Tkc q3 chuong 10 he thong nuoc tuan hoan (rev 3)

Mô tả Hầu hết các nhà máy điện đều sử dụng hệ thống nước làm mát tuần hoàn để lấy đi lượng nhiệt thải của chu trình hơi, thải ra môi trường xung quanh có nhiệt độ thấp low temperature

Trang 1

HỆ THỐNG NƯỚC LÀM MÁT TUẦN HOÀN

10

Trang 3

1 TỔNG QUAN 1

1.1 Mô tả 1

1.2 Phân loại 2

2 TIÊU CHÍ THIẾT KẾ 2

2.1 Thông số thiết kế 2

2.2 Tiêu chuẩn thiết kế 2

3 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ 3

3.1 Phương pháp làm mát bằng không khí 3

3.2 Phương pháp làm mát trực lưu (mạch hở) 3

3.3 Phương pháp làm mát tái tuần hoàn (mạch kín) 5

4 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHÍNH 6

4.1 Bình ngưng 6

4.2 Tháp làm mát 8

4.3 Bơm nước tuần hoàn 11

4.4 Đường ống nước tuần hoàn 11

4.5 Hệ thống lưới lọc rác 12

4.6 Hệ thống châm Clo 15

5 TÀI LIỆU THAM KHẢO 15

Trang 5

Quyển 3, Chương 10 – Hệ thống nước làm mát tuần hoàn Trang 1 / 16

Ấn bản 3, tháng 10/2017

1 TỔNG QUAN

1.1 Mô tả

Hầu hết các nhà máy điện đều sử dụng hệ thống nước làm mát tuần hoàn để lấy đi

lượng nhiệt thải của chu trình hơi, thải ra môi trường xung quanh có nhiệt độ thấp (low

temperature heat reservoir) như Hình 01

Hình 01 : Hệ thống nước tuần hoàn

Nhiều yếu tố quyết định kích cỡ và thiết kế hệ thống nước tuần hoàn của NMĐ Yếu tố quan trọng hàng đầu là xác định yêu cầu hiệu suất của hệ thống nước tuần hoàn Có nghĩa là hơi thải của chu trình hơi sẽ được ngưng tụ xuống nhiệt độ thấp nhất có thể

Hình 02 thể hiện một đường cong suất tiêu hao nhiệt tinh của một NMĐ điển hình Ta

sẽ thấy, khi nhiệt độ và áp suất hơi thải tuabin giảm đi, hiệu suất của chu trình sẽ được cải thiện

Hình 02 : Đường cong suất tiêu hao nhiệt tinh

Trang 6

Tuy nhiên, việc thiết kế hiệu quả hơn hệ thống nước tuần hoàn để đạt được nhiệt độ và

áp suất bình ngưng thấp thường dẫn đến chi phí đầu tư và vận hành cao hơn Trong giai đoạn thiết kế khả thi nhà máy, việc phân tích tính kinh tế chi tiết sẽ được thực hiện

để xác định sự cân bằng tối ưu giữa hiệu suất của chu trình và chi phí vốn đầu tư cũng như chi phí vận hành

1.2 Phân loại

Trong phạm vi thiết kế này, hệ thống nước làm mát tuần hoàn sẽ bắt đầu từ trạm bơm nước làm mát tuần hoàn, qua bình ngưng và kết thúc ở hố siphon/bể sục khí (các kết cấu cửa, kênh lấy và xả sẽ thuộc về thiết kế phần xây dựng)

Đối với các tổ máy NMĐ có công suất lớn ta sẽ có các kiểu làm mát chính như sau:

 Làm mát trực lưu (mạch hở)

 Làm mát tái tuần hoàn (mạch kín)

Mỗi phương án có những nhược điểm riêng, việc lựa chọn phương án làm mát nào cho nhà máy còn phụ thuộc vào điều kiện địa điểm xây dựng nhà máy và kinh tế - kỹ thuật trong mỗi phương án

