DA NMND 300MW đốt khí đồng hành BKĐN

Trên thế giới điện năng được sản xuất từ nhà máy nhiệt điện chiếm khoảng 70% điện năng thế giới, riêng ở nước ta lượng điện năng do các nhà máy nhiệt điệnsản xuất ra chiếm một tỷ lệ chủ

LỜI NÓI ĐẦU



Quá trình phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp nước ta đang đặt ra yêu cầu về năng lượng rất lớn Ở nước ta, ngoài việc sử dụng các nguồn năng lượng sơ cấp trong các ngành công nghiệp và đời sống thì năng lượng điện là dạng năng lượng được sử dụng phổ biến và hiệu quả nhất Vì vậy, ngày càng nhiều các nhà máy điện mọc lên ở khắp mọi nơi đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của phụ tải Với việc thay thế dần nguyên liệu truyền thống của nhà máy nhiệt điện từ than đá sang dầu mỏ và khí đốt thì sự phát triển của các nhà máy nhiệt điện trong tương lai là rấtlớn Trong kỳ này nhóm chúng em được giao đề tài thiết kế nhà máy nhiệt điện 300MW, nhiên liệu khí đồng hành cũng xuất phát từ thực tế đó

Được sự hướng dẫn, giúp đỡ rất nhiệt tình của thầy giáo PGS TS Trần Thanh Sơn, các Thầy Cô trong khoa Công Nghệ Nhiệt – Điện Lạnh và cùng với các bạn trong lớp đã giúp em hoàn thành được đồ án đúng thời hạn Tuy nhiên, vì kiến thức có hạn, nên em không tránh khỏi những sai sót trong khi thực hiện Em rất mong được sự góp ý, chỉ bảo quý báu của các thầy cô trong bộ môn để đồ án của em có thể được hoàn chỉnh tốt nhất

Em xin chân thành cảm ơn

Đà Nẵng, tháng 03 năm 2020

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG 1

ĐỀ XUẤT VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN 1.1 Giới thiệu sơ lược về điện năng.

Năng lượng mà chủ yếu là điện năng đã trở thành một nhu cầu không thể thiếu được trong sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia trên thế giới Dựa vào khả năng sản xuất và lượng tiêu thụ điện năng mà ta có thể đánh giá chung được sự phát triển ngành công nghiệp nước đó Điện năng được sản xuất ở nhiều nơi trên thế giới bằng nhiều cách khác nhau như nhà máy thủy điện (NTĐ), nhà máy điện thủy triều, nhà máy điện địa nhiệt, nhà máy điện nguyên tử (NNT), nhà máy phongđiện, nhà máy điện dùng năng lượng mặt trời, Hiện nay phổ biến nhất là nhà máynhiệt điện, ở đó nhiệt năng thoát ra khi đốt các nhiên liệu hữu cơ (than, dầu, khí ) được biến đổi thành điện năng

Trên thế giới điện năng được sản xuất từ nhà máy nhiệt điện chiếm khoảng 70% điện năng thế giới, riêng ở nước ta lượng điện năng do các nhà máy nhiệt điệnsản xuất ra chiếm một tỷ lệ chủ yếu trong tổng số điện năng trên toàn quốc Nhưng đối với mỗi quốc gia trên thế giới thì việc sản xuất ra điện năng còn tùy thuộc vào nguồn năng lượng sẵn có, điều kiện kinh tế và cũng như sự phát triển khoa học kỹ thuật

1.2 Sự cần thiết phải xây dựng nhà máy điện.

Sau hòa bình lập lại năm 1945 chúng ta tiếp quản một số nhà máy điện cũ của thực dân Pháp xây dựng trong thời gian xâm lược nước ta, các nhà máy này có công suất thực tế khoảng 30.000KW Các nhà máy này được xây dựng ở các thànhphố và các khu mỏ, với các công suất nhỏ, hiệu suất thấp và thiết bị loại cũ Từ đó cho đến năm 1975 chúng ta đã xây dựng thêm nhiều nhà máy điện nhưng công suấtvẫn còn nhỏ, mặt khác cũng trong thời gian đó do cuộc chiến tranh phá hoại ở

miền Bắc bởi đế quốc Mỹ gây ra, cho nên đa số các nhà máy điện đều bị oanh tạc

và hư hỏng nặng Hiện nay chúng ta có nhiều nhà máy có công suất lớn hơn ngoài nhà máy nhiệt điện ra còn có các nhà máy thủy điện, mặc dù vậy lượng điện năng sản xuất ra để cung cấp cho cả nước vẫn còn thiếu nhiều

