Thiết kế nhà máy nhiệt điện công suất 1000mw sử dụng nhiên liệu khí đồng hành

Quá trình phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp nước ta đang đặt ra yêu cầu về năng lượng rất lớn. Ở nước ta, ngoài việc sử dụng các nguồn năng lượng sơ cấp trong các ngành công nghiệp và đời sống thì năng lượng điện là dạng năng lượng được sử dụng phổ biến và hiệu quả nhất. Vì vậy, ngày càng nhiều các nhà máy điện mọc lên ở khắp mọi nơi đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của phụ tải. Với việc thay thế dần nguyên liệu truyền thống của nhà máy nhiệt điện từ than đá sang dầu mỏ và khí đốt thì sự phát triển của các nhà máy nhiệt điện trong tương lai là rất lớn. Trong kỳ này nhóm chúng em được giao đề tài thiết kế nhà máy nhiệt điện 1000MW, nhiên liệu khí đồng hành cũng xuất phát từ thực tế đó. Được sự hướng dẫn, giúp đỡ rất nhiệt tình của thầy giáo TS. Trần Thanh Sơn và cùng với sự đoàn kết, nổ lực học tập nghiên cứu của cả nhóm đã hoàn thành được đồ án một cách nghiêm túc và đúng thời hạn. Tuy nhiên, vì kiến thức có hạn, nên chúng em không tránh khỏi những sai sót trong khi thực hiện. Chúng em rất mong được sự góp ý, chỉ bảo quý báu của các Thầy, các Cô trong bộ môn để đồ án của chúng em có thể được hoàng chỉnh tốt nhất. Tập thể nhóm 11 chân thành cảm ơn Thầy giáo hướng dẫn, các Thầy Cô trong khoa Nhiệt – Điện Lạnh đã giúp đỡ chúng em rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án này. Đà Nẵng, ngày 15 tháng 02 năm2014 Nhóm sinh viên thực hiện: (Nhóm 11) 1. Nguyễn Thanh Tín (Nhóm trưởng) 2. Huỳnh Tấn Thịnh 3. Phạm Văn Sơn 4. Huỳnh Sang Chương 1: ĐỀ XUẤT CHỌN PHƯƠNG ÁN 1.1. Vài nét về khí đồng hành. Khí đồng hành (associated gas) là khí tự nhiên được tìm thấy cùng dầu thô, có thể ở dạng hoà lẫn với dầu thô hoặc tạo thành không gian phía trên lớp dầu thô trong mỏ dầu. Khí đồng hành khi được tách khỏi dầu thô là hỗn hợp chủ yếu gồm etan (C2H6), propan (C3H8), butan (C4H10) và pentan (C5H12). Ngoài ra còn những tạp chất không mong muốn như nước, sunlfua hidro (H2S), CO2, Helium (He), Nito (N2) và một số tạp chất khác. Trong quá khứ loại khí này là thành phần không mong muốn và thường bị đốt bỏ. Kể cả tới năm 2003, việc đốt bỏ vẫn ở khối lượng lớn, hàng ngày có đến 1013 tỷ feet khối trên toàn thế giới. Tuy nhiên, với tiến bộ của công nghệ, giá thành dầu thô và khí tự nhiên tăng lên và các ứng dụng của khí tự nhiên trở nên phổ biến, khí đồng hành được tận dụng và trở thành nguồn nguyên liệu mang lại hiệu quả cao. Năm 1947, ở Mỹ, hàng ngày khoảng 3 tỷ feet khối khí đồng hành bị đốt bỏ; đến năm 2002, con số này giảm 13 lần trong khi sản lượng khai thác cao hơn năm 1947. Nigeria là quốc gia có trữ lượng khí tự nhiên rất lớn, chiếm 30% trữ lượng toàn Châu Phi. Tuy vậy 75% khí đồng hành ở các mỏ dầu thường bị đốt bỏ một cách lãng phí. Chính phủ Nigeria đã ra một đạo luật quy định đến năm 2008, khí đồng hành sẽ không bị đốt nữa, các hãng dầu khí có trách nhiệm lắp đặt các thiết bị xử lý khí để tận dụng nguồn tài nguyên này . Các giải pháp sử dụng khí đồng hành: Bơm ngược trở lại giếng dầu để thu hồi sau này khi có giải pháp kinh tế hơn đồng thời duy trì áp lực giếng để dầu tiếp tục tự phun lên. Chuyển hóa thành các sản phẩm khác (ví dụ metanol CH3OH) để dễ chuyên chở hơn.

LỜI NÓI ĐẦU

Quá trình phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp nước ta đang đặt ra yêu cầu

về năng lượng rất lớn Ở nước ta, ngoài việc sử dụng các nguồn năng lượng sơ cấp trong các ngành công nghiệp và đời sống thì năng lượng điện là dạng năng lượng được sử dụng phổ biến và hiệu quả nhất Vì vậy, ngày càng nhiều các nhà máy điện mọc lên ở khắp mọi nơi đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của phụ tải Với việc thay thế dần nguyên liệu truyền thống của nhà máy nhiệt điện từ than đá sang dầu

mỏ và khí đốt thì sự phát triển của các nhà máy nhiệt điện trong tương lai là rất lớn Trong kỳ này nhóm chúng em được giao đề tài thiết kế nhà máy nhiệt điện 1000MW, nhiên liệu khí đồng hành cũng xuất phát từ thực tế đó

