Tính tốn, lựa chọn các thiết bị gian máy

CHƯƠNG 2 TÍNH TỐN SƠ ĐỒ NHIỆT NGUN LÝ

3.1 Tính tốn, lựa chọn các thiết bị gian máy

3.1.1 Tính chọn bơm cấp

Bơm cấp là thiết bị quan trọng để gia áp cho nước cấp. Với đối tượng là nhà máy nhiệt điện thì việc tính chọn bơm cấp cần đảm bảo sự làm việc chắc chắn, liên tục của lị hơi. Bộ truyền động của bơm có thể dùng tubin nhở sử dụng hơi trích hoặc dùng động cơ điện, trong đó loại sử dụng tuabin hơi chỉ nên dùng cho nhà máy có cơng suất lớn. Trong thiết kế này sẽ sử dụng bơm chạy bằng động cơ điện, với một bơm chính và 2 bơm phụ, mỗi bơm có cơng suất bằng 50% bơm chính.

Bảng 3.1: Thông số bơm cấp

STT Tên đại lượng Công thức Giá trị Đơn vị 1 Lưu lượng nước cần thiết

cấp cho lò hơi Gnc=

αnc. Do

ρ 0,02249997 m3/s 2 Lưu lượng nước cần thiết

thực tế Gnc

'

=1,1.Gnc 0,024749997 m3/s 3 Cột chênh cột áp thực tế Δ pbc 5155328,904 pa

4 Hiệu suất bơm cấp η 0,83

Công suất cần thiết của động cơ điện kéo bơm cấp:

Wbc=Gbc '

. Δ pbc

η =¿ 153728,1628W Công suất động cơ thực tế cần chọn:

Wbc '

=1,1.Wbc=¿ 169100,9791 W

Ta chọn bơm chính có cơng suất 170 kW, 2 bơm dự phịng có cơng suất mỗi bơm 170 kW.

3.1.2 Tính chọn bơm ngưng

Hình 3.1 Sơ đồ xác định cột áp bơm ngưngBảng 3.2: Thông số bơm ngưng Bảng 3.2: Thông số bơm ngưng

STT Tên đại lượng Công thức Giá trị Đơn vị 1 Lưu lượng nước ngưng do

hơi thoát ngưng tụ αk 0,76

2 Lưu lượng nước đọng dồn

về từ bộ làm mát hơi chèn αch 0,005 3

Lưu lượng nước đọng dồn về từ bộ làm mát hơi ejector

αej 0,005

4 Lưu lượng thể tích bơm

ngưng Gbn=

D0.(αk+αej+αch)

2.ρ 0,008414 m3/s 5 Lưu lượng thể tích bơm

ngưng thực tế Gbn '

=Gbn.1 .08 0,009087 m3/s

6

Khối lượng riêng trung bình của nước ở đầu đẩy và đầu hút

ρ 863,787 kg/m3

7 Chiều cao tính từ mức Hh 2 m

nước trong khoang nước của bình ngưng tới miệng hút của bơm ngưng 8

Chiều cao tính từ miệng đẩy của bơm đến đầu ống đưa vào cột khử khí

Hd 25 m

9 Chiều cao chênh lệch mức

nước đầu đẩy và đầu hút Hch 23

10

Tổng chở lực đường ống đầu đẩy, đầu hút cấc trở lực của BGNHA và các trở lực của các van, thiết bị khác

∑Δ ptl 1050000 pa

Cột áp đầu hút bơm ngưng:

ph=pk+ρ . g . Hh=¿ 24327,50831 pa Cột áp đầu đẩy của bơm ngưng:

pđ=pkk+∑Δ ptl+ρ. g . Hđ=1623843,854pa

Chiều cao chênh lệch cột áp toàn phần của bơm ngưng:

p

(¿¿kk−pk)+ΣΔ ptl+ρ . g .(Hđ−Hh)=1599516,346pa Δ pbn=pđ−ph=¿

Công suất động cơ cần để kéo bơm ngưng:

wbn=Gbn '

