Tiêu hao nhiệt cho thiết bị tuabin khí

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

2.6 Xác định các chỉ tiêu Kinh tế Kỹ thuật của tổ máy

2.6.4 Tiêu hao nhiệt cho thiết bị tuabin khí

- Tiêu hao nhiệt cho 1 tuabin khí là:

QTBK = Vk×VLNG×(iTB K'−iTB K' ')=10,132×23,9×(360−295,2)

= 15691,63 kW - Tiêu hao nhiệt cho 2 tuabin khí là

Q = 2×QTBK = 2×15691,63 = 31383,26 kW

2.6.5 Suất tiêu hao nhiệt cho thiết bị tuabin hơi

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

qTBH=QTBH

Ne =724313,3297

250000 =2,897k W .skJ =10429,2k W .hkJ

2.6.6 Suất tiêu hao nhiệt cho thiết bị tuabin khí

qTBK = NQ

e = 250000×31383,262 = 0,063 k W .skJ = 226,8 k W .hkJ

2.6.7 Tiêu hao nhiệt cho lò hơi thu hồi nhiệt

Tổng lượng nhiệt tiêu hao cho lò hơi thu hồi nhiệt 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) Trong đó :

- DLH là lưu lượng nước cấp vào lị hơi: DLH = nc × Do = 1,02 × 324,61 = 331,1022 kg/s - iqn là entanpy của hơi quá nhiệt ra khỏi bộ quá nhiệt cuối cù

ng của lò hơi . Áp suất hơi quá nhiệt 165 bar , nhiệt độ hơi quá nhiệt là 538 oC .Tra bảng nước chưa sơi và hơi q nhiệt ta có iqn = 3400,745 kJ/kg.Thay vào cơng thức trên ta có : QLH =331,1022×(3400,745−1177,956) = 735970,328 kW.

2.6.8 Tiêu hao nhiệt cho tổ máy tuabin hơi

Qc=QLH

2.6.9 Lượng nhiên liệu cần bổ sung cho lò hơi thu hồi nhiệt

Giả sử tồn bộ lượng nhiệt của khói thải từ tuabin khí sẽ được lị hơi thu hồi nhiệt hấp thụ hoàn toàn

Lượng nhiệt của khói thải ra từ 1 tuabin khí là

QTBK = Vk.VLNG.ITBK'' =10,132.23,9.295,2 = 71484,1 kW Tổ máy có 2 tuabin khí nên nhiệt lượng khói thải ra từ tuabin là:

QTBt = 2 x QTBK = 71484,1×2= 142968,2 kW

Do vậy lượng nhiệt cần bổ sung vào cho lò hơi thu hồi nhiệt là:

Qbs = QLH - QTBt = 855779,4512 - 142968,2 = 712811,2512 kW Lượng nhiên liệu cần bổ sung cho lò hơi thu hồi nhiệt:

Vnlbs=Qbs

Qlvt =712811,251231274 =22,79 m3/s

2.6.10 Tiêu hao nhiệt cho buồng đốt của tua bin khí

QBĐ = n×VLNG×Vk×(Ibđ ''−Ibđ ') = 2 ×23,9×10,132×(1409,7 -449,48) = 465043,76 kW Với n: số tuabin khí

VLNG : Lưu lượng nhiên liệu LNG cần cấp vào cho 1 buồng đốt (m3/s) Vk : lượng khói thải ra khi đốt cháy hồn tồn 1m3 nhiên liệu khí LNG Lượng nhiệt thực tế cấp vào buồng đốt là :

QBĐthựctế = 1,25× QBĐ = 465043,76× 1,25 = 581304,7 kW

2.6.11 Suất tiêu hao nhiệt cho lò hơi thu hồi nhiệt

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

qLH=QLH

Neh =735970,328

250000 =2,944kW .skJ =10598,4k W .hkJ

2.6.12 Suất tiêu hao nhiệt cho buồng đốt của tuabin khí

qBĐ = QBĐ thựctế

Nek = 581304,7500000 = 1,163 k W .skJ =4186,8 kJ/kWh

2.6.13 Hiệu suất nhiệt của tổ máy tuabin hơi

ηch =Neh

Qch ¿

250000

2.6.14 Suất tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy tuabin hơi

ĐN: 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).

