Nhằm giúp các bạn đang học chuyên ngành Điện - Điện tử có thêm tài liệu tham khảo, mời các bạn cùng tham khảo đồ án môn học Nhà máy nhiệt điện dưới đây. Nội dung đồ án giới thiệu đến các bạn những nội dung thiết kế sơ đồ công nghệ nhà máy, thuyết minh sơ đồ nhiệt nguyên lý của nhà máy,... Mời các bạn cùng tham khảo để có thêm tài liệu phục vụ nhu cầu học tập và nghiên cứu.
A PHẦN NHIỆT 1. Thiết kế sơ đồ cơng nghệ nhà máy 1.1. Chọn loại nhà máy Do tính chất và u cầu của phụ tải cần xác định loại nhà máy phù hợp với loại phụ tải đơn thuần là phụ tải điện. Nếu loại nhà máy phù hợp là nhà máy nhiệt điện ngưng hơi. Nên phụ tải bao gồm cả phụ tải điện và phụ tải nhiệt thì phải thiết kế trung tâm nhiệt điện. Các u cầu này liên quan đến địa điểm xây dựng nhà máy, vấn đề cung cấp nhiên liệu và cung cấp nước và cơng suất tổng của nhà máy. Như vậy nhà máy nhiệt điện cần thiết kế là nhà máy nhiệt điện ngưng 1.2. Chọn số tổ máy và thơng số của các thiết bị chính a. Điều kiện chọn tổ máy + Cơng suất càng lớn, thống số hơi càng cao thì hiệu suất của nhà máy càng lớn + Cơng suất đơn vị của nhà máy nằm trong hệ thống điện vượt q cơng suất dự phòng của hệ thống điện nghĩa là phải nhỏ hơn 10% cơng suất của hệ thống + Cơng suất đơn vị của các tổ máy phải chọn giống nhau để thuận tiện cho việc thiết kế xây dựng, dự phòng, cũng như vận hành nhà máy + Khi chọn cơng suất của tổ máy phải chú ý đến cơng suất tồn bộ của nhà mát sau khi phát triển tối đa để cho tổ máy của nhà máy thỏa mãn điều kiện: Đồ án mơn học Nhà Máy Điện 2 ≤ Số tổ máy ≤ 8 Ta có cơng suất của hệ thống: - Sht = 3100 (MVA) - Cosφ = 0.8 - Công suất của nhà máy: - Pnm = 400 (MW) Ta đưa ra 2 phương án: - Phương án 1: chọn số tuabin là 4 x 100 MW - Phương án 2: chọn số tuabin là 8 x 50 MW b. Chọn lò hơi và nguyên liệu đốt lò: + Lò hơi: Khi chọn năng suất lò hơi phải dựa trên cơ sở sau: - Đảm bảo cung cấp hơi - Mức độ kinh tế vận hành ở các chế độ vận hành ở các chế độ khác nhau - Áp dụng cấu trúc lò hơi hợp lý Tổng năng suất lò hơi định mức phải cao hơn phụ tải hơi cực đại một ít phụ tải của lò hơi bao gồm lượng hơi cực dại đến tuabin làm việc. Các thiết bị giảm áp lượng hao hơi đến các ê jeter, bơm dầu hơi đến các tuabin phụ Đồ án mơn học Nhà Máy Điện Phụ tải của lò hơi (năng suất hơi) đực chọn theo tiêu hao hơi cực đại cho tuabin với độ dự chữ (3 – 5%). Nếu áp suất hơi mứi P0 100 (MW) Chọn loại tuabin: Theo dẫn chứng trên tra bảng đặc tính của tuabin ngưng hơi trang 69 (tài liệu hướng dẫn thiết kế nhà máy điện) ta chọn loại tuabin K – 100 – 90 với cac thơng số trong bảng sau: Loại tuabin K – 100 90 Nhà máy chế tạo M3 Cơng suất định mức 100 Số tầng