CHƯƠNG 4 CHƯƠNG 4 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐIỆN TỪ NĂNG LƯỢNG
4.1.1. Cấu tạo nhà máy nhiệt điện
Một nhà máy nhiệt điện gồm có hai cụm thiết bị chính là cụm lò hơi đề sản xuất ra hơi nước và cụm tuốc bin-máy phát đề biến đôi nhiệt năng của đòng hơi thành điện năng.
Ngoài ra còn có thêm lò hơi phụ trợ phục vụ cho khởi động nhà máy; hệ thông nước làm mát; hệ thống chuẩn bị nhiên liệu (Kho than, băng chuyền, máy nghiền than); hệ thống sản xuất khí nén; hệ thống thu hỏi tro bay, gom xi đáy lò, lọc bụi và xử lí khói thải...
—| TIT
Ong “.. Máy phát điện 62
|
]=——— uabin
Than đá a. Tram biến áp
Hình 4.1. Nhà máy nhiệt điện than
x iL ` _
Hồ chứa nước
——ễ hN®&ằnn `
- Lò hơi đốt than phun: bao gồm đường ông hỏi, buồng lửa, quạt, ông thải, bộ say, dan éng nước lên xuống, bộ quá nhiệt... Với 2 nhiệm vụ, đầu tiên đốt nhiên liệu thành sản phâm đốt cháy có nhiệt độ cao. Thứ hai là đưa nước cấp vào lò, tiếp nhận nhiệt từ sản phẩm cháy và chuyên hóa thành nước nóng, nước sôi, hơi bão hòa... Công suất hoạt động của lò hơi thường là lớn có công suất 50MW — 1000 MW, hiệu suất cao. Ngoài ra, trong hệ thống lò hơi còn có các loại van công nghiệp như van tái đầu vào tái tạo nhiệt, van tay đường xả nước..., đàn ống làm mát xi đáy, hệ thống ống khói, gió; hệ thông bypass, hệ thống cấp than, đá vôi...
- Phần tuabin gồm phin lọc dầu, phớt chắn đầu...
- Phần cơ nghiền liệu: bao gồm máy nghiền than, máy phá đồng, băng tải than...
- Phần điện: gồm hệ thống lọc bụi, máy phát, kích từ, hệ théng UPS, DC, vong bi
động cơ...
- Phần C&I: gồm hệ thống lò hơi, hệ thống quan trắc môi trường, phân tích chất lượng nước, BOD và đồng hồ áp suất...
The Pressurized-Water Reactor (PWR)
Containment Structure
Hình 4.2. Cấu tạo nhà máy nhiệt điện
a, Tháp giải nhiệt
Tháp giải nhiệt là một thành phần thiết yêu của nhà máy nhiệt điện giúp loại bỏ
nhiệt dư thừa ra khỏi các hệ thong của nhà máy. Nó chịu trách nhiệm làm mát nước nóng 63
đã được sử dụng đề làm mát các thiết bị và quy trình khác nhau trong nhà máy. Nước được làm mát sau đó được tuần hoàn trở lại dé tai str dụng.
Tháp giải nhiệt là một cầu trúc lớn, có mái che mở thường nằm bên ngoài tòa nhà nhà máy điện chính. Nó được thiết kế để tạo điều kiện truyền nhiệt từ nước sang không khí xung quanh thông qua quá trình bay hơi. Tháp sử dụng nguyên lý làm mát bay hơi để tản nhiệt.
Tháp giải nhiệt thường được đặt ở hạ lưu bình ngưng, nơi nhận nước nóng từ tuabm hơi. Nước nóng từ thiết bị ngưng tụ được bơm lên đính tháp giải nhiệt và được phân phối đều khắp các chất làm đầy của tháp. Phương tiện làm đầy làm tăng diện tích bề mặt của nước, tạo điều kiện tiếp xúc nhiều hơn với không khí.
Khi nước chảy xuống qua phương tiện làm đây, nó tiếp xúc với luồng không khí xung quanh ngược chiều. Sự tiếp xúc này làm cho một phần nước bốc hơi, mang theo nhiệt và làm giảm nhiệt độ của nước. Nước bốc hơi thoát ra đưới dạng hơi, trong khi nước được làm mát thu thập ở dưới cùng của tháp giải nhiệt.
