Giáo trình phát triển công cụ ứng dụng sơ đồ quay 3 cấp gia nhiệt của tuốc bin hơi p1 pptx

Cho nên theo tiêu chuẩn quốc tế đã quy định chọn nhiệt độ của nước cấp ở đầu vào lò hơi bằng 0,65÷0,75 nhiệt độ bão hoà, ứng với áp suất trong lò hơi.. Người ta hay dùng tuốc bin có tríc

α = i i

' ' '

− −

−

δ

(2-29) Công suất do lưu lượng hơi trích sinh ra bằng :

Lα = α (io - in) = ( )( )

' '

'

n n

−

δ

(2-30)

Muốn nâng cao hiệu quả kinh tế của chu trình hồi nhiệt thì người ta áp dụng gia nhiệt nhiều cấp, ví dụ, ba cấp chẳng hạn (Hình 2.13)

Trong thực tế, xuất phát từ tính toán kinh tế kỹ thuật, số cửa trích hơi là hữu hạn và thường không quá chín

Nếu quá nhiều cửa trích sẽ làm giảm độ bền của thân tuốc bin Các điểm trích hơi cũng lựa chọn sao cho, độ tăng entanpi của nước cấp trong các bình gia nhiệt gần giống nhau, tức là nhiệt giáng giữa các tầng trích hơi gần bằng nhau

Bằng cách gia nhiệt hồi nhiệt, nói chung, có thể nâng nhiệt độ nước cấp đến nhiệt độ, gần với nhiệt độ bão hoà , ứng với áp suất hơi mới Nhưng tổn thất nhiệt do khói lò hơi thải ra sẽ tăng mạnh

Cho nên theo tiêu chuẩn quốc tế đã quy định chọn nhiệt độ của nước cấp ở đầu vào lò hơi bằng 0,65÷0,75 nhiệt độ

bão hoà, ứng với áp suất trong lò hơi

Ví du:û

Áp suất hơi mới trước tuốc bin ata 29,0 90 130 240

Nhiệt độ hơi bão hoà hòa oC 230,9 301,9 329,3 -

2.3.6 Phối hợp sản xuất nhiệt và điện năng

Trong tuốc bin ngưng hơi thoát đi vào bình ngưng, ngưng tụ lại và hoàn nhiệt

ẩn sinh hơi cho nước làm mát Nhiệt lượng ấy gồm 60÷ 65% nhiệt lượng cung cấp

0

i

i

i'n

i'k

2

i

i

ik

i' 1

i'

i' 3

i' k

n1

n2

n3

Hình 2.13- Sơ đồ nguyên lý của tuốc

bin ngưng hơi với 3 cấp gia nhiệt

hồi nhiệt hâm nước cấp

cấp gia nhiệt của tuốc bin hơi

trong lò hơi và bị mất đi một cách vô ích, bởi vì nhiệt độ của nước làm mát ở đầu ra

của bình ngưng chỉ cao hơn nhiệt độ khí quyển không đáng bao nhiêu (khoảng 10÷

15oC)

Mặt khác, đối với nhu cầu sinh hoạt và công nghệ (ví dụ : để sưởi ấm, đun nóng và sấy vật liệu) thì chỉ cần nhiệt với nhiệt độ không cao lắm (100 ÷110 oC)

Nguồn nhiệt ấy có thể là hơi đã được khai thác trong tuốc bin đến áp suất cần thiết

cho hộ tiêu thụ Trong trường hợp này có thể sử dụng hoàn toàn nhiệt ngưng tụ của

hơi thoát trong các thiết bị công nghệ để hâm nước hay sấy các vật liệu, còn nước

ngưng thì được trả về chu trình của thiết bị tuốc bin

Như vậy là đã sản xuất đồng thời điện năng và nhiệt năng trong cũng một thiết bị nhiệt lực và rõ ràng là có lợi hơn so với sản xuất riêng biệt Điều này sẽ thấy rõ nếu đem so sánh các chu trình nhiệt lý tưởng của tuốcbin ngưng hơi và tuốc bin đối áp trên đồ thị T-s Trong tuốc bin ngưng hơi nhiệt của hơi thoát, tương đương với diện tích 1ae21, bị mất hoàn toàn, vì nó truyền cho nước làm mát

