Lựa chọn thiêt bị phụ

CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ NHÀ MÁY

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 200MW dùng bơm cấp truyền động bằng điện. 1 bơm điện dự phòng.

-Để chọn bơm ta dựa vào các thông số sau:

+Lưu lượng nước cấp cho một khối:

Dnc = D0.αnc = 143,17.1,02 = 146,03 kg/s

 Lưu lượng nước cấp của một bơm có kể đến 5% dự trữ là:

Dnc = 146,03 (1 + 0,05) Dnc = 153,33 kg/s

+Năng suất của bơm nước cấp:

Qnc = Dnc..

Với  = 0,0013 m3/kg: thể tích riêng trung bình của nước cấp

 Qnc = 153,33.0,0013

= 0,1993 m3/s = 717,59 m3/h +Xác định cột áp của bơm nước cấp :

nc

Hh pKK

Hch Hd

pBH

GNCA1

GNCA2

GNCA3

Đối với nhà máy điện dùng lò bao hơi tuần hoàn tự nhiên và mắc bơm cấp sau bình khử khí (xem hình vẽ 3-1) thì áp lực nước sau bơm cần phải đạt :

- Ở phần tính toán bộ gia nhiệt nước cấp chúng ta đã tìm được thể tích riêng trung bình của nước cấp ở đầu đẩy và đầu hút của bơm cấp là v=1/ρ= 0,001053 m3/kg.

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

WBC=Q . ∆ pBC.100 ηBC Trong đó:

QBC: Năng suất bơm, [m3/s] xác định theo lượng nước cấp tính trên sơ đồ nhiệt nguyên lý với độ dự trữ an toàn lấy dư (5-10) % so với định mức

BC: Hiệu suất của bơm. Khoảng từ (0,7÷0,85) lấy ηBC=0,7 Lượng nước cần thiết cung cấp cho lò là:

Qo=Dnc. v=D0. αnc. v=143,17.1,02.0,001053=0,1538m3/s .

- Để nâng cao độ tin cậy và khả năng làm việc chắc chắn của bơm chúng ta lấy năng suất của bơm lớn hơn lưu lượng nước cấp khoảng 5%.

Do đó năng suất cần thiết của bơm là:

QBC = 1,05.Qo = 1,05 .0,1538 = 0,16149 m3/s = 581,37 m3/h

- Để đảm bảo độ tin cậy khi làm việc của bơm nước cấp,tránh hiện tượng xâm thực và hóa hơi ,trong sơ đồ sơ bộ cột áp có dự trữ 5%. Do đó :

∆ p=1,05.∆ po=1,05.182,16=191,27¯¿

Vậy ta có công suất động cơ kéo bơm cấp là:

WBC=0,1538.191,27

0,7 .100=4202,4k W

Từ kết quả tính toán ta chọn bơm  950 ( Bảng PL3.9b/164/TL1) có thông số:

- Năng suất: 950 [m3/h]

- Độ chênh áp: 3409 [mH2O]

- Số vòng quay: 4700 v/p - Hiệu suất bơm: 80%

- Công suất động cơ kéo bơm: 10700 kW.

3.2.2. Bơm nước ngưng:

Khối 200MW có một bình ngưng và chọn 2 bơm nước ngưng cho 1 bình ngưng, trong đó 1 bơm làm việc và 1 bơm dự phòng, 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%.

1. Lưu lượng của nước ngưng:

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

Dng: lượng nước ngưng

DK = K. D0 = 0,8088.143,17 = 115,8

D0: lượng nước do hơi cuối tuabin ngưng tụ ở bình ngưng DHAch: lượng nước đọng của hơi chèn hạ áp De: lượng nước đọng của hơi trích cho Ejectơ DHAch +De = (ch +e). D0 = 0,01. D0

Drr= rr. D0 = 0,01D0 = 0,01.143,17 = 1,4317 Vậy : Dng = D0 (K +HAch + e+rr)

=143,17.(0,8088+0,0477+0,01+0,01) Dng = 125,48kg/s

Nếu tính thêm dự trữ 10% thì:

Dng = 125,48 (1 + 0,1) Dng = 138,04 kg/s Năng suất của bơm nước ngưng:

Q = Dng.

