a> Hệ thồng tuần hoàn hở
Là hệ thống tuần hoàn mà bình ngng sử dụng nớc đợc bơm từ sông hồ (có thể là nớc ngọt hoặc nớc mặn) vào bình ngng, tại đó nớc nhận nhiệt từ hơi và đợc đa trở về sông , hồ .
Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống tuần hoàn hở làm mát bằng nớc
sẽ đợc đa vào bình ngng 7 . Tại đây hơi thoát sẽ đợc thành nớc ngng nhờ nớc làm mát đợc bơm tuần hoàn bơm tù sông . Nớc sau khi làm mát sẽ đợc đa trỏ lại sông . Hệ thống tuần hoàn nh vậy gọi là hệ thống tuần hoàn hở làm mát bằng nớc . Nớc ngng sau đó đợc bơm ngng bơm qua bình GNHA vào bình khử khí. Sau đó đợc bơm cấp bơm qua bình GNCA cấp vào lò hơi .
Hình 1.3. Nguyên lý cấu tạo bình ngng dùng nớc làm lạnh đi trong ống
1 : Cửa hơi vào 4 : Các ống truyền nhiệt 2 : Cửa nớc ngng ra 5 : Cửa nớc làm lạnh vào 3 : Vỏ bình ngng 6 : Cửa nớc làm lạnh ra
Nguyên lý : Trên đây là sơ đồ cấu tạo của bình ngng đơn giản nhất . Hơi sau khi sinh công trong tuabin làm quay máy phát điện đẻ sinh ra điện sẽ đợc đa vào bình ngng qua cửa hơi vào 1 . Nớc làm lạnh đợc bơm tuần hoàn bơm vào bình ngng qua cửa vào nớc làm lạnh 5 , sau đó nớc đợc đi trong các dàn ống đồng trao đổi nhiệt . Tại đó nớc nhận nhiệt từ hơi truyền qua các ống đồng và đi ra ngoài qua cửa nớc làm lạnh ra 6 . Hơi sau khi nhả nhiệt sẽ ngng tụ và chảy ra ngoài qua cửa nớc ngng ra 2.
Nớc làm lạnh vào
Hơi vào
Nớc ngng ra Nớc làm lạnh
b> Hệ thống tuần hoàn kín
Là hệ thống tuần hoàn mà nớc đợc bơm tuần hoàn bơm vào bình ngng tại đây diễn ra sự trao đổi nhiệt , nớc nhận nhiệt , hơi nhả nhiệt và ngng tụ lai thành nứơc ngng. Nớc sau khi nhận nhiệt và ra khỏi bình ngng sẽ đợc đa vào tháp giải nhiệt . Tại đó nớc sẽ nhả nhiệt cho không khí làm mát, nứơc sau khi đợc làm mát sẽ đợc chứa trong hầm chứa nớc và nớc này sẽ tiếp tục đợc bơm đi làm mát cho bình ngng . Lợng nớc làm mát bị bốc hơi khi làm mát sẽ đợc bổ xung thêm bằng nớc chứa ở hồ chứa.
Hình 1.5. Nguyên lý cấu tạo của tháp giải nhiệt 1 : ống dẫn nớc nóng vào tháp 5 : quạt hút không khí 2 : Khối đệm 6 : Cửa lhông khí vào tháp 3 : Giàn phun nứơc 7 : ống dẫn nớc bổ xung
4 : Tấm chắn nớc 8 : ống dẫn n ớc lạnh ra khỏi tháp
Nớc nóng từ bình ngng đợc bơm lên va phun đều trên khối đệm. Nhờ khối đệm này nớc chảy thêo đờng zích zắc với thời gian lu lại khá lâu . Không khí đợc hút vào từ dới lên nhờ quạt Nhờ khối đệm mà diện tích tiếp xúc giữa nớc và không khí tăng lên rất nhiều nhờ đó hiệu quả trao đổi nhiệt là rất lớn . Sau khi làm mát , nớc đợc thu lại ở đáy tháp và đa trở về bình ngng .
