Đồ án thiết kế nhà máy nhiệt điện công suất 120 MW 55

Từ đặc tính kỹ thuật của Turbine đã cho ở phần trên, tại các cửa trích đã biết áp suất và nhiệt độ hơi trích.. Bảng thông số hơi và nướcCột thứ 1: Điểm đánh số cửa trích trên thân turbin

Phần 1 Thiết kế sơ bộ trung tâm nhiệt - điện công suất

120 MW, phụ tải nhiệt 130 t/h

Chương 1 Tổng quan

Nhà máy nhiệt điện thiết kế loại đốt than phun

Công suất điện: 120 MW

Mỗi tổ máy cấp DT/2 = 65 t/h cho hộ tiêu thụ nhiệt (HTT)

Thông số của Turbine:

Nhiệt độ hơi mới t0 = 560 oC

Cửa trích số 1: p1 = 45 at; t1 = 430 oC

Cửa trích số 6: p6 = 1,2 at; t6 = tbh(tại p6 ); x6 = 0,983.

Cửa trích số 7: p7 = 0,3 at; t7 = tbh(tại p7 ); x7 = 0,947

áp suất bình ngưng pk = 0,065 at, hơi thoát vào bình ngưng có xk = 0,93.Mỗi tổ máy có 7 bình gia nhiệt tương ứng với 7 cửa trích:

BGNCA7 lấy hơi trích từ cửa trích số 1

BGNCA6 lấy hơi trích từ cửa trích số 2

BGNCA5 lấy hơi trích từ cửa trích số 3

BGNHA4 lấy hơi trích từ cửa trích số 4

BGNHA3 lấy hơi trích từ cửa trích số 5

BGNHA2 lấy hơi trích từ cửa trích số 6

BGNHA1 lấy hơi trích từ cửa trích số 7

Mỗi Lò Hơi có hai bộ hâm nước kiểu không sôi

Bộ khử bụi kiểu tĩnh điện

Thông số đặc tính của than:

Chương 2 Lập và tính toán sơ đồ nhiệt nguyên lý

2.1 lập sơ đồ nhiệt nguyên lý cho tổ máy

Như đã trình bày ở phần trên, nhà máy nhiệt điện thiết kế gồm hai tổ máy, hoạtđộng theo sơ đồ khối; mỗi tổ một lò, một máy Do đó, trong phần này chỉ lập sơ đồnhiệt nguyên lý cho một tổ máy, tổ máy còn lại hoàn toàn tương tự

Chọn số cấp khử khí: hai cấp Cấp khử khí thứ nhất cho dòng nước ngưng thuhồi từ hộ tiêu thụ nhiệt về, dòng nước ngưng này thường chứa nhiều khí không

ngưng áp suất khử khí ở cấp thứ nhất pKKP = 1,2 at; lấy hơi trích từ cửa trích số 6.Cấp khử khí thứ hai cho dòng nước ngưng chính, áp suất khử khí ở cấp thứ hai p KK =

6 at; lấy hơi trích từ cửa trích số 3 (có dùng van giảm áp)

Chọn sơ đồ dồn nước đọng: dồn cấp phối hợp với bơm Nước đọng từ các bìnhBGNCA7,BGNCA6 và BGNCA5 được dồn cấp tự nhiên (dựa vào chênh áp giữa cácbình gia nhiệt) xuống các bình BGNCA6, BGNCA5 và BKK Nước đọng từ

BGNHA4 được dồn cấp tự nhiên xuống BGNHA3 Nước đọng từ BGNHA3 đượcdồn cấp tự nhiên xuống BGNHA2 Nước đọng từ BGNHA1 được dồn cấp tự nhiêntới bình ngưng Riêng nước đọng từ BGNHA2 được bơm đẩy vào dòng nước ngưngchính

Chọn sơ đồ cấp nước bổ sung Nước bổ sung cho chu trình được lấy từ nguồnnước đã xử lý hóa học, được gia nhiệt sơ bộ từ nước xả của bình phân ly Nước bổsung cấp vào khoang nước của bình ngưng

Chọn sơ đồ tận dụng nước xả lò: một cấp Nước xả sau khi phân ly được tậndụng nhiệt để hâm nóng sơ bộ cho nước bổ sung

Trong các ejector có hệ thống tận dụng nhiệt của hơi thoát, gia nhiệt cho mộtphần dòng nước ngưng chính Tận dụng nước ngưng tại bình làm mát ejector đưa vềbình ngưng

Tận dụng lượng hơi sau khi chèn đưa về các bình gia nhiệt có áp suất phù hợp.