Được sự hướng dẫn, giúp đỡ rất nhiệt tình của thầy giáo TS Trần Thanh Sơn và

cùng với sự đoàn kết, nổ lực học tập nghiên cứu của cả nhóm đã hoàn thành được

đồ án một cách nghiêm túc và đúng thời hạn Tuy nhiên, vì kiến thức có hạn, nên chúng em không tránh khỏi những sai sót trong khi thực hiện Chúng em rất mong được sự góp ý, chỉ bảo quý báu của các Thầy, các Cô trong bộ môn để đồ án của chúng em có thể được hoàng chỉnh tốt nhất

Tập thể nhóm 11 chân thành cảm ơn Thầy giáo hướng dẫn, các Thầy Cô trong khoa Nhiệt – Điện Lạnh đã giúp đỡ chúng em rất nhiều trong quá trình thực hiện

đồ án này

Đà Nẵng, ngày 15 tháng 02 năm2014 Nhóm sinh viên thực hiện:

Chương 1: ĐỀ XUẤT CHỌN PHƯƠNG ÁN

1.1 Vài nét về khí đồng hành.

Khí đồng hành (associated gas) là khí tự nhiên được tìm thấy cùng dầu thô,

có thể ở dạng hoà lẫn với dầu thô hoặc tạo thành không gian phía trên lớp dầu thô trong mỏ dầu

Khí đồng hành khi được tách khỏi dầu thô là hỗn hợp chủ yếu gồm etan (C2H6), propan (C3H8), butan (C4H10) và pentan (C5H12) Ngoài ra còn những tạp chất không mong muốn như nước, sunlfua hidro (H2S), CO2, Helium (He), Nito (N2) và một số tạp chất khác

Trong quá khứ loại khí này là thành phần không mong muốn và thường bị đốt bỏ Kể cả tới năm 2003, việc đốt bỏ vẫn ở khối lượng lớn, hàng ngày có đến 10-13 tỷ feet khối trên toàn thế giới Tuy nhiên, với tiến bộ của công nghệ, giá thành dầu thô và khí tự nhiên tăng lên và các ứng dụng của khí tự nhiên trở nên phổ biến, khí đồng hành được tận dụng và trở thành nguồn nguyên liệu mang lại hiệu quả cao Năm 1947, ở Mỹ, hàng ngày khoảng 3 tỷ feet khối khí đồng hành bị đốt bỏ; đến năm 2002, con số này giảm 13 lần trong khi sản lượng khai thác cao hơn năm 1947 Nigeria là quốc gia có trữ lượng khí tự nhiên rất lớn, chiếm 30% trữ lượng toàn Châu Phi Tuy vậy 75% khí đồng hành ở các mỏ dầu thường bị đốt

bỏ một cách lãng phí Chính phủ Nigeria đã ra một đạo luật quy định đến năm

2008, khí đồng hành sẽ không bị đốt nữa, các hãng dầu khí có trách nhiệm lắp đặt các thiết bị xử lý khí để tận dụng nguồn tài nguyên này

- Tâch câc tạp chất để có khí hóa lỏng tự nhiín rồi chuyển xuống bồn chứa

- Chuyến hóa thănh câc hợp chất (ví dụ metanol) lăm nguyín liệu cho côngnghiệp hóa dầu

- Vận chuyển bằng đường ống tới nhă mây xử lý khí

- Vă một giải phâp hiện nay rất có tiềm năng lă dùng khí đồng hănh lăm nhiín liệu đốt cho lò hơi nhằm tạo ra điện

* Tình hình sử dụng khí đồng hănh ở Việt Nam:

Ở Việt Nam, dầu thô được khai thâc ở quy mô công nghiệp từ năm 1986nhưng khí đồng hănh vẫn bị đốt bỏ ngay tại chổ cho đến năm 1997 Hình ảnhnhững ngọn lửa rực sâng trín câc dăn khoan trong đím đê một thời lă hình ảnh nổitiếng vă có phần tự hăo về ngănh công nghiệp còn non trẻ của Việt Nam Việc xử

lý khí đồng hănh với khối lượng lớn cần một lượng mây móc đồ sộ mă điều kiệnkhai thâc trín biển thì không cho phĩp thực hiện Giải phâp triệt để lă đặp đườngống dẫn vă đưa số khí đó văo bờ Năm 1997 hệ thống xử lý khí đồng hănh của ViệtNam bắt đầu vận hănh, hằng năm đưa khoảng 1 tỷ m3 văo bờ, cung cấp khí hóalỏng, dung môi pha xăng, lă nhiín liệu đốt cho câc nhă mây, trung tđm nhiệt điện.Theo tìm hiểu thì khí đồng hănh có câc thông số sau:

Q t

lv = 30MJ/m 3 Giâ cả 2-2.5USD/1 triệu BTU

1 triệu BTU = 1,05GJ

1.2 Chọn địa điểm xđy dựng:

- Lựa chọn địa điểm đặt nhà máy điện ngưng hơi phảibảo đảm điều kiện làm việc định mức, chi phí để xâydựng và vận hành bé nhất Hiện nay trên thế giới vàcũng như nước ta nhiều nhà máy điện lớn dùng khí đồng hănhlăm chất đốt Khí đồng hănh lăm chất đốt Khí đồng hănh thường được dẩn về từcâc dăn khoan trín biển bằng ống dẫn khí Do đó khi thiết kế NMNĐ cần lưu ý vấn

