Nếu nhà máy đặt ở khu vực sơng hồ có đủ lưu lượng nước tự nhiên để làm mát thì áp dụng hệ thống làm mát kiểu hở. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống làm mát hở như sau:
Hình 5.1 - Nguyên lý cấu tạo bình ngưng và sơ đồ hệ thống làm mát dùng nước sông Hệ thống này có khả năng duy trì được độ chân không cao nhất và vận hành kinh tế nhất.
Là hệ thống tuần hồn mà bình ngưng sử dụng nước được bơm từ sơng hồ (có thể là nước ngọt hoặc nước mặn) vào bình ngưng, tại đó nước nhận nhiệt từ hơi và được đưa trở về sông, hồ.
Hơi vào bình ngưng
Hình 5.2 - Sơ đồ hệ thống tuần hoàn hở làm mát bằng nước
Hơi bão hồ từ lị hơi 1 được đưa qua bộ q nhiệt 2 trở thành hơi quá nhiệt, sau đó được phun vào tuabin qua các cụm ống phun. Hơi sau khi sinh cơng trong tuabin sẽ được dẫn thốt xuống bình ngưng 7. Tại đây hơi thốt sẽ nhả nhiệt cho nước làm mát để ngưng tụ lại thành nước ngưng. Nước làm mát được bơm tuần hoàn bơm từ sông vào. Nước làm mát sau khi nhận nhiệt của hơi sẽ được thải ra kênh thải ra sông. Hệ thống tuần hoàn như vậy gọi là hệ thống tuần hồn hở làm mát bằng nước sơng. Nước ngưng sau đó được bơm ngưng bơm qua các bình GNHA vào bình khử khí. Sau đó được bơm cấp bơm qua các bình GNCA cấp vào lị hơi.
Ngồi nhiệm vụ cấp nước làm mát bình ngưng, bơm tuần hồn cịn cấp nước cho các nhu cầu khác của nhà máy: nước để xử lý hoá học bổ sung cho chu trình, nước để làm mát khí làm mát máy phát điện, làm mát khơng khí làm mát động cơ bơm cấp, nước để làm mát các ổ trục máy nghiền, bơm, nước để làm mát dầu bôi trơn của tuabin và của các máy khác như của bơm cấp, quạt khói, quạt gió, bộ sấy khơng khí kiểu quay, nước để sinh hoạt cho công nhận viên và các mục đích khác.
Nguyên lý cấu tạo và làm việc của bình ngưng làm mát bằng nước:
Một trong những phương 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 thường có độ chân không cao, nghĩa là áp suất tuyệt đối tại đó thấp. Độ chân khơng ở sau tuabin được tạo thành là do sự ngưng tụ hơi trong thiết bị đặc biệt gọi là bình ngưng. Thiết bị bình ngưng trong sơ đồ nhà máy nhiệt điện là một trong bốn thiết bị chính của chu trình. Thường trong nhà máy nhiệt điện gặp 2 loại bình ngưng: bình ngưng làm mát bằng nước và bằng khơng khí. Hiệu quả làm mát chịu ảnh hưởng quyết định bởi nhiệt độ mơi trường nước và khơng khí đầu vào cũng như vào độ sạch của hệ thống trao đổi nhiệt trong bình ngưng và độ lọt khí khơng ngưng trong hệ thống chân không.
Hệ thống làm mát bằng nước có hiệu quả cao hơn rõ ràng so với hệ thống làm mát bằng khơng khí và thường được ứng dụng trong nhà my nhiệt điện tuabin hơi kiểu đốt than. Chi phí đầu tư và chi phí vận hành của hệ thống làm mát bằng nước cũng nhỏ hơn rõ rệt so với hệ thống làm mát bằng khơng khí.
Nguyên lý làm việc: Trên đây là sơ đồ nguyên lý cấu tạo của bình ngưng đơn giản. Hơi
sau khi sinh công trong tuabin làm quay máy phát điện sẽ đi xuống cuối tuabin hạ áp và thoát vào khoang hơi của bình ngưng qua cửa số 1. Nước làm mát (nước tuần hoàn) được bơm tuần hoàn bơm vào bình ngưng qua cửa 5. Nước sẽ nhận nhiệt nhả ra của hơi (nước đi trong các ống đồng trao đổi nhiệt) để ngưng tụ hơi. Nước nhận nhiệt nóng lên và ra khỏi bình ngưng ở cửa 6. Hơi ngưng tụ thành nước ngưng sẽ rơi xuống khoang nước số 2 của bình ngưng và được bơm ngưng bơm đi vào các bình gia nhiệt hồi nhiệt.
