Thiết kế nhà máy nhiệt điện công suất 100MW

Trong đó, khâubiến đổi hóa năng của nhiên liệu thành điện năng của dòng hơi là rất quan trọng, và để thực hiện đều đó chúng ta cần có nhà máy nhiệt điện.. Tính toán sơ đồ

DANH SÁCH PHÂN CÔNG ĐỒ ÁN NHÓM 08

Chương 1 : Đề xuất và chọn phương án (Mai Minh Tài)

Chương 2 : Thành lập và tính toán sơ đồ nhiệt

2.1 Thành lập sơ đồ nhiệt (Phan Thị Thảo)

2.2.Thành lập đồ thị i-s biễu diễn quá trình làm việc của dòng hơi trong tuabin

(Phan Thị Thảo)

2.3.Tính toán sơ đồ nhiệt nguyên lí (Vũ Văn Thành+Nguyễn Đăng Tân )

2.4 Xác định các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của tổ máy (Lý Duy Thanh)

Chương 3 : Tính toán lựa chọn các thiết bị chính

3.1.Tính toán lựa chọn thiết bị gian máy (Phan Thị Thảo+Nguyễn Đăng Tân

+ Lý Duy Thanh)

3.2.Tính toán lựa chọn thiết bị gian lò hơi (Mai Minh Tài + Vũ Văn Thành)

Chương 4 : Thuyết minh sơ đồ nhiệt chi tiết

4.1.Đường hơi mới (Mai Minh Tài)

4.2 Đường hơi phụ (Mai Minh Tài)

4.3.Đường nước ngưng (Mai Minh Tài)

4.4 Đường nước cấp (Mai Minh Tài)

4.5 Đường nước đọng (Mai Minh Tài)

4.6 Lò hơi (Vũ Văn Thành)

4.7 Tuabin (Vũ Văn Thành)

4.8 Bình ngưng (Vũ Văn Thành)

4.9 Ejectơ (Nguyễn Đăng Tân)

4.10.Bình gia nhiệt hạ áp (Nguyễn Đăng Tân)

4.11 Bình khử khí (Nguyễn Đăng Tân)

4.12.Bình gia nhiệt cao áp (Phan Thị Thảo)

4.13 Bơm nước ngưng (Phan Thị Thảo)

4.14.Bơm nước cấp (Phan Thị Thảo)

4.15.Bơm tuần hoàn (Lý Duy Thanh)

4.16.Bơm nước đọng (Lý Duy Thanh)

Chương 5 :Thuyết minh bố tri nhà máy (Mai Minh Tài +Vũ Văn Thành+ Lý Duy Thanh)

5.1.Những yêu cầu chính

LỜI NÓI ĐẦU.



Năng lượng là động lực của quá trình phát triển nhân loại cũng như bất kỳ quốc gia nào Ngày nay mọi quốc gia nhận thức được rằng để phát triển kinh tế bền vững buộc phải biết kết hợp hài hòa giữa ba quá trình phát triển: Kinh tế - Năng lượng – Môi trường.Năng lượng là một nhân tố quan trọng, vì vậy mà mỗi quốc gia đều có một định hướng phát triển trung hạn, dài hạn khác nhau nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về năng lượng Hiện nay, nước ta cũng như các nước trên thế giới lượng điện năng do nhà máy nhiệt điện sản xuất ra là rất lớn so với tổng số lượng điện năng toàn quốc Trong đó, khâubiến đổi hóa năng của nhiên liệu thành điện năng của dòng hơi là rất quan trọng, và để thực hiện đều đó chúng ta cần có nhà máy nhiệt điện Chính vì vậy ở mục tiêu đồ án này là dựa trên những kiến thức về “Tuabine 1 – 2” và “Thiết kế nhà máy nhiệt điện” sẽ giúp chúng ta tính toán thiết kế được sơ đồ chi tiết nhà máy nhiệt điện, mà chúng ta sẽ gặp trong một tương lai gần khi chúng ta ra trường Để từ đó có những đóng góp tích cực cho

sự phát triển của đất nước

Qua đây chúng em chân thành cảm ơn thầy giáo “TS Trần Thanh Sơn” đã tận tình chỉ bảo chúng em trong suốt quá trình học tập các môn “Tuabine 1-2”, “Thiết kế nhà máynhiệt điện” và làm đồ án môn học tuabine

Danh sách nhóm 08

- Phan Thị Thảo

-Mai Minh Tài

-Nguyễn Đăng Tân -Lý Duy Thanh -Vũ Văn Thành

-Nhà máy nhiệt điện: Chỉ sản xuất điện cung cấp cho lưới điện chung.

-Trung tâm nhiệt điện: Vừa sản xuất điện cấp lên lưới điện chung vừa cung cấp hơihoặc nước nóng cho hộ tiêu thụ

Do công suất yêu cầu nhỏ (chỉ 100 MW) nên chỉ đảm bảo cung cấp cho lưới điệnchung nên ta chọn nhà máy nhiệt điện ngưng hơi (hơi thoát ra khỏi tuabin được đưa vàobình ngưng để thải nhiệt cho môi trường làm mát) Trên thế giới hiện nay các tổ máy cócông suất nhỏ hơn 300 MW có thông số cao nhưng vẫn thuộc loại dưới tới hạn tức nó cóáp suất hơi quá nhiệt nhỏ hơn áp suất tới han pc=221,3 bar của hơi nước Do đó ta sửdụng loại lò hơi có bao hơi

1.2 Vị trí đặt nhà máy:

-Chúng ta sẽ đặt nhà máy tại xã Bình Khê, huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh -Thuận lợi vị trí địa lý: Gần các mỏ than Mạo Khê (khoảng 50km) Sau khi đi vàohoạt động sẽ tận thu nguồn than chất lượng thấp tại vùng than Mạo Khê để phát điện, gópphần bảo vệ môi trường Ngoài ra đây là vùng còn hoang sơ đang kêu gọi đầu tư nênkhông tốn nhiều chí phí đầu tư giải phóng mặt bằng và được sự ưu đãi từ địa phương -Nhiệm vụ nhà máy: Nhà máy sẽ cung cấp điện vào lưới điện quốc gia