đề này, nên chọn vị trí của nhà máy sao cho hạn chế chiều dài ống dẫn càng ngắncàng tốt

- Gần nguồn cung cấp nước là một yêu cầu quan trọng khi lựa chọn địa điểmđặt nhà máy nhiệt điện ngưng hơi, bởi vì lượng nước tiêu hao để làm lạnh hơi thoátrất lớn, do đó nếu như phải đưa nước với khoảng cách xa và cao thì vốn đầu tư xâydựng và chi phí vận hành rất đắt

- Khi xây dựng nhà máy điện đòi hỏi có một mặt bằng lớn, cho nên phải có diệntích và kích thước đầy đủ Địa hình diện tích phải bằng phẳng, độ dốc, tuyếnđường nối từ đường sắt và ôtô chính tới nhà máy phải thuận lợi, khoảng cách đókhông xa nhà máy

Vì vậy chúng em đề xuất chọn địa điểm đặt nhà máy ở Xã Khánh An huyện U Minh tỉnh Cà Mau

1.3.Đề xuất và chọn phương án:

1.3.1.Phương án 1: Đặt 4 tổ máy công suất 250MW

Việc đặt nhiều tổ máy như vậy sẽ tốn khá nhiều diện tích mặt bằng, mặtkhác việc vận hành nhiều tổ máy như vậy đỏi hỏi một số lượng lớn công nhân vàcán bộ kĩ thuật vận hành nên chi phí cho việc trả lương cũng tăng lên Phải có thêmcác hệ thống xử lý, chưng cất và hệ thống xử lý khói thải ra môi trường theo đúngtiêu chuẩn Với 4 tổ máy thì khả năng vận hành và bảo đảm cho việc cung cấp đủđiện năng lên mạng lưới điện, nếu một trong 4 tổ máy bị hư hỏng thì còn có 3 tổmáy còn lại chạy tăng công suất lên một chút để kịp thời sửa chữa Việc điều chỉnhphụ tải dễ dàng dẫn đến tự động hóa cao, khả năng thay thế các thiết bị trong nhàmáy khi có hư hỏng thì dễ dàng do các thiết bị đều có cùng kích cỡ

Gọi K1 là chi phí vốn đầu tư ban đầu của phương án 1

S1 là phí tổn vận hành hằng năm của phương án 1

1.3.2.Phương án 2: Đặt 2 tổ máy công suất 500MW

Việc đặt 2 tổ máy như vậy sẽ chiếm ít diện tích mặt bằng hơn so vớiphương án 1 Số lượng công nhân và cán bộ kỹ thuật đươc giảm đáng kể Vẫn đảmbảo việc cung cấp điện lên lưới khi có sự cố hư hỏng, Việc điều chỉnh phụ tải dễdàng dẫn đến tự động hóa cao, khả năng thay thế các thiết bị trong nhà máy khi có

hư hỏng thì dễ dàng do các thiết bị đều có cùng kích cỡ Thiết bị có độ tin cậy vàhiệu suất cao hơn

Gọi K2 là chi phí vốn đầu tư ban đầu của phương án 2

S2 là phí tổn vận hành hằng năm của phương án 2

 SB : chi phí cho nhiên liệu SB = C.B [ đồng/năm], với C là giá muanhiên liệu khí đồng hành [ đồng/m3], còn B là tiêu hao nhiên liệu chonhà máy [m3/năm];

 Sn : chi phí cho việc trả lương cán bộ công nhân viên, Sn = z.N.n, với : z là tiền lương trung bình của một người, [ đồng/người/năm] ;

N là công suất thiết bị, [MW];

n là hệ số biên chế của công nhân viên vận hành, [người/MW];

S0 : chi phí công việc chung của nhà máy và tất cả các chỉ tiêukhác, với S0 = = α(SA+Sn),[ đồng/năm], còn α là phần khấu trừ tương ứng.

1.3.3.1.1 Chi phí cho khấu trừ hao mòn sửa chữa.

SA = PA.K ,[đồng/năm]

Trong đó :

PA định mức khấu hao mòn tra theo bảng 1.13 trang 26 TL1

K là vốn đầu tư đối vơi nhà máy nhiệt điện tuabin khí + hơi theo tìm hiểu

C : giá thành một m3 khí Từ 2-2,5USD/1 triệu BTU =>1m3= 0,075 USD

t

lv c

Q  [m3/kWh ]với B lượng nhiên liệu tiêu hao [m3/s ]

Qlvt nhiệt trị thấp của khí đồng hành Q t

lv = 30MJ/m 3

c hiệu suất c= (0,37-0,4 )

Vậy: b1 = 0,32 [m3/kWh] : Ứng với phương án 1

b2 = 0,30 [m3/kWh] : Ứng với phương án 2

 N : tổng công suất nhà máy N= 1000MW

 n : số giờ làm việc trong một năm n= 7000h

 SB1 = 1500.0,32.1000.1000.7000 = 3,36.1012 [đồng]

 SB2 = 1500 0,3.1000.1000.7000 = 3,10.1012 [đồng]

1.3.3.1.3.Chi phí trả lương cho công nhân.

