Mô phỏng hệ thống phát điện dùng từ thuỷ động lực trong nhà máy nhiệt điện

Mô phỏng hệ thống phát điện dùng từ thuỷ động lực trong nhà máy nhiệt điện Mô phỏng hệ thống phát điện dùng từ thuỷ động lực trong nhà máy nhiệt điện Mô phỏng hệ thống phát điện dùng từ thuỷ động lực trong nhà máy nhiệt điện Mô phỏng hệ thống phát điện dùng từ thuỷ động lực trong nhà máy nhiệt điện Mô phỏng hệ thống phát điện dùng từ thuỷ động lực trong nhà máy nhiệt điện

Báo cáo chun đề HVTH: Đồn Trung Tắng TĨM TẮT Hiện nay, ngành điện nước ta đối mặt với nhiệm vụ khó khăn cung ứng nhu cầu ngày cao khách hàng Bên cạnh vấn đề ô nhiễm môi trường, khủng hoảng cung cầu lượng diễn gay gắt khơng Việt Nam mà cịn xuất nhiều quốc gia giới Nhận thức điều này, quốc gia giới nghiên cứu đưa vào nguồn lượng mới, lượng tái tạo Bao gồm lượng mặt trời, lượng gió, địa nhiệt, khí sinh học…Tuy nhiên, có giải pháp nhiều nước nghiên cứu dù mơ hình thí nghiệm tương lai phát triển mạnh mẽ, phương pháp phát điện từ thủy động lực học (MHD) Công nghệ phát điện máy phát MHD có bước phát triển Nó ứng dụng rộng rãi chu trình phát điện hỗn hợp để nâng cao hiệu suất nhà máy điện Đề tài: "Mô hệ thống phát điện dùng từ thủy động lực nhà máy nhiệt điện" nghiên cứu với mục tiêu kết hợp máy phát điện MHD vào nhà máy nhiệt điện truyền thống nhằm nâng cao hiệu suất phát nhà máy nhiệt điện Các kết mơ tính tốn luận văn cho thấy hiệu suất có máy phát MHD tham gia hiệu suất cải thiện tốt so với mơ hình nhiệt điện truyền thống Đề tài định hướng nghiên cứu đề xây dựng nhà máy nhiệt điện hiệu suất cao phù hợp với kinh tế kỹ thuật đất nước Trang xi Báo cáo chuyên đề HVTH: Đoàn Trung Tắng ABSTRACT Currently, power industry in our country is facing a very difficult task that is to supply increasing demands of customers In addition, the problem of environmental pollution, the crisis of energy supply and demand are taking place very seriously not only in Vietnam but also in many countries around the world Aware of this, countries around the world are working on introducing new and renewable energy sources Including solar power, wind power, geothermal, biogas However, there is a solution that is being studied by many countries, although it is in the experimental model, but in the future it will develop strongly, that is the method of hydrodynamic generation (MHD) The power generation technology of MHD generators has got new developments It has been widely used in mixed generation cycles to improve the efficiency of power plants Topic: "Simulation of power generation systems using hydrodynamics in thermal power plants" has been studied with the goal of combining MHD generators into traditional thermal power plants in order to improve generation efficiency of thermal power plants The simulation results and calculations in the thesis show that the performance when the MHD generator is involved, the performance is improved better than traditional thermal models The topic is also a research orientation to build a high-performance thermal power plant suitable to the economy and technology of the country Trang xii Báo cáo chuyên đề HVTH: Đoàn Trung Tắng MỤC LỤC TRANG Trang tựa Quyết định giao đề tài i Biên hội đồng ii Lý lịch khoa học vii Lời cam đoan ix Cảm tạ x Tóm tắt xi Abstract .xii Mục lục xiii Danh sách chữ viết tắt xvi Danh sách bảng xviii Danh sách hình xix CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Giới thiệu máy phát điện MHD nghiên cứu MHD: 1.3 Nhiệm vụ mục tiêu đề tài 1.4 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Giới hạn đề tài 1.7 Bố cục đề tài CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Nhà máy nhiệt điện 2.1.1 