Với  = 0,0010171 m3/kg. Thể tích riêng nước ngưng

 Q = 138,04.0,0010171 = 0,14 m3/s

Hay Q = 505,4 m3/h

2.Cột áp của bơm nước ngưng.

Chiều cao chênh lệch cột áp :

∆ pbn=pd−ph=(pkk−pk)+∆ ptl+ρg(Hd−Hh) Trong đó: PKK: áp lực bình khử khí: PKK = 5.5 bar

PK: áp lực bình ngưng; PK = 0,07bar

∆ ptl=∆ ptld+∆ ptlh+∆ ptlGNHA=2.3.105+3.3.105=15. 105 N m2 : khối lượng riêng trung bình:  = 1000kg/m3

g = 9,81 m/s2

HK: độ chênh mực nước từ bình ngưng đến bình khử khí.

Chọn HK = 25m

∆ pbn=(5,5−0,07).105+15.105+9810.(27−2)=22,88.105 N m2 Để đảm bảo cho sự an toàn của bơm nên:

Dự trữ 5%-10%. Chọn 5%

Vậy ∆ pbn=22,88.105.1,05=22,02. 105 N

m2= 239 mH2O

Ta chọn được loại bơm sau: 16KcB-15x10 Bảng PL3.10 trang 169 -Năng suất : 450 m3/h

-Cột áp : 240 mH2O -Số vòng quay : 1480v/p -Hiệu suất : 75%

-Công suất điện tiêu thụ : 500kW 3.2.3. Bơm tuần hoàn

Bơm tuần hoàn được lựa chọn trong điều kiện mùa hè, lưu lượng hơi vào bình ngung là lớn nhất, nhiệt độ nước làm mát đầu vào bình ngưng cao nhất. Đối với tuabine có cửa trích cho hộ tiêu thụ không sử dụng nhiệt mà tuabine là ngưng hơi. Không đặt bơm tuần hoàn dự phòng chỉ đặt khi sử dụng nước biển làm mát theo sơ đồ kín có bổ sung. Trong nhà máy điện sơ đồ khối, số bơm tuần hoàn phải lớn hơn ba.

Như vậy toàn nhà máy có 4 bơm tuần hoàn đặt tại trạm bơm bờ sông.

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 và các yêu cầu khác.

Năng suất bơm tuần hoàn ngoài lưu lượng nước cần thiết để làm mát bình ngưng còn phải kể đến những nhu cầu dùng nước khác trong nhà máy như dùng nước làm mát cho gối trục, làm mát khí làm mát máy phát điện, các nhu cầu khác… Nếu coi nhu cầu nước làm mát bình ngưng là 100% thì các nhu cầu tiêu thụ nước khác trong nhà máy sẻ vào khoảng.

STT Nhu cầu dùng nước %theo lưu lượng

1 Bình ngưng 100

2 Làm mát khí làm mát máy phát 2,5÷3

3 Làm mát dầu gối trục tuabin-máy phát 1,2÷2,5 4 Làm mát các ổ trục máy nghiền và thết bị phụ 0,7÷1

5 Thải tro xỉ 2÷5

6 Nước bổ sung cho chu trình 0,5÷1

7 Nước sinh hoạt 1÷2

8 Các nguồn phụ khác 0,1÷0,5

Tổng cộng 108÷115

Lấy bằng 110%

Lưu lượng nước tuần hoàn cung cấp cho bình ngưng của một tổ máy tính theo công thức:

Gk = m.Dk =m.Do.αk [kg/s]

Trong đó:

+m: Bội số tuần hoàn (đây là một thống số quan trọng).

m= ik−iBN

Cp× ∆ t=2379−121,4

4,18×7 =77,15

∆t độ hâm nước trong bình ngưng chọn trung bình là 70C

Dk và Do là lượng hơi thoát khỏi tuabin vào bình ngưng và lưu lượng hơi vào tuabin.