Trong tuốc bin đối áp có thể sản

xuất đồng thời điện năng và nhiệt năng Ở

đây, toàn bộ nhiệt của hơi thoát tương

đương với diện tích 1’a’e’21’, sẽ được sử

dụng để thỏa mãn nhu cầu của hộ tiêu thụ

nhiệt

Ở các nhà máy nhiệt điênû sự phối

hợp sản xuất điện năng và nhiệt năng để

phục vụ các nhu cầu sinh hoạt và công

nghệ được tiến hành bằng cách trích hơi và

sử dụng hơi thoát, trên cơ sở cung cấp nhiệt

k

i'

i 0

i n Qn

i k

k

i'

Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị nhiệt lực để phối hợp sản xuất nhiệt và điện năng

i

p k

ik

t

i

s

o

0

p n

h"i

i n

i h'

0

p

Hình 2.15 Quá trình bành trướng của hơi

trong tuốc bin đối áp và ngưng hơi

trên đồ thị T-s

Cung cấp nhiệt thu hồi là một trong những biện pháp quan trọng nhằm hạ thấp suất tiêu hao nhiên liệu riêng trong các nhà máy nhiệt điện

Gỉa sử yêu cầu phải bảo đảm công suất điện P E và cung cấp nhiệt lượng Qn cho hộ tiêu thụ Cho rằng, các quá trình giãn nở hơi trong tuốc bin ngưng hơi và tuốc bin đối áp được biểu thị bằng đường cong chung trên đồ thị i-s (Hình.2.15), còn entanpi của nước cấp trong cả hai thiết bị đều bằng nhau và bằng i’k

Ký hiệu ;

- Nhiệt giáng sử dụng của tuốc bin đối áp hi’ = io - in

- Nhiệt giáng sử dụng của tuốc bin ngưng hơi hi” = io - ik

(Hình 2.15) Để cho đơn giản ta sẽ tíïnh theo công suất trong

P i

Lưu lượng hơi để sản xuất điện năng của tuốc bin ngưng hơi ;

Như vậy, lượng nhiệt khi sản xuất riêng lẻ điện năng và nhiệt năng sẽ là :

Qriêng = G” (io - i’k) + Qn = n

i

i n k o i

i

Q

P Q i i h

P

+

= +

−

η

)

" (2-38)

Lưu lượng hơi đi qua tuốc bin đối áp để bảo đảm nhiệt lượng Qn cho hộ tiêu thụ nhiệt khi có sự phối hợpü sản xuất năng lượng bằng:

G’ = Q

n

n − k' Còn công suất của tuốc bin ấy tương ứng bằng

Pi‘ = G’(io - in) = Qn i i

−

− ' Phần công suất còn thiếu mà tuốc bin ngưng hơi phải sản xuất ;

Pi“ = Pi - Pi‘ Muốn vậy cần phải cho thêm lưu lượng hơi:

) )(

(

) (

'

"

k n k o

n o n k

o i k

o

i

i i i i

i i Q i

i

P i

i

P

−

−

−

−

−

=

−

Thế thì, lưu lượng hơi tổng khi phối hợp sản xuất năng lượng là :

Gphối = G’+ G”

Và nhiệt lượng tương ứng sẽ bằng ;

Qph = (G’ + G”) (io - i’k) =

) )(

(

) )(

( ) ( ) (

'

' '

' '

k n k o

k o n o n k

o

k o i k

n

k o n

i i i i

i i i i Q i

i

i i P i

i

i i P

−

−

−

−

−

−

− +

−

−

) (

) (

k n i

n o n i

i

Q i i

i i Q P

+

−

−

−

η η

−

− ' +1) Ký hiệu :

χ = i i

−

− ' = h

i

' '

io - in - Công được chuyển hóa trong tuốc bin đối áp

in - i’k - Nhiệt lượng của một kg hơi trong tuốc bin đối áp truyền cho hộ dùng nhiệt

Nhiệt lượng tiêu hao toàn bộ khi phối hợp sản xuất năng lượng theo (2-39) và (2-40) sẽ là :

Qph = − + (χ+ 1 )

η

χ

i

i n i

i

Q Q

P

= + [ 1 − (1 + 1 )]

i n

i

i

Q

P

η

χ η

Nhiệt lượng tiết kiệm được cho phối hợp sản xuất năng lượng so với sản xuất riêng lẻ sẽ bằng :