Nguyên lý hoạt động nhà máy nhiệt điện 2.1.2 Các loại nhà máy nhiệt điện 2.1.3 Tiềm nhiệt điện Việt Nam 15 2.2 Máy phát điện từ thủy động lực 16 2.2.1 Tổng quát MHD 16 Trang xiii Báo cáo chuyên đề HVTH: Đoàn Trung Tắng 2.2.2 Nguyên lý máy phát điện MHD .18 2.2.3 Các loại máy phát từ thủy động lực .21 2.2.4 Lưu chất cho máy phát điện MHD hoạt động 29 2.2.5 Nguyên lý làm việc chu trình tuabin khí 33 2.2.5.1 Chu trình Brayton 33 2.2.5.2 Nguyên lý làm việc chu trình tuabin khí 34 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH CHU TRÌNH 39 3.1 Xây dựng chu trình máy phát MHD kết hợp Tuabin khí nhà máy nhiệt điện 39 3.2 Các ký hiệu chu trình 40 3.3 Phân tích khối chu trình 41 3.3.1 Phân tích máy phát MHD 41 3.3.2 Phân tích thiết bị trao đổi nhiệt 42 3.3.3 Phân tích thiết bị làm lạnh 42 3.3.4 Phân tích máy nén 42 3.3.5 Phân tích tuabin khí 44 3.3.6 Phân tích nhiệt lượng 45 3.3.7 Tính entropy 47 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG 49 4.1 Bài Toán 49 4.1.1 Dữ liệu tính tốn 49 4.1.2 Kết tính tốn .50 4.1.3 So sánh kết 51 4.1.4 Kết tính tốn thay T3 = 20000K .53 4.1.5 Kết phân tích T3 = 24000K 54 4.1.6 So sánh kết 55 4.2 Bài toán 56 4.2.1 Dữ liệu tính tốn 56 4.2.2 Kết tính tốn .57 Trang xiv Báo cáo chuyên đề HVTH: Đồn Trung Tắng 4.2.3 Kết phân tích thay đổi T6 = 4000K .58 4.2.4 Nhận xét 59 4.3 Nhận xét kết tính tốn hai tốn 61 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 63 5.1 Kết luận ………………………………………………………………… 63 5.2 Hướng phát triển đề tài …………………………………………… 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC ………………………………………………………………… 66 Trang xv Báo cáo chuyên đề HVTH: Đoàn Trung Tắng DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU - B: từ trường, cảm ứng từ (T) - E: điện trường - u: thành phần vận tốc - U: nội chất khí - j: mật độ dòng điện - σ: điện dẫn suất - ε: tổng điện trường sức điện động từ trường quay - ω: tần số cyclotron - pe: áp suất electron - Te: nhiệt độ electron - ρ: khối lượng riêng - d: đạo hàm - R: số chất khí ( R = k/m) - μ: độ nhớt, độ linh động - h: enthalpy - A: tiết diện - M: khối lượng lưu chất - W: lượng (điện năng) - K: hệ số tải ( K = E/uB) - ηe : hiệu suất điện - ηg: hiệu suất máy phát - ηp: hiệu suất polytropic - v: vectơ vận tốc - Qi: Nhiệt lượng nút thứ i (MW) - Ti: Nhiệt độ nút thứ i (0K) Trang xvi Báo cáo chuyên đề HVTH: Đoàn Trung Tắng - Pi: Áp suất nút thứ i ( at) - CP: Nhiệt dung riêng chất khí ( J/KgK) - γ: Hệ số nhiệt chất khí - η: Hiệu suất - △Q: Tổn thất nhiệt lượng - Πc: Tỉ số nén máy nén - ΠS: Tỉ số nén tầng nén - N: Số tầng nén - ‫ح‬c: Tỉ số nhiệt độ – vào máy nén - ‫ح‬s: Tỉ số nhiệt độ – vào tầng nén - △T: Độ chênh lệch nhiệt độ - Πt: Tỉ số áp suất – vào tuabin - ‫ح‬t: Tỉ số nhiệt độ – vào tuabin - G: Lưu lượng chất khí qua máy phát MHD - PMHD: Điện khỏi MHD - PC: Năng lượng máy nén cần - Pion: Năng lượng cần thiết để ion hóa chất khí - W1: Điện lên lưới sau chu trình MHD - W2: Điện lên lưới sau chu trình Brayton( tuabin khí) - Tref: Nhiệt độ lấy mẫu(0K) - Pref: Áp suất lấy mẫu( at) - Si: Entropy - MHD: Magneto Hydro Dynamic Trang xvii Báo cáo chuyên đề HVTH: Đoàn Trung Tắng DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 4.1: Dữ liệu tính tốn tốn 49 Bảng 4.2: Kết tính tốn thơng số với T3 = 18000K 50 Bảng 4.3: Kết tính tốn thơng số với T3 = 20000 K 53 Bảng 4.4: Kết tính tốn thơng số với T3 = 24000K 54 Bảng 4.5: Dữ liệu tính tốn tốn 56 Bảng 4.6: Kết tính tốn thơng số với T6 = 3500K 56 Bảng 4.7: Kết tính tốn thơng số với T6 = 4000K 58 Trang xviii Báo cáo chuyên đề HVTH: Đoàn Trung Tắng DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Sơ đồ khối nhà máy nhiệt điện sử dụng nguyên liệu hóa