Cân bằng hơi và nước ngưng

CHƯƠNG 2 : LẬP VÀ TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ NHIỆT NGUYÊN LÝ

2.5 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

αhK = 1- ∑ ar = 0,6067 Tính sai số tương đối :

∆ =αn −α

h .100 = 0,6102−0,6067

α0,6067h

∆ = 0,58 %

PL

Nhà máy nhiệt điện tổ 400 x 3

LH QNTG

GN1

GN2

GN3

GNBS

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 - irbn) = αlm. Cp.Δτ

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

Đối với các cửa trích phía trên và đường đi QNTG

- 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

Tổng của các dòng hơi trên tuabin được xác định ở bảng sau:

Điểm

trích

0 0' 1

Nhà máy nhiệt điện tổ 400 x 3 TS. Phạm Duy Vũ 4 3 0.037 3363.7 0 AK 0.007 3258.9 4 TBP 5 0.037 3062.0 6 6 0.038 2948.4 2 7 0.043 2758.0 1 0.59 0 0.51 7 0.59 0 0.37 9 0.30 0 0.16 6 0.09 0 - Do = Do k z i=1 1−∑ αi . yi 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 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:

D =400000

((3373,3−2520)+576,24) . (1−0,205) .0,98 .0,98

o

- Lưu lương nươc câp

vào

/h

Dnc=αnc × D0 =1,0175× 366,44=372,86 kg/ s

Công suât tuabine truyên đông bơm câp

NTP= Dnc

η×hBa ,[kW ]

B

Trong đo:

hBa=31,62 kJ /kg: Công nen đoạn nhiêt trong bơm

ηB=0,883: Hiêu suât toan bô co tinh đên tôn thât cơ va tôn thât lưu lương (ηB=ηc ×η,b=0,85 ×0,98=0,883)

Vây ta co:

NTP= 372,86× 31,62 =14155,6 kW .

0,883

2.6.2 Suât tiêu hao hơi cua tuabine

Y nghia: Phai dung bao nhiêu kg hơi đưa vao tuabine đê san xuât ra đươc 1kWh điên năng

0

Nhà máy nhiệt điện tổ 400 x 3 TS. Phạm Duy Vũ

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)=978757,6 kW .

2.6.4 Suất tiêu hao nhiệt cho thiết bị tuabin

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

q

TB

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+α QNTG . qLHQNTG) , 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 =

2.6.7 Tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy

ĐN: Tiêu hao nhiêt cho toan tô may la lương nhiêt năng tiêu hao cho lo hơi ma

nhiên liêu phai cung câp.Qc= QLH ,[ kJ

]

ηLH kg

Trong đo:

6

ηLH [%]: Hiêu suât lo hơi.ηLH=100−∑qi , [ %]

i=2

+q2: Tôn thât nhiêt do khoi mang ra ngoai (4÷6)%, lây q2 = 6%. +q3: Tôn thât nhiêt do chay không hêt vê măt hoa hoc.

+q4: Tôn thât nhiêt do chay không hêt vê măt cơ hoc.

+q5: Tôn thât nhiêt do toa nhiêt ra môi trương xung quanh, lây q5 = 1%. +q6: Tôn thât nhiêt do xỉ mang ra ngoai, lây q6 = 0.

Qc=

Nhà máy nhiệt điện tổ 400 x 3 TS. Phạm Duy Vũ Định Nghĩa: Suât tiêu hao nhiêt cho toan tô nha may la tiêu hao nhiêt cho toan tô nha may đê san xuât ra môt đơn vi điên năng (thương 1kWh).

qc= Qc ,[ kW ] N e kW qc= Qc =3600 1106539,83 N e400000 ¿9958,86 kJ /kWh.

2.6.9 Hiêu suât truyền tai môi chât trong nhà máy

Hiêu suât truyên tai môi chât đươc tinh theo cac tôn thât nhiêt ra môi trương xung quanh va tôn thât ap suât trên đương vân chuyên môi chât nươc va hơi trong toan bô chu trinh nhiêt cua nha may. Nhưng do tôn thât trên đương vân chuyên giưa gian lo va gian tuabine la lơn nhât nên hiêu suât truyên tai tinh theo tôn thât trên đương nay.

ηtr = QTB = 978757,6 x 100=98,28%

QLH 995885,84

2.6.10 Hiêu suât cua thiêt bi tuabine

ĐN: Hiêu suât cua thiêt bi tuabine la hiêu suât khôi thiêt bi tuabine - may phat, co kê ca tôn thât nhiêt ơ binh ngưng.