. Δ pbn

η =17099,8037W

Vậy ta chọn 2 bơm ngưng mỗi bơm có cơng suất 17 kW

3.1.3 Tính chọn bơm tuần hồn

Bảng 3.3: Các thơng số để tính chọn bơm tuần hồn

STT Tên đại lượng Công thức Giá trị Đơn vị 1 Lượng nước tuần hoàn làm Gk=m . Dk=m . D . α0 k 861,2689 m3/s

mát bình ngưng

2 Bội số tuần hồn m 60

3 Nhiệt độ trung bình của nước

tuần hồn tn 28 ℃

4 Khối lượng riêng của nước

tuần hoàn ρn 992,5657 kg/m

3

5 Lưu lượng nước mỗi bơm

phải cung cấp cho tổ máy Gth=1,05.Gk

ρn 0,87 m3/s

6 Lưu lượng nước thực tế cần

dùng Gth

'

0,91 m3/s

7 Gia tốc trọng trường g 9,81

8 Chiều cao chênh áp h 5 m

9 Tốc độ nước làm mát đi trong

ống bình ngưng ω 2 m/s

10 Hệ số thực nghiệm (chọn ống

đường kính 26 mm) b 0,085

11 Số chặng đường nước của

bình ngưng z 2

12 Hiệu suất của bơm tuần hoàn η 0,9 Trở lực của bình ngưng:

Δ pbn=z .(b . ω1,75+0,135.ω1,5).0,981.104=13101. pa Sức ép của bơm nước tuần hồn (cao hơn 5% so với tính tốn):

ptl

ρ . g . h+Δ pbn+∑¿.1,05 ¿

H=¿

Công suất của động cơ kéo bơn tuần hoàn:

wbth=Gth '

. H

η =0.91∗379884,03

0,9 =3843457W

Vậy ta chọn bơm tuần hồn có cơng suất 400 kW

3.1.4 Tính tốn bình ngưng

Một trong những phương pháp nâng cao hiệu suất của thiết bị tuabin là giảm được nhiệt độ hơi thoát ra khỏi tuabin. Những tuabin hiện đại thì ở tầng sau cùng thường có độ chân khơng cao, nghĩa là áp suất tuyệt đối tại đó thấp.

Độ chân khơng ở sau tuabin được tạo thành do sự ngưng tụ hơi trong thiết bị đặc biệt gọi là bình ngưng; cịn q trình ngưng tụ hơi được thực hiện bằng cách lấy đi nhiệt ẩn hóa hơi của hơi ở áp suất khơng đổi. Mơi trường làm lạnh thường dùng nước, đơi khi cịn dùng khơng khí.Nhiệt độ của mơi trường làm lạnh cần phải thấp hơn nhiệt độ của hơi ngưng tụ.

Thực chất bình ngưng chính là một thiết bị trao đổi nhiệt kiểu bề mặt.Tính chọn bình ngưng chính là tính chọn thiết bị trao đổi nhiệt sao cho nó có một bề mặt truyền nhiệt thỏa mãn làm ngưng tụ được hơi thốt khỏi tuabin. Ta có các phương trình tính tốn truyền nhiệt trong bình ngưng:

Cân bằng năng lượng nhiệt giữa hơi ngưng tụ và nước làm mát:

Qk=Gk. cp. Δt=Dk.(ik−i 'k)

Phương trình truyền nhiệt trong bình ngưng:

Qk=k . F . Δ ttb Trong đó:

- D : Lưu lượng hơi thoát từ tuabin:k Dk=14,34677(kg/s) - i : Entanpi hơi vào bình ngưng:k i = 2330,92 (kJ/kg)k - i' : Entanpi nước ngưng ra khỏi bình ngưng:k i' = 146,64 (kJ/kg)k

−Δttb : Độ hâm nước trong bình ngưng

Nhiệt độ nước làm mát vào bình ngưng t : Nhiệt độ nước làm mát bình ngưng 1 phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, khí hậu và sơ đồ làm mát. Trong điều kiện của Việt Nam: làm mát bằng tháp giải nhiệt, ta chọn t =281 oC.