1.1.1 - Hệ thống tuần hoàn làm mát bằng không khí
Là hệ thống tuần hoàn mà thiết bị ngng tụ sử dụng không khí để làm mát hơi từ tuabin đa vào thiết bị ngng tụ .
Hình 1.6. Sơ đồ hệ thống tuần hoàn làm mát bằng không khí
Hình 1.7. Sơ đồ cấu tạo thiết bị ngng tụ hơi dùng môi chất làm lạnh là không khí
1 : ống góp hơi vào 3 : Quạt hút 2 : ống góp nớc ngng ra 4 : ống truyền nhiệt
Nguyên lý : Hơi sau khi sinh công trong tuabin sẽ đợc đa vào ống góp hơi của thiết bị ngng tụ 1 , tại đó hơi sẽ đợc phân bố đều vào các dàn ống truyền nhiệt 4 . Không khí làm mát sẽ đợc quat hút 3 hút vào và đợc đẩy qua các dàn ống truyền nhiệt . Tại đây, hơi sẽ nhả nhiêt cho không khí qua dàn ống truyền nhiệt va ngng tu trong dàn ống truyền nhiệt rồi đi xuống ống góp nớc ngng ra 2 ở hai bên , không khí nhận nhiệt và ra khỏi thiết bị ngng tụ .
1.2 - Thiết bị bình ngng
1.2.1 - Nhiệm vụ và nguyên lý cấu tạo của bình ngng làm mát bằng nớc Một trong những phơng pháp nâng cao hiệu suất của thiết bị tuabin là giảm Một trong những phơng pháp nâng cao hiệu suất của thiết bị tuabin là giảm nhiệt độ hơi thoát ra khỏi tuabin . Những tuabin hiên đại thì ở tầng sau cùng thờng có độ chân không cao, nghĩa là áp suất tuyệt đối tại đó thấp . Độ chân không ở sau tuabin đợc tạo thành là do sự ngng tụ hơi trong thiết bị đặc biệt gọi là bình ngng. Thiết bị bình ngng trong sơ đồ nhà máy nhiệt điện là một trong bốn thiết bị chính của chu trình .
Nh vậy nhiêm vụ của thiết bị bình ngng trong sơ đồ nhiệt nhà máy nhiệt điện đã rõ ràng : để tạo ra áp suất thấp sau tầng cuối cùng của tuabin và để ng- ng đọng lợng hơi thoát tạo ra nớc ngng sạch cấp cho lò hơi . Ngoài ra trong bình ngng còn xảy ra quá trình khử khí bằng nhiệt cho nớc ngng . Bình ngng thu lợng nớc khi ngừng khối và khi khởi động va bổ xung nớc ngng hoặc nớc ngng sạch vào bình ngng .