∆Q = Qrle- Qn

= + − { + [ 1 − (1 − 1 ]}

i n

i n i

i

Q

Pi Q

P

η

χ η

η

i n

Q

η

χ

Giá trị tương đối của mức tiết kiệm đó được biểu thị bằng một phần của lượng nhiệt trao cho hộ tiêu thụ nhiệt và bằng :

ξph = ∆Q

Q n = χ η( 1 1)

i

− (2-42) Thế là, mức sản xuất điện năng trên cơ sở tiêu thụ nhiệt χ càng lớn và hiệu suất tuyệt đối ηi của thiết bị ngưng hơi càng thấp, thì mức sản xuất tiết kiệm từ sản xuất phối hợp năng lượng càng cao

Sơ đồ thiết bị dùng để phối hợp sản xuất điện năng và nhiệt năng (Hình.2-23) gồm có tuốc bin ngưng hơi và tuốc bin đối áp thường rất ít gặp

Người ta hay dùng tuốc bin có trích hơi điều chỉnh cấp nhiệt thu hồi và phục vụ các nhu cầu công nghê.û

Qua phần tổng quan về các phương pháp nâng cao hiệu suất của chu trình nhiệt động học của hơi nước ta thấy rằng, muốn đạt được hiệu quả kinh tế cao cho thiết bị cần bảo đảm hiệu quả kinh tế cao cho chu trình, các bộ phận của thiết bị phải được chế tạo với hiệu suất cao (tuốc bin, lò hơi, bơm cấp nước ,v.v )

Khi dùng hơi nước, muốn nâng cao hiệu quả kinh tế cao của chu trình phải

không cao), sử dụng hồi nhiệt gia nhiệt nước cấp, áp dụng quá nhiệt trung gian (trong các thiết bị cao và trên cao áp), ứng dụng phối hợp sản xuất điện năng và nhiệt năng Cũng có thể nâng cao thêm hiệu quả kinh tế bằng cách áp dụng chu trình ghép với các môi chất khác nhau trong vùng nhiệt độ cao và thấp Cuối cùng là thời gian gần đây đã thiết kế các thiết bị phối hợp, trong đó kết hợp tuốc bin hơi và tuốc bin khí Điều đó cũng cho ta tăng hiệu suất chút ít

2.3.7- Áp dụng chu trình hỗn hợp khí - hơi :

Cho đến nay, mặc dầu các nước đều cố gắng khai thác các nguồn thuỷ điện và các dạng năng lượng khác để sản xuất điện, nhưng nhiệt điện vẫn chiếm khoảng 80% tổng lượng điện năng được sản xuất ra Các nguồn nhiên liệu hữu cơ (than, dầu khí) không phải là vô hạn, tốc độ khai thác ngày càng tăng, bên cạnh đó vấn đề ô nhiễm môi trường và nguy cơ phá huỷ tầng ô-zôn do đốt quá nhiều nhiên liệu đã làm cho các nhà năng lượng phải có những phương hướng mới để giải quyết vấn đề này Mãi cho đến đầu những năm 70 vấn đề giá thành là yếu tố quan trọng nhất trong việc nâng cao hiệu suất các nhà máy điện, thì ngày nay yếu tố quan trọng hơn là các nguồn dự trữ năng lượng và bảo vệ môi trường sống của con người ở góc độ toàn cầu

Hiệu suất của các nhà máy nhiệt điện ngoài các yếu tố khác ra, điểm chủ yếu vẫn được đánh giá bằng nhiệt độ vào ra khỏi tuốc bin hơi Việc nâng cao thông số vào (áp suất, nhiệt độ ) do giới hạn bởi sức chịu đựng của kim loại chỉ đạt đến 600oC, còn nhiệt độ ra của nước làm mát phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường cũng chỉ đạt thấp nhất khoảng 30oC