thạch Hình 2.2: Sơ đồ ngun lý nhà máy nhiệt điện dùng than 10 Hình 2.3a: Sơ đồ ngun lý nhiệt điện dùng turbin khí chu trình đơn 12 Hình 2.3b: Sơ đồ nguyên lý nhiệt điện dùng turbin khí chu trình kết hợp 13 Hình 2.4: Sơ đồ khối nhà máy điện nguyên tử 15 Hình 2.5: Nhà máy điện nguyên tử Mỹ 16 Hình 2.6: Kênh phát điện MHD với dòng chảy chất lỏng hướng y xuyên qua từ trường hướng z tạo dịng điện theo hướng x 18 Hình 2.7: Lực Lorentz 19 Hình 2.8: Nguyên lý máy phát MHD 19 Hình 2.9: So sánh hoạt động máy phát điện từ thủy động lực học (B) với máy phát điện tuabin truyền thống (A) 20 Hình 2.10- (a): Máy phát Faraday điện cực phân đoạn 22 Hình 2.10 -(b): Máy phát Faraday điện cực liên tục 22 Hình 2.10-(c): Máy phát Hall 22 Hình 2.10 -(d): Máy phát điện cực nối chéo 22 Hình 2.10 -(e): Máy phát dùng đĩa 22 Hình 2.11: Máy phát Faraday điện cực phân đoạn với tải riêng lẻ 22 Hình 2.12: Máy phát MHD điện cực liên tục 25 Hình 2.13: Cấu hình máy phát kiểu Hall 26 Hình 2.14: So sánh hiệu suất điện máy phát Hall Faraday 27 Hình 2.15: Máy phát điện cực nối chéo 28 Hình 2.16: Đĩa phát MHD 30 Hình 2.17: Kim loại lỏng NaK nhiệt độ phòng 31 Trang xix Báo cáo chuyên đề HVTH: Đồn Trung Tắng Hình 2.18: Cấu hình hệ thống phát điện LMMHD EC OMACON 32 Hình 2.19: Chu trình Brayton lý tưởng 34 Hình 2.20: Máy nén ly tâm 36 Hình 2.21: Máy nén dọc trục 37 Hình 2.22: Quá trình biến đổi trạng thái chất khí chu trình Brayton 38 Hình 3.1: Chu trình kết hợp MHD – tuabin khí 41 Hình 3.2: Đồ thị T – s trình nén 44 Hình 3.3: Đồ thị T – s tuabin khí 46 Hình 4.1: Đồ thị T –S với T3 = 18000K 51 Hình 4.2: Kết phân tích chu trình MHD dạng đơn 52 Hình 4.3: Đồ thị T –S với T3 = 20000K 53 Hình 4.4: Đồ thị T –S với T3 = 24000K 54 Hình 4.5: Kết phân tích chu trình MHD – tuabin khí 55 Hình 4.6: Đồ thị T –S với T6 = 3500K 57 Hình 4.7: Đồ thị T –S với T6 = 4000K 58 Hình 4.8: Đồ thị T –S với T6 thay đổi 3000K, 3500K 4000K 59 Hình 4.9: Biểu đồ biểu thị mối quan hệ hiệu suất chu trình nhiệt độ vào máy nén (T6) Trang xx 60 Báo cáo chuyên đề HVTH: Đoàn Trung Tắng T9=T1 T10=T6 p7=p6*piS p8=p7 p9=p8*piS p10=p9 %phan tich tuabin %deltaTTDN=50; p2=p1*(1-deltaQTDN*nTDN) pit=p3/p2 %ty so ap suat - vao tuabin tot=pit^(et*(y-1)/y) % ty so nhiet vao tuabin T2A=T2*tot nt=(1-tot)/(1-pit^((y-1)/y)) %hieu suat cua tuabin %ec=0.88 %phan tich nhiet luong Cp=5196.5; G=Qin/(Cp*(T3-T2A)) %luu luong cua chat qua may phat MHD %nhiet luong tai tung nut chu trinh Q1=G*Cp*T1 Q2=G*Cp*T2 Q2A=G*Cp*T2A Q3=G*Cp*T3 Q4=G*Cp*T4 Q5=G*Cp*T5 Q6=G*Cp*T6 PMHD=Q3*nEE %Dien nang thoat khoi may phat MHD %Q4=Q3-Q3*nEE-Q3*deltaQMHD Pc=N*(T1-T6)*G*Cp %nang luong ma may nen yeu cau nion=0.5; MassNo=0.004; Seed=0.0001; Wion=G/(MassNo*Seed*60220*1620*12.13) Pion=Wion/nion W1=PMHD-Pc-Pion W2=Q2-Q2A n=(W1+W2)/Qin %tinh entropy p2A=p3; Tref=298; Pref=1.03e+005; S=(Cp*log(T3/Tref)-Cp*((y-1)/y)*log(p3/Pref))*G S3=S+(Cp*log(T3/T2A)-Cp*((y-1)/y)*log(p3/p2A))*G S4=S3+(Cp*log(T4/T3)-Cp*((y-1)/y)*log(p4/p3))*G Trang 68 Báo cáo chuyên đề HVTH: Đoàn Trung Tắng S5=S4+(Cp*log(T5/T4)-Cp*((y-1)/y)*log(p5/p4))*G S6=S5+(Cp*log(T6/T5)-Cp*((y-1)/y)*log(p6/p5))*G S7=S6+(Cp*log(T7/T6)-Cp*((y-1)/y)*log(p7/p6))*G S8=S7+(Cp*log(T8/T7)-Cp*((y-1)/y)*log(p8/p7))*G S9=S8+(Cp*log(T9/T8)-Cp*((y-1)/y)*log(p9/p8))*G S10=S9+(Cp*log(T10/T9)-Cp*((y-1)/y)*log(p10/p9))*G S1=S10+(Cp*log(T1/T10)-Cp*((y-1)/y)*log(p1/p10))*G S2=S1+(Cp*log(T2/T1)-Cp*((y-1)/y)*log(p2/p1))*G S2A=S2+(Cp*log(T2A/T2)-Cp*((y-1)/y)*log(p2A/p2))*G x=[S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S1 S2 S2A S3]; y=[T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T1 T2 T2A T3]; h=plot(x,y,'b-*'); grid xlabel('Truc Entropy') ylabel('Truc