Cấu tạo bình ngng làm mát bằng nớc :
Bình ngng là một thiết bị trao đổi nhiệt . Hơi và nớc làm lạnh trong bình ng- ng có thể tiếp xúc trực tiếp và hỗn hợp với nhau . Bình ngng này gọi là bình ngng hỗn hợp . Nếu hơi và nớc làm lạnh đợc ngăn cách bằng ống kim loại thì sự ngng tụ hơi sẽ xảy ra trên bề mặt tờng ống và lợng nhiệt của hơi truyền cho
nớc làm lạnh sẽ qua vách ống . Bình ngng nh vậy gọi là bình ngng bề mặt . Trong thiết bị tuabin hơi hầu hết áp dụng bình ngng kiểu bề mặt . Thân bình ngng đợc nối với mặt sàng ống bằng các bulông hoặc bằng các mối hàn. Mặt sàng ống có khoan lỗ dùng để lắp các ống đồng .Tổng diện tích bề mặt các ống tạo nên bề mặt làm lạnh của bình ngng . Trong bình ngng ngời ta áp dụng nhiều cách bố trí ống : theo hình ô cờ , hình tam giác , hình quả trám , hình tia . Một cụm ống bình ngng là tập hợp nhiều ống làm lạnh . Ngời ta phân chia các ống bình ngng thành các cụm ống của từng chặng đờng nớc và cụm ống của bộ phận làm lạnh không khí . Trong cụm ống có thể áp dụng theo nhiều phơng pháp bố trí ống khác nhau khoảng cách giữa 2 trục của 2 ống gần nhau gọi là bớc ống . Ngời ta phải chọn bớc ống sao cho kích thớc bình ngng có thể là nhỏ nhất . Các ống có thể là ống thẳng hoặc ống hình chữ U đợc gắn vào mặt sàng bằng phơng pháp hàn hoặc núc ống . Hơi thoát ra khỏi tầng cuối tuabin thì đi vào bình ngng qua cổ bình ngng, hơi đi vào trong không gian giữa các ống và chuyển động dọc theo các ống nếu không có tấm chắn hoặc có thể chuyển động cắt ngang và dọc theo các ống nhờ có các tấm chắn để tăng cờng quá trình trao đổi nhiệt và chống rung động cho ống, hơi truyền cho nớc làm lạnh lợng nhiệt ẩn hoá hơi của mình và sau đố đợc ngng tụ lại . Nớc chảy vào ống góp nớc ngng rồi đợc bơm nớc ngng hút đi . Nớc làm lạnh đợc cho đi trong các ống nhỏ . Với dòng môi chất chảy trong ống, khi gọi quãng đờng đi của môi chất từ đầu này đến đầu kia của thiết bị là hành trình, thiết bị có thể có 1 hành trình , 2 hành trình, hoặc 4,6,8 hành trình. Số hành trình…
tăng lên sẽ làm tăng tốc độ của dòng môi chất chảy trong ống khi lu lợng không đổi .
Không khí và các khí không ngng tụ khác lọt vào bình ngng đợc tách ra khỏi hỗn hợp đợc hút ra ngoài bằng bơm chân không qua lỗ hút không khí . Trong bình ngng tạo nên một luồng chuyển động của hỗn hơp hơi không khí từ cổ bình ngng đến lỗ rút không khí . Hỗn hợp hơi không khí trong không gian
này phụ thuộc vào cách bố trí cụm ống trong bình ngng . Quá trình ngng tụ hơi đợc xảy ra dần dần trên các quỹ đạo chuyển động này .
1.2.2 - Các khái niệm liên quan đến bình ngng làm mát bằng nớc
a> Độ chân không trong bình ngng
Một trong những phơng pháp nâng cao hiệu suất của thiết bị tuabin là giảm nhiệt độ hơi thoát ra khỏi tuabin . NHững tuabin hiện đại thì ở tầng sau cùng thờng có độ chân không cao, nghĩa là áp suất tuyệt đối tại dố thấp . Độ chân không ở sau tuabin đợc tạo thành do sự ngng tụ hơi trong thiết bị đặc biệt gọi là bình ngng, còn quá trình ngng tụ hơi đợc thực hiện bằng cách lấy đi nhiệt ẩn hoá hơi của hơi ở áp suất không đổi . Bình ngng làm việc thờng ở áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển do liên tục có sự ngng tụ hơi thành nớc ngng . Phần áp suất nhỏ hơn của áp suất tuyệt đối trong bình ngng so với áp suất khí quyển pkq đợc gọi là độ chân không bình ngng, ký hiệu là pck.
Pck = pkq - pk (1.1)
Nh vậy, ở một nơi có áp suất khí quyển là một hằng số thì khi độ chân không bình ngng càng lớn có nghĩa là khi đó áp suất tuyệt đối trong bình ngng càng nhỏ . Chế độ vận hành bình ngng nào càng duy trì đợc độ chân không lớn thì chế độ vận hành bình ngng đó càng tốt .