ηTB= Ne

= 400000

=0,4087=40,87 %

QTB 978757,6

2.6.11 Hiêu suât toan bộ nha may

ĐN: Hiêu suât cua toan nha may cung chinh la hiêu suât cua toàn tô may khi cac tô may co cung công suât điên vơi nhau.

ηc=

N

e

Qc

2.6.12 Tiêu hao nhiên liêu cho toan tô may va toan nha may

Tiêu hao nhiên liệu cho toan tô may đươc tinh băng cân băng nhiêt cua riêng lo. Tiêu hao nhiên liêu cho toan bô nha may co nhiêu tô may đươc tinh băng tông tiêu hao nhiên liêu cho tưng tô may.

+Tiêu hao nhiên liệu cho toan tô may.

tc

B

Qlvth=29310 kJ /kg: Nhiêt tri thâp lam viêc tiêu chuân.

Btc =

2.6.13 Suât tiêu hao nhiên liêu tiêu chuẩn

ĐN: Suât tiêu hao nhiên liêu tiêu chuân la lương nhiên liêu tiêu chuân tiêu hao đê san xuât ra môt đơn vi điên năng.

btc=

Nhà máy nhiệt điện tổ 400 x 3 TS. Phạm Duy Vũ

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 Gọi phụ tải hơi của lò là D thì:

Nhà máy nhiệt điện tổ 400 x 3 TS. Phạm Duy Vũ 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 = 372,86 kg /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

Với: υ = 0,00106 m3/kg: thể tích riêng trung bình của nước cấp

Nhà máy nhiệt điện tổ 400 x 3 TS. Phạm Duy Vũ 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 Ap suât đâu đây: 350at Ap suât đâu hut: 20at Sô vong quay: 5500 v/phut Công suât tiêu thu: 16400 kW Hiêu suât: 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 cuôi tuabin ngưng tu 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

∆PBN = ¿+ ∑∆ ptl+ ρ× g× (Hđ −Hh ),[ N /m2 ]

Nhà máy nhiệt điện tổ 400 x 3 TS. Phạm Duy Vũ 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 ,vớiρ : khối lượng riêng trung bình ,ρ = 990 kg/m3 Nênγ = 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

Công suất cần thiết

Wbn =Q. ∆ PBN , ( W)

ηBN

Wbn = 1006 kW

Từ Q = 931 m3/h và Wbn=

= 30,6 atm

của động cơ để kéo bơm ngưng được xác định ( TL[3],tr68) 1006 kW

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

- Năng suất

- Độ chênh cột áp: - Số vòng quay:

- Công suất tiêu thụ: 500 kW - Hiệu suất bơm:

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=

Gk : Lưu lượng nước làm mát kg/s

tcp: độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit giữa hơi và nước 0C

Nhà máy nhiệt điện tổ 400 x 3 TS. Phạm Duy Vũ 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=

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)

Vớiω=2,2 m/s và t = 300C thì ta có: K= 3450 ( kcal/m2h.K) = 4101,3 (W/m2k)

F =223,6.4,188 10. 3 .10 (1+ 0,06) = 308,76 m2

3525.9 .1

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

Diện tích mặt làm lạnh:

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 ∆ 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 ∆P = 330461,1 N/m2 = 3,05 atm

Chọn hiệu suất bơm tuần hoàn ηBth= 0,8

Công suât đông cơ cân thiêt đê keo bơm tuân hoan đươc tinh theo công thưc (3.8/71 - TKNMNĐ):

W B th=QTH . Δ P

=10182,7 kW

ηBth

Từ năng suất Qth = 88743,8 m3/h vàW Bth=10183 kW ta chọn được bơm sau:

Nhà máy nhiệt điện tổ 400 x 3 TS. Phạm Duy Vũ Tra bang “Đăc tinh ky thuât cua bơm tuân hoan”/173- TKNMNĐ ta co:

+ Chon 3 bơm tuân hoan ( có 1 bơm dự phòng ),Vậy toàn nhà máy có 9 bơm tuần hoàn

+ Tên loai bơm: 75πPB-60

+ Năng suât: 47000- 66000 [m3/h]

+ Côt ap: 1,3 atm

+ Sô vong quay: 250 v/p

+ Công suât: 1800-2900 kW.

3.2.5 Bơm nước đọng

Nước đọng từ bình gia nhiệt hạ áp 5 dồn về bình gia nhiệt hạ áp 6.từ bình gia nhiệt