Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết phân tích các đặc điểm của tua bin công suất lớn trong nhà máy nhiệt điện với các tần số lưới điện 50 Hz hoặc 60 Hz. Việc lựa chọn tần số lưới điện của các quốc gia, khu vực trên thế giới phần lớn do yếu tố lịch sử. Hệ thống điện Việt Nam sử dụng tần số 50 Hz mang lại lợi thế giúp các nhà máy nhiệt điện có cấu hình tổ máy tua bin đơn giản hơn so với các nhà máy cùng qui mô nhưng hoạt động ở tần số 60 Hz.
28 * NLN * 156 - 06/2021 TRAO ĐỔI VỀ TUA BIN CÔNG SUẤT LỚN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VẬN HÀNH VỚI TẦN SỐ ĐIỆN 50 Hz VÀ 60 Hz Bùi Thanh Hùng, Viện KH&CN Nhiệt – Lạnh – Đại học Bách khoa Hà Nội Email: hung.buithanh@hust.edu.vn Tóm tắt: Bài báo phân tích đặc điểm tua bin công suất lớn nhà máy nhiệt điện với tần số lưới điện 50 Hz 60 Hz Việc lựa chọn tần số lưới điện quốc gia, khu vực giới phần lớn yếu tố lịch sử Hệ thống điện Việt Nam sử dụng tần số 50 Hz mang lại lợi giúp nhà máy nhiệt điện có cấu hình tổ máy tua bin đơn giản so với nhà máy qui mô hoạt động tần số 60 Hz Tình hình sử dụng hệ thống điện tần số 50 Hz 60 Hz giới Các nước giới sử dụng hệ thống điện có tần số 50 Hz 60 Hz Hệ thống điện với tần số 60 Hz, điện áp 120 V trở thành tiêu chuẩn Hoa Kỳ Tại Châu Âu lại phát triển hệ thống điện sử dụng tần số 50 Hz Ngày nay, tần số 60 Hz sử dụng số nước Bắc Mỹ, tần số 50 Hz sử dụng chủ yếu Châu Âu, Châu Á Tại Nhật Bản tồn song song hai hệ thống lưới điện tần số 50 Hz (ở phía Đơng) 60 Hz (ở phía Tây) Ở Việt Nam hệ thống lưới điện sử dụng tần số 50 Hz Phân bố quốc gia giới theo tần số điện lưới sử dụng trình bày Hình [5] So sánh đặc điểm loại tua bin công suất lớn nhà máy nhiệt điện tần số 50 Hz 60 Hz Trong nhà máy nhiệt điện, tua bin nối trực tiếp với máy phát điện thông qua khớp trục, không sử dụng hộp giảm tốc Do tốc độ quay tua bin máy phát điện giống Quan hệ tốc độ quay tua bin tần số lưới điện sau [1]: f = p.n Trong đó: • n: tốc độ quay • p: số cặp cực máy phát • f: tần số lưới điện Do hầu hết lưới điện vận hành với tần số 50 Hz 60 Hz nên thực tế tốc độ quay tổ máy phát tua bin công suất lớn rơi vào trường hợp sau [1]: Hình Phân bố quốc gia giới theo tần số điện lưới 50 Hz 60 Hz NLN * 156 - 06/2021 * 29 Bảng 1: Tốc độ quay tua bin nhà máy nhiệt điện Loại máy phát Tốc độ quay (vòng/phút) 50 Hz 60 Hz cực 3000 3600 cực 1500 1800 Các tua bin công nghiệp tua bin nhiệt điện cơng suất thấp vận hành với tốc độ cao nhiều so với giá trị bảng Đồng thời hộp giảm tốc sử dụng để đặt tua bin máy phát Vận hành với tốc độ cao giúp làm giảm kích thước chi phí chế tạo tua bin Việc đặt hộp giảm tốc gây tổn thất lượng phụ ảnh hưởng đến tính sẵn sàng tổ máy có cơng suất 870 MW tương ứng dịng tua bin SGT6-9000HL chạy 60 Hz có cơng suất 595 MW [3] Tua bin SGT6-9000HL phát triển phương pháp đồng dạng thu nhỏ trực tiếp từ tua bin SGT5-9000HL Nhằm giữ cho mơi trường khí động học mẫu tua bin khơng đổi vận tốc vịng đầu cánh giữ khơng đổi Chính lẽ đó, tỉ lệ đồng dạng hình học tỷ lệ nghịch với tỷ lệ tốc độ quay Ở tốc độ quay tua bin SGT6-9000 tăng 1,2 lần so với tua bin SGT5-9000HL, tương ứng kích thước hình học phải giảm 1,2 lần Hầu hết Hãng chế tạo tua bin (cả tua bin tua bin khí) chế tạo loại mẫu tua bin vận hành tần số 50 Hz 60 Hz Thông thường việc phát triển mẫu tua bin tiến hành theo phương pháp đồng dạng (tương tự) Hình So sánh khí động dãy cánh tua bin SGT5-9000HL SGT6-9000HL [3] Các tiêu chuẩn tính tốn khác kiểm tra cho thấy đồng dạng đảm bảo u cầu an tồn Ví dụ ứng suất gây cánh tua bin lực ly tâm lực uốn giữ không đổi mẫu tua bin Hệ số trao đổi nhiệt gia tăng nhẹ không nhiều tua bin SGT6, nhiệt độ kim loại cánh tua bin giữ ngun Hình Hình ảnh tua bin khí Siemens SGT59000HL 50 Hz SGT6-9000HL 60 Hz [3] Hãng GE phát triển sản phẩm tua bin khí HA cho cấu hình 50 Hz 60 Hz Tua bin khí 7HA hoạt động với