Do=143,17 kg/s Dk=αk. D o=0,8088.143,17=115,8kg/s αk: giá trị lượng hơi thoát tương đối. αk=0,71044

Lấy khối lượng riêng trung bình của nước tuần hoàn có thể lấy sơ bộ là khối lượng riêng của nước bình thường, lấy bằng ρk=1000 kg/m3

Bình ngưng

Kênh thải

Bơm tuần hoàn Van điều chỉnh

dgdsgdchichỉnh

Năng suất của bơm tuần hoàn cần phải chọn dư ra khoảng (5-10)% và nhu cầu nước dùng là 10%.

Nên Gk = 77,15.115,8(1+0,05)(1+0,1) =10318 kg/s Vậy

Qk=Dk

ρk=10318

1000 =10,32m3

s =20634m3/h

Sức ép của bơm tuần hoàn thường thấp, nó chỉ có thể khắc phục trở lực đường đi của đường ống dẫn nước từ trạm bơm đến bình ngưng và các nơi tiêu thụ khác trog nhà máy với các trở lực riêng của bình ngưng. Trong đó thành phần trở lực của bình ngưng là đáng chú ý hơn cả.

- Trở lực của bình ngưng có thể được xác định theo công thức:

∆pBN=z(b . ω1,75+0,135ω1,5).0,981.104,[ N m2] Trong đó:

+ z = 2: Số chặng đường nước của bình ngưng.

+  = 2m/s  (1,8÷2,2) m/s: Tốc độ nước đi trong bình ngưng (TL1/70)

+ b: Hệ số thực nghiệm. Nó phụ thuộc vào đường kính trong của ống bình ngưng (d=22mm) và nhiệt độ trung bình của nước làm mát đi trong ống t=300C (t=0,5[t1+t2] với t2=350C, t1=250C

Tra theo bảng 3.2 TL1/70 nhưng ở đây nhiệt độ trung bình của nước làm mát có khác nên φt = 1 + 0,007(t – 20)

t là nhiệt độ trung bình của nước đi trong ống bt = 0,078.[1+0,007.(t – 20)]=0,08346

Vậy∆ pBN=2.(0,08346. 21,75+0,135.21,5).0,981.104=12999,48 N m2

Khi tính toán phải lấy dư trở lực đường nước tuần hoàn ra khoảng (5-8) %.

∆pBN = 12999,48.1,05=13649,45 N/m2 = 0,1364945.105 N/m2

Thông thường trở lực toàn bộ đường nước tuần hoàn lấy vào khoảng (2-3).105 N/m2. lấy

∆pTL=2.105 N/m2

∆ p=(∆ p BN+∆ p TL)=0.1364945+2=2,1364945¯¿ = 21,36 mH2O

Từ kết quả tính toán ta chọn bơm O3-110 ( Bảng PL3.11b/171/TL1) có thông số:

- Năng suất :14400 – 21600 [m3/h]

- Cột áp: 15,5 – 22,9 [mH2O]

- Số vòng quay: 585 v/p - Hiệu suất bơm: 80 - 87 %

- Công suất động cơ kéo bơm: 925 - 1390 kW.

3.2.4. Bơm nước đọng

Nước đọng từ bình gia nhiệt hạ áp 4 dồn về bình gia nhiệt hạ áp 5 và 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 100MW chọn 1 bơm nước đọng.

