đề tài phân tích và đánh giá hiệu quả năng lượng của đồng phát nhiệt điện

Từ những yêu cầu khá lớn về nhiệt năng và điện năng cũng như vấn đề về tiết kiệm và hiệu quả sử dụng năng lượng trong những dự án xây dựng nhà máy sản xuất phân bón thì người ta sử dụng

ĐÀO HOÀNG ANH – KHÓA 2009 1 KỸ THUẬT NHIỆT – LẠNH

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 4

CHƯƠNG I - PHẦN MỞ ĐẦU VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 5

1.1 MỞ ĐẦU 5

1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 6

1.3 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 7

CHƯƠNG 2 - ĐỒNG PHÁT NHIỆT ĐIỆN VÀ PHÂN TÍCH CÁC ĐẶC TÍNH NĂNG LƯỢNG 8

2.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỒNG PHÁT NHIỆT ĐIỆN 8

2.1.1 Giới thiệu chung và phân loại đồng phát nhiệt - điện 8

2.1.2 Ý nghĩa và địa bàn ứng dụng và phát triển công nghệ đồng phát 10

2.2 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CỦA ĐỒNG PHÁT NHIỆT – ĐIỆN 12

2.2.1.So sánh tiêu hao hơi giữa hệ thống sản xuất nhiệt và điện riêng rẽ với hệ thống đồng phát nhiệt - điện sử dụng tua bin hơi 12

2.2.2 So sánh tiêu hao nhiệt giữa hệ thống sản xuất nhiệt và điện riêng rẽ với hệ thống đồng phát nhiệt - điện 15

2.2.3 So sánh hiệu suất của hệ thống sản xuất nhiệt và điện riêng rẽ với hệ thống đồng phát nhiệt - điện 16

2.2.4 So sánh tiêu hao nhiên liệu của hệ thống sản xuất nhiệt và điện riêng rẽ với hệ thống đồng phát nhiệt - điện 21

2.2.5 Cân bằng năng lượng so sánh hiệu quả sản xuất đồng phát với sẩn xuất riêng rẽ 23

CHƯƠNG 3 - MÔ TẢ DÂY CHUYỂN CÔNG NGHỆ NHIỆT ĐIỆN ĐỒNG PHÁT CHO DỰ ÁN NHÀ MÁY SẢN SUẤT PHÂN ĐẠM CHUẨN 24

3.1 MỞ ĐẦU 24

3.2.MÔ TẢ CHUNG 24

3.3 MÔ TẢ QUÁ TRÌNH 24

3.3.1 Đặc tính nhiện liệu 24

3.3.2 Mô tả quá trình 25

CHƯƠNG 4 - XÁC ĐỊNH TIÊU HAO HƠI CỦA TUABIN CHU TRÌNH CHUẨN 29

4.1 XÂY DỰNG QUÁ TRÌNH NHIỆT TRÊN GIẢN ĐỒ I-S 29

4.2 TÍNH NHIỆT SƠ ĐỒ HỒI NHIỆT CỦA THIẾT BỊ TUABIN 31

4.2.1 Dựng sơ đồ nguyên lý 31

4.2.2 Tính cân bằng nhiệt và xác định tiêu hao hơi của Tuabin trích hơi điều chỉnh cho phía công nghệ của sơ đồ chuẩn 33

CHƯƠNG 5 - TÍNH NHIỆT TUABIN Π36-98/42 CHU TRÌNH CHUẨN 40

5.1 CHỌN TỶ SỐ U/Ca VÀ THIẾT KẾ TẦNG ĐIỀU CHỈNH CHO PHẦN CAO ÁP VÀ HẠ ÁP 40

5.2 TÍNH SỐ TẦNG TUABIN 40

5.2.1 Chọn các số liệu cơ bản 40

5.2.2 Xác định đường kính tầng đầu 41

5.2.3 Xác định đường kính tầng cuối 41

5.2.4 Xác định số tầng và phân bố nhiệt giáng 42

5.3 CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA TỔ MÁY 44

5.3.1 Suất tiêu hao hơi cho tuabin 44

5.3.2 Tiêu hao nhiệt cho thiết bị tuabin 44

5.3.3 Suất tiêu hao nhiệt cho thiết bị tuabin 44

5.3.4 Tiêu hao nhiệt cho lò hơi 45

5.3.5 Suất tiêu hao nhiệt cho lò hơi 45

5.3.6 Tiêu hao nhiệt cho toàn nhà máy 45

5.3.7 Suất tiêu hao nhiệt cho toàn nhà máy 46

5.3.8 Hiệu suất truyền tải môi chất 46

5.3.9 Hiệu suất của thiết bị Tuabin 46

5.3.10 Hiệu suất toàn nhà máy 46

5.4 TÍNH CHẾ ĐỘ THAY ĐỔI CỦA TUABIN Π36-98/42 47

5.4.1 Tính phần cao áp khi lưu lượng hơi thay đổi 49

5.4.2 Tính chế độ thay đổi của phần hạ áp (xem bảng 5.3) 56

CHƯƠNG 6 – TÍNH NHIỆT CHO SƠ ĐỒ THỰC TẾ NHIỆT ĐIỆN ĐỒNG PHÁT CỦA NHÀ MÁY PHÂN ĐẠM NINH BÌNH VÀ SO SÁNH VỚI PHƯƠNG ÁN SƠ ĐỒ CHUẨN 58

6.1 MÔ TẢ SƠ LƯỢC DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ NHIỆT ĐIỆN ĐỒNG PHÁT NHÀ MÁY ĐẠM NINH BÌNH 58

6.1.1 Cơ sở thiết kế 58

6.1.2 Thông số của một số thiết bị chính 58

6.2 TÍNH SƠ ĐỒ NHIỆT CỦA ĐỒNG PHÁT NHIỆT ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY PHÂN ĐẠM NINH BÌNH TẠI CHẾ ĐỘ TÍNH TOÁN 59

6.2.1 Sơ đồ nhiệt nguyên lý: 59

6.2.2 Cân bằng nhiệt các bình gia nhiệt và bình khử khí: 62

6.3 TÍNH NHIỆT CÁC TUABIN CỦA ĐỒNG PHÁT NHIỆT ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY PHÂN ĐẠM NINH BÌNH TẠI CHẾ ĐỘ TÍNH TOÁN 66

6.3.1.Chọn tỉ số u/Ca và tính nhiệt tầng điều chỉnh cho các Tuabin 66

6.3.2 Tính toán số tầng tuabin: 66

6.4 CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT 73

ĐÀO HOÀNG ANH – KHÓA 2009 3 KỸ THUẬT NHIỆT – LẠNH

6.4.1 Suất tiêu hao hơi cho tuabin 73

6.4.2 Tiêu hao nhiệt cho thiết bị tuabin 73

6.4.3 Suất tiêu hao nhiệt cho thiết bị tuabin 74

6.4.4 Tiêu hao nhiệt cho lò hơi 74

6.4.5 Suất tiêu hao nhiệt cho lò hơi 74

6.4.6 Tiêu hao nhiệt cho toàn nhà máy 75

6.4.7 Suất tiêu hao nhiệt cho toàn nhà máy 75

6.4.8 Hiệu suất truyền tải môi chất 75

6.4.9 Hiệu suất của thiết bị tuabin 75

6.4.10 Hiệu suất toàn nhà máy 76

6.5 TÍNH CHẾ ĐỘ THAY ĐỔI CỦA TUABIN ĐỐI ÁP B12-9.3/4.3 77

6.6 SO SÁNH CÁC GIỮA ĐỒNG PHÁT NHIỆT ĐIỆN NINH BÌNH VỚI PHƯƠNG ÁN CHUẨN 85

6.6.1 So sánh thông qua các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật 85

6.6.2 So sánh ở chế độ thay đổi 86

6.6.3 Vấn đề phân phối phụ tải với các khối năng lượng ngưng hơi 86

6.7 KẾT LUẬN 88

CHƯƠNG 7 - KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 90

7.1 KẾT LUẬN 90

7.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 90

PHỤ LỤC 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 105

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp này do tôi tự tính toán, thiết kế và

nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của thầy PGS.TS Đinh Nguyên Bính

Để hoàn thành đồ án này, tôi chỉ sử dụng những tài liệu đã ghi trong mục tài liệu tham khảo, ngoài ra không sử dụng bất cứ tài liệu nào khác

Nếu sai tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo qui định

Sinh viên thực hiện

ĐÀO HOÀNG ANH – KHÓA 2009 5 KỸ THUẬT NHIỆT – LẠNH

CHƯƠNG I - PHẦN MỞ ĐẦU VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

1.1 MỞ ĐẦU

Năng lượng là yếu tố thiết yếu cho sự tổn tại và phát triển của xã hội Trong nhiều thập kỷ qua, việc tiêu thụ năng lượng trên thế giới tăng lên theo sự phát triển của kinh tế; nhiên liệu dầu thô, than đá và khí tự nhiên chiếm phần lớn nguồn năng lượng tiêu thụ Với tốc độ khai thác như hiện nay, nguồn năng lượng này ngày càng cạn kiệt dần; do đó vấn đề tiết kiệm năng lượng, sử dụng hiệu quả năng lượng có ý nghĩa vô cùng quan trọng và cần thiết

Theo mục tiêu năm 2020, Việt Nam sẽ là nước công nghiệp trung bình trên thế giới Để đạt được mục tiêu này thì một trong những vấn đề được quan tâm nhất

là phát triển nguồn năng lượng Bên cạnh những nguồn năng lượng đang khai thác, những nhà máy thủy điện, nhiệt điện tập trung lớn thì cần thiết phải phát triển những hình thức năng lượng khác, năng lượng nhỏ phục vụ cho nhu cầu tự dùng, cho hộ tiêu thụ và một phần cung cấp điện cho lưới điện quốc gia trong sản xuất, giảm giá thành sản phầm…

Phân đạm là sản phẩm đòi hỏi nhiều nguồn năng lượng cao Nguyên liệu để sản xuất phân đạm chủ yếu là khí thiên nhiên, dầu mỏ và than Những vùng tiêu thụ năng lượng chính trong dây chuyền sản xuất phân đạm là những quá trình làm việc

ở nhiệt độ áp suất cao, sử dụng và tiêu thụ sản lượng hơi lớn, nguồn điện năng cao; hầu hết năng lượng đầu vào của sản phẩm cuối là được tiêu thụ ở các lò đốt nhiệt độ

và áp suất cao

Thiết kế và xây dựng các trung tâm đồng phát nhiệt điện sẽ đáp ứng được nhu cầu nhiệt và nhu cầu điện của các hộ tiêu thụ, các khu công nghiệp, đặc biệt cho các nhà máy sản xuất phân bón…; chủ động trong sản xuất và không phụ thuộc vào lưới điện quốc gia