qch=Qch Ne,[kWkW] qc=Qc Neh=855779,4512 250000 =3,423kWkW ¿12322,8kJ/kWh

2.6.15 Suất tiêu hao nhiệt cho tồn tổ máy tuabin khí

qck=QBĐ

thựctế

Nek = 581304,7500000 = 1,163 kWkW = 4186,8 kWhkJ

2.6.16 Suất tiêu hao nhiệt cho toàn nhà máy

Qc = Qc

h+QBĐthựctế

Neh+Nek =855779,4512+581304,7

250000+500000 = 1,916 kW .skJ =6897,6kWhkJ

2.6.17 Hiệu suất truyền tải môi chất trong tổ máy tuabin hơi

Hiệu suất truyền tải mơi chất được tính theo các tổn thất nhiệt ra mơi trường xung quanh và tổn thất áp suất trên đường vận chuyển mơi chất nước và hơi trong tồn 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=QTBH

QLH =724313,3297735970,328 =0,984=98,4 %

2.6.18 Hiệu suất của thiết bị tuabine hơi

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

ηTBH= Neh

QTBH=724313,3297250000 =34,51 %

2.6.19 Hiệu suất toàn bộ nhà máy.

ĐN: Hiệu śt của tồn nhà máy cũng chính là hiệu śt của tồn tổ máy khi các tổ máy có cùng cơng śt điện với nhau.

ηc= Neh+Nek

QthựctếBĐ +Qbs=

2×250000+250000

2.6.20 Tiêu hao nhiên liệu cho tổ máy tuabin hơi

Bnlh = η Ne

c

h× Qtlv = 0,2921×25000031274 = 27,37 m3/s

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHÍNH3.1 Tính tốn lựa chọn thiết bị gian máy 3.1 Tính tốn lựa chọn thiết bị gian máy

3.1.1 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 cơng śt cực đại của tồn khối với lượng dự trữ 10%.

Bơm điện dự phịng, khởi động có năng śt 35% lưu lượng tồn khối

Để đảm bảo an toàn cho sự làm việc của bơm cấp, lưu lượng nước qua mỗi bơm cấp nên lấy dư ra khoảnh (5÷10)% so với định mức. Cột áp cũng lấy dư ra một khoảng tương tự.

Tổng chiều cao cột áp bơm cấp tính theo cơng thức (2.8) TL [1] tr42: p = pđ – ph = (pBH – pKK) + ∑∆ ptl+ρ. g.(Hđ−Hh),[N/m2]

Trong đó:

- ∑∆ptl = ∆ptlđ + ∆ptlh + ∑∆ pBGNCA + ∑∆ pHN là tổng các trở lực đường ống đầu đẩy, đầu hút với các trở lực của các BGNCA và trở lực bộ hâm nước.

- Khối lượng riêng ρ của nước, được lấy trung bình cộng của khối lượng riêng của nước tại đầu đẩy và đầu hút. Lấy vào khoảng (950÷990) kg/m3. Ta chọn ρ=960kg/m3

- Chọn tổng trở lực đường ống vo khoang (3ữ5)ì105 N/m2. Ta chọn bằng 5×105

- Mỗi BGNCA hoặc mỗi bộ hâm nước có trở lực khoảng (2ữ3)ì105 N/m2. Ta chọn 3×105 N/m2.

- Chiều cao đầu đẩy lấy khoảng (50 ÷70)m. Ta lấy Hđ=70m, chiều cao đầu hút lấy khoảng (20÷30)m ta lấy Hh= 20m. Nên chiều cao chênh lệch giữa bao hơi và bình khử khí là: Hch = Hđ– Hh = 50 m.

