Cân bằng hơi và nước ngưng

Mục đích của cân bằng hơi và nước ngưng là nhằm kiểm tra kết quả tính toán αk = 1- αh1 - αh2 - αh3- αTP- αkk - αh5- αh6 - αh7 - αh8

Trong đó :

α0 : Lưu lượng hơi mới: α0 =1

∑ar = α1 + α2 + α3 + TP + α4 + α5 + α6 + α7 + α8 = 0,3933

αh

K = 1- ∑ar = 0,6067 Tính sai số tương đối : ∆ = αn−αh

αh .100 = 0,61020,6067−0,6067 ∆ = 0,58 %

Vậy kết quả ở trên là hợp lý

Nhiệt độ nước vào và ra của nước làm mát t1 = 25 oC, t2 = 35oC Ta có phương trình cân bằng nhiệt : αk.(ik - ir

bn) = αlm. Cp.Δτ

 0,6102.(2520 – 163,37)= αlm.4,183(35-25)

 αlm = 34,376.

2.6 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG VÀ TIÊU HAO HƠI TRÊN TUA BIN

Đối với các cửa trích phía trên và đường đi QNTG

yi= ii−ik+(isQNTG−itrQNTG)

i0'−ik+(isQNTG−itrQNTG) - isQNTG= 3578 kJ/kg là entanpy hơi sau khi đi QNTG về - itrQNTG=3002 kJ/kg là entanpy hơi đi QNTG

qQNTG=isQNTG−itrQNTG=3578 - 3002 = 576 kJ/kg Với các cửa trích phía sau cửa trích đi QNTG

yi=i ii−ik

0'−ik+(isQNTG−itrQNTG) Tổng của các dòng hơi trên tuabin được xác định ở bảng sau:

Xác định các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của tổ máy Tiêu hao hơi cho tuốc bin

Điểm

trích αi

Ii qQNTG

yi Σαi.yi

Tiêu hao hơi vào tuốc bin

Do Suất tiêu hao hơi do [kJ/kg] [kJ/kg] [T/h] kg/s [kg/kWh] 0 1.0175 3373.72 576.24 - 0.205 1319.20 366.44 2.62 0' 1 3373.72 - 1 0.065 3110.94 0.816 2 0.110 3002.00 0.740 2' 0.825 3578.2 - PL LH GN1 GN3 GNBS KK BC TBP GN4 GN2 GN5 GN6 LC LE BNN BN BNÐ A 1 2 3 5 6 4 6 5 4 chStop cc ce cold water QNTG

4 3 0.037 3363.70 0.590 KK 0.007 3258.94 0.517 TBP 0.044 3363.70 0.590 5 0.037 3062.06 0.379 6 0.038 2948.42 0.300 7 0.043 2758.01 0.166 8 0.013 2648.88 0.090 BN 0.610 2520.00 - Do= Dok 1−∑ i=1 z αi. yi = Ne [(io'−ik)+(isQNTG−itrQNTG)](1−∑ i=1 z αi. yi).❑g.❑m ,[kg s ] Trong đó:

- Ne : Công suất điện cần thiết kế của tổ máy , [kW]

- io’ = 3373,3 kJ/kg , ik= 2520,05 kJ/kg lần lượt là entanpy của hơi mới ở đầu vào tầng cánh đầu tiên và đầu ra khỏi tầng cánh cuối cùng của tuabin

- g và m lần lượt là hiệu suất máy phát điện và hiệu suất cơ khí. Chọn ¿0,98 Thay số ta có: Do= 400000 ((3373,3−2520)+576,24).(1−0,205).0,98 .0,98=366,44 kg s =1319,20t/h

- Lưu lượng nước cấp

Dnc=αnc× D0=1,0175×366,44=372,86kg/s

Công suất tuabine truyền động bơm cấp

NTP=Dnc×hBa ηB ,[kW] Trong đó:

hBa=31,62kJ/kg: Công nén đoạn nhiệt trong bơm

ηB=0,883: Hiệu suất toàn bộ có tính đến tổn thất cơ và tổn thất lưu lượng (ηB=ηc×ηb,=0,85×0,98=0,883)

Vậy ta có:

NTP=372,86×31,62

0,883 =14155,6kW.

