Q trình phát triển mạnh mẽ công nghiệp nước ta đặt yêu cầu lượng lớn Ở nước ta, việc sử dụng nguồn lượng sơ cấp ngành cơng nghiệp đời sống lượng điện dạng lượng sử dụng phổ biến hiệu Vì vậy, ngày nhiều nhà máy điện mọc lên khắp nơi đáp ứng nhu cầu ngày cao phụ tải Với việc thay dần nguyên liệu truyền thống nhà máy nhiệt điện từ than đá sang dầu mỏ khí đốt phát triển nhà máy nhiệt điện tương lai lớn Trong kỳ nhóm chúng em giao đề tài thiết kế nhà máy nhiệt điện 750MW sử dụng chu trình hỗn hợp, nhiên liệu khí thiên nhiên
ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN CHỌN TỔ MÁY
Vài nét về khí thiên nhiên
Khí thiên nhiên, hay còn gọi là khí gas, là một hỗn hợp chất khí cháy chủ yếu gồm hydrocarbon, với mêtan (CH4) chiếm đến 85% và etan (C2H6) khoảng 10% Là một loại nhiên liệu hóa thạch, khí thiên nhiên thường được tìm thấy cùng với các mỏ dầu trong vỏ Trái Đất và cung cấp khoảng 25% nguồn năng lượng toàn cầu Ngoài ra, khí thiên nhiên cũng tồn tại trong các thành tạo ngầm dưới lòng đất và liên kết với các hồ chứa hydrocacbon khác trong vỉa than.
Trong quá khứ, khí thiên nhiên thường bị coi là thành phần không mong muốn và bị đốt bỏ, với khối lượng lên đến 10-13 tỷ feet khối mỗi ngày trên toàn thế giới vào năm 2003 Tuy nhiên, nhờ vào sự tiến bộ công nghệ và sự gia tăng giá dầu thô cũng như khí tự nhiên, khí thiên nhiên đã trở thành nguồn nguyên liệu hiệu quả Từ năm 1947 đến năm 2002, lượng khí thiên nhiên bị đốt bỏ hàng ngày ở Mỹ đã giảm 13 lần, mặc dù sản lượng khai thác tăng Nigeria, với 30% trữ lượng khí tự nhiên của Châu Phi, vẫn để lãng phí 75% khí thiên nhiên từ các mỏ dầu Để giải quyết vấn đề này, chính phủ Nigeria đã ban hành đạo luật yêu cầu đến năm 2008, khí thiên nhiên không còn bị đốt bỏ và các công ty dầu khí phải lắp đặt thiết bị xử lý khí để tận dụng nguồn tài nguyên quý giá này.
1.1.1 Các giải pháp sử dụng khí thiên nhiên
Bơm ngược dầu trở lại giếng là một phương pháp hiệu quả để thu hồi nguồn tài nguyên này trong tương lai khi có giải pháp kinh tế hơn Đồng thời, phương pháp này cũng giúp duy trì áp lực trong giếng, cho phép dầu tiếp tục tự phun lên, đảm bảo hiệu suất khai thác tối ưu.
- Chuyển hóa thành các sản phẩm khác (ví dụ metanol - CH3OH) để dễ chuyên chở hơn.
- Chuyến hóa thành các hợp chất (ví dụ metanol) làm nguyên liệu cho công nghiệp hóa dầu.
- Vận chuyển bằng đường ống tới nhà máy xử lý khí.
- Dùng khí thiên nhiên làm nhiên liệu đốt cho lò hơi nhằm tạo ra điện.
1.1.2 Tình hình sử dụng khí thiên nhiên ở Việt Nam Ở Việt Nam, dầu thô được khai thác ở quy mô công nghiệp từ năm 1986 nhưng khí thiên nhiên 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 thiên nhiên 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 lắp đường ống dẫn và đưa số khí đó vào bờ Năm 1997 hệ thống xử lý khí thiên nhiên của Việt Nam 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
Theo tìm hiểu thì khí thiên nhiên có các thông số sau:
Địa điểm xây dựng
Xã Phước An, huyện Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai
Đề xuất phương án chọn tổ máy
+ Phương án 1: Đặt 2 tổ máy công suất 375MW
(gồm 2x125MW tuabin khí + 1x125MW tuabin hơi)
Việc đảm bảo cung cấp đủ điện năng cho mạng lưới điện trong trường hợp có sự cố là rất quan trọng Khi một trong bốn tổ máy gặp hỏng hóc, ba tổ máy còn lại sẽ tăng công suất hoạt động để kịp thời sửa chữa và duy trì sự ổn định cho hệ thống điện.
- Điều chỉnh phụ tải dễ dàng dẫn đến khả năng tự động hóa cao.
- Cả 4 tổ máy đều cùng công suất cho nên thiết bị đi kèm cũng có cùng kích cỡ nên việc thay thế, sửa chữa sẽ khá thuận lợi.
- Tốn diện tích mặt bằng do đặt nhiều tổ máy.
- Đòi hỏi số lượng công nhân và kỹ sư vận hành lớn do vậy chi phí cho nhân công lớn.
- Hệ thống cồng kềnh do phải bố trí thêm hệ thống xử lý, chưng cất và hệ thống xử lý khói thải ra môi trường đúng theo tiêu chuẩn.
+ Phương án 2: Đặt 1 tổ máy 750 MW
(gồm 2x250MW tuabin khí + 1x250MW tuabin hơi)
- Chi phí nhân công thấp hơn và diện tích mặt bằng nhỏ hơn so với phương án 1.
- Đảm bảo được việc cung cấp điện cho lưới điện nếu một máy có sự cố.
- Tổ máy cùng công suất nên thiết bị cùng kích cỡ nên thay thế, sửa chữa thuận lợi
- Ít thiết bị hỗ trợ nên giảm tổn thất nhiệt đáng kể, hiệu suất làm việc sẽ cao hơn so với phương án 1.
- Do tổ máy có công suất lớn nên quá trình vận hành cần đảm bảo quy trình kỹ thuật tương đối cao.
*So sánh các phương án
Gọi K1, K2 là chi phí vốn đầu tư ban đầu của phương án 1 và 2
S1, S2 là phí tổn vận hành hằng năm của phương án 1 và 2.
Tính chi phí vận hành hằng năm
Chi phí vận hành hằng năm của các thiết bị như sau:
S = SA + SB + Sn + S0 , [đồng/năm].
- SA : chi phí cho khấu trừ hao mòn và sửa chữa, SA = PA.K [đồng/năm] với
K là vốn đầu tư còn PA là phần khấu trừ (theo bảng 1.12_1.13 trang 26 TL[1]);
- SB : chi phí cho nhiên liệu SB = C.B [ đồng/năm], với C là giá mua nhiên liệu khí thiên nhiên [ đồng/m 3 ], còn B là tiêu hao nhiên liệu cho nhà máy [m 3 /năm];
- Sn : chi phí cho việc trả lương cán bộ công nhân viên, Sn = z.N.n,
Với : z là tiền lương trung bình của một người, [ đồng/người/năm] n là hệ số biên chế của công nhân viên vận hành, [người/MW].
- S0 : chi phí công việc chung của nhà máy và tất cả các chỉ tiêu khác,
Với S0 = α(SA+Sn),[ đồng/năm], còn α là phần khấu trừ tương ứng.
1.4.1 Chi phí cho khấu trừ hao mòn và sửa chữa
- PA định mức khấu hao mòn tra theo bảng 1.13 trang 26 TL1.
Vốn đầu tư thực tế cho nhà máy nhiệt điện tuabin hơi dao động từ 1300 USD/KW đến 1500 USD/KW Trong khi đó, chi phí đầu tư cho tuabin khí cao hơn, gấp 1,2 lần so với tuabin hơi.
= 1500.22000.250.10 3 + 1,2.1500.22000.500.10 3 = 28,05.10 12 đồng, với N là công suất của nhà máy [KW]
= 1300.22000.250.10 3 + 1,2.1300.22000.500.10 3 = 24,31.10 12 đồng, với N là công suất của nhà máy [KW]
1.4.2 Chi phí cho nhiên liệu:
- C : giá thành một m 3 khí Từ 2-2,5USD/1 triệu BTU =>1m 3 = 0,075 USD
- B : lượng nhiên tiêu tốn trong một năm.