tần số 60 Hz 9HA với tần số 50 Hz [4] Các tua bin khí 7/9HA chia sẻ chung cấu trúc đặc điểm công nghệ nhằm đạt hiệu suất cao giảm tối thiểu rủi ro vận hành Tua bin 9HA.02 với công suất 519 MW, tua bin 7HA.02 có cơng suất 346 MW Trong Hãng Siemens phát triển dịng tua bin SGT5-9000HL chạy 50 Hz So sánh mẫu tua bin phát triển theo phương pháp đồng dạng thu nhỏ trực tiếp cho thấy chênh lệch đáng kể công suất Công suất tua bin SGT5 cao 1,46 lần so với tua bin SGT6 Điều giải thích qua cơng thức tính tốn cơng suất tới hạn thân tua bin [2] Công thức cho thấy công suất tới hạn thân tua bin phụ thuộc vào nhiều yếu tố: ứng suất kéo cho phép tỷ trọng kim loại chế tạo cánh, nhiệt giáng hiệu suất thân tua bin, tốc độ dịng mơi chất khỏi tua bin đặc biệt tỷ lệ nghịch với bình phương tốc độ quay 30 * NLN * 156 - 06/2021 𝑚𝑘𝜎 𝜎 𝐶2 𝑃= 𝐻𝜂 2𝜌𝑀 𝜋𝑛2 𝑣2 𝑜𝑖 Trong đó: • • • • • • • • • P: Công suất tới hạn thân tua bin 𝜎: ứng suất kéo cho phép kim loại chế tạo cánh 𝑘𝜎 : Hệ số 𝜌𝑀 : Tỷ trọng kim loại chế tạo cánh m: Hệ số n: Số vòng quay C2, v2: Tốc độ thể tích riêng dịng mơi chất khỏi dãy cánh động tầng cuối Ho: Nhiệt giáng thân tua bin 𝜂𝑜𝑖 : Hiệu suất thân tua bin Khi tốc độ quay giảm 1,2 lần (ví dụ từ 3600 vịng/phút xuống 3000 vịng/phút) ảnh hưởng làm tăng công suất tới hạn lên 1,44 lần Kết luận Tua bin công suất lớn nhà máy nhiệt điện hãng chế tạo liên tục cải tiến đời mẫu với công suất ngày lớn hiệu suất cao Khác với tua bin công nghiệp, tốc độ quay tua bin nhà máy nhiệt điện bị hạn chế dải tốc độ làm việc, thiết kế với tần số 50 Hz hay 60 Hz theo yêu cầu tần số hệ thống điện - Việc chọn làm việc với tần số 50 Hz hay 60 Hz tùy thuộc vào tần số lưới điện mà tua bin máy phát đấu vào Tua bin thiết kế làm việc bình thường tốc độ quay cho phép Hầu hết nhà chế tạo tua bin lớn giới có sẵn mẫu thiết kế tua bin tần số 50 Hz 60 Hz, nhằm đáp ứng yêu cầu khách hàng có sản phẩm cấp tần số trang bị cho nhu cầu - Hệ thống điện Việt Nam dùng tần số 50 Hz, dẫn tới nhà máy nhiệt điện có lợi sử dụng tua bin có cơng suất giới hạn lớn Đối với tổ máy phát tua bin (kể khí) cơng suất cao ưu lớn giảm kích thước, đồng thời cấu hình tổ máy đơn giản TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] British Electricity International Modern Power Station Practice Volumn C – Turbines, Generators and Associated Plants Pergamon Press 1991 [2] Phạm Lương Tuệ Giáo trình thiết bi tua bin, tập Đại học Bách khoa Hà Nội xuất Hà Nội, 1991 [3] Tài liệu tua bin khí tua bin Hãng Siemens [4] Tài liệu tua bin khí tua bin Hãng GE [5] http://www.electricpowergeneration.com/WorldPower.html ABOUT LARGE POWER TURBINES IN THERMAL POWER PLANT OPERATED WITH 50 Hz AND 60 Hz GRID FREQUENCY Bui Thanh Hung, School of Heat Engineering and Refrigeration – Hanoi University of Science and Email: hung.buithanh@hust.edu.vn Abstract: The article analyzes the characteristics of large capacity turbines in thermal power plants with grid frequencies of 50 Hz or 60 Hz The choice of grid frequency of countries and regions in the world is largely due to historical factors Vietnam's electricity system uses a frequency of 50 Hz, which brings advantages to thermal power plants with a simpler configuration of turbine units than plants of the same size but operating at 60Hz ... thiết kế với tần số 50 Hz hay 60 Hz theo yêu cầu tần số hệ thống điện - Việc chọn làm việc với tần số 50 Hz hay 60 Hz tùy thuộc vào tần số lưới điện mà tua bin máy phát đấu vào Tua bin thiết... Tốc độ quay tua bin nhà máy nhiệt điện Loại máy phát Tốc độ quay (vòng/phút) 50 Hz 60 Hz cực 3000 3600 cực 1500 1800 Các tua bin công nghiệp tua bin nhiệt điện công suất thấp vận hành với tốc độ... luận Tua bin công suất lớn nhà máy nhiệt điện hãng chế tạo liên tục cải tiến đời mẫu với công suất ngày lớn hiệu suất cao Khác với tua bin công nghiệp, tốc độ quay tua bin nhà máy nhiệt điện