Đồ án môn nguyên lý và thiết bị trong nhà máy điện xét cụ thể về tuabin thủy lực kiểu phản lực

PHẦN I:GIỚI THIỆU VỀ TUABIN THỦY LỰC KIỂU PHẢN LỰC I.GIỚI THIỆU CHUNG: Trong quá trình khai thác và cải tạo thế giới tự nhiên, loài người đãsớm biết sử dụng động cơ thủy lực để phục vụ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰCKHOA QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC NGUYÊN LÝ VÀ THIẾT BỊ TRONG

Ngô Thị HảiYến

Đào MinhÁnh

Trần ĐứcTâm

LỜI MỞ ĐẦU

Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển mạnh mẽ trên mọi lĩnhvực, từng bước hiện đại hóa với mục tiêu đưa đất nước trở thành mộtnước công nghiệp hiện đại.Trong đó, ngành điện là ngành phát triểnmũi nhọn của nền kinh tế Việc phát triển ngành điện phải luôn đitrước một bước để phục vụ cho ngành công nghiệp cũng như cuộcsống con người

Ở nước ta hiện nay, điện năng được cung cấp chủ yếu từ hai nguồnthủy điện và nhiệt điện.Đất nước ta có địa hình dốc và nguồn thủynăng dồi dào Với đặc điểm như vậy thủy điện đang được khai tháctồi đa, rất nhiều nhà máy thủy điện đã được khai thác như nhà máythủy điện Sơn La, Hòa Bình, Trị An,… Thủy điện có công suất lớnnhưng không chủ động, phụ thuộc vào thiên nhiên Nhiệt điện ra đời

đã khắc phục được hiện tượng đó Tận dụng nguồn khoáng sản phongphú, trữ lượng lớn như than, dầu… nhà máy nhiệt điện cũng đangđược chú trọng xây dựng và phát triển Một số nhà máy thủ điện điểnhình ở nước ta như nhà mày nhiệt điện Phả Lại, Uông Bí,…

Nhằm hoàn thiện và bổ sung kiến thức, nhóm 9 D6 – QLNL xinphép tìm hiểu về tua bin thủy lực kiểu phản lực trong nhà máy thủyđiện và nguyên lý vận hành của nhà máy nhiệt điện Với sự hiểu biết

có hạn của mình, đồ án của chúng em còn nhiều thiếu sót, rất mongthầy cô cũng như các bạn trong lớp góp ý để bài làm của nhóm emđược hoàn chỉnh hơn.

XIN TRÂN THÀNH CẢMƠN

HÀ NỘI, ngày 20 tháng 11 năm2013

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

MỞ ĐẦU 2

PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ TUABIN THỦY LỰC KIỂU PHẢN LỰC .4

I GIỚI THIỆU CHUNG: 4

II TUABIN THỦY LỰC KIỂU PHẢN LỰC: 5

2.1 Cấu tạo và phân loại: 5

2.2 Tuabin hướng trục ….6

2.3 Tuabin hướng trục xuyên tâm……… 6

2.4 Tuabin kiểu cánh đường chéo 7

2.5 Bảng so sánh ưu, nhược điểm và phạm vi hoạt động của các tuabin: 8

PHẦN II: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ….9

I Giới thiệu chung: …9

II Nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện: (dùng than) 9

III NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC THIẾT BỊ TRONG

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY NHIỆT

ĐIỆN: 11

3.1 Thiết bị khử khí: 11

3.2 Thiết bị ngưng hơi: 11

3.3 Lò hơi: 12

3.4 Bộ phận hâm nhiệt: 12

3.5 Tuabin: 12

PHẦN I:

GIỚI THIỆU VỀ TUABIN THỦY LỰC KIỂU PHẢN LỰC

I.GIỚI THIỆU CHUNG:

Trong quá trình khai thác và cải tạo thế giới tự nhiên, loài người đãsớm biết sử dụng động cơ thủy lực để phục vụ nhu cầu của con ngườinhư dùng động cơ thủy lực để quay máy xay sát… Rồi sau này conngười đã biết dùng động cơ thủy lực để tạo ra một loại năng lượngsạch đó chính là điện năng

Như mọi người cũng biết, trong nhà máy thủy điện để chuyển đổinăng lượng của dòng nước thành cơ năng cần có bộ phận.Đó chính là

bộ phận tuabin Căn cứ vào việc sử dụng dạng năng lượng của dòngnước mà người ta chia tuabin thành hai loại chính

TUABIN THỦY LỰC

KIỂU PHẢN LỰC

KIỂU XUNG KÍCH

- Tuabin thủy lực kiểu phản lực: sử dụng cả động năng và thế năng để

là quay máy công tác Nhưng chủ yếu là thế năng

- Tuabin thủy lực kiểu xung kích: chỉ sử dụng động năng làm quay bánh

công tác

- II TUABIN THỦY LỰC KIỂU PHẢN LỰC:

2.1 Cấu tạo và phân loại:

Cấu tạo chung của tuabin thủy lực kiểu phản lực gồm:

- Tuabin hướng trục.