cánh 12 (5 x2) Đồ án mơn học Nhà Máy Điện Áp lực hơi mới (ata) 90 Nhiệt độ hơi mới [oC] 500 Áp lực hơi thốt [ata] 0,0033 Số cửa trích khơng điếu chỉnh Lưu lượng hơi cực đại qua phần cao áp [t/h] 405 Lưu lượng hơi cực đại qua phần hạ áp [t/h] 298 Suất tiêu hao đóng cửa trích hồi nhiệt 3,37 [kg/kW.h] Loại bình ngưng 100KцC2 Bề mặt làm mát bình ngưng [m2] 3000x2 1.2.1.2. Chọn lò hơi Năng suất của lò hơi: Dlh > D0 + 3% D0 =1.03xD0 D0: lưu lượng hơi cực đại qua phần cao áp [t/h] Dlh > 1.03x405 = 417.5 (t/h) Đồ án mơn học Nhà Máy Điện P0= 90x0.981 = 88.29 (Bar) Ta tra bảng 126127 tài liệu “hướng dẫn và các số liệu dung cho thiết kế của ngành nhiệt điện” ta chọn lò hơi có thơng số sau: Loại lò hơi TП80 Năng suất lò hơi [t/h] 120 Áp lực hơi q nhiệt [bar] 140 Nhiệt độ hơi q nhiệt [oC] 570 Loại nhiên liệu Than đá khơ 1.2.1.3. Xác định chỉ tiêu kinh tế của phương án a. Vốn đầu tư Tra bảng đặc tính (trang 17 tài liệu hướng dẫn và các số liệu tra cứu dùng cho thiết kế của ngành nhiệt điện) ta có V1 = 243x109 (đ) b. Chi phí vận hành hàng năm + Tiêu hao nhiên liệu than: tra bảng 23 (tài liệu hướng dẫn và các số liệu tra cứu dùng cho thiết kế của ngành nhiệt) ta có: Đồ án mơn học Nhà Máy Điện b = 371 (g/kW.h) + Lượng tiêu hao nhiên trong 1 năm B= b*N*n B= 371*400*6500*106 = 964600 [t/h] + Chi phí cho nhiên liệu có thể xác định: Zb = Cb *B (đ/năm) Cb = giá bán + chi phí vận chuyển + cơng bốc dỡ Tra tài liệu hướng dẫn và các số liệu tra cứu dùng cho thiết kế của ngành nhiệt ta có: Cb= 23*104 + 0,015 *23*104 + 0,09*23*104 +36000 = 290150 (đ/tấn) Zb = 290150*964600 = 279,88*109 (đ) + Chi phí khấu hao thiết bị và sửa chữa: Zk = k*V1 (đ/năm) k: hệ số khấu hao trang 27 ‘tài liệu hướng dẫn và các số liệu tra cứu dùng cho thiết kế của ngành nhiệt’ k= 5,76% hiệu chỉnh theo cơng suất của nhà máy k= 5,76% *3/4 =0,0432 Zk = 4,32*102*243000*106 = 10,498*109 (đ) Đồ án mơn học Nhà Máy Điện + Chi phí trả lương cơng nhân viên về tiền lương Zn=β*We*n β= 20*106 (chi phí trả lương cơng nhân) n= 1.3 (hệ số biên chế cơng nhân viên tra trang 29 ‘tài liệu hướng dẫn và các số liệu tra cứu dùng cho thiết kế của ngành nhiệt’ Zn= 20*106 *400*1.3 = 10.4*109 (đ) + Chi phí cơng việc chung và tổn thất khác Zc= α*(Zk+Zn) α: hệ số cơng việc chung α= 0,25 Zc= 0,25*(10,498*109+10,4*109) =5,224*109 Phí tổn vận hành hàng năm của tuabin ZpA1= Zb + Zk + Zn + Zc= (279,879 + 10,497 + 10,4 +5,224)*109=306*109 (đ) 1.2.2. Phương án 2 1.2.2.1. Số tổ máy và thơng số của chúng: Theo đề bài ta có cơng suất tổng của nhà máy PN M = WN M = 400 (MW) S H T = 5000 (MVA) Đồ án mơn học Nhà Máy Điện Ta chọn tổ máy: 8 x 50 (MW) Cơng suất dự phòng: 0,1 x 5000 = 