Áp suất trong bao hơi lớn hơn áp suất hơi mới khoảng 10% nên pBH = 1,1×150= 165 bar = 165.105 N/m2

Áp śt bình khử khí là pkk = 6 bar = 6.105 N/m2

Nên ∆pBC= [(165–6) + 5 + 2.3 + 3.3].105 +960×9,81×50 = 18370880 N/m2

- Lưu lượng nước cấp : Dnc = nc × Do = 1,02 × 324,61= 331,1022 kg/s

 Lưu lượng nước cấp của 1 bơm có kể đến 10% dự trữ là:

Dnc = 331,1022×(1 + 0,1) Dnc =364,212 kg/s

Năng suất của bơm nước cấp Qnc = Dnc.υ

Với υ: thể tích riêng trung bình của nước cấp

υ¿1ρ=9601 =0,00104 m3/kg

 Qnc = m3/s = 1364,4 m3/h

- Cột áp của bơm nước cấp lấy dự trữ cột áp 10% ta có:

p = 18370880 ×(1 + 0,1) =20207968 N/m2

Wbc=

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

Cơng śt: 17000 kW Áp śt đầu đẩy: 350 at Áp suất đầu hút: 22 at Năng suất: 1500 m3/h

Số vòng quay: 4700 vòng/phút Hiệu suất: 0,82.

Số lượng: 1

3.1.2 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 10%.

Dng = DK + D7 + Dch + De + Drr , kg/s trong đó :

Dng: lượng nước ngưng

DK: lượng nước do hơi cuối tuabin ngưng tụ ở bình ngưng DK = K. D0 =0,5532.D0

D8: lượng nước đọng ra khỏi bình GNHA 8 D8 = 8. D0 =0,0769.D0

Dch: lượng nước đọng của hơi chèn Dch = ch. D0 = 0.005.D0

De: lượng nước đọng của hơi trích cho Ejectơ De = e.D0 = 0.005.D0

Dbs: lượng nước bổ sung

Dbs= bs. D0 = 0,0152.D0

DTB : lượng nước đọng của tuabin phụ dùng để truyền động cho bơm nước cấp DTB= TB. D0 = 0,0564.D0 Vậy : Dng = D0×(K + 8 + ch + e+bs+TB) = 324,61×(0,5532+0,0769+0,005+0,005+0,0152+0,0564) = 231,025 kg/s Nếu tính thêm dự trữ 10% thì :

Dng =231,025×(1 + 0,1) Dng = 254,1275 kg/s

Năng suất của bơm nước ngưng Q = Dng . υ

Với: υ¿1ρ=9601 =0,00104 m3/kg

 QK = 254,1275×0,00104= 0,264 m3/s = 950,4 m3/h

- Cột áp của bơm nước ngưng :

∆ pBN=(pkk−pk)+∑∆ ptl+ρ× g×(Hđ−Hh),[N/m2] Trong đó: pkk = 6 bar : áp lực bình khử khí

pk = 0,07 bar: áp lực bình ngưng

Có 4 BGHA, trở lực mỗi bình là N/m2

Trở lực đường ống: chọn N/m2

Độ chênh chiều cao đầu hút và đầu hút: ∆H = Hđ - Hh = 25 – 2 = 23 m Khối lượng riêng trung bình:  = 960kg/m3

Gia tốc trọng trường: g = 9,81 m/s2

Vậy:

∆ pBN=[(6−0,07)+3×4+4].105+960.9,81 .23

⟹∆ pBN=2409604,8N/m2

Để đảm bảo cho quá trình làm việc của bơm ta phải lấy dư 10%

⟹∆ pBN=2409604,8×(1+0,1)=2650565,3 N/m2

Cơng śt động cơ cần kéo bơm là:

WBN=QK× ∆ pBN ηBN ,[W]

WBC=0,264×0,822650565,3=853352,73W=853,35273kW

Theo bảng PL3.10 ta chọn 3 bơm 16KcB- 11×4có thơng số như sau: +Năng śt: 470[m3/h].