1.3 Phân tích và lựa chọn công suất tổ máy:

Sau khi xác định được loại nhà máy nhiệt điện như trên thì phải xác định công suất tổmáy và thông số hơi Công suất tổ máy và thông số hơi liên quan chặt chẽ với nhau.Nếuchọn công suất tổ máy(công suất đơn vị) càng lớn ,thông số hơi càng cao dẫn đến hiệusuất toàn nhà máy cũng tăng lên Và ta cần chú ý công suất đơn vị của tổ máy thì khôngđược vượt quá công suất dự phòng của hệ thống tức công suất tổ máy phải chọn nhỏ hơn10% so với công suất tổng của toàn hệ thống Và điều này cũng thuận lợi sau này khimuốn mở rộng tối đa công suất cũng không làm cho số tổ máy tăng quá nhiều trong mộtnhà máy

-Các tổ máy nên chọn có cùng cấu hình và công suất để thuận tiện cho việc vận hành,sữa chữa, thay thế và quản lý thiết bị

-Công suất nhà máy là 100 MW nên ta có thể chia thành hai phương án để so sánhhiệu quả kinh tế,kỹ thuật của từng phương án Bao gồm hai phương án sau:

+ Đặt 2 tổ máy mỗi tổ công suất 50 MW

+ Đặt 1 tổ máy công suất 100 MW

1.3.1 Phương án 1: Đặt 2 tổ máy có công suất mỗi tổ là 50 MW

-Việc đăt 2 tổ máy như vậy sẽ chiếm diện tích mặt bằng diện tích hơn đặt 1 tổ do

việc bố trí thiết bị của mỗi tổ, mặt khác càng nhiều tổ máy vận hành thì đòi hỏi nhiềucông nhân, cán bộ kỹ thuật vận hành hơn Do đó chi phí cho việc trả lương cũng tăng lên

- Gọi: + K1 là chi phí vốn đầu tư ban đầu của phương án 1

+ S1 là phí tổn vận hành hằng năm của phương án 1

-Các trị số K1 và S1 sẽ được so sánh với các trị số ở phương án 2

-Mặt khác khi đặt 2 tổ máy thì sẽ đảm bảo cho khả năng vận hành và đảm bảo đủđiện năng cung cấp khi một trong hai máy bị sự cố Đồng thời lắp đặt theo phương án nàythì việc thay thế các thiết bị khi hư hỏng tương đối dễ dàng hơn vì thiết bị đều có cùngkích cỡ

1.3.2 Phương án 2: Đặt 1 tổ máy công suất 100MW

-Khi đặt 1 tổ máy như vậy thì mặt bằng phân bố các thiết bị sẽ ít hơn so với khiđặt 2 tổ máy Lúc đó việc vận hành cũng sẽ ít cán bộ kỹ thuật hơn, do đó chi phí cho việctrả lương cũng sẽ giảm đáng kể Bên cạnh đó chi phí bảo dưỡng các thiết bị hàng năm vàchi phí cho việc xây dựng giao thông (đường xe chạy, đường sắt ) cũng như giá tiềnnhiên liệu giảm do các thiết bị có độ tin cậy cao và hiệu suất nhà máy cao hơn Vốn đầu

tư ban đầu cho việc mua sắm thiết bị lớn do những thiết bị này làm việc với thông số caohơn so với phương án trên

- Gọi : + K2 vốn đầu tư ban đầu của phương án 2

+ S2 chi phí vận hành hằng năm của phương án 2

 Trong hai phương án trên thì phương án nào có vốn đầu tư ban đầu và chi phí vậnhành hằng năm nhỏ nhất là phương án kinh tế nhất

1.4 So sánh và chọn phương án đặt tổ máy

1.4.1 Chi phí đầu tư ban đầu

Trong đó:

- Ko là vốn đầu tư ban đầu, phần không đổi, [đồng]

- f là hệ số tỷ lệ tính theo kW công suất đặt của nhà máy, [đồng/kW]

- N là tổng công suất của nhà máy, [MW]

Hoặc tra đồ thị ta có:

+ K1 = 13.106.6 đồng = 78.106 đồng (đồ thị 1.2/17/TL1)

+ K2 = 15.106.6 đồng = 90.106 đồng (đồ thị 1.3/18/TL1)

Vậy ta có K1 < K2

1.4.1 Chí phí vận hành hằng năm

Chi phí vận hành hằng năm của thiết bị như sau:

Trong đó :

SA : Chi phí cho khấu trừ hao mòn và sữa chữa

SB : Chi phí nhiên liệu

Sn : Chi phí cho việc trả lương cán bộ công nhân viên

So : Chi phí công việc chung của nhà máy và các chỉ tiêu khác

1.4.1.1 Chi phí nhiên liệu

Trong đó:

C: Giá thành một tấn than.Tra bảng 1.10/25/TL1 (đốt than cám A), vận chuyển 50 km

C = 15,5 + 0,09.50 + 3,6 = 23,6 đồng/tấn = 23,6.10-3 đồng/kg

B: Lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 năm.

n: Số giờ làm việc trong năm n=7000h

N: Tổng công suất nhà máy

b: Suất tiêu hao than để sản xuất ra 1kWh điện, [kg/kWh]

Tra bảng 1.7/23/TL1 với số giờ sử dụng là 7000h ta chọn:

b1 = 0,375 kg/kWh : Ứng với phương án 1

b2 = 0,370 kg/kWh : Ứng với phương án 2

1.4.1.3 Chi phí về trả lương cho cán bộ công nhân viên

Sn = z.N.nTrong đó:

- z: Tiền lương trung bình của một công nhân trong một năm, có thể lấy đối vớinước ta là 20.103 đồng/năm

- n: Hệ số biên chế công nhân viên vận hành, [người/MW]

1.5 Chọn tổ máy

So sánh 2 phương án ta thấy K1<K2 và S1>S2 Mà ta có tỷ lệ phí tổn toán của 2phương án là: CH1/ CH2 = 260.106/268.106 = 0,97 nằm trong khoảng (0,95÷1,05) nênchúng ta có thể xem chúng như nhau về mặt kinh tế Trong trường hợp các phương án có

độ tin cậy như nhau thì ưu tiên phương án có kỹ thuật mới hơn Ở đây chúng ta sẻ chọnphương án 1: 2 tổ máy có công suất mỗi tổ là 50MW để đảm bảo tính an toàn cho hệthống khi có sự cố xảy ra