Theo sơ đồ công nghẹ của quá trình sản xuất điện trong nhà máy nhiệt điện thì : một số tầng cách phía cuối tuabin hạ áp, một số đờng ống dẫn hơi trích và bình gia nhiệt hạ áp cũng nh toàn bộ thiết bị bình ngng đều phải làm việc trong điều kiện áp suất phía hơi nhỏ hơn áp suất khí quyển . Tất cả các thiết bị và đờng ống náy tạo thành một hệ thống gọi là hệ thống chân không . Yừu cầu phaitranhs không cho không khí lọt vào bình ngng . Nhng thực tế, trong hệ thống tuabin và bình ngng luôn có độ chân không và không kín nên vẫn có một lợng nhỏ lhông khí lọt vào. Ngoài ra cũng có một phần không khí lẫn trong hơi từ lò hơi vào tuabin . Do đó trong bình ngng luôn có hỗn hợp hơi không khí . Nếu không loại trừ không khí ra khỏi bình ngng thì không tạo đợc độ chân không cao . Vì vậy để duy trì độ chân không thì cần thiết phải hút liên
tục không khí ra khỏi bình ngng và để tránh lợng không khí lọt vào này, ngời ta thờng dùng chèn thuỷ lực tại các mặt bích . Ngoài ra lợng không khí lọt th- ờng tăng khi giảm phụ tải của tuabin và bình ngng, bởi khi đó phạm vi hệ thống chân không tăng lên, do đó xuất hiện thêm vị trí mới là nơi không khí có thể lọt vào . Để đánh giá sơ bộ độ lớn của lợng không khí lọt khi tuabin đang vận hành ở chế độ định mức, Viện nhiệt toàn Liên bang Nga BT đã đa ra công thức thực nghiệm :
- Khi lu lợng hơi định mức vào bình ngng Dk ≥ 50 t/h : Ga = 2+( Dk/ 50) [kg/h] (1.2) - Khi lu lợng hơi định mức vào bình ngng Dk < 50 t/h :
Ga = 1+( Dk/ 25) [kg/h] (1.3) Dk là lu lợng hơi vào bình ngng ở chế độ định mức [t/h] Ga là lợng không khí lọt [kg/h]
b> áp suất hơi thoát và áp suất trong bình ngng
áp suất hơi thoát là áp suất tuyêt đối của dòng hơi thoát khỏi tuabin ở trớc cửa vào của ống thoát vào bình ngng, hay nói cách khác nó cũng là áp suất tuyệt đối của dòng hơi thoát ở điểm sau tầng cách động cuối cùng của tuabin áp suất bình ngng Pk là áp suất tuyệt đối của hỗn hợp hơi trong bình ng- ng . áp suất này đợc xác định khi trong bình ngng có cân bằng nhiệt động giữa pha hơi và pha lỏng ngng tụ của nó . Do bình ngng luôn luôn làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển nên luôn có lẫn không khí trong bình ngng . Ngoài ra, trong bình ngngcòn có lẫn các khí hoà tan khác do hơi thoát mang vào . Nên trong bình ngng luôn tồn tại hỗn hợp hơi nớc – các khí . áp suất bình ngng pk chình là tổng các phân áp suất của các khí lẫn vào cộng với phân áp suất của hơi nớc .