Những kỹ thuật tiên tiến có liên quan đến thu hồi nhiệt và tận dụng nhiệt thải,

sử dụng năng lượng hợp lý có thể tiết kiệm năng lượng đáng kể trong công nghiệp sản xuất phân đạm, đặc biệt đang diễn ra ở những nước phát triển

Theo đánh giả của tập đoàn hóa chất đến năm 2020, nhu cầu phân bón ở Việt Nam vào khoảng 3÷6 triệu tấn/năm Trong giai đoạn phát triển hiện nay tập đoàn hóa chất sẽ đầu tư xây dựng các nhày máy sản xuất phân bón trọng điểm công suất lớn như nhà máy phân đạm Hà Bắc mở rộng, phân đạm Ninh Bình,…

Việc khai thác năng lượng không hiệu quả không chỉ gây nên các tổn thất về kinh tế mà còn góp phần hủy hoại môi trường Một trong những cách sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đó là tận dụng nguồn nhiệt thải có nhiệt độ cao ở các thiết bị nhiệt như Tuabin, Lò hơi đốt than… để đồng phát nhiệt điện Bên cạnh đó là đổi mới công nghệ, thiết kế, ứng dụng và lắp đặt các trung tâm đồng phát gắn với quá trình tận dụng nhiệt thải vào thực tế sẽ đem đến hiệu quả và tiết kiệm năng lượng, kinh tế và góp phần không nhỏ tới việc bảo vệ môi trường

Đối với dự án phân đạm, lựa chọn công nghệ nào, chu trình nào là vấn đề phải được xem xét kỹ lưỡng trước khi tiến hành xây dựng Nhưng khi đã lựa chọn

để lắp đặt và sử dụng thích hợp thì sẽ tạo ra một nguồn nhiệt và điện tự dùng lớn,

chủ động trong sản xuất, giảm bớt sự căng thẳng của tình trạng thiếu điện giờ cao điểm vào mùa nắng nóng, giảm chi phí tiền điện hàng năm, góp phần cạnh tranh giá thành sản phẩm trên thị trường, giảm thiểu tác động xấu tới môi trường

Với những yêu cầu và tình hình cấp bách nêu trên trong phát triển năng lượng quốc gia thì nhiệm vụ nghiên cứu đặt ra là: Nâng cao hiệu quả và tiết kiệm năng lượng trong các nguồn phát như nhà máy nhiệt điện, trung tâm đồng phát nhiệt điện,… nhờ các phương pháp phân tích, đánh giá, hoàn thiện cấu trúc sơ đồ gắn liền với vấn đề tận dụng nhiệt thải, đặc biệt ứng dụng cho ngành sản xuất phân bón và

hóa chất

1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Nhờ những thuận lợi về đất đai, khí hậu nước ta có nhiều cơ hội để phát triển ngành sản xuất nông nghiệp với những mặt hàng nông sản xuất khẩu có thế mạnh như gạo, cao su, cà phê, điều… Kim ngạch xuất khẩu của các mặt hàng trong những năm qua đạt được tốc độ tăng trưởng khá cao Theo thống kê của năm 2010, nước ta vẫn đứng vị thứ thứ hai thế giới về xuất khẩu gạo, đứng đầu về xuất khẩu cà phê robusta và hạt tiêu

Thắng lợi của lĩnh vực nông nghiệp là sự tổng hợp của nhiều yếu tố nhưng trong đó phải kể đến vai trò khá quan trọng của ngành phân bón Sản lượng cần tăng lên trong khi diện tích đất nông nghiệp lại khó có khả năng mở rộng, người nông dân đã phải cần đến sự hỗ trợ của phân bón để tăng năng suất cho cây trồng Trong vài năm qua, tiêu thụ phân bón của Việt Nam gia tăng mạnh Cầu tiêu thụ phân bón

cả nước năm 2010 vào khoảng 9-9,5 triệu tấn, trong đó gồm 2,2 triệu tấn Ure, 3,5 triệu tấn NPK, 800.000 tấn DAP và các loại phân khác như lân, SA, Kali… Nhu cầu sử dụng phân bón của Việt Nam hàng năm có thể biến động nhẹ, nhưng xu hướng chung là tăng về lượng Theo tính toán của Cục trồng trọt, đến năm 2015, nhu cầu phân bón của Việt Nam sẽ tăng lên tới 218 kg/ha, tăng khoảng 40% so với hiện nay Trong khi đó hiện nay ngành sản xuất phân bón trong nước vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu trong nước

Theo số liệu thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, năm

2010 Việt Nam nhập khẩu khoảng 3,6 triệu tấn phân bón các loại với tổng trị giá 1,26 triệu USD

Nhu cầu cao về phân bón trong khi đó trong nước lại có nhiều ưu thế đế phát triển sản xuất phân bón nên việc tăng cường chủ động hơn nguồn phân bón vẫn được cho là một giải pháp tốt Nhà nước luôn tạo điều kiện để xây dựng nhanh các nhà máy sản xuất phân bón trong nước tiến tới tự chủ hoàn toàn và hướng đến khả năng xuất khẩu Vì vậy việc triển khai dự thảo và tiến tới xây dựng thêm một số nhà máy sản xuất phân đạm là rất cấp thiết

Từ những yêu cầu khá lớn về nhiệt năng và điện năng cũng như vấn đề về tiết kiệm và hiệu quả sử dụng năng lượng trong những dự án xây dựng nhà máy sản xuất phân bón thì người ta sử dụng sơ đồ nhiệt đồng phát với Tuabin ngưng có cửa trích hơi điều chỉnh để có thể đáp ứng được nhu cầu đó như:

™ Đảm bảo đáp ứng được nhu cầu nhiệt trích cho phía sản xuất phân bón

ĐÀO HOÀNG ANH – KHÓA 2009 7 KỸ THUẬT NHIỆT – LẠNH

™ Có khả năng đáp ứng linh hoạt nhu cầu nhiệt theo sư thay đổi tải nhiệt phía sản xuất phân bón

Xuất phát từ những nhu cầu cấp thiết nêu trên tôi đã chọn đề tài tốt nghiệp

cho mình: “ Phân tích nhờ tính toán và đánh giá hiệu quả năng lượng của đồng

phát nhiệt điện Ninh Bình , chủ yếu là phần thiết bị Tuabin ”

Phụ tải nhiệt:

- Lưu lượng: 140t/h

- Áp suất: 4,2 Mpa Phụ tải điện: 36 MW

So sánh về mặt tiết kiệm năng lượng của hai dây chuyền công nghệ này để từ

đó rút ra kết luận

CHƯƠNG 2 - ĐỒNG PHÁT NHIỆT ĐIỆN VÀ PHÂN TÍCH CÁC

ĐẶC TÍNH NĂNG LƯỢNG

2.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỒNG PHÁT NHIỆT ĐIỆN

2.1.1 Giới thiệu chung và phân loại đồng phát nhiệt - điện

Sản xuất đồng phát nhiệt – điện là quá trình sản xuất đồng thời tại hiện trường hai dạng năng lượng là điện năng và nhiệt năng từ một nguồn năng lượng sơ cấp để đáp ứng đồng thời nhu cầu nhiệt và điện của các hộ tiêu thụ cuối cùng trong quá trình sản xuất, sinh hoạt, tòa nhà hoặc của khu bệnh viện, trường học

Trong nhiều ngành công nghiệp (công nghiệp giấy, vải sợi, hóa chất, mía đường, xi măng,…) nhu cầu sử dụng hơi bão hòa ở nhiệt độ ổn định luôn được đặt

ra để phục vụ các mục đích gia nhiệt, sấy hoặc làm khô sản phẩm Đối với các quá trình gia nhiệt đòi hỏi phải có nhiệt độ ổn định, hơi bão hòa luôn được coi là môi chất tải nhiệt tốt vì quá trình nhả nhiệt của nó có thể dễ dàng được thực hiện trong khi nó ngưng tụ ở nhiệt độ không đổi Ngoài nhu cầu sử dụng nhiệt, các ngành công nghiệp trên còn có nhu cầu sử dụng điện năng (hoặc cơ năng) để chạy máy, động cơ hoặc để thắp sáng phục vụ sản xuất

Thông thường, để thỏa mãn nhu cầu về nhiệt điện người ta lắp đặt các lò hơi tại hiện trường trực tiếp cung cấp nhiệt Có khi nhu cầu nhiệt được thỏa mãn trực tiếp bằng các nguồn nhiệt thải sẵn có của chính dây chuyền công nghệ trong nhà máy Để thỏa mãn nhu cầu điện, nhà máy thường kéo điện lưới về qua trạm cấp nguồn vào cho tất cả các máy móc cần chạy bằng điện Phương thức sản xuất đó được gọi là sản xuất truyền thống hay theo quan điểm cung cấp năng lượng thì phương thức đó được gọi là sản xuất riêng rẽ nhiệt với điện, tức là nhiệt được sản xuất tại hiện trường còn điện được sản xuất từ các nhà máy nhiệt điện truyền tải về nhà máy Điều này dẫn đến việc tiêu phí đáng kể nguồn năng lượng sơ cấp bởi vì:

- Một phần lớn nhiệt cung cấp cho quá trình sản xuất điện bị thất thoát cho nước làm mát trong bình ngưng nếu nhà máy đó là nhà máy điện tuabin ngưng hơi

- Việc vận chuyển điện năng trên lưới đến nhà máy cũng sẽ chịu những tổn thất nhất định

- Các lò hơi cấp nhiệt thông số thấp thường có hiệu suất thấp hơn so với nhưng lò hơi thông số cao dùng trong sản xuất điện nên việc cấp nhiệt bằng những

lò hơi này cũng không đạt hiệu quả cao

Từ những năm 1950, công nghệ đồng phát nhiệt - điện (CHP – Combined of

Heat and Power hoặc gọi tắt là Cogen) đã được các nước phát triển áp dụng vào

trong các nhà máy công nghiệp và cả trong dân dụng hay các công trình xã hội Gần đây, công nghệ đồng phát được các nước tiên tiến như Anh, Mỹ, Nhật, áp dụng như

là giải pháp quan trọng góp phần vào sự thành công trong chương trình sản xuất

năng lượng phân tán (Distributed Energy Generation), phát triển xã hội tại những

vùng xa, vùng quê

Các hệ thống đồng phát có thể được phân loại theo nhiều cách Phương pháp phân loại phổ biến nhất là phương pháp dựa trên thứ tự sản xuất điện năng trong hệ