Nhiet Do (K)') …………………………….End…………………………… %%%% Bài toán clc clear all %phan tich MHD Qin=1.00e+008; nEE=0.35; nMHD=0.8; y=1.6667; p31=4.00e+005; T31=2400; T61=300; pic=7; N=3; ns=0.93; deltaQTDN=0.01; deltaTTDN=50; nTDN=1; deltaQLL=0.01; nLL=0.85; et=0.87; Cp=5196.5; nion=0.5; MassNo=0.004; Seed=0.0001; Tref=298; Trang 69 Báo cáo chuyên đề HVTH: Đoàn Trung Tắng Pref=1.03e+005; deltaQMHD=5.00e-003; p41=p31*(1-nEE/nMHD)^(y/(y-1)); T41=T31*(1-nEE-deltaQMHD); %phan tich thiet bi trao doi nhiet toc=1+(1/ns)*(pic^((y-1)/(y*N))-1); T11=T61*toc; T21=(T41-deltaTTDN-T11)*nTDN+T11; T51=T41-((T21-T11)/(1-deltaQTDN)); T71=T11; T81=T61; T91=T11; T101=T61; p51=p41*(1-deltaQTDN*nTDN); %phan tich thiet bi lam lanh p61=p51*(1-deltaQLL*nLL); %phan tich may nen p11=pic*p61; piS=pic^(1/N); tos=1+(1/ns)*(piS^((y-1)/y)-1); p71=p61*piS; p81=p71; p91=p81*piS; p101=p91; %phan tich tuabin %deltaTTDN=50; p21=p11*(1-deltaQTDN*nTDN); pit1=p31/p21; %ty so ap suat - vao tuabin tot=pit1^(et*(y-1)/y); % ty so nhiet vao tuabin T2A1=T21*tot; nt=(1-tot)/(1-pit1^((y-1)/y)); %hieu suat cua tuabin %phan tich nhiet luong G=Qin/(Cp*(T31-T2A1));%luu luong cua chat qua may phat MHD %nhiet luong tai tung nut chu trinh Q11=G*Cp*T11; Q21=G*Cp*T21; Q2A1=G*Cp*T2A1; Q31=G*Cp*T31; Q41=G*Cp*T41; Q51=G*Cp*T51; Q61=G*Cp*T61; PMHD=Q31*nEE; %Dien nang thoat khoi may phat MHD Pc1=N*(T11-T61)*G*Cp; %nang luong ma may nen yeu cau Trang 70 Báo cáo chuyên đề HVTH: Đoàn Trung Tắng Wion=G/(MassNo*Seed*60220*1620*12.13); Pion=Wion/nion W11=PMHD-Pc1-Pion W21=Q21-Q2A1 n1=(W11+W21)/Qin %tinh entropy p2A1=p31; S1=(Cp*log(T31/Tref)-Cp*((y-1)/y)*log(p31/Pref))*G; S31=S1+(Cp*log(T31/T2A1)-Cp*((y-1)/y)*log(p31/p2A1))*G; S41=S31+(Cp*log(T41/T31)-Cp*((y-1)/y)*log(p41/p31))*G; S51=S41+(Cp*log(T51/T41)-Cp*((y-1)/y)*log(p51/p41))*G; S61=S51+(Cp*log(T61/T51)-Cp*((y-1)/y)*log(p61/p51))*G; S71=S61+(Cp*log(T71/T61)-Cp*((y-1)/y)*log(p71/p61))*G; S81=S71+(Cp*log(T81/T71)-Cp*((y-1)/y)*log(p81/p71))*G; S91=S81+(Cp*log(T91/T81)-Cp*((y-1)/y)*log(p91/p81))*G; S101=S91+(Cp*log(T101/T91)-Cp*((y-1)/y)*log(p101/p91))*G; S11=S101+(Cp*log(T11/T101)-Cp*((y-1)/y)*log(p11/p101))*G; S21=S11+(Cp*log(T21/T11)-Cp*((y-1)/y)*log(p21/p11))*G; S2A1=S21+(Cp*log(T2A1/T21)-Cp*((y-1)/y)*log(p2A1/p21))*G; x1=[S31 S41 S51 S61 S71 S81 S91 S101 S11 S21 S2A1 S31]; y1=[T31 T41 T51 T61 T71 T81 T91 T101 T11 T21 T2A1 T31]; %thu nghiem T62 p32=4.00e+005; T32=2400; T62=350; p42=p32*(1-nEE/nMHD)^(y/(y-1)); T42=T32*(1-nEE-deltaQMHD); %phan tich thiet bi trao doi nhiet %toc=1+(1/ns)*(pic^((y-1)/(y*N))-1); T12=T62*toc; T22=(T42-deltaTTDN-T12)*nTDN+T12; T52=T42-((T22-T12)/(1-deltaQTDN)); T72=T12; T82=T62; T92=T12; T102=T62; p52=p42*(1-deltaQTDN*nTDN); %phan tich thiet bi lam lanh p62=p52*(1-deltaQLL*nLL); %phan tich may nen p12=pic*p62; %piS=pic^(1/N); %tos=1+(1/ns)*(piS^((y-1)/y)-1); Trang 71 Báo cáo chuyên đề HVTH: Đoàn Trung Tắng p72=p62*piS; p82=p72; p92=p82*piS; p102=p92; %phan tich tuabin %deltaTTDN=50; p22=p12*(1-deltaQTDN*nTDN); pit2=p32/p22; %ty so ap suat - vao tuabin tot=pit2^(et*(y-1)/y); % ty so nhiet vao tuabin T2A2=T22*tot; nt=(1-tot)/(1-pit2^((y-1)/y)); %hieu suat cua tuabin %phan tich nhiet luong G=Qin/(Cp*(T32-T2A2));%luu luong cua chat qua may phat MHD %nhiet luong tai tung nut chu trinh Q12=G*Cp*T12; Q22=G*Cp*T22; Q2A2=G*Cp*T2A2; Q32=G*Cp*T32; Q42=G*Cp*T42; Q52=G*Cp*T52; Q62=G*Cp*T62; PMHD=Q32*nEE; %Dien nang thoat khoi may phat MHD Pc2=N*(T12-T62)*G*Cp; %nang luong ma may nen yeu cau W12=PMHD-Pc2-Pion W22=Q22-Q2A2 n2=(W12+W22)/Qin %tinh entropy