Trước sự phát triển như vũ bão của nền kinh tế thế giới, cũng như sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật Đây là một vấn đề lớn mà mỗi quốc gia trên thế giới nói chung và nước ta nói riêng cần có biện pháp giải quyết làm sao cho chúng ta không

bị tụt hậu so với các nước khác Nhờ sự phát triển một cách vượt bậc của khoa học

kỹ thuật, từ đó ta có thể áp dụng vào mà nâng cao các thông số làm việc và độ tin cậy làm việc của các thiết bị, từ đó nâng cao hiệu suất của nhà máy điện

Từ các vấn đề đó đòi hỏi mỗi sinh viên của Khoa Công Nghệ Nhiệt Điện - Lạnh cần phải tìm hiểu nghiên cứu và làm quen với các thiết bị sản xuất ra điện năng để sau này có thể tự thiết kế, vận hành, sửa chữa các thiết bị trong nhà máy nhiệt điện Và cũng để góp một phần trí tuệ vào công cuộc xây dựng đất nước ngày càng giàu mạnh, có uy tín trên thế giới

1.3 Vài nét về khí đồng hành.

Khí đồng hành (associated gas) là khí tự nhiên được tìm thấy cùng dầu thô,

có thể ở dạng hoà lẫn với dầu thô hoặc tạo thành không gian phía trên lớp dầu thô trong mỏ dầu

Khí đồng hành khi được tách khỏi dầu thô là hỗn hợp chủ yếu gồm etan (C2H6), propan (C3H8), butan (C4H10) và pentan (C5H12) Ngoài ra còn những tạp chất không mong muốn như nước, sunlfua hidro (H2S), CO2, Helium (He), Nito (N2) và một số tạp chất khác

* Các giải pháp sử dụng khí đồng hành:

- Bơm ngược trở lại giếng dầu để thu hồi sau này khi có giải pháp kinh tế hơn đồng thời duy trì áp lực giếng để dầu tiếp tục tự phun lên.

- Chuyển hóa thành các sản phẩm khác (ví dụ metanol - CH3OH) để dễ chuyên chở hơn

- Tách các tạp chất để có khí hóa lỏng tự nhiên rồi chuyển xuống bồn chứa

- Chuyến hóa thành các hợp chất (ví dụ metanol) làm nguyên liệu cho côngnghiệp hóa dầu

- Vận chuyển bằng đường ống tới nhà máy xử lý khí

- Và một giải pháp hiện nay rất có tiềm năng là dùng khí đồng hành làm nhiên liệu đốt cho lò hơi nhằm tạo ra điện

* Tình hình sử dụng khí đồng hành ở Việt Nam:

Ở Việt Nam, dầu thô được khai thác ở quy mô công nghiệp từ năm 1986 nhưng khí đồng hành vẫn bị đốt bỏ ngay tại chổ cho đến năm 1997 Hình ảnh những ngọn lửa rực sáng trên các dàn khoan trong đêm đã một thời là hình ảnh nổi tiếng và có phần tự hào về ngành công nghiệp còn non trẻ của Việt Nam Việc xử

lý khí đồng hành với khối lượng lớn cần một lượng máy móc đồ sộ mà điều kiện khai thác trên biển thì không cho phép thực hiện Giải pháp triệt để là đặp đường ống dẫn và đưa số khí đó vào bờ Năm 1997 hệ thống xử lý khí đồng hành của ViệtNam bắt đầu vận hành, hằng năm đưa khoảng 1 tỷ m3 vào bờ, cung cấp khí hóa lỏng, dung môi pha xăng, là nhiên liệu đốt cho các nhà máy, trung tâm nhiệt điện

1.4 Địa điểm đặt nhà máy.

