của nước, được lấy trung bình cộng của khối lượng riêng của nước tạđầu đẩy và đầu hút Lấy vào khoảng (950÷990) kg/m3 Ta lấy ρ=950kg/m3

Chọn tổng trở lực đường ống vào khoảng (3÷5).105 N/m2 Lấy bằng 3.105 N/m2 , mỗiBGNCA hoắc mỗi bộ hâm nước có trở lực khoảng (2÷3).105 N/m2 Lấy bằng 3.105 N/m2.Chiều cao đầu đẩy lấy khoảng (55 ÷70)m Ta lấy Hđ=70m, chiều cao đầu hút lấy khoảng(20÷30)m ta lấy Hh= 20m Nên chiều cao chênh lệch giữa bao hơi và bình khử khí là:

∆p: tổng chiều cao chênh cột áp của bơm nước cấp, [kN/m2]

vtb: thể tích riêng trung bình của nước ở đầu vào và ra của bơm cấp, nó được tính trungbình cộng, [m3/kg]

ηb : hiệu suất của bơm cấp, thông thường chọn ηb=0,7÷0,85  Chọn ηb =0.75

Trong phần này để tính cả độ gia nhiệt của bơm ngưng và độ gia nhiệt của dòng nướcngưng chính do BGN làm mát hơi chèn và BGN làm mát hơi ejector, ta có thể tính vào

độ gia nhiệt của bơm cấp và lấy theo trang 55/TL1 Tương ứng với 6oC Do đó ta tínhđược entanpy của nước cấp vào BGNCA số 3 là :

iv = i’ + = 670 + 22 = 692 kJ/kg

2.3.4 Bình gia nhiệt cao áp 3 ( BGNCA 3).

Sơ đồ tính toán nhiệt bình cao áp 3

Trong đó:

LH3 : Phần làm lạnh hơi

LĐ3 : Phần làm lạnh nước đọng

GN3 : Phần gia nhiệt chính

h3, nc: lượng hơi và nước cấp vào và ra bình gia nhiệt

i3n, iCA3v : entanpy của nước ra và vào bình gia nhiệt

h3 :lượng nước đọng ra khỏi BGNCA 3 về bình khử khí

iđ3 : entanpy của nước đọng ra khỏi BGNCA 3

Theo trang 40/TL1 ta có iđ3 = iCA3v+ (20 ÷ 40) = 692 + (20÷40 ) = (712 ÷ 732 ) kJ/kg Tachọn iđ3 = 730 kJ/kg

Không khí hòa tan trong nước có chứa một lượng không khí không ngưng như

CO2, O2… dẫn đến gây ăn mòn thiết bị và ống dẫn trong nhà máy nhiệt điện Để bảo vệchúng khỏi bị ăn mòn của khí trong nước, người ta áp dụng biện pháp tách khí ra khỏinước trước khi cung cấp cho lò hơi ( hay còn gọi là khử khí cho nước)

Tại bình khử khí gồm có:

- Đường nước ngưng chính sau khi đi qua BGNHA số 4 , nn, iKKv

- Đường hơi trích từ cửa trích số 3 sau khi qua van giảm áp, KK, iKK

- Đường hơi thoát ra từ bình phân ly h, ih

- Đường nước đọng từ BGNCA số 3, ’

LĐ3

GN3LH3

h2’ ; ilđ2

- Lượng nước cấp ra khỏi bình khử khí ,nc , i’

- Ta có phương trình cân bằng năng lượng của thiết bị khử khí

nc.i’

KK = (’

h3.iđ3 + h.ih+ KK iKK+ nn iKKv + bs.ibs)Chọn áp lực là 6 bar Tra bảng nước và hơi bão hòa theo áp suất

2.3.6 Bình gia nhiệt hạ áp số 4 (BGNHA 4)

Sơ đồ tính toán nhiệt cho BGNHA số 4 như bên dưới

v r

2.3.7 Tính cân bằng nhiệt cho BGNHA 5 và 6

Sơ đồ tính toán nhiệt cho BGNHA 5 và 6 :

ir

HA5 = 512 kJ/kg , iv

HA6 = 323 kJ/kg , ir

HA6 = 394 kJ/kg

- Lượng nước ngưng chính qua BGNHA 5 là nn = 0,8436

- Lượng nước đọng từ BGNHA 4 về : h4 = 0,0378

Ta có phương trình cân bằng năng lượng cho BGNHA 5 như sau:

HA5 = ’

nn.394 +(0,0378 + h5 + h6 ).407 (2)0,8436 = ’

2.3.9 Tính kiểm tra cân bằng cho bình ngưng.

- iv, ej +ch : entanpy và lượng nước đọng dồn về từ BGN làm mát hơi chèn và ejector ,

sơ bộ lấy trung bình là iv = 450kJ/kg, và : ej +ch = 0,005 + 0,005 = 0,01

- iv

lm :entanpy của nước làm mát bình ngưng, lấy trung bình iv

lm=105 kJ/kg

Kiểm tra cân bằng vật chất của chu trình tính tại bình ngưng theo hai cách:

-Tính theo đường hơi : với lượng hơi ban đầu 0 =1

Sai số : Vì vậy kết quả tính toán trên là hợp lý

2.3.10 Kiểm tra cân bằng công suất tuabin

Xác định lưu lượng hơi vào tuốc bin Do theo công thức 2.10 phần 2.5 TL1

Ta có hệ số không tận dụng nhiệt của dòng hơi trích ,

Từ các số liệu tính toán ở trên ta có bảng sau:

Bảng 2.3 Xác định các hệ số không tận dụng nhiệt giáng

- Ne : Công suất điện cần thiết kế của tổ máy , [kW]

- io’ , ik lần lượt là entanpy của hơi mới ở đầu vào tầng cánh đầu tiên và đầu ra khỏitầng cánh cuối cùng của tuabin, [kJ/kg]

- g và m lần lượt là hiệu suất máy phát điện và hiệu suất cơ khí chọn bằng 0,98

Nên

Thay số ta có:

2.3.11 Xác định các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của tổ máy.

2.3.11.1 Tiêu hao hơi của tuabin

2.3.11.2 Suất tiêu hao hơi cho tuabin.

Suất tiêu hao hơi cho tua bin có ý nghĩa rằng phải dùng bao nhiêu kg hơi đưa vào tua bin

để sẩn xuất được 1kWh điện năng ( 1kWh= 1 số đồng hồ điện )

2.3.11.3 Tiêu hao nhiệt cho thiết bị tuabin.

Tiêu hao nhiệt QTB cho thiết bị tuabin chính là lượng nhiệt của lò hơi phải cung cấp chínhcho tuabin và bình ngưng Ở đây tuanbin không có QNTG:

2.3.11.4 Suất tiêu hao nhiệt cho thiết bị tuabin.

Suất tiêu hao nhiệt cho tuabin là lượng nhiệt tiêu hao cho thiết bị tuabin để sản xuất ra1kWh điện năng

qTB = 3600 = 9825,106 kJ/kWh

2.3.11.5 Tiêu hao nhiệt cho lò hơi.

Tiêu hao nhiệt cho lò hơi được hiểu là tổng lượng nhiệt tiêu hao cho lò hơi để sản xuất rahơi quá nhiệt ở đầu ra bộ quá nhiệt cuối cùng trước khi được dẫn sang gian đặt thiết bịtuabin

kW