Sn = Z.N.nTrong đó :

 Z: tiền lương trung bình một người trong 1 năm.Giả sử mỗi tháng cán bộcông nhân viên nhận lương trung bình một người là 5.106 đồng/tháng Thì: Z = 5.106.12 = 60.106 đồng/năm;

 N=1000 [MW] : tổng công suất nhà máy;

 n: hệ số biên chế của công nhân viên vận hành [người/MW] Theo tìmhiểu thì khoảng 300 người/1000MW: ( 2 tổ 500MW) và khoảng 400-

SA : chi phí khấu hao và sửa chữa

Sn : chi phí trả tiền lương cho cán bộ công nhân viên

= 4,6225 1012 [đồng]

Qua tính toán ta thấy phương án 2 có vốn đầu tư và chi phí vận hành hàng năm nhỏ hơn trong 2 phương án nên ta chọn phương án 2 là đặt 2 tổ máy mỗi tổ có công suất 500MW cho nhà máy nhiệt điện tuabin khí hơi kết hợp.

-Chương 2 : XÂY DỰNG VÀ TÍNH TOÁN

SƠ ĐỒ NHIỆT NGUYÊN LÝ

2.1 Xây dựng sơ đồ nhiệt nguyên lý của nhà máy.

Sơ đồ nhiệt nguyên lý xác định nội dung cơ bản của quá trình công nghệ biến đổi nhiệt năng trong nhà máy điện Nó bao gồm các thiết bị chính và phụ Các đường hơi và các đường nước nối chung vào một khối trong một quá trình côngnghệ

Các thành phần trong sơ đồ nhiệt nguyên lý bao gồm:

Tua bin khí ( 2 tuabin khí 200MW )

Tua bin ngưng hơi 100MW có :

Lò hơi thu hồi nhiệt, tuabin ngưng hơi ( K- 100 - 90), máy phát điện, bình ngưng, các bình gia nhiệt cao áp, hạ áp, thiết bị khử khí, bơm nước cấp, bơm nước đọng, bơm nước ngưng Các đường ống dẫn hơi đến các bình gia nhiệt, đường nước ngưng chính, đường nước ngưng đọng

Đặt tính kỹ thuật của tuabin K - 100 - 90

Công suất định mức : 100 MW

Áp suất hơi đầu vào : 90 atNhiệt độ hơi mới : 5350C

Số cửa trích không điều chỉnh : 7

Nhiệt độ hơi quá nhiệt trung gian: Không

itr [kJ/kg]

Vậy ta thấy sơ đồ nhiệt nguyên lý của tổ máy này có cấu trúc gồm:

- Ba bình gia nhiệt cao áp ( BGNCA), một bình khử khí (BKK) vì các nhà máynhiệt điện ngưng hơi tổn thất hơi và nước ít nên chỉ dùng một cấp khử khí có ápsuất từ (3,5 ÷ 12) bar, trong sơ đồ này ta chọn 6 bar, bốn bình gia nhiệt hạ áp(BGNHA) Vì công suất nhỏ hơn 150 MW nên không áp dụng quá nhiệt trunggian Cửa trích của bình khử khí được lấy cùng với cửa trích cho BGNCA số (3)rồi giảm áp suất tới 6 bar trước khi đi vào bình

Phương án dồn nước đọng của các bình gia nhiệt Sơ đồ dồn nước đọng có thể tùychọn sao cho thuận tiện và đơn giản nhất với chi phí thấp nhất và hiệu quả caonhất Nước đọng sau mỗi bình gia nhiệt có thể được đưa đến nơi nào có nhiệt độxấp xỉ, có áp suất thấp hơn để không phải dùng bơm Nước đọng cũng có thể đưangay vào đường nước ngưng hay nước cấp chính ở ngay sau mỗi bình gia nhiệt.Tuy nhiên, hiện nay sơ đồ dồn nước đọng được dùng phổ biến nhất là sơ dồn cấpphối hợp với bơm vào điểm hỗn hợp Tức là nước đọng của BGNCA phía trên(phía lò hơi) được rồi cuối cùng đưa vào bình khử khí chính Nước đọng của cácBGNHA phía trên (phía gần bình khử khí) cũng được dồn cấp từ trên xuống dướitới BGNHA gần phía cuối thì dùng bơm để đẩy ngược lại đường nước ngưng chínhcủa BGN này Một BGNHA phía cuối cùng (phía gần bình ngưng) được dồn cấp

và đưa trực tiếp vào khoang nước của bình ngưng cũng như nước đọng của cácbình gia nhiệt làm mát hơi thoát ejector và bình gia nhiệt làm mát hơi chèn tuốcbin

Tức là nước đọng được dồn cấp từ bình gia nhiệt cao áp số (1) ở trên xuống bìnhgia nhiệt cao áp số (2) thấp hơn rồi đi vào bình số (3), cuối cùng vào bình khử khí.Nước đọng ra khỏi các BGNHA số (4) được dồn cấp xuống bình số (5) rồi xuốngbình số (6) và được bơm ngược vào điểm hỗn hợp Nước đọng ra khỏi BGNHA số(7) cuối cùng được đưa về bình ngưng cùng với nước đọng của bình gia làm máthơi chèn và bình gia nhiệt làm mát ejector

- Nước bổ sung là nước đã xử lý hóa học của nhà máy đưa trực tiếp vào chu trình hay từ nước cất lấy ra từ bình bốc hơi Sơ đồ gia nhiệt nước bổ sung được chọn thông qua một bình gia nhiệt nước bổ sung tận dụng nhiệt của nước xả sau khi

phân ly để hâm nóng sơ bộ nước bổ sung Hơi sau phân ly được tận dụng đưa vào

bình khử khí Nước bổ sung sau khi gia nhiệt sơ bộ được đưa vào bình khử khí

Nước xả sau cùng được xả đi

Sơ đồ nhiệt nguyên lý của tổ máy K 100- 90

QN

LH

MF

KK BPL

HA4,5,6,7 : Các bình gia nhiệt hạ áp 4,5,6,7.