500 MW > 100 (MW) Chọn loại tuabin: Theo dẫn chứng trên tra bảng đặc tính của tuabin ngưng hơi trang 69 (tài liệu hướng dẫn thiết kế nhà máy điện) ta chọn loại tuabin K – 50 – 90 với cac thông số trong bảng sau: Loại tuabin K – 100 90 Nhà máy chế tạo M3 Công suất định mức 50 Số tầng cánh 22 (10 x2) Áp lực hơi mới (ata) 90 Nhiệt độ hơi mới [oC] 535 Áp lực hơi thốt [ata] 0,035 Số cửa trích khơng điếu chỉnh Lưu lượng hơi cực đại qua phần cao áp [t/h] 216 Lưu lượng hơi cực đại qua phần hạ áp [t/h] 210 Đồ án môn học Nhà Máy Điện Suất tiêu hao đóng cửa trích hồi nhiệt 3,72 [kg/kW.h] Loại bình ngưng 100Kvc 5 Bề mặt làm mát bình ngưng [m2] 3000 1.2.2.2 Chọn lò hơi Năng suất của lò hơi: Dlh > D0 + 3% D0 =1,03 D0 D0: lưu lượng hơi cực đại qua phần cao áp [t/h] Dlh > 1,03. 210 =216,3 (t/h) P0= 90.0,981 = 88,29 (Bar) Ta tra bảng 126127 tài liệu “hướng dẫn và các số liệu dung cho thiết kế của ngành nhiệt điện ” ta chọn lò hơi có thơng số sau: Loại lò hơi TП10 Năng suất lò hơi [t/h] 120 Áp lực hơi q nhiệt [bar] 100 Đồ án mơn học Nhà Máy Điện Cơng suất qua cuộn cao của MBA tự ngẫu: Như vậy trong chế độ này máy biến áp truyền cơng suất từ phía hạ và phía trung sang phía cao niên quận nối tiếp là của chịu tải lớn nhất kiểm tra q tải máy biến áp trong trường hợp này là kiểm tra q tải quận hạ và quận nối tiếp Máy biến áp khơng bị q tải Cơng suất chuyển về từ hệ thống bị thiếu đi một lượng Ta thấy: Nên hệ thống làm việc ổn định khi sự cố 2.2.2. Phương án 2 2.2.2.1. Chọn máy biến áp cho Phương án II a. Chọn máy biến áp ba pha 2 cuộn dây B1 và B4 Điều kiện chọn: Căn cứ vào điều kiện trên ta chọn MBA B3 và B4 có ký hiệu và các thơng số kỹ thuật trong bảng sau: Đồ án mơn học Nhà Máy Điện Loại Sđm (MVA) UC (KV) UH (KV) ∆P0 (KW) ∆PN (KW) UN% I0 % TДЦ125/121 125 121 10,5 100 400 10,5 0,5 TДЦ125/242 125 242 10,5 115 380 11 0,5 b. Chọn máy biến áp tự ngẫu B1 và B2 Điều kiện chọn: SđmTN ≥ SFđm Ta có: SđmB1 ≥ Vậy ta chọn MBA tự ngẫu B2 và B3 có ký hiệu ATДЦTH250. Có các thơng số kỹ thuật trong bảng sau: Loại máy biến áp Sđm (MV A) ATДЦTH250 Điện ∆P0 ∆PN áp (KW) (KW) cuộn dây (KV) 250 UN( %) C T H 230 121 11 I0(%) C-T 120 CH T-H 520 260 260 C-T C-H T-H 11 32 20 0,5 Ta có bảng phân bố dòng cơng suất trong các máy biên áp: T(h) 0-8 8-10 Đồ án mơn học Nhà Máy Điện 10-12 12-14 14-18 18-19 19-21 21-24 SB3, SB4 115.3 115.3 115.3 115.3 115.3 115.3 115.3 115.3 SCTN (t) 22.21 69.17 60.45 24.75 48.55 3.51 12.23 23.51 STTN (t) 20.84 20.84 29.56 29.56 29.56 29.56 20.84 12.12 SHTN (t) 43.05 90.01 90.01 55.31 78.11 33.07 33.07 35.63 2.2.2.2. Kiểm tra q tải các máy biến áp a. Sự cố hỏng 1 MFMBA bên trung F4B4 khi ST = STmax Khi đó: Stmax = 174.42 (MVA) Sđp = 25.58 (MVA) Hình vẽ: STk HT STd 110 KV 220 KV B2 B1 B3 B4 ~ ~ ~ ~ F1 F2 F3 F4 Điều kiện kiểm tra sự cố: 2.