Nhà máy nhiệt điện: Phần 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:64

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu "Thiết kế nhà máy nhiệt điện" phần 1 trình bày các nội dung chính sau: Chọn các phương án đặt tổ máy và công suất đơn vị; Lập và tính toán sơ đồ nhiệt nguyên lý;... Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nhà máy nhiệt điện: Phần 1

n TRƯÒNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NĂM XÂY DỰNG VÀ PHÁT TRIEN BÁCH KHOA 1956-2006 TS. NGUYEN CỒNG HAN ThS. PHAM VÀN TẨN NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 50 NĂM XÂY DỤÌNC VÀ PHÁT TRIÊN TS. NGUYỄN CÒNG HÂN 1956 - 2006 ThS. PHẠM VĂN TÂN THIẾT KẾ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN W) TẴMT.T.eiuNLự- THỮ VIỄN NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT HÀ NỘI
LỜI NÓI ĐẤU Năng lượng là ngành đi đầu của nền kinh tế quốc dân. Do đó phương hướng quan trọng để phát triển ngành này là xây dựng các nhà máy nhiệt điện. Cuốn sách “Thiết kế nhà máy nhiệt điện” này nhằm mục đích giúp cho sinh viên phân tích và thực hiện những bước tính toán cơ bản nhất về phần công nghệ của nhà máy nhiệt điện đốt nhiên liệu hữu cơ, tập trung vào loại nhà máy nhiệt điện đốt than bột. Nội dung cơ bản của cuốn sách đề cập đến là các bước tính toán thiết kế và lựa chọn thông số chu trình nhiệt động của quá trình sản xuất điện năng trong nhà máy nhiệt điện. Trên cơ sở đánh giá được các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của một nhà máy nhiệt điện, sinh viên có thể lựa chọn được những thiết bị chính và phụ dựa trên những tài liệu cẩm nang về đặc tính công nghệ của máy và thiết bị dùng trong nhà máy nhiệt điện mà phần phụ lục của cuốn sách này cung cấp. Cuốn sách “Thiết kê nhà máy nhiệt điện” này dùng cho sinh viên ngành Kỹ thuật năng lượng (trước đây là ngành Nhiệt điện) khi làm đồ án môn học và khi thiết kế tốt nghiệp. Nó cũng được dùng cho sinh viên ngành Hệ thống điện khi làm bài tập món Phần nhiệt nhà máy điện và cho sinh viên ngành Kinh tế năng lượng khi làm đổ án môn học Quá trình thiết bị nhiệt. Ngoài ra cuốn sách cũng có thể làm tài liệu tham khảo bổ ích cho các kỹ sư và người thiết kế làm việc liên quan đến nhà máy nhiệt điện. Kế thừa tinh thần của cuốn sách “Tài liệu hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp vẽ nhà máy nhiệt điện” do Nhóm Nhà máy nhiệt điện - Bộ môn Công nghệ Nhiệt (cũ) - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội in năm 1969, TS. Nguyễn Công Hán làm chủ biên và phân công trách nhiệm biên soạn mới cuốn sách này như sau: TS. Nguyễn Công Hãn soạn chương 1,' mục 3.2 - chương 3 và chương 4. ThS. Phạm Văn Tân soạn chương 2, mục 3.1 - chương 3 và phần phụ lục. Trong khuôn khổ hạn hẹp về thời lượng của cuốn sách, các tác giả không thể đề cập hết những yêu cầu về thiết kế chi tiết một nhà máy nhiệt điện. Cuốn sách vẫn còn những mật hạn chế về hình thức và nội dung, khó tránh khỏi những sai sót. Chúng tôi rất mong bạn đọc quan tâm góp ý cho cuốn sách được hoàn thiện và cập nhật hơn. Những ý kiến đóng góp xin được gửi về cho các tác giả theo địa chỉ: TS. Nguyễn Công Hân, Bộ môn Hệ thống và Tự động hoá quá trình nhiệt, Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt - Lạnh, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Nhà C7, phòng 102, số 1 Đại Cồ Việt, Đại học Bách khoa Hà Nội, ĐT: 04 868 2787 Chân thành cảm ơn! Các tác giả 3