Dòng hơi thoát khỏi tuabin đợc dẫn vào bình ngng qua một ống thoát do đó có sự tổn thất áp suất . Chính vì vậy mà xét về độ lớn thì áp suất bình ngng sẽ nhỏ hơn áp suất hơi thoát p2 một lợng bằng tổn thất áp suất dọc đờng đi của
không những phụ thuộc vào hình dạng, kích thớc của ống thoát mà còn phụ thuộc vào trạng thái động học của dòng hơi thoát khỏi tuabin . Có thể đánh giá sự phụ thuộc này qua công thức thực nghiệm :
∆p = p2 – pk = λ .( C2/100).pk (1.4) λ : là hệ số mất mát λ= 0.07ữ0.1
C2 : là tốc độ dòng hơi thoát khỏi tuabin vào ống thoát [m/s]
c> Suất phụ tải nhiệt và suất phụ tải hơi
Lợng nhiệt cân bằng giữa quá trình thải nhiệt do ngng tụ hơi và quá trình nhận nhiệt của nớc làm lạnh trong một đơn vị thời gian gọi là phụ tải nhiệt của bình ngng Qk [J/s; W] . Phụ tải nhiệt bình ngng có khi còn đợc gọi là công suất nhiệt bình ngng . Nó chính là lợng nhiệt trao đổi giữa hơi và nớc làm lạnh trong bình ngng trong một đon vị thời gian trên toàn bộ diện tích bề mặt làm lạnh của bình ngng .
Suất phụ tải nhiệt của bình ngng qk là phụ tải nhiệt tính trên một đơn vị diện tích bề mặt làm lạnh của bình ngng . Nếu gọi F là tông diện tích bề mặt làm lạnh của bình ngng thì:
qk = Qk/F [W/m2] (1.5)
Lu lợng hơi thoát khỏi phần hạ áp tuabin đi vào bình ngng Dk [kg/s] gọi là phụ tải hơi của bình ngng . Còn suất phụ tải hơi dk là phụ tải hơi tính trên một đơn vị diện tích trao đổi nhiệt bình ngng :
dk = Dk/F [kg/m2.s] (1.6)
Nếu gọi ∆i lu lợng nhiệt của 1kg hơi cần thải ra ở bình ngng để ngng tụ lại thì ta có liên hệ giữa suất phụ tải nhiệt và suất phụ tải hơi :
Qk = ∆i . Dk = ( i2 –ik ) . Dk [W] (1.7) Hay qk = ∆i . dk (1.8)
ở chế độ định mức thì giá trị của dk thờng khoảng 30 – 45 [kg/m2h]
Nếu gọi lu lợng nớc làm lạnh là W [kg/s] thì bội số làm lạnh m đợc định nghĩa là tỷ số giữa lu lợng nớc làm lạnh và phụ tải hơi của bình ngng:
m = W/Dk (1.9)
Khi tính nhiệt bình ngng, ngời ta thờng chọn giá trị của bội số làm lạnh trong khoảng m = 50 ữ 90 .
Số chăng đờng nớc Z đợc hiểu là số lần dòng nớc làm lạnh đi trong cụm ống dọc theo chiều dài ống bình ngng mà không đổi hớng đi của nó . Trong thực tế thờng gặp các bình ngng thuộc loại có một chặng đờng nớc hoặc đôi khi có loại có hai chặng đờng nớc tuỳ theo công suất cử tổ máy là nhỏ hay lớn . Hình 1.8. Sơ đồ bình ngng một chăng đờng nớc Nớc làm lạnh vào Nớc ngng ra Nớc làm lạnh ra Hơi vào
Nớc làm lạnh ra Hơi vào Đờng rút khí không ngng Nớc làm lạnh vào Nớc ngng ra Hình 1.9. Sơ đồ bình ngng hai chặng đờng nớc
Chơng II
Giới thiệu về bình ngng nhà máy nhiệt điện Phả Lại 300MW
Bình ngng do hãng Holtec chế tạo, là thiết bị trao đổi nhiệt kiểu bề mặt . Mục đích là để chế tạo ra áp suất thấp sau tầng cuối cùng của tuabin và để ng- ng đọng lợng hơi thoát tạo ra nớc ngng sạch cấp cho lò hơi . Ngoài ra trong bình ngng còn xảy ra quá trình khử khí bằng nhiệt cho nớc ngng . Bình ngng thu lợng nớc khi ngừng khối và khi mới khởi động và bổ xung nớc ngng hoặc nớc ngng sạch vào bình ngng . ở bình ngng tận dụng nguồn xả có nhiệt hàm thấp .