SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG MÔN NHIÊN LIỆU RẮN

Chu trình Carnot • Hiệu suất của quá trình chuyển hóa năng lượng của phản ứng cháy thành công năng được đặc trưng bởi chu trình Carnot. • Trong đó TL và TH lá nhiệt độ cao nhất và thấp nhất của quá trình. Nhiệt độ thấp nhất đó chính là nhiệt độ thường. Có thể thấy rằng với Th từ 540650oC đó là quá trình của các tuabin hơi nước, hiệu suất Carnot thấp • Quá trình sử dụng turbin khí thì hiệu suất carnot cao hơn vì nhiệt độ Th là khoảng 1200oC – 1400oC. Quá trình đốt khí tuabin phải chú y nghiêm ngặt đến quá trình làm sạch khí trong khí đó quá trình convertinal combustion có thể sử dụng nguyên liệu rẻ tiền và thậm chí cả chất rắn.

SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG

• Giảng viên : Văn Đình Sơn Thọ

•Thời lượng : 45 tiết

• Phone : 097.360.4372

• thovds-petrochem@mail.hut.edu.vn

•Địa chỉ load bài giảng :

•https://sites.google.com/site/vandinhsontho

Chu trình Carnot

• Hiệu suất của quá trình chuyển hóa năng

lượng của phản ứng cháy thành công năng được đặc trưng bởi chu trình Carnot

• Trong đó TL và TH lá nhiệt độ cao nhất và

thấp nhất của quá trình Nhiệt độ thấp nhất đó chính là nhiệt độ thường

Trong đồ thị này khi nhiệt độ Th =27oC và Tl khoảng -100oC hoặc -200oC thì hiệu suất chu trình carnot âm Đó chính là quá trình làm lạnh (ASU)

Hiệu suất của quá trình Carnot cho các chu trình được trình bày ở bảng 7.10 và so sánh với số liệu thực tế

• Có thể thấy rằng với Th từ 540-650oC đó là quá trình

của các tuabin hơi nước, hiệu suất Carnot thấp

• Quá trình sử dụng turbin khí thì hiệu suất carnot cao hơn

vì nhiệt độ Th là khoảng 1200oC – 1400oC Quá trình

đốt khí tuabin phải chú y nghiêm ngặt đến quá trình làm sạch khí trong khí đó quá trình convertinal combustion

có thể sử dụng nguyên liệu rẻ tiền và thậm chí cả chất rắn

• Động cơ diesel cho hiệu suất chu trình carnot cao nhất

vì nhiệt độ TH lên đến 2000oC, tuy nhiên với nhiệt độ

này thì lượng NOx tạo ra rất lớn

• Hầu hết hiệu suất hữu ích của chu trình carnot chỉ vào khoảng 54-75%

Chu trình hơi nước ( Steam cycle)

• Trong chi trình hở, bơm sẽ tạo ra áp suất nước từ áp

suất thường (A) đến áp suất làm việc của lò hơi ( B)

Nước sẽ được cấp nhiệt đến nhiệt độ sôi (C) và sai đó

sẽ bay hơi (D)

• Hơi nước quá nhiệt sẽ là đoạn DE trên đồ thì T-s Sự

giãn nở từ nhiệt độ cao và áp suất cao về áp suất thấp

và nhiệt độ thấp (EF) sẽ tiến hành trong turbin

• Toàn bộ lượng nhiệt được thể hiện ở chu trình ABCDEF

• Với chu trình kín ( close cycle) kết hợp với ngưng tụ

được biết đến như chu trình Rankine Quá trình tiếp tục đến F’ ( áp suất dưới áp suất khí quyển), hơi nước được ngưng tụ và quay về vị trí A’ Chu trình lúc này sẽ là

A’ABCDEFF’

• Turbin khí được sử dụng rộng rãi đó là

• Không khí được nén vào máy nén và

được nén đến áp suất B để đốt cháy nhiên liệu

• Sản phẩm khí của quá trình cháy có nhiệt

độ cao được đưa vảo turbin C và khí nóng sau khi qua turbin được đưa đến stack

• Hiệu suất của chu trình này là 43% ( thấp hơn carnot 10%)

• Đối với chu trình hở như máy bay các turbin khí thì nhiệt độ làm việc khoảng 1500oC và hiệu

suất nhiệt của chu trình có thể đạt đến 45-50% (LHV)