CA 1,2,3 : Các bình gia nhiệt cao áp 1,2,3

* Diễn giải sơ đồ nhiệt nguyên lý :

Trong toàn bộ nhà máy 100MW gồm có: lò hơi thu hồi nhiệt, tua bin ngưng hơimột trục K-100-90, không có quá nhiệt trung gian

Máy nén hút không khí từ ngoài vào và nén đến áp suất yêu cầu rồi đưa vào buồng đốt Tại đây nhiên liệu được phun vào buồng đốt qua vòi phun ,sau đó nhiên liệu khí đồng hành được hỗn hợp với không khí và bốc cháy Những sản phẩm cháy được đưa vào tuabin khí giản nở sinh công làm quay máy phát điện,khí thải sau tuabin khí được đưa vào lò hơi thu hồi nhiệt nhả nhiệt cho nước trong lò hơi sinh hơi rồi thoát ra ngoài sau khi qua hệ thống xyclon lọc bụi

và thải ra ngoài qua ống khói ( chu trình của tuabin khí )

Đối với tuabin ngưng hơi: Sau khi nhận nhiệt của khói nước trong ống sẽ sinh hơi đến hơi quá nhiêt

Hơi quá nhiệt từ lò hơi được dẫn đến phần cao áp của tuabin sẽ giãn nở sinh công, làm quay máy phát điện Trên tuabin có 7 cửa trích gia nhiệt cho nước ngưng, nước cấp và thiết bị khử khí Phần hơi còn lại sau khi ra khỏi phần hạ áp

của tuabin được đưa vào bình ngưng, tại đây hơi được ngưng tụ thành nước ngưng nhờ nước tuần hoàn làm mát.

Nước ngưng sau khi ra khỏi bình ngưng được bơm nước ngưng bơm qua bình làm lạnh Ejectơ sau đó qua các bình gia nhiệt hạ áp rồi dồn về thiết bị khử khí Nước ngưng sau khi được khử khí sẽ được chứa trong bể khử khí, sau đó được bơm nước cấp đưa qua các bình gia nhiệt cao áp làm tăng nhiệt độ trước khi đưa vào lò hơi

Hơi từ các cửa trích của tuabin gia nhiệt cho nước ngưng, nước cấp bao gồm: 3 cửa trích ở phần cao áp được gia nhiệt cho bình gia nhiệt cao áp số 1 ,số 2 ,số 3và bình khử khí; 4 cửa trích ở phần hạ áp được gia nhiệt cho bình gia nhiệt hạ

áp số 4, số 5, 6và số 7 Ở thiết bị khử khí do hơi được trích từ cửa trích có áp suất cao nên được đưa qua thiết bị giảm ôn giảm áp để hạ nhiệt độ và áp suất xuống phù hợp với yêu cầu.Hơi ở các cửa trích của tuabin sau khi gia nhiệt cho nước ngưng, nước cấp thì sẽ ngưng tụ thành nước đọng Sơ đồ dồn nước đọng ởcác bình gia nhiệt được chọn ở đây là sơ đồ dồn cấp phối hợp với bơm : vừa dồn cấp ,vừa bơm đẩy về đường nước chính Ở các bình gia nhiệt cao áp (CA) nước đọng được dồn từ CA1  CA2  CA3 do độ lệch về áp suất, sau đó nướcđọng được dồn vào bình khử khí.Ở các bình gia nhiệt hạ áp thì nước đọng được dồn từ bình gia nhiệt hạ áp HA4  HA5 HA6 rồi dùng bơm nước đọng dồn

về điểm hỗn hợp trên đường nước ngưng chính phía đầu ra của bình gia nhiệt

hạ áp số 6 Nước đọng của bình gia nhiệt hạ áp HA7 bình làm lạnh ejectơ và hơi chèn được đưa về bình ngưng

2.2 Các thông số hơi và nước trên đồ thị i - s biểu diễn quá trình làm việc của dòng hơi trong tua bin.

* Khi hơi đưa vào tua bin, qua các van điều chỉnh, hơi bị tiết lưu, do đó áp suất của hơi trước tầng đầu của tua bin giảm đi khoảng (3÷5)% so với áp suất ban đầu po (trang 31, Tài liệu [2])

Nghĩa là: p = po – po’ = 0,04 po

 po’ = 0,96.poVậy áp lực trước tầng đầu tua bin: po’ = 0,96.po = 0,96.90 = 86,4 bar

Biết điểm 0’ từ đó suy ra i0’ = 3475, kJ/kg

* Từ áp suất và nhiệt độ của hơi tại các cửa trích entanpi của hơi ứng với các cửa trích đó

* Áp suất làm việc tại bình gia nhiệt được lấy nhỏ hơn áp suất tại các cửa trích tương ứng từ 3  6% (Tài liệu [2]) ở đây ta chọn p = 4%

* Riêng tại bình khử khí chọn làm việc với p’ = 6 bar hơi cấp cho bình khử khí được lấy từ cửa trích số 3 có áp suất cao do đó phải qua van giảm áp trước khi vào bình khử khí.

