KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
4.1.2 Những giới hạn hiệu suất trên của NLNLT
Một NLNLT sản xuất năng lượng điện từ nhiên liệu than thông qua vài quá trình chuyển đổi năng lượng, sử dụng nước là chất lỏng vận hành. Năng lượng
hoá học của nhiện liệu than được truyền vào trong năng lượng nhiệt của hơi bởi boiler, sau đó nó được chuyển thành năng lượng cơ xoay bởi tuabin và cuối cùng nó được chuyển thành năng lượng điện bởi máy phát (hình 4.1). Đồng
thời, chất lỏng làm việc chuyển đổi giữa bay hơi và ngưng tụ trong một mạch
kín theo chu trình nhiệt động lực.
Hình 4.1. Tổ hợp năng lượng nhiên liệu than đơn giản
Vì hiệu suất của những máy phát điện là rất cao(~98%), hiệu suất của toàn bộ tổ
hợp được quyết định bởi hiệu suất của những bộ phận còn lại, hầu hết bởi
những đặc tính của chu kỳ nhiệt động lực của chất lỏng làm việc. Trong trường
hợp vận hành xác lập lý tưởng, việc truyền nhiệt ra môi trường xung quanh được bỏ qua, những thay đổi động năng và điện năng không đáng kể và những
quá trình ngược bên được giả sử để đơn giản việc phân tích. Dưới những điều
trong khi đi qua tuabin và bơm là đẳng entropi. Sơ đồ nhiệt độ-entropi của một
chu kỳ Rankine đơn giản lý tưởng được thể hiện ở hình 4.2 với những trạng thái 1 đến 4 tương ứng với những điểm 1-4 trong hình 4.1.
Từ điểm 1 đến 2, nước nén đẳngentropi trong bơm, tăng áp suất đáng kể. Từ điểm 2-3 nhiệt được giải phóng bởi quá trình đốt nhiên liệu được truyền vào trong chất lỏng làm việc trong boiler và nó chuyển nước lỏng thành hơi bảo hoà
ở áp suất không đổi. Lượng nhiệt được truyền cho chất lỏng chất lỏng làm việc tăng nhiệt độ của nó từ trạng thái 2 lên trạng thái c gọi là nhiệt biểu lộ. Nhiệt độ
tại trạng thái c, tại đó nước bắt đầu sôi là nhiệt độ bảo hoà, và lượng nhiệt được
thêm vào từ trạng thái c đến điểm 3 mà không tăng nhiệt độ được gọi là nhiệt ẩn. Từ điểm 3 đến điểm 4, hơi bão hoà chịu qúa trình giản nở entropi trong
tuabin giảm áp đến giá trị tại bộ ngưng tụ. Việc nở hơi được dùng để tạo chuyển động xoay trục để đẩy máy phát điện. Cuối cùng, từ điểm 4 đến 1, nhiệt được
chuyển từ chất lỏng làm việc cho nước làm mát trong bộ ngưng tụ khi nó
chuyển từ hơi bảo hoà sang nước lỏng với áp suất không đổi.
Hình 4.2 Sơ đồ nhiệt độ-entropi của một chu kỳ Rankine đơn giản lý tưởng
Trong những tổ máy thật, rất nhiều hiệu chỉnh được thêm vào để cải tiến hiệu
suất nhiệt toàn bộ bằng cách tăng nhiệt độ ngõ vào của lượng nhiệt thêm vào chất lỏng làm việc. Những phương pháp chính là qúa nhiệt và gia nhiệt và làm
nóng nước tái tạo, như được thể hiện ở hình 4.3. Những thay đổi tương ứng
trong chu kỳ nhiệt động lực được thể hiện ở hình 4.4. Theo đó, điểm đề cập đến
những vị trí vật lý trong hình 4.3 và trạng thái đề cập đến trạng thái nhiệt động
lực trong hình 4.4.
Nhiệt tái tạo nước cấp được thực hiện bởi nhiều bộ cấp nhiệt, thường có ba
lượng nhiệt tái tạo theo đường dẫn từ điểm 1 đến điểm 7. Nén đoạn nhiệt đẳng
entropi của chất lỏng làm việc được thực hiện bởi những bơm bộ ngưng tụ (điểm và trạng thái 1-2) và bởi bơm nước cấp (điểm và trạng thái 4-5). Đẳng áp tăng nhiệt độ và entropi diễn ra tại những bộ cấp nhiệt áp suất thấp (điểm và trạng thái 2-3), bộ khử khí (điểm và trạng thái 3-4), những bộ cấp nhiệt cao áp (điểm và trạng thái 5-6) và bộ tiết nhiệt (điểm và trạng thái 6-7).
Quá trình quá nhiệt nhận hơi bảo hoà ra khỏi bao hơi boiler (điểm 8) để đến hơi quá nhiệt trước khi vào phần cao áp của tuabin hơi(điểm 9). Quá nhiệt thường diễn ra ở cao áp trong một tập những bộ trao đổi nhiệt phân biệt, được
gọi là những bộ trao đổi nhiệt sơ cấp và thứ cấp, dùng khí hơi của quá trình đốt.
Nhiệt độ hơi tăng ở áp suất không đổi từ trạng thái 8 đến trạng thái 9. Sau khi
nở đẳng entropi qua tuabin cao áp (điểm 9-10), hơi lại nhận điều kiện quá nhiệt trước khi trước khi vào phần hạ áp (điểm 11). Điểm tăng nhiệt độ thứ hai này
được thực hiện bởi bộ gia nhiệt dùng khí hơi của quá trình đốt, và diễn ra ở áp
suất không đổi với một giá trị trung gian giữa ngõ ra của bao hơi và bộ ngưng
tụ. Nhiệt độ hơi tăng từ trạng thái 10 đến 11. Cuối cùng hơi chịu sự nở đẳng
entropi khác qua phần tuabin hạ áp, tạo cơ năng và mất nhiệt độ cũng như áp
suất cho đến những giá trị của bộ ngưng tụ (điểm và trạng thái 12).
Hình 4.4 Sơ đồ nhiệt độ-entropi
Ngoài ra còn có quá trình exergy nhưng trong phạm vi đề tài này không đi
vào chi tiết mà sẽ dùng kết quả của Raul Garduno-Ramirez.