• Nếu nhiệt độ vào của turbin khí tăng từ 1200 lên 1500oC thì hiệu suất nhiệt sẽ tăng từ 80-83%

• Tuy nhiên một nhược điểm của quá trình này là sản sinh ra NOx

• Không khí được nén vào máy nén và được nén đến áp suất B để đốt cháy nhiên liệu

• Sản phẩm khí của quá trình cháy có nhiệt độ

cao được đưa vảo turbin C và khí nóng sau khi qua turbin được đưa đến stack

• Hiệu suất của chu trình này là 43% ( thấp hơn carnot 10%)

• Khí sau khi ra khỏi turbin thì vẫn có nhiệt độ cao

do và nó lại là nguồn nhiệt để cho chu trình hơi

ở hệ thống tạo hơi thu hồi (heat recovery steam generator-HRSG)

• Hiệu suất chu trình là 70%

Đồ thị T-s của chu trình phối hợp CC

Chu trình IGCC ( Integrated gasification combined cycle)

• Quá trình IGCC là sự kết hợp của quá trình khí hóa và quá trình CC

• Sự kết hợp quá trình khí hóa là để chuyển hóa các nhiên liệu rắn như than, gỗ, dầu nặng… chuyển hóa thành khí và có thể sử dụng cho turbin khí

• Quy trình nay đòi hỏi phải có công đoạn loại SO2 ( công nghệ Flue gas desufurization-FGD) của sản phẩm khí thu được trước khi đưa vào quá trình CC

• Sau khí xử ly, các khí này sẽ được đốt tương tự với phản ứng đốt của khí thiên nhiên

• Quá trình IGCC luôn kết hợp với quá trình hơi nước

• Hiệu suất nhiệt của chu trình hơi là khoảng 38% là do nguyên nhân phải tốn lượng nhiệt lớn để hóa hơi hơi nước Năng lượng sử dụng cho hóa hơi này được tận dụng ở quá trình trao đổi nhiệt với sản phẩm khí của quá trình khí hóa

• Tiếp theo là quá trình HRSG, quá trình này tận dụng nhiệt của

turbin khí để tiếp tục gia nhiệt cho hơi nước đủ đến nhiệt độ và áp suất để vận hành turbin hơi nước Khi phối hợp của tận dụng nhiệt của thiết bị khí hóa và turbin khí thì hiệu suất nhiệt là khoảng 40%

• Trong quy trình IGCC luôn đề cập đến quy trình tách không khí Để hiệu quả người ta có thể tách không khí sau khi turbin đưa ngược lại thiết bị ASU, tuy nhiên do có áp suất thấp

• Thiết bị ASU hoạt động ở áp suất vào khoảng 20 bar và có thẻ sản xuất O2 và N2 với áp suất 5bar Tuy nhiên oxy cho quá trình khí hóa thì không cần đòi hỏi áp suất cao lắm Nito được tách ra từ thiết bị ASU được đưa vào pha loãng khí gas để giảm nhiệt độ của ngọn lửa với mục đích giảm khí thải NOx Ưu điểm là đã có sắn N2 ở áp suất cao

Impulse turbin

• An impulse turbine has fixed nozzles that orient the steam flow into

high speed jets These jets contain significant kinetic energy, which the rotor blades, shaped like buckets, convert into shaft rotation as the steam jet changes direction A pressure drop occurs across only the stationary blades, with a net increase in steam velocity across the stage

• As the steam flows through the nozzle its pressure falls from inlet pressure to the exit pressure (atmospheric pressure, or more

usually, the condenser vacuum) Due to this higher ratio of

expansion of steam in the nozzle the steam leaves the nozzle with a very high velocity The steam leaving the moving blades is a large portion of the maximum velocity of the steam when leaving the

nozzle The loss of energy due to this higher exit velocity is

commonly called the "carry over velocity" or "leaving loss"

Reaction turbines

• In the reaction turbine, the rotor blades themselves are

arranged to form convergent nozzles This type of

turbine makes use of the reaction force produced as the steam accelerates through the nozzles formed by the

rotor Steam is directed onto the rotor by the fixed vanes

of the stator It leaves the stator as a jet that fills the

entire circumference of the rotor The steam then

changes direction and increases its speed relative to the speed of the blades A pressure drop occurs across both the stator and the rotor, with steam accelerating through the stator and decelerating through the rotor, with no net change in steam velocity across the stage but with a

decrease in both pressure and temperature, reflecting the work performed in the driving of the rotor