Sơ bộ lý thuyết cho rằng tận dụng được 99% lượng hơi chèn

2.2 xây dựng quá trình giãn nở của dòng hơi trong turbine trên đồ

thị i-s

Hơi vào Turbine phải đi qua van Stop bảo vệ tác động nhanh và các van điềuchỉnh lưu lượng nên bị tổn thất áp suất ở chế độ định mức coi tổn thất này vào

khoảng 5% Quá trình này gần đúng có thể coi là quá trình tiết lưu lý tưởng với

enthalpy không đổi Vì vậy, điểm trạng thái hơi 0' ở đầu vào dãy cánh tĩnh đầu tiênđược xác định là giao điểm của đường đẳng enthalpy (i0 = i0') và đường đẳng áp p0'

(với p0' = 0,95.p0) Biết điểm 0' xác định được enthalpy của điểm này là i0'

Từ đặc tính kỹ thuật của Turbine (đã cho ở phần trên), tại các cửa trích đã biết

áp suất và nhiệt độ hơi trích Theo cặp thông số này xác định được các điểm trạngthái của hơi trích và vẽ trên đồ thị i-s

Hai cửa trích cuối của turbine làm việc trong vùng hơi ẩm, biết thêm độ khô x,xác định được trên đồ thị i-s

2.3 Bảng thông số hơi và nước

Cột thứ 1: Điểm đánh số cửa trích trên thân turbine tính từ đầu hơi vào có

trạng thái ở điểm 0, qua van Stop và van điều chỉnh lưu lượng hơi phân phối vào cáccụm ống phun rồi dọc theo chiều giãn nở của hơi cho đến bình ngưng

Cột thứ 2: Tên thiết bị mà dòng hơi đi vào hay dòng nước đi ra khỏi thiết bị đó Cột thứ 3: Nhiệt độ hơi trích tại cửa trích tương ứng.

Cột thứ 4: áp suất hơi trích tại cửa trích tương ứng, đơn vị at.

Cột thứ 5: áp suất hơi trích tại cửa trích tương ứng, đơn vị bar.

Cột thứ 6: Enthalpy của hơi trích tại cửa trích tương ứng.

Cột thứ 7: áp suất khoang hơi của bình gia nhiệt, bằng 97% của áp suất tại cửa

trích, coi tổn thất áp suất là 3%

Cột thứ 8: Enthalpy của nước bão hoà tại áp suất bình gia nhiệt.

Cột thứ 9: Nhiệt độ bão hoà tại áp suất bình gia nhiệt.

Cột thứ 10: Độ gia nhiệt không tới mức của bình gia nhiệt.

Cột thứ 11: Nhiệt độ dòng nước ra khỏi thiết bị.

Cột thứ 12: áp suất của dòng nước ra khỏi thiết bị.

Cột thứ 13: Enthalpy của dòng nước ra khỏi thiết bị.

Cột thứ 14: Hiệu suất các bình gia nhiệt.

áp suất tại bao hơi lấy cao hơn 10% áp suất hơi mới:

pbh = 110%.p0 = 110%.130 = 143 at

Lò Hơi có hai bộ hâm nước, tổn thất áp suất qua mỗi bộ hâm là: 3 bar

Do đó áp suất nước khi ra khỏi BGNCA7 là: 143 + 2.3 = 149 bar

Tổn thất áp suất của dòng nước khi qua mỗi BGNCA = BGNHA = 2 bar

Bình khử khí đặt ở độ cao 20m so với GNHA4 tương ứng xấp xỉ 2 bar

Do đó áp suất nước khi ra khỏi BGNHA4 là: 8 bar

Tổn thất áp suất qua phần làm mát ejector là: 1 bar

2.4 Tính toán cân bằng nhiệt và vật chất cho sơ đồ nhiệt nguyên lý

Mục đích của việc tính toán này là để xác định cho được lưu lượng các dònghơi trích khỏi turbine và các dòng hơi phụ khác để cuối cùng xác định được tổng lưulượng hơi mới vào turbine cần thiết để sinh ra công suất theo yêu cầu thiết kế của tổmáy đã chọn

Khi tính toán các cân bằng nhiệt và vật chất, tính toán lưu lượng các dòng hơi

và dòng nước một cách tương đối theo lưu lưọng của hơi mới vào turbine bằng mộtđơn vị lưu lượng Hơi rò rỉ, hơi chèn và hơi dùng cho ejector được coi là lấy hơi mới