* Do điều kiện khí hậu ở Việt Nam, nhiệt độ nước làm mát bình ngưng chọn là

27 0C do đó áp suất ngưng tụ pk thay đổi

Nhiệt độ ngưng tụ được xác định như sau:

tk = t1 + t + , 0C; [TL-7]

Trong đó:

tk: Nhiệt độ ngưng tụ ở bình ngưng, 0C

t1: Nhiệt độ nước làm mát, 0C

t: Độ gia nhiệt nước làm mát, 0C

: Độ gia nhiệt thiếu của nước ở trong bình ngưng, 0CCác giá trị hợp lý của tk được xác định bằng tính toán kinh tế kỹ thuật kết hợp của 3 yếu tố: áp lực cuối pk của hơi trong tua bin, bình ngưng và hệ thống cung cấp nước

Độ gia nhiệt nước làm mát t = 8 12 0C [TL-7]

Độ gia nhiệt thiếu của nước ở bình ngưng  = 35 0C [TL-7]

Chọn: t = 80C

 = 40C

 tk = 27 + 8 + 4 = 390CTương ứng có pk = 0,07 barTra bảng 3 [TL-4] ta có i”k = 2572 kJ/kg

i’k = 163,43 kJ/kgChọn độ khô của hơi sau tầng cuối của tua bin là x = 0,92 thì

ik =i’k + x(i”k - i’k )= 163,43 + 0,92( 2572-163,43)

 ik = 2340 kJ/kg

* Vì đã biết áp suất làm việc của bình gia nhiệt nên ta xác định được nhiệt độ nước đọng Từ đây ta thông qua độ gia nhiệt thiếu cho nước  = 3  70C [TL-1] ta tìm được nhiệt độ nước ngưng sau bình gia nhiệt (sau khi được hâm nóng):

tđ = tn + Với: tđ: Nhiệt độ nước đọng của bình gia nhiệt, 0C

tn: Nhiệt độ nước ngưng sau bình gia nhiệt, 0C : Độ gia nhiệt thiếu cho nước, 0C

4 0C trong các BGNHA và 2 0C trong các BGNCA

- Độ bão hòa của nước đọng tương ứng với áp suất tại bình gia nhiệt tbh

- Nhiệt độ dòng nước cấp hoặc nước ngưng chính ra khỏi BGNCA hoặc BGNHAtương ứng Về độ lớn nhiệt độ này bằng hiệu nhiệt độ bão hòa tại áp suất bình gianhiệt với độ gia nhiệt không tới mức

- Độ lớn áp suất nước cấp hoặc nước ngưng chính ra khỏi BGNCA và BGNHA.+ Với BGNCA áp suất này được tính bằng áp suất hơi vào các tuabin cộng ngược

về bao hơi (tăng 10% so với hơi mới ), bộ hâm nước (2 cấp lấy từ 4 ÷ 8 bar ) vàBGNCA trước đó ( mỗi bộ 2 ÷ 3 bar)

+ Với BGNHA áp suất đường nước ngưng chính tại đầu ra của mỗi BGNHA đượctính theo áp suất làm việc trong bình khử khí là 6 bar cộng lùi về phía đầu đẩy bơmngưng, do bình khử khí thương đặt ở độ cao khoảng (20÷30)m tương ứng với cột

áp bình khử khí là (2 ÷ 3)bar nên áp suất đường nước ngưng chính tại đầu ra khỏigần bình khử khí ít nhất khoảng (8 ÷ 9)bar Trở lực đường nước qua mỗi BGNHA

là (1 ÷ 2,5) bar Cộng lùi lại phía bơm ngưng ta sẻ có áp suất đường nước ngưng tạđầu ra mỗi BGNHA

Từ đó ta có bảng thông số hơi nước như sau

- Entanpy của dòng nước cấp hoặc nước ngưng chính tại đầu ra mỗi BGN tươngứng Căn cứ vào áp suất và nhiệt độ dòng nước ta sẻ xác định được nhiệt độ này.Nước cấp và nước ngưng chính là nước chưa sôi Entanpy của nước chưa sôi phụthuộc ít vào áp suất nhưng phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ

Bảng 2: Thông số hơi và nước

itr[kJ/

kg]

pb[bar]

ib[kJ/

kg]

tbh[oC]

ibh[kJ/

kg]

tnr[oC]

pnr[bar]

inr[kJ/

KK 13,4 307 3065 6 3065 159 671 159 118 671 0 1HA

-2.3 Tính toán cân bằng nhiệt và cân bằng chất cho sơ đồ nhiệt nguyên lý

Mục đích là xác đinh được lưu lượng các dòng hơi trích khỏi tuốc bin và các dònghơi phụ khác để cuối cùng xác định được tổng lưu lượng hơi mới vào tuốc bin cầnthiết để sinh ra công suất theo yêu cầu thiết kế của tổ máy đã chọn Có cơ sở đểtính toán các chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật của tổ máy và tính được các chỉ tiêu kinh tế