Với b là suất tiêu hao khí để sản xuất 1 kWh điện, b = = [m 3 / kJ] hoặc b = [m 3 /kWh ]
Với B lượng nhiên liệu tiêu hao [m 3 /s ]
Qlv t nhiệt trị thấp của khí thiên nhiên Q t lv= 30MJ/m3 hiệu suất = (0,37-0,4 )
Vậy: b1 = 0,32 [m 3 /kWh] : Ứng với phương án 1. b2 = 0,30 [m 3 /kWh] : Ứng với phương án 2.
- N : tổng công suất nhà máy N= 750MW
- n : số giờ làm việc trong một năm n= 7000h
1.4.3 Chi phí trả lương cho cán bộ công nhân viên
- 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 là 8.10 6 đồng/tháng. Thì : Z = 8.10 6 12 = 96.10 6 đồng/năm;
- N = 750 [MW] : tổng công suất nhà máy;
- n: hệ số biên chế của công nhân viên vận hành [người/MW] Theo tìm hiểu thì khoảng 300 người/750MW: (1 tổ 750MW) và khoảng 400-500 người/750MW (2 tổ 375MW )
Vậy chọn: n1= 0,53 [người/MW]; n2= 0,4[người/MW];
1.4.4 Chi phí cho công việc chung và các phí tổn khác
Với: α = 25%: hệ số khấu hao.
SA : chi phí khấu hao và sửa chữa.
Sn : chi phí trả tiền lương cho cán bộ công nhân viên.
Sau khi phân tích, phương án 2 cho thấy có vốn đầu tư và chi phí vận hành hàng năm thấp hơn so với phương án 1 Do đó, chúng ta quyết định chọn phương án 2, bao gồm việc lắp đặt một tổ máy với tổng công suất 750MW, bao gồm 2 tuabin khí 250MW và 1 tuabin hơi 250MW, cho nhà máy nhiệt điện tuabin khí hơi kết hợp.
TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ NHIỆT NGUYÊN LÝ VÀ CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ CỦA NHÀ MÁY
Lập sơ đồ nhiệt nguyên lý cho tổ máy đã chọn
Sơ đồ nhiệt là công cụ quan trọng để xác định nội dung cơ bản của quá trình công nghệ chuyển đổi nhiệt năng trong nhà máy điện Nó bao gồm các thiết bị chính và phụ, cùng với các đường hơi và đường nước được kết nối chung vào một khối trong quy trình công nghệ.
2.1.1 Thành phần trong sơ đồ nhiệt nguyên lý
Có 2 tuabin khí công suất 250MW
- Tuabin được sử dụng là K – 250–150 có:
- Công suất định mức: 250 MW
- Áp suất hơi đầu vào: 150 Bar
- Số cửa trích không điều chỉnh : 6
- Áp suất quá nhiệt trung gian: Pqntg6 bar
- Nhiệt độ hơi quá nhiệt trung gian: tqntg S5 o C
Bảng 2.1 Thông số các cửa trích Cửa trích Cửa trích 1 Cửa trích 2 Cửa trích3 Cửa trích 4 Cửa trích 5 Cửa trích 6
2 Các thiết bị trong sơ đồ nhiệt nguyên lý nhà máy nhiệt điện ngưng hơi
- Các bình gia nhiệt cao áp, hạ áp;
- Bơm nước cấp, bơm nước đọng, bơm nước ngưng;
- Các đường ống dẫn hơi đến các bình gia nhiệt, đường nước ngưng chính, đường nước ngưng đọng.
2.1.2 Cấu trúc sơ đồ nhiệt nguyên lý
- Dựa trên các thông số của tuốc bin ta chọn 03 bình gia nhiệt cao áp (BGNCA); 03 bình gia nhiệt hạ áp (BGNHA) và 5 bình tận dụng nhiệt.
Chọn một bình khử khí (BKK) cho các nhà máy nhiệt điện ngưng hơi là cần thiết, do tổn thất hơi và nước ít Bình khử khí nên có áp suất từ 3,5 đến 12 bar, và trong sơ đồ này, áp suất được chọn là 6 bar.
- Cửa trích của bình khử khí được lấy cùng với cửa trích cho BGN số (3) rồi giảm áp suất tới 6 bar trước khi đi vào bình
3 Chọn sơ đồ dồn nước đọng của các bình gia nhiệt.
Sơ đồ dồn nước đọng có thể được thiết kế linh hoạt, tối ưu hóa chi phí và hiệu quả Nước đọng sau mỗi bình gia nhiệt có thể được dẫn đến khu vực có nhiệt độ tương đương và áp suất thấp để giảm thiểu việc sử dụng bơm Ngoài ra, nước đọng cũng có thể được chuyển thẳng vào hệ thống nước ngưng hoặc nước cấp chính ngay sau bình gia nhiệt Hiện nay, phương pháp phổ biến nhất là sơ đồ dồn nước kết hợp với bơm vào điểm hỗn hợp, trong đó nước đọng từ BGNCA phía trên được đưa vào bình khử khí chính Nước đọng từ các BGNHA phía trên cũng được dồn xuống dưới và cuối cùng được bơm ngược lại vào đường nước ngưng chính Cuối cùng, BGNHA gần bình ngưng sẽ được dồn cấp và nước đọng từ các bình gia nhiệt sẽ được đưa vào khoang nước của bình ngưng và hệ thống làm mát hơi.
4 Chọn sơ đồ cấp nước bổ sung
Nước bổ sung là nước đã qua xử lý hóa học và được đưa trực tiếp vào chu trình sản xuất Để gia nhiệt nước bổ sung, một bình gia nhiệt được sử dụng, tận dụng nhiệt từ nước xả sau khi phân ly để hâm nóng sơ bộ nước bổ sung Hơi sau quá trình phân ly cũng được sử dụng để đưa vào bình khử khí Sau khi được gia nhiệt sơ bộ, nước bổ sung sẽ được chuyển vào bình khử khí, và nước xả cuối cùng sẽ được xả đi.
2.1.3 Sơ đồ nhiệt nguyên lý
15 Ðu?ng hoi hút c?a ejecto Ðu?ng nu?c c?p nu?c ngung,nu?c b? sung và nu?c x? lò Ðu?ng nu?c d?ng
CHÚ GI? I : Ðu?ng hoi quá nhi?t Ðu?ng nu?c gi?i nhi?t Ðu?ng hoi b?o hòa ?m
Hình 2.1 sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt điện tổ máy 250 x 3 MW
Trong toàn bộ nhà máy 750MW gồm có: lò hơi thu hồi nhiệt, tua bin ngưng hơi một trục
K-250-210, có quá nhiệt trung gian, 2 tổ tua bin khí 250MW
- Đối với tuốc bin khí:
Máy nén không khí hút từ bên ngoài, nén đến áp suất cần thiết và đưa vào nhiên liệu cho tuabin khí Tuabin khí sinh công làm quay máy phát điện, trong khi khí thải sau tuabin được dẫn vào lò hơi để thu hồi nhiệt, làm nóng nước và tạo hơi, sau đó thoát ra ngoài qua ống khói.
- Đối với tuabin ngưng hơi:
Sau khi nhận nhiệt từ khói, nước trong ống sẽ chuyển thành hơi và được gia nhiệt tới trạng thái hơi quá nhiệt Hơi quá nhiệt từ lò hơi được dẫn đến phần cao áp của tuabin, sau đó được quá nhiệt lại để đạt nhiệt độ ban đầu Tuabin có sáu cửa trích, với một lần quá nhiệt trung gian sau khi trích hơi ở cửa số một, nhằm nâng nhiệt độ hơi trước khi tiếp tục quá trình dãn nở sinh công và cung cấp hơi cho các bình gia nhiệt Hơi quá nhiệt có thông số tương đương với hơi trích ở cửa số một, với nhiệt độ hơi đi quá nhiệt bằng nhiệt độ hơi mới Để đảm bảo hiệu suất làm việc, độ khô của tuabin nằm trong khoảng 0.96-0.98, và ở đây độ khô đạt 0.99 Trong số sáu cửa trích, ba cửa dành cho BGNCA, hai cửa cho BGNHA, và một cửa cho thiết bị khử khí Hơi sau khi trích đi hồi nhiệt sẽ được ngưng tụ, trong khi phần hơi còn lại vào bình ngưng để nhận nhiệt từ nước làm mát, sau đó được bơm qua các bình gia nhiệt và trở lại lò hơi để lặp lại chu trình.