- Tuabin hướng trục xuyên tâm.

- Tuabin hướng chéo.

Trong đó tuabin hướng trục lại chia thành: tuabin cánh quạt,tuabin cánh quay, tuabin cánh kép

2.2 Tuabin hướng trục

2.2.1 Tuabin cánh quạt:

- BXCT của tuabin cánh quạt được bố trí trong buồng thấp hơn

thiết bị hướng dòng Vì vậy giữa thiết bị hướng dòng và BCTđược thực hiện việc quay dòng chảy không tải Trên cánh củaBCT dòng chảy chỉ đi theo hướng trục, do đó được gọi là loạihướng trục

- BXCT của tuabin này gồm có bầu, có gắn từ 3 đến 9 cánh thông

thường là từ 4 đến 8 cánh Cánh có thể cấu tạo liền với bầu thành

1 khối thống nhất hoặc chế tạo riêng biệt sau đó gắn chặt với bầubằng bulông Khi đi qua các mặt cong của cánh, dòng nước buộcphải chuyển hướng chuyển động do đó tạo ra một áp lực tácdụng lên cánh làm quay BXCT

2.2.2 Tuabin cánh quay (Kaplan)

- Năm 1924, giáo sư người Tiệp tên là Kaplan đã cải tiến tuabin

cánh cố định thành cánh quay được, nên tuabin này còn được gọi

là tuabin Kaplan

- Về mặt kết cấu của tuabin cánh quay khác biệt với tuabin cánh

quạt chỉ ở chỗ các cánh của BCT trong quá trình hoạt động cóthể quay xung quanh các trục của chúng, các trục này thẳng gócvới trục tuabin Nhờ cánh có thể quay xung quanh trục, do vậythích ứng được với chế độ làm việc khác với chế độ thiết kế dẫnđến vùng làm việc của tuabin với hiệu suất cao được mở rộng

- Công suất mà bánh công tác nhận được và hiệu suất của nó với

cột nước cố định phụ thuộc vào cả độ mở của các cánh thiết bịhướng dòng cũng như góc quay các cánh so với ổ trục Khi thay

đổi góc của cánh với những độ mở khác nhau của thiết bị hướngdòng, với công suất khác nhau có thể tìm được vị trí của cánhsao cho tại đó hiệu suất của tuain đạt trị số lớn nhất Về mặt kếtcấu tuabin cánh quay được chế tạo sao cho các cánh của BCTkhi đang chạy vẫn có thể tự động quay đến một góc φ tối ưu nào

đó đồng thời với sự thay đổi độ mở của thiết bị hướng dòng Đâychính là ưu điểm lớn nhất của tuabin cánh quay, nó đảm bảo duytrì tự động hiệu suất cao trong một dải rộng thay đổi công suất 2.2.3 Tuabin cánh kép

2.3 Tuabin hướng trục xuyên tâm :

- Đây là một trong những hệ Tuabin phản kích được sử dụng rộng rãi nhất Chất lỏng di chuyển vào BXCT theo hướng xuyên tâm rồi chuyển hướng 900 và ra khỏi BXCT để vào ống xả theo hướng dọc trục Do vậy gọi là tuabin hướng trục xuyên tâm Tuabin này do kỹ sư người Pháp tên là Franxis hoàn chỉnh năm

1849 nên còn gọi là Tuabin Franxis Tuabin hướng trục xuyên tâm thường được sử dụng ở các trạm thủy điện có cột nước từ 30-40m đến 500-550m Loại tuabin này ta có thể bắt gặp ở nhà máy thủy điện Sơn La ( 6x400MW )

- Cấu tạo BXCT:

+ BXCT của tuabin hướng trục xuyên tâm gồm một loạt cánh với hình dạng không gian phức tạp được phân bố đồng đều

theo hình trong của ổ trục và vành dưới Thường BXCT được đúc liền thành một khối, trường hợp bị điều kiện vận chuyển hạnchế có thể chế tạo BXCT thành từng phần, khi lắp ráp sẽ dùng các bulông ghép vành trên và đai ghép nóng ở vành dưới của cácphần đó lại hoặc hàn nối các rãnh phân chia.

