Đồ án môn học Lò Hơi

Khi so sánh với các chu trình đơn khác, ngay cả các chu trình được lắp đặt cải tiến rất công phu, phức tạp như kiểu nhà máy nhiệt điện ngưng hơi có gia nhiệt củng có hiệu suất Carnot lý

Lời nói đầu

Để đáp ứng tăng trưởng kinh tế cao trong giai đoạn hiện nay cũng như đảm bảo an ninh năng lượng cần phát triển mạnh việc sản xuất điện nói chung và các nhà máy nhiệt điện nói riêng

Nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp (Combined cycles power plant – CCPP) ra đời trong những năm gần đây, với công nghệ tiến nó đã phát triển nhanh chóng và được chuyển giao khắp thế giới Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2006 –2015 có xét đến 2025, Chính phủ cũng đã ưu tiên phát triển loại nhà máy điện này

Vì vậy cần phải đánh giá một cách toàn diện về Nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp để xây dựng hợp lý và khai thác tối đa hiệu quả của nó Xuất phát từ yêu cầu đó em được giao nhiệm vụ cho đồ án Tốt nghiệp là “ Thiết Kế Tính Toán Các Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt Trong Lò Hơi Thu Hồi Nhiệt Nhà Máy Nhiệt Điện Phú Mỹ ”

Qua nhiều tuần nghiên cứu và tính toán bằng sự nỗ lực của bản thân với sự hướng dẫn của Thầy giáo Phạm Thanh cùng với Đến nay em đã hoàn thành đồ án này,do thời gian hạn chế, cũng như kiến thức còn khiếm khuyết nên không thể tránh khỏi sai sót Rất mong được sự chỉ dạy, góp ý của thầy cô và các anh chị để em ngày một hoàn thiện hơn

Lời cuối em chân thành cảm ơn thầy Phạm Thanh, cùng các thầy cô giáo trong khoa Công Nghệ Nhiệt-Điện Lạnh đã giúp em hoàn thành Đồ án này!

Đà Nẵng, tháng 5 năm 2014 Sinh viên:Nguyễn Thanh Trung

Chương 1

Giới thiệu chung

1.1 Giới thiệu về nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ

Công ty Nhiệt điện Phú Mỹ có trụ sở tại Thị trấn Phú Mỹ, Huyện Tân Thành, tỉnh

Bà Rịa – Vũng Tàu, nằm cạnh quốc lộ 51 cách Thành phố Hồ Chí Minh 75Km về hướng Đông Nam (đường đi thành phố Vũng Tàu) Tổng diện tích 86ha, với các Nhà máy: Phú

Mỹ 2.1, Phú Mỹ 2.1 mở rộng, Phú Mỹ 1 và Phú Mỹ 4

Tổng công suất lắp đặt 2485MW, kết nối với lưới truyền tải điện 500kV, 220kV và

110kV, sản lượng trung bình đạt được hơn 15 tỷ kWh/năm, chiếm gần 20% tổng công suất lắp đặt và gần 30% sản lượng điện của hệ thống điện quốc gia (đến thời điểm năm 2007)

Công ty Nhiệt điện Phú Mỹ đã trở thành nhà máy phát điện chủ chốt trong mạng lưới điện quốc gia của Việt Nam Ở tầm nhìn rộng hơn, nhờ vị trí đắc địa là giao điểm của hành lang Bắc - Nam và hành lang Đông - Tây, là cửa ngõ thông thương của các loại hàng hóa và dịch vụ từ toàn bộ bán đảo Đông Dương

1.1.1 Quá trình hình thành

Công ty Nhiệt điện Phú Mỹ (tên cũ: Nhà máy điện Phú Mỹ) là doanh nghiệp Nhà nước được thành lập theo Quyết định thành lập số 48/ĐVN/HĐQT ngày 15/02/1997 của Tổng Công ty Điện lực Việt Nam (nay là Tập đoàn Điện lực Việt Nam), nhiệm vụ chính là sản xuất điện theo phương thức huy động của Tập đoàn nhằm phục vụ cho nền kinh tế và đời sống nhân dân, với nguồn nhiên liệu chính là khí đốt, nguồn nhiên liệu dự phòng là dầu DO

1.1.2 Chặng đường phát triển (Từ năm 1996)

NĂM 1996

Ngày 07 tháng 04 năm 1996, Nguyên Thủ tướng Võ Văn Kiệt phát lệnh khởi công xây dựng Nhà máy điện chu trình đơn Phú Mỹ 2.1 với công suất 288MW, Nhà máy gồm 2 tổ máy tuabin khí GT21 và GT22, lần đầu tiên hoà lưới điện quốc gia vào ngày 12 tháng 02 năm 1997

công Ngày 26 tháng 02 năm 1999, hai tổ máy tuabin khí GT24 và GT25 đã được đưa vào vận hành thương mại.