Nước xả lò được đưa vào bình phân ly để tận dụng nhiệt độ cao, giảm áp suất và sinh ra hơi Hơi này được chuyển vào bình khử khí, trong khi phần nước xả tiếp tục trao đổi nhiệt với nước bổ sung trước khi được xả ra ngoài.
* Xây dựng quá trình giãn nở của dòng hơi trong tuốc bin trên đồ thị i-s
Trên đồ thị i-s của nước, quá trình giãn nở của dòng hơi trong tuốc bin được xây dựng bắt đầu từ điểm thông số hơi mới trước van stop, dựa vào đặc tính của tuốc bin Với áp suất hơi mới p0 = 150 bar và nhiệt độ hơi mới t0 = 535℃, chúng ta có thể xác định được điểm 0℃.
Hơi vào tuốc bin phải đi qua van stop bảo vệ và các van điều chỉnh lưu lượng, dẫn đến tổn thất áp suất Ở chế độ định mức, các van này gần như mở hoàn toàn, khiến áp suất hơi vào dãy cánh tĩnh tầng đầu tiên của tuốc bin thấp hơn áp suất hơi mới khoảng 3÷5% Quá trình này có thể coi là quá trình tiết lưu lý tưởng với entapy không đổi Điểm trạng thái hơi 0’ được xác định qua giao điểm giữa po’ = (0,95÷0,97).po.
Dựa trên đặc tính kỹ thuật của tuốc bin, áp suất và nhiệt độ của hơi trích tại các cửa trích là thông số quan trọng Cặp thông số này cho phép xác định các điểm trạng thái của hơi trích và thể hiện chúng trên đồ thị i-s.
Tuốc bin được chọn có hai cửa trích cuối cùng hoạt động trong vùng hơi ẩm Sau khi giãn nở tại cụm tầng cuối cùng, hơi sẽ được dẫn vào bình ngưng Hơi thoát ra là hơi bão hòa ẩm với độ khô x Biết được độ khô x và áp suất của hơi thoát, ta có thể xác định điểm trạng thái của hơi khi rời khỏi tầng cánh động cuối cùng cũng như điểm trạng thái của hơi trong bình ngưng, đánh dấu sự kết thúc của quá trình giãn nở.
Nối các điểm nút vừa xác định được lại với nhau ta được toàn bộ quá trình giãn nở của dòng hơi trong tuốc bin trên đồ thị i-s.
Lập bảng thông số hơi và nước
Để xác định nhiệt độ của dòng hơi trích, chúng ta có thể sử dụng phương pháp nội suy dựa trên entanpy và áp suất của dòng hơi Bằng cách tra bảng hơi quá nhiệt và nước chưa sôi, quá trình này sẽ cho ra kết quả chính xác về nhiệt độ cần tìm.
Để xác định áp suất của BGN từ áp suất hơi tại cửa trích, ta cần lấy giá trị thấp hơn từ 3% đến 6% so với áp suất tại cửa trích Đối với BGN cao áp, chọn mức thấp hơn 3%, trong khi đối với BGN hạ áp, chọn mức thấp hơn 6%.
Từ áp suất của bình gia nhiệt tra bảng nước và hơi bão hòa thì sẽ tìm được nhiệt độ bão hòa ứng với áp suất đó.
Nhiệt độ môi trường lấy bằng 27 o C Vì vậy nước làm mát sau khi ra khỏi
Tổn thất áp suất trên các đường ống dẫn hơi và van là 3% so với áp suất đầu vào tại cửa trích Độ gia nhiệt trong các BGNHA là 4 o C, trong khi ở các BGNCA là 2 o C.
Nhiệt độ nước làm mát vào bình ngưng càng thấp, khả năng duy trì độ chân không sâu trong bình ngưng càng cao Áp suất ngưng tụ phụ thuộc vào hiệu suất của thiết bị hút thải, cũng như sự tích tụ của cáu bẩn và phù sa Do đó, lưu lượng nước làm mát vào bình ngưng sẽ ảnh hưởng đến áp suất ngưng tụ pk Nhiệt độ ngưng tụ được xác định theo công thức: tk = t1 + Δt + θ, o C.
- t = 8 ÷ 10 o C : độ gia nhiệt nước làm mát Ta chọn t = 8 o C.
- : độ gia nhiệt thiếu nằm trong khoảng 3-5 o C Chọn độ gia nhiệt thiếu là
Tại áp suất Pk= 0,07 bar, entanpy của hơi được tính toán là ik = 2375,56 kJ/kg với độ khô x = 0,92 sau tuabin Độ bão hòa của nước đọng tương ứng với áp suất tại bình gia nhiệt (tbh) được xác định, trong khi nhiệt độ dòng nước cấp hoặc nước ngưng chính ra khỏi BGNCA và BGNHA (t nr) được tính bằng hiệu nhiệt độ bão hòa tại áp suất bình gia nhiệt với độ gia nhiệt không tới mức Áp suất nước cấp hoặc nước ngưng chính ra khỏi BGNCA và BGNHA cũng được xác định là p nr.
Áp suất BGNCA được xác định dựa trên áp suất hơi vào các tuabin, với mức tăng 10% so với áp suất hơi mới Bộ hâm nước sử dụng hai cấp áp suất từ 4 đến 8 bar, trong khi BGNCA trước đó có áp suất từ 2 đến 3 bar cho mỗi bộ.
Áp suất đường nước ngưng chính tại đầu ra của mỗi BGNHA được tính bằng áp suất làm việc trong bình khử khí là 6 bar, cộng thêm áp suất cột nước từ độ cao của bình khử khí (20÷30)m, tương ứng với áp suất (2 ÷ 3) bar Do đó, áp suất tại đầu ra gần bình khử khí ít nhất là khoảng (8 ÷ 9) bar Trở lực đường nước qua mỗi BGNHA dao động từ (1 ÷ 2,5) bar, trong khi đối với các nhà máy nhiệt điện công suất lớn, trở lực có thể lên tới 3 bar Áp suất đường nước ngưng tại đầu ra mỗi BGNHA sẽ được xác định bằng cách cộng lùi lại phía bơm ngưng.
Từ đó ta có bảng thông số hơi nước như sau.
Entanpy của dòng nước cấp hoặc nước ngưng chính (i nr ) tại đầu ra mỗi
Entanpy của nước chưa sôi, bao gồm nước cấp và nước ngưng, được xác định dựa trên áp suất và nhiệt độ Mặc dù entanpy này ít phụ thuộc vào áp suất, nhưng nó lại chịu ảnh hưởng lớn từ nhiệt độ.
Bảng 2.2 Thông số hơi và nước như sau:
TS hơi tại của trích TS hơi tại BGN TS đường nước η ptr
Hình2.2 Quá trình giãn nỡ của dòng hơi trong tuabin trên đồ thị i-s
Nhìn vào đồ thị i-s ta thấy:
Độ dốc giữa các đoạn giãn nở của hai cửa trích liên tiếp cho thấy hiệu suất tương đối của các cụm tầng.
- Cụm tầng đầu tiên có hiệu suất trung bình.
- Cụm tầng giữa tuốc bin có hiệu suất cao nhất.
Tính toán cân bằng nhiệt và vật chất cho sơ đồ nhiệt nguyên lý
Để xác định lưu lượng hơi trích từ tuốc bin và các dòng hơi phụ, cần tính toán tổng lưu lượng hơi mới vào tuốc bin, nhằm đảm bảo công suất theo yêu cầu thiết kế của tổ máy đã chọn.