α.Kqt. SđmTN ≥ STmax Đồ án môn học Nhà Máy Điện 2x0.5x1.4x250 = 350 > 174.42 (MVA) Đạt yêu cầu Phân bố công suất khi xảy ra sự cố: Công suất qua cuộn trung của MBA tự ngẫu: Công suất qua cuộn hạ của MBA tự ngẫu: Công suất qua cuộn cao của MBA tự ngẫu: Ở chế độ này cuộn hạ chịu tải lớn nhất Máy biến áp không bị quá tải Công suất chuyển về từ hệ thống bị thiếu đi một lượng Ta thấy: Nên hệ thống làm việc ổn định khi sự cố Đồ án mơn học Nhà Máy Điện b. Xét khi hỏng máy biến áp liên lạc B3 khi St max Khi đó: Stmax = 174.42 (MVA) Sđp = 25.58 (MVA) STk HT STd 110 KV 220 KV B2 B1 B3 B4 ~ ~ ~ ~ F1 F2 F3 F4 Phân bố cơng suất khi xảy ra sự cố: Cơng suất qua cuộn trung của MBA tự ngẫu: Cơng suất qua cuộn hạ của MBA tự ngẫu: Cơng suất qua cuộn cao của MBA tự ngẫu: Đồ án mơn học Nhà Máy Điện Như vậy trong chế độ này thì máy biến áp truyền cơng suất từ phía hạ sang phía trung và phía cao lên quận hạ là quận chịu tải lớn nhất Máy biến áp khơng bị q tải Cơng suất chuyển về từ hệ thống bị thiếu đi một lượng Ta thấy: Nên hệ thống làm việc ổn định khi sự cố 3. Tính tốn kinh tế, chon phương án hợp lý 3.1. Tính tổn thất điện năng và tổn thất cơng suất Tổn thất trong máy biến áp gồm có 2 phần: Tổn thất sắt khơng phụ thuộc vào phụ tải của MBA và bằng tổn thất khơng tải của Tổn thất đồng trong dây dẫn phụ thuộc vào phụ tải của MBA Ta có cong thức tính tổn thất điện nang trong MBA 3 pha 2 dây quấn trong trong một năm: Đồ án mơn học Nhà Máy Điện Trong đó: ∆P0, ∆PN: tổn thất khơng tải và tổn thất ngắn mạch của MBA t: thời gian vận hành MBA trong năm. t = 8760h Sđm: cơng suất định mức của MBA S: cơng suất tải của MBA Đối với MBA tự ngẫu 3 pha: Trong đó: SCi, STi, SHi: cơng suất tải qua cuộn cao, trung, hạ áp của MBA tự ngẫu trong khoảng thời gian ti ∆P0: tổn hao sắt ∆PN: tổn thất ngắn mạch Tổn hao ngắn mạch của các cuộn dây trong MBA tự ngẫu: Từ các cơng thức trên ta đi tính tổn thất điện năng trong MBA ở từng phương án Đồ án mơn học Nhà Máy Điện 3.1.1. Phương án 1 a. Máy biến áp 3 pha 2 dây quấn Máy biến áp B3 và B4 ln làm việc với cơng suất truyền tải qua nó là: (MVA) Trong cả năm, do đó tổn thất điện năng của một MBA là: b. Máy biến áp tự ngẫu Từ các số liệu ; ; đã tra được ta tính được các giá trị ; ; : Tổn thất điện năng của một MBA tự ngẫu được xác định: Đồ án mơn học Nhà Máy Điện Tổng tổn thất điện năng của phương án I trong năm là: 3.1.2. Phương án 2 a. Máy biến áp 3 pha 2 dây quấn Máy biến áp B1 và B4 ln làm việc với cơng suất truyền tải qua nó là: Sb = (MVA) trong cả năm, do