ở đầu vào turbine

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

a) Tính toán cân bằng cho bình phân ly (BPL)

Hình 2.2 - 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 hoà khô sinh ra.Thực tế, độ khô của hơi sinh ra chỉ có thể đạt khoảng 0,96 0,98 ,trong bài tính này

α xa i xa1 = α.i + αh h xabo.i xa2

b) Tính toán cân bằng cho bình gia nhiệt nước bổ sung (BGNNBS)

Hình 2.3 - Bình gia nhiệt nước bổ sung

Các phương trình cân bằng nhiệt cho BGNNBS:

α bs i bs i bs = α xabo i xa2 i xa3 ηBGNNBS

Trong đó:

Nhiệt độ nước bổ sung vào: t bstr = 25 C

Phương trình cân bằng nhiệt cho BGNCA7:

1,055.949,4 798,5 0,0707101.1107 959,40,98.3137 959,4 3137 959,4

αd6 = α2 +αd7 = 0,0698070 + 0,0707101 = 0,1405171

r5 nc

1,055.798,5-690,45 0,1405171.959,4-804,80,98.3000-804,8 3000-804,8

2.4.7 Tính toán cân bằng cho BGNHA4

i: độ tăng enthalpy do gia nhiệt bơm ngưng và qua bình làm mát ejector

i = 14 kJ/kg tương ứng với 3 o C

v1 r

2.4.10 Tính toán cân bằng cho bình ngưng

Hình 2.12 - Bình ngưng

a) Kiểm tra cân bằng vật chất của chu trình tại bình ngưng theo hai cách

Tính theo đường hơi:



3278 24003499 2400

3137 24003499 2400

3000 24003499 24002852 2400

3499 2400

2639 24003499 2400

2500 24003499 2400

Kết quả tính toán kiểm tra cân bằng vật chất cho toàn chu trình tại điểm nút làbình ngưng theo hai dòng vật chất được kết quả như trên chứng tỏ rằng trong khi tínhtoán đã không có một sai phạm nào về cân bằng vật chất

b) Kiểm tra lại hệ số

Nhiệt độ nước làm mát vào: t lm = 25 C

Nhiệt độ nước làm mát ra: t lm = 32 C

sai số này rất nhỏ, trong quá trình tính toán coi như không phạm phải sai sót

c) Tính toán cân bằng nhiệt cho bình ngưng

Hình 2.13 - Sơ đồ trao đổi nhiệt trong bình ngưng

c p.Δp =t

d) Kiểm tra cân bằng công suất Turbine

Ne = Ni.ηg.ηm = 62473,9737.0,98.0,98=60000,0043 kW

Δp =Ne = 60000-60000,0043 = 0,0043 kW = 4,3 W

sai số này rất nhỏ, trong quá trình tính toán coi như không phạm phải sai sót

1 αi i

k

287,5590622.103

2.5 xác định các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của tổ máy

2.5.1 Tiêu hao hơi cho Turbine

a) Tiêu hao hơi cho một Turbine

Ne = 60 MW = 60000 kW

2.5.3 Tiêu hao nhiệt cho Turbine

a) Tiêu hao nhiệt cho một Turbine

2.5.5 Tiêu hao nhiệt cho Turbine để sản xuất Điện năng

a) Tiêu hao nhiệt cho hai Turbine để sản xuất Điện năng

2.5.8 Tiêu hao nhiệt cho Lò Hơi

a) Tiêu hao nhiệt cho một Lò Hơi

2.5.16 Suất tiêu hao nhiệt cho toàn nhà máy để sản xuất Điện

q c E = 3600 QEc

 N

356985,009120000

2.5.18 Hiệu suất Turbine để sản xuất Điện

E 1 1

2,382

2.5.19 Hiệu suất toàn nhà máy để sản xuất Điện

ηcE = 3600 1 1 10709,550

2.5.20 Tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn

a) Tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn (than tiêu chuẩn) để sản xuất điện toàn nhà máy

c) Tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn (than tiêu chuẩn) toàn nhà máy

E

 Ne

b tc = = = 0,365389 kg/kWhtc

= = 0,142820 kg/kWh

2.5.21 Suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn

a) Suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn (than tiêu chuẩn) để sản xuất Điện

Q = 0,09756693 m /s = 351,276 m /h

Q.Δp =pBC 0,097576693.16565975 = = 2020566 W 2021 kW

ηBC

WBC =

Chương 3 tính toán, lựa chọn các thiết bị chính

Hai tổ máy giống nhau, nên dưới đây chỉ tính chọn thiết bị chính cho một tổmáy (trừ ống khói), tổ máy còn lại hoàn toàn tương tự

3.1 tính chọn thiết bị gian máy

WBC : công suất động cơ kéo bơm [W]

Q: năng suất của bơm [m3/s]

Chọn 2 bơm ngưng, 1 bơm chính, 1 bơm dự phòng.