2 TIÊU CHÍ THIẾT KẾ

2.1 Thông số thiết kế

Khi thiết kế hệ thống nước làm mát tuần hoàn cần quan tâm đến các thông số sau:

 Nguồn nước làm mát;

 Nhiệt độ nước làm mát thiết kế;

 Độ gia tăng nhiệt độ;

 Khả năng cung cấp nước làm mát (lưu lượng, dòng hải lưu, thủy triều…);

 Mực nước triều thấp nhất (LLWL);

 Mực nước triều cao nhất (HHWL)

2.2 Tiêu chuẩn thiết kế

2.2.1 Các quy trình hàn

 ASME IX: Welding and brazing qualifications

 EN 287.1: Approval testing of welders-fusion welding Part 1 Steels

 EN 288.3: Specification and approval of welding procedures for metallic materials Part 3 Welding procedures test for the arc welding of steels

 Các qui trình khác v.v…

2.2.2 Tiêu chuẩn quốc tế

 Crane Technical Paper No 410

 Hydraulic Institute Standard (HIS)

Rev.3

Trang 7

 Verein Deutscher Ingenieure (VDI)

 Heat Exchanger Institute Standard (HEI)

 American Water Works Association (AWWA)

 American Society for Testing of Material (ASTM)

 Các tiêu chuẩn khác v.v…

2.2.3 Tiêu chuẩn Việt Nam

 TCVN5945-1995 về nước thải công nghiệp

 TCVN5943-1995 về đặc tính của nước biển vùng ven

 Các tiêu chuẩn khác v.v…

3 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ

3.1 Phương pháp làm mát trực lưu (mạch hở)

3.1.1 Sơ đồ nguyên lý

Đây là phương pháp làm mát phổ biết nhất trong các nhà máy điện trong những năm gần đây Dùng phương án này đòi hỏi khu vực xây dựng nhà máy phải gần khu vực có sông, hồ lớn hoặc gần biển Nước có nhiệt độ thấp được dẫn và bơm từ sông, hồ hoặc biển tới làm mát bình ngưng Sau khi làm mát, nước có nhiệt độ cao hơn được đưa qua

hố siphôn rồi thải trở lại nguồn qua hệ thông kênh dẫn Sơ đồ nguyên lý của phương pháp này được thể hiện như Hình 03

Hình 04: Sơ đồ nguyên lý làm mát trực lưu (tuần hoàn mạch hở-one through)

Với những vị trí nhà máy có yêu cầu khắt khe về nhiệt độ đầu ra nước thải của hệ

Trang 8

thống, một tháp làm mát phụ trợ có thể được lắp đặt như Hình 04 để loại bỏ một phần nhiệt thải trực tiếp vào khí quyển

Hình 05: Sơ đồ nguyên lý làm mát trực lưu có tháp làm mát phụ trợ

3.1.2 Ưu nhược điểm

 Ưu điểm:

 Là phương pháp làm mát bình ngưng tốt nhất, tạo chân không cao trong bình ngưng do đó nâng cao tối đa hiệu suất của tuabin hơi hạ áp nói riêng và nhà máy nói chung

 Cho phép phép tận dụng hiệu ứng siphon để giảm cột áp của bơm nước làm mát khoảng 7-8m

 Cấu trúc hệ thống đơn giản với chi phí đầu tư và vận hành thấp

 Nhược điểm:

 Việc thải toàn bộ lượng nhiệt của bình ngưng bằng phương pháp này sẽ làm tăng nhiệt độ nước vượt giá trị cho phép, làm cho nguồn nước bị ô nhiễm nhiệt

Do đó trước khi xây dựng NMĐ sử dụng hệ thống làm mát tuần hoàn mạch hở, giấy phép môi trường đòi hỏi phải xác định dòng chảy và mô hình nhiệt quanh khu vực xả thải để đánh giá tác động nhiệt

 Nhu cầu về lượng nước làm mát là rất lớn sẽ ảnh hưởng không nhỏ tới mỗi trường, nguồn nước cũng như đến chế độ thủy văn trong khu vực (thông thường lưu lượng nước sông, hồ…phải gấp 10 lần nhu cầu cầu của NMĐ)