ĐÀO HOÀNG ANH – KHÓA 2009 9 KỸ THUẬT NHIỆT – LẠNH

1) Chu trình đỉnh (topping cycle): điện năng được sản xuất trước tiên, sau đó

là sử dụng nhiệt năng

2) Chu trình đáy (bottoming cycle): điện năng được sản xuất sau bằng cách

sử dụng nhiệt thừa của quá trình công nghệ đã dùng nhiệt trước đó

Hệ thống đồng phát chu trình đỉnh

Trong chu trình này, năng lượng sinh ra từ quá trình cháy nhiên liệu trước tiên được sử dụng để sản xuất điện Lượng nhiệt thải ra từ hệ thống sản xuất điện sẽ được tận dụng để đáp ứng những nhu cầu về nhiệt Hình 2.1 biểu diễn một hệ thống đồng phát chu trình đỉnh điển hình có sử dụng tua bin khí

Hình 2.1 – Sơ đồ đồng phát chu trình đỉnh sử dụng tua bin khí

Ngoài ra, công nghệ đồng phát sử dụng chu trình đỉnh điển hình trong công nghiệp có thể thấy như tại các nhà máy giấy, nhà máy đường Trong đó, các lò hơi đốt nhiên liệu hữu cơ để sản xuất hơi nước chạy tua bin đối áp phát điện sau đó nguồn nhiệt thải của hơi thoát được sử dụng cho công nghệ làm giấy hoặc cô đặc đường

Trên thế giới, xét riêng ngành công nghệ giấy và bột giấy thì các nước đứng đầu về áp dụng đồng phát là Phần Lan, Đức, Tây Ban Nha, Thụy Điển, Anh, Ý và

Áo Trong các nước châu Âu, công suất điện sản xuất từ công nghệ đồng phát của ngành giấy và bột giấy lên tới 7 GWe, chiếm 10% so với tổng công suất điện đồng phát từ các ngành công nghiệp khác

Hệ thống đồng phát chu trình đáy

Trong chu trình này, nhiên liệu được đốt cháy để thỏa mãn nhu cầu nhiệt năng trước, sau đó nhiệt thải ra từ quá trình này sẽ được sử dụng để sản xuất điện năng Nhiệt thải từ các lò nung buồn đốt có thể được tận dụng để sản xuất điện năng Hình 2.2 biểu diễn một hệ thống đồng phát chu trình đáy sử dụng tua bin hơi

Công nghệ đồng phát chu trình đáy thường thấy trong các ngành công nghiệp như công nghiệp hóa chất, công nghiệp xi măng, công nghiệp sắt thép, gốm sứ Trong đó, nhiên liệu được đốt trong các lò đốt để cấp nhiệt cho quá trình công nghệ, nhiệt thừa của khói thải được tận dụng để sinh hơi chạy chu trình tua bin hơi phát điện

Hình 2.2 – Sơ đồ đồng phát chu trình đáy sử dụng tua bin hơi

2.1.2 Ý nghĩa và địa bàn ứng dụng và phát triển công nghệ đồng phát

a) Ý nghĩa của công nghệ đồng phát

Công nghệ đồng phát là công nghệ tiết kiệm năng lượng Nó có ưu điểm là giảm nhu cầu sử dụng năng lượng sơ cấp và do vậy giảm chi phí năng lượng trong khi vẫn đảm bảo thỏa mãn nhu cầu năng lượng (điện năng + nhiệt năng) cho nhà máy

Xét một hộ tiêu thụ công nghiệp có nhu cầu tiêu thụ cả điện năng và nhiệt năng phục vụ dây chuyền công nghệ (nhiệt năng sử dụng được cung cấp thông qua hơi nước bão hòa có thông số trung bình) Hai phương án đề xuất là:

- Sản xuất nhiệt – điện riêng rẽ

- Sản xuất nhiệt – điện kết hợp

Hình vẽ 2.3 thể hiện sự khác nhau giữa hai phương án này:

Hình 2.3 – Sản xuất nhiệt – điện riêng rẽ (a) và đồng phát (b) trong công nghiệp

Trên sơ đồ (a), nhu cầu điện sử dụng tại hiện trường được lấy từ lưới điện đến Điện trên lưới là do các nhà máy điện sản xuất và cung cấp lên Nhu cầu nhiệt tại hiện trường được đáp ứng bởi một hệ thống lò hơi sản xuất hơi bão hòa cung cấp tại chỗ Nhưng trên sơ đồ (b), cả nhu cầu nhiệt và điện tại hiện trường đều được đáp

ĐÀO HOÀNG ANH – KHÓA 2009 11 KỸ THUẬT NHIỆT – LẠNH

ứng tại chỗ bởi tua bin khí ở chu trình đỉnh sản xuất điện còn phần nhiệt thừa của khói thải tua bin khí lại được tận dụng để sinh hơi trong lò hơi tận dụng và cấp nhiệt cho sử dụng tại chỗ

Sản xuất đồng phát có những ưu điểm cơ bản so với sản xuất nhiệt - điện riêng rẽ sau:

9 Giảm tiêu thụ năng lượng sơ cấp hay giảm chi phí năng lượng;

9 Không có tổn thất truyền tải – phân phối điện do phải truyền tải đi xa;

9 Giảm gánh nặng cho chính phủ trong việc cân bằng năng lượng điện Quốc gia và sản xuất điện năng;

9 Giảm ô nhiễm môi trường

Sản xuất đồng phát cũng có những nhược điểm cơ bản so với sản xuất nhiệt - điện riêng rẽ sau:

9 Tăng chi phí đầu tư ban đầu;

9 Quản lý, vận hành và bảo dưỡng phức tạp hơn;

9 Hiệu suất sản xuất điện thấp

b) Lĩnh vực có tiềm năng ứng dụng và phát triển công nghệ đồng phát

Công nghệ đồng phát có thể được đề xuất và phát triển ở những khu công nghiệp, nhà máy có nhu cầu cả điện năng lẫn nhiệt năng Tuy nhiên, khả năng giảm chi phí năng lượng từ việc áp dụng công nghệ đồng phát chỉ thực sự có hiệu quả nếu ngành công nghiệp, nhà máy có những đặc điểm sau:

9 Luôn có nhu cầu về điện và nhiệt trong một thời gian khá dài với chất lượng ổn định;

9 Sử dụng nhiệt năng nhiều hơn điện năng;

9 Có đồ thị phụ tải nhiệt và điện ổn định;

9 Thời gian làm việc liên tục ở phụ tải định mức trong năm đủ lớn;

9 Giá điện lưới cao hoặc không có điện lưới

Một số lĩnh vực điển hình có tiềm năng ứng dụng công nghệ đồng phát được liệt kê dưới đây:

9 Đồng phát trong lĩnh vực sản xuất điện năng – cấp nhiệt sấy sưởi (trung tâm nhiệt điện vừa sản xuất điện đưa lên lưới điện vừa cung cấp nhiệt cho công nghiệp dưới dạng nước nóng)

9 Đồng phát trong lĩnh vực công nghiệp: Công nghiệp chế biến thực phẩm; Dược và hóa chất; Giấy và bột giấy; Lọc dầu; Công nghiệp dệt may; Sắt thép; Công nghiệp xi măng; Thủy tinh, giấy, gốm, sành sứ

Trong các ngành công nghiệp khác nhau sẽ có khả năng ứng dụng đồng phát ở quy

mô và chất lượng cung cấp nhiệt khác nhau Theo mức độ nhiệt độ có thể cung cấp, các khu vực công nghiệp có khả năng ứng dụng đồng phát được chia thành mức sau:

+ Quá trình công nghệ có nhiệt độ thấp (dưới 100 °C): sấy nông sản,

sấy sưởi dân dụng, cung cấp nước nóng sinh hoạt;

+ Quá trình công nghệ có nhiệt độ trung bình (từ 100 đến 300 °C):công

nghiệp giấy và bột giấy, công nghiệp dệt, nhà máy đường, một số nhà máy hóa chất;

+ Quá trình công nghệ có nhiệt độ cao (từ 300 đến 700 °C): công

nghiệp gốm sứ;

+ Quá trình công nghệ có nhiệt độ rất cao (trên 700 °C): nhà máy xi

măng, công nghiệp sơ chế kim loại, xưởng sản xuất thủy tinh

9 Đồng phát trong khu vực dịch vụ, dân dụng: bệnh viện; trường học; khách sạn, nhà hàng

c) Những khó khăn khi ứng dụng công nghệ đồng phát

Tuy đồng phát có nhiều mặt thuận lợi và có địa bàn khá rộng các ngành công nghiệp có thể ứng dụng như đã kể trên nhưng phát triển ứng dụng công nghệ đồng phát cũng có những khó khăn nhất định của nó:

9 Rào cản về mặt kỹ thuật:

+ Thiếu hoặc không có thông tin về công nghệ đồng phát;

+ Trình độ công nghệ thấp kém của các nhà máy tại địa phương, nội địa; + Năng lực hạn chế của người vận hành và người quản lý;

+ Thiếu cơ sở hạ tầng

9 Khó khăn về tài chính:

+ Thiếu vốn đầu tư ban đầu;

+ Thiếu hoặc không có sang kiến tài chính thích hợp thúc đẩy đầu tư; + Giá nhiên liệu sơ cấp vẫn còn thấp, giá điện lưới thấp (do chính sách trợ giá của chính phủ) sẽ là rào cản cho công nghệ đồng phát có thể phát triển

9 Khung luật thể chế yếu kém:

+ Không có hoặc thiếu liên kết giữa các cơ quan pháp lý chịu trách nhiệm về quản lý sử dụng năng lượng và kiểm tra ô nhiễm môi trường;

+ Thiếu ý thức bảo vệ môi trường, các biện pháp sử phạt gây ô nhiễm môi trường

2.2 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CỦA ĐỒNG PHÁT NHIỆT – ĐIỆN

Như đã nói ở trên, nguyên lý của quá trình sản xuất đồng phát nhiệt – điện (đồng phát, viết tắt là ĐP) khác với nguyên lý của quá trình sản xuất nhiệt và điện riêng rẽ Dưới đây chúng ta sẽ lần lượt xem xét kỹ hơn sự khác nhau đó bằng cách phân tích các đặc tính kinh tế - kỹ thuật xét trên khía cạnh biến đổi năng lượng của

2 dạng sản xuất này

2.2.1 So sánh tiêu hao hơi giữa hệ thống sản xuất nhiệt và điện riêng rẽ với hệ

thống đồng phát nhiệt - điện sử dụng tua bin hơi

Để so sánh tiêu thụ hơi của hai phương án sản xuất nhiệt – điện nói trên, chúng ta xem xét một sơ đồ công nghệ điển hình của sản xuất đồng phát là sơ đồ sử dụng tua bin ngưng hơi có cửa trích điều chỉnh đề vừa cung cấp nhiệt vừa sản xuất điện – nhiệt riêng rẽ