Công suất của động cơ kéo bơm ngưng

3.1.3 Tính chọn bơm tuần hoàn

Chọn 2 bơm tuần hoàn, 1 bơm chính, 1 bơm dự phòng

Công suất của động cơ kéo bơm tuần hoàn

WBTH = Q.Δp =p Bn

ηBTN

Trong đó:

Q: năng suất của bơm [m3/s]

Tính cho trường hợp toàn bộ hơi vào turbine đổ vào bình ngưng, trongtrường hợp sự cố đóng tất cả các cửa trích (kể cả HTT) Tính thêm 15% lượng nước

ηBTN 0,87Tra bảng PL3.11b trang 172 [1] chọn loại bơm tuần hoàn chạy bằng điện cócác thông số sau:

3.1.4 Tính nhiệt bình ngưng

Chọn sơ bộ tốc độ nước đi trong ống: ωB = 2 m/s

Nhiệt độ trung bình đại số của nước đi trong ống

v r

o

2 2Theo toán đồ hình 3.4 trang 74 [1] chọn sơ bộ hệ số truyền nhiệt tổng trongbình ngưng k = 3400 kcal/m2hK = 3,948 kW/m2K

Tính toán cho trường hợp lưu lượng hơi vào bình ngưng là lớn nhất

Tổng diện tích trao đổi nhiệt của bình ngưng:

F= D0.ik ik 79,8775173. 2400  156,1  2

G = α nc.D0 = 1,055.79,8775173 = 84,2707808 kg/sk: hệ số truyền nhiệt tổng, sơ bộ k = 12 kW/m2K

ttb: độ chênh nhiệt độ trung bình logarit [o C]

Với:

Δp =t tb = t

iv là enthalpy của nước đưa vào bình [kJ/kg]

iv = 272,2 kJ/kg

ir là enthalpy của nước sôi ra khỏi bình [kJ/kg]

ir = 433,3 kJ/kgG: lưu lượng nước cấp ra khỏi bình khử khí phụ [kg/s]

G = α dp.D 0 = 0,2425501.79,8775173 = 19,374 kg/s

k: hệ số truyền nhiệt tổng, sơ bộ k = 12 kW/m2K

ttb: độ chênh nhiệt độ trung bình logarit [o C]

Tra bảng PL3.8a & b trang 163 [1] chọn:

c) Tính toán bình gia nhiệt

Các bình gia nhiệt tính toán tương tự nhau, trong bản đồ án này chỉ trình bàytính đại diện cho BGNCA7

Chọn ống làm bằng thép Crom - Mangan có λ = 21,2 W/mK

Đường kính ngoài: d2 = 51 mm = 0,051 mĐường kính trong: d1 = 44 mm = 0,044 m

t n = 251,5 + 220,42 o

Dựa vào nhiệt độ trung bình của nước tra các thông số của nước trong ống

n3

Suy ra nước chảy rối trong ống

Hơi ngưng tụ ngoài ống có nhiệt độ tnt = 254,5 o C

Tra được các thông số của nước ngưng

3.2.1 Hệ thống chuẩn bị nhiên liệu

Chọn hệ thống phân phối than bột kiểu phân tán thổi thẳng

Hệ thống thùng nghiền loại: thùng nghiền bi

Than có hệ số khả năng nghiền k λ = 1,1

Suất tiêu hao điện để nghiền 1 tấn than

22 22

Theo trang 150 [2] chọn:

3.2.2 Quạt tải than bột

Năng suất của quạt tải than bột

n: tốc độ vòng quay của thùng nghiền, n = 17,69 v/p

H: sức ép của quạt, sơ bộ H = 1050 mmH2O = 10294 N/m2

: hiệu suất của quạt, = 0,7

: nồng độ bột than so với không khí trong dòng bột than đi qua quạt, [kg/kg]

100 w nl 100 81001,5100 w

Do D0 = 287,559 t/h > 160 t/h nên chọn hai quạt gió làm việc song song

Vì năng suất của các quạt làm việc song song bé hơn năng suất tổng của chúngkhi làm việc độc lập và trong lưới có cùng một đặc tính thuỷ lực nên cần chọn dự trữnăng suất của các quạt gió, sơ bộ mỗi quạt tính toán chịu 60 % tải