NĂM 1999

Ngày 15 tháng 05 năm 1999, Công trình Nhà máy điện lớn nhất Trung tâm điện lực Phú

Mỹ - Nhà máy điện chu trình hỗn hợp Phú Mỹ 1 công suất 1100MW, bao gồm 03 tổ máy tuabin khí, 03 lò thu hồi nhiệt và 01 tổ máy tuabin hơi được bắt đầu xây dựng Ngày 22 tháng 04 năm 2002 việc lắp đặt, thử nghiệm 03 lò thu hồi nhiệt HRSG11, HRSG12, HRSG13 được hoàn thành và đưa tổ máy tuabin hơi ST14 vào vận hành thương mại.NĂM 2001

Ngày 26 tháng 04 năm 2001, với dự án Phú Mỹ 2.1 đuôi hơi, Nhà máy điện chu trình đơn Phú Mỹ 2.1 đã được chuyển đổi thành Nhà máy điện chu trình hỗn hợp Phú Mỹ 2.1 được khởi công Hoàn thành vào ngày 19 tháng 05 năm 2003, với việc đưa vào vận hành tổ máy ST23 công suất của nhà máy được tăng từ 277MW đến 450MW

NĂM 2002

Ngày 20 tháng 06 năm 2002 Nhà máy điện chu trình hỗn hợp Phú Mỹ 4 bao gồm 3 tổ máy GT41, GT42 và ST43 được khởi công Và bắt đầu vận hành thương mại vào ngày 17 tháng 08 năm 2004

NĂM 2004

Tháng 12 năm 2004, dự án đuôi hơi Phú Mỹ 2.1 mở rộng đuợc khởi công Đến ngày 21 tháng 03 năm 2006, sau 30 ngày vận hành thử thách phần đuôi hơi thành công, Nhà máy chu trình hỗn hợp Phú Mỹ 2.1 mở rộng với công suất 438MW đã được hoàn tất và tổ máy ST26 chính thức vận hành thương mại

NĂM 2005

Ngày 04 tháng 10 năm 2005 Thủ tướng Chính phủ ký quyết định số 241/2005/QD-TTg

về việc chuyển Nhà máy điện Phú Mỹ thành Công ty trách nhiệm hữu hạn nhà nước môt thành viên Nhiệt điện Phú Mỹ

NĂM 2006

Khi vận hành thương mại dự án nâng công suất Phú Mỹ 2.1 và Phú Mỹ 2.1 mở rộng, tổng công suất của Công ty Nhiệt điện Phú Mỹ là 2485MW.

Hơn 10 năm xây dựng và phát triển, Công ty Nhiệt điện Phú Mỹ liên tục có sự tăng

trưởng, từng bước đáp ứng nhu cầu về điện cho toàn hệ thống và một phần giải quyết được vấn đề thiếu điện của Việt Nam hiện nay Cụ thể, từ lần đầu tiên hoà lưới điện quốc gia vận hành thương mại vào ngày 12 tháng 02 năm 1997 đến nay, đã tăng sản lượng gấp 14.5 lần, tổng công suất lắp đặt tăng 8.5 lần, sản lượng điện tích luỹ đến hết Quý 1 năm

2010 là 118 tỷ kWh Những thành quả này đã khẳng định sự chỉ đạo tài tình của cấp lãnh đạo và sự cố gắng, phấn đấu không ngừng của tập thể CBCNV Công ty Nhiệt điện Phú Mỹ

Bảng Sản lượng điện sản xuất theo năm của nhà máy điện Phú Mỹ

1.2 Giới thiệu về điện năng

Năng lượng điện ngày càng đóng vai trò quan trọng trên thế giới, là nhu cầu không thể thiếu cho xã hội phát triển Dựa vào khả năng sản suất và tiêu thụ điện năng mà

ta có thể đánh giá được phần nào về sự phát triển của nền công nghiệp nước đó Điện năng được sản xuất theo nhiều cách khác nhau và tuỳ theo loại năng lượng chuyển hoá thành điện năng mà người ta chia ra các loại nhà máy điện như:

Hiện nay phổ biến nhất là nhà máy nhiệt điện ở đó nhiệt năng khi đốt các nhiên liệu hữu cơ như: than, dầu, khí đốt…được biến đổi thành điện năng Trên thế giới hiện nay 70% lượng điện được sản xuất bởi các nhà máy nhiệt điện Riêng ở Việt Nam lượng điện năng do các nhà máy nhiệt điện sản xuất ra củng chiếm hơn 55 % lượng điện toàn quốc nhưng còn phụ thựôc vào nguồn nhiên liệu dự trữ sẵn có, điều kiện kinh tế củng như sự phát triển của khoa học kỹ thuật

dần Do đó người ta đã hạn chế dùng nhiên liệu lỏng cho các nhà máy nhiệt điện, mà chủ yếu sủa dụng nhiên liệu rắn và nhiên liệu khí làm những nhiên liệu chính của nhà máy nhiệt điện.

1.3 Phân loại nhà máy nhiệt điện

Nhà máy nhiệt điện đốt nhiên liệu hưu cơ có thể chia ra các loại sau:

- Nhà máy nhiệt điện phụ tải đỉnh, có số giờ sử dụng công suất đặt khoảng 1500 giờ

1.4 Xu hướng sản xuất điện năng ở Việt Nam

Tiêu thụ điện tại Việt Nam tiếp tục gia tăng để có thể đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế

xã hội của đất nước

Về cơ cấu tiêu thụ điện, công nghiệp tiếp tục là ngành chiếm tỉ trọng tiêu thụ điện năng nhiều nhất với tốc độ tăng từ 47.4% lên đến 52% tổng sản lượng tiêu thụ điện tương ứng trong năm 2006 và 2010 Tiêu thụ điện hộ gia đình chiếm tỉ trọng lớn thứ hai nhưng có

xu hướng giảm nhẹ do tốc độ công nghiệp hoá nhanh của Việt Nam, từ 42.9% năm 2006 thành 38.2% năm 2010 Phần còn lại dịch vụ, nông nghiệp và các ngành khác chiếm khoảng 10% tổng sản lượng tiêu thụ điện năng