■■
CÁC CHỮ VIẾT TẮT BGN Bình gia nhiệt LMEJ Làm mát ejector BGNCA Bình gia nhiệt cao áp LMHC Làm mát hơi chèn BGNHA Bình gia nhiệt hạ áp NMĐ Nhà máy điện BGNNBS Bình gia nhiệt nước bổ sung NMNĐ Nhà máy nhiệt điện BH Bao hơi QNTG Quá nhiệt trung gian ĐQNTG Đi quá nhiệt trung gian SĐNCT Sơ đồ nhiệt chi tiết HN Hâm nước SĐNNL Sơ đồ nhiệt nguyên lý HTT Hộ tiêu thụ nhiệt SQNTG Sau quá nhiệt trung gian KK Khừ khí TB Tuabin LH Lò hơi TTNĐ Trung tâm nhiệt điện CÁC KÝ HIỆU B Tiêu hao nhiên liệu: [kg/s] b Suất tiêu hao nhiên liệu: [kg/kWh] c Tổng chi phí gồm cả vốn đầu tư ban đầu và chi phí vận hành: [đồng] D Tiêu hao hơi, lưu lượng hơi, sản lượng hơi: [kg/s]; [t/h]; đường kính ống: [mm] d„ Suất tiêu hao hơi: [kg/kWh] H Cột áp, sức ép: [mH2O], [N/m2] i Entanpy riêng: [kJ/kg] K Vốn đầu tư ban đầu: [đồng] k Hệ sớ truyền nhiệt tổng: [W/m2.K] N Công suất điện của tổ máy, của nhà máy: [W]; [kW]; [MW] p Áp suất: [N/m2]; [at]; [bar]; [mH2O] Q Tiêu hao nhiệt, công suất nhiệt: [W]; [kW]; [kJ/s] q Suất tiêu hao nhiệt: [kJ/kWh] s Chi phí vận hành: [đồng] T Thời gian: [s]; [h]; [năm] t Nhiệt độ: [°C]; [K] Cí Lưu lượng hơi tương đối (so với lưu lượng hơi vào tuabin), hệ số không khí thừa (0 Tốc độ môi chất: [m/s] A Độ chênh lệch 5
CHƯƠNG 1 CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN ĐẶT Tổ MÁY VÀ CÔNG SUẤT ĐƠN VỊ 1.1. XÁC ĐỊNH LOẠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SẼ THIẾT KẾ Trong thực tế trên thế giới, chúng ta thường thấy có hai loại nhà máy nhiệt điện đốt nhiên liệu hữu cơ (từ nay về sau gọi tắt là nhà máy điện, viết tắt là NMĐ) sử dụng chu trình Rankine của hơi nước nhằm nhiệm vụ sau: 1. Chỉ sản xuất điện cung cấp lên lưới điện chung, hay được gọi là nhà máy nhiệt điện, viết tắt là NMNĐ. 2. Vừa sản xuất điện cấp lên lưới điện chung vừa cung cấp hơi hoặc nước nóng cho mục đích sử dụng nhiệt. Nơi sử dụng nhiệt của nguồn hơi hoặc nước nóng này có thể là một khu vực công nghiệp hoặc một cụm dân cư hay dịch vụ sinh hoạt. Nhà máy nhiệt điện vừa cung cấp điện vừa cung cấp nhiệt này được gọi là trung tâm nhiệt điện, viết tắt là TTNĐ. Hai loại nhà máy điện phân loại theo nhiệm vụ của chúng nói trên đều được chia ra nhiều loại khác nhau tuỳ theo đặc điểm của các thiết bị chính bên trong quy định. • Nếu lò hơi trong nhà máy điện là loại lò hơi thông số dưới tới hạn, tức là nó có áp suất hơi quá nhiệt nhỏ hơn áp suất tới hạn pc (= 221,3 bar) của hơi nước thì được gọi là nhà máy điện thông số dưới tới hạn hay chưa tới hạn. Lò hơi dưới tới hạn thường có bao hơi. • Nếu lò hơi trong nhà máy điện là loại lò hơi làm việc ở áp suất hơi quá nhiệt lớn hơn áp suất tới hạn của hơi nước thì được gọi là nhà máy điện thông sô' trên tới hạn. Lò hơi có thông sô' trên tới hạn không có giai đoạn nhận nhiệt đẳng nhiệt nên là lò hơi không có bao hơi. Nó còn được gọi là lò trực lưu. Trên thế giới hiện nay các tổ máy công suất trên 500 MW thường sử dụng loại lò hơi này. Tổ máy công suất từ 300 MW trở xuống có thông sô' cao nhưng vẫn thuộc loại dưới tới hạn. Đa số các tổ máy của Liên Xô cũ có công suất từ 300 MW trở lên thường sử dụng thông số trên tới hạn. • Nếu hơi thoát khỏi tuabin trong nhà máy nhiệt điện được đưa xuống bình ngưng để thải nhiệt thì nhà máy đó gọi là NMĐ tuabin ngưng hơi hay gọi tắt là NMĐ ngưng hơi. Bình ngưng của NMĐ cũng có thể được làm mát bằng nước hoặc bằng không 7