Khi thiết kế NMNĐ cần lưu ý vấn đề này, nên chọn vị trí của nhà máy sao cho hạn chế chiều dài ống dẫn càng ngắn càng tốt

- Gần nguồn cung cấp nước là một yêu cầu quan trọng khi lựa chọn địa điểm đặt nhà máy nhiệt điện ngưng hơi, bởi vì lượng nước tiêu hao để làm lạnh hơi thoát

rất lớn, do đó nếu như phải đưa nước với khoảng cách xa và cao thì vốn đầu tư xâydựng và chi phí vận hành rất đắt.

- Khi xây dựng nhà máy điện đòi hỏi có một mặt bằng lớn, cho nên phải có diệntích và kích thước đầy đủ Đối với nhà máy nhiệt điện ngưng hơi đốt bằng nhiên liệu rắn thì cần phải có một khu vực ở gần nhà máy để chứa than, thu nhận tro và

xỉ, khu vực nhà ở của công nhân và cán bộ kỹ thuật cũng được xây dựng không xa nhà máy nhưng mà phải bảo đảm có môi trường trong sạch Địa hình diện tích phảibằng phẳng, độ dốc, tuyến đường nối từ đường sắt và ôtô chính tới nhà máy phải thuận lợi, khoảng cách đó không xa nhà máy

1.5 Đề xuất và chọn phương án:

Với đề tài “ thiết kế nhà máy nhiệt điện công suất 300MW đốt khí đồng hành ”

ta có thể có nhiều phương án, qua đó chọn ra một phương án tối ưu nhất

1.5.1 Phương án 1: Đặt 3 tổ máy có công suất mỗi tổ là 100 MW

-Việc đăt 3 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 nhiều công 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 3 tổ máy thì sẽ đảm bảo cho khả năng vận hành và đảm bảo đủ điện năng cung cấp khi một trong hai máy bị sự cố Đồng thời lắp đặt theo phương án này thì việc thay thế các thiết bị khi hư hỏng tương đối dễ dàng hơn vì thiết bị đều có cùng kích cỡ

1.5.2 Phương án 2: Đặt 2 tổ máy có công suất tổ thứ nhất là 100 MW và tổ

còn lại là 200MW

-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 do 2 tổ máy có công suất vận hành

khác nhau nên đòi hỏi nhiều công nhân, cán bộ kỹ thuật vận hành, và xử lý phức tạp Do đó chi phí cho việc trả lương cũng tăng lên.

- Gọi: + K3 là chi phí vốn đầu tư ban đầu của phương án 3

+ S3 là phí tổn vận hành hằng năm của phương án 3

-Các trị số K3 và S3 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 đủ điện năng cung cấp khi một trong hai máy bị sự cố

1.5.3 Phương án 3: Đặt 1 tổ máy công suất 300MW

-Khi đặt 1 tổ máy như vậy thì mặt bằng phân bố các thiết bị sẽ ít hơn so với khi đặt 2 tổ máy Lúc đó việc vận hành cũng sẽ ít cán bộ kỹ thuật hơn, do đó chi phí cho việc trả lương cũng sẽ giảm đáng kể Bên cạnh đó chi phí bảo dưỡng các thiết bị hàng năm và chi phí cho việc xây dựng giao thông (đường xe chạy, đường sắt ) cũng như giá tiền nhiên 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 cao hơn 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 vận hành hằng năm nhỏ nhất là phương án kinh tế nhất

1.6 So sánh và chọn phương án đặt tổ máy

Những chỉ tiêu kinh tế của nhà máy nhiệt điện là vốn đầu tư ban đầu và phí tổn hàng năm Vậy ta gọi K1, K2,K3, S1, S2, S3 lần lượt là chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành hàng năm của phương án 1, 2, 3 Trong đó chi phí vận hành bao gồm phí tổn nhiên liệu, phí tổn khấu hao mòn và sửa chữa phí tổn trả lươngcho cán bộ và công nhân viên, phí tổn chung của nhà máy và các phí tổn khác

1.6.1 Vốn đầu tư ban đầu.

 Vốn đầu tư ban đầu của nhà máy điện K gồm hai phần là phần không đổi và phần thay đổi

- Phần không đổi: chi phí về đường ô tô, đường sắt phục vụ sinh hoạt,chi phí chung cho toàn nhà máy lắp ráp khởi động

- Phần thay đổi bao gồm vốn đầu tư cho thiết bị và lắp ráp nó, công trình xây dựng liên quan đến việc thay đổi công suất nhà máy

1.6.2 Chi phí vận hành hàng năm.

Phí tổn vận hành hàng năm S của các thiết bị được xác định như sau.