Dựa vào tổng lưu lượng hơi mới vào tuốc bin, chúng ta có thể tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của tổ máy, từ đó xác định các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cho toàn bộ nhà máy.
- Thực chất của việc tính toán cân bằng nhiệt và vật chất của SĐNNL là tính toán cân bằng nhiệt và vật chất cho các bộ trao đổi nhiệt.
2.3.1 Tính toán cân bằng cho bình phân ly và bình gia nhiệt bổ sung
Bình phân ly là một thiết bị sinh hơi, hoạt động dựa trên nguyên lý giảm áp suất nước sôi trong bao hơi xuống mức áp suất nước sôi trong bình, từ đó tạo ra một lượng hơi bão hòa khô.
Thực tế, độ khô của hơi sinh ra chỉ có thể đạt được khoảng 0,96÷0,98.
Sau khi phân ly, nước xả sẽ được gia nhiệt trước khi vào bình khử khí và sau đó được thải ra ngoài Để đảm bảo hiệu quả, cần chọn bình phân ly có áp suất 7 bar, trong khi bình khử khí hoạt động ở áp suất 6 bar.
Hình 2.3 Sơ đồ tính cân bằng cho bình phân ly
Trong bài viết này, các ký hiệu quan trọng được định nghĩa như sau: αxả là lưu lượng tương đối của nước xả đáy từ lò hơi, BH là entanpi của nước sôi tại áp suất trong bao hơi Ngoài ra, α’ xả biểu thị lưu lượng tương đối của nước xả từ bình phân ly, trong khi i’ xả là entanpi của nước sôi ở áp suất trong bình phân ly Cuối cùng, αh là lưu lượng tương đối của hơi ra khỏi bình phân ly, và ih là entanpi của hơi ra khỏi bình phân ly.
Sau khi hơi ra khỏi bình phân ly, nó sẽ được đưa vào bình khử khí Tại đây, giá trị ih được xác định bằng công thức: ih = i’(pBPL) + xh.(i’’(pBPL) – i’(pBPL)), trong đó xh là độ khô của hơi.
Để xác định lưu lượng tương đối của nước xả bỏ (α) và lưu lượng tương đối của hơi ra khỏi bình phân ly (αh), chúng ta cần áp dụng phương trình cân bằng nhiệt và cân bằng vật chất của bình phân ly.
+ Phương trình cân bằng nhiệt của bình phân ly:
(1) + Phương trình cân bằng vật chất của bình phân ly:
- Áp suất trong bao hơi lấy: pBH = 1,1po = 1,1 150 = 165 bar, chọn 165 bar Tra bảng nước và hơi bão hòa ứng với áp suất p = 165 bar ta có i ’ BH = 1669,5 kJ/kg.
Và pBPL = 7 bar ta có: i ’ xa = i ’ BPL = 670,7 kJ/kg; i ’’ BPL = 2757 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 = 670,7 + 0,98.( 2757 – 670,7) = 2715,3 kJ/kg.
- Lưu lượng nước xả lò chọn αxa = 1% (theo tr145 TL1)
Giải hệ phương trình hai ẩn ta được:
2.3.1.2 Bình gia nhiệt nước bổ sung
Hình 2.4 sơ đồ tính cân bằng cho bình gia nhiệt nước bổ sung Trong đó:
- α bỏ xả = 0,0051: Lưu lượng tương đối của nước xả khỏi bình phân ly.
- i ’ xả = 670,7 kJ/kg: Entanpi của nước sôi ở áp suất trong bình phân ly.
- i s bs : Entanpi của nước bổ sung ra khỏi BGNBS.
- i bỏ xả : Entanpi của nước xả bỏ ra khỏi BGNBS.
Phương trình cân bằng nhiệt cho BGNBS là:
(1) Phương trình liên hệ giữa nhiệt độ ra của hai dòng nước là:
Giải hệ hai phương trình (1) và (2) ta có:
Vậy: i bo xa = i + i s bs = 4,18.13 + 247,5= 301,83 kJ/kg
2.3.2 Tính cân bằng nhiệt cho các bình gia nhiệt
Nhiệm vụ tính toán cân bằng nhiệt cho các bình gia nhiệt là xác định lưu lượng hơi trích tương đối tại các cửa trích Điều này được thực hiện thông qua việc thiết lập và giải các phương trình cân bằng nhiệt và vật chất cho các bình gia nhiệt.
Quá trình tính toán được thực hiện tuần tự từ BGNCA ở phía lò hơi đến phía bơm cấp, sau đó xác định độ gia nhiệt của bơm cấp Tiếp theo, tính toán được thực hiện cho bình khử khí và các BGNHA từ phía bình khử khí đến phía bơm ngưng.
Việc sử dụng hơi quá nhiệt từ cửa trích của tuabin có thể được tối ưu hóa về mặt kinh tế thông qua việc làm lạnh hơi trích bằng nước cấp Quá trình này giúp giảm sự trao đổi nhiệt không thuận nghịch trong các bình gia nhiệt, làm tăng lượng hơi trích và giảm lượng hơi vào bình ngưng, từ đó nâng cao hiệu suất của tuabin và toàn bộ nhà máy Hơn nữa, việc làm lạnh nước đọng cũng góp phần giảm thiểu sự thay thế hơi trích trong bình gia nhiệt, dẫn đến giảm tổn thất năng lượng Vì lý do này, các bình gia nhiệt cao áp thường được thiết kế với ba phần: làm lạnh hơi, gia nhiệt chính và làm lạnh nước đọng.
2.3.2.1 Bình gia nhiệt cao áp số1 (BGNCA 1)
Hơi cấp cho bình gia nhiệt cao áp 1 lấy từ cửa trích số 1.
Việc nâng cao hiệu quả kinh tế của quá trình hồi nhiệt từ hơi quá nhiệt của các cửa trích tuabin có thể đạt được thông qua việc làm lạnh hơi trích bằng nước cấp Quá trình này giúp giảm sự trao đổi nhiệt không thuận nghịch trong các bình gia nhiệt, dẫn đến việc tăng lượng hơi trích và giảm lượng hơi vào bình ngưng, từ đó cải thiện hiệu suất của tuabin và toàn bộ nhà máy Hơn nữa, việc làm lạnh nước đọng cũng góp phần giảm sự thay thế hơi trích trong bình gia nhiệt Các bình gia nhiệt cao áp thường được thiết kế với ba phần chính: làm lạnh hơi, gia nhiệt chính và làm lạnh nước đọng Quá trình tính toán cho các bình gia nhiệt cao áp được thực hiện từ bình có áp suất cao đến bình có áp suất thấp.
Hình 2.5 Sơ đồ tính cân bằng nhiệt cho bình gia nhiệt cao áp 1
- Entanpi của hơi trích vào BGNCA số 1: i1 = 3086,12 kJ/kg.
Do cấu tạo phức tạp của bình gia nhiệt, entanpi của nước ra khỏi BGNCA số 1 cao hơn entanpi của nước cấp vào BGNCA1 từ 20 đến 40 kJ/kg Vì vậy, chúng ta chọn giá trị 40 kJ/kg, dẫn đến iđ1 = i v CA1 + 40 = 850 + 40 = 890 kJ/kg.
- Entanpy nước cấp ra và vào bình gia nhiệt số 6: i r CA1 = 1061 kJ/kg; i v CA1 = 850 kJ/kg.
- Lưu lượng dòng nước cấp (bằng lưu lượng hơi mới cộng với lưu lượng bổ sung): nc = 1 + rr + = 1 + 0,01+0,051 = 1,0151
- 1 : Lưu lượng hơi trích vào BGNCA 1, cũng như là lưu lượng nước đọng ra khỏi BGNCA 1
Phương trình cân bằng năng lượng cho bình gia nhiệt cao áp
Chọn hiệu suất bình gia nhiệt 1 = 0,98
Bình gia nhiệt cao áp 2 (BGNCA 2) nhận nước đọng từ bình gia nhiệt áp suất cao gần đó, cụ thể là từ bình gia nhiệt áp suất cao 1, dẫn đến việc tăng cường dòng nước vào bình gia nhiệt cao áp 6 Hơi cấp cho BGNCA 2 được lấy từ cửa trích số 2.