2.6.2 Suất tiêu hao hơi của tuabine

Ý nghĩa: Phải dùng bao nhiêu kg hơi đưa vào tuabine để sản xuất ra được 1kWh điện năng

d0=D0

2.6.3 Tiêu hao nhiệt cho thiết bị tuabin

Lượng nhiệt chính mà là hơi phải cung cấp cho turbine và bình ngưng

QTB=Do(io−inc+αQNTG. qQNTG) ¿366,44.(3373,72−1177,94+0,825. 567,24)=978757,6kW .

2.6.4 Suất tiêu hao nhiệt cho thiết bị tuabin

Là lượng nhiệt tiêu hao cho thiết bị turbine sản xuất 1kWh điện

qTB=QTB

Ne =3600 978757,6

400000 =8808,82k W .hkJ

2.6.5 Tiêu hao nhiệt cho lò hơi

Tổng lượng nhiệt tiêu hao cho lò hơi để sản xuất hơi quá nhiệt ở đầu ra bộ quá nhiệt cuối cùng trước khi dẫn sang gian đặt thiết bị của turbine

QLH=DLH.(iqn−inc+αQNTG.qQNTGLH ) , kW

Trong đó : DLH là lưu lượng nước cấp vào lò hơi DLH = nc . Do = 1,0175.366,44 = 372,86 kg/s

iqn là entanpy của hơi quá nhiệt ra khỏi bộ quá nhiệt . Áp suất hơi quá nhiệt 233 bar , nhiệt độ hơi quá nhiệt là 560 oC .Tra bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt ta có iqn = 3373,72 kJ/kg.Thay vào công thức trên ta có :

QLH = 372,86.( 3373,72 -1177,94+0,825.576) = 995885,84 kW.

2.6.6 Suất tiêu hao nhiệt cho lò hơi

Lượng nhiệt mà nước nhận được trong là hơi tính cho một đơn vị nhiệt năng sản xuất ra.

qLH=QLH

Ne =995885,84400000 =8962,97k W .hkJ

2.6.7 Tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy

ĐN: Tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy là lượng nhiệt năng tiêu hao cho lò hơi mà nhiên liệu phải cung cấp. Qc=QLH

ηLH ,[kJkg] Trong đó:

ηLH [%]: Hiệu suất lò hơi. ηLH=100−∑

i=2 6

qi,[%]

+q2: Tổn thất nhiệt do khói mang ra ngoài (4÷6)%, lấy q2 = 6%. +q3: Tổn thất nhiệt do cháy không hết về mặt hóa học.

+q4: Tổn thất nhiệt do cháy không hết về mặt cơ học. q3 + q4 = (1÷3)% +q5: Tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh, lấy q5 = 1%. +q6: Tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài, lấy q6 = 0.

ηLH=100−(6+3+1)=90%

Qc=QLH

❑LH=995885,840,9 =1106539,83k W.

Định Nghĩa: Suất tiêu hao nhiệt cho toàn tổ nhà máy là tiêu hao nhiệt cho toàn tổ nhà máy để sản xuất ra một đơn vị điện năng (thường 1kWh).

qc=Qc Ne,[kW kW] qc=Qc Ne=3600 1106539,83400000 ¿9958,86kJ/kWh.

2.6.9 Hiệu suất truyền tải môi chất trong nhà máy

Hiệu suất truyền tải môi chất được tính theo các tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh và tổn thất áp suất trên đường vận chuyển môi chất nước và hơi trong toàn bộ chu trình nhiệt của nhà máy. Nhưng do tổn thất trên đường vận chuyển giữa gian lò và gian tuabine là lớn nhất nên hiệu suất truyền tải tính theo tổn thất trên đường này.

ηtr=QTB

QLH=995885,84978757,6 x100=98,28 %

2.6.10 Hiệu suất của thiết bị tuabine

ĐN: Hiệu suất của thiết bị tuabine là hiệu suất khối thiết bị tuabine - máy phát, có kể cả tổn thất nhiệt ở bình ngưng.

ηTB= Ne

QTB= 400000

978757,6=0,4087=40,87%

2.6.11 Hiệu suất toàn bộ nhà máy

ĐN: Hiệu suất của toàn nhà máy cũng chính là hiệu suất của toàn tổ máy khi các tổ máy có cùng công suất điện với nhau.