Trang 9

3.2 Phương pháp làm mát tái tuần hoàn (mạch kín)

3.2.1 Sơ đồ nguyên lý

Thêm một phương pháp làm mát khá phổ biến hiện nay đó là phương pháp làm mát tái tuần hoàn (mạch kín) sử dụng tháp làm mát như Hình 05 Nhiệt thải thải ra từ hơi thoát tua bin hạ áp được vận chuyển bằng nước tuần hoàn tới các tháp làm mát Tại đây, nước nóng từ bình ngưng được phun từ trên xuống và đi qua lớp kết cấu tổ ong Trong khi đó, không khí làm mát chuyển động từ dưới lên, tiếp xúc trực tiếp với nước nóng, và quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất diễn ra Nhiệt thải được loại bỏ trực tiếp vào khí quyển Nước nóng sau khi được làm mát sẽ rơi xuống và được thu gom phía dưới bể chứa và được bơm quay trở lại bình ngưng để làm mát bình ngưng

Hình 05: Sơ đồ nguyên lý phương pháp làm mát tái tuần hoàn (mạch kín)

3.2.2 Ưu nhược điểm

 Ưu điểm:

 Không gây ô nhiễm nhiệt tới môi trường xung quanh

 Được áp dụng phổ biến cho các NMĐ ở vị trí mà nguồn nước không có sẵn hoặc có nhưng lưu lượng không đủ để đáp ứng nhu cầu sự dụng của hệ thống làm mát cũng như nhu cầu của NMĐ

 Nhược điểm:

 Làm giảm độ chân không bình ngưng dẫn tới hiệu suất nhà máy thấp do nhiệt độ nước làm mát ra khỏi tháp cao (thông thường cáo hơn nhiệt độ nước sống hồ khoảng 10-120C)

Trang 10

 Hiệu suất làm mát phụ thuộc vào môi trường xung quanh Trong điệu kiện nhiệt

độ không khí bầu khô cao hoặc độ ẩm cao sẽ làm giảm công suất làm mát của tháp

 Không tận dụng được hiệu ứng si-phông nên cần lắp đặt bơm tuần hoàn có cột

áp cao, làm tăng điện năng tự dung của nhà máy cũng như các chi phí đầu tư cho bơm, đường ống v.v…

4 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHÍNH

4.1 Bình ngưng

Bình ngưng về cơ bản là thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống (Hình 06)

Hình 06: Bình ngưng

Chức năng chính của bình ngưng là ngưng tụ hơi thoát tua bin từ chu trình tua bin chính và tua bin bơm nước cấp Ngoài ra, bình ngưng cũng có các chức năng khác như:

 Khử khí nước ngưng

 Thu hồi hơi ngưng tụ

 Là một bể chứa nước ngưng tạm thời

 Là điểm dồn nước xả đọng từ các hệ thống khác trong nhà máy

Hơi từ tuabin được ngưng tụ bằng cách loại bỏ nhiệt ẩn hóa hơi vào nước tuần hoàn Nước ngưng được thu gom trong hố thu nước nóng bình ngưng

Trang 11

Bình ngưng được chia ra thành 2 loại đơn áp hoặc đa áp tùy thuộc vào dòng chảy của nước tuần hoàn tạo ra một hay nhiều dòng áp lực quay trở lại tuabin Bình ngưng còn được mô tả chi tiết hơn bằng số lượng thân và bằng loại đơn dòng hoặc đa dòng phụ thuộc vào số lượng đường dẫn chạy song song qua mỗi thân bình ngưng Sơ đồ bố trí

dòng nước tuần hoàn kiểu đơn áp hoặc đa áp được thể hiện cụ thể như Hình 07 và

Hình 08 Việc bố trí bình ngưng ở hầu hết các NMĐ đều có các dãy ống vuông góc

với trục dọc của tuabin máy phát

Hình 07 : Sơ đồ bố trí bình ngưng kiểu đơn áp

Trang 12

Hình 08 : Sơ đồ bố trí bình ngưng kiểu đa áp

4.2 Tháp làm mát

Trong hệ thống làm mát tái tuần hoàn (mạch kín), tháp làm mát dường như là bộ phận quan trọng nhất Do đó, việc lựa chọn và thiết kế cũng như tối ưu hoá đóng vai trò quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến đặc tính của toàn bộ nhà máy

