1 A LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, điện trở thành nhu cầu thiếu phát triển quốc gia Trong Việt Nam nước có nhu cầu lớn việc tiêu thụ điện năng, bênh cạnh sách mở cửa Việt Nam nay, thu hút đầu tư nước vào Việt Nam ngày gia tăng tất lĩnh vực, đặc biệt ngành cơng nghiệp sản xuất, đòi hỏi phải tăng cường sản xuất điện năng, nhu cầu cấp bách Vì bên cạnh phát triển thủy điện nhiệt điện củng đóng vai trò chủ đạo phát triển kinh tế đất nước Vì đề tài nhà máy nhiệt điện (khí- hơi) kết hợp TS Lê Minh Nhựt (phó trưởng khoa khí động lực) hướng dẫn thực đề tài Nhóm thực xin trân trọng cảm ơn thầy! Giới thiệu chung nhà máy nhiệt điện 1.1 Khái niệm Nhà máy nhiệt điện nhà máy điện, có lượng nguồn nước Nước đun nóng, chuyển thành nước quay turbine nước tuabin làm chạy máy phát điện Sau qua tuabin, nước ngưng tụ bình ngưng tuần hồn lại đến nơi mà làm nóng, q trình gọi chu trình Rankine Khác biệt lớn thiết kế nhà máy nhiệt điện nguồn nhiên liệu khác Nhà máy turbine hơi: làm sôi nước dùng áp suất phát làm quay cánh tuabin • Nhà máy turbine khí: dùng áp suất dòng khí di chuyển qua cánh turbine làm quay tuabin Do làm cho tuabin khởi động nhanh nên dùng cho việc tạo động đầu cho turbine nhà máy điện tốn • Nhà máy tua bin kết hợp - khí: kết hợp ưu điểm hai loại tuabin 1.2 Những tiêu đề nhà máy nhiệt điện Nhiệt lượng thải từ trình có nhiệt độ cao mơi trường xung quanh Cả hai trình trao đổi nhiệt bị tổn thất Cách tốt để tăng hiệu suất tìm cách giảm tổn thất, thực cách tăng tối đa nhiệt độ chu trình, giảm nhiệt thải nhiệt độ thấp Từ lý luận đó, chu trình hỗn hợp đặc biệt quan tâm nghiên cứu Vì thực tế, khơng có chu trình đơn thực hai việc mức độ nhhư nhau, củng giới hạn vật liệu khả chế tạo nó, lý hợp lý để chọn phương pháp kết hợp chu trình: với trình nhiệt độ cao, cho trình làm mát cuối Trong chu trình mở tuabin khí, nhiệt độ q trình đạt cao nhiệt ccấp trực tiếp cho chu trình Tuy nhiên, nhiệt độ khói thải từ tuabin khí củng kha cao Trong chu trình hơi, nhiệt độ trình lớn khơng q cao, nhiệt độ khó thải mơi trường thấp Như chu trình hỗn hợp chu tuabin khí tuabin xem cung cấp phương thức hợp lý cho chu trình nhiệt hiệu suất cao.Khi so sánh với chu trình đơn khác, chu trình lắp đặt cải tiến công phu, phức tạp kiểu nhà máy nhiệt điện ngưng có gia nhiệt củng có hiệu suất Carnot lý thuyết thấp 10-15 % so với chu trình hỗn hợp Mặt khác tổn thất execgy chu trình hỗn hợp turbine khí – củng lớn chênh lệch nhiệt độ • trình trao đổi nhiệt nhiệt thừa từ turbine khí với chu trình hơi/nước thực lớn Vì thấy lý khác biệt hiệu suất thực tế đạt chu trình hỗn hợp với chu trình khác củng khơng q lớn * Hai lí để chu trình áp dụng rộng rãi: • Sử dụng thiết bị có sẵn nhà máy nhiệt điện,vận hành chu trình đơn giản,nên tiết kiệm vốn đầu tư • Khơng khí mơi chất tương đối an tồn rẽ sử dụng turbine khí đại có mức nhiệt độ cao 1000oC Bảng 2.1: So sánh nhiệt động chu trình nhiệt nhà máy nhiệt điện Thiết bị turbine khí 2.1 Tổng quan cấu tạo Sau chiến tranh giới thứ hai công nghệ hàng không tiếp tục phát triển đại dần động phản lực Tuy nhiên, thời điểm lại xuất hướng nghiên cứu thứ hai chế tạo turbine khí công nghiệp để phát điện hướng công nghệ phát triển nhanh, kể từ động phản lực turbine khí nghiên cứu