STT Danh mục

2005 (%)

2006 (%)

2007 (%)

2008 (%)

2009 (%)

Bảng tiêu thụ điện theo ngành 2006 – 2010

Để có thể đáp ứng được nhu cầu điện năng, Chính phủ Việt Nam đã đề ra mục tiêu cụ thể

về sản xuất và nhập khẩu cho ngành điệncho giai đoạn 2010-2020 tầm nhìn 2030 các mục tiêu bao gồm:

năm 2020, và 695-834 tỉ kWh năm 2030;

sản xuất từ nguồn năng lượng này từ mức 3.5% năm 2010 lên 4.5% tổng điện

4) Đẩy nhanh chương trình điện khí hoá nông thôn miền núi đảm bảo đến năm 2020 hầu hết số hộ dân nông thôn có điện;

Các chiến lược được áp dụng để đạt các mục tiêu nói trên cũng đã được đề ra bao gồm:

thống (như than và ga) và các nguồn mới (như Năng lượng tái tạo và điện nguyên tử)

độ tin cậy cung cấp điện trên từng hệ thống điện miền nhằm giảm tổn thất truyền tải, chia sẻ công suất nguồn dự trữ và khai thác hiệu quả các nhà máy thuỷ điện trong các mùa;

hành

tranh nâng cao hiệu quả kinh tế

Cơ cấu các nguồn điện cho giai đoạn 2010-2020 tầm nhìn 2030 đã được đề ra trong Tổng

sơ đồ VII và được tóm tắt ở bảng bên dưới Nguồn điện quan trọng nhất vẫn là than và nhiệt điện Điện nguyên tử và năng lượng tái tạo chiếm tỉ trọng tương đối cao vào giai đoạn 2010-2020 và sẽ dần trở nên tương đối quan trọng trong giai đoạn 2020-2030 Thuỷ điện vẫn duy trì thị phần không đổi trong giai đoạn 2010-2020 và 2020-2030 vì thuỷ điện gần như đã được khai thác hết trên toàn quốc

STT Nguồn điện Năm 2020 Năm 2030

Tổng công suất lắp đặt (MW)

Thị phần trong tổng

Thị phần trong tổng

Tổng công suất lắp đặt (MW)

Thị phần trong tổng

Thị phần trong tổng

công suất lắp đặt (%)

sản lượng điện (%)

công suất lắp đặt (%)

sản lượng điện (%)

Chương 2

Nguyên lý nhiệt động chu trình hỗn hợp

trong nhà máy nhiệt điện

2.1 Mô tả chung về các chu trình nhiệt động

Các chu trình nhiệt động bao gồm loạt các quá trình truyền nhiệt và sinh công, các quá trình này làm thay đổi nhiệt độ, áp suất và các trạng thái của môi chất Sau các quá trình đó môi chất trở về trạng thái ban đầu tạo thành một chu trình

Trong nhà máy điện các quá trình của các chu trình nhiệt động được giả thuyết là xảy ra trong điều kiện lý tưởng

Một trong những chu trình hỗn hợp phổ biến dùng trong nhà máy nhiệt điện là chu trình hỗn hợp khí – hơi dựa trên sự kết hợp của cuh trình Rankine và Brayton nhằm tăng hiều suất toàn nhà máy

2.1.1 Hiệu suất chu trình Carnot

Như đã biết, hiệu suất chu trình Carnot là hiệu suất lớn nhất của một chu trình nhiệt lý tưởng:

W

K W C

T

TT

(1)

Ở đây:

ηC _ Hiệu suất chu trình Carnot

TW _ Nhiệt độ nguồn nhiệt cấp

TK _ Nhiệt độ môi trường

Trên thực tế hiệu suất các quá trình thực thấp hơn do các tổn thất

Hai lý do chính dẫn đến hiệu suất quá trinh thực thấp hơn hiệu suất chu trình Carnot:

quanh

Từ lý luận đó, chu trình hỗn hợp được đặc biệt quan tâm và nghiên cứu

được cấp trực tiếp cho chu trình Tuy nhiên, nhiệt độ khói thải từ tuabin khí vì thế củng khá cao Trong chu trình hơi, nhiệt độ quá trình lớn nhất không quá cao, nhưng nhiệt độ khói thải

ra môi trường rất thấp

Như vậy chu trình hỗn hợp chu tuabin khí và tuabin hơi được xem là cung cấp một phương thức hợp lý nhất cho một chu trình nhiệt hiệu suất cao Khi so sánh với các chu trình đơn khác, ngay cả các chu trình được lắp đặt cải tiến rất công phu, phức tạp như kiểu nhà máy nhiệt điện ngưng hơi có gia nhiệt củng có hiệu suất Carnot lý thuyết thấp hơn 10-15 % so với chu trình hỗn hợp

Bảng so sánh nhiệt độ và hiệu suất của các chu trình nhà máy nhiệt điện ( trang 7[1])