Nhìn chung, tháp làm mát có nhiều kích cỡ và hình dáng, tuy nhiên có hai loại tháp làm mát chính thường được áp dụng cho làm mát bình ngưng trong NMĐ:

 Tháp làm mát đối lưu tự nhiên

 Tháp làm mát đối lưu cưỡng bức:

 Kiểu sử dụng quạt hút

 Kiểu sử dụng quạt đẩy

4.2.1 Đối lưu tự nhiên

Tháp làm mát đối lưu tự nhiên nhận không khí làm mát từ dưới và chuyển động lên trên đỉnh tháp nhờ vào lực tự hút, và quá trình không khí đối lưu từ dưới lên trên là tự nhiên, không được hỗ trợ bằng các quạt hay thiết bị khác Vì thế việc thiết kế kết cấu tháp làm mát đối lưu tự nhiên rất quan trọng để quyết định vận tốc không khí chuyển động bên trong tháp, qua đó ảnh hưởng đến quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất trong quá trình làm mát

Trang 13

Hình 9 : Nguyên lý làm việc của tháp làm mát đối lưu tự nhiên

Hình 09 ở trên trình bày sơ đồ nguyên lý làm việc của tháp làm mát đối lưu tự nhiên, qua đó cho thấy rằng để có được động lực cần thiết cho dòng không khí đối lưu lên trên đỉnh tháp cần phải có một tháp bê tông rất lớn và đỉnh tháp tương đối cao Ngoài công suất, chiều cao còn phụ thuộc vào áp suất chênh lệch giữa phía lạnh và phía không khí ẩm nóng của tháp làm mát

Ưu điểm chính của tháp làm mát kiểu này là không tốn chi phí vận hành cho hệ thống quạt hút so với tháp làm mát đối lưu cưỡng bức Nhưng chi phí xây dựng và diện tích mặt bằng lớn hơn Vì thế tháp làm mát loại này rất ít được áp dụng trong các nhà máy điện, nhưng lại khá phổ biến trong các nhà máy điện nguyên tử

4.2.2 Đối lưu cưỡng bức

Một tháp làm mát đối lưu cưỡng bức sẽ sử dụng quạt lớn để tạo ra luồng không khí qua tháp Nước được phân bố tràn ngập tháp, và truyền nhiệt diễn ra bằng cách bốc hơi

và đối lưu

Bộ phận làm mát thường bao gồm các module được lắp đặt theo chế độ ngược chiều bên trong vỏ của tháp làm mát Tương ứng, các lớp xếp được lắp đặt theo chiều ngang nhằm đảm bảo sự phân phối nước đồng đều và tạo ra điều kiện chảy rối (xoắn) trong nước và không khí Thiết kế tốt sẽ tối đa hóa enthalpy, có nghĩa là tối ưu hóa hiệu suất nhiệt

Bộ tách sương, sử dụng loại phun nước toàn diện sẽ tối thiểu hoá tổn thất nước do cuốn theo Dự kiến lượng cuốn trôi ở phụ tải thiết kế sẽ không lớn hơn 0.005% của lưu lượng nước tuần hoàn

Có hai loại tháp đối lưu cưỡng bức là kiểu sử dụng quạt hút và kiểu sử quạt đẩy được được mô tả cụ thể như ở dưới:

 Kiểu sử dụng quạt đẩy có quạt được đặt ở chân tháp như Hình 10 Không khí được đẩy từ phía dưới đáy và xả thải qua đỉnh tháp Cách bố trí này có lợi thế là

vị trí quạt và động cơ dẫn động nằm ở bên ngoài tháp rất thuận tiện cho việc kiểm tra bảo dưỡng và sửa chữa Do thiết bị nằm ngoài khu vực nóng, ẩm của tháp nên quạt không bị ăn mòn Sự khác biệt của đặc tính dòng khí có vận tốc đầu vào cao hơn vận tốc đầu ra Đặc tính này có thể dẫn đến sự tuần hoàn quá mức và giảm tính ổn định của năng suất nhiệt khi so sánh với tháp làm mát kiểu

sử dụng quạt hút Hơn nữa một phần không khí nóng, ẩm thoát ra từ đỉnh tháp

bị hút trở lại vào bên trong tháp làm tăng nhiệt độ bầu ướt đầu vào

 Kiểu sử dụng quạt hút có quạt đặt ở phía trên gần đỉnh tháp đầu ra của không

khí nóng như Hình 11. Không khí sẽ được hút từ dưới lên và xả thải qua đỉnh tháp Khác với tháp sự dụng quạt đẩy từ đáy tháp, đặc tính không dòng khí sẽ có vận tốc đầu ra lớn hơn vận tốc đầu vào Thông thường cao hơn từ 3-4 lần Vận tốc thoát cao tạo ra một vùng không khí có áp suất thấp tại đầu vào dòng khí Điều này làm giảm đáng kể khả năng tuần hoàn quá mức Tháp đối lưu cưỡng bức sử dụng quạt hút là loại tháp phổ biến nhất được sử dụng trong các nhà máy nhiệt điện

Trang 14

Hình 10: Sơ đồ nguyên lý của tháp làm mát đối lưu cưỡng bức sử dụng quạt đẩy

Hình 11: Sơ đồ nguyên lý của tháp làm mát đối lưu cưỡng bức sử dụng quạt hút

Trang 15

4.3 Bơm nước tuần hoàn

Bơm nước tuần hoàn cung cấp nước làm mát cho Bình ngưng với lưu lượng cần thiết

và cho các bộ trao đổi nhiệt của hệ thống nước làm mát phụ trợ NMĐ Các bơm nước tuần hoàn phải vậy hành một cách kinh tế và tin cậy trong suốt tuổi thọ của nhà máy

Có 3 loại bơm được sử dụng phổ biến nhất phục vụ cấp nước tuần hoàn là:

 Giếng ướt kiểu đứng

 Giếng khô kiểu đứng

 Giếng khô kiểu ngang

Các cách bố trí điển hình của các bơm được thể hiện trong Hình 12 dưới đây:

Hình 12: Các kiểu bơm nước tuần hoàn điển hình

Đối với hệ thống làm mát trực lưu (mạch hở), các bơm giếng khô kiểu đứng được sử dụng phổ biến nhất Thỉnh thoảng các bơm giếng khô kiểu đứng và giếng khô kiểu ngang vẫn được sử dụng

Đối với hệ thống làm mát tái tuần hoàn (mạch kín), các bơm giếng khô kiểu ngang và giếng ướt kiểu đứng được sử dụng phổ biến như nhau Thỉnh thoảng các bơm giếng khô kiểu đứng vẫn được sử dụng

Cấu hình thông dụng khuyến nghị cho hệ thống cung cấp nước làm mát tuần hoàn cho các nhà máy nhiệt điện là 2x50%

4.4 Đường ống nước tuần hoàn

Trang 16

Đường ống nước tuần hoàn dẫn nước làm mát từ trạm bơm nước tuần hoàn tới bình ngưng và trả lại nước tới tháp làm mát hoặc tới hệ thống xả thải trong trường hợp làm mát trực lưu (mạch hở) Việc định tuyến cho đường ống này bao gồm đường ống trên

và dưới mặt đất giữa các thành phần sau:

 Bơm nước tuần hoàn và bơm nước làm mát phụ trợ tới các hộp nước đầu vào bình ngưng