Trong thiết kế này ta dùng nhiên liệu đốt là than Mạo Khê có thành phần nhiên liệu nhưsau:

Clv = 73,6%; Nlv = 0,2%; H2lv = 1,3%; O2lv = 2,2%; Slv = 0,4%; Alv = 16,8%; Wlv= 5,5%;Lò hơi là lò có bao hơi sử dụng hệ thống cấp than có dùng thùng nghiền than

CHƯƠNG 2 THÀNH LẬP VÀ TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ NHIỆT2.1 Thành lập sơ đồ nhiệt:

Sơ đồ nguyên lý của nhà máy điện thể hiện quy trình công nghệ, biến đổi và sửdụng năng lượng của môi chất trong nhà máy điện Trong sơ đồ nhiệt nguyên lý gồm có :Lò hơi, tuabin, máy phát, bình ngưng, các bình trao đổi nhiệt (bình gia nhiệt nước ngưng,bình khử khí, bình bốc hơi ), ngoài ra còn có các bơm để đẩy môi chất như bơm cấp,bơm ngưng, bơm nước đọng của bình trao đổi nhiệt…Các thiết bị chính và phụ được nốivới nhau bằng các đường ống hơi, nước, phù hợp với trình tự chuyển động của môi chất.Trên sơ đồ nguyên lý không thể hiện các thiết bị dự phòng, không có thiết bị phụ củađường ống

Đặc tính kỹ thuật của tuabin K- 50 – 90

- Công suất : 50 MW

- Số tầng cánh: 22 tầng

- Áp suất hơi mới : 90 bar

- Nhiệt độ hơi mới : 535 oC

- Nhiệt độ nước cấp : 216 oC

Với tổ máy K – 50 – 90 , tra đặc tính của tuabin

Bảng 1 Thông số các cửa trích

Vậy ta thấy sơ đồ nhiệt nguyên lý của tổ máy này có cấu trúc gồm:

- Ba bình gia nhiệt cao áp ( BGNCA), một bình khử khí (BKK) vì các nhà máynhiệt điện ngưng hơi tổn thất hơi và nước ít nên chỉ dùng một cấp khử khí có áp suất từ(3,5 ÷ 12) ata, trong sơ đồ này ta chọn 6ata, bốn bình gia nhiệt hạ áp (BGNHA) Vì côngsuất nhỏ hơn 150 MW nên không áp dụng quá nhiệt trung gian Cửa trích của bình khửkhí được lấy cùng với cửa trích cho BGNCA số (5) rồi giảm áp suất tới 6 ata trước khi đivào bình

Phương án dồn nước đọng của các bình gia nhiệt Sơ đồ dồn nước đọng có thẻ tùychọn sao cho thuận tiện và đơn giản nhất với chi phí thấp nhất và hiệu quả cao nhất.Nước đọng sau mỗi bình gia nhiệt có thể được đưa đến nơi nào có nhiệt độ xấp xỉ, có ápsuất thấp hơn để không phải dùng bơm Nước đọng cũng có thể đưa ngay vào đườngnước ngưng hay nước cấp chính ở ngay sau mỗi bình gia nhiệt Tuy nhiên, hiện nay sơ đồ

dồn nước đọng được dùng phổ biến nhất là sơ dồn cấp phối hợp với bơm vào điểm hỗnhợp Tức là nước đọng của BGNCA phía trên (phía lò hơi) được rồi cuối cùng đưa vàobình khử khí chính Nước đọng của các BGNHA phía trên (phía gần bình khử khí) cũngđược dồn cấp từ trên xuống dưới tới BGNHA gần phía cuối thì dùng bơm để đẩy ngượclại đường nước ngưng chính của BGN này Một BGNHA phía cuối cùng (phía gần bìnhngưng) được dồn cấp và đưa trực tiếp vào khoang nước của bình ngưng cũng như nướcđọng của các bình gia nhiệt làm mát hơi thoát ejector và bình gia nhiệt làm mát hơi chèntuốc bin.

Tức là nước đọng được dồn cấp từ bình gia nhiệt cao áp số (7) ở trên xuống bìnhgia nhiệt cao áp số (6) thấp hơn rồi đi vào bình số (5), cuối cùng vào bình khử khí Nướcđọng ra khỏi các BGNHA số (4) được dồn cấp xuống bình số (3) rồi xuống bình số (2)và được bơm ngược vào điểm hỗn hợp Nước đọng ra khỏi BGNHA số (1) cuối cùngđược đưa về bình ngưng cùng với nước đọng của bình gia làm mát hơi chèn và bình gianhiệt làm mát ejector

- Nước bổ sung là nước đã xử lý hóa học của nhà máy đưa trực tiếp vào chu trìnhhay từ nước cất lấy ra từ bình bốc hơi Sơ đồ gia nhiệt nước bổ sung được chọn thông quamột bình gia nhiệt nước bổ sung tận dụng nhiệt của nước xả sau khi phân ly để hâm nóng

sơ bộ nước bổ sung Hơi sau phân ly được tận dụng đưa vào bình khử khí Nước bổ sungsau khi gia nhiệt sơ bộ được đưa vào bình khử khí Nước xả sau cùng được xả đi

- Vì tổ máy công suất nhỏ hơn 90 MW nên chỉ có một thân

Sơ đồ nhiệt nguyên lý của tổ máy K 50- 90

Hình 1 Sơ đồ nguyên lý của tổ máy

2.2 Thành lập đồ thị i-s biểu diễn quá trình làm việc của dòng hơi trong tuabin:

Trên đồ thị i-s của nước, xây dựng quá trình giản nở của dòng hơi trong toàn bộtuabin bắt đầu từ điểm thông số hơi mới ở trước van stop đã cho bởi đặc tính của tuốcbin Với áp suất hơi mới là po và nhiệt độ hơi mới là to ta xác định được điểm 0 vàentanpy của điểm này là io Vì hơi đi vào tuabin qua van stop bảo vệ tác động nhanh vàcác van điều chỉnh lưu lượng nên sẽ bị tổn thất áp suất Ở chế độ định mức, các van nàyhầu như mở hoàn toàn do đó có thể xem xấp xỉ áp suất hơi bắt đầu vào dãy cánh tĩnh tầngđầu tiên của tuabin thấp hơn áp suất hơi mới khoảng (3 – 5) % Ta chọn 4 % Quá trìnhnày gần đúng có thể coi là quá trình tiết lưu lý tưởng với entanpy không đổi Vậy điểmtrạng thái hơi 0’ ở đầu vào dãy cánh tĩnh tầng đầu tuabin được xác định là giao điểm củađường đẳng entanpy (io=io’) và đương đẳng áp po’ (với po’=(0,95÷0,97).po) lấy

