Tính cân bằng cho các bình gia nhiệt

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG VÀ TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ NHIỆT NGUYÊN LÝ

2.5. Tính cân bằng nhiệt và vật chất cho sơ đồ nhiệt nguyên lý

2.5.2. Tính cân bằng cho các bình gia nhiệt

Nhiệm vụ tính cân bằng nhiệt cho các bình gia nhiệt thực chất là tìm ra lưu lượng hơi trích tương đối tại các cửa trích thông qua việc lập và giải các phương trình cân bằng nhiệt và vật chất cho các bình gia nhiệt.

Độ kinh tế của việc hồi nhiệt sử dụng hơi quá nhiệt của các cửa trích của tuabin có thể được nâng cao nhờ việc làm lạnh hơi trích bằng nước cấp, sở dĩ như vậy là khi làm lạnh hơi trích thì sự trao đổi nhiệt không thuận nghịch trong các bình gia nhiệt giảm đi, lượng hơi trích phải tăng lên làm giảm lượng hơi đi vào bình ngưng do vậy hiệu suất của tuabin nói riêng và nhà máy nói chung tăng lên. Ngoài ra sự làm lạnh nước đọng cũng làm giảm sự thay thế hơi trích của bình gia nhiệt tiếp nhận nước đọng đó. Và như vậy giảm nhiệt tổn thất năng lượng. Do đó các bình gia nhiệt cao áp đều chọn là các bình có ba phần: Làm lạnh hơi, gia nhiệt chính và làm lạnh nước đọng.

2.5.2.1. Bình gia nhiệt cao áp số 1 (BGNCA1).

Hình 2-3.Sơ đồ tính toán bình gia nhiệt cao áp 1 Trong đó:

LH1 : Phần làm lạnh hơi trong bình gia nhiệt số 1 GN1 : Phần gia nhiệt chính trong bình gia nhiệt số 1 LĐ1 : Phần làm lạnh nước đọng trong bình gia nhiệt số 1 1, nc : lượng hơi và lượng nước cấp vào bình gia nhiệt;

iv1n, irln : entanpy nước cấp vào và ra bình gia nhiệt;

i1: entanpy của hơi trích vào BGNCA số 1.

nc ; ir1n

1 ; i1

i1’

nc ; iv1n h1 ; i’d1 LD1

LH1 GN1

nc ; ir2n

2 ; i2

nc ; iv2n h2’ ; ilđ2 LH2

LH2 GN2

h1 ; ilđ1

Thiết kế nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng công suất 600MW

i’d1: là entanpy của nước đọng ra khỏi BGNCA số 1.

Phương trình cân bằng nhiệt cho bình gia nhiệt 1:

η .α . i - i =α . i - i1 1  1 ,d1 nc  rn1 n1v 

=>

 

 

r v

nc n1 n1

1

1 1 d1

α . i - i α = η . i - i

Với: nc = 1+ rr +ch + ej + xả = 1 + 0,01 + 0,005 + 0,005 + 0,01 = 1,03 i1 = 3126,74 kJ/kg;

ir1n = 1290,1 kJ/kg iv1n = 1111,37 kJ/kg i’d1 = 1141,37 kJ/Kg

Hiệu suất bình gia nhiệt cáo áp (0,98÷ 0,99), [trang 40, TL-1];

Chọn hiệu suất bình gia nhiệt  = 0,98:

α1= 1,03(1290,1−1111,37)

(3126,74−1141,37).0,98=0,095

2.5.2.2. Bình gia nhệt cao áp số 2.

Hình 2-4.Sơ đồ tính toán bình gia nhiệt cao áp số 2

Ở các bình gia nhiệt cao áp, nước đọng từ bình gia nhiệt áp suất cao sẽ dồn về bình gia nhiệt áp suất thấp. Vì vậy tại bình gia nhiệt cao áp 2 sẽ có thêm dòng nước đọng từ bình gia nhiệt cao áp 1 về. Hơi cấp cho bình gia nhiệt cao áp 2 lấy từ cửa trích số 2.

Trong đó: 2, nc : lượng hơi và lượng nước cấp vào bình gia nhiệt;

iv2n, ir2n : entanpy nước cấp vào và ra bình gia nhiệt;

i2: entanpy của hơi trích vào BGNCA số 2.

i’d2: là entanpy của nước đọng ra khỏi BGNCA số 2.

1 và i’d1: lưu lượng và entanpi của nước đọng ra khỏi BGNCA1 vào CA2.