phát triển song song Song song với q trình phát triển turbine khí cải tiến máy nén kèm theo để nén khơng khí cấp q trình đốt buồng đốt turbine Ngày máy nén nén với lưu lượng tỉ số nén lớn nhiều, đạt đựoc cơng suất điện lớn hơn, đồng thời giảm chi phí tăng hiệu suất chu trình 2.2 Turbine khí 2.2.1.Khái niệm tuarbine khí Turbine khí động nhiệt biến đổi hố nhiên liệu thành nhiệt thành Q trình biến đổi lượng turbine khí thực chu trình khác Turbine khí thành phần quan trọng nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp turbine khí/ turbine Với phát triển nhanh chóng turbine khí ngày nay, nhiệt độ đầu vào tuabin đạt ngày lớn tạo điều kiện cho chu trình hỗn hợp chiếm ưu hiệu sẩn xuất điện so với chu trình nhiệt khác Turbine khí: dùng áp suất dòng khí di chuyển qua cánh tuabin làm quay turbine Do làm cho tuabin khởi động nhanh nên dùng cho việc tạo động đầu cho turbine nhà máy điện tốn Công suất (theo tiêu chuẩn ISO) 1-150 MW Hiệu suất (theo tiêu chuẩn ISO) 28-35 % Tỉ số nén 10-18 Nhiệt độ đầu vào tuabin 950-1150 ℃ Nhiệt độ khỏi tuabin 480-570 ℃ Lưu lượng khỏi tuabin 30-500 kg/s Bảng 3.1 Thơng số kỹ thuật tiêu biểu Turbine khí lắp đặt cho hệ thống chu trình hỗn hợp thị trường Turbine khí (loại tĩnh) xếp theo loại sau:  Turbine khí xuất phát từ cơng nghệ tuabin  Turbine khí bắt nguồn từ kỹ thuật động đốt  Turbine khí từ ngành kỹ thuật hàng khơng, bao gồm động phản lực kèm với turbine phát điện 2.2.2 Ưu, nhược điểm turbine khí  Ưu điểm • Bố cục gọn • Tính động vận hành cao, mở máy nhanh, thay đổi tải lớn • Vận hành không cần nước, hay yêu cầu nước • Thời gian xây dựng nhanh  Nhược điểm • Giá thành vật liệu, chi phí sản xuất cao • Khó sữa chữa • Giá thành nhiên liệu cao 2.2.3.Turbine khí cơng nghiệp Turbine khí cơng nghiệp chế tạo dựa vào kinh nghiệm số hãng sản xuất turbine Các phận gồm máy nén, buồng đốt, turbine khí Turbine ban đầu máy độc lập, có kết cấu nặng nề, rotor máy nén rotor turbine nối cứng với Cuối thập kỉ 50 đầu thập kỉ 60 kỉ XX nhà khoa học bắt đầu nghiên cứu tìm cách tăng hiệu suất nhiệt cơng suất turbine khí Song trình độ chế tạo phận chịu nhiệt độ cao bị hạn chế dẫn đến việc phải áp dụng chu trình phức tạp có q trình nén cập nhiệt giãn nở nhiều cấp Sự phức tạp đo gây nhiều khó khăn, trở ngại làm ưu điểm vốn có turbine khí so với turbine Khi công nghệ vật liệu chiệu nhiệt độ cao phát triển kĩ thuật làm mát turbine hoàn thiện cho phếp nâng cao nhiệt độ T khí trước turbine chu trình phức tạp bị loại bỏ dần nhà chế tạo quay chu trình hở đơn giản Người ta ứng dụng thành tựu nghiên cứu động máy bay phản lực vào turbine khí cơng nghiệp để bố trí thành thiết bị nhỏ gọn Turbine khí cơng nghiệp ngày vận hành với khí nóng vào có nhiệt độ T = 950 ÷ 1100oC, turbine chạy tải đỉnh T lên đến 1250oC Các thiết bị đạt hiệc suất cao (38%) mà giá thành vừa phải, vận hành tin cậy có tuổi thọ cao Hình 3.1: Turbine khí kiểu ma sát hãng Alsthom Turbine khí quay máy phát điện có số vòng quay cố định thường bố trí kiểu trục turbine khí truyền động cho máy nén, bơm… thường có hai trục quay với số vòng quay khác minh họa hình 3.2 Phần đầu turbine để quay máy nén, phần thứ hai dùng để truyền động máy phát điện Hình 3.2: Turbine khí hai trục 2.2.4.Turbine khí tận dụng động máy bay phản