ĐÀO HOÀNG ANH – KHÓA 2009 13 KỸ THUẬT NHIỆT – LẠNH

Hình 2.4 – Sơ đồ công nghệ ĐP sử dụng tua bin ngưng hơi có cửa trích

Giả sử nhu cầu cung cấp điện với công suất là We và nhu cầu cấp nhiệt với công suất là QT Lưu lượng hơi vào tua bin cần thiết để vừa sản xuất ra công suất điện We vừa trích hơi cấp nhiệt QT là Do Trong đó lưu lượng hơi cần cấp cho hộ tiêu thụ nhiệt là DT Phần còn lại là Dk sẽ đi vào bình ngưng Hộ tiêu thụ cần cung cấp hơi ở thông số áp suất pT và nhiệt độ tT Hơi vào tuabin có áp suất po và nhiệt độ

to Hiệu suất sử dụng nhiệt ở hộ tiêu thụ (HTT) là ηT, có nghĩa là nhiệt lượng mà tuabin cấp đi bằng QT/ηT (chưa tính đến tổn thất nhiệt dọc đường vận chuyển từ nơi đặt tuabin đến HTT)

Hình 2.5 – Sơ đồ công nghệ sản xuất độc lập điện và nhiệt

Trong sơ đồ trên, nhu cầu điện We được cung cấp riêng bởi một lò hơi sản xuất hơi quá nhiệt chạy tuabin ngưng hơi Trong khi đó, nhu cầu nhiệt QT được cung cấp riêng bằng một lò hơi sản xuất hơi bão hòa

Với sơ đồ đồng phát (hình 2.4):

Tiêu hao hơi cần cho HTT lấy từ cửa trích tuabin được tính theo công thức:

DT = QT/[(iT – i’T).ηT] = QT/qT/ηT[kg/s] (2.2.1.1) Trong đó:

+ QT: Công suất nhiệt hữu ích mà HTT nhận được, [kW];

+ iT: Entanpy của hơi trích cho HTT (tính theo áp suất pT và nhiệt dộ tT), [kj/kg];

+ i’T: Entanpy của nước ngưng tại HTT sau khi sử dụng nhiệt, [kJ/kg] Để đơn giản, giả sử HTT sử dụng nhiệt đến trạng thái nước ngưng, khi đó nó được tính

là entanpy của nước sôi tại áp suất sử dụng;

+ qT = iT - i’T: Lượng nhiệt do 1 kg hơi trích cung cấp cho HTT, [kJ/kg]; + ηT: Hiệu suất sử dụng nhiệt của HTT

Nếu gọi Wi là công suất tại đầu trục của tuabin để sản xuất được công suất

We thì Wi = We/(ηm.ηg) với ηm là hiệu suất cơ khí của khớp nối tuabin-máy phát, các

ổ trục và sức cản còn ηg là hiệu suất của máy phát điện Lập phương trình cân bằng năng lượng cho tuabin trích hơi ta được:

Wi = Do.(io – iT) + Dk.(iT – ik) = Do.(io – iT) + (Do – DT).(iT – ik)[kW] (2.2.1.2)

Biến đổi công thức trên và sử dung công thức (2.2.1) ta được công thức tính tiêu hao hơi cho tuabin cấp nhiệt theo công suất điện We và QT:

[kg/s] (2.2.1.3) Trong đó:

+ io: Entanpy của hơi quá nhiệt ở đầu vào tuabin, xác định theo nhiệt độ hơi vào tuabin to và áp suất hơi vào tuabin po, [kJ/kg];

+ ik: Entanpy của hơi thoát khỏi tuabin vào bình ngưng, xác định theo áp suất trong bình ngưng và độ khô của hơi thoát, [kJ/kg];

+ : Hệ số không tận dụng năng lượng của dòng hơi trích, 0 < yT < 1;

Số hạng thứ nhất trong công thức (2.2.1.3) chính là tiêu hao hơi trong tuabin ngưng hơi thuần túy (toàn bộ lưu lượng hơi vào tuabin sẽ đi vào bình ngưng hay hiểu theo nghĩa là không có cửa trích hơi) để sản xuất ra cùng một công suất We Gọi tiêu hao hơi này là Dok thì ta có:

D’T = QT/[(i1 – i2).ηT] [kg/s] (2.2.1.6) Trong đó:

+ i1: Entanpy của hơi ra khỏi lò hơi, [kJ/kg];

+ i2: Entanpy của nước đọng sau khi HTT sử dụng nhiệt thải ra, [kJ/kg]; Nếu lò hơi sản xuất hơi bão hòa khô và HTT sử dụng hơi đến trạng thái ngưng tụ thành nước sôi thì i1 = ibhk là entanpy của hơi bão hòa khô được xác định theo áp suất làm việc của lò hơi còn i2 = ins là entanpy của nước sôi xác định thep áp

ĐÀO HOÀNG ANH – KHÓA 2009 15 KỸ THUẬT NHIỆT – LẠNH

Tiêu hao hơi cho cả 2 nhu cầu được tính theo công thức:

D’o = Dok + D’T [kg/s] (2.2.1.7)

Để dễ so sánh ta giả sử lò hơi cung cấp nhiệt trong trường hợp sản xuất riêng

rẽ cũng làm việc với thong số nhưng thong số cửa trích hơi, tức là tiêu hao hơi cho HTT trong trường hợp sản xuất riêng rẽ cũng được tính theo công thức (2.2.1.1) Khi đó D’T = DT và công thức (2.2.1.7) trở thành:

D’o = Dok + DT (2.2.1.8)

Độ tăng tiêu hao hơi khi sản xuất riêng rẽ so với khi sản xuất đồng phát là: ∆D = D’o – Do = Dok – Dd = (1-yT).DT> 0 (2.2.1.9) Như vậy là tiêu hao hơi cho việc cấp nhiệt và cấp điện bằng sản xuất riêng rẽ lớn hơn so với tiêu hao hơi cho tuabin sản xuất điện và trích hơi cấp nhiệt

Độ tăng tương đối về tiêu hao hơi trên khi so sánh với 1 đơn vị lưu lượng hơi trích được tính theo công thức:

δD = ∆D/DT = 1 – yT = xT (2.2.1.10) Trong đó: với 0 < xT< 1 Hệ số xT là hệ số nhiệt giáng tận dụng được của dòng hơi trích DT cho HTT

Kết luận:

Nhìn vào các công thức (2.2.1.9), (2.2.1.10) và biểu thức xác định hệ số xT ta

có nhận xét sau:

1) Quy mô của HTT càng lớn (Q T lớn) thì độ tăng tiêu hao hơi càng lớn, tức

là việc sản xuất đồng phát càng có ý nghĩa tiết kiệm với sản xuất riêng rẽ 2) Hiệu suất sử dụng nhiệt ở HTT η T càng cao thì độ tăng tiêu hao hơi khi sản xuất riêng rẽ càng giảm so với sản xuất đồng phát Nói cách khác là

ở HTT, việc sử dụng nhiệt càng hiệu quả bao nhiêu thì độ tăng tiêu hao hơi giữa hai phương thức sản xuất càng giảm đi

3) Cửa trích cấp nhiệt càng ở gần phía cuối tuabin (i T càng nhỏ, x T càng lớn) tức là HTT sử dụng nhiệt ở áp suất càng thấp thì độ tăng tiêu hao hơi càng lớn

2.2.2 So sánh tiêu hao nhiệt giữa hệ thống sản xuất nhiệt và điện riêng rẽ với

hệ thống đồng phát nhiệt - điện

Để so sánh tiêu hao nhiệt của hai quá trình sản xuất đồng phát và riêng rẽ, chúng ta vẫn sử dụng hai hình vẽ 2.3 và 2.4 bên trên với chú ý rằng chúng ta mới chỉ so sánh tiêu hao nhiệt ở cấp độ là đã có hơi để sử dụng cho nhu cầu phát điện và cấp nhiệt Ta xem xét tiêu hao nhiệt của hai phương án như sau:

Với sơ đồ đồng phát (hình 2.4):

Tổng tiêu hao nhiệt cho tuabin trích hơi được tính theo công thức:

Q = QTB = Do.(io – inc) = Wi + Qk + QT/ηT [kW] (2.2.2.1) Trong đó:

+ inc: Entanpy của nước cấp khi đưa vào lò hơi, [kJ/kg];

+ Qk = Dk.(ik – i’k) = Dk.qk: Nhiệt lượng thải ra ở bình ngưng, [kW];

+ Dk = Do – DT: Lưu lượng hơi thoát vào bình ngưng từ tuabin cấp nhiệt; + i’k: Entanpy của nước ngưng ra khỏi bình ngưng [kJ/kg];

+ qk = ik – i’k: Lượng nhiệt do 1 kg hơi nhả ra ở bình ngưng, [kJ/kg]

Tổng tiêu hao nhiệt kể trên được tách thành hai phần Phần tiêu hao nhiệt cho tuabin để sản xuất ra công suất điện We được tính là:

(2.2.2.2) Tiêu hao nhiệt cho tuabin để cấp nhiệt QT cho HTT là:

(2.2.2.3)

Do đó tổng tiêu hao nhiệt được tính là:

Với sơ đồ sản xuất riêng rẽ (hình 2.5):

Tiêu hao nhiệt cho tuabin ngưng hơi thuần túy để sản xuất ra công suất điện

We được tính theo công thức:

[kW] (2.2.2.4) Trong đó:

Tiêu hao nhiệt cho việc cấp nhiệt bằng lò hơi riêng rẽ để thỏa mãn nhu cầu nhiệt QT của HTT vẫn được tính theo công thức (2.2.2.3) như trên

Tổng tiêu hao nhiệt cho hai mục đích vừa sản xuất điện bằng tuabin ngưng hơi thuần túy vừa cung cấp nhiệt cho HTT bằng lò hơi được tính theo công thức:

2) Lượng nhiệt tiết kiệm được đúng bằng độ giảm nhiệt thải ra ở bình ngưng

do lưu lượng hơi vào bình ngưng giảm đi khi dùng tuabin có cửa trích cấp nhiệt;

3) Quy mô của HTT càng lớn (Q T và do đó D T càng lớn) thì mức độ tiết kiệm nhiệt càng lớn;