Nhiệt độ nước làm mát ra khỏi bình ngưng t : giá trị nhiệt độ nước ra phụ 2 thuộc vào điều kiện truyền nhiệt bên trong bình ngưng và phụ thuộc vào chế độ làm

việc của tổ máy. Trong điều kiện thiết kế ở chế độ định mức có thế lấy t thấp hơn 2 giá trị bão hịa của hơi trích vào bình ngưng một khoảng δt=3oC .

t2=tbh−δt=35−3=32 oC Độ hâm nước trong bình ngưng:

Δt=t2−t1=32 28 4− = oC

Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit của hai dịng mơi chất:

Δ ttb= Δt lnΔt+δt δt = 4 ln4+3 3 =4,72o C

Nhiệt độ trung bình đại số của nước đi trong bình ngưng:

ttb=t1+t2

2 =30o

C

Tốc độ nước chảy trong ống, chọn ω=2m/s .

Hệ số truyền nhiệt: Xác định trên hình 3.4 sách thiết kế nhà máy nhiệt điện ta có: k=35 00 kcal/m2hK=4,0695(kW/ m2

K)

Tổng diê °n tích truyền nhiê °t bề mă °t ngồi các ống trong bình ngưng:

F=DK(iK−iBN)

ηBN.k . Δ ttb=14,34677.(2330,92 146,64− )

0,98.4,0695 .4,72 =1664,767(m2

) Để đảm bảo đủ bề mặt truyền nhiệt trong những điều kiện làm việc khắc nghiệt nhất vì độ chân khơng bình ngưng ảnh hưởng rất lớn đến độ kinh tế của toàn tổ máy, ta lấy dư bề mặt truyền nhiệt một khoảng 5%: F=1748 m . Dựa vào 2 thơng số tính tốn ta chọn được loại bình ngưng phù hợp.

3.1.5 Tính chọn bình khử khí

Lưu lượng nước cấp ra khỏi bình khử khí: D = 19,44 kg/snc Khối lượng riêng của nước tương ứng:

v’ = 0,001047 → ρ=¿ 955,11 kg/m3

→G=D

ρ .3600 73,255= m3/h Dung tích khoang chứa nước của bình khử khí:

Được chọn có dự trữ khi lị làm việc cực đại mà vẫn đáp ứng được trên năm phút:

V=G . 5

60=6,1 m3

Entanpi nước vào bình khử khí: iv=438,98 kj/kg Entanpi nước ra bình khử khí: ir=589,03 kj/kg

Nhiệt độ nước sôi tương ứng với p :kk tbhkk=14 00

C

Nhiệt độ nước đưa vào bình khử khí: t1=1050

C

Nhiệt độ nước ra khỏi bình khử khí: t2=tbh−1=13 90

C

Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit:

Δ ttb= t2−t1

lntbh−t1 tbh−t2

=9,5 60

C

Hệ số truyền nhiệt trong bình khử khí: k=12 kW/m2.K Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của bình khử khí:

F= Qkk

k . Δ ttb=G .(ir−iv)

k . Δ ttb =26,62m2

Bình khử khí được lựa chọn theo bề mặt trao đổi nhiệt của cột khử khí theo dung tích của bể chứa nước, và theo áp suất làm việc của nó. Căn cứ vào đó ta chọn được bình khử khí chính phù hợp.

3.1.6 Tính chọn các bình gia nhiệt

Bề mặt trao đổi nhiệt của bình gia nhiệt được tính theo phương trình:

F= Q

k . Δ ttb=W .(i2−i1)

k . Δ ttb

Trong đó:

Lượng nhiệt trao đổi trong bình mà nước nhận được: Q Lưu lượng dịng nước đi qua bình: W

Entanpi nước ở đầu vào và đầu ra khỏi bình: i , i1 2

Độ chênh lệch nhiêt độ trung bình logarit:

Δ ttb= t2−t1

lntbh−t1 tbh−t2

Từ đó ta xác định được diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của các bình gia nhiệt:

Bảng 3.4: Bảng thơng số tính tốn lựa chọn các bình gia nhiệt

Thơng số Đơn vị BGNCA BGNHA1 BGNHA2

α nc - 1,029 0.88 0,88 D kg/s 19,44 16,66 16,66 i1 kj/kg 589,03 313,83 167,54 i2 kj/kg 743,33 438,98 313,83 t1 0C 140,00 75 40,00 t2 0C 175,00 105 75,00 tbh 0C 190,00 120,00 90,00 Δttb 0C 28,28 29,07 27,31 ttp 0C 157,50 122,50 60,00 k kW/m2K 4,952 4,63 4,47 F m2 21,43 16,28 19,97

(Hệ số truyền nhiệt k xác định theo hình 3.5 sách Thiết kế nhà máy nhiệt điện, chọn tốc độ nước đi trong ống ω=2m/s ).