Trong nhà máy nhiệt điện với công suất tổ máy lớn, bình ngưng của tuabin thường là loại có hai hoặc ba, bốn chặng đường nước. Số chăng đường nước z được hiểu là số lần dòng nước làm mát đi trong cụm ống bình ngưng từ đầu này sang đầu kia, dọc theo chiều dài ống bình ngưng mà khơng đổi hướng đi của nó. Sơ đồ cầu tạo của nó như bên dưới:
Hình 5.3 - Cấu tạo bình ngưng có 2 chặng đường nước
Trong thiết bị tuabin hơi hầu hết áp dụng bình ngưng kiểu bề mặt. Thân bình ngưng được 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 ngưng. Trong bình ngưng người ta áp dụng nhiều cách bố trí ống: theo hình ơ cờ, hình tam giác, hình quả trám hoặc hình tia. Một cụm ống bình ngưng là tập hợp nhiều ống làm lạnh. Người ta phân chia các ống bình ngưng thành các cụm ống của từng chặng đường nước và cụm ống của bộ phận làm lạnh khơng khí. Trong cụm ống có thể áp dụng theo nhiều phương pháp bố trí ống khác nhau. Khoảng cách giữa 2 trục của 2 ống gần nhau gọi là bước ống. Người ta phải chọn bước ống sao cho kích thước bình ngưng có thể là nhỏ nhất. Các ống có thể là ống thẳng hoặc ống hình chữ U được gắn vào mặt sàng bằng phương pháp hàn hoặc núc ống. Hơi thoát ra khỏi tầng cuối tuabin thì đi vào bình ngưng qua cổ bình ngưng. Hơi đi vào trong không gian giữa chùm ống và chuyển động dọc theo các ống nếu khơng có tấm chắn hoặc có thể chuyển động cắt ngang và dọc theo các ống nhờ có các tấm chắn để tăng cường quá
trình trao đổi nhiệt và chống rung động cho ống. Hơi truyền cho nước làm lạnh lượng nhiệt ẩn hố hơi của mình và sau đó được ngưng tụ lại. Nước chảy vào ống góp nước ngưng rồi được bơm nước ngưng hút đi. Nước làm lạnh được cho đi trong các ống nhỏ. Với dịng mơi chất chảy trong ống, khi gọi quãng đường đi của môi chất từ đầu này đến đầu kia của thiết bị là hành trình thì 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 dịng mơi chất chảy trong ống khi lưu lượng không đổi để tăng hệ số trao đổi nhiệt.
Khơng khí và các khí khơng ngưng tụ khác lọt vào bình ngưng được tách ra khỏi hỗn hợp, được hút ra ngồi bằng bơm chân khơng (ejector) qua lỗ hút khơng khí. Trong bình ngưng tạo nên một luồng chuyển động của hỗn hơp hơi - khơng khí từ cổ bình ngưng đến lỗ rút khơng khí. Hỗn hợp hơi khơng khí trong khơng gian giữa các ống đồng chuyển động theo một quỹ đạo cong, đặc tính của quỹ đạo này phụ thuộc vào cách bố trí cụm ống trong bình ngưng. Quá trình ngưng tụ hơi được xảy ra dần dần trên các quỹ đạo chuyển động này.
Nhiệm vụ của thiết bị ngưng tụ:
Nhiêm vụ của thiết bị bình ngưng trong sơ đồ nhiệt nhà máy nhiệt điện đã rõ ràng: là để tạo ra áp suất thấp sau tầng cuối cùng của tuabin và để ngưng đọng lượng hơi thoát tạo ra nước ngưng sạch cấp cho lị hơi. Ngồi ra trong bình ngưng cịn xảy ra q trình khử khí bằng nhiệt cho nước ngưng. Bình ngưng giúp thu được lượng nước khi ngừng khối, khi khởi động và để chứa nước bổ sung hoặc nước ngưng sạch vào bình ngưng.