lực Luồng sản phẩm cháy thổi phía sau động phản lực có áp suất khoảng 2,5 bar, nhiệt độ 550 ÷ 650oC dẫn vào turbine để sinh cơng Các động máy bay phản lực cải tạo nhằm đạt độ tin cậy 2.2.5.Các phần tử thiết bị tuabin khí Các phần tử tuabin khí gồm: máy nén, buồng đốt, tuabin khí, trao đổi nhiệt Máy nén dùng để nén môi chất làm việc (thường khơng khí) nhiên liệu Người ta thường dùng máy nén ly tâm dọc trục để nén môi chất làm việc, để nén nhiên liệu khí có nhiệt trị 30.106 Jm-3 trở lên phải chọn loại máy nén tích tổn thất khoảng 3% thể tích mơi chất làm việc Như loại máy nén thích hợp dùng máy nén piston ly tâm có số vòng quay lớn Những yêu cầu kỹ thuật máy nén dùng để nén môi chất làm việc: Hiệu suất cao (η) độ nén cấp cao Có thể sử dụng tốc độ vòng quay lớn Vận hành ổn định khoảng làm việc turbine Dễ điều khiển mặt khí động học học Bộ trao đổi nhiệt Turbine khí lượng nhiệt sản phẩm cháy biến đổi thành turbine khí phần lớn công suất turbine dùng để truyền động máy nén khí, phần nhỏ lại cơng suất cơng suất hữu ích cung cấp cho máy móc hoạt động ( máy phát điện, bơm, quạt thổi khí…) Cơng suất turbine gấp khoảng 2-3 lần cơng suất hữu ích Những yêu cầu kỹ thuật turbine khí Cơng suất đặc tính turbine có ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính tồn tổ máy Để tồn tổ máy turbine khí làm việc đạt hiệu suất cao cần thiết đáp ứng số yêu cầu kỹ thuật quan trọng sau turbine Hiệu suất chuyển đổi lượng turbine phải cao Cánh quạt turbine làm việc với nhiệt giáng lớn phải tốc độ vòng cao Phải đảm bảo yêu cầu khí động học học gia công thiết bị hợp kim chịu nhiệt khó gia cơng Buồng đốt buồng đốt lượng liên kết hố học giải phóng vào khơng khí hồ trộn vào turbine khí sinh cơng dòng khí truyền động Q trình cháy buồng đốt có hiệu suất cao với hệ số khơng khí khoảng từ α=1,3-2,2 Q trình làm việc buồng đốt Quá trình làm việc buồng đốt xác định cấu trúc buồng đốt tình trạng vận hành Quá trình làm việc buồng đốt bao gồm trình đốt cháy nhiên liệu, trình hồ trộn sản phẩm cháy với khơng khí, điều kiện làm mát ống lửa, điều kiện phụ tải thay đổi mở máy Hình 3.3: Buồng đốt độc lập 2.2.6.Cấu tạo turbine khí Nguyên lí sinh cơng tầng turbine khí khơng khác với tầng turbine Tuy nhiên, tầng turbine khí làm việc với nhiệt độ cao nhiều, áp suất khí lại thấp Do lưu lương thể tích dòng khí thường lớn Nhiệt độ cao đòi hỏi chi tiết cánh quạt, trục… phải chế tạo từ vật liệu cao cấp Kết cấu turbine phức tạp phải tạo diều kiện làm mát phận tiếp xúc với khí nóng Do cần hạn chế số tần cơng tác tới mức chọn kiểu tầng có khả làm việc với nhiệt giáng lớn nhất, tầng xung lực Turbine bố trí trực tiếp sau buồng đốt, khơng có van điều chỉnh thiết bị trở nên đơn giản Khác với tần turbine góc biểu thị hướng vector tốc độ dòng khí vào hay khỏi tần turbine khí tính theo hướng dọc trục Q trình giãn nở khí tầng turbine khí giống q trình giãn nở tầng turbine hơi, kí hiệu đồng Số tầng turbine khí đến thường khơng q năm Ở tầng có cánh dài cánh xoắn theo đường kính c ur = const Lúc độ phản lực thay đổi từ cánh ρ = 0,05 đến đỉnh cánh ρ = 0,15 ÷ 0,25 Hình 4.1: Cấu tạo turbine khí bốn tầng Sự khác biệt điển hình turbine khí so với turbine làm mát cánh động, rotor thân turbine cách mạnh Về lý thuyết dùng khơng khí hay chất lỏng