Vậy ta chọn các bình gia nhiệt có điện tích trao đổi nhiệt như trên.

3.2 Tính chọn thiết bị gian lị hơi 3.2.1 Tính chọn lị hơi

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

Tổn hao kim loại và giá thành ít.

Dựa vào các thông số về áp suất, nhiệt độ hơi vào tuabin và lưu lượng hơi vào tuabin: p = 40 bar; t = 400o o 0C.

Lượng hơi quá nhiệt yêu cầu:

αqn=αo+αej+αch+αrr=1+0,005+0,005 0,009 1,019+ =

Dqn=αqn. Do=1,019.18,887 19,246= (kg/s)

Phụ tải cực đại của lị hơi được xác định trong tính tốn sơ đồ nhiệt ứng với phụ tải điện và nhiệt cực đại và được chọn dư ra khoảng 8% so với tính tốn. Do đó:

Dqnmax = 1,08.19,246 = 20,79 (kg/s) = 74,8 T/h

Vậy ta chọn lị hơi có thơng số như sau: Năng suất hơi: 75 T/h Áp suất bao hơi: 40 bar Nhiệt độ hơi quá nhiệt: 400 Co Hiệu suất lị hơi: 82%

3.2.2 Tính chọn quạt gió

Năng suất của quạt gió được xác định theo cơng thức sau:

  0 bl bl nt skk t+273 V= B.Lα -Δα -Δα +Δα . 273 (m3/s) Trong đó:

B: lượng tiêu hao nhiên liệu của lị hơi tính cho một quạt, B = 3,972 kg/s. L0: lượng khơng khí lí thuyết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu, m / kg.3

tc T: nhiệt độ khơng khí lạnh hút vào quạt, chọn t = 300C.

bl

α : hệ số khơng khí thừa trong buồng lửa. Chọn αbl= 2

bl nt

Δα ,Δα : hệ số lọt khơng khí trong buồng lửa. Chọn: Δαbl= 0,1

Thành phần nhiên liệu

Thành phần Clv Hlv Olv Slv Nlv Alv Wlv

% 46,2 2,5 8,4 0,5 2,7 18,5 20,6

Tính tốn lượng khơng khí lí thuyết L :0 Áp dụng công thức ta được:  LV LV LV LV 0 L = 0,0889. C +0,375S +0,256H -0,0333.O m3tc/kg L0= 0,0889.(46,2+0,375.0,5) + 0,265.2,5 - 0,0333.8,4 = 4,51 m3tc/kg

Vậy năng suất quạt gió là:

V=3,972.4,51.(2−0.1 0.08 0.05− + ).30 273+

273 =33,89 (m3/s )

Để đảm bảo quạt gió làm việc tốt trong mọi trường hợp thì khi lựa chọn ta lấy dư năng suất khoảng 5% so với tính tốn.Vậy năng suất dùng khi lựa chọn quạt là:

V = 1,05.33,89 = 35,58 (m /s )3

Sức ép của quạt gió khi phụ tải lị hơi cực đại được tính theo cơng thức: H= H -H -hkk sh ck (N/m ) 2 Trong đó:

Hkk: tổng trở lực của đường khơng khí có kể đến hiệu chỉnh về áp lực khí quyển

kk kk kq 760 H = h . h  Với: hkq: Áp lực khí quyển, mmHg. kk h

 : Tổng trở lực của đường dẫn khơng khí. Trở lực của đường dẫn khơng khí bao gồm các trở lực:

Trở lực đường gió thổi quạt gió: 20 mmH O.2 Trở lực trên đường đẩy khơng khí lạnh: 15 mmH2O. Trở lực trên bộ sấy khơng khí : 80 mmH O2

Trở lực trên đường khơng khí nóng: 40 mmH2O. ∑hkk = 20+15+80+40 = 155 mmH O2 Hkk = 760

750.155 157,067= mmH O2 (áp lực khí quyển hkq

= 50 mmHg)

Hsh: Sức hút tự nhiên của đường khơng khí. Nó được tính theo cơng thức: Hsh=(1,2−273+t352

b) Với:

H: chiều cao của phần có sức hút tự nhiên bao gồm chiều cao bộ sấy khơng khí và ống khơng khí nóng. Chọn H = 15 m.

tb: nhiệt độ khơng khí đã được sấy nóng; t = 230b 0C.