po’=0,96.po=0,96.90=86,4 bar Biết điểm 0’ từ đó suy ra i0’ = 3475, kJ/kg

Từ các thông số tại các cửa trích chúng ta biết được áp suất và nhiệt độ của chúng, từ đó

ta xác định được các điểm trạng thái của hơi trích tại các cửa trích như bảng 2 Với cácgiả thuyết sơ bộ về các thông số lựa chọn như trước như sau:

- Tổn thất áp suất trên các đường ống dẫn hơi và các van là 2 % (34/TL1) so vớiáp suất ở đầu vào tại cửa trích tương ứng

- Độ gia nhiệt không tới mức  trong các BGNHA lấy là 4oC và trong các BGNCAlấy là 2oC

- Nhiệt độ nước làm mát vào bình ngưng càng thấp càng có khả năng duy trì độchân không sâu trong bình ngưng Các xứ lạnh có lợi thế này Ở miền Trung cao hơnmiền Bắc nên theo mục 4/32/TL1 ta chọn nhiệt độ nước làm mát là t1 = 27 oC Do đó ápsuất ngưng tụ pk thay đổi

Nhiệt độ ngưng tụ được xác định:

tk = t1 + t +  , oC

Trong đó :

t = 8 ÷ 12 oC : độ gia nhiệt nước làm mát Ta chọn t = 8oC

Vậy tk = 27 + 8 + 4 = 39oC Tương ứng với áp suất Pk= 0,07 bar

Tra bảng nước và hơi bão hòa ta có i’ = 163,43 kJ/kg , i’’ = 2572 kJ/kg

Chọn độ khô của hơi sau tầng cuối của tuabin là x = 0,92 ta có:

ik = x.i’’ + (1 – x) i’ = 0,92.2572 + (1 – 0,92).163,43 = 2340 kJ/kg

- Độ bão hòa của nước đọng tương ứng với áp suất tại bình gia nhiệt tbh

- Nhiệt độ dòng nước cấp hoặc nước ngưng chính ra khỏi BGNCA hoặc BGNHA tươngứng Về độ lớn nhiệt độ này bằng hiệu nhiệt độ bão hòa tại áp suất bình gia nhiệt với độgia nhiệt không tới mức

- Độ lớn áp suất nước cấp hoặc nước ngưng chính ra khỏi BGNCA và BGNHA

+ Với BGNCA áp suất này được tính bằng áp suất hơi vào các tuabin cộng ngược vềbao hơi (tăng 10% so với hơi mới ), bộ hâm nước (2 cấp lấy từ 4 ÷ 8 bar ) và BGNCAtrước đó ( mỗi bộ 2 ÷ 3 bar).

+ Với BGNHA áp suất đường nước ngưng chính tại đầu ra của mỗi BGNHA được tínhtheo áp suất làm việc trong bình khử khí là 6 bar cộng lùi về phía đầu đẩy bơm ngưng, dobình khử khí thương đặt ở độ cao khoảng (20÷30)m tương ứng với cột áp bình khử khí là(2 ÷ 3)bar nên áp suất đường nước ngưng chính tại đầu ra khỏi gần bình khử khí ít nhấtkhoảng (8 ÷ 9)bar Trở lực đường nước qua mỗi BGNHA là (1 ÷ 2,5) bar Cộng lùi lạiphía bơm ngưng ta sẻ có áp suất đường nước ngưng tạ đầu ra mỗi BGNHA

Từ đó ta có bảng thông số hơi nước như sau

- Entanpy của dòng nước cấp hoặc nước ngưng chính tại đầu ra mỗi BGN tương ứng.Căn cứ vào áp suất và nhiệt độ dòng nước ta sẻ xác định được nhiệt độ này Nước cấp vànước ngưng chính là nước chưa sôi Entanpy của nước chưa sôi phụ thuộc ít vào áp suấtnhưng phụ thuộc nhiều vòa nhiệt độ

Bảng 2: Thông số hơi và nước

pb

[bar]

ib

[kJ/kg]

tbh

[oC]

ibh

[kJ/kg]

tnr

[oC]

pnr

[bar]

inr

[kJ/kg]

BN 0,07 x=0,92 2340 0,07 2340 39 163 44 20 170 4

Hình 1 Đồ thị i – s

2.3 Tính toán sơ đồ nhiệt nguyên lý :

Mục đích là xác đinh được lưu lượng các dòng hơi trích khỏi tuốc bin và các dònghơi phụ khác để cuối cùng xác định dược tổng lưu lượng hơi mới vào tuốc bin cần thiết

để sinh ra công suất theo yêu cầu thiết kế của tổ máy đã chọn Có cơ sở để tính toán các

chỉ tiêu kinh tế- lỹ thuật của tổ máy và tính đượcc ác chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của toànnhà máy Coi lưu lượng hơi mới ở đầu vào tuốc bin bằng một đơn vị lưu lượng Hơi rò rĩ,hơi chèn và hơi dùng cho ejector lấy hơi mới ở đầu vào tuốc bin.