S= SA+SB+Sn+So ( đồng/năm) (1.3b, tr16 – TL[1])

SA là phí tổn cho khấu trừ hao mòn và sửa chữa, SA = PA.K, ( đồng/năm)

SB là phí tổn cho nhiên liệu ( đồng/năm)

Sn là phí tổn cho việc trả lương cán bộ công nhân

Với b suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn để sản xuất ra 1 kWh điện

Hay với b: suất tiêu hao khí để sản xuất 1 kWh điện

SA = PA.K; [đồng/năm]

Trong đó: PA= 5,8%:(bảng 1.13, tr26,TL[1]) Phần khấu hao thiết bị vàsửa chữa

K: vốn đầu tư thiết bị nhiệt của các phương án; [đồng]

Giả sử vốn đầu tư thiết bị nhiệt của ba phương án là:

Trong đó: Z: tiền lương trung bình một người trong 1 năm

Giả sử mỗi tháng cán bộ công nhân viên nhận lương trung bình một người là6.106 đồng/tháng Thì : Z = 6.106.12 = 72.106 đồng/năm

N = 300MW: công suất của nhà máy

n: hệ số biên chế của công nhân ứng với từng phương án và công suất của tổmáy

Giả sử : n1= 1,63người/MW ứng với 3 tổ máy 100MW

n2= 1,60 người/MW ứng với 2 tổ máy 100MW và 1 tổ máy 200MW.

n3= 1,55 người/MW ứng với 1 tổ máy 300MW

 Chi phí trả lương cho cán bộ công nhân viên từng phương án là:

Trong đó:  = 27%: hệ số khấu hao (tr24, TL[1])

SA : chi phí khấu hao và sửa chữa

Sn : chi phí trả tiền lương cho cán bộ công nhân viên

 S0 của mỗi phương án là:

Dùng khí đồng hành với nhiệt trị nhiên liệu là Qlvt = 29500kJ/kg.

CHƯƠNG 2 THÀNH LẬP VÀ TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ NHIỆT

2.1 Thành lập sơ đồ nhiệt:

Sơ đồ nguyên lý của nhà máy điện thể hiện quy trình công nghệ, biến đổi và

sử dụng năng lượng của môi chất trong nhà máy điện Trong sơ đồ nhiệt nguyên lýgồm có : Lò hơi thu hồi nhiệt, 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 bơmcấp, bơm ngưng, bơm nước đọng của bình trao đổi nhiệt…Các thiết bị chính vàphụ được nối với nhau bằng các đường ống hơi, nước, phù hợp với trình tự chuyểnđộng của môi chất Trên sơ đồ nguyên lý không thể hiện các thiết bị dự phòng,không có thiết bị phụ của đường 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

itr [kJ/kg] 3275 3160 3065 3065 2860 2745 2630 2550

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 nhàmáy nhiệt 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 công suất nhỏ hơn 150 MW nên không áp dụng quá nhiệt trunggian Cửa trích của bình khử khí được lấy cùng với cửa trích cho BGNCA số (5)rồi giảm áp suất tới 6 ata trước khi đi vào bình

Phương án dồn nước đọng của các bình gia nhiệt Sơ đồ dồn nước đọng cóthẻ tùy chọn sao cho thuận tiện và đơn giản nhất với chi phí thấp nhất và hiệu quảcao nhất Nước đọng sau mỗi bình gia nhiệt có thể được đưa đến nơi nào có nhiệt