đó tổn thất điện năng của các MBA là: b. Máy biến áp tự ngẫu Từ các số liệu ; ; đã tra được ta tính được các giá trị ; ; : Tổn thất điện năng của một MBA tự ngẫu được xác định: Đồ án môn học Nhà Máy Điện Tổng tổn thất điện năng của phương án II trong năm là: Phương án PA1 PA2 A (MWh) 3.2. TÍNH TỐN KINH TẾ – LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU Để chọn được một sơ đồ nối điện tối ưu, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và vận hành đơn giản. Ta dựa trên cơ sở so sánh về mặt kinh tế và kỹ thuật. Nhà máy nhiệt điện ta đưa ra 2 phương án nối điện chính cả 2 phương án này đều đảm bảo về Đồ án mơn học Nhà Máy Điện mặt kỹ thuật. Vì vậy ta so sánh 2 phương án trên về mặt kinh tế bao gồm vốn đầu tư xây dựng, lắp đặt và mua thiết bị và chi phí vận hành hàng năm Phương án nào có chi phí nhỏ nhất sẽ được làm chọn làm phương án nối điện chính cho nhà máy Giả thiết chi phí cho máy cắt, dao cách ly và các chi phí khác là khơng đáng kể Ta có: Z = (avh + atc)*V + C (VNĐ) Trong đó: V là vốn đầu tư cho trạm kể cả xây lắp và vận chuyển ta có: V= n*SdmBA*kC*kB n: số máy biến áp trong trạm Kc: giá tiền 1 MVA MBA Với Udm = 220 kV thì kC = 400*106 (VNĐ/MVA) Với Udm = 110 kV thì kC = 250*106 (VNĐ/MVA) KB: hệ số tính đến việc vận chuyển và xây lăp trạm biến áp lấy k B = 1,5 (theo tài liệu thiết kế NMĐ và TBA) Co: giá 1 kW điện năng Co = 1000 (VNĐ/kWh) avh: hệ số vận hành avh = 0,1 atc: hệ số thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn atc = 0,2 Đồ án mơn học Nhà Máy Điện SdmBA: Cơng suất định mức của MBA 3.2.1. Phương án 1 Ta có: V1 = 3*200*400*106*1,5 = 360*109 (VNĐ) Tổn thất điện năng trong trạm biến áp là: A1 = 5113,1 (MWh) Chi phí cho tổn thất điện năng hàng năm: CA1 = A1*Co = 5113,1*103*1000 = 5.113*109 (VNĐ) Chi phí tính tốn cho phương án 1 là: Z1 = (avh + atc)*V + CA1 = (0,1 + 0,2)*360*109 + 5,113*109 = 113,113*109 (VNĐ) 3.2.2 Phương án 2: Chi phí mua máy biến áp tự ngẫu (BA1) V1 = 2*200*400*106*1,5 = 240*109 (VNĐ) Chi phí mua máy biến áp 3 pha 2 dây quấn (BA2) V2 = 200*250*106*1,5 = 75*109 (VNĐ) Tổn thất điện năng trong trạm biến áp là A2 = 8443,93 (MWh) Chi phí cho tổn thất điện hàng năm: Đồ án mơn học Nhà Máy Điện CA2 = A2*Co = 8443,93*103*1000 = 8,444*109 (VNĐ) Tổng chi phí cho MBA là: V = V1 + V2 = 240*109 +75*109 = 315*109 (VNĐ) Chi phí tính tốn cho phương án 2 là: Z = (avh + atc)*V + C2 = (0,1 +0,2)*315*109 + 8,444*109 = 102,944*109 (VNĐ) Ta có bảng tổng kết cho 2 phương án Bảng so sánh phương án PA Vi (VNĐ) Ci (VNĐ) Zi (VNĐ) 360*109 113,1*109 113,113*109 315*109 8443,93*109 102,944*109 Ta thấy phương án 2 có tổng chi phí tính tốn nhở hơn phương án1 (Z2