Trong khi đó, các tuốc bin khí vận hành ở nhiệt độ khoảng 1200oC và nhiệt độ

ra khoảng 600oC Đây là một lượng nhiệt rất lớn, nếu bỏ đi thì thật là lãng phí, vì vậy các tuốc bin khí hoạt động riêng lẻ sẽ không có hiệu suất cao được Để sử dụng nhiệt lượng này, người ta dùng một chu trình hỗn hợp, gọi tắt là chu trình khí - hơi Khói thải ra khỏi tuốc bin khí sẽ được đưa qua một nồi hơi đặc biệt để sản xuất ra hơi làm chạy một tuốc bin hơi kéo thêm một máy phát điện Hiệu suất của một chu trình như vậy sẽ cao hơn khoảng 1, 5 lần so với hiệu suất của nhà máy điện truyền thống

Trên hình (Hình 2.16) thể hiện sơ đồ nguyên lý của một nhà máy điện chu trình hỗn hợp khí - hơi Tuốc bin khí được cấu tạo bởi 03 bộ phận chính là : máy nén khí (1), buồng đốt (2) và tuốc bin khí (3) Không khí được nén đến áp suất cao và đưa vào buồng đốt, nhiên liệu (khí hoặc dầu) được phun vào buồng đốt và cháy cùng với không khí nén Sau khi hoà trộn với không khí thứ cấp, dòng khí có nhiệt độ và áp suất cao này được đưa vào tuốc bin, quay trục tuốc bin Một phần công suất của tuốc bin sẽ truyền động cho máy nén và lại sẽ kéo máy phát điện (4)

Dòng khí thoát có nhiệt độ khoảng 500-600oC được đưa vào một lò hơi (5) để sản xuất ra hơi, và hơi nước sẽ làm quay tuốc bin hơi (6), kéo máy phát điện (9) Như vậy, khí thoát khỏi tuốc bin khí ở đây đã được tận dụng lại để sản xuất ra hơi nước và từ hơi ra điện Hiệu suất của một nhà máy điện chỉ dùng tuốc bin khí vào khoảng 33%, còn hiệu suất nhà máy điện ngưng hơi trong khoảng 35-40% Một nhà máy điện hỗn hợp cả hai loại chu trình trên sẽ đạt hiệu suất lớn hơn 50%

1

1- Máy nén khí

2- Buồng đốt

3- Tuốc bin khí

4- Máy phát điện

5- Lò hơi

6- Tuốc bin hơi

7- Bình ngưng

8- Bơm nước cấp

9 - Máy phát điện

3

4

5

6

7

8

9 2

Hình 2.16.Nguyên lý của chu trình hỗn hợp khí - hơi:

CHƯƠNG 2 : ĐO NHIệT Độ

2.1 NHữNG VấN Đề CHUNG

Nhiệt độ là một tham số vật lý quan trọng, thường hay gặp trong kỹ thuật, công nghiệp, nông nghiệp và trong đời sống sinh hoạt hàng ngày Nó là tham

số có liên quan đến tính chất của rất nhiều vật chất, thể hiện hiệu suất của các máy nhiệt và là nhân tố trọng yếu ảnh hưởng đến sự truyền nhiệt Vì lẽ đó mà trong các nhà máy, trong hệ thống nhiệt đều phải dùng nhiều dụng cụ đo nhiệt độ khác nhau Chất lượng và số lượng sản phẩm sản xuất được đều có liên quan tới nhiệt độ, nhiều trường hợp phải đo nhiệt độ để đảm bảo cho yêu cầu thiết bị và cho quá trình sản xuất Hiện nay yêu cầu đo chính xác nhiệt độ

từ xa cũng là một việc rất có ý nghĩa đối với sản xuất và nghiên cứu khoa học

2.1.1 Khái niệm nhiệt độ

Từ lâu người ta đã biết rằng tính chất của vật chất có liên quan mật thiết tới mức độ nóng lạnh của vật chất đó Nóng lạnh là thể hiện tình trạng giữ nhiệt của vật và mức độ nóng lạnh đó được gọi là nhiệt độ Vậy nhiệt độ là đại lượng

đặc trưng cho trạng thái nhiệt, theo thuyết động học phân tử thì động năng của vật

E =

2

3

KT

Trong đó K- hằng số Bonltzman

Theo định luật 2 nhiệt động học: Nhiệt lượng nhận vào hay tỏa ra của môi chất trong chu trình Cácnô tương ứng với nhiệt độ của môi chất và có quan hệ