Nước cấp ra khỏi bơm cấp có entanpy tăng nhẹ do quá trình nén làm tăng nhiệt độ Nước cấp từ bình khử khí được coi là ở trạng thái sôi, giúp đạt hiệu quả khử khí nhiệt Do đó, trước khi tính toán BGNCA số 2, cần phải tính sơ bộ độ gia nhiệt của bơm cấp để xác định entanpy của nước cấp vào BGNCA.
*Xác định sơ bộ độ gia nhiệt của bơm cấp cho nước cấp.
Cột áp đầu hút của bơm nước cấp được xác định dựa trên áp suất làm việc trong bình khử khí, trở lực đầu hút và chiều cao mức nước trong bình so với đầu hút của bơm Công thức tính cột áp này là ph = pkk + ρ.g.Hh − Δptlh, với đơn vị đo là N/m².
Tính toán tuabin khí
2.4.1 Lựa chọn các thông số đầu vào
- Thành phần nhiên liệu khí thiên nhiên:
- Các thông số không khí vào máy nén : tkk’= 25 o C, p = 1 bar
- Các thông sô của không khí ra khỏi máy nén: tkk” = 340 o C, p = 10 bar
- Nhiệt độ khói vào tuabin khí tTB’ = 1000 o C
- Nhiệt dộ khói ra khỏi tuabin khí tTB” = 600 o C
- Công suất của 1 máy phát tuabin khí là 250 MW
- Nhiệt trị thấp làm việc của khí thiên nhiên :
( tính toán theo công thức 2-8b/20, giáo trình lò hơi và thiết bị đốt của PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng)
2.4.2.1 Tính toán quá trình cháy nhiên liệu trong buồng đốt của tuabin khí
Lượng Oxy lý thuyết để cháy hoàn toàn 1 m3 nhiên liệu khí khí thiên nhiên:
VO2 = (m + n/4).[CmHn] = (1+4/4).[CH4] + (2+6/4)[C2H6] = 2.0,85 + 3,5.0,1 = 2,05 m 3 /m 3 Lượng không khí lý thuyết để cháy hoàn toàn 1 m3 nhiên liệu khí thiên nhiên
= 3.0,85 + 5.0,1 + 0,02 + 0,03 + 0,79.9,76 ,81 m 3 /m 3 Lượng khói thải thực tế sinh ra là:
VK = VK o + (α– 1).VKK o ( Với α là hệ số không khí thừa) = 10,81+ (1,1 – 1).9,76 = 11,786 m 3 /m 3 nhiên liệu khí
2.4.2.2 Tính toán lượng nhiệt tiêu thụ cho tuabin khí
Trong đồ án này nhóm em chọn tuabin khí 9F.03 của hãng GE với các thông số như sau:
Bảng 2.3 thông số kĩ thuật của tuabin khí
Công Suất đầu ra (MW) 260
Suất tiêu hao nhiệt (BTU/kWh, LHV) 9020
Suất tiêu hao nhiệt (kJ/kWh, LHV) 9517
+ Với suất tiêu hao nhiệt của tuabin là 9517 kJ/kWh, ta có :
Lượng nhiệt tiêu hao cho tuabin khí là: h7338Kw
Với nhiệt trị của nhiên liệu là : 6910 kJ/m 3
Ta có lưu lượng nhiên liệu: Dnl = Q Q TBkhi kh lv =¿ ,62 m 3 /s.
- Với lưu lượng nhiên liệu Dnl = 18,62m 3 /s thì ta có lưu lượng không khí cần thiết cho quá trình cháy của tuabin là: Dkk = Dnl VK ,62 11,786 = 219,47 m 3 /s
2.4.2.3 Tính toán lượng nhiệt thải cho tuabin khí
- Nhiệt độ của không khí vào máy nén khí là : tkk’ = 25 o C => Cp = 1,267 kJ/m 3 K => Ikk’ = Cp.tkk’ = 25.1,267 = 31,675 kJ/m 3
- Nhiệt độ của không khí ra khỏi máy nén là: tkk” = 350 o C => Cp = 0,65 kJ/m 3 K
- Nhiệt độ của không khí ra khỏi máy nén chính là nhiệt độ không khí đi vào buồng đốt Suy ra tbđ’ = tkk’’= 350 o C=> Ibđ’ = 227,5kJ/m 3
- Nhiệt độ khói vào tuabin khí : tTBK’ = 1000 o C=>Cp = 0,36 kJ/m 3 K
- Nhiệt độ khói ra khỏi tuabin khí : tTBK” = 550 o C => Cp = 0,785 kJ/m 3 K
- Giả sử nhiệt độ của không khí ra khỏi buồng đốt bằng nhiệt độ của khói
Qthải = Dspc ispc = Dspc CP t Trong đó : Dspc = Dnl + Dkk = 18,62 + 219,47 = 238,09 m 3 /s
Cp = 0,785 kJ/m 3 nhiệt dung riêng sản phẩm cháy tính theo thể tích. t: Nhiệt độ khói thải
Do nhà máy chạy kết hợp hai tuabin khí nên có tổng lượng nhiệt thải là:
Xác định các chỉ tiêu Kinh tế - Kỹ thuật của nhà máy máy
2.5.1 Kiểm tra cân bằng công suất tuabin ngưng hơi
- Cân bằng năng lượng và tiêu hao hơi trên tuabine.
- Đối với các cửa trích phía trên và đường đi QNTG
Bảng 2.4 Xác định các hệ số không tận dụng nhiệt giáng Điểm trích i ii [kJ/kg] yi
2.5.2 Tiêu hao hơi trên tuabine
- Ne : Công suất điện cần thiết kế của tổ máy , [kW]
- io’414,7 kJ/kg , ik= 2375,56 kJ/kg lần lượt là entanpy của hơi mới ở đầu vào tầng cánh đầu tiên và đầu ra khỏi tầng cánh cuối cùng của tuabin
- g và ml lần lượt là hiệu suất máy phát điện và hiệu suất cơ khí
2.5.3 Suất tiêu hao hơi của tuabine
Ý nghĩa: Phải dùng bao nhiêu kg hơi đưa vào tuabine để sản xuất ra được 1kWh điện năng d 0 = D 0
2.5.4 Tiêu hao nhiệt cho thiết bị tuabin
Lượng nhiệt chính mà là hơi phải cung cấp cho turbine và bình ngưng
2.5.5 Suất t i êu hao nhiệt cho thiết bị tuabin
Là lượng nhiệt tiêu hao cho thiết bị turbine sản xuất 1kWh điện. q TB = Q TB
2.5.6 Tiêu hao nhiệt cho lò hơi xuất ra hơi quá nhiệt ở đầu ra bộ quá nhiệt cuối cùng trước khi được dẫn sang gian đặt thiết bị tuabin, do có quá nhiệt trung gian nên:
Q LH = D LH ( i qn −i nc +α QNTG q QNTG LH ) , kW
DLH là lưu lượng nước cấp vào lò hơi, cần phải lớn hơn lưu lượng hơi vào tuabin Lượng nước cấp này phải đủ để bù đắp cho tổng lượng nước xả lò, lưu lượng hơi chèn, hơi cho ejector và các rò rỉ khác trong lò hơi cũng như trên đường dẫn hơi mới sang gian tuabin.
IqN là entanpy của hơi quá nhiệt thoát ra từ bộ quá nhiệt cuối cùng của lò hơi Áp suất hơi quá nhiệt sơ bộ được chọn là 165 bar, với nhiệt độ hơi quá nhiệt gần đúng là 540 °C, cao hơn nhiệt độ hơi vào tuabin 5 °C (tức là 535 °C) Qua việc tra bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt, ta nội suy và xác định iqn = 3440 kJ/kg.