+Sức ép 160 mH2O

+Số vịng quay: 1450 [v/p]. +Cơng śt tiêu thụ: 300 kW. +Hiệu suất bơm: 70%.

Từ đó ta chọn được loại động cơ để kéo bơm nước ngưng - Ký hiệu động cơ: AB-114-4

- công suất: 320 kW - khối lượng: 3,95 tấn

- ống hút: 400 mm

- ống đẩy: 250 mm - kích thước: Dài 1500 mm Rộng 1400 mm

3.1.3 Bơm nước 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 tốn ở chế độ ngưng hơi thuần tuý. Năng suất của bơm tuần hoàn tương ứng với lượng nước cần cung cấp cho bình ngưng, ngồi ra cịn phải kể đến lượng nước làm mát dầu, làm mát máy phát vàì các u cầu khác.

Ta có phương trình cân bằng nhiệt của bình ngưng

QK =

Với: QK: lượng nhiệt hơi truyền cho nước làm mát

IK = 2379,3144 kJ/kg I’K = 163.43 kJ/kg

Glm: lượng nước làm mát hơi vào bình ngưng

Ilmv Ilmr

entanpi nước làm mát vào và ra bình ngưng

Ilmr - Ilmv = C (t2 - t1)

C = 4,18 kJ/kg0C. Nhiệt dung riêng của nước

t1 = 250C; t2 = 350C: nhiệt độ nước làm mát vào và ra khỏi bình ngưng.

Ilmr - Ilmv = 41,8 kJ/kg

Từ phương trình cân bằng nhiệt ta có

Ngồi ra phải tính đến lượng nước cần dùng cho các nhu cầu khác trong nhà máy. Lượng nước này chiếm 10 % so với lượng nước làm mát hơi.

Vậy lượng nước tuần hoàn qua bơm:

Năng suất của bơm tuần hoàn: Qth = Glm. 

Trong đó:

υ: Thể tích riêng trung bình của nước tuần hồn

Với: υ¿1ρ=9601 =0,00104 m3/kg

- Trở lực ở bình ngưng có thể xác định theo cơng thức (3.7/70 - TKNMNĐ).

∆ pk=z×(b×ω1,75+0,135×ω1,5)×0,981×104N/m2

Trong đó:

+ z = 2 : Số chặng đường nước của bình ngưng. +  = 2 m/s: Tốc độ nước đi trong bình ngưng.

+ b : Hệ số thực nghiệm. Nó phụ thuộc vào đường kính trong của ống bình ngưng (d = 25mm), tra bảng 3.2/70-TL1 suy ra b = 0,067 tại t =20oC và nhiệt độ nước làm mát trung bình t = 30 0C. b=0,067×[1+0,007×(t –20)] ⟹b=0,067×[1+0,007×(30–20)]=0,072 Ta có: ∆ pk=2×(0,072×21,75+0,135×21,5)×0,981×104=12111,203N/m2 ⟹∆ pk=12,11kN/m2

Để đảm bảo cho qua trình làm việc của bơm ta phải lấy dư 10% đối với pk:

∆ pk=12,11×(1+0,1)=13,321 kN/m2 = 13321 N/m2

Cơng śt động cơ cần thiết để kéo bơm tuần hồn được tính theo cơng thức (3.8/71 - TKNMNĐ):

Wk=QK× ∆ pk ηk ,[W]

Trong đó:

+ηk=0,85: hiệu śt của bơm.

Wk=11,39×13321

0,85 =178501,4 W = 178,5014 kW

Tra bảng “Đặc tính kỹ thuật của bơm tuần hồn”/171 - TKNMNĐ ta có: + Chọn 4 bơm tuần hoàn, loại bơm: 40ᴨpB-60

+ Năng suất: 10000-17300 [m3/h]. + Cột áp: 6 mH2O.