Phương trình cân bằng nhiệt cho bình gia nhiệt 2:

η . α .i + α .i2    2 2 1 d1,   (α1  α ).i2 ,d2  = α . i - inc  n2r n2v 

=>

   

 

r v , ,

nc

n2 n2 1 d1 d2

2 2

2 d2

α . i - i - α . i - i α = η

i - i 

Với: ir2n = 1111,37 kJ/kg iv2n = 868,59kJ/kg i’d1 = 1141,37kJ/Kg i’d2 = 898,59 kJ/Kg i2 = 2994,63 kJ/kg η2=0,98

¿>α2=1,03.(111,37−868,59)−0,095.(1141,37−898,59)

(2994,63−898,59).0,98 =0,111

Nước cấp ra khỏi bơm cấp bị tăng một chút về entanpy do đặc tính của quá trình nén có làm tăng nhiệt. Nước cấp ra khỏi bình khử khí coi như ở trạng thái sôi để đáp ứng được hiệu quả khử khí kiểu nhiệt. Vì thế nên trước khi tính toán BGNCA số 3 ta phải tính sơ bộ độ gia nhiệt bơm cấp để xác định entanpy của nước cấp ra khỏi bơm đi vào BGNCA này.

Thiết kế nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng công suất 600MW

2.5.2.3. Bình gia nhiệt cao áp số 3.

Hình 2-5.Sơ đồ tính toán bình gia nhiệt cao áp số 3

Trong đó: 3, nc lần lượt là lượng hơi và lượng nước cấp vào bình gia nhiệt;

iv3n, ir3n lần lượt là entanpy nước cấp vào và ra bình gia nhiệt;

i3: entanpy của hơi trích vào BGNCA số 3.

i’d3: là entanpy của nước đọng ra khỏi BGNCA số 3.

(1+2) và i’d2: lần lượt là lưu lượng và entanpi của nước đọng ra khỏi BGNCA2 vào BNGCA3.

Phương trình cân bằng nhiệt cho bình gia nhiệt 3:

 ,  ,  r v 

3 3 3 1 2 d2 1 2 3 d3 nc n3 n3

η . α .i + (α +α ).i   (α  α  α ).i  = α . i - i

 

=>

   

 

r v , ,

nc

n3 n3 1 2 d2 d3

3 3

3 d3

α . i - i - (α +α ). i - i α = η

i - i 

nc;ir3n

h3;ih3

nc;iv3n

h3’;ilđ3 LĐ3

LH3 GN3

h2’;ilđ2

Với: i3 = 3436,37 kJ/kg i’d2 = 898,59 kJ/Kg i2 = 2994,63/kg i’d3 = 732 kJ/Kg ir3n = 868,59 kJ/kg iv3n = 698,6 kJ/kg

η3=0,98

¿>α3=1,03(868,59−698,6)−(0,095+0,111)(898,59−732)

(3436,37−732).0,98 =0,061 2.5.2.4. Tính toán bình khử khí.

Không khí hòa tan trong nước có chứa một lượng không khí không ngưng như CO2, O2… dẫn đến gây ăn mòn thiết bị và ống dẫn trong nhà máy nhiệt điện. Để bảo vệ chúng khỏi bị ăn mòn của khí trong nước, người ta áp dụng biện pháp tách khí ra khỏi nước trước khi cung cấp cho lò hơi ( hay còn gọi là khử khí cho nước).

Hình 2-6.Sơ đồ tính toán nhiệt cho bình khử khí Tại bình khử khí gồm có:

- Đường nước ngưng chính sau khi đi qua BGNHA số 5, nn, ivnkk; - Đường hơi trích từ cửa trích số 3 sau khi qua van giảm áp, KK, iKK;

- Đường nước đọng từ BGNCA số 3, (1+2+3), i’d3;

- Đường nước bổ sung từ bình gia nhiệt bổ sung, isbs , bs;

- Lượng nước cấp ra khỏi bình khử khí ,nc , irnkk.

Ta có phương trình cân bằng chất của thiết bị khử khí:

nc = (1+2+3) + KK + nn + bs

KK = nc– ((1+2+3) + nn + bs)

= 1,03 - (0,095+0,111+0,061+0,03+ nn )

Vậy ta có KK = 0,733 - nn (1)

Thiết kế nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng công suất 600MW

Ta có phương trình cân bằng năng lượng của thiết bị khử khí:

KK . ikk + nn . ivnkk +(1+2+3). i’d3 + bs . irbs = nc . irnkk(2)

Với : irnkk = 671,13 kJ/kg 1= 0,095 ivnkk = 585,25 kJ/kg 2= 0,111 i’d3 = 732,15 kJ/Kg 3= 0,061 irbs = 258,31 kJ/Kg bs= 0,03 ikk = 3166,62 kJ/kg nc= 1,03 Thay vào phương trình (2) ta được :

3166,62. KK + 585,25.nn = 488,03 (3)

Từ phương trình (1) và (3) ta suy ra được: KK= 0,023 , nn = 0,71 2.5.2.5. Bình gia nhiệt hạ áp số 5.

'

r v

i5 ,5

in5 ,nn in5 ,nn

id5 ,5

Hình 2-7.Sơ đồ tính toán bình gia nhiệt hạ áp số 5

Trong đó: 5, nc lần lượt là lượng hơi và lượng nước cấp vào bình gia nhiệt;

iv5n, ir5n lần lượt là entanpy nước cấp vào và ra bình gia nhiệt;

i5: entanpy của hơi trích vào BGNHA số 5.

i’d5: là entanpy của nước đọng ra khỏi BGNHA số 5.