p2A2=p32; S2=(Cp*log(T32/Tref)-Cp*((y-1)/y)*log(p32/Pref))*G; S32=S2+(Cp*log(T32/T2A2)-Cp*((y-1)/y)*log(p32/p2A2))*G; S42=S32+(Cp*log(T42/T32)-Cp*((y-1)/y)*log(p42/p32))*G; S52=S42+(Cp*log(T52/T42)-Cp*((y-1)/y)*log(p52/p42))*G; S62=S52+(Cp*log(T62/T52)-Cp*((y-1)/y)*log(p62/p52))*G; S72=S62+(Cp*log(T72/T62)-Cp*((y-1)/y)*log(p72/p62))*G; S82=S72+(Cp*log(T82/T72)-Cp*((y-1)/y)*log(p82/p72))*G; S92=S82+(Cp*log(T92/T82)-Cp*((y-1)/y)*log(p92/p82))*G; S102=S92+(Cp*log(T102/T92)-Cp*((y-1)/y)*log(p102/p92))*G; S12=S102+(Cp*log(T12/T102)-Cp*((y-1)/y)*log(p12/p102))*G; S22=S12+(Cp*log(T22/T12)-Cp*((y-1)/y)*log(p22/p12))*G; S2A2=S22+(Cp*log(T2A2/T22)-Cp*((y-1)/y)*log(p2A2/p22))*G; x2=[S32 S42 S52 S62 S72 S82 S92 S102 S12 S22 S2A2 S32]; y2=[T32 T42 T52 T62 T72 T82 T92 T102 T12 T22 T2A2 T32]; %thu nghiem T63 Trang 72 Báo cáo chuyên đề HVTH: Đoàn Trung Tắng p33=4.00e+005; T33=2400; T63=400; p43=p33*(1-nEE/nMHD)^(y/(y-1)); T43=T33*(1-nEE-deltaQMHD); %phan tich thiet bi trao doi nhiet %toc=1+(1/ns)*(pic^((y-1)/(y*N))-1); T13=T63*toc; T23=(T43-deltaTTDN-T13)*nTDN+T13; T53=T43-((T23-T13)/(1-deltaQTDN)); T73=T13; T83=T63; T93=T13; T103=T63; p53=p43*(1-deltaQTDN*nTDN); %phan tich thiet bi lam lanh p63=p53*(1-deltaQLL*nLL); %phan tich may nen p13=pic*p63; piS=pic^(1/N); %tos=1+(1/ns)*(piS^((y-1)/y)-1); p73=p63*piS; p83=p73; p93=p83*piS; p103=p93; %phan tich tuabin %deltaTTDN=50; p23=p13*(1-deltaQTDN*nTDN); pit3=p33/p23; %ty so ap suat - vao tuabin tot=pit3^(et*(y-1)/y); % ty so nhiet vao tuabin T2A3=T23*tot; nt=(1-tot)/(1-pit3^((y-1)/y)); %hieu suat cua tuabin %phan tich nhiet luong G=Qin/(Cp*(T33-T2A3));%luu luong cua chat qua may phat MHD %nhiet luong tai tung nut chu trinh Q13=G*Cp*T13; Q23=G*Cp*T23; Q2A3=G*Cp*T2A3; Q33=G*Cp*T33; Q43=G*Cp*T43; Q53=G*Cp*T53; Q63=G*Cp*T63; PMHD=Q33*nEE; %Dien nang thoat khoi may phat MHD Trang 73 Báo cáo chuyên đề HVTH: Đoàn Trung Tắng Pc3=N*(T13-T63)*G*Cp; %nang luong ma may nen yeu cau W13=PMHD-Pc3-Pion W23=Q23-Q2A3 n3=(W13+W23)/Qin %tinh entropy p2A3=p33; S3=(Cp*log(T33/Tref)-Cp*((y-1)/y)*log(p33/Pref))*G; S33=S2+(Cp*log(T33/T2A3)-Cp*((y-1)/y)*log(p33/p2A3))*G; S43=S32+(Cp*log(T43/T33)-Cp*((y-1)/y)*log(p43/p33))*G; S53=S42+(Cp*log(T53/T43)-Cp*((y-1)/y)*log(p53/p43))*G; S63=S52+(Cp*log(T63/T53)-Cp*((y-1)/y)*log(p63/p53))*G; S73=S62+(Cp*log(T73/T63)-Cp*((y-1)/y)*log(p73/p63))*G; S83=S72+(Cp*log(T83/T73)-Cp*((y-1)/y)*log(p83/p73))*G; S93=S82+(Cp*log(T93/T83)-Cp*((y-1)/y)*log(p93/p83))*G; S103=S92+(Cp*log(T103/T93)-Cp*((y-1)/y)*log(p103/p93))*G; S13=S102+(Cp*log(T13/T103)-Cp*((y-1)/y)*log(p13/p103))*G; S23=S12+(Cp*log(T23/T13)-Cp*((y-1)/y)*log(p23/p13))*G; S2A3=S22+(Cp*log(T2A3/T23)-Cp*((y-1)/y)*log(p2A3/p23))*G; x3=[S33 S43 S53 S63 S73 S83 S93 S103 S13 S23 S2A3 S33]; y3=[T33 T43 T53 T63 T73 T83 T93 T103 T13 T23 T2A3 T33]; %h2=plot(x2,y2,'b-*') h1=plot(x1,y1,'m-*',x2,y2,'bp ',x3,y3,'r+-'); grid xlabel('Truc Entropy') ylabel('Truc Nhiet Do (K)') bar([T61,T62,T63],[n1,n2,n3],0.2) …………………………….End…………………………… Trang 74 Báo cáo chuyên đề HVTH: Đồn Trung Tắng NỘI DUNG BÀI BÁO MƠ PHỎNG HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN DÙNG TỪ THỦY ĐỘNG LỰC TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SIMULATION OF POWER GENERATION SYSTEMS USING HYDRODYNAMICS IN THERMAL POWER PLANTS Lê Chí Kiên1 , Đoàn Trung Tắng2 1Trường 2Học đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM viên cao Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM TÓM TẮT Hiện nay, ngành điện nước ta đối mặt với nhiệm vụ khó khăn cung ứng nhu cầu ngày cao khách hàng Bên cạnh vấn đề nhiễm mơi trường, khủng hoảng cung cầu lượng diễn gay gắt Việt Nam mà xuất nhiều quốc gia giới Trong đó, cơng nghệ phát điện máy phát MHD có bước phát triển Nó ứng dụng rộng rãi chu trình phát điện hỗn hợp để nâng cao hiệu suất nhà máy