Hơi nóng thoát ra ngoài
Tam char
Nước nóng ban nude
’ Hé théng
voi phun ft o ~ Tấm tản nhiệt Luồng
không khí
ce Luông không kt
oo „
Nước đã được
Bể chứa "giải nhiệt
Hình 4.3. Nguyên lý hoạt động tháp làm mát
Tại chân tháp giải nhiệt, nước đã làm mát được thu vào một bé chứa và sau đó được bơm trở lại nhà máy điện đề tái sử dụng trong thiết bị ngưng tụ hoặc các quá trình 64
làm mát khác. Quá trình bay hơi và truyền nhiệt lặp đi lặp lại miễn là tháp giải nhiệt hoạt động.
Tháp giải nhiệt đóng một vai trò quan trọng trong việc duy trì hiệu quả và hoạt động của nhà máy điện bằng cách đảm bảo rằng nhiệt sinh ra trong quá trình phát điện được tiêu tan đúng cách. Bằng cách loại bỏ nhiệt dư thừa, tháp giải nhiệt giúp ngăn thiết bị quá nóng và tôi ưu hóa hiệu suât của nhà máy điện.
Hình 4.4. Tháp giải nhiệt
b, Bộ phận nạp khí
Bộ phận nạp khí là một bộ phận quan trọng của nhà máy nhiệt điện có tác dụng cung cấp không khí cần thiết cho quá trình đốt cháy trong lò hơi của nhà máy. Nó chịu trách nhiệm hút một lượng lớn không khí xung quanh và hướng nó vào buồng đốt.
nh 4.5. Máy nén khí piston lớn trong dịch vụ khí đốt
Cửa hút gió thường được đặt ở phía trước hoặc bên cạnh tòa nhà nhà máy điện, nơi nó có thể tiếp cận nguồn cung cấp không khí trong lành đầy đủ. Nó bao gồm các lỗ hoặc
mái hắt cho phép không khí đi vào nhà máy điện. Kích thước và thiết kế của cửa hút gió
được xác định dựa trên các yêu cầu cụ thê của quá trình đốt cháy.
Không khí xung quanh được hút vào cửa hút khí rất quan trọng cho quá trình đốt cháy nhiên liệu trong nổi hơi của nhà máy điện. Nó cung cấp oxy cần thiết cho phản ứng đốt cháy, cần thiết cho việc giải phóng năng lượng nhiệt. Cửa nạp khí đảm bảo cung cấp đủ lượng không khí đề đốt cháy hiệu quả và hoàn toàn.
Sau khi đi vào cửa nạp khí, không khí thường được dẫn qua một loạt ống dẫn hoặc lối đi để đến buồng đốt. Các ống dẫn này có thể kết hợp các bộ lọc đề loại bỏ mọi hạt vật chất hoặc tạp chất có trong không khí, đảm bảo cung cấp không khí sạch cho quá trình đốt cháy.
Hệ thống nạp khí được thiết kế đề điều chỉnh luồng không khí dựa trên yêu cầu của nhà máy điện. Lượng không khí cần thiết cho quá trình đốt cháy phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như loại nhiên liệu được sử dụng, công suất phát ra và hiệu quả mong muốn của quá trình đốt cháy. Các cơ chế điều khiên như bộ giám chắn hoặc cửa gió điều chỉnh có thê được sử dụng đề điều chỉnh luồng không khí và duy trì các điều kiện tối ưu cho quá
trình đốt cháy.
Việc quản lý luồng không khí và hút khí đúng cách là rất quan trọng để đạt được quá trình đốt cháy hiệu quả và tối đa hóa hiệu suất của nhà máy điện. Nó đảm bảo rằng nhiên liệu được đốt cháy hiệu quả, giảm thiêu khí thải và tối đa hóa sản lượng năng lượng của nhà máy điện.
€, Buong đốt
Quá trình đốt cháy liên quan đến phản ứng hóa học nhanh chóng giữa nguồn nhiên liệu, chăng hạn như than đá, khí tự nhiên hoặc dầu và tác nhân oxy hóa, thường là không khí hoặc oxy. Mục đích chính của quá trình đốt cháy trong nhà máy nhiệt điện là tạo ra khí ở nhiệt độ cao và áp suât cao, sau đó có thê được sử dụng đề sản xuat hơi nước.