- αQNTG : Là lưu lượng hơi tương đối của dòng hơi đi quá nhiệt trung gian; αQNTG = (1 – αh1)
- q LH QNTG : Là lượng nhiệt mà một kg hơi nhận được ở bộ quá nhiệt trung gian tại lò hơi; q LH QNTG = i LH sQNTG - i LH trQNTG
2.5.7 Suất tiêu hao nhiệt cho lò hơi
Lượng nhiệt mà nước nhận được trong là hơi tính cho một đơn vị nhiệt năng sản xuất ra. q LH = Q LH
2.5.8 Tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy ĐN: Tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy là lượng nhiệt năng tiêu hao cho lò hơi mà nhiên liệu phải cung cấp
Theo thông số đã tính toán trong đồ án lò hơi đốt khí đồng hành, chọn hiệu suất lò hơi ❑ LH =0,92
2.5.9 Suất tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy ĐN: Suất tiêu hao nhiệt cho toàn tổ nhà máy là tiêu hao nhiệt cho toàn tổ nhà máy để sản xuất ra một đơn vị điện năng (thường 1kWh). q c = Q c
2.5.10 Hiệu suất truyền tải môi chất trong nhà máy
Hiệu suất truyền tải môi chất được xác định dựa trên tổn thất nhiệt ra môi trường và tổn thất áp suất trong quá trình vận chuyển nước và hơi Trong toàn bộ chu trình nhiệt của nhà máy, tổn thất lớn nhất thường xảy ra giữa gian lò và gian tuabine, do đó, hiệu suất truyền tải được tính chủ yếu từ tổn thất trên đoạn đường này Công thức tính hiệu suất truyền tải là η tr = Q TB.
2.5.11 Hiệu suất của thiết bị tuabine ĐN: Hiệu suất của thiết bị tuabine là hiệu suất khối thiết bị tuabine - máy phát, có kể cả tổn thất nhiệt ở bình ngưng. η TB = N e
2.5.12 Tính toán lượng nhiệt cấp cho nhà máy
2.5.12.1 Lượng nhiệt cần cấp cho nhà máy
Khi lò hơi hoạt động, nhiệt lượng cần cung cấp là Qc = 675082,6 Đồng thời, khi hai tuabin khí vận hành, lượng nhiệt từ khói thải của chúng được tính là ∑.
Vậy ta có lượng nhiệt cần bổ sung từ nhiên liệu cho lò hơi:
Khi vận hành tuabin khí thì nhiệt lượng cần cấp cho hai tuabin khí là :
Tổng lượng nhiệt cấp cho nhà máy:
2.5.12.2 Hiệu suất toàn bộ nhà máy
2.5.12.3 Tiêu hao nhiên liệu cho toàn bộ nhà máy
Tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy (theo công thức 2.25, trang 49, TL[1]).
2.5.12.4 Suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn
Suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn là lượng nhiên liệu cần thiết để sản xuất một đơn vị điện năng, được xác định theo công thức 2.28.
Bảng 2.5 Chỉ tiêu kinh tế cho nhà máy Đại lượng Giá trị Đơn vị
Tiêu hao hơi Do cho tuabin 223,53 kg/s
Suất tiêu hao hơi cho tua bin 3,219 kg/kWh
Suất tiêu hao nhiệt cho thiết bị tuabin 8845,2 kJ/kWh
Suất tiêu hao nhiệt cho lò hơi 8943,5 kJ/kWh
Suất tiêu hao nhiệt cho toàn tổ máy 9720 kJ/kWh
Hiệu suất truyền tải của môi chất 98,89 %
Hiệu suất của thiết bị tuabin 40,7 %
Hiệu suất của toàn nhà máy 42,3 %
Tiêu hao nhiên liệu cho toàn tổ máy 47,768 m 3 /s
Suất tiêu hao nhiên liệu 0,229 m 3 /kWh
TÍNH CHỌN THIẾT BỊ NHÀ MÁY
3.1 Lựa chọn thiết bị chính của nhà máy điện
Nhà máy điện chủ yếu sử dụng thiết bị là hơi và tua bin Trong chương 2, chúng ta đã lựa chọn tua bin, vì vậy ở mục này, chúng ta sẽ tập trung vào việc lựa chọn lò hơi.
Chọn năng suất, loại và số lượng lò hơi dựa trên cơ sở sau:
+ Đảm bảo cung cấp hơi.
+ Tổn hao kim loại và giá thành thấp.
+ Áp dụng cấu trúc là hợp lý, dùng cùng một loại và cùng năng suất trong một khối cũng như trong toàn nhà máy.
Tổng năng suất định mức của lò hơi cần phải cao hơn phụ tải cực đại một chút Phụ tải hơi của lò hơi bao gồm lượng hơi tối đa cung cấp cho tua bin, các thiết bị giảm ôn và giảm áp, tiêu hao hơi cho ejector, cũng như tổn thất do rò rỉ hơi Khi xác định phụ tải hơi, cần xem xét tiêu hao hơi cho tua bin, bao gồm cả rò rỉ và thêm 3% dự trữ.
Gọi phụ tải hơi của lò là D thì
Trong đó: 1 + rr : hệ số tính đến tổn thất rò rỉ hơi.
1,03: hệ số tính đến độ dự trữ
Hay D = 837,14 T/h Với sản lượng này ta chọn được loại lò hơi Thu hồi nhiệt mỗi khối có 1 lò hơi
- Thông số hơi quá nhiệt
- Nhiên liệu: khí thiên nhiên
3.2 Lựa chọn thiết bị phụ
3.2.1 Bơm nước cấp Đối với những khối lớn có công suất (250 -300) MW hoặc lớn hơn thì nên dùng truyền động bằng tua bin hơi là kinh tế hơn, bơm điện chỉ dùng dự phòng.
Bơm nước cấp là thiết bị thiết yếu trong nhà máy, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hoạt động ổn định của lò hơi, từ đó đảm bảo quá trình sản xuất điện năng diễn ra liên tục và hiệu quả.
Khi chọn bơm nước cấp, cần đảm bảo cung cấp đủ nước ở công suất tối đa của toàn bộ hệ thống để bảo vệ an toàn cho hoạt động của bơm Lưu lượng nước qua mỗi bơm nên được tính toán dư ra khoảng 5-10% so với định mức, và cột áp cũng nên được lấy dư tương tự để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
Tổng chiều cao cột áp bơm cấp tính theo công thức (2.8) [tl1tr42]
p = (Pđ - Ph) 8,25.10 5 N/m 2 đã tính ở chương 2 Để chọn bơm ta dựa vàìo các thông số sau:
Lưu lượng nước cấp : Dnc = 226,9 kg/s
Lưu lượng nước cấp của 1 bơm có kể đến 5% dự trữ là:
Dnc = 238,25 kg/s -Năng suất của bơm nước cấp
Qnc = Dnc.υ Với: υ = 0,0011 m 3 /kg : thể tích riêng trung bình của nước cấp
- Cột áp của bơm nước cấp lấy dự trữ cột áp 5% ta có:
-Công suất động cơ cần kéo bơm ngưng :
Chúng tôi lựa chọn bơm cấp chạy bằng tuabin hơi dựa trên hai tiêu chí chính là năng suất và cột áp Thông tin chi tiết có thể tham khảo từ bảng tại [https://maybomnuoc99.com/catalogue-may-bom-nuoc-pentax/].
- Áp suất đầu đẩy: 250 at.
- Áp suất đầu hút: 20at.
Từ đó ta chọn được loại động cơ để kéo bơm nước ngưng
- Ký hiệu động cơ: PB ΠT -11-4
Lưu lượng của bơm nước ngưng
Dng = DK + D7 + D HA ch + De + DTBP , kg/s
- DK = K D0 = 0.6329 D0 : lượng nước do hơi cuối tuabin ngưng tụ ở bình ngưng
- D6 : Lượng nước đọng ra khỏi bình GNHA6
- D HA ch: lượng nước đọng của hơi chèn hạ áp
- De: lượng nước đọng của hơi trích cho Ejectơ
- DTBP: Lượng nước đọng từ tuabin phụ
Vậy : Dng = D0 (K +6 + HA ch + e +TBP)
0 kg/s Nếu tính thêm dự trữ 10% thì :
Năng suất của bơm nước ngưng
Q = Dng υ Với: υ = 0,0011 m 3 /kg : thể tích riêng trung bình của nước cấp.