điện Đề tài: "Mô hệ thống phát điện dùng từ thủy động lực nhà máy nhiệt điện" nghiên cứu với mục tiêu kết hợp máy phát điện MHD vào nhà máy nhiệt điện truyền thống nhằm nâng cao hiệu suất phát nhà máy nhiệt điện Các kết mơ tính tốn luận văn cho thấy hiệu suất có máy phát MHD tham gia hiệu suất cải thiện tốt so với mơ hình nhiệt điện truyền thống Từ khóa: máy phát điện MHD, nhiệt điện MHD ABSTRACT Currently, power industry in our country is facing a very difficult task that is to supply increasing demands of customers In addition, the problem of environmental pollution, the crisis of energy supply and demand are taking place very seriously not only in Vietnam but also in many countries around the world In particular, the power generation technology of MHD generators has got new developments It has been widely used in mixed generation cycles to improve the efficiency of power plants Topic: "Simulation of power generation systems using hydrodynamics in thermal power plants" has been studied with the goal of combining MHD generators into traditional thermal power plants in order to improve generation efficiency of thermal power plants The simulation results and calculations in the thesis show that the performance when the MHD generator is involved, the performance is improved better than traditional thermal models Keywords: MHD generators, thermal power plants and MHD ĐẶT VẤN ĐỀ Trong năm gần với tăng trưởng kinh tế, nhu cầu lượng tăng đáng kể nguồn tài nguyên lượng sử dụng ngày cạn kiệt Trước hồn cảnh đó, nhà khoa học không ngừng nghiên cứu đưa nhiều giải pháp nhằm nâng cao chất lượng điện như: nâng cấp nhà máy phát điện cũ, nâng cao khả truyền tải, giảm tổn thất điện năng,… Trang 75 Báo cáo chuyên đề HVTH: Đoàn Trung Tắng đặc biệt trọng đến vấn đề tìm nguồn lượng tái tạo mới, có phương pháp phát điện phát minh nghiên cứu để hồn thiện nhiều nước đặc biệt ý, phương pháp phát điện từ thủy động lực (MHD) Khác với loại máy phát điện theo nguyên lý cũ, máy phát điện (MHD) vận hành nhiệt độ cao khơng có phận chuyển động MHD phát triển mạnh mẽ nhiệt từ máy phát điện MHD gia nhiệt cho lò nhà máy nhiệt điện Hiện nay, nhà máy nhiệt điện nước ta phát triển số lượng chất lượng, đề tài thực nhằm nghiên cứu kết hợp hệ thống phát điện từ thủy động lực nhiệt điện để tăng cơng suất phát điện cho nhà máy nhiệt điện Hình 2.2: Đĩa phát MHD [2] Chu trình Brayton Ngày chu trình Brayton[3] nhắc đến động tuốc bin khí Động có ba phần:  Buồng nén khí  Buồng đốt  Buồng giãn nở làm quay tuốc bin CƠ SỞ LÝ THUYẾT Nhiệt điện tuabin khí Turbin khí đại tích hợp cơng nghệ cao gồm nén, đốt, turbin máy phát (hình 2.3) Hình 2.3: Chu trình Brayton lý tưởng [4] Hiệu suất chu trình Brayton là: Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý nhiệt điện dùng turbin khí chu trình đơn [1] Máy phát dùng đĩa Máy dùng đĩa có hiệu suất cao, máy thiết kế nhỏ gọn Năm 1994, Viện Kỹ thuật Tokyo chế tạo máy dùng đĩa có hiệu suất 22% P T   1  1   T2  P2    1 /  (2.19) Hiệu suất chu trình tuabin khí Chu trình tuabin khí thường dùng chu trình Brayton, chu trình bao gồm hai trình đẳng áp hai trình đoạn nhiệt biểu diễn đồ thị: Trang 76 Báo cáo chuyên đề HVTH: Đoàn Trung Tắng Áp suất P Nhiệt độ T P = số Vậy ta có η= 1 Chu trình phát điện kết hợp máy phát từ thủy động lực (MHD) tuabin khí chu trình kín hoạt động dựa chu trình Brayton ) PHÂN TÍCH CHU TRÌNH (2.21) ( Hình 2.4: Q trình biến đổi trạng thái chất khí chu trình Brayton - 4: Quá trình nén đoạn nhiệt - : Q trình nung nóng đẳng áp – 2: Quá trình giãn nở đoạn nhiệt – 3: Quá trình làm lạnh đẳng áp Nhiệt lượng cung cấp cho hệ thống CP.(T1 – T4).Nhiệt lượng thu từ hệ thống CP.