độ xấp xỉ, có áp suất thấp hơn để không phải dùng bơm Nước đọng cũng có thểđưa ngay vào đường nước ngưng hay nước cấp chính ở ngay sau mỗi bình gianhiệt Tuy nhiên, hiện nay sơ đồ dồn nước đọng được dùng phổ biến nhất là sơ dồn

cấp phối hợp với bơm vào điểm hỗn hợp Tức là nước đọng của BGNCA phía trên(phía lò hơi) được rồi cuối cùng đưa vào bình khử khí chính Nước đọng của cácBGNHA phía trên (phía gần bình khử khí) cũng được dồn cấp từ trên xuống dướitới BGNHA gần phía cuối thì dùng bơm để đẩy ngược lại đường nước ngưng chínhcủa BGN này Một BGNHA phía cuối cùng (phía gần bình ngưng) được dồn cấp vàđưa trực tiếp vào khoang nước của bình ngưng cũng như nước đọng của các bìnhgia nhiệt làm mát hơi thoát ejector và bình gia nhiệt làm mát hơi chèn tuốc bin.

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

- Nước bổ sung là nước đã xử lý hóa học của nhà máy đưa trực tiếp vào chutrình hay từ nước cất lấy ra từ bình bốc hơi Sơ đồ gia nhiệt nước bổ sung đượcchọn thông qua một bình gia nhiệt nước bổ sung tận dụng nhiệt của nước xả saukhi phân ly để hâm nóng sơ bộ nước bổ sung Hơi sau phân ly được tận dụng đưavào bình khử khí Nước bổ sung sau khi gia nhiệt sơ bộ được đưa vào bình khửkhí 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 bộ tuabin bắt đầu từ điểm thông số hơi mới ở trước van stop đã cho bởi đặctính của tuốc bin Với áp suất hơi mới là po và nhiệt độ hơi mới là to ta xác địnhđược điểm 0 và entanpy của điểm này là io Vì hơi đi vào tuabin qua van stop bảo

vệ tác động nhanh và các van điều chỉnh lưu lượng nên sẽ bị tổn thất áp suất Ở chế

độ định mức, các van này hầu như mở hoàn toàn do đó có thể xem xấp xỉ áp suấthơi bắt đầu vào dãy cánh tĩnh tầng đầu tiên của tuabin thấp hơn áp suất hơi mớikhoảng (3 – 5) % Ta chọn 4 % Quá trình này gần đúng có thể coi là quá trình tiếtlưu lý tưởng với entanpy không đổi Vậy điểm trạng thái hơi 0’ ở đầu vào dãy cánhtĩnh tầng đầu tuabin được xác định là giao điểm của đường đẳng entanpy (io=io’) vàđương đẳng áp po’ (với po’=(0,95÷0,97).po) lấy po’=0,96.po=0,96.90=86,4 bar Biếtđiểm 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 các giả 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) sovới áp suất ở đầu vào tại cửa trích tương ứng

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

- Nhiệt độ nước làm mát vào bình ngưng càng thấp càng có khả năng duy trì

độ chân không sâu trong bình ngưng Các xứ lạnh có lợi thế này Ở miền Trung caohơn miền Bắc nên theo mục 4/32/TL1 ta chọn nhiệt độ nước làm mát là t1 = 27 oC

Do đó áp suất ngưng tụ pk thay đổi

Nhiệt độ ngưng tụ được xác định:

tk = t1 + t +  , oCTrong 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 BGNHAtương ứng Về độ lớn nhiệt độ này bằng hiệu nhiệt độ bão hòa tại áp suất bình gianhiệt với độ gia 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 cộngngược về bao hơi (tăng 10% so với hơi mới ), bộ hâm nước (2 cấp lấy từ 4 ÷ 8 bar )

và BGNCA trước đó ( mỗi bộ 2 ÷ 3 bar)