Cột áp đầu hút của bơm nước được xác định bằng công thức ph = pk + ρg Hh [N/m²] Cùng với đó, cột áp đầu đẩy của bơm cũng được tính toán theo một công thức tương ứng.
Cột áp của bơm nước ngưng : Δp BN = P đ − P h =( P kk − P k ) + Σ Δp tl + ρg( H đ − H h )
+ pkk = 6 bar : áp lực trên mặt thoáng của bình khử khí
+ pk = 0,07 bar: áp lực trên mặt thoáng của bình ngưng
Tổng trở lực của hệ thống ống dẫn bao gồm các yếu tố như trở lực tại đầu hút, đầu đẩy, trở lực của bơm, cũng như trở lực từ các van và thiết bị khác được lắp đặt trên đường ống hút và đẩy.
Có 3 BGNH, trở lực mỗi bình là ∆pha = 0,3 MN/m 2 Σ Δp tl = ¿∆ptld + ∆ptlh = 1,2 MN/m 2
+ Độ chênh chiều cao đầu hút và đầu đẩy :
Khối lượng riêng trung bình: = 970kg/m 3
∆PBN = (6 – 0,07).10 5 + 15.10 4 + 970.9,81.27 = 1000600 N/m 2 Để đảm bảo cho quá trình làm việc của bơm ta phải lấy dư 10% Σ ∆PBN = 1000600.1,100660 N/m 2 Công suất động cơ cần kéo bơm là:
Trong đó: 5: hiệu suất của bơm.
Dựa vào năng suất Q = 697 m 3 /h , cột áp: Σ ∆P 00600 N/m 2 == 112 m H O
+ Công suất tiêu thụ: 500kW.
Từ đó ta chọn được loại động cơ để kéo bơm nước ngưng
- Ký hiệu động cơ: AB-11-4
Số lượng: chọn 2 bơm mắc song song 1 cái làm việc còn 1 cái dự phòng
Bơm tuần hoàn được sử dụng trong mùa hè khi lưu lượng hơi vào bình ngưng đạt mức tối đa và nhiệt độ nước làm mát đầu vào cao nhất Đối với tuabin có cửa trích cho hộ tiêu thụ, cần tính toán bơm tuần hoàn trong trường hợp hộ tiêu thụ không sử dụng nhiệt, đặc biệt khi tuabin hoạt động ở chế độ ngưng hơi Không nên lắp đặt bơm tuần hoàn dự phòng, chỉ nên sử dụng trong hệ thống làm mát kín với nước biển Trong các nhà máy điện theo sơ đồ khối, số lượng bơm tuần hoàn cần phải lớn hơn ba.
Như vậy toàn nhà máy có 4 bơm tuần hoàn đặt tại trạm bơm bờ sông.
Năng suất của bơm tuần hoàn phụ thuộc vào lượng nước cần cung cấp cho bình ngưng, đồng thời cũng cần xem xét lượng nước làm mát dầu và các yêu cầu khác liên quan.
Sơ đồ nguyên lý đặt bơm tuần hoàn
Năng suất bơm tuần hoàn ngoài lưu lượng nước cần thiết để làm mát bình ngưng còn phải tính đến các nhu cầu sử dụng nước khác trong nhà máy, như làm mát gối trục, làm mát khí và máy phát điện Nếu coi nhu cầu nước làm mát bình ngưng là 100%, thì các nhu cầu tiêu thụ nước khác trong nhà máy sẽ được thể hiện trong bảng dưới đây.
Bảng 2.4 Nhu cầu dùng nước trong nhà máy điện
STT Nhu cầu dùng nước % theo lưu lượng
2 Làm mát khí làm mát máy phát 2,5 ÷ 3
3 Làm mát dầu gối trục tuabin - máy phát 1,2 ÷ 2,5
4 Làm mát các ổ trục máy nghiền và thết bị phụ 0,7 ÷ 1
5 Nước bổ sung cho chu trình 0,5 ÷ 1
Lưu lượng nước tuần hoàn cung cấp cho bình ngưng của một tổ máy tính theo công thức:
Bơm tuần hoàn và van điều chỉnh m là những yếu tố quan trọng trong hệ thống tuần hoàn Bội số tuần hoàn được thiết kế với giá trị kinh tế dao động từ 75-120, tùy thuộc vào loại tuabin sử dụng Việc lựa chọn giá trị m phù hợp là cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống.
- Dk và Do : Là lượng hơi thoát khỏi tuabin vào bình ngưng và lưu lượng hơi vào tuabin Do = 223,53 kg/s, Dk = α k D o=0.6329 223,53=¿141,5 kg/s. + αk : Giá trị lượng hơi thoát tương đối αk = 0,6329
Khối lượng riêng trung bình của nước tuần hoàn có thể lấy sơ bộ là khối lượng riêng của nước bình thường, lấy bằng ρk = 1000 kg/m 3
Năng suất của bơm tuần hoàn cần phải chọn dư ra khoảng (5 - 10) % và nhu cầu nước dùng là 7%.
Vậy năng suất của bơm tuần hoàn:
Sức ép của bơm tuần hoàn thường ở mức thấp, chủ yếu nhằm khắc phục trở lực trong hệ thống ống dẫn nước từ trạm bơm đến bình ngưng và các thiết bị tiêu thụ khác trong nhà máy Đặc biệt, trở lực của bình ngưng là yếu tố quan trọng nhất cần được chú ý.
Trở lực của bình ngưng có thể được xác định theo công thức:
- z = 2: Số chặng đường nước của bình ngưng.
- = 2 m/s (1,8 ÷ 2,2) m/s: Tốc độ nước đi trong bình ngưng Theo TL1/ trang 70.
- b: Hệ số thực nghiệm, nó phụ thuộc vào đường kính trong của ống bình ngưng (d = 22mm) và nhiệt độ trung bình của nước làm mát đi trong ống t
Tra theo bảng 3.2, TL1/70 nhưng ở đây nhiệt độ trung bình của nước làm mát đi trong ống có khác nên: φt = 1 + 0,007.(t – 20) Nên: b = b’.t = 0,078.[1 + 0,007.(31 – 20)] = 0,084
Khi tính toán phải lấy dư trở lực đường nước tuần hoàn ra khoảng (5 - 8) % ∆pBN = 0,1303 10 5 1,05 = 0,1368.10 5 N/m 2
Thông thường trở lực toàn bộ đường nước tuần hoàn lấy vào khoảng (2 - 3).10 5 N/m 2 lấy ∆pTL = 2.10 5 N/m 2
Công suất đông cơ điện dùng để kéo bơm :
Từ kết quả tính toán dựa vào lưu lượng Qk= 43600 m 3 /h và cột áp ∆ p 21,368 mH2O ta chọn bơm O3-110 (Bảng PL3.11b/t172/TL1) có thông số :
- Công suất động cơ kéo bơm ta chọn động cơ BT ΠE -11-4 : 260 -
Tổng cộng là 4 bơm trong đó mỗi cặp bơm gồm 2 bơm mắc song song với nhau để tăng lưu lượng
Thực chất của bình ngưng chính là một thiết bị trao đổi nhiệt kiểu bề mặt
Mục đích của việc sử dụng bình ngưng trong hệ thống là để thu hồi nhiệt từ hơi thoát ra khỏi tuabin, chuyển hóa nó thành lỏng bão hòa trước khi đưa vào bao hơi Nếu không sử dụng bình ngưng, việc đưa trực tiếp hơi vào bao hơi sẽ yêu cầu sử dụng máy nén hoặc bơm Sử dụng máy nén sẽ tiêu tốn nhiều năng lượng và có nguy cơ gây ra hiện tượng thủy kích, trong khi bơm mặc dù tiêu thụ ít năng lượng hơn nhưng lại phải xử lý dòng môi chất hai pha, gây ra nguy cơ xâm thực và hư hỏng cho bơm.