phù hợp để làm mát Chất lỏng nước chẳng hạn có nhiệt dung riêng c p cao nên làm mát nhanh hiệu dược sử dụng gặp trở ngại lớn như: hệ thống phức tạp, vấn đề làm kín, bám cáu cặn, ứng suất nhiệt… Thực tế thường làm mát turbine khơng khí sau máy nén trích từ vị trí có áp suất phù hợp máy nén Khơng khí dẫn tới khe chân cánh phận chịu nhiệt độ cao rotor stato minh họa hình 4.2 Khơng khí làm mát sau nhập vào dòng chính, cách ta tận dụng mật phần lượng để sinh cơng Phần tử quan tâm làm mát mạnh cánh động turbine, đặc biệt dãy cánh động tầng Có nhiều cách làm mát cánh khác nhau, đơn giản làm mát đối lưu minh họa hình 4.2 10 Hình 4.2: Sơ đồ làm mát turbine khí TG50 hãng FIAT Thiết bị turbine 3.1 Tổng quan cấu tạo Turbine động nhiệt chuyển hóa nước thành làm quay rotor Turbine bao gồm hai phần phần cố định stato phần quay rotor Dãy vòi phun cố định gọi dãy tĩnh, dãy cánh lắp trục rotor gọi dãy cánh động Mỗi cặp dãy tĩnh dãy động liền kề tạo thành tầng turbine Vì nước vào tầng có áp suất cao tầng cuối có áp suất thấp làm cho thể tích riêng tăng nhanh Do đó, tiết diện rãnh dãy cánh tĩnh dãy cánh động cuối lớn Đồng thời, đường kính cánh, đường kính trục rotor đường kính tầng cuối lớn 22 Đối với chu trình có thiết bị hồi nhiệt , từ lò dẫn tới tuabin giãn nở thải trở lò để tiếp tục q trình đun Hơi nước hồi nhiệt từ lò chảy đến tầng trung áp tầng tua bin hồi nhiệt Ở giãn nở thải vào ống phân phối cung cấp cho tua bin thấp áp dòng kép Hơi giãn nở qua tuabin thấp áp thải cho thiết bị ngưng tụ 23 • Chu trình hai nhiệt, hồi nhiệt hai lần cung cấp cho tua bin HP, IP, tuabin thấp áp tuabin hồi nhiệt dòng kép Thiết bị thu hồi nhiệt sinh Hệ thống thiết bị thu hồi nhiệt áp dụng từ năm kỷ 20 Tuy nhiên, lúc đầu hiệu thu hồi nhiệt thấp, giá nhiên liệu thấp giá thành thiết bị cao nên áp dụng Trong năm gần đây, ngành sản xuất vật liệu thiết bị thu hồi nhiệt đạt tiến đáng kể, đồng thời tương quan giá nhiên liệu giá thiết bị thay đổi nhiều nên thiết bị thu hồi nhiệt nhiều nhà công nghệ sử dụng 5.1: Khái niệm Thiết bị thu hồi nhiêt sinh hệ thống nhà máy điện chu trình hỗn hợp thiết bị sinh (lò hơi) sử dụng nhiệt khói tuabin khí để cấp cho tuabin Nó thiết bị liên kết q trình khí với chu trình chu trình hỗn hợp Thiết bị thu hồi nhiệt sinh có loại chính: • Loại khơng cần cấp nhiệt bổ sung • Loại có cấp nhiệt bổ sung giới hạn • Loại cấp nhiệt bổ sung lớn Nồi thu nhiệt (Lò thu nhiệt) sử dụng nhiều có nhiều ưu điểm là: loại lò cơng suất vừa lớn, dùng phổ biến ngành công nghiệp vì: hoạt động theo chế thu hồi nhiệt để đảm bảo nhiệt độ sản phẩm cháy đầu dây chuyền sản xuất, tận dụng nhiệt thải từ dây chuyền công nghệ để sinh hơi.; hoạt động với nhiệt độ áp suất ổn định; không cần nhiên liệu đốt; vận hành đơn giản, bền bỉ; bảo trì đơn giản; đáp ứng theo nhiều chế độ tiêu thụ hơi; tiết kiệm lượng; sản lượng ổn định, chất lượng tốt; an toàn vận hành… 24 Phần lò Đoạn phần lò tạo thành từ bốn dàn ống có màng nhiệt lồng bốn mặt nhiệt trần phía Bên đoạn chia làm hai nửa, nửa đặt nhiệt cấp 1, nửa đặt tái nhiệt cấp Đoạn phần lò đặt hâm nước Bộ hâm nước Bộ hâm nước sử dụng ống trơn, bố trí bên nhiệt cấp tái nhiệt cấp Các hàng ống bảo vệ chống mài mòn tro bay thép chịu mòn Để bảo vệ hâm khởi động, bố trí đường tái tuần hồn