Hsh=(1,2− 352

273 230+ ).15 = 7,5 mmH O2

hck: Độ chân không trong buồng lửa nơi đưa khơng khí vào. Nó được tính theo cơng thức sau:

ck ft ft

h = h +0,95.H Với:

hft: Chân không trước bộ gia nhiệt thường lấy bằng 2 mmH2O.

Hft : chiều cao tính từ chỗ ghi đến tâm đường khói ra khỏi buồng lửa,lấy Hft= 12 m. ck

h 2 + 0,95.12 = 13,4 mmH O 2

Vậy sức ép của quạt gió (lấy dự trữ 15% để đảm bảo làm việc trong điều kiện xấu nhất) là:

H = 1,15. (157,067 – 7,5 – 13,4) = 156,59 mmH O 2 Cơng suất động cơ kéo quạt gió được tính theo cơng thức sau:

g H.V W =

η (W)

Trong đó:

- H: tính theo N/m2 - V: tính theo m3/s

- : hiệu suất quạt, chọn =0,8ƞ ƞ

Nên ta có:

Wg=1535,66.35,58

0.8 =68307W

W = 68,307 kW

Ta chọn 2 quạt gió mỗi quạt gió có cơng suất 70 kW.

3.2.3 Tính chọn quạt khói

Năng suất của quạt khói được tính như sau: kh kh y 0 t +273 V = B.( V +L .Δα). 273  (m /s) 3 Trong đó:

- B: lượng nhiên liệu tiêu hao cho lò hơi tính cho một quạt; B =3,974 kg/s. - ∑Vy : tổng thể tích sản phẩm cháy của 1 kg nhiên liệu tính ở sau quá

nhiệt (kể cả lượng khơng khí thừa), m3tc/kg. Tính:   0 y r y 0 V =V +α -1 .L  (m /kg) 3

- Vro : thể tích sản phẩm cháy lí thuyết của 1 kg nhiên liệu.

2 2 2 0 0 0 0 r RO N H O V =V +V +V VR O2 o =0,01866.(Clv+0,375. Slv)=0,866 m /kg3 tc VH2O o =0,111 Hlv+0,0124 Wlv+0,0161. Vo=0,608 m3tc/kg

Trần Lê Minh Lưu - 20152347 Trang 46

VN2 o

=0,79 Vo+0,008 Nlv=3,5848 m /kg3 tc

Do đó:

Vr o

=¿ 5,0585 m3tc/kg

- αy : hệ số khơng khí thừa trong đường khói tính tại điểm ra bộ hâm nước cuối.

- αbl =2: hệ số khơng khí thừa trong buồng lửa. α



 i : tổng hệ số khơng khí lọt từ buồng lửa đến bộ sấy khơng khí.

Δ αbl = 0,1 Δ αhn = 0,03 Δαqn : cấp 1 = 0,025 cấp 2 = 0,025 ∆ αskk = 0,05 αy = 2 + (0,1 + 2.0,025 + 0,05 + 0,03) = 2,23 Vậy: Vy = 5,0585 + (2,23 -1).4,51 = 10,6058 m3tc/kg

- Δα : Lượng khơng khí lọt vào đường khói sau bộ phận khơng khí và, bằng 0,2 đối với đường khói có bộ khử bụi bằng túi vải.

- L0 : Lượng khơng khí lí thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu tiêu chuẩn (đã tính ở phần chọn quạt gió); L0 = 4,51 mtc3/kg . - tkh : Nhiệt độ khói thốt ở quạt khói. Do Δα = 0,2 > 0,1 nên tkh được