66
nh 4.6. Lò hơi đốt than sử dụng than là nguyên liệu chính để đựn sôi và chuyên hóa thành hơi
Buông đốt, nằm bên trong nồi hơi, được thiết kế đề cung cấp một không gian kin, nơi nhiên liệu và không khí có thể được trộn và đốt cháy đúng cách. Nhiên liệu thường được nghiền thành bột và phun vào buồng đốt, trong khi không khí cần thiết cho quá trình đốt cháy được cung cấp qua hệ thống nạp khí mà chúng ta đã thảo luận trước đó.
Bên trong buồng đốt, các hạt nhiên liệu hòa trộn với không khí, tạo ra hỗn hợp dễ cháy. Nguồn đánh lửa, chăng hạn như tia lửa hoặc ngọn lửa thí điểm, bắt đầu phản ứng đốt cháy bằng cách đốt cháy hỗn hợp. Sau khi đốt cháy, quá trình đốt cháy trở nên tự duy tri do nhiệt giải phóng trong quá trình phản ứng.
Trong quá trình đốt cháy, nhiên liệu trải qua quá trình oxy hóa, giải phóng năng lượng nhiệt. Nhiệt làm cho nhiệt độ của khí trong buồng đốt tăng lên đáng kẻ. Các khí ở nhiệt độ cao, bao gồm các sản phâm phụ của quá trình đốt cháy và các hạt nhiên liệu chưa cháy hết, nở ra và đi chuyên về phía bề mặt truyền nhiệt của nồi hơi.
Năng lượng nhiệt được tạo ra trong quá trình đốt cháy chủ yếu được chuyển đến các ông nước nằm trong nỗi hơi. Các khí nóng tiếp xúc trực tiếp với các ống, làm nóng nước bên trong và biến nó thành hơi nước. Hơi nước được tạo ra sau đó được sử dụng dé chạy một tuabin hơi, từ đó chạy máy phát điện đề sản xuất điện.
67
Quá trình đốt cháy hiệu quả là rất quan trọng trong một nhà máy nhiệt điện để đảm bảo sản lượng năng lượng tối ưu và giảm thiểu khí thải. Quá trình đốt cháy cần được kiểm soát cần thận đề đạt được sự đốt cháy hoàn toàn, trong đó nhiên liệu được đốt cháy triệt
Das Win
Bỏ quả nhiệt cấp 1. — = +5
q h›ửiết cấp 3.
B6 qua nhié iP il — du ra cycion—__
Bunke than —Pð hàm nước
__—B6 sky không khi
Quạt khỏi
—>.3 T tĩnh di
$ a E5
7 gi
Van L Hép 936 cdp 1 Bồ làm mat tro day
bs ast
Hinh 4.7. Hé thong cau tao lò hơi tẳng sôi
đề nhất có thê. Tỷ lệ không khí-nhiên liệu phù hợp, trộn đều và đủ thời gian lưu trong buông đốt là điều cần thiết để quá trình đốt cháy và phát điện hiệu quả.
Các công nghệ đốt tiên tiến, chẳng hạn như đốt than nghiền thành bột, đốt tầng sôi hoặc đốt tuabin khí, có thê được sử dụng tùy thuộc vào loại nhiên liệu và thiết kế cụ thể của nhà máy điện. Các công nghệ này nhằm nâng cao hiệu suất đốt cháy, giảm phát thải và tôi ưu hóa hiệu suất tông thê của nhà máy nhiệt điện.
d, Tua bin khi
Tua bin khí là một loại động cơ đốt trong chuyển đôi năng lượng từ quá trình đốt cháy nhiên liệu thành năng lượng cơ học. Nó là một thành phần quan trọng trong nhiều nhà máy nhiệt điện và được sử dụng rộng rãi đề phát điện, cũng như trong các ứng dụng công nghiệp khác nhau.
May nén: Tua bin khí bắt đầu với một máy nén, hút không khí trong khí quyền và nén nó. Máy nén thường bao gồm nhiều giai đoạn cánh quạt quay, được gọi là giai đoạn máy nén, làm tăng áp suất không khí. Khí nén sau đó được dẫn vào buông đốt.
68
Buông đốt: Trong buồng đốt, dòng nhiên liệu được trộn đều với không khí nén.