Nhiệt độ nhiệt

Nhiệt điện ngưng hơi

Nhiệt điện ngưng hơi có

Nhiệt điện chu trình hỗn

2.1.2 Chu trình Brayton lý tưởng

Chu trình Brayton được biết đến là chu trình động cơ tuabin khí Chu trình Brayton là hệ hở

vì khí thải được thải ra môi trường nhưng trong nghiên cứu nhiệt động lực học ta giả thuyết

nó là hệ kín và khí thải được dùng lại ở đầu vào

Compressor: Máy nén Combustion: buồng đốt Turbine: Tuabin khí

Hình 2.1 Mô tả chu trình Brayton, đồ thi p-v và T-sCác quá trình:

W

H

net = −

2.1.3 Chu trình Rankine lý tưởng

Chu trình Rankine là chu trình tối ưu cho các nhà máy điện hơi nước

Pump: bơm nước cấp Boiler: lò hơi

Turbine: tuabin hơi Condenser: bình ngưngHình 2.2 Mổ tả chu trình Rankine đơn giản và đô thị T-s của nó

Nguyên lý: Nước ngưng sau khi được ngưng ở bình ngưng sẽ được bơm nước ngưng bơm vào lò hơi tại đây nước được gia nhiệt sinh hơi và quá nhiệt trước khi vào tuabin giãn nỡ sinh côn và được ngưng lại tại bình ngưng

Các quá trình:

-4-1: Quá trình nhả nhiệt đẳng áp ngưng tụ thành nước ở bình ngưng

1 2 4

(

i i

i i i

- i3 - i4: công quay tuabin

- i3 - i4:: nhiệt cấp vào

2.2 Nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp khí – hơi

Với hiệu suất cao và lượng phát thải thấp nhà máy nhiệt điện sử dụng chu trình hỗn hợp khí – hơi được quan tâm phát triển và trở nên phổ biến những năm gần đây

Lượng phát thải thấp là nhờ chu trình sử dụng nhiên liệu có hàm lượng cac-bon thấp như khí thiên nhiên điều này làm giảm phát thải gây hiệu ứng nhà kính

Chu trình hỗn hợp từ tên cũng cho ta thấy đó là chu trình kết hợp giữa hai chu trình nhiệt động khác nhau thường là chu trình Brayton kết hợp với chu trình Rankine

1' 1"

s a= s b s 3 s c= s d s e s 1= s 2

T

S

Hình 2.3 Sơ đồ thiết bị và đồ thị T-s của chu trình hỗn hợp khí- hơi

Nguyên lý làm việc của chu trình:

Không khí được nén đoạn nhiệt trong máy nén đến áp suất và nhiệt độ cao, được đưa vào buồng đốt hòa trộn với nhiên liệu và cháy trong buồng đốt ở áp suất cao, không đổi Sản phẩm cháy đi vào tuabin khí , dãn nở sinh công cho máy phát Ra khỏi tuabin khí sản phẩm cháy có nhiệt độ còn rất cao, tiếp tục đi vào thiết bị hồi nhiệt sinh hơi cấp nhiệt cho chu trình nước-hơi, rồi thải ra ngoài

Nước được bơm cấp nước bơm vào trong thiết bị thu hồi nhiệt sinh hơi nhận nhiệt và biến thành hơi quá nhiệt Hơi quá nhiệt đi vào tuabin hơi dãn nở đoạn nhiệt sinh công cho máy phát Ra khỏi tuabin, hơi đi vào bình ngưng, nhả nhiệt đẳng áp ngưng tụ thành nước rồi được bơm trở về thiết bị sinh hơi, lặp lại chu trình cũ

Trên đồ thị T-s các chu trình nhiệt được biểu diễn như sau:

trong bình ngưng, và nén đoạn nhiệt trong bơm như chu trình Rankine

Chu trình hỗn hợp khí – hơi sử dụng hai chu trình làm việc khác nhau là điều rất thú vị cúng

có thể bổ sung lợi thế cho nhau Chu trình hỗn ợp tạo ra nhiều lợi thế của cả hai phần nhiệt

độ cao và thấp của quá trình cháy Chu trình Brayton làm việc có hiệu quả cao trong khu vực nhiệt độ cao còn chu trình Rankine lại làm việc có iệu quả cao trong vùng nhiệt độ thấp hơn Khi kết hợp hai chu trình này, chu trình làm việc ở vùng nhiệt độ cao gọi là chu trình trên và chu trình làm việc ở vùng nhiệt độ thấp gọi là chu trình dưới

Hiệu suất nhiệt của chu trình hỗn hợp ηCC được tính :

ηCC = ηB + ηR – ηB ηR

Trong đó:

Từ công thức trên ta thấy rõ rang hiệu suất của chu trình hỗn hợp lớn hơn hiệu suất chu trình Brayton và Rankin

Nhà máy điện chu trình hỗn hợp không đốt bổ sung đạt được những thuận lợi về nhiệt động học hơn Nó có những ưu điểm sau:

- Hiệu suất cao: có thể đạt được trên 50 %

- Chi phí đầu tư không cao lắm: Vì 2/3 công suất được tạo ra từ tuabin khí, chỉ 1/3 được sản xuất từ quá trình hơi, cho nên có thể giảm được gần 30 % chi phí so với nhà máy nhiệt điện ngưng hơi