+ Đối với cột nước thấp thường BXCT có 9 cánh, còn với cột nước cao là 21 cánh

- Hoạt động:

Nước ở đầu vào BXCT di chuyển trong mặt phẳng xuyên tâm còn mặt sau BXCT chảy theo hướng trục

2.4 Tuabin kiểu cánh đường chéo

Tuabin cánh chéo được ra đời chậm hơn các loại tuabin trên, nó là

loại trung gian giữa tâm trục và hướng trục Nó kết hợp được ưu điểmcủa 2 hệ tuabin trên.Nó thuộc loại tuabin cánh quay Tuabin cánh chéothường được sử dụng ở các trạm thủy điện có cột nước từ 35-40m đến150-200m Loại tuabin này ta có thể bắt gặp ở trạm thủy điệnBuctamin (Nga) với công suất 77MW

- Cấu tạo BXCT:

+ BXCT có hình dạng bầu hình chóp Cũng như tuabin cánhquay, các cánh BXCT kiểu cánh đường chéo có thể quay quanh trụccủa nó Trục cánh được thiết kế lệch một góc α so với trục tuabin( 300, 450, 600 )

+ Số cánh BXCT nhiều hơn Tuabin cánh quay, gồm 10 đến 14cánh được gắn với bầu hình chóp nhờ các trục cánh

- Hoạt động: Chất lỏng chuyển động vào BXCT, do trục cánhđược thiết kế lệch so với trục tuabin nên chất lỏng sẽ chuyểnđộng theo hướng chéo trục.

Tuabinkiểu cánhquạt

Tuabinkiểu cánhquay

Tuabincánh kép

Tuabinkiểuhướngchéo

Ưu điểm

Hiệu suất cao

Cấu tạo tương đốiđơn giản

và hiệu suấttương đốicao

Hiệu suất đạt

trị số cực đại

khi dòng chảythay đổi

Hạn chế tăngđường kính ổtrục và làm xấu

đi các chỉ tiêu về năng lượng

+ Không gây ra hiện tượng

bó chặt dòng chảy

+ Đảm bảo các tiêu chí vềnăng lượng và chống xâm thực

mặt cánh

Nhược

điểm

Cấu tạo phức tạp

Hiệu suất thay đổi đột ngột khi phụ tải thay đổi

Sau một thờigian chạy

có thể cánh quaykhông đápứng được tốc độ dòng chảy

Giống như cánh quay và cấu tạo phức tạp hơn

Kết cấu phức tạp

Phạm vi

sử

dụng

Trong dải cột

nước từ30÷40m tới

500÷550m

Với cột nướcthấp 6÷80m

Trong dải cột

nước từ 3÷5mđến 35÷45m

Không phổbiến

Trong dải cột

nước từ35÷40m đến

150÷200m

KẾT LUẬN:

Dân số thế giới ngày càng tăng , hệ quả là nhu cầu sử dụng điệnnăng cũng ngày càng tăng lên.Cải tiến và sử dụng hiệu quả các loạituabinđã góp một phần không nhỏ vào việc tăng công suất của các nhàmáy thủy điện

PHẦN II:

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

I GIỚI THIỆU CHUNG:

Nhà máy nhiệt điện là tập hợp các thiết bị và cơ cấu phục vụ choviệc thực hiện các chu trình nhiệt động để chuyển hóa năng lượngnhiệt thành cơ và sau đó thành năng lượng điện

Có rất nhiều dạng nhà máy nhiệt điện khác nhau Nhưng trong báocáo này nhóm chúng em chỉ xin phép trình bày về nguyên lý hoạtđộng của nhà máy nhiệt điện kiểu hai tầng hai trục

II NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN: (Dùng than)

Nhiên

liệu (than)

Máy nghiền

Nước

Thiết bị quá nhiệt hơi

Bình chứa

Phễu than

Bức xạ đối lưu

Buồng đốt

Hâm nhiệt

Nước được dẫn vào lò hơi, tại đây nước nhận nhiệt trở thành hơibão hòa Sau đó, hơi bão hòa dẫn qua buồng quá nhiệt, hơi bão hòanhận nhiệt trở thành hơi quá nhiệt.Hơi được dẫn vào tuabin cao áp,làm quay tuabin để tạo ra điện.Một phần hơi quá nhiệt sẽ được trích ra