Nhiên liệu có thê là khí đốt tự nhiên, đầu điesel, đầu hỏa hoặc nhiên liệu lỏng hoặc khí khác. Hỗn hợp nhiên liệu và không khí được đốt cháy, tạo ra quá trình cháy ở nhiệt độ cao và áp suất cao. Quá trình đốt cháy giải phóng một lượng năng lượng đáng kê dưới dạng khí nóng.
Giãn nở và tuabin: Khí nóng sinh ra từ quá trình đốt cháy giãn nở nhanh chóng, điều khiển một loạt cánh tuabim. Tua bin được kết nối với máy nén thông qua một trục, cho phép năng lượng quay của tuabin điều khiển máy nén. Khi các khí áp suất cao đi qua tuabin, chúng truyền một phan năng lượng của chúng tới các cánh tuabin, khiến chúng quay.
Phát điện: Trục tuabim quay được kết nối với máy phát điện, chuyên đối năng lượng cơ học thành năng lượng điện. Máy phát điện bao gồm các cuộn dây quay trong từ trường, tạo ra dòng điện. Dòng điện này do máy phát điện tạo ra sau đó được sử dụng dé cung cap năng lượng điện cho lưới điện hoặc dé đáp ứng nhu cầu điện năng tại địa phương.
Khí thải: Sau khi đi qua tuabin, khí nóng thoát ra khỏi hệ thống qua ống xả. Trong một số ứng dụng, nhiệt thải từ khí thải có thể được khai thác cho các mục đích bô sung, chăng hạn như hệ thống đồng phát hoặc nhiệt và điện kết hợp (CHP). Các hệ thống này sử dụng nhiệt thải để tạo ra hơi nước, có thể được sử dụng cho các quy trình công nghiệp khác nhau hoặc đề sưởi âm khu vực.
Hinh 4.8. Turbine khi 9HA
69
Tua bin khi được biết đến với thời gian khởi động nhanh, tỷ lệ công suất trên trọng lượng cao và linh hoạt khi vận hành dưới các mức tải khác nhau. Chúng được sử dụng rộng rãi trong cả hai cầu hình chu trình đơn giản, trong đó khí thải được thải vào khí quyền và trong cấu hình chu trình kết hợp, trong đó khí thải được sử đụng để tạo ra hơi nước đề phát điện bô sung.
Tua bin khi dong một vai trò quan trọng trong ngành năng lượng, cung cấp điện cho lưới điện, cũng như trong các ứng dụng công nghiệp như dâu khí, sản xuất và hàng không, nơi chúng được sử dụng đề cung cấp năng lượng cho động cơ máy bay.
Cánh quạt Máy nén cao áp _Turbine cao áp
Trục thấp áp
Máy nén thấp áp Buồng đốt Turbine thấp áp Ống phụt
Hình 4.9. Cấu tạo turbine khí
e, Tua bị hơi
Turbine hơi (turbine tuabin hơi) là một thiết bị quan trọng trong nhà máy nhiệt điện, được sử dụng để chuyên đổi năng lượng nhiệt thành năng lượng cơ học. Turbine hơi hoạt động dựa trên nguyên lý của cơ học động học và luân chuyên chất lỏng.
Quá trình hoạt động cua turbine hoi bao gồm các bước sau:
Hơi nước được tạo ra từ lò đốt trong nhà máy nhiệt điện. Nhiên liệu (như than, dầu mỏ, hoặc khí đốt) được đốt để tạo ra nhiệt năng, và nước trong hệ thông tạo hơi nước trong nhà máy chuyên đổi nhiệt năng này thành hơi nước.
79
Hơi nước dưới áp suất cao được cung cấp vào turbine hơi thông qua một bộ chuyển đối nhiệt năng. Turbine hơi thường có nhiều cấp độ (cấp độ cao, trung gian và thấp), mỗi cấp độ có một bộ cánh quạt riêng đề tận dụng năng lượng của hơi nước.
Hơi nước chạy qua cánh quạt của turbine, tạo ra một lực hướng tác động lên cảnh quạt, làm cho nó quay. Lực này chuyên đổi năng lượng nhiệt thành năng lượng cơ học.
Sự quay của cánh quạt được truyền đến trục turbine, và từ đó, truyền đến máy phát điện. Máy phát điện sử dụng trục turbine để tạo ra năng lượng điện thông qua quá trình chuyên đôi cơ học-điện.