ηc=Ne

Qc=1106539,93400000 =0,3615=36,15%

2.6.12 Tiêu hao nhiên liệu cho toàn tổ máy và toàn nhà máy

Tiêu hao nhiên liệu cho toàn tổ máy được tính bằng cân bằng nhiệt của riêng lò. Tiêu hao nhiên liệu cho toàn bộ nhà máy có nhiều tổ máy được tính bằng tổng tiêu hao nhiên liệu cho từng tổ máy.

+Tiêu hao nhiên liệu cho toàn tổ máy.

Btc= Ne

ηc×Qthlv,[ kg

s ] Qthlv=29310kJ/kg: Nhiệt trị thấp làm việc tiêu chuẩn.

Btc=0,3615400000×29310=37,75kgs =135,91t/h

2.6.13 Suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn

ĐN: Suất tiêu hao nhiên liệu tiệu chuẩn là lượng nhiên liệu tiêu chuẩn tiêu hao để sản xuất ra một đơn vị điện năng.

btc=Btc

Ne=37,75x3600

CHƯƠNG 3: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ CỦA NHÀ MÁY

Nội dung chương này nhằm tính toán lựa chọn các thiết bị trong nhà máy như các loại bơm cấp, bơm nước ngưng, bơm tuần hoàn, các loại quạt, các bình gia nhiệt...

3.1 LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHÍNH CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN

Thiết bị chính của nhà máy điện bao gồm lò hơi và tuabin. Trong phần tính toán ở chương 2 ta đã chọn tuabin, do vậy trong mục này ta chỉ cần đề cập đến việc lựa chọn lò hơi

- Chọn năng suất, loại và số lượng lò hơi dựa trên cơ sở sau: + Đảm bảo cung cấp đủ hơi.

+ Tổn hao kim loại và giá thành thấp.

+ Áp dụng cấu trúc là hợp lý, dùng cùng một loại và cùng năng suất trong một khối cũng như trong toàn nhà máy

Tổng năng suất định mức của lò hơi làm việc phải cao hơn phụ tải cực đại của lò hơi một ít. Phụ tải hơi của lò hơi bao gồm lượng hơi cực đại đến tuabin làm việc, lượng hơi chèn, tiêu hao hơi cho Ejectơ, tổn thất rò rỉ hơi. Phụ tải hơi của lò được chọn theo tiêu hao hơi cho tuabin có kể đến rò rỉ và lấy thêm 3% dự trữ

D = D0 (1 + bs). 1,03 Trong đó:

1,03: hệ số tính đến độ dự trữ

D0 = 366,44 kg/s: lưu lượng hơi mới  D = 366,44(1 + 0,0175). 1,03 D = 382,15 Kg/s

Hay D = 1375,8 T/h

Với sản lượng này ta chọn loại lò hơi trực lưu ∏π -1650-255 ,mỗi khối có 1 lò hơi.Vậy toàn nhà máy có 3 lò hơi,hơi có các thông số như sau:

- Sản lượng hơi 1650T/h - Thông số hơi quá nhiệt

Nhiệt độ : 545℃

Áp suất : 250 bar

Nhiệt độ nước cấp : 270 ℃

Nhiệt độ khói thoát :138℃

Hiệu suất 91,7 %

Nhiên liệu than cám và có các thành phần đặc tính như sau Clv = 73,6%; Slv = 0,4%; Nlv = 0,2%; Alv = 16,8% H2lv = 1,3%; Wlv = 5,5%; O2lv = 2,2%; Qtlv = 29310 kJ/kg. 3.2 LỰA CHỌN THIÊT BỊ PHỤ 3.2.1 Bơm nước cấp

Bơm nước cấp là thiết bị quan trọng trong nhà máy bởi vì nó phải đảm bảo khả năng làm việc chắc chắn của lò hơi để việc sản xuất điện năng được ổn định

Bơm nước cấp được chọn sao cho cấp đủ nước ở công suất cực đại của toàn khối với lượng dự trữ 5 %

Nhà máy có công suất 1200MW,được chia làm ba khối ,mỗi khối 400MW dùng bơm cấp truyền động bằng tuabin ngưng hơi.Hơi cấp cho tuabin phụ lấy từ cửa trích số 3 của tuabin chính ,sau khi ra khỏi tuabin phụ hơi thoát được đưa qua bình ngưng. Bơm điện dự phòng,khởi động có năng suất 50% lưu lượng toàn khối