+ Với BGNHA áp suất đường nước ngưng chính tại đầu ra của mỗi BGNHAđược tính theo áp suất làm việc trong bình khử khí là 6 bar cộng lùi về phía đầuđẩy bơm ngưng, do bình khử khí thương đặt ở độ cao khoảng (20÷30)m tương ứngvới 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 nhất khoảng (8 ÷ 9)bar Trở lực đường nước qua mỗiBGNHA là (1 ÷ 2,5) bar Cộng lùi lại phía bơm ngưng ta sẻ có áp suất đường nướcngưng 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 BGNtương ứng Căn cứ vào áp suất và nhiệt độ dòng nước ta sẻ xác định được nhiệt độnày Nước cấp và nước ngưng chính là nước chưa sôi Entanpy của nước chưa sôiphụ thuộc ít vào áp suất nhưng phụ thuộc nhiều vòa nhiệt độ

Bảng 2: Thông số hơi và nước

-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 cácdòng hơi phụ khác để cuối cùng xác định dược tổng lưu lượng hơi mới vào tuốcbin 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 tiêukinh tế - kỹ thuật của toàn nhà máy Coi lưu lượng hơi mới ở đầu vào tuốc bin bằngmột đơn vị lưu lượng Hơi rò rĩ, hơi chèn và hơi dùng cho ejector lấy hơi mới ởđầu 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 trongbao hơi xuống áp suất nước sôi trong bình làm cho một lượng hơi bão hòa khô sinh

ra, hơi này được đưa vào bình khử khí Thực tế độ khô của hơi sinh ra chỉ có thểđạt được khoảng 0,96 ÷ 0,98 Nước xả sau khi phân ly sẽ gia nhiệt cho nước bổsung trước khi vào bình khử khí, sau đó được thải ra ngoài Chọn bình phân ly có

áp suất 7 bar vì bình khử khí là 6 bar

xả : Entanpi của nước sôi ở áp suất trong bình phân ly

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 trongbình gia nhiệt nước bổ sung (BGNBS) tận dụng nhiệt của dòng nước xả lò hơi sau khi đã phân ly một phần thành hơi

Nhiệt độ nước bổ sung ở đầu vào BGNBS : tbs= 30oC (tr37,TL[1])

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

bs = cp.tbs = 4,18.30 = 125,4 kJ/kg

Hiệu 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 mộtgiá trị là θ = (10 ÷ 15 )oC trang 37/TL1 , chọn θ = 13oC

Lưu lượng nước bổ sung vào chu trình được tính bằng tổng tất cả các lưulượng của các dòng hơi và dòng nước mất đi khỏi chu trình mà không tận dụng lạiđược Các NMNĐ ngưng hơi ít chịu tổn thất nên lượng nước bổ sung sẻ ít, chủ yếu

là bù vào tổn thất do rò rĩ, xả bỏ, lượng hơi chèn không tận dụng lại do lấy đi làmtín hiệu điều chỉnh và lượng hơi mất mát ở ejector do thải lẫn với không khí rangoài Theo TL1/52 lấy lượng hơi chèn bằng 0,5%, lượng hơi rò rĩ là 0,1%, lượnghơi dùng cho ejector là 0,5% so với lượng hơi mới ở đầu vào tuốc bin

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

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

LMEJ =300kJ/kg Có thể lấy trung bình entanpy cả LMHC vàLMEJ bằng 450kJ/kg

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

2.3.2 Tính cân bằng nhiệt cho các bình gia nhiệt.

-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 làm lạnh 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 của tuabin nói riêng và nhà máy nói chung tăng lên Ngoài ra sự làm lạnh nước đọng cũng làm giảm sự thay thế hơitrích của bình gia nhiệt tiếp nhận nước đọng đó Và như vậy giảm 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 bình gia 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) (2.5,tr39 TL[1])

id1 = i6n + (20 ÷ 40) = (923 ÷ 943) kJ/kg Chọn 940 kJ/kg

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 về bình 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

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 : ’

h2 = h1 + h2

Phương trình cân bằng nhiệt của bình gia nhiệt số 6:

nc (i6n – i5n) = [h2 (ih2 – id2) + h1(id1 – id2)]  (2.5,tr39 TL[1])Với nc = 1,03

- 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 đểđáp ứng được 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 rakhỏi bơm đi vào BGNCA này