>) N }
Em
BEV
Hinh 4.10. Turbine hơi nước
Turbine hoi trong nha may nhiét dién co vai tro quan trong trong việc tạo ra điện năng từ nhiên liệu nhiệt. Hiệu suất và hiệu quả của turbine hơi đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất năng lượng điện và được cải thiện liên tục để tối ưu hóa hoạt động của nhà máy nhiệt điện.
Hình 4.11. Cấu tạo turbine hơi nước 71
f, Bình ngưng
Bình ngưng là một thành phần quan trọng trong nhà máy nhiệt điện đóng vai trò quan trọng trong chu trinh năng lượng hơi nước. Chức năng chính của nó là ngưng tụ hơi nước thải từ tuabrn hơi trở lại dạng lỏng, cho phép tái sử dụng trong chu trình.
Hình 4.12. Bình ngưng
Giãn nở hơi nước: Sau khi hơi nước áp suất cao đi qua tuabin hơi nước và hoạt động, nó sẽ trở thành hơi nước áp suất thấp và nhiệt độ thấp. Hơi nước áp suất thấp này, h vấn chứa một lượng nhiệt năng đáng kể, cần được ngưng tụ lại thành dạng lỏng đề phát điện hiệu quả.
Hoạt động của bình ngưng: Bình ngưng thường là một thiết bị lớn, giống như bộ
trao đối nhiệt, nhận hơi thải từ tuabin. Nó thường nằm ở hạ lưu của tuabin hơi. Hơi thải đi
vào thiết bị ngưng tụ và tiếp xúc với một loạt ông hoặc tắm được làm mát bằng hệ thống nước làm mát riêng.
Truyền nhiệt: Khi hơi thải chảy qua các ống ngưng tụ, nó truyền năng lượng nhiệt của nó sang các ông, làm cho hơi nước ngưng tụ thành dạng lỏng. Nước làm mát tuần hoàn trong bình ngưng hấp thụ nhiệt từ hơi nước, làm tăng nhiệt độ của nước làm mát.
Nước làm mát có thể được lấy từ một vùng nước gần đó hoặc từ hệ thông tháp giải nhiệt chuyên dụng.
Mạch nước làm mát: Nước làm mát, hiện được làm nóng bằng hơi nước, thường được lưu thông qua các ông ngưng tụ trong một mạch vòng kín. Nước làm mát được làm 72
nóng sau đó được bơm vào tháp giải nhiệt hoặc hệ thống làm mát khác, nơi nó giải phóng nhiệt hấp thụ vào khí quyên thông qua quá trình bay hơi hoặc trao đôi nhiệt trực tiếp.
Bộ sưu tập nước ngưng: Khi hơi nước ngưng tụ trên bề mặt của các ống, nó tạo thành nước lỏng được gọi là nước ngưng. Nước ngưng tụ ở đáy bình ngưng và thường được dẫn vào hệ thống chiết nước ngưng. Phần ngưng tụ sau đó được bơm trở lại hệ thông THƯỚC cấp lò hơi, nơi nó được xử lý và đưa trở lại lò hơi để tái sử dụng làm nước cap. ⁄ A
TUBE SUPPORT STEAM INLET PLATES
TUBESHEET^¿
TUBES vn.
INLET WATERBOX OUTLET WATERBOX
06
COOLING WATER INLET
COOLING WATER OUTLET
CONDENSATE OUTLET
Hình 4.13. Nguyên lý hoạt động bình ngưng
Vai trò của bình ngưng là cần thiết cho hiệu quả tông thê của nhà máy điện. Bằng cách ngưng tụ hơi nước trở lại dạng lỏng, nó làm giảm áp suất ở đầu ra của tuabin và tối đa hóa chênh lệch nhiệt độ giữa hơi nước ổi vào tuabin và nước làm mát. Sự chênh lệch nhiệt độ này nâng cao hiệu quả nhiệt động lực học của chu trình hơi nước của nhà máy điện, dẫn đến cải thiện quá trình chuyên đôi năng lượng và sản lượng điện cao hơn.
Hoạt động hiệu quả của bình ngưng là rất quan trọng đề duy trì áp suất ngược thấp trên tuabin và đảm bảo hiệu suất tối ưu của nhà máy điện. Nhiều loại bình ngưng khác nhau được sử đụng trong các nhà máy điện, bao gồm bình ngưng bề mặt, bình ngưng
73