2.3.1 Tính toán cân bằng cho bình phân ly và bình gia nhiệt nước bổ sung.

2.3.1.1 Bình phân ly

- Bình phân ly thực chất là một bình sinh hơi do giảm áp suất nước sôi trong baohơi xuống áp suất nước sôi trong bình làm cho một lượng hơi bão hòa khô sinh ra, hơinày được đưa vào bình khử khí Thực tế độ kho của hơi sinh ra chỉ có thể đạt đượ khoảng0,96 ÷ 0,98 Nước xả sau khi phân ly sẽ gia nhiệt cho nước bổ sung trước khi vào bìnhkhử khí, sau đó được thải ra ngoài Chọn bình phân ly có áp suất 7 bar vì bình khử khí là

αh : Lưu lượng tương đối của hơi ra khỏi bình phân ly

ih : Entanpi của hơi ra khỏi bình phân ly

ih = i’(pBPL) + xh.( i’’(pBPL) - i’(pBPL) )

xh : Độ khô của hơi ra khỏi bình phân ly

- Phương trình cân bằng nhiệt của bình phân ly :

- Áp suất trong bao hơi lấy : pBH = 1,1po = 1,1 90 = 99 bar , chọn 100 bar

Tra bảng nước và hơi bão hòa ứng với áp suất p = 100 bar ta có i’

BH = 1407,7 kJ/kg

Và pBPL = 7 bar ta có : i’

xa = i’ BPL = 697,2 kJ/kg, i’’

BPL = 2764 kJ/kg

- Chọn độ khô của hơi ra khởi bình phân ly là xh = 0,98 theo mục 2.4/36/TL1

Ta có entanpi của hơi ra khỏi bình phân ly là :

ih = 697,2 + 0,98.( 2764 – 697,2) = 2722,66 kJ/kg

- Lưu lượng nước xả lò là αxa = 1%

Từ đó suy ra α = αboxa xa  α h 0,01 – 0,0035 = 0,0065.

2.3.1.2 Bình gia nhiệt nước bổ sung.

Nước bổ sung đã được xử lý hóa học được đưa vào gia nhiệt sơ bộ trong bình gianhiệt nước bổ sung (BGNBS) tận dụng nhiệt của dòng nước xả lò hơi sau khi đã phân lymột phần thành hơi

Nhiệt độ nước bổ sung ở đầu vào BGNBS : tbs= 30oC

=>Entanpi của nước bổ sung ở đầu vào BGNBS : itr

bs = cp.tbs = 4,18.30 = 125,4 kJ/kgHiệu suất trao đổi nhiệt của bình: ηBGNBS =0,95÷ 0,97 Chọn ηBGNBS =0,97

Nhiệt độ nước bổ sung ra khỏi BGNBS chọn thấp hơn nhiệt độ nước xả bỏ một giá trị là

θ = (10 ÷ 15 )oC trang 37/TL1 , chọn θ = 13oC

Lưu lượng nước bổ sung vào chu trình được tính bằng tông tất cả các lưu lượngcủa các dòng hơi và dòng nước mất đi khỏi chu trình mà không tận dụng lại được CácNMNĐ ngưng hơi ít chịu tổn thất nên lượng nước bổ sung sẻ ít, chủ yếu là bù vào tổnthất do rò rĩ, xả bỏ , lượng hơi chèn không tận dụng lại do lấy đi làm tín hiệu điều chỉnhvà lượng hơi mất mát ở ejector do thải lẫn với không khí ra ngoài Theo TL1/52 lấy lượnghơi chền bằng 0,5%, lượng hơi rò rĩ là 0,1%, lượng hơi dùng cho ejector là 0,5% so vớilượng hơi mới ở đầu vào tuốc bin

Hơi chèn sau khi chèn coi như được đưa toàn bộ về bình gia nhiệt làm mát hơichèn (LMHC) Nước đọng của hơi này được dồn về khoang chứa nước của bình ngưngvới entanpy iv

LMHC=600 kJ/kgHơi dùng cho ejector cũng coi như được đưa toàn bộ về bình gia nhiệt làm mát ejector(LMEJ) Nước đọng từ hơi này được dồn về khoang chứa nước của bình ngưng vớientanpy iv

LMEJ =300kJ/kg Có thể lấy trung bình entanpy cả LMHC và LMEJ bằng450kJ/kg

Lượng nước bổ sung cho chu trình do đó chỉ cần đủ để khắc phục lượng rò rĩ củahơi chèn nên:

nc ; i7n

h1 ; ih1

i7’

nc ; i6nh1 ; id1

LĐ7

GN7LH7

-Độ kinh tế của việc hồi nhiệt sử dụng hơi quá nhiệt của các cửa trích của tuabin

có thể được nâng cao nhờ việc làm lạnh hơi trích bằng nước cấp, sở dĩ như vậy là khi làmlạnh hơi trích thì sự trao đổi nhiệt không thuận nghịch trong các bình gia nhiệt giảm đi ,lượng hơi trích phải tăng lên làm giảm lượng hơi đi vào bình ngưng do vậy hiệu suất củatuabin nói riêng và nhà máy nói chung tăng lên Ngoài ra sự làm lạnh nước đọng cũnglàm giảm sự thay thế hơi trích của bình gia nhiệt tiếp nhận nước đọng đó Và như vậygiảm nhiệt tổn thất năng lượng Do đó các bình gia nhiệt cao áp đều chọn là các bình có

ba phần : Làm lạnh hơi, gia nhiệt chính và làm lạnh nước đọng Việc tính toán các bìnhgia nhiệt cao áp được tiến hành từ bình áp suất cao đến bình có áp suất thấp

Sơ đồ tính toán bình gia nhiệt cao áp số 7

Trong đó:

LH7 : Phần làm lạnh hơi trong bình gia nhiệt số 7

GN7 : Phần gia nhiệt chính trong bình gia nhiệt số 7

LĐ7 : Phần làm lạnh nước đọng trong bình gia nhiệt số 7

h1, nc : lượng hơi và lượng nước cấp vào bình gia nhiệt

i7n, i6n : entanpy nước cấp ra và vào bình gia nhiệt

ih1 : entanpy của hơi trích vào BGNCA số 7

Phương trình cân bằng nhiệt cho bình gia nhiệt 7

h1 [(ih1 - i’7) + (i’7 – id1)]  = nc (i7n – i6n)

nc ; i6n

h2 ; ih2

nc ; i5nh2’ ; iâ2

LĐ6

GN6LH6

h1 ; iâ1

Chọn hiệu suất bình gia nhiệt  = 0,98

 h1 = 0,061

2.3.4 Bình gia nhiệt cao áp 6 (BGNCA 6)

-Ở các bình gia nhiệt cao áp, nước đọng từ bình gia nhiệt áp suất cao sẽ dồn vềbình gia nhiệt áp suất thấp Vì vậy tại bình gia nhiệt cao áp 6 sẽ có thêm dòng nước đọng

từ bình gia nhiệt cao áp 7 về Hơi cấp cho bình gia nhiệt cao áp 6 lấy từ cửa trích số 2