- Lượng nước cấp ít: Chỉ cần khoảng 40 – 50 % so với nhà máy nhiệt điện ngưng hơi tương đương

- Hoạt động được ở nhiều chế độ: Chỉ sử dụng chu trình đơn quá trình hơi nên có thể khởi động và ngưng hoạt động khá nhanh, điều náy giúp khả năng điều chỉnh hiệu quả hơn ( như điều chỉnh sao cho tổn thất khi khởi động giảm xuống, …)

- Có thể tiến hành lắp đặt theo từng giai đoạn, và từng cụm: Tuabin khí có thể đi vào hoạt động sớm hơn tuabin hơi rất nhiều, nhà máy có thể mở rộng dần Ta có thể tính toán đầu tư hợp cho từng giai đoạn theo nhu cầu điện năng của hệ thống điện lưới quốc gia Và cuối cùng ta có thể lắp đặt thêm hệ thống sử dụng nhiên liệu than khí hoá nếu trường hợp giá khí đốt và dầu tăng cao

- Hoạt động dễ dàng: Một nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp không cấp đốt bổ sung hoạt động khá đơn giản hơn nhiều so vói nhà máy điện ngưng hơi Hơn nữa nhà máy chu trình hỗn hợp hoạt động hầu như hoàn toàn tụe động, nó củng sử dụng dặc biệt thích hợp cho những nơi ít kinh nghiệm vận hành

- Ít tác động tới môi trường: Nhiên liệu khí tự nhiên đốt trong nhà máy thich hợp với các nhà máy đặt ở nơi đông dân cư vì nó có hiệu quả đốt chay cao và mức độ tro phát thải ra ngoài thấp, đặc biệt nồng độ NOX rất thấp và giảm được 40 % lượng CO2

thoát ra trên mổi kWh so với đốt than đá

- Công suất điện có thể tăng 40 % so với nhà máy điện ngưng hơi cùng áp suất làm việc

Chương 3

Thành Phần Thiết Bị Chính Trong Nhà Máy Nhiệt Điện Chu Trình Hỗn Hợp

3.1 Thiết Bị Tuabin Khí

3.1.1 Khái niệm Tuabin khí

Tuabin khí là động cơ nhiệt trong đó biến đổi hoá năng của nhiên liệu thành nhiệt năng rồi thành cơ năng Quá trình biến đổi năng lượng trong tuabin khí có thể thực hiện bằng nhưng chu trình khác nhau

Tuabin khí là thành phần quan trọng nhất trong nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp tuabin khí/ tuabin hơi Với sự phát triển nhanh chóng của tuabin khí ngày nay, nhiệt độ đầu vào tuabin đạt được ngày càng lớn tạo điều kiện cho chu trình hỗn hợp chiếm ưu thế và hiệu quả sẩn xuất điện so với các chu trình nhiệt khác

Song song với quá trình phát triển tuabin khí là cải tiến máy nén đi kèm theo nó để nén không khí cấp quá trình đốt trong buồng đốt tuabin Ngày nay máy nén có thể nén với lưu lượng

và tỉ số nén lớn hơn rất nhiều, vi thế có thể đạt đựoc công suất điện lớn hơn, đồng thời giảm được chi phí và tăng hiệu suất chu trình

Ưu điểm:

- Bố cục gọn

- Tính cơ động vận hành cao, như mở máy nhanh, thay đổi tải lớn

- Vận hành không cần nước, hay yêi cầu rất ít nước

- Thời gian xây dựng nhanh

Nhược điểm:

- Giá thành nhiên liệu cao

- Giá thành vật liệu, chi phí sản xuất cao hơn

- Khó sữa chữa

Bảng Thông số kỹ thuật tiêu biểu của các Tuabin khí lắp đặt cho hệ thống chu trình hỗn hợp trên

thị trường; ( Trang 173,[TL1])

Công suất ra (theo tiêu chuẩn ISO) 1-150 MW

3.1.2 Các phần tử chính của thiết bị tuabin khí

Shaft: nối trục Compressor: máy nén

Turbine: Tuabin khí Combustion Chamber: buồng đốt

Hình 3.1 Cấu tạo thiết bị tuabin khíCác phần tử chính của tuabin khí gồm: máy nén, buồng đốt, tuabin khí, và bộ trao đổi nhiệt.1) Máy nén

Dùng để nén môi chất làm việc (thường là không khí) và nhiên liệu Người ta thường dùng máy nén ly tâm hoặc dọc trục để nén môi chất làm việc, trong đó máy nén dọc trục được dung phổ biến hơn Máy nén có cầu tạp nhiều tầng gồm các cánh động nằm trên trục quay xen kẽ với các cánh tĩnh Những yêu cầu kỹ thuật đối vớimáy nén dùng để nén môi chất làm việc:

- Hiệu suất cao (η)

- độ nén từng cấp cao

- Có thể sử dụng tốc độ vòng quay lớn

- Vận hành ổn định trong khoảng làm việc của tuabin

- Dễ điều khiển về mặt khí động học và cơ học

Buồng đốt của động cơ tuabin khí là loại ống lửa hở thường koangr 7 – 10 ống được bố trí thành vòng tròn xung quanh trục động cơ phía sau máy nén trước tuabin.Mỗi ống lửa có một vòi phun nhiên liệu phía trước.