T

2 2 1

1

T

T Q

Q = T2

s Vậy khái niệm nhiệt độ không phụ thuộc vào bản chất mà chỉ phụ thuộc nhiệt lượng nhận vào hay tỏa ra của vật

Muốn đo nhiệt độ thì phải tìm cách xác định đơn vị nhiệt độ để xây dựng thành thang đo nhiệt độ (có khi gọi là thước đo nhiệt độ, nhiệt giai ) Dụng cụ

Q 2 -Q 1

Q 1

vẫn còn những thiếu sót đòi hỏi cần phải tiếp tục nghiên cứu thêm

2.1.2 Đơn vị và thang đo nhiệt độ

1 Sơ lược về quá trình xây dựng thang đo nhiệt độ :

Quá trình thành lập thước đo nhiệt độ cũng là quá trình tìm một đơn vị đo nhiệt độ thống nhất và liên quan mật thiết tới việc chế tạo nhiệt kế

1597 : Galilê dựa trên sự dãn nở của nước và đã chế tạo ra nhiệt kế nước đầu

tiên ; Với loại này chỉ cho chúng ta biết được vật này nóng (lạnh) hơn vật kia

mà thôi Tiếp đó nhiều người đã nghiên cứu chế tạo nhiệt kế dựa vào sự dãn nở của các nguyên chất ở 1 pha Thang đo nhiệt độ được quy định dựa vào nhiệt

độ chênh lệch giữa 2 điểm khác nhau của một nguyên chất để làm đơn vị đo do NEWTON đề nghị đầu tiên, và cách quy định đo nhiệt độ này được dùng mãi cho đến nay

1724 : Farenheit lập thang đo nhiệt độ với 3 điểm : 0 ; +32 và +96 , tương

ứng với -17,8 o C ; 0 o C và 35,6 o C sau đó lấy thêm điểm +212 ứng với nhiệt

độ sôi của nước ở áp suất khí quyển (100 o C)

1731 : Reomua sử dụng rượu làm nhiệt kế Ông lấy rượu có nồng độ thích hợp

nhúng vào nước đá đang tan và lấy thể tích là 1000 đơn vị và khi đặt trong hơi nước đang sôi thì lấy thể tích là 1080 đơn vị, và xem quan hệ dãn nở đó là

đường thẳng để chia đều thước ứng với 0 o R đến 80 o R

1742 : A.Celsius sử dụng thủy ngân làm nhiệt kế Ông lấy 1000 C ứng với điểm tan của nước đá còn 0 o C là điểm sôi của nước và sau này đổi lại điểm sôi là

100 o C còn điểm tan của nước đá là 0 o C Trên đây là một số ví dụ về các thang đo nhiệt độ, đơn vị nhiệt độ trong mỗi loại thước đo đó chưa thống nhất, các nhiệt kế cùng loại khó bảo đảm chế tạo

có thước chia độ giống nhau Những thiếu sót này làm cho người ta nghĩ đến phải xây dựng thước đo nhiệt độ theo một nguyên tắc khác sao cho đơn vị đo nhiệt độ không phụ thuộc vào chất đo nhiệt độ dùng trong nhiệt kế

1848 : Kelvin xây dựng thước đo nhiệt độ trên cơ sở nhiệt động học Theo định

luật nhiệt động học thứ 2, công trong chu trình Cácnô tỷ lệ với độ chênh nhiệt

độ chứ không phụ thuộc chất đo nhiệt độ Kelvin lấy điểm tan của nước đá là 273,1 độ và gọi 1 độ là chênh lệch nhiệt độ ứng với 1% công trong chu trình Cácnô giữa điểm sôi của nước và điểm tan của nước đá ở áp suất bình thường

khoảng là 1 độ thì ta có thể viết :

T100 - T0 = 100 = 1 0 0( 1 0 0 0)

1 0 0

Q

100 = 1 0 0

1 0 0 0

1 0 0

Q

.