Sơ đồ tính toán nhiệt cho bình gia nhiệt số 6

Trong đó:

LH6 : Phần làm lạnh hơi

LĐ6 : Phần làm lạnh nước đọng

GN6 : Phần gia nhiệt chính

h2, nc : lượng hơi và nước cấp vào và ra bình gia nhiệt số 6

i6n, i5n : entanpy của nước ra và vào bình gia nhiệt số 6

h1, idl : lưu lượng và entanpy của nước đọng từ bình gia nhiệt số 7

Vậy lượng nước đọng ra khỏi bình gia nhiệt số 6 là : ’

h1 = 0,061

id1 = 940 kJ/kg Chọn hiệu suất của thiết bị là  = 0,98

- Nước cấp ra khỏi bơm cấp bị tăng một chút về entanpy do đặc tính của quá trìnhnén có làm tăng nhiệt Nước cấp ra khỏi bình khử khí coi như ở trạng thái sôi để đáp ứngđược hiệu quả khử khí kiểu nhiệt Vì thế nên trước khi tính toán BGNCA số 5 ta phải tính

sơ bộ độ gia nhiệt bơm cấp để xác định entanpy của nước cấp ra khỏi bơm đi vàoBGNCA này

Xác định sơ bộ độ gia nhiệt của bơm cấp cho nước cấp.

ph = pkk + ρ.g.Hh ∆ptlh , [N/m2]Cột áp đầu đẩy của bơm cấp tính theo áp suất làm việc trong bao hơi, trở lựcđường ống đẩy, trở lực các BGNCA, trở lực các bộ hâm nước và chiều cao đầu đẩy

pđ= pBH + ∆ptlđ +∆pBGNCA + ∆pHN + ρ.g.Hđ , [N/m2]

nc ; i5n

h3 ; ih3

nc ; iCA5vh3’ ; iâ3

LĐ5

GN5LH5

Áp suất trong bao hơi lớn hơn áp suất hơi mới khoảng 10% nên pBH= 100bar, ápsuất bình khử khí là 6bar

Nên : ∆p= [(100 6) + 2.3 + 3.3 + 3].105 +950.9,81.50 = 116,66.105 N/m

Chọn hiệu suất của bơm là ta có độ gia nhiệt của bơm cấp là:

Trong đó :

∆p: tổng chiều cao chênh cột áp của bơm nước cấp, [kN/m2]

vtb: thể tích riêng trung bình của nước ở đầu vào và ra của bơm cấp, nó được tính trung bình cộng, [m3/kg]

ηb : hiệu suất của bơm cấp, thông thường chọn ηb=0,7÷0,85

Trong phần này để tính cả độ gia nhiệt của bơm ngưng và độ gia nhiệt của dòngnước ngưng chính do BGN làm mát hơi chèn và BGN làm mát hơi ejector, ta có thể tínhvào độ gia nhiệt của bơm cấp và lấy theo trang42/TL1 Tương ứng với 6oC Do đó ta tínhđược entanpy của nước cấp vào BGNCA số 5 là :

iv CA5 = i’

KK + = 671 + 22 = 693 kJ/kg

2.3.5 Bình gia nhiệt cao áp 5 ( BGNCA 5)

Sơ đồ tính toán nhiệt bình cao áp 5

Trong đó:

LH5 : Phần làm lạnh hơi

LĐ5 : Phần làm lạnh nước đọng

GN5 : Phần gia nhiệt chính

h3, nc: lượng hơi và nước cấp vào và ra bình gia nhiệt

i5n, iCA5v : entanpy của nước ra và vào bình gia nhiệt

h3 :lượng nước đọng ra khỏi BGNCA 5 về bình khử khí

iđ3 : entanpy của nước đọng ra khỏi BGNCA 5

Theo trang 40/TL1 ta có iđ3 = iCA5v+ (20 ÷ 40) = 693 + (20÷40 ) = (713 ÷ 733 ) kJ/kg Ta chọn iđ3 = 730 kJ/kg

Không khí hòa tan trong nước có chứa một lượng không khí không ngưng như

CO2, O2… dẫn đến gây ăn mòn thiết bị và ống dẫn trong nhà máy nhiệt điện Để bảo vệchúng khỏi bị ăn mòn của khí trong nước, người ta áp dụng biện pháp tách khí ra khỏinước trước khi cung cấp cho lò hơi ( hay còn gọi là khử khí cho nước)

chHA; i"kk

kk; ikk

nc; i'kih; h

Tại bình khử khí gồm có:

- Đường nước ngưng chính sau khi đi qua BGNHA số 4 , nn, iKKv

- Đường hơi trích từ cửa trích số 5 sau khi qua van giảm áp, KK, iKK

- Đường hơi thoát ra từ bình phân ly h, ih

- Đường nước đọng từ BGNCA số 5, ’

- Ta có phương trình cân bằng năng lượng của thiết bị khử khí

nc.i’

KK = (’

h3.iđ3 + h.ih+ KK iKK+ nn iKKv + bs.ibs)Chọn áp lực là 6 bar Tra bảng nước và hơi bão hòa theo áp suất

2.3.7 Bình gia nhiệt hạ áp số 4 (BGNHA 4)

Sơ đồ tính toán nhiệt cho BGNHA số 4 như bên dưới

Trong đó :

v r

iHA4 , nn

id4,4

iHA4,nn

ih4 ,h4

2.3.8 Tính cân bằng nhiệt cho BGNHA 3 và 2

Sơ đồ tính toán nhiệt cho BGNHA 3 và 2 :

HA3 = 508 kJ/kg , iv

HA2 = 319 kJ/kg , ir

HA2 = 390 kJ/kg

- Lượng nước ngưng chính qua BGNHA 3 là nn = 0,8423

- Lượng nước đọng từ BGNHA 4 về : h4 = 0,0378

Ta có phương trình cân bằng năng lượng cho BGNHA 3 như sau:

HA3 = ’

nn.390 +(0,0378 + h5 + h6 ).411 (2)0,8423 = ’

nn + 0,0378 + h5 + h6 (3) [h6.2630 + (0,0378 + h5) 530] 0,98 = ’

Kiểm tra cân bằng vật chất của chu trình tính tại bình ngưng theo hai cách:

-Tính theo đường hơi : với lượng hơi ban đầu 0 =1

Sai số : Vì vậy kết quả tính toán trên là hợp lý

2.3.11 Kiểm tra cân bằng công suất tuabin

Xác định lưu lượng hơi vào tuốc bin Do theo công thức 2.10 phần 2.5 TL1

Ta có hệ số không tận dụng nhiệt của dòng hơi trích ,

Từ các số liệu tính toán ở trên ta có bảng sau:

Bảng 2.3 Xác định các hệ số không tận dụng nhiệt giáng

- Ne : Công suất điện cần thiết kế của tổ máy , [kW]

- io’ , ik lần lượt là entanpy của hơi mới ở đầu vào tầng cánh đầu tiên và đầu ra khỏi tầng cánh cuối cùng của tuabin, [kJ/kg]

- g và m lần lượt là hiệu suất máy phát điện và hiệu suất cơ khí

Từ đó ta tính được tổng công suất điện phát ra ở đầu máy phát (có kể đến tổn thất cơ khí,khớp nối và tổn thất từ máy phát ) là :

Ne = Ni = 52082,9901.0,96 = 49999,6705 kW = 50MW

Kết quả tính có sai số một ít về công suất Cho là gần bằng chứng tỏ rằng các tính toán cân bằng năng lượng cho toàn chu trình không có sai sót gì

2.4 Xác định các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của tổ máy.

2.4.1 Tiêu hao hơi của tuabin

2.4.2 Suất tiêu hao hơi cho tuabin.

Suất tiêu hao hơi cho tua bin có ý nghĩa rằng phải dùng bao nhiêu kg hơi đưa vào tua bin để sẩn xuất được 1kWh điện năng ( 1kWh= 1 số đồng hồ điện )

2.4.3 Tiêu hao nhiệt cho thiết bị tuabin.

Tiêu hao nhiệt QTB cho thiết bị tuabin chính là lượng nhiệt của lò hơi phải cung cấp chính cho tuabin và bình ngưng Ở đây tuanbin không có QNTG:

2.4.4 Suất tiêu hao nhiệt cho thiết bị tuabin.

Suất tiêu hao nhiệt cho tuabin là lượng nhiệt tiêu hao cho thiết bị tuabin để sản xuất ra 1kWh điện năng

qTB = 2,681.3600 = 9651,6 kJ/kWh

2.4.5 Tiêu hao nhiệt cho lò hơi.

Tiêu hao nhiệt cho lò hơi được hiểu là tổng lượng nhiệt tiêu hao cho lò hơi để sảnxuất ra hơi quá nhiệt ở đầu ra bộ quá nhiệt cuối cùng trước khi được dẫn sang gian đặtthiết bị tuabin

KwTrong đó :

- DLH là lưu lượng nước cấp vào lò hơi Lưu lượng nước cấp vào lò hơi phải lớnhơn lưu lượng hơi vào tuabin một lượng bằng tổng lượng nước xả lò, lưu lượng hơi chèn,lưu lượng hơi cho ejector và các rò rĩ khác trong lò hơi và trên đường dẫn hơi mới sanggian tuabin Ta có : DLH = nc Do = 1,03.55,006 =56,66 kg/s = 203,96 t/h

- iqn là entanpy của hơi quá nhiệt ra khỏi bộ quá nhiệt cuối cùng của lò hơi Ápsuất hơi quá nhiệt sơ bộ chọn là 100ata, nhiệt độ hơi quá nhiệt chọn gần đúng là 540 oC.Tra bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt ta có iqn = 3476,9 kJ/kg.Thay vào công thứctrên ta có :

QLH =56,66.(3476,9 - 1038) = 138188,1 kW

2.4.6 Suất tiêu hao nhiệt cho lò hơi

Suất tiêu hao nhiệt cho lò hơi là lượng nhiệt mà nước nhận được ở lò hơi tính cho

1 đơn vị điện năng sản xuất ra

2.4.7 Tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy

Tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy là lượng nhiệt năng tiêu hao cho lò hơi mà nhiên liệu phải cung cấp

Theo trang 52 TL1 chọn hiệu suất lò hơi

2.4.8 Suất tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy

Suất tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy là tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy để sản xuất

ra một đơn vị điện năng tính theo 1kWh

2.4.9 Hiệu suất truyền tải môi chất trong nhà máy.

Hiệu suất truyền tải môi chất được tính theo các tổn thất nhiệt ra môi trường và tổnthất áp suất trên toàn bộ đường vận chuyển môi chất là nước và hơi nước trong toàn bộ chu trình nhiệt của nhà máy điện Nhưng thành phần tổn thất trên đường vận chuyển giữagian lò hơi và tuabin là lớn nhất nên hiệu suất truyền tải môi chất được quy về tính theo tổn thất năng lượng trên đường dẫn hơi này

2.4.10 Hiệu suất của thiết bị tuabin ( kể cả hiệu suất tuabin,bình ngưng,khớp nối và máy phát điện)

Hiệu suất của thiết bị tuabin là hiệu suất của khối thiết bị tuabin – máy phát có kể

cả tổn thất nhiệt ở bình ngưng

Theo công thức 2.21 trang 48/TL1 ta có:

2.4.11 Hiệu suất của toàn tổ máy.

Hiệu suất của toàn tổ máy hay hiệu suất của toàn nhà máy nếu các tổ máy có cùng công suất điện với nhau Xác định theo tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy để sản xuất ra côngsuất Ne của một tổ máy hay theo tiêu hao nhiệt cho toàn nhà máy để sản ra tổng công suấttoàn nhà máy

Theo công thức 2.23 trang 49/TL1 ta có:

2.4.12 Tiêu hao nhiên liệu cho toàn tổ máy trong nhà máy.

Tiêu hao nhiên liệu cho toàn tổ máy được tính theo cân bằng nhiệt chung của toàn

tổ máy hoặc theo cân bằng nhiệt của riêng lò hơi Tiêu hao nhiệt của toàn nhà máy có nhiều tổ máy được tính bằng tổng tiêu nhiên liệu cho từng tổ máy

Theo công thức 2.25 trang 49/TL1 (Qthlv = 25349 kJ/kg)

2.4.13 Suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn.

Để so sánh các tổ máy khác nhau dùng các loại nhiên liệu có chất lượng khác nhau, quy ước dùng nhiên liệu tiêu chuẩn là nhiên liệu có nhiệt trị thấp làm việc là

Qthlv=29310 kJ/kg

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH3.1 Tính toán lựa chọn thiết bị gian máy.