từ bao đến ống góp vào hâm 5.2 Hệ thống nước ngồi lò Đường ống nước cấp bắt đầu lò từ đầu gia nhiệt nước cấp cao áp đến đầu vào hâm nước Các ống phun đo lưư lượng nước cấp chính, điểm đấu nối đường vệ sinh hoá chất điểm đấu nối để lấy mẫu bố trí đường ống Đường lò ống góp nhiệt cuối đến đầu vào van stop (stop valve) tuabin cao áp Các van an toàn, van an toàn kiểu lò xo van xả áp suất lắp đặt hệ thống đường ống Đường ống rẽ nhánh tuabin cao áp (HP bypass) rẽ nhánh từ đường ống đến đường ống nhiệt trung gian lạnh, sử dụng khởi động ngừng máy Đường ống tái nhiệt Đường ống tái nhiệt lạnh đầu tuabin cao áp đến đầu vào tái nhiệt Đường ống rẽ nhánh tuabin cao áp (HP bypass) đấu nối đến đường ống Đường ống tự dùng trích từ đường ống để phục vụ mục đích sử dụng khác nhà máy Đường ống tái nhiệt nóng Đường ống tái nhiệt nóng đầu tái nhiệt tới đầu vào van stop đầu vào tuabin trung áp Các van an toàn đầu tái nhiệt lắp đặt đường ống Đường ống rẽ nhánh tuabin hạ áp (LP bypass) đường ống Đường ống nước phun giảm ôn nhiệt Đường ống nước phun cao áp từ đường ống chung đầu đẩy bơm nước cấp lò đến giảm ôn nhiệt Đường ống nước phun giảm ôn tái nhiệt, đường ống nước phun hạ áp trích cấp trung gian bơm cấp Nước phun giảm ôn tái nhiệt sử dụng trường hợp khẩn cấp giai đoạn độ 25 Đường ống tự dùng cấp phục vụ cho gia nhiệt dầu, sấy khơng khí (khi khởi động), để phun mù dầu từ vòi đốt, cho máy nghiền than,v.v, nối từ đường ống tái nhiệt lạnh Để khởi động, tự dùng cấp từ lò phụ Hơi thổi bụi trích từ đường ống nối tới đầu vào nhiệt cuối để cấp cho thổi bụi lò sấy khơng khí Hơi cấp cho thổi bụi sấy khơng khí lấy từ đường ống tự dùng Nước đọng q trình sấy nóng đường ống xả bể chứa nước đọng lò lắp đặt khu vực lò 5.3: Bộ sấy khơng khí Bộ sấy khơng khí dạng thiết bị truyền nhiệt nằm phia sau lò để tận dụng nhiệt khói sau khỏi lò hơi, sấy khơng khí có tác dụng nâng cao hiệu suất hoạt động lò Chính mà sấy khơng khí gọi “bộ tiết kiệm than” nhà máy nhiệt điện đốt than Với lò cơng suất 600MW, dùng sấy khơng khí ống cồng kềnh đắt tiền Vì sấy khơng khí kiểu hồi nhiệt Đây kiểu sấy khơng khí sử dụng rộng rãi nhà máy nhiệt điện kích thước nhỏ gọn giá thành thấp độ lọt gió lớn Vì đường khói chia làm hai nhánh nên sử dụng hai sấy khơng khí cơng suất 50% Do có hai hệ thống gió có yêu cầu áp suất khác (gió cấp yêu cầu áp suất cao để thắng trở lực máy nghiền, phân ly than đường ống than bột), nên sử dụng sấy hồi nhiệt kiểu ba vùng (một vùng cho khói, vùng cho gió cấp vùng cho gió cấp 2) Gió nóng sau sấy đạt nhiệt độ 400 oC Để bảo vệ đầu lạnh sấy khơng khí tránh ăn mòn đọng sương từ sản phẩm cháy, lượng khơng khí nóng từ đầu sấy khơng khí tái tuần hồn trở lại đầu hút quạt gió để tăng nhiệt độ khơng khí vào quạt  Kết luận Như nói thiết bị hồi nhiệt loại khơng có cần cấp nhiệt bổ sung quan tâm sử dụng nhiều chu trình hỗn hợp, đặc điểm ý nghiên cứu nhiều Trong đồ án củng giới thiệu loại thiết kế lắp đặt hầu hết nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp nước ta Thiết bị sinh thiết kế lắp đặt theo nguyên lý: Chu trình nước/hơi tuần hồn cưỡng Chu trình nước/hơi tuàn hoàn tự nhiên Ngoài nhiên liệu nhiệt độ sản phẩm cháy củng ảnh hưởng lớn đến q trình sơi bay 26 thiết bị thu hồi nhiệt sinh Dựa vào đặc tính nhiên liệu