khí. Nước làm mát cũng có thể là nước sông, hồ nhưng nếu không tuần hoàn trở lại thì được gọi làm mát đơn lưu hay là làm mát không tuần hoàn (hệ hở) còn nếu nước làm mát bình ngưng có tuần hoàn trở lại thì gọi là làm mát có tuần hoàn (hệ kín). Loại hệ thống làm mát có tuần hoàn thường dùng thêm các tháp giải nhiệt. NMĐ loại ngưng hơi thường duy trì được độ chân không trong bình ngưng cao (áp suất tuyệt đối trong bình ngưng thấp) nên có hiệu suất nhiệt lớn. Vì chúng ta đã biết trong môn học nhà máy nhiệt điện rằng hiệu quả của chu trình nhiệt NMĐ phụ thuộc khá mạnh vào độ chân không bình ngưng. • Nếu hơi thoát khỏi tuabin không được đưa vào bình ngưng để nhường nhiệt ra môi trường mà lại được dẫn đi sử dụng vào mục đích cấp nhiệt (tuabin cấp nhiệt) cho nhu cầu công nghiệp hoặc sinh hoạt thì NMĐ có tuabin đó là TTNĐ dùng tuabin đối áp. Áp suất hơi thoát khỏi tuabin loại này tuỳ vào yêu cầu công nghệ sử dụng nhiệt ở phía sau và gọi tắt là đối áp. Thông thường đối áp này vào khoảng (1,5 4- 6) bar với tuabin cấp nhiệt sinh hoạt và vào khoảng (4 16) bar đối với tuabin cấp nhiệt -ỉ- phục vụ yêu cầu công nghiệp. Nhà máy điện dùng tuabin đối ấp thường cấp nhiệt và đặt gần nơi sử dụng nhiệt (hộ tiêu thụ nhiệt) là một khu vực đông dân cư sinh hoạt hoặc khu công nghiệp. Hộ tiêu thụ nhiệt công nghiệp thường cần sử dụng hơi với thông sô' tới hàng chục bar nên hay lấy hơi từ các cửa trích của tuabin. Trong trường hợp ấy, hơi thoát khỏi tuabin vẫn được đưa vào bình ngưng. Tuabin loại này được gọi là tuabin có trích hơi điều chỉnh. Tuỳ theo yêu cầu sử dụng, hơi trích cho tiêu thụ nhiệt có thể lấy từ một hoặc hai cửa trích của tuabin và đều được điều chinh tự động lưu lượng một cách độc lập với việc sản xuất điện. Tóm lại, khi yêu cầu thiết kế đưa ra là thiết kế một NMNĐ chỉ sản xuất điện thì chúng ta sẽ chọn NMNĐ ngưng hơi. Nhiệm vụ của nhà máy được thiết kế sẽ chỉ cung cấp điện lên lưới điện chung. Nếu yêu cầu thiết kế đưa ra là thiết kế nhà máy điện vừa sản xuất điện vừa cung cấp hơi hoặc nước nóng cho hộ tiêu thụ nhiệt thì chúng ta chọn TTNĐ có tuabin trích hơi điều chỉnh hoặc tuabin đối áp. Sau đây là một sô' tiêu chuẩn chung cần chú ý trong khi thiết kê' một NMNĐ. a. Đối với gian lò hơi 1. NMĐ ngưng hơi cung cấp điện lên lưới điện chung nếu áp dụng sơ đồ khối (các khối độc lập với nhau về hơi và nước), nếu có quá nhiệt trung gian thì nên dùng sơ đồ có cấu hình một lò hơi cung cấp hơi cho một tuabin. Trong một sô' trường hợp đặc biệt có thể dùng hai lò hơi cung cấp hơi cho một tuabin. 2. NMĐ ngưng hơi không có quá nhiệt trung gian có thể sử dụng sơ đồ khối độc lập nhưng nên có đường liên hệ ngang (đường ống góp chung các tổ máy với nhau) về hơi và nước cấp sau bơm cấp. 8