Năng suất của quạt gió

H = 120%.Hkk = 120%.370 = 444 mmH2O = 4353 N/m2

Công suất động cơ kéo quạt gió

H.V 4353.32,712

η 0,7

 t +273273

 t +273273

Tra bảng PL2.2 trang 139 [1] chọn quạt gió:

3.2.4 Quạt khói

Do D0 = 287,559 t/h > 160 t/h nên chọn hai quạt khói làm việc song song

Vì năng suất của các quạt làm việc song song bé hơn năng suất tổng của chúngkhi làm việc độc lập và trong lưới có cùng một đặc tính thuỷ lực nên cần chọn dự trữnăng suất của các quạt khói, sơ bộ mỗi quạt tính toán chịu 60 % tải

Năng suất của quạt khói

V = Bq   Vy + L0.Δp =α Trong đó:

Vy: tổng thể tích sản phẩm cháy của 1 kg nhiên liệu tính ở sau bộ sấy khôngkhí, kể cả lượng không khí thừa, [m3tc/kg]

Vy = 7,307 m3tc/kg

: lượng không khí lọt vào đường khói sau bộ sấy không khí

 = 0,2 (bộ khử bụi tĩnh điện)

L0: lượng không khí lý thuyết để đốt cháy hết 1 kg nhiên liệu, [m3tc/kg]

t: nhiệt độ khói ở quạt khói

t = 135 o C

V = Bq   Vy + L0.Δp =α

Độ côn của ống khói: = 3o

Đường kính miệng ống khói thoát:

d1 2=d +2.Hok.tgα = 2,472+2.150.tg(3 ) = 18,194 m

2.d1.d 2 2.18,194.2,472

4.Vk 4.119,950π.d tb

2 2

Trở lực của ống khói

h = 0,04 H ok C tb 150 8,0632

d tb 2 4,352 2

Chương 4 sơ đồ nhiệt chi tiết và bố trí toàn nhà máy

Phần 2 nghiên cứu chế độ vận hành kinh tế của một trung tâm đồng phát

nhiệt - điện

Chương 5 Giới thiệu về sản xuất đồng phát nhiệt - điện

5.1 KHái niệm sản xuất đồng phát Nhiệt - điện

Sản xuất đồng phát Nhiệt - Điện là sản xuất đồng thời tại hiện trường hai dạngnăng lượng: Điện năng và Nhiệt năng từ một nguồn năng lượng sơ cấp

Sản xuất đồng phát Nhiệt - Điện (Cogen) khác với sản xuất Điện và Nhiệt riêngrẽ(SXRR)

Thông thường, để thoả mãn nhu cầu về nhiệt người ta lắp đặt các Lò Hơi tạihiện trường trực tiếp cung cấp nhiệt Có khi nhu cầu nhiệt được thoả mãn trực tiếpbằng các nguồn nhiệt thải sẵn có của chính dây chuyền công nghệ trong nhà máy Đểthoã mãn nhu cầu điện, nhà máy thường kéo điện lưới về qua trạm cấp nguồn vào chotất cả các máy móc cần chạy bằng điện Phương thức sản xuất đó được gọi là sản xuấttruyền 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 cònĐiện được sản xuất từ các Nhà máy Điện truyền tải về nhà máy Điều này dẫn đếnviệc tiêu phí đáng kể nguồn năng lượng sơ cấp bởi vì: i) một phần lớn nhiệt cung cấpcho quá trình sản xuất điện tại các nhà máy điện bị thất thoát cho nước làm mát trongBình ngưng nếu nhà máy điện đó là Nhà máy Điện Turbine ngưng hơi; ii)việc vậnchuyển điện năng trên lưới đến nhà máy cũng sẽ chịu những tổn thất đường truyềnnhất định; iii) các Lò Hơi cấp nhiệt thông số thấp thường có hiệu suất thấp hơn so vớinhững 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 sản xuất đồng phát nhiệt điện (CHP

-Combined of Heat and Power hoặc hay gọi là Cogeneration hoặc gọi tắt là Cogen) đãđược các nước phát triển áp dụng vào trong các nhà máy công nghiệp và cả trong dândụng hay các công trình xã hội Gần đây, công nghệ đồng phát được các nước tiêntiến như Anh, Mỹ, Nhật áp dụng như là giải pháp quan trọng góp phần vào sự thànhcông trong chương trình sản xuất năng lượng phân tán (Distributed Energy

Generation), phát triển xã hội tại những vùng xa, vùng quê