từ tuabin cao áp để sử dụng cho bộ phận hâm nhiệt.Sau khi qua tuabincao áp, hơi quá nhiệt lại tiếp tục được vận chuyển đến tuabin hạ áp, nólàm quay tuabin tạo ra điện.Hơi quá nhiệt qua tuabin hạ áp thành hơibão hòa.Tương tự như tuabin cao áp, một phần hơi bão hòa cũng đượctrích ra để sử dụng cho bộ phận hâm nhiệt.Toàn bộ hơi bão hòa saukhi đã trích ra một phần sẽ được dẫn qua bộ phận bình ngưng, đi quatháp tải nhiệt.Tại đây hơi bão hòa bị mất nhiệt trở thành nước.Nước từbình ngưng được dẫn lần lượt qua các bộ phận hâm nhiệt hạ áp, nướcđược nhận nhiệt từ hơi bão hòa trích ra từ tuabin hạ áp.Sau đó nướcđược vận chuyển đến bộ phận khử khí.Sau khi qua bộ phận khử khínước dẫn qua các bộ hâm nhiệt cao áp, tiếp tục nhận nhiệt từ hơi quánhiệt trích ra từ tuabin cao áp Cuối cùng nước lại được dẫn vào lò hơi

và bắt đầu một chu trình mới

CA

BGN

v

II NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC THIẾT BỊ TRONG

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY NHIỆT

2.1 Thiết bị khử khí:

- Khử khí cho nước cấp là loại trừ ra khỏi nước các chất khí hòatan chủ yếu là O2.Khí này có trong nước sẽ gây ra hiện tượng ăn mònbên trong bề mặt đốt của lò và các thiết bị khác Ngoài ra thiết bị khửkhí còn khử khí cho nước được gia nhiệt ở bình gia nhiệt

- Nguyên lý: Bình khử khí gồm cột khử khí và thùng chứa Trongbình khử khí, nước được đưa vào phía trên cột khử khí đi qua các đĩaphân phối sẽ rơi xuống như mưa.Hơi đi từ phía dưới cột sẽ chui quacác dòng nước, trong quá trình chuyển động ngược chiều nhau hơi sẽtruyền nhiệt cho nước làm tăng nhiệt độ của nước đến nhiệt độ bãohòa tương ứng với áp suất trong bình khử khí.Khí đó áp suất riêngphần của H2O tăng lên còn áp suất riêng phần của các chất khí sẽgiảm xuống và chúng sẽ dễ dàng thoát khỏi nước đi lên phía trên vàđược thả ra ngoài cùng với 1 lượng hơi nước Nước đã được khử khí

sẽ tập trung ở phía thùng chứa phía dưới đáy cột khử khí

KK

Cột khử

Thùng

2.2 Thiết bị ngưng hơi:

- Nguyên lý và vai trò: Bình ngưng dùng để ngưng lượng hơi thoát

ra từ tuabin hạ áp thành nước ngưng cung cấp cho chu trình nhiệt.Bình ngưng là một thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt trong đó xảy ra quátrình chuyển pha từ pha hơi thành pha lỏng, hơi đi bên ngoài ống,nước làm mát đi bên trong ống Mục đích của việc ngưng tụ hơi là đểtạo chân không sâu trong tầng cánh cuối cùng của tuabin ngưnghơi.Chân không tạo được là do giảm thể tích riêng của hơi một cáchđột ngột Điều này phụ thuộc vào nhiệt độ và lưu lượng nước làm mátvào bình ngưng, ảnh hưởng đến hiệu suất tuabin

Ngoài ra, việc đưa hơi quá nhiệt sau đi ra khỏi tuabin hơi về nướcgiúp ta có thể chủ động bơm nước trở lại chu trình nhiệt

trở lại các dàn qua hệ thống ống xuống được đặt ngoài tường lò (đểkhông hấp thụ nhiệt).Hơi ra khỏi bao hơi là hơi bão hòa được đưa tới

bộ quá nhiệt để gia nhiệt thành hơi quá nhiệt nhiệt độ cao.Hơi trích từcác cấp của tuabin được tái quá nhiệt qua các dàn nhiệt trung gian đểđảm bảo cho hơi tái nhiệt có thông số nhiệt độ cao

Khói ra khỏi bộ quá nhiệt đối lưu vẫn còn nhiệt độ cao, vì vậyngười ta đặt thêm bộ hâm nước và bộ sấy không khí tận dụng nhiệtthừa của khói thải.Quạt để hút khói thải ra ngoài ống khói

2.4 Bộ phận hâm nhiệt:

Bộ hâm nước có nhiệm vụ gia nhiệt cho nước để nâng nhiệt độ chonước từ nhiệt độ ra khỏi bình gia nhiệt lên đến nhiệt độ sôi và cấp vàobao hơi.Đây là giai đoạn đầu tiên của quá trình cấp nhiệt cho nước đểthực hiện quá trình hóa hơi đẳng áp nước trong lò

2.5 Tuabin:

Hơi vào tuabin là hơi quá nhiệt sau khi làm việc ở tầng đầu hơi tiếptục sinh công ở các tầng tiếp theo làm quay máy phát điện tạo ra điệnnăng