3. Năng suất và số lò hơi trong toàn nhà máy nên chọn theo phụ tải hơi cực đại có tính thêm khoảng (8 10)% để dự phòng. 4. Hệ thống chuẩn bị bột than có thùng nghiền thì nên dùng phễu than bột trung gian. Năng suất của các thùng nghiền cấp than cho một lò nên chọn dư ra khoảng (10 4- 15)% so với năng suất định mức của lò. Lò hơi có năng suất hơi dưới 120 t/h thì chỉ cần chọn một thùng nghiền cấp than cho một lò. Những lò có năng suất hơi lớn hơn nên đặt ít nhất hai thùng nghiền. 5. Cân nhiên liệu tự động không nên đặt ngay trước thùng nghiền. 6. Năng suất của máy cấp than tươi cho thùng nghiền phải đảm bảo ít nhất 125% năng suất của thùng nghiền. Các máy cấp than bột phải đảm bảo vẫn cấp được đủ than bột cho lò làm việc ở phụ tải định mức khi đã ngừng tới 15% số máy cấp than bột. 7. Dung tích của phễu than tươi phải đảm bảo đủ than cấp cho thùng nghiền làm việc đầy tải trong vòng ít nhất năm giờ đối với than nâu hoặc tám giờ đối với than đá. 8. Dung tích của phễu than bột phải đảm bảo cho lò làm việc ở năng suất định mức ít nhất là (20 4- 24) giờ. 9. Loại lò hơi có năng suất dưới 160 t/h chỉ cần đặt một quạt gió cho một lò. Loại lò có năng suất lớn hơn thì nên đặt hai quạt gió. Lò hơi có năng suất dưới 120 t/h chi cần đặt một quạt khói. Lò có năng suất lớn hơn nên đặt hai quạt khói. Năng suất của quạt khói và quạt gió phải được chọn sao cho khi sô' quạt khói và quạt gió còn làm việc là ít nhất thì lò hơi vẫn đảm bảo làm việc ở năng suất trên 65% so với định mức. Những lò hơi có năng suất rất lớn (trên 900 t/h) cho phép đật ba hoặc bốn quạt gió và ba hoặc bốn quạt khói. 10. Năng suất của quạt gió và quạt khói phải dự trữ ít nhất 5% so với năng suất tính toán. Sức ép (độ chênh cột áp) phải dự trữ ít nhất 10% so với tính toán. b. Đối với gian tuabin 11. Đối với nhà máy điện đưa điện lên lưới chung, công suất của một tổ máy nên chọn lớn nhất có thể. 12. Đối với nhà máy điện làm việc độc lập (không đưa điện lên lưới chung) thì công suất tổ máy và số tổ máy được lựa chọn sao cho khi có sự cô' một tổ máy, nhà máy vẫn đảm bảo điều chỉnh công suất phát theo yêu cầu phụ tải. 13. Sô' lượng và năng suất của bơm cấp được chọn như sau. • Đối với NMĐ có đường liên hệ ngang nước cấp nối chung các tổ máy - Tổng nãng suất của các bơm cấp chạy bằng điện trong nhà máy phải đảm bảo đủ 5 ị 9 £ ồ>’
lượng nước cấp cho tất cả các lò trong nhà máy làm việc lâu dài ở năng suất cực đại khi có một bơm nào đó bị ngừng. - Nhà máy điện cấp điện lên lưới điện chung, không nên đặt bơm cấp dự phòng chạy bằng tuabin hơi. - Ngoài các bơm chạy bằng điện cần thiết đặt thêm ít nhất hai bơm dự phòng chạy bằng tuabin hơi trong trường hợp nhà máy điện không nối với hệ thống lưới chung hay không làm việc song song với các NMĐ khác. - Bơm cấp dự phòng chạy bằng tuabin hơi phải đảm bảo làm việc được thường xuyên trong một thời gian đủ lớn khi một bơm chạy điện bị ngừng. - Với lò hơi trực lưu, bơm cấp có thể chạy bằng điện hoặc bằng tuabin hơi nhưng tổng năng suất các bơm phải đảm bảo dư ít nhất là 15% so với tổng năng suất các lò ở phụ tải cực đại và phải đảm bảo ít nhất bằng tổng năng suất định mức của các lò khi có một bơm bị ngừng. • Đối với NMĐ sơ đồ khối độc lập (không có đường liên hệ hơi và nước cấp) - Mỗi khối được đặt một nhóm bơm cấp trong đó có ít nhất một bơm dự phòng. Năng suất của các bơm dự phòng ít nhất cũng đảm bảo cho các lò trong khối làm việc được 50% phụ tải định mức của