4) Cửa trích cấp nhiệt càng ở phía cuối tuabin (HTT sử dụng nhiệt ở thông

số áp suất càng thấp) thì mức độ tiết kiệm càng cao

2.2.3 So sánh hiệu suất của hệ thống sản xuất nhiệt và điện riêng rẽ với hệ

thống đồng phát nhiệt - điện

Để phân tích về hiệu suất của hệ thống sản xuất đồng phát nhiệt - điện với hiệu suất của hệ thống sản xuất riêng rẽ, chúng ta vẫn sử dụng hình vẽ 2.4 và 2.5 bên trên

Với sơ đồ đồng phát (hình 2.4):

ĐÀO HOÀNG ANH – KHÓA 2009 17 KỸ THUẬT NHIỆT – LẠNH

Hiệu suất của thiết bị tuabin cấp nhiệt tính theo khía cạnh sản xuất điện được tính theo công thức:

(2.2.3.1) Hiệu suất của thiết bị tuabin cấp nhiệt tính theo khía cạnh sản xuất nhiệt cấp cho HTT được tính theo công thức:

(2.2.3.2) Hiệu suất chung của toàn tuabin cấp nhiệt tính theo công thức:

(2.2.3.3)

là hệ số năng lượng của thiết bị tuabin cấp nhiệt trong sản xuất đồng phát Nó phản ánh mối liên hệ tương đối của tiêu hao nhiệt cho tuabin để cung cấp nhiệt so với để cung cấp điện Như vậy, một phần nào đó, nó cũng phản ánh được quan hệ tương đối giữa nhu cầu nhiệt QT so với nhu cầu điện We

Gọi hiệu suất của lò hơi trong sơ đồ đồng phát là ηLH và hiệu suất của quá trình vận chuyển năng lượng nhiệt bằng đường ống trong toàn bộ sơ đồ nhiệt là ηvc

Tiêu hao nhiệt lò hơi xét theo khía cạnh sản xuất điện được tính như sau:

(2.2.3.4) Tiêu hao nhiệt cho lò hơi xét theo khía cạnh sản xuất nhiệt cấp cho HTT là:

(2.2.3.5) Tổng tiêu hao nhiệt cho lò hơi ở sơ đồ đống phát được tính theo:

(2.2.3.6) Công suất nhiệt do nhiên liệu cung cấp cho lò hơi xét theo khía cạnh sản xuất điện được tính theo công thức:

(2.2.3.7) Công suất nhiệt do nhiên liệu cung cấp cho lò hơi xét theo khía cạnh sản xuất nhiệt cho HTT được tính theo:

(2.2.3.8) Tổng công suất nhiệt do nhiên liệu cung cấp cho lò hơi tính gộp cho cả hai mục đích sản xuất điện và nhiệt được tính theo công thức:

Qc = QcE + QcT = QTB/(ηLH.ηvc) (2.2.3.9) Hiệu suất toàn nhà máy tính theo khía cạnh cung cấp điện là:

(2.2.3.10) Hiệu suất toàn nhà máy tính theo khía cạnh cung cấp điện là:

(2.2.3.11) Hiệu suất taòn nhà máy tính chung cho cả hai loại hình cung cấp vừa điện vừa nhiệt được tính theo công thức:

(2.2.3.12a)

Sử dụng khái niệm về hệ số A để biến đổi công thức (2.2.3.12a) và với nhận xét rằng: , công thức (2.2.3.12a) trở thành:

(2.2.3.12b)

Với sơ đồ sản xuất riêng rẽ (hình 2.5):

Hiệu suất của thiết bị tuabin ngưng hơi thuần túy được tính theo công thức:

(2.2.3.13) Trong đó là tiêu hao nhiệt cho tuabin ngưng hơi thuần túy, được tính theo công thức (2.2.2.4) Chỉ số “o” bên trên các đại lượng được hiểu là của chu trình sản xuất điện bằng tuabin ngưng hơi thuần túy Đại lượng Q’k là nhiệt lượng tỏa ra ở bình ngưng của tuabin ngưng hơi thuần túy trong sơ đồ riêng rẽ

Nếu gọi hiệu suất của lò hơi cấp hơi cho tuabin ngưng hơi thuần túy là ηLH1

và hiệu suất vận chuyển môi chất nhiệt nói chung là ηvc thì tiêu hao nhiệt của lò hơi cấp hơi cho tuabin ngưng hơi và tiêu hao nhiệt của toàn bộ nhà máy sản xuất điện lần lượt được tính như sau:

Hiệu suất toàn nhà máy dùng tuabin ngưng hơi thuần túy để sản xuất điện được tính theo công thức:

(2.2.3.15) Tiêu hao nhiệt cho lò hơi độc lập để cung cấp nhiệt cho HTT được tính theo:

QLH2 = QT/ηT/ηvc (2.2.3.16) Nếu gọi hiệu suất của lò hơi cấp nhiệt cho HTT là ηLH2 thì tiêu hao nhiệt cho toàn bộ đây chuyền cấp nhiệt được tính theo công thức:

QcHTT = QLH2/ηLH2 = QT/(ηLH2.ηvc.ηT) (2.2.3.17) Hiệu suất của toàn quá trình trong dây chuyền cấp nhiệt bằng lò hơi riêng rẽ được tính theo công thức:

(2.2.3.18) Tổng tiêu hao nhiệt do nhiên liệu cung cấp tính gộp cho cả hai mục đích sản xuất điện và cung cấp nhiệt khi thực hiện bằng phương án sản xuất riêng rẽ được tính như sau:

Q’c = Qco + QcHTT (2.2.3.19)

ĐÀO HOÀNG ANH – KHÓA 2009 19 KỸ THUẬT NHIỆT – LẠNH

Hiệu suất chung của cả hai mục đích sản xuất điện và cấp nhiệt tính cho phương án sản xuất độc lập được tính như sau:

(2.2.3.20a)

Sử dụng các công thức (2.2.3.15) và (2.2.3.18) định nghĩa về các hiệu suất của hai dây chuyền sản xuất riêng rẽ, biến đổi công thức (2.2.3.20a) ta được công thức:

(2.2.3.20b)

năng lượng của quá trình cung cấp nhiệt năng bằng lò hơi so với của quá trình cung cấp điện năng bằng tuabin ngưng hơi thuần túy Hệ số B có ý nghĩa tương tự hệ số

A nhưng phải được hiểu nó trong phương thức sản xuất riêng rẽ Như vậy, nó cũng phản ánh mối quan hệ tương đối của tiêu hao nhiệt cho HTT so với cho nhu cầu điện We nhưng ý nghĩa của nó chỉ được thể hiện trong phương thức sản xuất riêng

rẽ còn hệ số A trong công thức (2.2.3.12b) có ý nghĩa trong sản xuất đồng phát

Khi coi rằng hiệu suất của lò hơi thống số cao (LH1) để cung cấp hơi cho tuabin ngưng hơi thuần túy bằng hiệu suất của lò hơi thông số thấp (LH2) để cấp nhiệt cho HTT (ηLH1 = ηLH2) thì ta có biểu thức liên quan giữa hệ số năng lượng B

và hệ số A như sau:

(2.2.3.21) Trong đó:

+ (Q’k – Qk = ∆Qk) là độ tăng tổn thất nhiệt trong bình ngưng, tính theo công thức (2.2.2.6);

+ là hệ số nhiệt giáng tận dụng được của dòng hơi trích có lưu lượng là DT cho HTT;

+ qT = iT – i’T là lượng nhiệt của 1 kg hơi cung cấp cho HTT;

+ qK = iK – i’K là lượng nhiệt tổn thất ở bình ngưng của 1 kg hơi nước vào bình ngưng;

+ xq = qk/qT là hệ số tổn hao nhiệt (tính cho 1 kg hơi) ở bình ngưng so với nhiệt sử dụng ở HTT

Từ công thức (2.2.3.21) có thể kết luận rằng (nếu bỏ qua sự khác nhau giữa hiệu suất của hai lò hơi LH1 và LH2) hệ số B nhỏ hơn hệ số A Kết luận này vẫn đúng cho trường hợp tổng quát khi mà lò hơi số 1 có ηLH1 ≥ ηLH2 của lò hơi số 2 vì trong sự so sánh giữa hệ số A và hệ số B, mức chênh lệch về thành phần Qk so với Q’k ảnh hưởng mạnh hơn nhiều so với hiệu suất của LH1 và LH2 trong biểu thức của hệ số B

Công thức tính hiệu suất (2.2.3.12b) và công thức (2.2.3.20b) có dạng giống nhau Tuy nhiên, các thành phần riêng biệt tương ứng trong các công thức đó là

khác nhau Sự khác nhau đó là do chính sự khác nhau trong 2 phương thức sản xuất đồng phát và riêng rẽ Nói cách khác, sự khác nhau đó xét tận gốc là do sự khác nhau về tiêu hao hơi của hai phương thức sản xuất như đã kết luận ở phần trên mà chúng lại được thể hiện qua sự khác nhau về tổn thất nhiệt ở bình ngưng trong hai phương thức sản xuất Ngoài ra, sự khác nhau đó còn do sự khác nhau giữa hiệu suất của lò hơi hơi thông số cao cho sản xuất điện với lò hơi công nghiệp dùng để cấp nhiệt Một yếu tố khác nữa là sự khác nhau giữa hiệu suất của thiết bị tuabin có trích hơi với tuabin ngưng hơi hoàn toàn

So sánh công thức (2.2.3.12b) với công thức (2.2.3.20b) ta nhận thấy ηc> η’c Thật vậy, ta có:

(2.2.3.22a)

Trong đó: x = We/QT là tỷ số giữa công suất điện cần cung cấp với công suất nhiệt hữu ích mà HTT cần nhận được, gọi tắt là tỷ số điện/nhiệt (Heat to Power Ratio, HTPR = 1/x = QT/We gọi là tỷ số nhiệt/điện) Rõ ràng là (1/B + 1) > (1/A +1)

mà ηLH2 ≤ ηLH do lò hơi cung cấp nhiệt thường không thể đạt hiệu quả tận dụng nhiệt bằng lò hơi sản xuất điện Do đó vế phải của công thức (2.2.3.22a) luôn dương Hay ηc> η’c

Nói cách khác, hiệu quả chung của việc sản xuất điện và nhiệt kết hợp luôn lớn hơn hiệu quả chung của việc sản xuất điện và nhiệt riêng rẽ

Trong trường hợp đơn giản nếu coi như gần đúng rằng ηLH = ηLH1 = ηLH2 thì công thức (2.2.3.22a) được viết lại dưới dạng đơn giản như sau:

(2.2.3.22b)

Kết luận:

1) Sản xuất đồng phát nhiệt và điện bằng tuabin có cửa trích cấp nhiệt cho HTT luôn đạt hiệu quả sử dụng nhiên liệu cao hơn so với sản xuất riêng rẽ;