Khí nén được chia thành dòng sơ cấp 30% để đốt cháy nhiên liệu, dòng thứ cấp để làm

mát bảo vệ ống lửa và hòa vào dòng lửa phụt để làm giảm nhiệt độ của nó khi đi vào tuabin

Dòng sơ cấp đi vào ống lửa qua các khe xoáy tại mặt trước ống lửa tạo thành dòng xoáy trộn với sương nhiên liệu phun ra từ vòi phun và được đốt mồi bằng bugi sau đó nó tự duy trì quá trình cháy

Dòng thứ cấp bao bọc bên ngoài ống lửa làm mát ống lửa, một phần đi vào dòng lửa pụt

để làm chất giãn nỡ sinh công và giảm nhiệt độ lửa Tại trung tâm lửa phụt nhiệt độ lên đến

1500 °C nhưng khi vào tuabin nó chỉ còn cỡ 800 °C

• Những yêu cầu kỹ thuật đối với tuabin khí:

Công suất củng như đặc tính của tuabin có ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính toàn tổ máy

Để toàn bộ tổ máy tuabin khí làm việc đạt hiệu suất cao thì cần thiết đáp ứng một số yêu cầu

kỹ thuật quan trọng sau đối với tuabin:

- Hiệu suất chuyển đổi năng lượng trong tuabin phải cao

- Cánh quạt của tuabin làm việc với nhiệt giáng lớn phải ở tốc độ vòng cao

- Cổ ống vào dẫn sản phẩm cháy từ buồng đốt vào dãy cánh tuabin

- Dãy cánh tĩnh(stato) để chuyển nhiệt năng thành động năng

- Rô to để nhận công suất từ động năng của dòng sản phẩm cháy

- Cổ ống ra để chuyển một phần động năng thành thế năng áp suất và dẫn sản phẩm cháy ra ống thoát

- Các chi tiết làm mát phần vỏ tuabin

3.2 Thiết Bị Thu Hồi Nhiệt Sinh Hơi

Thiết bị thu hồi nhiêt sinh hơi trong hệ thống nhà máy điện chu trình hỗn hợp là thiết bị sinh hơi (lò hơi) sử dụng nhiệt của khói ở đuôi tuabin khí để cấp hơi cho các tuabin hơi Nó là thiết bị liên kết quá trình khí với chu trình hơi của chu trình hỗn hợp

Thiết bị thu hồi nhiệt sinh hơi có 3 loại chính:

- Loại không cần cấp nhiệt bổ sung

- Loại có cấp nhiệt bổ sung giới hạn

- Loại được cấp nhiệt bổ sung lớn nhất

Thiết bị hồi nhiệt loại không có cần cấp nhiệt bổ sung được quan tâm sử dụng nhiều nhất trong chu trình hỗn hợp, và những đặc điểm của nó vì thế được chú ý nghiên cứu nhiều Trong

đồ án này củng chỉ giới thiệu về loại này vì nó được thiết kế và lắp đặt ở hầu hết các nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp nước ta

Thiết bị sinh hơi có thể thiết kế lắp đặt theo 2 nguyên lý:

- Chu trình nước/hơi tuần hoàn cưỡng bức

- Chu trình nước/hơi tuàn hoàn tự nhiên

Về cơ bản thiết bị thu hồi nhiệt sinh hơi được chế tạo gồm nhiều mo-đun là các bộ trao đổi nhiệt như: bộ quá nhiệt, bộ sinh hơi, bộ hâm nước Để tận dụng nhiệt thải từ tuabin

khí

3.3 Thiết Bị Tuabin Hơi

3.3.1 Khái niệm tuabin hơi

Tuabin hơi trong nhà máy nhiệt điện là động cơ nhiệt dẫn động máy phát điện Khi dòng hơi chuyển động qua các rãnh cánh tuabin, nhiệt năng của dòng hơi biến thành động năng rồi động năng biến thành cơ năng (sinh công) trên cánh động của tuabin, làm cho tuabin quay

Tuabin hơi thường dùng trong nhà máy nhiệt điện là tuabin dọc trục vì có thể chế tạo công suất lớn

Nguyên lý cấu tạo tuabin hơi:

1: Thân tuabin 3: Ổ trục

2: Rôto tuabin 4: Ống động

5: Cánh tĩnh

Hình 3.4 Nguyên lý cấu tạo tuabin hơi

3.3.2 Đặc điểm tuabin hơi trong nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp

Để kéo máy phát điện có công suất lớn, tuabin phải làm việc với lưu lượng hơi lớn, nhiệt dáng lớn Vì vậy muốn đạt được hiệu suất cao hơi phải làm việc trong các dãy tầng liên tiếp nhau của tuabin nhiều tầng

Hình 3.5 Nguyên lý cấu tạo tuabin niêu tầng

Ở nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp hiện đại, tuabin hơi là một thành phần thiết bị có thông số hơi làm việc tương đối thấp (so với các thiết bị khác như tuabin khí, thiết bị thu hồi nhiệt sinh hơi) Nó phải có những đặc điểm chính sau:

- Có công suất, hiệu suất lớn

- Thời gian khởi động nhanh

Khởi động nhanh là đặc biệt quan trọng vì nhà máy thường khởi động và dừng máy ở mức tải trung bình Đây là điều kiện đặt lên hàng đầu đối với các nhà máy thiết kế không đốt bổ sung