chúng. Bơm dự phòng phải chạy bằng điện. 14. Nãng suất của cột khử khí chọn theo lưu lượng nước cấp cực đại. Số bĩnh khử khí trong toàn nhà máy có liên hệ ngang phải lớn hơn hoặc bằng hai. Nếu số bình khử khí bé hơn sô' tuabin thì phải đảm bảo rằng khi một tuabin đang ngừng, một bình khử khí không làm việc vẫn đáp ứng được tiêu chuẩn khử khí. Nên chọn sô' bình khử khí bằng sô' tuabin. Dung tích khoang chứa nước của bình khử khí trong NMĐ sơ đồ khối phải chọn sao cho bơm cấp có thể làm việc ở chế độ định mức ít nhất trong vòng năm phút, đối với NMĐ sơ đồ liên hệ ngang ít nhất 10 phút. Dung tích nước trong bình khử khí khi làm việc bình thường phải đạt khoảng 85% so với thể tích hình học của khoang chứa nước. Bể dự trữ nước cấp cho bình khử khí lấy dung tích sao cho có thể cấp cho bình làm việc ít nhất 20 phút ở điều kiện định mức. 15. NMĐ có liên hệ ngang về hơi thì đường ống góp hơi mới phải phân đoạn. Đường kính ống nhánh dẫn hơi tới mỗi tuabin so với đường kính ống góp phải phù hợp để khi khởi động bất kì một lò hơi nào cho một tuabin, áp lực hơi trước tuabin không thấp hơn cho phép. Với những tuabin thông sô' trên 60 bar, trên đường dẫn hơi từ lò hơi đến tuabin ít nhất phải có hai van chặn. Đối với NMĐ sơ đồ khối một lò một tuabin thì trên đường hơi đi quá nhiệt trung gian và đường hơi về không được đặt van chặn. Nếu là hai lò một tuabin thì trên đường hơi quá nhiệt trung gian phải có van trên mỗi nhánh để có thể dừng một lò sửa chữa trong khi 10
tuabin vẫn làm việc. 16. Với NMĐ có liên hệ ngang thì ống góp đầu hút và đầu đẩy của bơm cấp cũng như ống góp nước cấp vào bộ hâm nước phải có các van trên các nhánh. c. Đối với hệ thống nhiên liệu 17. Nhiên liệu đưa vào gian lò hơi phải theo ít nhất hai đường. 18. Năng suất của mỗi nhánh cấp nhiên liệu phải đảm bảo cấp cho các lò làm việc được 100% phụ tải định mức. 19. Để cơ khí hoá cho kho nhiên liệu thô nên dùng máy ngoạm hoặc máy cào và máy ủi. Dùng máy ngoạm khi điều kiện của kho có thể bố trí được rộng rãi. Năng suất của các thiết bị này phải lớn hơn so với tiêu hao nhiên liệu cực đại của toàn nhà máy. 20. Năng suất của tổng số máy đập than phải lớn hơn năng suất của các băng tải than. 21. Cân than được đặt trên đường băng tải dẫn than vào khu vực lò hơi. 22. Độ nghiêng của phễu than nguyên phải lớn hơn 55” . Đường kính lỗ thoát đáy phễu lấy lớn hơn 1000 mm. 23. Dung tích chứa than của kho than dự trữ khi chuyên chở bằng đường sắt phải lấy sao cho nhà máy có thể làm việc đầy tải trong ít nhất là một tuần lễ. Khi được chuyên chở bằng đường khác phải lấy ít nhất là hai tuần. Kho than nguyên nên được đặt có tính đến khả năng mở rộng công suất của nhà máy. 24. Trên đường chuyển nhiên liệu từ nơi bốc dỡ đến kho than nên đặt một máy đập sơ bộ trước hệ thống sàng than và sau đó đến máy phân ly sắt bằng điện từ. 25. Băng tải được đặt trong hành lang kín. Chiều cao của hành lang lấy là 2200 mm. Chiều rộng của hành lang lấy sao cho đường phục vụ bên cạnh phải rộng tối thiểu là 600 mm. Nếu có hai băng tải thì chiều rộng đường đi giữa hai bãng tải phải lớn hơn 1000 mm. Nếu có một băng tải thì chiều rộng đường đi một phía là 1000 mm còn phía kia là 700 mm. Góc nghiêng của băng tải lấy bé hơn 18°. 