- kỹ thuật của toàn nhà máy Coi lưu lượng hơi mới ở đầu vào tuốc bin bằng mộtđơn vị lưu lượng Hơi rò rĩ, hơi chèn và hơi dùng cho ejector lấy hơi mới ở đầu vàotuốc bin

2.3.1 Tính toán cân bằng cho bình phân ly và bình gia nhiệt nước bổ sung 2.3.1.1 Bình phân ly

- Bình phân ly thực chất là một bình sinh hơi do giảm áp suất nước sôi trong baohơi xuống áp suất nước sôi trong bình làm cho một lượng hơi bão hòa khô sinh ra,hơi này được đưa vào bình khử khí Thực tế độ khô của hơi sinh ra chỉ có thể đạtđược khoảng 0,96 ÷ 0,98 Nước xả sau khi phân ly sẽ gia nhiệt cho nước bổ sungtrước khi vào bình khử khí, sau đó được thải ra ngoài Chọn bình phân ly có ápsuất 7 bar vì bình khử khí là 6 bar

Sơ đồ tính cân bằng cho bình phân ly:

xả : Entanpi của nước sôi ở áp suất trong bình phân ly

αh : Lưu lượng tương đối của hơi ra khỏi bình phân ly

ih : Entanpi của hơi ra khỏi bình phân ly

ih = i’(pBPL) + xh.( i’’(pBPL) - i’(pBPL) )

xh : Độ khô của hơi ra khỏi bình phân ly

- Phương trình cân bằng nhiệt của bình phân ly :

xa BH h h xa xa

α i = α i + α i (1)

- Phương trình cân bằng vật chất của bình phân ly :

- Áp suất trong bao hơi lấy : pBH = 1,1po = 1,1 90 = 99 bar , chọn 100 bar

Tra bảng nước và hơi bão hòa ứng với áp suất p = 100 bar ta có i’

BH = 1407,7 kJ/kg

Và pBPL = 7 bar ta có : i’

xa = i’ BPL = 697,2 kJ/kg, i’’

BPL = 2764 kJ/kg

- Chọn độ khô của hơi ra khởi bình phân ly là xh = 0,98 theo mục 2.4/36/TL1

Ta có entanpi của hơi ra khỏi bình phân ly là :

2.3.1.2 Bình gia nhiệt nước bổ sung.

Nước bổ sung đã được xử lý hóa học được đưa vào gia nhiệt sơ bộ trong bình gia nhiệt nước bổ sung (BGNBS) tận dụng nhiệt của dòng nước xả lò hơi sau khi đã phân ly một phần thành hơi

Nhiệt độ nước bổ sung ở đầu vào BGNBS : tbs= 30oC

=>Entanpi của nước bổ sung ở đầu vào BGNBS : itr

bs = cp.tbs = 4,18.30 = 125,4 kJ/kg

Hiệu suất trao đổi nhiệt của bình: ηBGNBS =0,95÷ 0,97 Chọn ηBGNBS =0,97

Nhiệt độ nước bổ sung ra khỏi BGNBS chọn thấp hơn nhiệt độ nước xả bỏ mộtgiá trị là θ = (10 ÷ 15 )oC trang 37/TL1 , chọn θ = 13oC

Lưu lượng nước bổ sung vào chu trình được tính bằng tổng tất cả các lưu lượngcủa các dòng hơi và dòng nước mất đi khỏi chu trình mà không tận dụng lại được.Các NMNĐ ngưng hơi ít chịu tổn thất nên lượng nước bổ sung sẽ ít, chủ yếu là bùvào tổn thất do rò rĩ, xả bỏ , lượng hơi chèn không tận dụng lại do lấy đi làm tínhiệu điều chỉnh và lượng hơi mất mát ở ejector do thải lẫn với không khí ra ngoài

Theo TL1/52 lấy lượng hơi chèn bằng 0,5%, lượng hơi rò rỉ là 1%, lượng hơi dùng

cho ejector là 0,5% so với lượng hơi mới ở đầu vào tuốc bin

Hơi chèn sau khi chèn coi như được đưa toàn bộ về bình gia nhiệt làm mát hơichèn (LMHC) Nước đọng của hơi này được dồn về khoang chứa nước của bìnhngưng với entanpy iv

LMHC=600 kJ/kgHơi dùng cho ejector cũng coi như được đưa toàn bộ về bình gia nhiệt làm mátejector (LMEJ) Nước đọng từ hơi này được dồn về khoang chứa nước của bìnhngưng với entanpy iv

LMEJ =300kJ/kg Có thể lấy trung bình entanpy cả LMHC vàLMEJ bằng 450kJ/kg

Lượng nước bổ sung cho chu trình do đó chỉ cần đủ để khắc phục lượng rò rĩ củahơi chèn nên:

xả : Entanpi của nước xả bỏ ra khỏi BGNBS

Phương trình cân bằng nhiệt cho BGNBS là :

nc ; i1n

h1 ; ih1

i 1’

nc ; i2n h1 ; id1

LĐ1

GN1 LH1

2.3.2 Tính cân bằng nhiệt 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 Việc tính toán các bình gia nhiệt cao áp được tiến hành từ bình áp suất cao đến bình có áp suất thấp