Phương trình cân bằng nhiệt cho bình gia nhiệt 5:

η .α . i - i = α . i - i5 5  5 ,d5 nn  rn5 n5v 

=>

 

 

r v

nn n5 n5

5

5 5 d5

α . i - i α = η . i - i

Với: i5 = 2984,43 kJ/kg ir5n = 585,25 kJ/kg

iv5n = 441,12 kJ/kg i’d5 = 602,09 kJ/Kg nn = 0,71 η5=0,98

¿>α5= 0,71.(602,09−441,12)

(2984,43−585,25).0,98=0,049

2.5.2.6. Bình gia nhiệt hạ áp 6 và 7

Do giữa bình GNHA6 và bình GNHA 7 có điểm hỗn hợp (HH) nên không thể giải đơn thuần từng bình mà phải lập và giải đồng thời cả hai bình GNHA này.

r v r v

in6 ,nn in6 ,nn in7 ,nn in7 ,nn

i7 ,7

, ,

i6 ,6 'i

d5 ,5

id'7 ,(5+6+7) HH

'id6 ,(5+6)

Hình 2-8.Sơ đồ tính toán bình gia nhiệt hạ áp 6 và 7 Trong đó:

6 ,nn : Lưu lượng hơi trích, lưu lượng nước ngưng cho bình GNHA 6

7 ,’nn : Lưu lượng hơi trích, lưu lượng nước ngưng cho bình GNHA 7 irn6 ,ivn6: Entanpy nước ngưng ra và vào bình GNHA 6

irn7, ivn7: Entanpy nước ngưng ra và vào bình GNHA 7

i’đ6, i’đ7: Lần lượt là entanpy nước đọng ra khỏi bình GNHA 6 và 7 i6, i7: entanpi của hơi trích vào bình GNHA6 và bình GNCA7

5: Lưu lượng hơi trích vào bình GNHA 5 i’đ5: Entanpy nước đọng ra khỏi bình GNHA 5

Phương trình cân bằng năng lượng cho bình gia nhiệt hạ áp 6:

η . α .i + α .i - (α + α ).i6   5 d5, 6 6 5 6 ,d6   α . i - inn  rn6 vn6 (a)

Phương trình cân bằng năng lượng cho điểm hỗn hợp:

v , r ,

nn n6 nn n7 5 6 7 d7

α .i α .i (α α α ).i (b) Phương trình cân bằng vật chất cho điểm hỗn hợp:

Thiết kế nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng công suất 600MW

,

nn nn 5 6 7

α α α α α (c)

Phương trình cân bằng năng lượng cho bình gia nhiệt hạ áp 7:

 

, , , r v

7 7 7 5 6 d6 5 6 7 d7 nn n7 n7

η . α .i + (α + α ).i    (α +α +α ).i    α . i - i (d)

Với : i6 = 2782,11 kJ/kg i7 = 2596 kJ/kg nn = 0,71 irn6 = 441,12 kJ/kg irn7 = 321,06 kJ/kg ivn7 = 277,16 kJ/kg i’đ6 = 457,1 kJ/kg i’đ7 = 326,58 kJ/kg 5 = 0,045 i’đ5 = 602,09 kJ/kg

Giải hệ bốn phương trình trên (với các ẩn số là 6, 7, ’nn, ivn6 ) ta có:

6 = 0,035 ivn6 = 321,76 kJ/kg 7 = 0,037 ’nn = 0,63

2.5.2.7. Bình gia nhiệt hạ áp số 8.

Trước khi vào bình gia nhiệt hạ áp số 8 nước ngưng đi qua bình gia nhiệt làm mát ejecto và bình làm mát hơi chèn. Độ gia nhiệt dòng nước ngưng khi đi qua các bình gia nhiệt làm mát ejecto và các bình làm mát hơi chèn tương ứng với độ tăng entanpi là khoảng (21 ÷ 34) kJ/kg, chọn bằng 30 kJ/kg.

'

r v

i8 ,8

id8 ,8

' in8 ,'nn

in8 ,nn

Hình 2-9.Sơ đồ tính toán bình gia nhiệt hạ áp 8

Trong đó: 8, nc lần lượt là lượng hơi và lượng nước cấp vào bình gia nhiệt.

iv8n, ir8n lần lượt là entanpy nước cấp vào và ra bình gia nhiệt i8: entanpy của hơi trích vào BGNCA số 8.

i’d8: là entanpy của nước đọng ra khỏi BGNCA số 8.

Phương trình cân bằng nhiệt cho bình gia nhiệt 8:

η .α . i - i = α . i - i8 8  8 ,d8 ,nn  rn8 vn8

=>

 

 

, r v

nn n8 n8

8

8 8 d8

α . i - i α = η . i - i

Với: i8 = 2531,57 kJ/kg ir8n = 277,16 kJ/kg iv8n = 148,61 kJ/kg i’d8 = 284,61 kJ/Kg

α’nn = 0,63 η8=0,98

¿>α8= 0,63.(284,61−148,61)