(T2 – T3) Hình 3.1: Chu trình kết hợp MHD – tuabin khí Trong Cp nhiệt dung riêng đẳng áp Máy dùng đĩa có hiệu suất ηEE = 35% [6] Hiệu suất chu trình Brayton xác định thơng qua nhiệt dung riêng, nhiệt độ lưu chất Áp suất vào máy phát P3, áp suất khỏi máy phát P4 ta có tỉ lệ áp suất – vào MHD: ( η= ( – ) ( – ( ) – ) ( – ) ( – ) ) – =1− = (1 − = – T4 = T3.( - =( ) = ( ) P5 = P4( 1- △QTDN Thay T1 T4 vào phương trình (2.20) ta có T5 = T4 ( ) (3.3) Và nhiệt độ chất khí khỏi thiết bị trao đổi nhiệt xác định bởi: – ) (3.2) Áp suất khỏi thiết bị trao đổi nhiệt là: suy T4 = T3 ( ) ( - △QMHD) Thiết bị trao đổi nhiệt làm nhiệm vụ thực trao nhiệt chất khí chu trình =( ) η=1– (3.1) Phân tích thiết bị trao đổi nhiệt suy T1 = T2( ) Và ta có ) Và nhiệt độ chất khí khỏi máy phát MHD xác định bởi: – (2.20) mà Phân tích máy phát MHD ) ( ) (3.4) ∆ Phân tích thiết bị làm lạnh T2 – T3 = 1− ( ) Áp suất khỏi thiết bị làm lạnh xác định bởi: P6 = P5( 1- △QLL (T2 – T3) Trang 77 ) (3.5) Báo cáo chuyên đề HVTH: Đoàn Trung Tắng Phân tích máy nén Áp suất vào máy nén P6 máy nén P1 ta có tỉ số nén máy nén là: Πc = (3.6) Nếu máy nén có N tầng nén ta có mối quan hệ tỉ số nén máy nén tỉ số nén tầng nén là: Πc = ΠSN (3.7) ηc = Theo công thức (3.9) nhiệt độ chất khí sau nén là: T1 = T6 ‫ح‬c ( − 1) Tương tự phân tích ta có áp suất khỏi thiết bị trao đổi nhiệt để vào tuabin : P2 = P1( 1- △QTDN .( = 1+ Πt = − 1) (3.9) = Từ hiệu suất et = Suy et = ) với et số ( có quan hệ với Πc ta có có −1 = ) ‫ح‬t = = (3.15) Nhiệt độ chất khí khỏi tuabin là: Cuối hiệu suất máy nén xác định công thức sau: ηc = (3.14) Tỉ số nhiệt độ – vào tuabin tính sau: Thay ℎ − ℎ = CP(T1i – T6) ℎ − ℎ = CP(T1 – T6) ta cơng thức tính hiệu ( – ) suất ηc = = Trong (3.13) Tỉ số áp suất – vào tuabin khí là: ηc = – (3.12) T2 = (T4 - △TTDN – T1).ηTDN + T1 (3.8) Hiệu suất η máy nén tỉ số biến đổi enthalpy lý tưởng enthalpy thực tế ( ) Nhiệt độ chất khí vào tuabin: Tỉ số nhiệt độ – vào máy nén là: ‫ح‬c = (3.11) Phân tích tuabin khí Nhiệt độ qua tầng nén xác định bởi: ‫ح‬sj = + = ‫ح‬ T2A = T2 ‫ح‬t (3.16) Hiệu suất tuabin tỉ số biến đổi enthalpy thực tế enthalpy lý tưởng (3.10) ‫ح‬ P2 Nếu tính theo ec = ta có ec = = Tti = T2 Thực Lý tưởng Suy ra: P2A T2A = hay ln = ln T2Ai Từ ta có ‫ح‬c = cơng thức (3.10) viết lại sau Hình 3.2: Đồ thị T – s tuabin khí Trang 78 Báo cáo chuyên đề HVTH: Đoàn Trung Tắng = ηt = ‫ح‬ ηt =  Tại nút 3: S3 = S + [CP ln hay ta có (3.17) Thay cơng thức (3.15) vào (3.17) ta có hiệu suất tuabin xác định sau: / Phân tích nhiệt lượng  Lưu lượng chất khí qua máy phát MHD G= ( ) (3.18)  Nhiệt lượng nút thứ i xác định sau: Qi = G.CP.Ti  (3.27)  Tại nút 4: S4 = S3 + [CP ln (3.28)  Tại nút 5: S5 = S4 + [CP ln ‫ح‬ ηt = (3.19) – CP.( ) ln ].G ) ln ].G ) ln ].G (3.30)  Tại tầng nén : S7 = S6 + [CP ln – CP.( ) ln ].G (3.31) S8 = S7 + [CP ln PMHD = Q3 (3.32) (3.20)  Nhiệt lượngcung cấp cho chu trình tuabin S9 = S8 +[CP ln Q4 = Q3 – Q3 – Q3 △QMHD (3.21)  Năng lượng cung cấp cho máy nén: (3.33) : (3.22)  Năng lượng cần thiết để ion hóa chất khí là: Pion = – CP.( ].G (3.29)  Tại nút 6: S6 = S5 +[CP ln – CP.( Phần điện khỏi máy phát là: PC = N.(T1 – T6).G.CP ) ln – CP.( (3.23)  Điện đưa lên lưới sau chu trình MHD: W1 = PMHD – PC – P ion (3.24)  Điện lên lưới sau chu trình tuabin khí: W2 = Q2 – Q2A (3.25) 3.3.7 Tính entropy  Tính entropy mẫu: S = [CP ln – CP.( ) ln ].G (3.26) – CP.( ) ln ].G – CP.( ) ln ].G S10 = S9 + [CP ln – CP.( ) ln ].G (3.34)  Tại nút 1: S1 = S10 + [CP ln – CP.( ) ln ].G (3.35)  Tại nút 2: S2 = S1 + [CP ln – CP.( (3.36)  Tại nút 2A: S2A = S2 + [CP ln (3.37) Trong Tref Pref nhiệt độ áp suất mẫu, thông thường áp suất khí nhiệt độ mơi trường  Tính entropy nút: Trang 79 – CP.