để ta chọn nhiệt độ nước cấp tính tốn nhiệt hâm nước Nhiệt độ nước cấp cho theo nhiên liệu Dầu chứa 2% SO2 140-1450C Dầu chứa 2% SO2 110-130 0C Khí thiên nhiên, khơng có SO2 50-600C Các phần tử thiết bị thu hồi nhiệt sịnh 1: Lò sinh 2: Bao hạ áp 3: Bình khử khí 4: Bao cao áp 5.4: Những vấn đề vận hành Vấn đề ảnh hưởng đến thiết kế thiết thu hồi nhiệt sinh qúa trình khởi động nhanh thiết bị tuabin khí Sự dãn nở nhanh xảy q trình khởi động xem xét để thiết kế phòng ngừa cho phù hợp, ví dụ lập tạm cụm ống, vân vân Giới hạn mức độ tăng tải nảy sinh bao Để khởi động nhanh, đường kính bao nên chế tạo nhỏ tốt, điều thực áp suất làm việc thấp Áp suất tối ưu chế tạo thiết bị thu hồi nhiệt sinh không đốt bổ sung khoảng 30-70 bar, điều kiện thuận lợi để khởi động nhanh Một vấn đề trình vận hành thay đổi thể tích bên thiết bị bay suốt q trình khởi động Chênh lệch thể tích riêng lớn nước áp suất hạ áp trung áp nguyên nhân lượng lớn nước bị đẩy khỏi thiết bị bay trình bay lúc khởi động Bao phải giữ lại hầu hết lượng nước khơng lượng nước lớn thất ngồi qua ống xả an toàn bao khởi động Vì thể tích tồn bao thuộc vào thời gian khởi động lượng nước thất thoát cho phép, nên vào khoảng 1,5-2,5 lần thể tích bay lúc hoạt động bình thường Lượng thừa giữ lại giới hạn vòng tuần hồn kín, khơng cho thoát gia nhiệt nước Để tăng hiệu suất tải phần xử lý cố nhà máy chu trình hỗn hợp, ta thiết kế cho thiết bị sinh hoạt động nhiều áp suất khác 5.5: Hiệu suất thiết bị thu hồi nhiệt Hiệu suất thiết bị thu hồi nhiệt phụ thuộc vào kích thước cấu tạo buồng trao đổi nhiệt, vật liệu làm thiết bị, vào nhiệt độ nước thải, khí thải đặc điểm q trình sản xuất Hiệu suất thu hồi nhiệt cao buồng trao đổi nhiệt dài vật liệu làm ống với cánh tản nhiệt có hệ số dẫn nhiệt cao Khi thiết kế hệ thống thu hồi nhiệt cần thực tốn tối ưu để tìm giải pháp kinh tế Các thiết bị thu hồi nhiệt theo nguyên tắc dòng ngược chiều cho phép thu hồi tới 80% số nhiệt lượng khí thải nước thải, đưa hiệu sử dụng nhiên liệu lên tới 90% Các biện pháp thu hồi nhiệt thải lò hơi: Nguyên lý làm việc lò Lò dùng nhiệt lượng sinh nhiên liệu, biến thành nhiệt nước Hơi cung cấp cho q trình cơng nghiệp gia nhiệt cho khơng khí để sấy, rửa thiết bị, cung cấp nhiệt nhà máy dệt, đường, hóa chất, rượu bia, nước giải khát… trường hợp sử 27 dụng bão hòa Ngồi ra, nhà máy nhiệt điện dùng tuabin để chạy máy phát điện sử dụng nhiệt II Các loại nhiệt thải Trong trình hoạt động, lò có nguồn nhiệt lượng sau: nhiệt lượng lửa đốt cháy nhiên liệu, nhiệt lượng khói, nhiệt lượng nước nước ngồi có nhiệt lượng xỉ nóng chảy Ngọn lửa nhiên liệu nằm hồn tồn lò hơi, nước đưa đến q trình cơng nghệ tuabin; nhìn chung lửa nước không mang nhiệt lượng mơi trường bên ngồi (dĩ nhiên có phần tổn thất bên ngồi, là tổn thấy nguồn nhiệt thải) Do đó, lò có nguồn nhiệt thải sau: - Khói - Nước nằm bao khơng thải nhiệt ngồi q trình hoạt động, để xả bỏ cáu cặn tích tụ lại người ta phải xả lượng nước định ngồi - Ở lò thải xỉ lỏng có nhiệt xỉ thải ngồi Các nguồn nhiệt thải có nhiệt độ cao, khơng tận dụng lại gây lãng phí lớn Sau ta vào phân tích nhiệt thải loại 1- Khói thải: Từ nguyên lý làm việc, ta thấy nhiệm vụ chủ yếu lò sinh (có thể bão hòa nhiệt) Như vậy, sau cháy, nhiệt lượng nhiên liệu dùng