3.4 Máy phát điện

Phần lớn thiết bị tuabin khí và tuabin hơi trong nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp nối trực tiếp tuabin máy phát điện ( máy phát điện 2 cực)

Có 3 loại tuabin máy phát có thể lắp đặt cho nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp:

- Máy phát điện làm mát bằng không khí với hệ thống làm mát hở

- Máy phát điện làm mát bằng không khí với hệ thống làm mát kín

hiệu suất đầy tải của máy phát điện làm mát bằng không khí hiện nay củng khá lớn Máy phát điện làm mát bằng hydro lỏng đạt hiệu suất cao hôn loại làm mát bằng không khí, tuy nhiên nó yêu cầu phải có thêm thiết bị phụ, thiết bị kiểm tra, thiết kế chế tạo phức tạp, và dĩ nhiên giá thành cao hơn rất nhiều.

3.5 Sơ đồ nhiệt nguyên lý của nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp

PL

HRSG

GT

1 2

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

* Diễn giải sơ đồ nhiệt nguyên lý :

Nhiên liệu khí đồng hành sau khi cháy, giãn nở và sinh công trong turbine khí thì theo ống dẫn thải đi qua thiết bị hồi nhiệt, gia nhiệt cho nước thành hơi quá nhiệt rồi thải ra ngoài môi trường

Hơi quá nhiệt sau bộ hồi nhiệt đi vào turbine hơi cao áp giãn nở và sinh công, sau đó được tiếp tục quá nhiệt trung gian 1 lần nữa rồi tiếp tục giãn nở sinh công ở trong phần turbine trung áp và hạ áp Trên turbine có 7 cửa trích gia nhiệt cho nước ngưng, nước cấp và thiết bị khử khí Phần hơi còn lại sau turbine hạ áp được đưa vào bình ngưng và ngưng tụ thành nước ngưng nhờ giải nhiệt cho môi trường 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 thiết bị hồi nhiệt

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 3 và bình khử khí; 4 cửa trích ở phần trung áp và hạ áp được gia nhiệt cho bình gia nhiệt hạ áp

số 5, số 6 ,7 và số 8 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 ở các bình gia nhiệt được chọn ở đây là sơ đồ dồn cấp phối hợp với bơm: vừa dồn cấp, vừa bơm đẩy về đường

CA3 do độ lệch về áp suất, sau đó nước đọng được dồn vào bình khử khí Ở các bình

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 7 Nước đọng của bình làm lạnh ejectơ và bình gia nhiệt HA8 được đưa về bình ngưng

Hình 3.7 Sơ đồ mặt cắt ngang của nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp khí - hơi

Chương 4

Lò hơi thu hồi nhiệt

4.1 Thành phần cấu tạo cùa lò hơi thu hồi nhiệt

Bộ sinh hơi là nơi mà nước được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi để sinh hơi

Bộ sinh hơi bao gồm : các ống sinh hơi, ống nước xuống, bao hơi và bao nước

Nước cấp được cấp cẩn thận ở áp suất thích hợp để đưa lên bao hơi rồi đi xuống bao nước qua ống nước xuống rồi ngập trong các ống sinh hơi

4.1.2.2 Các ống nước xuống

Các ống nước xuống có vai trò tuần hoàn nước trong bao hơi, các ống này dẫn nước từ bao hơi xuống bao nước thông qua bơm tuần hoàn hoặc nhờ tuần hoàn tự nhiên

4.1.2.3 Các ống sinh hơi ( ống nước lên)

Các ống sinh hơi có vai trò sử dụng nhiệt của khí thải để sinh hơi, chúng nối bao hơi và bao nước với nhau

Nước được bơm lên hoặc tuần hoàn tự nhiên ngập trong các ống sinh hơi, hơi sinh ra với nhiệt độ cao hơn sẽ đi lên và vào bao hơi

Bộ quá nhiệt là bộ trao đổi nhiệt được sử dụng để gia nhiệt cho hơi bão hòa ra khỏi bao hơi thành hơi quá nhiệt khác với bộ hâm nước bộ quá nhiệt dung phần khí thải có nhiệt

độ cao từ tuabin

Bộ quá nhiệt có thể có một hoặc nhiều cấp vỡi mỗi cấp là mỗi bộ trao đổi nhiệt riêng biệt Nhiệt độ đầu ra có thể thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ của khí thải tuabin trong trường hợp không có tác động điều chỉnh

Hình 4.3 sơ đồ nguyên lý bộ quá nhiệt

Như vậy bộ hâm nước, bộ sinh hơi và bộ quá nhiệt có liên quan đến hầu hết các quá trình hơi nước Việc lắp đặt thêm các thiết bị khác phụ thuộc vào tính kinh tế, việc chọn chu trình và quá trình hơi yêu cầu

Hình 4.4 Sơ đồ cấu tạo giản đơn các bộ trao đổi nhiệt cơ bản cùa lò hơi thu hồi nhiệt

4.1.4 Bộ quá nhiệt trung gian

Bộ quá nhiệt trung gian cũng giống như bộ quá nhiệt và được sử dụng trong chu trình với nhiều cấp áp suất

Bộ quá nhiệt trung gian có vai trò quá nhiệt trung gian cho hơi sau khi giãn nỡ ở phần cao