Để chọn bơm ta dựa vào các thông số sau: - Lưu lượng nước cấp : Dnc = 372,86kg/s

 Lưu lượng nước cấp của 1 bơm có kể đến 5 % dự trữ là: Dnc = 372,86.(1 + 0,05)

Dnc = 391,5 kg/s

Năng suất của bơm nước cấp có tính đến dự phòng 5% Qnc = Dnc.υ

 Qnc = 391,5. 0,00106.3600(1+0,05) = 1568,66 m3/h =0,4357 m/s

Tổng chiều cao cột áp bơm cấp tính theo công thức (2.8) tl1 tr42,đã tính toán ở mục 2.4.3

Cột áp của bơm nước cấp được xác định ở phần (2.4.3) là 25,37 Mpa,lấy dự phòng 10 % cột áp ta có

- Cột áp của bơm nước cấp lấy dự trữ cột áp 5 % ta có: p = 25,37 (1 + 0,05) MPa

p = 26,6x106 N/m2

Wbc= Qnc .p/.bom = 14509 kW Từ Qnc = 1497,6 m3/h và Wbc = 13818 W

Ta chọn bơm cấp chạy bằng tuabin hơi theo bảng PL 3.9.f trang 168, TL [1] có thông số như nhau:

Ký hiệu: CBNT 350-1350 Công suất: 1500 m3/h Áp suất đầu đẩy: 350at Áp suất đầu hút: 20at Số vòng quay: 5500 v/phút Công suất tiêu thụ: 16400 kW Hiệu suất: 0,4

Số lượng: 1 bơm chính và 1 bơm dự phòng có cùng công suất.

3.2.2 Bơm nước ngưng

Năng suất của bơm được xác định theo lượng hơi lớn nhất đi vào bình ngưng có tính đến trích hơi đi gia nhiệt hồi nhiệt đồng thời có tính đến độ dự trữ 5%.

Dng = DK + Dđ8 + De + DTP , kg/s trong đó:

Dng: lượng nước ngưng

DK: lượng nước do hơi cuối tuabin ngưng tụ ở bình ngưng DK = K. D0 = 0,671.D0

Dđ8: lượng nước đọng ra khỏi bình GNHA8 Dđ8 = 7. D0 = 0,0543. D0

De: lượng nước đọng của hơi trích cho Ejectơ De = e.D0 = 0,01.D0

DTP :Lượng nước ngưng của hơi từ tuabin phụ

Vậy :Dng = D0.(K + h8 + e + TP) = 366,44 .( 0,61+ 0,013 + 0,005+ 0,044) Nếu tính thêm dự trữ 5% thì :

Dng = 246,3.(1 + 0,05) Dng = 258,64 kg/s

Năng suất của bơm nước ngưng Q = Dng . υ

Với: υ Thể tích riêng trong nước ngưng Tra bảng ta được υ = 0,001 m3/kg

 Q = 258,32 . 0,001.3600 Hay: Q = 931 m3/h

Cột áp của bơm nước ngưng

Trong đó :

PKK : Áp lực bình khử khí ,PKK = 6 bar

PK : Áp lực bình ngưng ,PK = 0,07 bar

γ : Trọng lượng riêng trung bình của nước

γ = ρ.g ,với ρ : khối lượng riêng trung bình ,ρ = 990 kg/m3 Nên γ = 990.9,81 = 9711,9 N/m3

H = Hđ - Hh : Độ chênh mực nước từ bhình ngưng đến bình khử khí Với = Hđ , Hh là độ cao đầu đẩy và đầu hút của bơm nước ngưng H = 25 – 2 = 23 m

∑∆ ptl: Tổng trở lực trên đường hút và đường đẩy, các trở lực của các bình gia nhiệt hạ áp, các thiết bị trao đổi nhiệt nằm trên đường nước ngưng từ bình ngưng đến bình khử khí, các van và đường ống (N/m2)

Trở lực của các BGNHA lấy sơ bộ khoảng (2÷ 3).10 5 N/m2 đối với mổi bình. Lấy BGNHA là 3.105 N/m2. Trở lực đường ống có thể lấy vào khoảng (3÷5).105 N/m2 lấy bằng 5.105 N/m2. Trở lực của bình làm lạnh hơi chèn, ejector là 4.105 N/m2