+ Số vòng quay: 485 v/p. + Công suất: 260 kW.

3.1.4 Bơm nước đọng

Nước đọng từ bình gia nhiệt hạ áp 5 dồn về bình gia nhiệt hạ áp 6.Tại đây nước đọng được bơm đưa đến hỗn hợp với dòng nước ngưng. Bơm này được gọi là bơm nước đọng.

- Lưu lượng nước đọng.

- Cột áp mà bơm cần khắc phục..

- Khối 250MW chọn 1 bơm nước đọng.

- Xác định lưu lượng nước.

Lưu lượng của bơm nước đọng chính là lưu lượng nước đọng đi ra khỏi bình gia nhiệt hạ áp 6 và bơm vào đường nước ngưng sau bình gia nhiệt hạ áp 5 .

Lưu lượng nước đọng: Dđ = D0. nđ Với: nđ = 6 + 5 = 0,0535 D0= 324,61 kg/s  Dđ = 0,0535. 324,61 = 17,37 kg/s Tính thêm 10% dự trữ thì ta có: Dđ = 17,37 . 1,1 = 19,1 kg/s

Thể tích riêng của lượng nước đọng này là:

 = 0,0010435 m3/kg

Vậy năng suất của bơm đọng là

Qđ = Dđ .  = 19,1 . 0,0010435 = 0,02 m3/s hay Qđ =72 m3/h

- Xác định cột áp bơm nước đọng.

Áp suất nước ngưng tại điểm hỗn hợp bar Hng = mH2O

Ta chọn bơm nước đọng có thơng số như sau: Ký hiệu:

Năng śt: Sức ép nước: Cơng śt : Đường kính ống hút: Đường kính ống đẩy: 3.1.5 Bình ngưng

Bình ngưng được chọn 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, cịn hơi đi ngồi ống thực hiện việc trao đổi nhiệt với nước lạnh.

Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của bình ngưng xác định theo cơng thức

Trong đó:

Q : lượng nhiệt do hơi nhả ra

DK = 187,784kg/s :lưu lượng hơi đi vào bình ngưng IK = 2379,3144 kJ/kg: entanpi hơi đi vào bình ngưng I’K =163.43 kJ/kg: entanpi nước ngưng

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

Trong đó: t = t2 - t1: độ chênh lệch nhiệt độ nước tuần hồn ra và vào bình

δt : độ chênh lệch độ giữa nước ngưng và nước tuần hồn ra khỏi bình

ngưng: δt = tK – t2 = 39-35= 40C

∆ ttb= 10 ln 10+4

4 = 7,98 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 toàn đồ xác định hệ số truyền nhiệt tổng của bình ngưng (hình 3.4/TL [1] /74)

Với ω=2m/s và t= 30oC thì ta có: K= 3450 ( kcal/m2hK) = 4005 (W/m2K)

Vậy ta chọn cho bình ngưng có các thơng số: Loại bình ngưng: 1000KUC-4

Diện tích mặt làm lạnh: 6500 m2

Số chặng: 2

Lưu lượng nước làm lạnh: 16000 m3/h Số lượng: 02

3.1.6 Tính chọn bình khử khí

Thiết bị khử khí phải được chọn sao cho sản lượng của nó phải bằng sản lượng nước cấp cực đại cho lò hơi.

Dung tích của thiết bị khử khí chứa nước dưới cột khử khí được chọn với dự trữ nước khi lị chạy tồn tải trong thời gian 5 phút.

Lưu lượng nước cấp cho lị hơi. Dnc = 331,102 kg/s

Lưu lượng nước khử khí là lưu lượng nước cấp có tính đến dự trữ 5%. DKK = 1,05× Dnc = 1,05×331,102 = 347,657 kg/s

Dung tích của bình chứa nước sau khi đã khử khí phải đảm bảo cung cấp nước trong 5 phút = 300 giây. VKK = DKK × 300×ϑ ϑ = 0,00104 m3/kg