3.1.1 Bơm nước cấp.

Bơm nước cấp là thiết bị quan trọng trong nhà máy điện tuabin hơi, vì nó khôngnhững để sản xuất điện năng mà còn đảm bảo tính làm việc chắc chắn của lò hơi Bơmnước cấp được chọn sao cho đủ cung cấp nước ở công suất cực đại của nhà máy với dựtrữ không ít hơn 5% Để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực có thể đặt bơm tăng áp giữa khửkhí và bơm nước cấp Có thể đặt khử khí lên cao để áp suất thủy tĩnh lớn hơn cột áp củabơm để nước ở đầu hút của bơm là nước chưa sôi( không sinh hơi) còn trong khử khí lànước sôi Hoặc lắp thêm một bơm nhỏ để tăng áp, có áp suât hút rất bé để không bị xâmthực trong bơm tăng áp Ở đây ta chọn phương án là đặt khử khí lên cao

Bơm cấp được truyền động bằng động cơ điện áp dụng rộng rãi tỏng nhà máy điệnlàm việc theo sơ đồ không khối với công suất tuabin không lớn hơn 100MW và sơ đồkhối với công suất năng lượng 150, 200 MW Ở đây ta chọn bơm được dẫn động bằngđộng cơ điện Có bơm dự phòng, bơm nước cấp 1 cấp do độ tin cậy cao của bơm vì làmviệc ở vùng nhiệt độ thấp Nhưng khi đó thì độ tin cậy của bình gia nhiệt cao áp giảm dophía làm việc với môi chất áp suất cao Nên ta chọn sơ đồ một cấp, dẫn động bằng điện.Đặt thêm 1 bơm dự phòng để đảm bảo làm việc an toàn, liên tục khi bơm kia bị hỏng.Như đã tính sơ bộ ở phần 2.3.4 thì chiều cao cột áp của bơm cấp:

po = (pBH – pKK) +

= [( 100 – 6) + 2.3 +3.3 +3].105 + 950.9,81.50Trong đó ta chọn :

-Trở lực mỗi thiết bị trao đổi nhiệt là 0,3 MN/m2 ( có ba BGNCA và hai bộ hâm nước) Tổng trở lực đường ống 3.105N/m2 Độ chênh chiều cao mức nước trong bao hơi với trong bình khử khí lấy 50m Áp suất trong bao hơi lấy hơn 10% so với áp suất hơi mới nên chọn 100 bar

Hb

Ph P®

Pbh

Pkk

- Ở phần tính toán bộ gia nhiệt nước cấp chúng ta đã tìm được thể tích riêng trung bình của nước cấp ở đầu đẩy và đầu hút của bơm cấp là v=1/ρ= 0,001053 m3/kg.

- Công suất cần thiết cần thiết của động cơ điện để kéo bơm cấp:

Trong đó:

QBC: Năng suất bơm, [m3/s] xác định theo lượng nước cấp tính tren sơ đồ nhiệt nguyên lý với độ dự trữ an toàn lấy dư (5-10)% so với định mức

BC: Hiệu suất của bơm Khoảng từ (0,7÷0,85) lấy ηBC=0,75

Lượng nước cần thiết cung cấp cho lò là:

- Để nâng cao độ tin cậy và khả năng làm việc chắc chắn của bơm chúng ta lấy năng suất của bơm lớn hơn lưu lượng nước cấp khoảng 5%

Do đó năng suất cần thiết của bơm là:

- Dự trữ xâm thực cho phép : 11 [mH2O]

- Số vòng quay: 2900v/p

- Hiệu suất bơm: 75%

- Công suất động cơ kéo bơm : 1420 kW

3.2.2 Bơm nước ngưng.

Trong điều kiện làm việc của nhà máy nhiệt điện công suất 100 MW, một tổ máy

K 50-90 ta sử dụng hai bơm nước ngưng trong đó một bơm làm việc và một bơm dựphòng Bơm dự phòng được truyền động bằng điện và có các thông số tương tự bơm hoạtđộng

Năng suất tổng của bơm ngưng bằng lượng nước cực đại của bình ngưng kể cảlượng nước đọng và được chọn ở điều kiện làm việc xấu nhất : như chân không thấp ,mùahè

Lượng nước cực đại của bình ngưng gồm:

-Nước ngưng từ hơi thoát

-Nước ngưng từ ejector, từ chèn

- Nước đọng từ bình gia nhiệt hạ áp về.

Trong đó : ρk : khối lượng riêng trung bình của nước ở đầu đẩy và đầu hút của bơm

a, Sơ đồ bơm ngưng:

Hình 3.3 Sơ đồ xác định chiều cao cột áp bơm ngưng

Vì bơm ngưng làm việc ở nhiệt độ thấp nên độ gia nhiệt cho nước của bơm không đáng kể Chúng ta có thể lấy thể tích riêng của nước qua bơm ngưng ở áp suất ngưng tụ Khối lượng riêng trung bình của nước ngưng có thể lấy sơ bộ là khối lượng riêng của nước bình thường, khoảng (990÷1000) kg/m3.Tra bảng thông số vật lý của nước trên đường bão hòa ta được: ρk = 996 kg/m3

Vậy lượng nước cực đại trong bình ngưng:

Phương trình cân bằng vật chất theo đường hơi:

b, Tính toán lựa chọn bơm nước ngưng

- Năng suất bơm ngưng được lựa chọn ứng với lưu lượng hơi thoát và nước đọngvào bình ngưng (QN) Để đảm bảo sự làm việc an toàn cho hệ thống ta lấy dư khoảng(5÷10)% so với giá trị định mức Ta lấy dự trữ khoảng 5% do đó:

= 158,76

khö khÝ B×nh