2) Hiệu quả sử dụng nhiệt bên trong HTT cũng như hiệu quả của việc vận chuyển nhiệt năng bằng môi chất từ lò hơi tới nơi tiều thụ hơi càng tăng

sẽ càng nâng cao mức độ tiết kiệm năng lượng so với sản xuất đồng phát; 3) Quy mô của HTT càng lớn (hệ số x càng bé), mức chênh lệch hiệu suất giữa hai phương thức sản xuất đồng phát và riêng rẽ càng cao Nói cách khác là khi HTT có quy mô càng lớn thì việc sản xuất đồng phát càng có

ý nghĩa tiết kiệm năng lượng so với sản xuất riêng rẽ;

4) Hiệu suất lò hơi công nghiệp phục vụ mục đích cung cấp nhiệt cho HTT trong phương thức sản xuất riêng rẽ (η LH2 ) càng nhỏ so với lò hơi cung cấp hơi sản xuất điện càng làm tăng ý nghĩa tiết kiệm năng lượng của việc sản xuất đồng phát so với sản xuất riêng rẽ;

5) HTT sử dụng nhiệt ở thông số càng thấp (cửa trích hơi càng gần phía bình ngưng, x T càng lớn) thì ý nghĩa tiết kiệm năng lượng khi sản xuất đồng phát càng thể hiện rõ hơn so với khi sản xuất riêng rẽ;

ĐÀO HOÀNG ANH – KHÓA 2009 21 KỸ THUẬT NHIỆT – LẠNH

6) Khi sản xuất theo phương thức đồng phát, áp suất bình ngưng duy trì được càng thấp bao nhiêu càng làm tăng độ tiết kiệm năng lượng so với phương thức sản xuất riêng rẽ Tức là sản xuất đồng phát càng có ý nghĩa tiết kiệm hơn so với sản xuất riêng rẽ (vì khí đó x q tăng);

7) Thông số nước thải của HTT (nhiệt độ nước thải khỏi HTT) càng thấp (x q càng thấp) càng làm giảm được độ chênh lệch hiệu suất sử dụng năng lượng của hai phương thức sản xuất Có nghĩa là khi đó nếu quyết định sản xuất bằng phương thức riêng rẽ thì nên tận dụng nhiệt của hơi cấp vào triệt để nhất Tức là nên thải nước khỏi HTT ở thông số thấp nhất có thể

2.2.4 So sánh tiêu hao nhiên liệu của hệ thống sản xuất nhiệt và điện riêng rẽ

với hệ thống đồng phát nhiệt - điện

Trong phần nay, chúng ta vẫn tiếp tục sử dụng hai hình vẽ nguyên lý của quá trình sản xuất đồng phát (hình 2.3) và quá trình sản xuất riêng rẽ (hình 2.4) bên trên

để tính toán và so sánh tiêu hao nhiên liệu cho hai phương thức sản xuất đó

Với sơ đồ đồng phát (hình 2.4):

Tiêu hao nhiên liệu cho quá trình đồng phát xét riêng khía cạnh để cung cấp công suất điện được tính theo công thức:

[kg/s] (2.2.4.1) Trong đó: We là công suất điện phát ra, [Kw]; ηCE là hiệu suất toàn dây chuyền xét theo khía cạnh sản xuất điện năng, tính theo công thức (2.2.3.10); Qnl

[kJ/kg] là nhiệt trị nhiên liệu đem vào nhà máy, thường tính bằng nhiệt trị thấp làm việc; là hiệu suất tính theo công thức (2.2.3.1)

Suất tiêu hao nhiên liệu cho dây chuyền đồng phát xét theo khía cạnh sản xuất điện năng được tính theo công thức:

[kg/kWs] (2.2.4.2) Tiêu hao nhiên liệu cho quá trình đồng phát xét riêng cho việc cung cấp nhiệt được tính theo công thức sau:

[kg/s] (2.2.4.3) Trong đó: QT là nhiệt lượng hữu ích mà HTT nhận được, [kW]; ηcT là hiệu suất dây chuyền xét theo khía cạnh cấp nhiệt, tính theo công thức (2.2.3.11); Qnl[kJ/kg] là nhiệt trị của nhiên liệu

Suất tiêu hao nhiên liệu cho dây chuyền đồng phát xét theo khía cạnh cấp nhiệt được tính theo công thức:

[kg/kWs] (2.2.4.4) Tiêu hao nhiên liệu cho dây chuyền đồng phát xét cho cả hai mục đích cấp điện và cấp nhiệt được tính như sau:

[kg/s] (2.2.4.5) Trong đó: FE và FT [kg/s] lần lượt được tính theo công thức (2.2.4.1) và (2.2.4.3); hiệu suất được tính theo công thức (2.2.3.1); hiệu suất ηTB tính theo công thức (2.2.3.3)

Suất tiêu hao nhiên liệu chung cho cả dây chuyền đồng phát được tính theo công thức sau:

f [kg/kWs] (2.2.4.6)

Với sơ đồ sản xuất riêng rẽ (hình 2.5):

Tiêu hao nhiên liệu cho lò hơi LH1 trong sơ đồ sản xuất điện được tính như sau:

[kg/s] (2.2.4.7) Trong đó: hiệu suất ηco được tính theo công thức (2.2.3.15) còn hiệu suất được tính theo công thức (2.2.3.13)

Suất tiêu hao nhiên liệu cho sơ đồ sản xuất điện băng lò hơi LH1 là:

[kg/kJ] (2.2.4.8) Đối với lò hơi thông số thấp LH2, tiêu hao nhiên liệu để lò hơi cung cấp nhiệt cho HTT được tính theo công thức:

[kg/s] (2.2.4.9) Suất tiêu hao nhiên liệu để LH2 cung cấp nhiệt cho HTT được tính theo:

[kg/kJ] (2.2.4.10) Tiêu hao nhiên liệu tổng cho cả hai mục đích cung cấp điện và nhiệt trong sơ

đồ đặt riêng rẽ rõ ràng bằng tổng nhiên liệu của lò hơi LH1 và LH2:

F’ = Fo + FHTT [kg/s] (2.2.4.11) Suất tiêu hao nhiên liệu tổng của phương án sản xuất riêng rẽ được xác định như sau:

[kg/kJ] (2.2.4.12)

Độ tăng tiêu hao nhiên liệu tổng so sánh giữa phương án sản xuất riêng rẽ với phương án sản xuất đồng phát được tính theo công thức sau:

[kg/s] (2.2.4.13)

Độ tăng về suất tiêu hao nhiên liệu so sánh giữa hai phương án sản xuất riêng

rẽ với phương án đồng phát được xác định bới công thức sau:

[kg/kJ] (2.2.4.14)

Kết luận:

1) Độ tăng tiêu hao nhiên liệu so sánh giữa hai phương án sản xuất riêng rẽ

và đồng phát (mức độ tiết kiệm nhiên liệu) sẽ tăng lên khi quy mô HTT (Q T ) càng tăng;

2) Độ tăng tiêu hao nhiên liệu so sánh giữa hai phương án sản xuất trên sẽ

tỷ lệ với tính số x T x q (tỷ lệ với tỷ số ; hàm số có đạo hàm theo biến i T luôn âm; tức làm hàm số nghịch biến theo biến i T ) Do đó, độ tăng tiêu hao nhiên liệu so sánh giữa hai phương án sẽ càng lớn nếu thông số hơi

ĐÀO HOÀNG ANH – KHÓA 2009 23 KỸ THUẬT NHIỆT – LẠNH

3) Độ tăng suất tiêu hao nhiên liệu so sánh giữa hai phương án sản xuất riêng rẽ và đồng phát tỷ lệ với quy mô HTT (tỷ lệ nghịch với hệ số x =

Hình 2.6 – Cân bằng năng lượng so sánh hiệu quả sản xuất đồng phát với riêng rẽ

Trích từ nguồn của Hiệp hội đồng phát nhiệt – điện Mỹ (USCHPA – United States Combined Heat ánh Power Association)\

Qua đó ta dễ dàng thấy rằng, để sản xuất ra 35 kW điện và 50 kW nhiệt, nếu dùng công nghệ truyền thống tức là sản xuất riêng rẽ thì chúng ra phải tiêu tốn nhiên liệu tương đương với 189 kW nhưng nếu dùng công nghệ đồng phát chúng ta chỉ tiêu tốn một lượng nhiên liệu tương ứng với 100 kW Nói cách khác, trong ví dụ trên dùng động cơ píttông để sản xuất đồng phát sẽ đạt hiệu suất cao gấp 1,89 lần (189/100) so với sản xuất riêng rẽ

Từ đó, trong luận văn này em đã tiến hành lựa chọn một sơ đồ tạm gọi là chuẩn đồng phát để tiện phân tích và đánh giá hiệu quả năng lượng của các sơ đồ thực tế

Sơ đồ mà em lựa chọn là sơ đồ có Tuabin trích hơi (bản vẽ và chi tiết tính toán xem các chương sau) với các thông số tương đương Để từ đó so sánh với trung tâm đồng phát Ninh Bình có Tuabin đối áp mắc song song với Tuabin ngưng hơi với 1 cửa trích hơi

CHƯƠNG 3 - MÔ TẢ DÂY CHUYỂN CÔNG NGHỆ NHIỆT ĐIỆN ĐỒNG PHÁT CHO DỰ ÁN NHÀ MÁY SẢN SUẤT PHÂN ĐẠM

CHUẨN

3.1 MỞ ĐẦU

Em nhận thấy đồng phát phân đạm Bắc Ninh có nhiều câu hỏi nghi vấn xung quanh vấn đề lò hơi và Tuabin hơi nên đòi hỏi phải tính toán phân tích đánh giá nó một cách nghiêm túc Để có thể so sánh em đã lựa chọn một dây chuyền công nghệ nhiệt điện đồng phát chuẩn cho nhà máy sản xuất phân đạm Sau đây em sẽ tiến hành mô tả rồi tính toán, phân tích, so sánh thông qua sơ đồ này

3.2 MÔ TẢ CHUNG

Một xưởng nhiệt điện đốt than sẽ được lắp đặt tại xưởng nhà máy phân đạm đảm bảo cho nhu cầu hơi và năng lượng cho các quá trình công nghệ, hệ thống phụ trợ và hệ thống ngoài phạm vi nhà máy Xưởng nhiệt điện sẽ cung cấp hơi, điện lâu dài, tin cậy cho toàn nhà máy

Dưới điều kiện bình thường, các mức bao gồm hơi cao áp (9,8 Mpa) hơi trung áp (4,2 Mpa) hơi dưới trung áp (1,2 Mpa) hơi thấp áp (0,5 Mpa) được cung cấp cho quá trình công nghệ