Việc lựa chọn bình ngưng là quá trình chọn thiết bị trao đổi nhiệt, đảm bảo bề mặt truyền nhiệt đủ hiệu quả để ngưng tụ hơi từ tuabin.
Tính toán truyền nhiệt trong bình ngưng.
- Phương trình cân bằng nhiệt giữa hơi ngưng tụ và nước làm mát, công thức (3.9)/71/ TL [1]:
∆ t C p : Lưu lượng nước làm mát, [kg/s];
- C p =4,18 kJ /kgK : Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp của nước làm mát;
- ∆ t =t 1 −t 2 , 0 C : Độ hâm nước của nước làm mát;
SƠ ĐỒ CHI TIẾT VÀ BỐ TRÍ TOÀN NHÀ MÁY - THUYẾT MINH SƠ ĐỒ NHIỆT CHI TIẾT CỦA NHÀ MÁY
4.1 Sơ đồ chi tiết và bố trí toàn nhà máy
4.1.2 Những quy định chung cho việc thiết lập sơ đồ nhiệt chi tiết
Khác với sơ đồ nhiệt nguyên lý, sơ đồ nhiệt chi tiết bao gồm tất cả các thiết bị chính và phụ của nhà máy, các thiết bị dự phòng bảo vệ an toàn, cùng với hệ thống đường ống hơi, đường ống nước và đường ống dầu.
SĐNCT chỉ ra số lượng thiết bị và cách nối chúng lại với nhau, đặc trưng cho mức độ hoàn thiện về kỹ thuật của NMNĐ.
Đối với NMNĐ không khối có liên hệ ngang, cần tạo bản vẽ riêng cho từng tổ máy và một bản vẽ tổng quát Trong trường hợp NMĐ có sơ đồ khối giống nhau và hoạt động độc lập, chỉ cần vẽ một bản cho mỗi khối và một bản vẽ tổng quan của nhà máy.
Thiết bị được thể hiện bằng nét màu đen, trong khi đường ống được vẽ theo màu quy định của môi chất Môi chất có nhiệt độ cao sẽ có màu sắc đậm hơn, và khi lưu lượng lớn, nét vẽ sẽ dày hơn Đường ống dẫn hơi thường được thể hiện bằng màu đỏ, còn đường ống dẫn nước thường có màu xanh.
Thông thường, đối với NMNĐ làm việc theo sơ đồ khối không có liên hệ ngang, chỉ cần một bản vẽ khối Tuy nhiên, nếu có liên hệ ngang về đường nước và đường hơi, cần thể hiện trên tất cả các bản vẽ khối Đối với TTNĐ, bắt buộc phải sử dụng sơ đồ khối có liên hệ ngang, vì các tổ máy thường yêu cầu phải có sự liên hệ ngang này.
1 Đường liên hệ ngang về hơi mới: hơi quá nhiệt ra khỏi ống góp của tất cả các bộ quá nhiệt của các lò hơi đều phải đưa đến đường ống góp chung này.
Từ đường ống góp chung này, hơi mới được đưa đến turbine chính và phụ.
2 Đường hơi trích cho HTT: hơi trích của các turbine trong nhà máy đều phải tập trung vào đường ống góp này Từ đường ống góp này mới dẫn hơi đicấp cho HTT sử dụng.
3 Đường liên hệ ngang về nước cấp: nước cấp ra khỏi BGNCA cuối cùng của các tổ máy đều phải đưa về ống góp chung Từ đường ống góp chung này
4 Đường liên hệ ngang về đường hồi từ HTT: nước ngưng từ thu được từ HTT được bơm trở về nhà máy vào bể chứa rồi vào ống góp chũng dẫn vào từng tổ máy hoặc vào bình khử khí của từng tổ máy.
5 Đường ống góp liên hệ ngang về nước của các khoang của bình khử khí của các tổ máy, đường liên thông các cột khử khí trong nhà máy với nhau.
- Thiết bị turbine : bao gồm turbine, bình ngưng, máy phát.
Thiết bị lò hơi bao gồm nhiều bộ phận quan trọng như bộ hâm nước, bộ quá nhiệt, bộ phận sinh hơi, thiết bị phân ly hơi, bao hơi, van an toàn, van xa và ống góp Những thành phần này phối hợp chặt chẽ để đảm bảo lò hơi hoạt động hiệu quả và an toàn.
Các thiết bị trao đổi nhiệt bao gồm bình gia nhiệt cao áp, bình gia nhiệt hạ áp, bình khử khí, bình làm mát hơi chèn, ejector, hệ thống cung cấp nước bổ sung và bình gia nhiệt nước bổ sung, đóng vai trò quan trọng trong quy trình công nghiệp Những thiết bị này giúp tối ưu hóa hiệu suất trao đổi nhiệt, đảm bảo an toàn và tiết kiệm năng lượng trong các hệ thống sản xuất.
- Các loại bơm: bơm cấp, bơm ngưng, bơm tuần hoàn.bơm dồn nước đọng
- Các turbine phụ: dùng chạy bơm cấp.
- Các thùng chưa: thùng chứa nước bổ sung, thùng chứa nước xả, bể chứa dầu
- Thiết bị xử lý nước bổ sung, thiết bị xử lý nước ngưng.
- Đường ống: đường ống dẫn hơi chính, hơi trích, hơi chèn,đường ống hơi sự cố, đường ống dẫn dầu
- Thiết bị phụ, thiết bị dự phòng, an toàn, sự cố, thiết bị khởi động, giảm ôn giảm áp.
4.1.2 Bố trí nhà máy nhiệt điện
4.1.2.1 Lựa chọn địa điểm bố trí Địa điểm cho NMNĐ phải đạt được mục tiêu hạ giá thành công và nâng cao độ kinh tế khi vận hành nhà máy Khi lựa chọn địa điểm thì sẽ có một số hạn chế Mỗi phương án lựa chọn có thể đáp ứng yêu cầu kỹ thuật này nhưng không đấp ứng yêu cầu kỹ thuật khác Cho nên khi lựa chọn một phương án phải xem xét về yếu tố kinh tế của nó và khả năng phát triển trong tương lai.
Khi lựa chọn vị trí đặt nhà máy, cần cân nhắc đến nhiệt trị của nhiên liệu: nếu nhiên liệu có nhiệt trị lớn, nên đặt nhà máy gần nơi tiêu thụ; ngược lại, nếu nhiên liệu có nhiệt trị thấp, việc đặt nhà máy gần nguồn cung cấp nhiên liệu là tối ưu Đối với nhà máy nhiệt điện ngưng hơi, ưu tiên nên đặt gần nguồn nước làm mát, trong khi trung tâm nhiệt điện cần nằm gần khu vực tiêu thụ Ngoài ra, địa điểm đặt nhà máy cũng phải thuận lợi cho việc vận chuyển thiết bị trong quá trình lắp đặt và thi công.
Khi lựa chọn địa điểm lắp đặt, cần chú ý đến điều kiện địa lý và thủy văn Đất nền xây dựng phải chịu được áp lực tối thiểu từ 0,2-0,25 Mpa, địa hình phải bằng phẳng với độ dốc không quá 1%, và mức nước ngầm phải ở độ sâu dưới 4m để tránh thấm vào nền móng và đường hầm Nếu mức nước ngầm sâu hơn 4m, cần thực hiện biện pháp chống thấm Đối với nhà máy nhiệt điện turbine khí, yêu cầu về mặt bằng và địa chất sẽ thấp hơn do khối lượng thiết bị nhẹ.
4.1.2.2 Tổng bình đồ nhà máy
Tổng bình đồ của nhà máy: là tổng mặt bằng của nhà máy mà trên đó đặt các thiết bị chính, thiết bị phụ, đường ống đi lại.
Yêu cầu bố trí trong công nghệ cần đảm bảo điều kiện thông thoáng, phòng chống cháy nổ và vệ sinh Việc sắp xếp thiết bị phải thuận lợi cho việc cung cấp nước, nhiên liệu và xử lý tro xỉ Đồng thời, các đường dẫn nước, hơi và nhiên liệu cần dễ thi công, tối ưu chi phí và giảm thiểu tổn thất.