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

Ta có tổng chiều cao cột áp bơm cấp tính theo công thức

p = pđ – ph = (pBH – pKK) + (2.8,tr42.TL[1]) Với cột áp đầu hút của bơmnước cấp được tính theo áp suất làm việc trong bình khử khí, trở lực đầu hút vàchiều cao mức nước trong bình so với đầu hút của bơm

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 đầuđẩy

pđ= pBH + ∆ptlđ +∆pBGNCA + ∆pHN + ρ.g.Hđ , [N/m2]Trong đó ptl = ∆ptlđ + ∆ptlh + pBGNCA + pHN là tổng các trở lực đường ống đầu đẩy,đầu hút với các trở lực của các BGNCA và trở lực bộ hâm nước

Khổi lượng riêng ρ của nước, được lấy trung bình cộng của khối lượng riêngcủa nước tạ đầu đẩy và đầu hút Lấy vào khoảng (950÷990) kg/m3 Ta lấyρ=950kg/m3 (tr42,TL[1]).

Chọn tổng trở lực đường ống vào khoảng (3÷5).105 N/m2 Lấy bằng 3.105

N/m2 , mỗi BGNCA hoặc mỗi bộ hâm nước có trở lực khoảng (2÷3).105 N/m2 Lấy

bằng 3.105 N/m2 Chiều cao đầu đẩy lấy khoảng (50 ÷70)m Ta lấy Hđ=70m, chiềucao đầu hút lấy khoảng (20÷30)m ta lấy Hh= 20m Nên chiều cao chênh lệch giữabao hơi và bình khử khí là: Hch= Hđ Hh = 50m (tr42,TL[1])

Áp suất trong bao hơi lớn hơn áp suất hơi mới khoảng 10% nên pBH= 100bar,

∆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 đượctính trung bình cộng, [m3/kg]

ηb : hiệu suất của bơm cấp, thông thường chọn ηb=0,7÷0,85 ( tr42,TL[1]):

Trong phần này để tính cả độ gia nhiệt của bơm ngưng và độ gia nhiệt củadòng nước ngưng chính do BGN làm mát hơi chèn và BGN làm mát hơi ejector, ta

có thể tính vào độ gia nhiệt của bơm cấp và lấy theo trang42/TL1 Tương ứng với

6oC Do đó ta tính được 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 ngưngnhư CO2, O2… dẫn đến gây ăn mòn thiết bị và ống dẫn trong nhà máy nhiệt điện.

Để bảo vệ chúng khỏi bị ăn mòn của khí trong nước, người ta áp dụng biện pháptách khí ra khỏi nước trước khi cung cấp cho lò hơi ( hay còn gọi là khử khí chonước)

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

iKK = 3065 kJ/.

Vây:

1,03.671=0,1487.730+0,0035.2722,66+(0,8613-nn).3065+nn 606+0,0165.268,46(2)

Từ (1) và (2) Suy ra nn = 0,8423

Vậy KK = 0,8613 - nn = 0,8613- 0,8423 =0,019

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

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

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:

0,8423.iv

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 = ’

nn.( 390 – 319) (4)

h5 = 0,0432

h6 = 7,22.10-3

2.3.10 Tính kiểm tra cân bằng cho bình ngưng.

- iv, ej +ch : entanpy và lượng nước đọng dồn về từ BGN làm mát hơi chèn

và ejector , sơ bộ lấy trung bình là iv = 450kJ/kg, và : ej +ch = 0,005 + 0,005 =0,01

- iv

lm :entanpy của nước làm mát bình ngưng, lấy trung bình iv

lm=105 kJ/kg.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

k = 1- (h1 + h2 + h3 + KK + h4 +h5 + h6 + h7 )

=1 – (0,061 + 0,0377 +0,05 + 0,019 + 0,0378 +0,0432 +7,22.10-3+ 0,052 ) =0,69208

- Tính theo đường nước :

k =’

nn - h7 - ej - ch = 0,7541 – 0,052 – 0,01 =0,6921

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 (2.10) phần 2.5 tr61,TL[1]

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 rakhỏi tầng cánh cuối cùng của tuabin, [kJ/kg]

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

Chon

Thay số ta có:

Bảng 2.4 Kết quả tính toán cho các công suất trong mỗi cụm tầng.