( ) ln ].G ) ln ].G Báo cáo chuyên đề HVTH: Đồn Trung Tắng TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG 4.1 Bài tốn Dữ liệu tính tốn [2],[5] [6] Bảng 4.1: Dữ liệu tính tốn tốn Hình 4.2: Kết phân tích chu trình MHD dạng đơn [7] 4.2 Bài toán Kết tính tốn Bảng 4.2: Kết tính tốn thơng số với T3 = 18000K Đồ thị T –S với T3 = 18000K Giữ thông số đầu vào toán Cho T3 = 2400oK, thay đổi T6 = 350oK 400oK Dữ liệu tính tốn tốn Bảng 4.3: Dữ liệu tính tốn tốn Kết thông số nút Bảng 4.4: Kết tính tốn thơng số với T6 = 3500K Hình 4.1: Đồ thị T –S với T3 = 18000K Hiệu suất chu trình η= = = 59,78% So sánh kết Nghiên cứu phân tích báo cáo Đại học Nagaoka Niigata Nhật Bản điều kiện nhiệt độ áp suất η = 55,2% Trang 80 Báo cáo chuyên đề HVTH: Đoàn Trung Tắng Bảng 4.5: Kết tính tốn thơng số KẾT LUẬN Từ kết mơ tính tốn hai tốn thấy hiệu suất chu trình kết hợp cao chu trình đơn Hiệu suất khơng phụ thuộc vào nhiệt độ môi chất vào máy phát MHD mà phụ thuộc vào nhiệt độ mơi chất đưa vào máy nén Do tính tốn thiết kế thiết bị chu trình người thiết kế cần lưu ý đến tính chất vật lý môi chất, quan hệ nhiệt độ entropy mơi chất nút chu trình nhằm tính tốn thiết bị xác để hiệu suất chu trình nâng cao góp phần giải tốn lượng tương lai Bên cạnh hiệu suất chu trình cịn phụ thuộc lớn vào nhiệt độ mơi chất vào máy nén khí sau làm lạnh Nếu môi chất làm lạnh sâu hiệu suất chu trình cao nhiên việc làm lạnh mơi chất có giới hạn khơng phải vơ tận cịn phụ thuộc vào nhiệt độ mơi trường Ngồi yếu tố nhiệt độ tỷ số nén số tầng nén máy nén tác động đến hiệu suất chu trình với T6 = 4000K 2500 Truc Nhiet Do (K) 2000 1500 1000 500 0 0.5 1.5 Truc Entropy 2.5 x 10 Hình 4.3: Đồ thị T –S với T6 thay đổi 3000K, 3500K 4000K Hiệu suất chu trình T6 = 3500K η= = 64,98% Hiệu suất chu trình T6 = 4000K η= = 60,76% 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 300 350 400 Hình 4.4: Biểu đồ biểu thị mối quan hệ hiệu suất chu trình nhiệt độ vào máy nén (T6) Trang 81 Báo cáo chuyên đề HVTH: Đoàn Trung Tắng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Công Hân, Nhà máy nhiệt điện, NXB Khoa học kỹ thuật, 2002, 200 trang [2] Richard J Rosa “ Magnetohydrodynamic Energy Conversion” copyright 1987 by hemisphere publishing coporation, Printed in USA, 234 pages [3] https://vi.wikipedia.org/ [4] Motoo Ishikawa, Susumu Takebe, Fukasi Kumura Yoshitaka Inui and Juro Umoto“ Application of MHD – Brayton cycle to fusion reactors”vol4cap36 [5] Ron J Litchford and Nobuhiro Harada, 2011“ Multi-MW Closed Cycle MHD Nuclear Space Power Via Nonequilibrium He/Xe Working Plasma”, Proceedings of Nuclear and Emerging Technologies for Space 2011 [6] Jack D.Mattingly“ Elements of Gas Turbine Propulsion” copyright 1996 by McGraw – Hill, Inc, Printed in Singapore, 960 pages [7] Nob Harada, Le Chi Kien, and M Hishikawa “Basic Studies on Closed Cycle MHD Power Generation System for Space Application” AIAA 2004-2365 Tác giả chịu trách nhiệm viết: Họ tên: Lê Chí Kiên Đơn vị: Khoa Điện – Điện tử, ĐHSPKT TP.HCM Điện thoại: 0987 67 30 30 Email: kienlc@hcmute.edu.vn Trang ... hệ thống phát điện từ thủy động lực nhiệt điện để tăng công suất phát điện cho nhà máy nhiệt điện 1.2 Giới thiệu máy phát điện MHD nghiên cứu MHD Máy phát điện MHD hệ thống chuyển nhiệt hay động. .. hình hệ thống phát điện dùng từ thủy động lực kết hợp nhiệt điện Chương 4: Tính tốn mơ Tính tốn mơ hình mơ hình hệ thống phát điện dùng từ thủy động lực kết hợp nhiệt điện thông số cụ thể, mô thông... Nhà máy nhiệt điện 2.1.1 Nguyên lý hoạt động nhà máy nhiệt điện 2.1.2 Các loại nhà máy nhiệt điện 2.1.3 Tiềm nhiệt điện Việt Nam 15 2.2 Máy phát điện từ thủy động