Sơ đồ tính toán bình gia nhiệt cao áp số 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

h1, nc : lượng hơi và lượng nước cấp vào bình gia nhiệt

i1n, i2n : entanpy nước cấp ra và vào bình gia nhiệt

ih1 : entanpy của hơi trích vào BGNCA số 1

Phương trình cân bằng nhiệt cho bình gia nhiệt 1

h1 [(ih1 - i’1) + (i’1 – id1)]  = nc (i1n – i2n)

Vậy nc = 1+ rr +ch + ej + xả

nc ; i2n

h2 ; ih2

nc ; i3n h2’ ; iâ2

LÂ2

GN2 LH2

2.3.4 Bình gia nhiệt cao áp 2 (BGNCA 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

GN2 : Phần gia nhiệt chính.

h2, nc : lượng hơi và nước cấp vào và ra bình gia nhiệt số 2

i2n, i3n : entanpy của nước ra và vào bình gia nhiệt số 2

h1, idl : lưu lượng và entanpy của nước đọng từ bình gia nhiệt số 1

Vậy lượng nước đọng ra khỏi bình gia nhiệt số 2 là : ’

h2 = h1 + h2Phương trình cân bằng nhiệt của bình gia nhiệt số 2:

số 3 ta phải tính sơ bộ độ gia nhiệt bơm cấp để xác định entanpy của nước cấp rakhỏi bơm đi vào BGNCA này

Xác định sơ bộ độ gia nhiệt của bơm cấp cho nước cấp.

pđ= pBH + ∆ptlđ +∆pBGNCA + ∆pHN + ρ.g.Hđ , [N/m2]Trong đó ∑∆ptl = ∆ptlđ + ∆ptlh + ∑∆ pBGNCA + ∑∆ pHN là tổng các trở lực đườngống đầu đẩy, đầu hút với các trở lực của các BGNCA và trở lực bộ hâm nước Khổi lượng riêng ρ của nước, được lấy trung bình cộng của khối lượng riêng củanước tạ đầu đẩy và đầu hút Lấy vào khoảng (950÷990) kg/m3 Ta lấy ρ=950kg/m3Chọn tổng trở lực đường ống vào khoảng (3÷5).105 N/m2 Lấy bằng 3.105 N/m2 ,mỗi BGNCA hoắc mỗi bộ hâm nước có trở lực khoảng (2÷3).105 N/m2 Lấy bằng3.105 N/m2 Chiều cao đầu đẩy lấy khoảng (55 ÷70)m Ta lấy Hđ=70m, chiều caođầu hút lấy khoảng (20÷30)m ta lấy Hh= 20m Nên chiều cao chênh lệch giữa baohơi và bình khử khí là: Hch= Hđ – Hh = 50m

Áp suất trong bao hơi lớn hơn áp suất hơi mới khoảng 10% nên pBH= 100bar, ápsuất bình khử khí là 6bar

Nên : ∆p= [(100 −¿ 6) + 2.3 + 3.3 + 3].105 +950.9,81.50 = 116,66.105 N/m2Chọn hiệu suất của bơm là ❑b=0,75 ta có độ gia nhiệt của bơm cấp là:

nc ; i3n

h3 ; ih3

nc ; iCA3v h3’ ; iâ3

LÂ3

GN3 LH3

iv CA3 = i’

KK + τ = 671 + 22 = 693 kJ/kg

2.3.5 Bình gia nhiệt cao áp 3 ( BGNCA 3)

Sơ đồ tính toán nhiệt bình cao áp 3

Trong đó:

LH3 : Phần làm lạnh hơi

LĐ3 : Phần làm lạnh nước đọng

GN3 : Phần gia nhiệt chính

h3, nc: lượng hơi và nước cấp vào và ra bình gia nhiệt

i3n, iCA3v : entanpy của nước ra và vào bình gia nhiệt

’h2, iđ2 : lưu lượng và entanpy của nước đọng từ bình gia nhiệt số 2

’h2 = h1 + h2 = 0,061 + 0,0388 = 0,0998

iđ2 = 840 kJ/kg

’h3 :lượng nước đọng ra khỏi BGNCA 3 về bình khử khí

iđ3 : entanpy của nước đọng ra khỏi BGNCA 3

Theo trang 40/TL1 ta có iđ3 = iCA3v+ (20 ÷ 40) = 693 + (20÷40 ) = (713 ÷ 733 ) kJ/kg Ta chọn iđ3 = 730 kJ/kg

Tại bình khử khí gồm có:

- Đường nước ngưng chính sau khi đi qua BGNHA số 4 , nn, iKKv

- Đường hơi trích từ cửa trích số 3 sau khi qua van giảm áp, KK, iKK

- Đường hơi thoát ra từ bình phân ly h, ih

- Đường nước đọng từ BGNCA số 3, ’

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

nc.i’

KK = (’

h3.iđ3 + h.ih+ KK iKK+ nn iKKv + bs.ibs)Chọn áp lực là 6 bar Tra bảng nước và hơi bão hòa theo áp suất

2.3.7 Bình gia nhiệt hạ áp số 4 (BGNHA 4)

Sơ đồ tính toán nhiệt cho BGNHA số 4 như bên dưới

'

v r

2.3.8 Tính cân bằng nhiệt cho BGNHA 5 và 6

Sơ đồ tính toán nhiệt cho BGNHA 5 và 6 :