Nên ∆ PBN = (6- 0,07).105 +(3.4+5+4).105 + 23. 990.9,81 = 2916374 N/m2 Lấy dự trữ cột áp 5% nên ∆ PBN = 2916374.(1+0,05) = 3062192 kN/m2

= 30,6 atm

Công suất cần thiết của động cơ để kéo bơm ngưng được xác định ( TL[3],tr68) Wbn = Q.∆ PBN

ηBN , ( W) Wbn = 1006 kW

Từ Q = 931 m3/h và Wbn= 1006 kW

Từ đó ta chọn được loại động cơ để kéo bơm nước ngưng - Ký hiệu động cơ: 16KcB-15x10

- Năng suất 450 m3/h - Độ chênh cột áp: 240 mH20 - Số vòng quay: 1480 v/p - Công suất tiêu thụ: 500 kW - Hiệu suất bơm: 75 % Số lượng: 3

3.2.3 Bình ngưng

Bình ngưng được chọn là loại làm mát kiểu bề mặt. Nó làm việc theo nguyên tắc hơi thoát khỏi tua bin được tiếp xúc gián tiếp với nước làm lạnh làm mát và ngưng tụ thành nước ngưng. Loại này có ưu điểm là nước ngưng đọng rất sạch có thể cung cấp trực tiếp cho lò hơi. Nước lạnh được đi trong ống đồng, còn hơi đi ngoài ống thực hiện việc trao đổi nhiệt với nước lạnh.

Bề mặt làm lạnh của bình ngưng xác định theo công thức

F= Q

K.Δtcp=

GKCp Δt

KΔtcp (1+a), m2

Gk : Lưu lượng nước làm mát kg/s

Trong đó: t = t2 - t1= 100c: độ chênh lệch độ nước tuần hoàn ra và vào bình ngưng.

Ut: độ chênh lệch nhiệt độ giữa nước ngưng và nước tuần hoàn ra khỏi bình ngưng:

Ut = tK - ta = 37 - 32 = 50C

∆ ttb= 10

ln 105+5 = 9,1 0C

K: Hệ số truyền nhiệt được xác định dựa vào tốc độ nước và nhiệt độ trung bình nước đầu vào và đầu ra: dựa vào toán đồ xác định hệ số truyền nhiệt tổng của bình ngưng (hình 3.4/TL 1/tr74)

Với ω=2,2m/s và t = 300C thì ta có: K= 3450 ( kcal/m2h.K) = 4101,3 (W/m2k) F =223,6.4,1883525.9 .1.103.10(1+0,06) = 308,76 m2

Vậy ta chọn 1 bình ngưng có đặc tính kĩ thuật sau Ký hiệu: Kπ- 385

Diện tích mặt làm lạnh: 345 m2 Lưu lượng nước làm lạnh: 800 m3/h.

3.2.4 Bơm tuần hoàn

Bơm tuần hoàn được chọn trong điều kiện làm việc về mùa hè, lượng hơi vào bình ngưng lớn nhất, nhiệt độ nước tuần hoàn cao nhất và lưu lượng hơi được tính toán ở chế độ ngưng hơi thuần tuý. Năng suất của bơm tuần hoàn tương ứng với lượng nước cần cung cấp cho bình ngưng, ngoài ra còn phải kể đến lượng nước làm mát dầu, làm mát máy phát và các yêu cầu khác

Năng suất bơm có tính đến dự trữ

QTH= (1 +a).m.Dk.υ = (1+a).m.D0.αk.υ a : Độ dự trữ 5%

m: Bội số tuần hoàn (75-120) ta chọn 105 QTH= 24,651 m3/s

= 88743,8 m3/h

Cột áp của bơm tuần hoàn được tính :

∆ P = (1+a)(∆ PBN+∆ PTL) Trong đó : ∆ PBN = z.(0,135.ω1.5 + b.ω1.75).0,981.104 z: Số chặng đường bình ngưng z= 2 b: Hệ số thực nghiệm b= 0.078 Suy ra: ∆ PBN = 14724,9 N/m2 =14724,9 . 10-5