 Các hộp nước đầu ra bình ngưng tới dàn ống đứng tháp làm mát hoặc hệ thống xả thải

 Đường ống hút bơm tuần hoàn (nếu cần)

Lưu lượng dòng chảy lớn đòi hỏi sử dụng đường ống hệ thống nước tuần có đường kính lớn Kích thước đường ống thống thường từ 36” tới 96’’ (900 tới 2.400mm) dù đường kính ống lớn hơn đã được sử dụng

Thiết kế đường ống cho hệ thống nước tuần hoàn phải xem xét môi trường bên trong cũng như bên ngoài ống Các vật liệu phổ biến sử dụng cho đường ống nước tuần hoàn theo thứ tự tăng dần về chi phí bao gồm thép các bon, bê tông cốt thép dạng ống hình trụ hoặc ống nhựa gia cường sợi thủy tinh Nhu cầu nước lớn của hệ thống nước tuần hoàn làm cho việc sử dụng nguồn nước chất lượng cao không hiệu quả Nguồn nước tuần hoàn thường phụ thuộc vào vị trí của NMĐ Các khu vực ven biển thường sử dụng nước biển hoặc nước lợ Khu vực đất liền thường được đặt gần sông, hồ hoặc nguồn nước tự nhiên khác

Nước từ những nguồn này có thể chứa các chất gây ăn mòn với nồng độ cao Bất kỳ loại vật liệu đường ống nào được xem xét phải có các biện pháp bảo vệ đường ống Ví

dụ đường ống thép các bon trong môi trường nước biển thường yêu cầu một lớp sơn bên trong hoặc một hệ thống bảo vệ Catot được lắp đặt hoặc cả hai Ống bằng bê tông

có thể yêu cầu một hỗn hớp bê tông đặc biệt chịu được sự ăn mòn của clorua Những phướng án bảo vệ này làm tăng đáng kể chi phí đầu tư cho việc lắp đặt sao cho có thể tiết kiệm so với việc lắp đặt đường ống nhựa gia cường sợi thủy tinh nhưng cùng một tuổi thọ Do những nguồn nước hiện hữu trở nên ngày càng căng thẳng và nguồn nước mới ngày càng khan hiếm và dắt đỏ để phát triển Chất lượng nước tuần hoàn trong các NMĐ tương lai được cho rằng sẽ giảm hơn nữa Điều này sẽ có thể đẩy mạnh khuynh hướng đối với vật liệu đường ống chống ăn mòn

4.5 Hệ thống lưới lọc rác

4.5.1 Lưới lọc di động:

Là loại lưới lọc được sử dụng phổ biến nhất là loại quay dọc trục, đầu vào và đầu ra đơn hướng, luồng dẫn của sàng được định vị bởi nguồn nước bề mặt Một lưới lọc di động có luồng dẫn đơn được thể hiện trong Hình 13. Lưới lọc di động kiểu đứng bao gồm các lưới lọc gắn liền với một vành đai di động liên tục trong mặt phẳng thẳng đứng giữa hai bánh xích Mặt lưới lọc thường là loại 3/8” (tức 10mm) thông thường được cung cấp dưới dạng lồng hoặc khay với các tấm riêng biệt có thể tháo rời Bộ dẫn động cho lưới lọc thường là một bộ dẫn động hai cấp với chế độ hoạt vận hành thường tốc độ thấp để giảm thiểu sự hao mòn thiết bị và với chế độ vận hành tốc độ cao trong giai đoạn tải rác cao Luôn sẵn có các lưới lọc với chiều dài dọc trục lên tới 30m và

Tiêu đề	Hệ Thống Nước Làm Mát Tuần Hoàn
Tác giả	Trương Phi Tuấn
Người hướng dẫn	Đoàn Trung Tín
Trường học	Tổng Công Ty Phát Điện 3
Thể loại	báo cáo
Năm xuất bản	2017

Định dạng
Số trang	20
Dung lượng	1,49 MB