1. 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 trị số này đã được xác định ở phần trước

Lưu lượng nước đọng:

Dđ = D0. nđ6

Với: D0: lưu lượng hơi nước cho tua bin D0 = 143,17kg/s

nđ6: lượng nước đọng ra khỏi bình gia nhiệt hạ áp 6

nđ6 =  4 + 5 +6

= 0,032 + 0,0576+0,063 = 0,1526  Dđ = 0,1526. 143,17= 21,85kg/s

Tính thêm 5% dự trữ thì ta có:

Dđ = 21,5. 1,05 = 22,94 kg/s Thể tích riêng của lượng nước đọng này là:

 = 0,0010435 m3/kg Vậy năng suất của bơm đọng là

Qđ = Dđ. = 22,94. 0,0010435 = 0,02404 m3/s hay Qđ = 86,5 m3/h

2. Xác định cột áp bơm nước đọng.

Trong phần trên đã xác định được cột áp của bơm nước ngưng là:

Hng = 239 mH2O =23,1 at

Áp suất đầu đẩy của bơm nước ngưng là tổng của Hng và áp suất của bình ngưng PK

= 0,07 bar (xem như bar = at)

 Áp suất đầu đẩy của bơm nước ngưng Pđng = 23,1+ 0,07 =23,17 at

Áp suất đầu đẩy của bơm nước đọng chính là hiệu số giữa áp suất đầu đẩy của bơm nước ngưng và tổng trở lực của bình làm lạnh ejectơ và bình gia nhiệt hạ áp số 6

Áp suất đầu đẩy của bơm nước đọng là:

Pđđ = Pđng - Pttl

Pttl: Tổng các trở lực

Tổng trở lực của bình làm lạnh ejectơ và bình gia nhiệt hạ áp số 6 lấy là 1,5at vậy.

Pđđ = 23,17 - 1,5 = 21,67 at

Cột áp của bơm nước đọng bằng hiệu số của áp suất đầu đẩy của bơm nước đọng với áp suất làm việc của bình GNHA6.

Cột áp của bơm nước đọng:

Pđ = Pđđ - PGNHA6 = 21,67 - 0,96 = 19,5 at Lấy dự trữ 5% ta có:

Pđ = 1,05. 20,71 = 21,74 at = 224,63 mH2O Từ năng suất Qđ = 86,5 m3/h

Cột áp Pđ = 224,63 mH2O

Dựa vào [TL-1] ta chọn được bơm nước đọng sau:

-Ký hiệu bơm : 8KcД-5X3 -Năng suất : 119 m3/h -Cột áp : 125 mH2O -Số vòng quay : 1450v/p

-Công suất điện tiêu thụ : 66 kW -Hiệu suất bơm : 61%.

3.2.5. Bình ngưng.

Thực chất của bình ngưng chính là một thiết bị trao đổi nhiệt kiểu bề mặt.

Mục đích: Hơi thoát ra khỏi tuabine đi vào bình ngưng trao đổi nhiệt kiểu bề mặt với nước làm mát ngưng tụ lại thành lỏng, rồi đi vào thiết bị gia nhiệt hồi nhiệt nhận nhiệt từ hơi trích thành hơi bão hòa, cuối bình gia nhiệt cao sau cùng là lỏng bão hòa đưa vào bao hơi. Việc chúng ta sử dụng bình ngưng là vì nếu ta đưa trược tiếp lượng hơi thoát ra khỏi tuabine vào bao hơi thì bắt buộc chúng ta dùng máy nén hoặc bơm. Nếu dùng máy nén thì đòi hỏi công nén rất cao, đồng thời dễ xảy ra hiện tưởng thủy kích phá hủy máy nén. Nếu dùng bơm thì công bơm thấp nhưng đòi hỏi bơm phải vận chuyển dòng môi chất hai pha, đều này khiến bơm dễ bị xâm thực phá hỏng bơm.

Tính chọn bình ngưng chính là chọn thiết bị trao đổi nhiệt sao cho no có một bề mặt truyền nhiệt thỏa mãn làm ngưng tụ được hơi thoát ra khỏi tuabin.