áp tuabin, nhiệt độ hơi quá nhiệt trung gian có thể nâng lên đến nhiệt độ hơi quá nhiệt ở phần cao áp do đó hiệu suất nhiệt tăng lên

Việc sử dụng hệ thống quá nhiệt trung gian rất tốn kém vì yêu cầu cao về kim loại chế tạo, hệ thống khởi và điều chỉnh tải phức tạp

4.1.5 Bộ gia nhiệt bổ xung

Bộ gia nhiệt bổ xung được đặt ở phần cuối trên đường khí thải của lò hơi thu hồi nhiệt, để

4.2 Phân loại lò lơi thu hồi nhiệt

4.2.1 Theo phương thức tuần hoàn

4.2.1.1 Lò hơi thu hồi nhiệt theo phương thức tuần hoàn tự nhiên

Phương thức tuần hoàn tự nhiên thường được sử dụng trong các lò kiểu ngang với các ống trao đổi nhiệt được đặt đứng

Tuần hoàn tự nhiên nhờ chênh lệch trọng lượng riêng của hơi và nước, nước có trọng lượng riêng lớn hơn sẽ sẽ theo các ống nước xuống vào ngạp trong dàn ống sinh hơi, hơi nhẹ hơn sẽ có xu hướng đi lên tạo thành một vòng tuần hoàn

Theo phương pháp này các bộ hâm, bộ sinh hơi và quá nhiệt thường được hỗ trợ treo đỡ

từ phía trên của HRSG và cho phép mở rộng theo chiều dọc Vì cấu tạo như thế cac bộ trao đổi nhiệt thường được lắp đặt sẵn thành các mo-đun để lắp đặt nên tiết kiệm được thời gian

Hình 4.5 Lò hơi thu hồi nhiệt tuần hoàn tự nhiên

4.2.1.2 Lò hơi thu hồi niệt theo phương thức tuần hoàn cưỡng bức

Phương thức tuần hoàn cưỡng bức được dùng trong lò thu hồi nhiệt kiểu đứng với khói chuyển động thằng đứng qua các bộ trao đổi nhiệt nằm ngang

Quá trình tuần hoàn của nước và hơi bão hòa qua các ống sinh hơi và bao hơi được duy trỳ nhờ bơm tuần hoàn

Ưu điểm của lò thu hồi nhiệt tuần hoàn cưỡng bức là chiếm ít diện tích, và khởi động nhanh hơn kiểu tuần hoàn tự nhiên Tuy nhiên nó yêu cầu hệ thống thiết bị bơm tuần hoàn điều này ảnh hưởng đến chi phí đầu tư và độ tin cậy thiết bị

Hình 4.6 Lò hơi thu hồi nhiệt tuần hoàn cưỡng bức

4.2.2 Phân loại theo cấp áp suất

4.2.2.1 Lò hơi thu hồi nhiệt một cấp áp suất

Lò hơi thu hồi nhiệt một cấp áp suất có thể là lò tuần hoàn tự nhiên hoặc cưỡng bức và có kích thước nhỏ hơn so với lò thu hồi nhiệt nhiều cấp áp suất

Hình 4.7 Lò hơi thu hồi nhiệt 1 cấp áp suất

Nhiệt thu hồi từ khí thải tuabin khí thường được thực hiện qua ba bước:

nước cấp

4.2.2.2 Lò hơi thu hồi nhiệt nhiều cấp áp suất

Lò hơi thu hồi nhiệt nhiều cấp áp suất cũng giống như lò hơi thu hồi nhiệt một cấp có thêm vào cấc bộ trao đổi nhiệt nư bộ hâm nước, bộ sinh hơi và bộ quá nhiệt của cấp trung

áp và hạ áp

Lò hơi thu hồi nhiệt nhiều cấp áp suất được sử dụng để tận dụng tối đa nhiệt từ khí thải nên nó có hiệu quả, kíc thước và chi phí lắp đặt lớn hơn lò hơi thu hồi nhiệt một cấp áp suất

Việc tăng hiệu suất thu hồi nhiệt nhờ them vào các bộ trao đổi nhiệt cũng có nghĩa thu hồi được thêm năng lượng tương đương với việc sinh ra thêm một lượng hơi có thể sử dụng để: khử khí, chèn trục hay sinh công…

Hình 4.8 Sơ đồ lò hơi thu hồi nhiệt 2 cấp áp suất

4.2.3 Lò hơi thu hồi nhiệt không có bộ đốt và có bộ đốt

4.2.3.1 Lò hơi thu hồi nhiệt không có bộ đốt

Lò hơi thu hồi nhiệt không có bộ đốt sử dụng khi lượng nhiệt từ khí thải tuabin khí đảm bảo cho việc sản xuất hơi

Vì lý dó nào đó nếu yêu cầu thêm hơi thì nó sẽ được cấp từ nguồn khác như : lò hơi phụ,

lò điện,

4.2.3.2 Lò hơi thu hồi nhiệt có thêm bộ đốt

Ngược lại với lò thu hồi nhiệt không có bộ đốt khi lượng khí thải từ tuabin khí không đảm bảo co việc sản xuất hơi yêu cầu thì Lò hơi thu hồi nhiệt được thiết kế có trang bị thêm bộ đốt