ư

Tổng quát ta có : T =

0

100 Q Q

Q

Thang đo nhiệt độ nhiệt động học trên thực tế không thể hiện được, nó có tính chất thuần túy lý luận, nhưng nhờ đó mà thống nhất được đơn vị nhiệt độ Mặt khác quan hệ giữa công và nhiệt độ theo định luật nói trên hoàn toàn giống quan hệ thể tích và áp suất đối với nhiệt độ khí lý tưởng tức là :

0 100 0

0

100 100

T

T V P

V P

= và ta cũng có T =

0 0 100

100V P V P

PV

Nên người ta có thể xây dựng được thước đo nhiệt độ theo định luật của khí lý tưởng và hoàn toàn thực hiện được trên thực tế Tuy rằng khí thực có khác với khí lý tưởng nhưng số hiệu chỉnh do sự khác nhau đó không lớn và người ta có thể đạt được độ chính xác rất cao Nhiệt kế dùng thực hiện thang đo nhiệt độ này gọi là nhiệt kế khí

1877 : ủy ban cân đo quốc tế công nhận thước chia độ Hydrogen bách phân

làm thước chia nhiệt độ cơ bản, 0 và 100 ứng với điểm tan của nước đá và

điểm sôi của nước ở áp suất tiêu chuẩn (760 mmHg)

Thước đo này rất gần với thước đo nhiệt độ nhiệt động học, loại này có hạn chế là giới hạn đo chỉ trong khoảng -25 đến +100 độ (vì ở nhiệt độ cao H có độ khuyếch tán mạnh nên bị lọt và khó chính xác)

Việc sử dụng nhiều thước đo nhiệt độ tất nhiên không tránh khỏi việc tính đổi

H

(V) 2

Hg

Quốc tế, thước đo này lấy nhiệt độ tan của nước đá và nhiệt độ sôi của nước ở

áp suất bình thường là 0 và 100 độ ký hiệu đơn vị nhiệt độ là [ o C ] và dựa trên một hệ điểm nhiệt độ cố định để chia độ còn các nhiệt độ trung gian thì xác

định bằng các dụng cụ nội suy

1948 : Sau khi sửa đổi và bổ sung thêm, hội nghị cân đo quốc tế đã xác định

thước đo nhiệt độ quốc tế năm 1948 Theo thước đo này nhiệt độ ký hiệu là t,

đơn vị đo là [ o C ] Thước được xây dựng trên một số điểm chuẩn gốc, đó là những điểm nhiệt độ cân bằng cố định được xác định bằng nhiệt kế khí, trị số của điểm chuẩn góc được lấy là trị số có xác suất xuất hiện cao nhất của nhiệt

kế khí khi đo nhiệt độ điểm chuẩn góc đó Trị số nhiệt độ giữa các điểm chuẩn góc được xác định bằng các nhiệt kế đặc biệt

- Các điểm chuẩn gốc đều được xác định ở áp suất khí quyển tiêu chuẩn và gồm các điểm quy định sau :

- Điểm sôi của ôxy - 182,97 oC

- Điểm tan của nước đá 0,00 o C

- Điểm sôi của nước 100,00 o C

- Điểm sôi của lưu huỳnh 444,60 o C

- Điểm đông đặc của bạc 960,80 o C

- Điểm đông đặc của vàng 1063,00 o C Cách nội suy và ngoại suy để xác định nhiệt độ khác được quy định như sau:

+ Nhiệt độ trong khoảng từ 0 đến điểm đông đặc của sitibiom (630 o C) dùng nhiệt kế chuẩn là nhiệt kế điện trở bạch kim mà độ tinh khiết của sợi bạch kim thỏa mãn yêu cầu sau : R100/ R0 ≥ 1,3920, ở đây R0 và R100 là điện trở của điện trở bạch kim ở 0 o C và ở 100 o C

Quan hệ giữa trị số điện trở bạch kim ở nhiệt độ t (Rt) và nhiệt độ t được quy định là : Rt = Ro [ 1+At +Bt 2 ]

Ro, A, B là các hằng số xác định bằng cách đo Rt ứng với t = 0,01 o C, 100 o C

và 444,6 o C sau đó giãi hệ 3 phương trình

+ Nhiệt độ trong khoảng từ -182,97 o C đến 0 oC vẫn dùng nhiệt kế điện trở bạch kim nhưng theo quan hệ khác : Rt = Ro.[1+At +Bt2+Ct3(t-100)] Trong đó C là hằng số tìm được do đặt điện trở bạch kim ở nhiệt độ -182,97 o C còn các hệ số khác cũng được tính như trên