Trong trường hợp bình thường, tổng nhu cầu điện năng của toàn nhà máy là

35 MW, trong khi công suất thiết kế của xưởng nhiệt điện là 36 MW, nó sẽ được vận hành song song với hệ thống lưới điện bên ngoài nhà máy Thời gian hoạt động thường là 8000h/năm

Trên cơ sở cân bằng hơi, xưởng nhiệt điện bao gồm 1 bộ tuabin ngưng hơi có trích hơi điều chỉnh, 2 lò hơi tầng sôi tuần hoàn (1 hoạt động 1 dự phòng) và các thiết bị phụ trợ cần thiết như hệ thống quạt, hệ thống cấp than, hệ thống thải xỉ, tro bay, hệ thống cấp nước lò, hệ thống quạt, hệ thống cấp than, hệ thống thải xỉ, hơi,

hệ thống dầu và nhiều hệ thống khác nữa

3.3 MÔ TẢ QUÁ TRÌNH

3.3.1 Đặc tính nhiện liệu

Nhiên liệu than được cung cấp bởi hệ thống thùng chứa than bằng hệ thống

dây chuyền nổi Đặc tính của nhiên liệu được mô tả trong bảng sau :

Thông số Đơn vị Giá trị thiết kế

ĐÀO HOÀNG ANH – KHÓA 2009 25 KỸ THUẬT NHIỆT – LẠNH

Để loại bỏ H2S, khí thải từ quá trình công nghệ, chúng sẽ được đưa tới lò hơi

Để đảm bảo yêu cầu phát thải của khí thải, bột đá sẽ được cung cấp với cỡ hạt 0÷0,2

mm vào lò hơi để giảm hàm lượng SO2

3.3.2 Mô tả quá trình

Đây là mô tả sơ bộ hệ thống lò hơi tầng sôi tuần hoàn và hệ thống tuabin

máy phát của xưởng nhiệt điện Hệ thống lò hơi tầng sôi tuần hoàn và tuabin máy

phát có thể hoạt động đúng như đặc tính mô tả với đúng điều kiện đòi hỏi về thiết

kế

1 Hệ thống cấp nhiệt lò hơi

Nhiên liệu than được cấp bởi hệ thống thùng chứa than Nhiên liệu thô sẽ

được đập sơ bộ và sàng lọc tại hệ thống cấp than để đạt tới yêu cầu về cỡ hạt

0÷15mm sau đó được đưa tới dây chuyền bằng băng tải chuyển tới thùng chứa than

Một thùng chứa có thể cung cấp cho một lò hoạt động Thể tích của mỗi thùng chứa

sẽ cung cấp đủ cho một lò hoạt động liên tục bình thường trong 8h Nhiên liệu được

đưa vào buồn đốt từ phía dưới thùng chứa bằng máy tiếp nhiên liệu Khí thải từ hệ

thống lưu huỳnh cũng sẽ được cấp vào lò

2 Hệ thống cấp bột đá vôi

Để phục vụ về yêu cầu khí thải, hệ thống cấp bột đá vôi với cỡ hạt 0÷2mm sẽ

được thêm vào buồng đốt để giảm hàm lượng SO2

Máy nghiền đá sẽ được lắp đặt tại xưởng nhiệt điện Công suất của hệ thống

là 10 T/h Đá sẽ được vận chuyển tới thùng chứa và sau đó cấp vào máy nghiền

bằng hệ thống băng tải Đá được nghiền trong máy nghiền và qua hệ thống sàng lọc

bằng băng tải Bột đá đạt chất lượng sẽ được đưa vào thùng chứa, rồi được đưa vào

lò bằng hệ thống khí nén Bột đá không đạt chất lượng sẽ được đưa quay trở mại máy nghiền

3 Hệ thống buồng đốt

Hệ thống đốt cháy cho từng lò hơi với 3 bộ cấp than, 1 bộ quạt gió chính (cấp 1), 1 bộ quạt gió cấp 2, 2 bộ quạt cao áp tần sôi, 1 bộ gồm quạt và 2 súng đánh lửa mồi dầu và hơn nữa

Nhiên liệu và bột đá được đốt cháy trong buồng đốt tầng sôi tuần hoàn Nhiệt

độ của buồng đốt sẽ được duy trì trong khoảng 850÷900 oC Tại đầu ra của buồng đốt khí thải, tro bay cùng nhiện liệu chưa cháy hết sẽ được đưa qua 1 bộ phận tách cyclon, nơi những hạt lớn sẽ được tách ra và quay trở lại buồng đốt

Khí thải sau đó qua bộ trao đổi nhiệt quá nhiệt cấp 1 và cấp 2, qua bộ hâm nược, bộ sấy không khí Sau đó khí thải sẽ được đưa qua bộ lọc bụi tĩnh điện Một

bộ lọc bụi tĩnh điện gồm 3 trường sẽ được cung cấp cho mỗi lò hơi để giữ lại bụi bẩn trước khi thỉa ra ngoài môi trường băng quạt và ống khói

Khí xả bẩn sẽ được lắp đặt trên đỉnh của thùng chứa, Ở phía dưới thùng chứa

sẽ có một bộ phận cấp tro và máy khuấy trộn ẩm nơi nước sẽ được phun vào tro bay Tro sẽ được vận chuyển ra ngoài trạm thải xỉ bằng xe tải

Hai bộ là mát tro sẽ được lắp đặt cho mỗi lò hơi Tro xỉ với nhiệt độ khoảng 850÷900 oC được đưa vào bộ làm mát tro xỉ qua ống thải xỉ và được làm mát tới nhiệt độn 150 hoặc thấp hơn Sau đó được vận chuyển tới thùng chứa xỉ bằng hệ thống băng tải Một thùng chứa xỉ thải sẽ được lắp đặt cho 2 lò hơi hoạt động có thể tích đảm bảo thải xỉ liên tục và lớn nhất trong vòng 8h xỉ thải sẽ được làm ẩm vầ vận chuyển ra ngoài kho thải xỉ bằng xe tải

5 Hệ thống hơi

Nước cấp đi sau khi đi qua BGNCA được làm nóng tới nhiệt độ 175 oC Sau

đó được đưa qua bộ hâm nước tiếp tục được làm nóng rồi đưa tiếp tới bao hơi và lò hơi Trong bao hơi nước được đi từ trên xuống bằng đường ống nước xuống và được làm nóng bằng trao đổi nhiệt bức xạ thông qua bức tường nước và được đưa trở lai bao hơi với vòng tuần hoàn tự nhiên Sau khi được phân hơi và nước trong bao hơi, hơi bão hòa sẽ được vào bộ quá nhiệt cấp 1 và 2 để nâng thống số hơi đạt yêu cầu (9,8Mpa, 540 oC)

Hơi cao áp từ lò hơi sẽ được cung cấp cho Tuabin ngưng trích hơi điều chỉnh, xưởng phân lý không khí, và bộ phận giảm áp

ĐÀO HOÀNG ANH – KHÓA 2009 27 KỸ THUẬT NHIỆT – LẠNH

chứa bằng bơm nước ngưng và sau đó được đưa qua hệ thống là mát xỉ thải Bình thường, nước ngưng đã được làm nóng được đưa qua bình khử khí, trong trường hợp nó không đảm bảo yêu cầu sẽ được đưa trở lại khu vực xử lý nước khử khoảng

- Hơi vào phần CA của tuabin ngưng là hơi cao áp (9,8 Mpa nhiệt độ

540oC) được lấy ra từ lò hơi Hơi ra khỏi phần CA là hơi trung áp (4,2 Mpa)

- Hơi vào phần HA là hơi trung áp (4,2 Mpa nhiệt độ 390 oC), phần trung

áp có cửa trích không điều chỉnh (1,2 Mpa) để ra nhiệt cho bộ gia nhiệt cao áp Hơi ra khỏi tuabin có áp suất 0,012 Mpa, được đưa vào bình ngưng

Hệ thống dầu được cung cấp để bôi trơn và điều chỉnh cho tuabin hơi Hệ thống gồm thùng chứa dầu, bộ lọc, bộ làm mát, bơm dầu chính, bơm dầu phụ và bơm dầu khẩn cấp và nhiều hơn nữa

+ Thông số hơi 4,2 Mpa/390 oC

+ Một phần vào tuabin HA để phát điện phần còn lại dùng cho công nghiệp (để dẫn động tuabin quay máy nén khí NH3, máy nén khi CO2, máy nén khí tuần hoàn và máy nén khỉ tổng hợp)

Tổng lượng hơi tiêu thụ lớn nhất của toàn nhà máy là 390t/h

Hơi áp suất cao được tạo rà từ lò hơi CFB sẽ được sử dụng để dẫn động tuabin ngưng trích hơi điều chỉnh qua máy phát điện và tuabin máy nén phân ly không khí

Hơi trung áp sinh ra ở các lò hơi nhiệt thừa công đoạn khí hóa than và chuyển hóa CO sẽ được sử dụng trong chính công đoạn khí hóa và công đoạn chuyển hóa CO

Hơi dưới trung áp sinh ra từ ở lò hơi nhiệt thừa công đoạn tổng hợp NH3, hơi rút từ tuabin ngưng hơi sẽ được sử dụng để dẫn động tuabin hơi các máy phát điện, máy nén khí tổng hợp amônia và các tuabin khác

Hơi hạ áp được tạo ra từ hơi chèn tuabin hơi và lò hơi nhiệt thừa được cấp cho bình khử khí và một số bộ phận công nghệ

Hơi thấp áp sẽ được sử dụng hoán đổi giữa xưởng nhiệt điện và các quá trình công nghệ khác Trong trường hợp khởi động của quá trình công nghệ, hơi sẽ được đưa từ xưởng nhiệt điện sang Trong trường hợp còn lại, khi các quá trình công nghệ ở trạng thái hoạt động bình thường, hơi thấp áp sẽ được đưa sang xưởng nhiệt điện và sử dụng cho bình khử khí

ĐÀO HOÀNG ANH – KHÓA 2009 29 KỸ THUẬT NHIỆT – LẠNH

CHƯƠNG 4 - XÁC ĐỊNH TIÊU HAO HƠI CỦA TUABIN CHU

TRÌNH CHUẨN

4.1 XÂY DỰNG QUÁ TRÌNH NHIỆT TRÊN GIẢN ĐỒ I-S

Công suất kinh tế của tuabin:

Nhiệt giáng sử dụng trong tuabin Hoi=Ho.ηoi=1309.0,8325=1089,743 kJ/kg

Đồ thị i-s của quá trình nhiệt giáng trong tầng cánh tuabin:

540 0 C

98 bar 93,1 bar

0,12 bar

0 0'

ĐÀO HOÀNG ANH – KHÓA 2009 31 KỸ THUẬT NHIỆT – LẠNH

4.2 TÍNH NHIỆT SƠ ĐỒ HỒI NHIỆT CỦA THIẾT BỊ TUABIN

BKKP

BÓ xö lý n−íc ng−ng tõ CN vÒ

M¸y nÐn khÝ tuÇn hoµn

M¸y nÐn NH3 M¸y nÐn CO2

M¸y nÐn khÝ tæng hîp

BN

4,8 bar

1,7 bar 0,12 bar

BHN

Tính toán sơ đồ nhiệt nguyên lý với các giả thiết như sau:

- Tổn thất áp suất trên đường ống từ cửa trích đến bình gia nhiệt là 5%

- Độ gia nhiệt không tới mức trong bình gia nhiệt là

θ = 4 0C đối với GNCA

θ = 30C đối với GNHA

- Nhiệt đồ hơi bão hòa ở BN với áp suất pk=0,12 bar là tk=49,45 oC

- Khi tính tới nhiệt độ quá lạnh ra khỏi bình ngưng là 1 oC thì ta có nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng là: tk = 48,45oC

- Bình khử khí có áp suất pd= 5 bar → tkk = 151,840C.Với bộ làm mát ejectơ nước ngưng qua bộ này nhiệt độ tăng lên 80C Lưu lượng hơi mới đưa vào ejectơ chọn 0,3% lưu lượng hơi vào tuabin

=> Nhiệt độ nước ngưng qua bình làm mát ejecto tăng lên 80C Do đó nhiệt độ

ra khỏi bình làm mát ejectơ :

tej = tk+2+ 8 = 48,45+2+8 = 58,450C

- Nhiệt độ nước cấp ra khỏi bình gia nhiệt cuối cùng là 175 oC

Độ gia nhiệt của các BGN và KK

¾ Độ gia nhiệt BGN cao áp (GNCA) :

o 1

2 175 151,84 2

21,16 C1

Ta giả sử khi nước đi qua bình gia nhiệt làm mát xỉ thải nhiệt độ sẽ tăng

từ 58,45 oC đến 117 oC=> độ gia nhiệt BNG làm mát xỉ thải:

kkc kkc kkp

Vậy độ gia nhiệt của bình KKC là ∆tkkc=34,84 oC

- Độ quá lạnh nước ngưng ra khỏi bình gia nhiệt chọn ∆t =50C

- Nhiệt hàm(entanpi) nước cấp vào bình gia nhiệt :

i1nc = cp.t1nc

ĐÀO HOÀNG ANH – KHÓA 2009 33 KỸ THUẬT NHIỆT – LẠNH

- Nhiệt hàm nước cấp ra khỏi bình gia nhiệt:

Chọn: Lưu lượng hơi mới vào êjectơ: αej = 0,007

Lưu lượng hơi mang đi chèn: αch = 0,008

Lưu lượng hơi rò rỉ: αrr = 0,01

Lưu lượng hơi xả bỏ : αxả = 0,02

Entanpi của nước bổ sung: ibs=4,18*30=125,4 kJ/kg (thường lấytbs=30o)

4.2.2 Tính cân bằng nhiệt và xác định tiêu hao hơi của Tuabin trích hơi điều

chỉnh cho phía công nghệ của sơ đồ chuẩn

4.2.2.1 Tính sơ bộ lưu lượng hơi tiêu hao của Tuabin khi có trích hơi cho công

nghệ

Như lý thuyết đã trình bày ở phần trên

Lưu lượng hơi tiêu hao khi có trích hơi điều chỉnh cho công nghiệp

Entanpy hơi trích được xác định trên đồ thị i-s iT =3295 kJ/kg

Theo sơ đồ nguyên lý của trung tâm đồng phát sản xuất phân đạm chuẩn thì hơi từ lò hơi còn cấp cho một thiết bị quan trọng là tuabin khéo máy phân ly không

khí (PLKK)

Lượng hơi cấp lớn nhất có thể cho nó là D=134 t/h Lưu lượng hơi tưng đối α =

Bảng 4.1: Bảng thông số hơi tại các cửa trích

Nhiệt hàm hơi trích [kJ/kg] 3010 2763 2763 2763 - 2388.3

Nhiệt hàm của nước đọng [kJ/kg] 752.4 655.591 493.24 351.12 418 202.52

Nhiệt độ nước cấp ra khỏi BGN [˚C] 175 151.84 115 81 58.45 48.45 Nhiệt hàm nước cấp ra khỏi BGN [kJ/kg] 731.5 634.691 480.7 338.58 244.32 202.52

Nhiệt hàm nước cấp vào BGN [kJ/kg] 643.051 489.06 338.58 196.46 210.88 -

4.2.2.2 Tính cân bằng nhiệt các bình gia nhiệt và khử khí

Lưu lượng nước cấp

Hình 4.5: Bình gia nhiệt cao áp

Phương trình cân bằng nhiệt của GNCA:

=>

' 1

Với i ch = i o – 100 = 3478 -100 = 3378 và hiệu suất bình gia nhiệt η=0,98, ta

có lưu lượng hơi trích cho GNCA:

ĐÀO HOÀNG ANH – KHÓA 2009 35 KỸ THUẬT NHIỆT – LẠNH

Bảng 4.2: Các thông số đã biết để tính nhiệt BGNCA

Lưu lượng nước qua BGN 1,5684375 Entanpy hơi vào

Entanpy nước đọng Entanpy của nước cấp ra Entanpy của nước vào Lưu lương hơi chèn vào BGN Entanpy của hơi chèn

Từ phương trình cân bằng vật chất cho BKKC ta có:

α gnnn ;i v gnnn α gnnn ;i r

gnnn

α tr gnnn ;i tr' gnnn

Hình 4.6:Bình gia nhiệt nước ngưng tụ từ phía công nghệ hồi về

Ta có phương trình cân bằng băng lượng BGNNN

Bảng 4.3:Câng bằng nhiệt cho BGNNN

Entanpy hơi trích vào

Entanpy nước đọng

Entanpy của nước cấp ra

Lưu lượng hơi trích vào BGNNN 0,049582404

Entanpy của nước vào

αkkp; i tr kkp

αkkp; i r kkp

ĐÀO HOÀNG ANH – KHÓA 2009 37 KỸ THUẬT NHIỆT – LẠNH

Hiệu suất Lưu lượng nước từ BGNNN vào KKP 0,824620545 Lưu lượng hơi trích vào KKP 0,051349547 Lưu lượng nước ra khỏi KKP 0,875970093

α kkc; ikkctr

α nc; i r kkc

Entanpy hơi trích từ Tuabin vào KKC 2763

Entanpy của hơi chèn trục

Lưu lượng nước đọng của hơi chèn vào KKC 0.00396

Lưu lượng nước ra khỏi BKK

Lưu lượng nước bố sung

Entanpy hơi từ BPL

Lưu lượng hơi từ BPL

Entanpy nước từ KKP

Lưu lượng nước từ KKP

Kết quả tìm được từ việc giả hệ phương trình trên

Lưu lượng hơi trích cho KK

Lưu lương nước vào

4.2.2.3 Xác định lưu lượng hơi cấp vào Tuabin

Bảng 4.6:Xác định các hệ số không tận dụng nhiệt giáng

Điểm trích α i i i y i i i y i

GNCA 0.0604230 3010 0.570540944 0.03447377 KKC 0.1450042 2763 0.343881998 0.04986435 KKP 0.0513495 2763 0.343881998 0.017658185 GNNN 0.0495824 2763 0.343881998 0.017050496 Công Nghệ 0.546875000 3295 0.832070497 0.455038553

=

− −∑

Thay số ta được

ĐÀO HOÀNG ANH – KHÓA 2009 39 KỸ THUẬT NHIỆT – LẠNH

3600.36.0, 9

260, 3385869 t/h(3478 2388, 257).(1 0, 574085355).0, 98.0, 985

Lưu lượng hơi vào Tuabin (Phần CA) Do=260,3385869 t/h

Lưu lượng hơi vào Tuabin PLKK D=129.6614131 t/h

Lưu lượng hơi từ Tuabin trích hơi điều chỉnh trích cho phân xưởng sản xuất

DT= 140 t/h Lưu lượng hơi vào phần HA Dk=115,941594 t/h

CHƯƠNG 5 - TÍNH NHIỆT TUABIN Π36-98/42 CHU TRÌNH

CHUẨN

Tính toán tầng điều chỉnh là một bước rất quan trọng trong thiết kế Tuabin, nó ảnh hưởng rất lớn đến hình dạng phần cao áp, số tầng không điều chỉnh và hiệu suất toàn bộ máy

Ở Tuabin hiện đại thường sử dụng điều chỉnh bằng ống phun Tầng điều chỉnh (TĐC) thường là tầng Kectrit kép, đôi khi có thể sử dụng tầng xung lực đơn

Nếu dùng điều chỉnh bằng tiết lưu thì không cần TĐC Chức năng điều chỉnh trong trường hợp này được thay thế bằng van tiết lưu

5.1 CHỌN TỶ SỐ U/C a VÀ THIẾT KẾ TẦNG ĐIỀU CHỈNH CHO PHẦN CAO ÁP VÀ HẠ ÁP

Để thuận tiện cho phần tính toán trong luận văn này em chọn Tuabin có tầng điều chỉnh kép cho cả phần cao áp và hạ áp

Tỷ số u/Ca của tầng điều chỉnh kép phần cao áp và hạ áp đều là 0,24

Từ đó có thể tính nhiệt giáng của TĐC và tầng không điều chỉnh (TKĐC) của phần cao áp và hạ áp (chi tiết tính toán xem phụ lục tính toán PL1, PL2):

- Nhiệt giáng đẳng entropi của TĐC PCA là hor=187,06 kJ/kg

- Nhiệt gián lý thuyết cho các TKĐC PCA là ho=69,94 kJ/kg

- Nhiệt giáng đẳng entropi TĐC PHA là hor=257,90 kJ/kg

- Nhiệt gián lý thuyết cho các TKĐC PHA là ho=825,10 kJ/kg

5.2 TÍNH SỐ TẦNG TUABIN

5.2.1 Chọn các số liệu cơ bản

Do yêu cầu của công nghệ, Tuabin có cửa trích cho HTT nhiệt là 4,2 Mpa Cho nên khi tính toán ta chia tầng của Tuabin ra như sau:

PCA: Từ sau TĐC đầu tiên đến cửa trích cho HTT 4,2 Mpa

PHA: Từ sau TĐC thứ 2 đến ống thoát vào BN của Tuabin