Tính toán truyền nhiệt trong bình ngưng.

Phương trình cân bằng nhiệt giữa hơi ngưng tụ và nước làm mát, công thức (3.9)/71/ TL [1]:

Qk=Gk. Cp. ∆ t=Dk.(ik−iBN),[kW] Trong đó:

Gk, Dk[kg

s ] - lưu lượng nước làm mát và lưu lượng hơi thoát vào bình ngưng Cp=4,18[ kJ

kgK]- nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp của nước làm mát.

∆ t=t2−t1[¿0C]¿ - Độ hâm nước của nước làm mát, t1 là nhiệt độ đầu vào của nước làm mát. Nhiệt độ nước làm mát vào bình ngưng phụ thuộc vào điều kiện thời tiết khí hậu và sơ đồ làm mát. t1 = 25 [oC], t2 là nhiệt độ đầu ra của nước làm mát. Giá trị nhiệt độ nước ra phụ 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 thể lấy nó thấp hơn nhiệt độ bão hòa của hơi thoát vào bình ngưng một khoảng là δt. Tức tt. Tức t2 = tk – δt. Tức tt = 44 – 4 = 40oC (giá trị δt. Tức tt được các nhà chế tạo bình ngưng tính toán lựa chọn vào khoảng 3- 60C)

Suy ra:

Qk=10318.4,18.(40−25)=646938,6[kW]

Phương trình truyền nhiệt trong bình ngưng, công thức (3.10)/71/TL [1].

Qk=k . F . ∆ ttb,[kW] Trong đó:

F, [m2] - Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt.

∆ ttb,[¿0C]¿- Độ chêch nhiệt độ trung bình logarit của hai dòng vật chất

∆ ttb= ∆ t ln∆ t+δtt

δtt

= 40−25

ln(40−25)+4 4

=100C

k, [kW/m2K] - Hệ số truyền nhiệt tổng trong bình ngưng, nó phụ thuộc vào loại vật liệu làm ống, mức độ bám cáu trong ống, vào tốc độ dòng hơi thoát trong bình ngưng, vào khả năng làm việc của thiết bị hút thải không khí (ejector) và nhiều yếu tố khác (72/TL [1])

Việc tính k dựa trên công thức bán thực nghiệm của Becman (3.13)/72/TL [1]

k=4070,5.a .(0,1956.ω

√4d1

)

x

.[1−0,421000√a.(35−t1)2]. ϕz. ϕD

Trong đó:

x=0,12.a .(1+0,15.ti)=0,12.0,85.(1+0,15.25)=0,485

a - Hệ số tính đến ảnh hưởng của độ bẩn bề mặt làm lạnh. Phụ thuộc vào điều kiện vận hành bình ngưng. Do hệ thống nước làm mát là nước làm mát tuần hoàn đơn lưu nên chọn a = 0,85

 = 2 m/s  (1,8÷2,2)m/s - Tốc độ nước chảy trong ống.

d1 = 0,02 m - Đường kính trong của ống làm lạnh bình ngưng.

ti - nhiệt độ nước làm lạnh đầu vào bình ngưng t1 = 25oC ϕz=1+0,1.(Z−2).(1− t1

35) - Hệ số tính đến ảnh hưởng của số chặng đường nước làm mát Z, do Z =2 nên

ϕz=1+0,1.(2−2).(1−2535)=1

ϕD=1 - Hệ số tính đến ảnh hưởng của suất phụ tải hơi dk vào bình ngưng. (Suất phụ tải hơi là lưu lượng hơi vào bình ngưng tính trên một đơn vị diện tích trao đổi nhiệt của bình ngưng dk=Dk/F (kg/s)/m2. Thông thường có giá trị vào khoảng (30÷45) kg/m2h ).

k=4070,5.0,85.(0,1956.2√40,02 )0,485.[1−0,42.1000√0,85.(35−25)2].1.1

=> k=3390,23W/m2K

Vậy diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:

F= Qk

k . ∆ ttb=646938,6.1000

3390,23.10 =25535,44m2

Do dk = Dk/F [(kg/s)/m2]hay [kg/m2h] có giá trị trong khoảng (30÷45) kg/m2h. Nên ta kiểm tra xem quá trình tính toán của mình đã đúng hay chưa

F=Dk

dk=253,48.3600

30÷45 =20278,67÷30418m2 Vậy tính toán của ta là đúng

Từ kết quả tính toán ta chọn bình ngưng có thông số kỹ thuật sau:

Vậy ta chọn loại tuabin 1000K ЦC-4 có các thông số:C-4 có các thông số:

Diện tích bề mặt: 3000X2 [m2]

Lưu lượng: 16000 [m3/h]

Số ống: 6380X2

Chiều dài ống: 6650 [mm]

Đường kính ống: 25/23 [mm]

Trở kháng thủy lực: 3,6 [mH20]

3.2.6. Chọn ejectơ.

Nhiệm vụ của Ejectơ là duy trì độ chân không cần thiết trong bình ngưng cần hút liên tục không khí ra khỏi bình ngưng, giữ cho áp lực trong bình ngưng đúng mức qui định

Do áp suất trong bình ngưng nhỏ hơn áp suất khí trời rất nhiều nên không tránh khỏi sự lọt khí qua các bình nối, các van và các khe hở khác trên thân bình ngưng. Lượng không khí lọt vào bình ngưng làm tăng trở lực nhiệt và làm xấu quá trình trao đổi nhiệt kết quả đưa đến là chân không của bình ngưng sẽ giảm xuống. Để tạo ra độ duy trì chân không trong bình ngưng thì phải liên tục rút lượng không khí trong bình ngưng ra ngoài.

Để rút lượng không khí có trong bình ngưng người ta dùng ejectơ hơi trong khối đặt 1 ejectơ

Ejectơ dùng để gia tăng sự tạo thành chân không trước khi khởi động tuabin và trong thời gian khởi động. Các ejectơ thường lấy hơi từ đường hơi mới sau khi đã qua giảm áp.

3.2.7. Tính chọn bình khử khí và các bình gia nhiệt.

a. Tính chọn thiết bị khử khí.

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

Trong thiết kế này một thiết bị khử khí nước cấp cho một khối, như vậy toàn nhà máy có 1 thiết bị khử khí.

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

Lưu lượng nước cấp cho lò hơi:

tbh

=157,3

° C

t1 = 139,61° C

t2 = 155,3 ° C t

F

Dnc = 143,17.1,02. =146,03 kg/s

Lưu lượng nước khử khí là lưu lượng nước cấp có tính đến dự trữ 5%:

DKK = 1,05. Dnc = 1,05. 146,03= 148.95kg/s = 551,99 t/h ira=620,92kJ

kg, iv=588,7kJ kg

Chọn hệ số truyền nhiệt k=12 kW/m2K

∆ ttb= t2−t1 lntbh−t1

tbh−t2

= 155,3−139,61 ln157,3−139,61

157,3−155,3

=7,19° C

Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:

F=551,99.(620,92−588,7)

12.7,19 =206,13m2 b. Tính chọn bình gia nhiệt

Bình gia nhiệt là thiết bị trao đổi nhiệt kiểu bề mặt, nước cấp đi trong ống còn hơi trích bao bên ngoài. Hơi trích gia nhiệt cho nước cấp. Ở đây do hệ số truyền nhiệt k của nước lớn hơn của hơi nên trong tính toán trao đổi nhiệt ta xét đến đường kính trong.

Để chọn bình gia nhiệt ta phải tính toán diện tích trao đổi nhiệt của bình gia nhiệt, trong tính toán diện tích bình gia nhiệt ta chỉ tính phần gia nhiệt chính.