để sinh hơi, nhiệt độ khói trung tâm buồng lửa đạt 160022000C (tùy thuộc vào loại lò), khói sau qua vài pass gia nhiệt cho nước để sinh nhiệt độ sau khỏi buồng lửa đạt khoảng 900-13000C Theo lý thuyết, nhiệm vụ khói đến hết thải ngồi Tuy nhiên, nhiệt độ khói cao, thải mà kơ tận dụng lãng phí Mặt khác, nước sau qua thiết bị công nghệ ngưng tụ thành lỏng bơm trở lại lò để tiếp tục nhận nhiệt để sinh Nước cấp trở lại lò lại có nhiệt độ thấp Ví dụ: sau sinh qua thiết bị trao đổi nhiệt (LOAD) đưa lại bể chứa (ở 28 nước bổ sung (make-up water), có nhiệt độ thấp dẫn đến nước cấp (feedwater) bị hạ thấp nhiệt độ Hoặc nhà máy nhiệt điện nước sau giãn nở tuabin ngưng tụ bình ngưng có áp suất khoảng 0,05 bar với nhiệt độ khoảng 320C), rõ ràng ta phải tốn thêm nhiệt lượng để gia nhiệt cho nước cấp từ nhiệt độ thấp đến nhiệt độ sôi ứng với áp suất tương ứng Từ ví dụ ta thấy nhiệt lượng khói thải tận dụng để hâm nước cấp, sấy khơng khí, hâm dầu… tiết kiệm chi phí lớn Vì lý mà ngày người ta thường lắp đặt trao đổi nhiệt phía sau lò, đường khói thải để gia nhiệt cho nước, khơng khí dầu (thường gọi hâm nước, sấy khơng khí hâm dầu) Tùy thuộc vào loại lò mà có khơng có phần tử kể Ngoài ra, lò có cơng suất lớn nhiệt thải khói lên đến cao, tận dụng nguồn nhiệt lượng lớn, người ta tìm cách để tận dụng nguồn nhiệt lượng để đun nước sinh hoạt cho xí nghiệp hộ tiêu dùng hay vấn đề tiết kiệm lượng dùng nhiệt khói thải dể chạy máy lạnh hấp thụ 29 Theo sơ đồ ta thấy, cấp nhiệt cho bình phát sinh NH3 hỗn hợp dung dịch gồm NH3 – H2O bốc (do điều kiện áp suất NH3 có nhiệt độ bay thấp H2O) NH3 bay lên nước xuống Hơi NH3 tiếp tục vào bình ngưng ngưng tụ thành lỏng nhờ nước làm mát, sau NH3 lỏng qua van tiết lưu để giảm áp suất vào bình bốc Ở nhận nhiệt từ chất cần làm lạnh (ở ví dụ nước) bốc qua bình hấp thụ Tại bình hấp thụ, NH3 H2O từ bình phát sinh hấp thụ trở lại hỗn hợp bơm bình phát sinh để tiếp tục chu trình Ta thấy mặt lượng (nếu không kể nguồn nhiệt từ khói có sẵn) máy lạnh hấp thụ tiêu tốn lượng nhiều so với máy lạnh có máy nén, cơng cần thiết cho máy nén để nén 1kg từ áp suất po lên áp suất pk cao nhiều công để bơm hỗn hợp lỏng từ áp suất po đến áp suất pk Do đó, tận dụng nhiệt thải khói cho máy lạnh hấp thụ giúp giảm tổn thất khói thải ngồi mà giúp ta tiết kiệm phần lượng mà lẽ phải dùng sử dụng máy lạnh có máy nén Bộ hâm nước: Bộ hâm nước thiết bị trao đổi nhiệt, dùng nhiệt khói nóng bên để gia nhiệt cho nước lạnh bên ống Để tăng cường diện tích trao đổi nhiệt, người ta bố trí thêm nhiều ống nối với nhau: “dạng phẳng” “không gian” 30 Để tăng cường hệ số trao đổi nhiệt, người ta làm thêm cánh phía khói, khói có hệ số tỏa nhiệt đối lưu α bé nước Tuỳ theo mức độ gia nhiệt hâm nước mà hâm nước làm việc trạng thái sơi khơng sơi Ở lò ghi nhiệt độ khơng khí nóng khơng cao nên tồn lượng nhiệt lại thường dùng để gia nhiệt cho hâm nước Vì hâm nước thường làm việc trạng thái sôi Cấu tạo hâm nước thường chia làm loại: ống thép trơn, ống thép có cánh ống gang Do tính chất gang chịu va đập nên thường dung gang cho hâm nước không sôi 31 Ở hâm nước gang, người ta thường làm thêm cánh bên ngồi (vì khói có hệ số tỏa nhiệt đối lưu α bé nước) để tăng cường hệ số trao đổi nhiệt Do gang có tính đúc cao thép nên việc làm cánh gang dễ thép nhiều Tuy nhiên, ngày công nghệ chế tạo phát triển nên việc làm cánh thép khơng khó khăn trước Bộ sấy khơng khí: Cũng thiết bị trao đổi nhiệt Theo ngun tắc truyền nhiệt, sấy khơng khí chia làm hai loại: loại thu nhiệt loại hồi nhiệt 32 Thu nhiệt: nhiệt truyền trực tiếp từ khói tới khơng khí qua vách kim loại (ở ống dẫn) Bộ sấy khơng khí kiểu thu nhiệt dùng rộng rãi Nó có dạng trao đổi nhiệt loại chùm ống khói ống khơng khí bên ống Người chế tạo hệ thống ống đứng đặt so le giữ với hai mặt sàng thành cụm Khi lắp lò, cụm lắp với thành sấy không khí Một cụm sấy khơng khí Có nhiều cách để bố trí đường khói khơng khí: 33 Bộ sấy khơng khí kiểu ống có ưu điểm sau: - Đơn giản chế tạo, lắp ráp làm việc chắn - Tro bám ống không nhiều, dễ dàng thổi - Khắc phục tượng lọt khơng khí vào đường khói - Xuất tiêu hao kim loại tương đối bé Khuyết điểm: chủ yếu ống thép không bền vững tác dụng ăn mòn khói nhiệt độ cao mài mòn tro bay Bộ sấy khơng khí ống thép dùng để gia nhiệt khơng khí tới khoảng 4000C Khi muốn nhiệt độ khơng khí cao hơn, người ta dùng sấy khơng khí gang Để tăng hệ số truyền nhiệt, ống gang thường có cánh ngồi có 34 Khuyết điểm sấy khơng khí gang kích thước cồng kềnh nặng nề Bộ sấy khơng khí kiểu hồi nhiệt: khói đốt nóng kim loại sau nhiệt tích tụ kim loại truyền lại cho khơng khí Bộ phận rơto qua với tốc độ ÷ vòng/phút xung quanh trục đứng Trên rơto có gắn thép, thép q trình rơto quay tiếp xúc với khói nóng, tiếp xúc với khơng khí lạnh qua “chuyển” nhiệt lượng từ khói sang khơng khí Đường khói khơng khí bố trí hai phía cố định ngăn vách ngăn Hình ảnh “khung” “rotor” sấy khơng khí kiểu hồi nhiệt, người ta lắp vào khung “lá thép” để tăng diện tích trao đổi nhiệt Trong trình hoạt động, thép bị bám tro nên làm giảm hệ số trao đổi nhiệt nên ta dùng nước áp suất cao để rửa 35 Thơng thường, sấy khơng khí lắp sau hâm nước Hoặc người ta chia hâm nước sấy khơng khí làm hai đặt chúng xen kẽ Việc chia cấp giảm nhiệt độ khói phía cuối đường ống cho phép chế tạo sấy khơng khí (hoặc hâm nước) cấp với kim loại rẻ tiền ý nghĩa gia nhiệt trung giang  làm tăng thêm nhiệt độ cho để tăng khả sinh công  hạn chế nâng cao nhiệt độ đầu (bởi nhiều lý do), bù lại phần nhờ việc nhiệt trung gian  Đối với tuabin ngưng làm giảm độ ẩm tầng cuối tuabin làm tăng độ tin cậy độ kinh tế tuabin 36  Độ kinh tế nhiệt hiệu lượng việc gia nhiệt hồi nhiệt nước cấp xác định giảm tổn thất nhiệt bình ngưng tuabin trích phần để gia nhiệt Bởi hiệu suất nhà máy nhờ có hồi nhiệt tăng lên hiệu suất tăng nhiều 5- 7%  Cấp gia nhiệt trung gian làm tăng thêm hiệu suất tiết kiệm thêm lượng nhiệt vào khoảng 1,5-2,5% ... động đầu cho turbine nhà máy điện tốn • Nhà máy tua bin kết hợp - khí: kết hợp ưu điểm hai loại tuabin 1.2 Những tiêu đề nhà máy nhiệt điện Nhiệt lượng thải từ q trình có nhiệt độ cao mơi trường... Giới thiệu chung nhà máy nhiệt điện 1.1 Khái niệm Nhà máy nhiệt điện nhà máy điện, có lượng nguồn nước Nước đun nóng, chuyển thành nước quay turbine nước tuabin làm chạy máy phát điện Sau qua tuabin,... cường sản xuất điện năng, nhu cầu cấp bách Vì bên cạnh phát triển thủy điện nhiệt điện củng đóng vai trò chủ đạo phát triển kinh tế đất nước Vì đề tài nhà máy nhiệt điện (khí- hơi) kết hợp TS Lê Minh