26. Các thiết bị vận chuyển nhiên liệu được thiết kế có che chắn để tránh bụi. d. Đối với hệ thống thải xỉ 27. Thải xỉ và tro từ lò hơi đến bãi xỉ được thực hiện riêng biệt và thường dùng phương pháp thuỷ lực. Đôi khi dùng phương pháp khí nén nhưng vẫn phải có hệ thống thuỷ lực dự phòng. 28. Bơm thải xỉ được đặt dự trữ một cái. Thiết bị thải xỉ cũng đặt dự trữ một cái. Nếu thải tro và thải xỉ được thực hiện riêng biệt thì mỗi hệ thống nên đặt hai bơm làm việc và một cái dự trữ. Nếu thải tro và xỉ chung nhau thì đặt hai bơm làm việc, một bơm dự phòng. 11
29. Rãnh thải tro và xỉ trong nhà lò làm riêng biệt nhau. Nếu lò có năng suất lớn hơn 160 t/h thì một rãnh tự chảy phục vụ cho bốn đến nãm lò. 30. Ong dân để vận chuyển tro và xỉ tới bãi chứa phải có một đường dự trữ. Đường ống nên dùng loại vật liệu chống mài mòn để đảm bảo tuổi thọ làm việc. e. Đối với khâu chuẩn bị nước 31. Trong NMĐ ngưng hơi với lò hơi có bao hơi (NMĐ thông số dưới tới hạn) với áp lực trên 100 bar có thể bổ sung nước đã xử lý hóa học bằng phương pháp chưng cất (dùng bình bốc hơi). Đối với NMĐ ngưng hơi có áp lực hơi dưới 100 bar thì cho phép dùng các phương pháp xử lý hoá học khác. 32. Việc lựa chọn phương pháp xử lý nước bổ sung cho NMĐ phải được tính toán đảm bảo cả về kỹ thuật lẫn kinh tế. Yêu cầu kỹ thuật chính là chất lượng nước bổ sung còn các yêu cầu về kinh tế ở đây phải xét đến cả chi phí vận hành khi xử lý bằng hóa chất. Đối với các NMĐ lớn, yêu cầu chất lượng nước cao thì có thể kết hợp vừa xử lý hoá học sơ bộ vừa dùng các bình bốc hơi để chưng cất nước bổ sung. 33. Đối với NMĐ dùng lò hơi trực lưu (lò hơi thông số trên tới hạn) thì nước bổ sung phải được xử lý cả bằng hóa học lẫn bằng chưng cất. 34. Bình bốc hơi của NMĐ có thông số cao hoặc siêu cao phải có các thiết bị phân ly hơi để nhận được nước chưng cất sạch. 35. Trong tất cả các NMĐ đều phải có hệ thống cấp dung dịch phôtphat để giảm độ ăn mòn kim loại của nước. 36. Đối với lò hơi có bao hơi thì dùng bơm riêng biệt để bơm phôtphat vào lò. Hệ thống này phải làm việc liên động với hệ thống xả liên tục của bao hơi. 37. Trong NMĐ với lò bao hơi, khi nước làm mát bình ngưng có độ cứng tổng cộng lớn hơn 20 mgđl/1 thì đặt một thiết bị cationit để xử lý nước ngưng. Năng suất của bình phải thích hợp với công suất cùa tổ máy. Cũng có thể chỉ xử lý 20% lưu lượng nước ngưng nhưng năng suất của bình tính theo hàm lượng muối trong nước ngưng phải được lấy ở chỗ bẩn nhất. 38. Các thiết bị xử lý nước được đặt trong nhà riêng hoặc trong gian thiết bị phụ cùa toà nhà chính. Các bình lắng, bể axit, bể kiềm, bể nước muối, v.v... được để ở ngoài trời. 39. Số lượng và dung tích của bình lọc ion tầng thứ nhất chọn sao cho khi một bình ngừng làm việc, sô' lần tái sinh trong ngày đêm của mỗi bình khác không lớn hơn ba và không nhỏ hơn một. 40. Trong thiết bị xử lý nước bằng bình lắng lọc thì tốc độ lọc nước qua lớp lọc chọn trong giới hạn từ 10 m/h đến 12 m/h. 12
41. Hệ thống nước của NMĐ cũng phải đáp ứng được cho việc sinh hoạt và nhất là phục vụ được cho mục đích rửa các thiết bị chính khi bảo dưỡng và đại tu. 42. Nước thải có tính axit thì phải tập trung lại và phải được trung hoà trước khi thải ra kênh thải bên ngoài nhà máy. f. Đối với hệ thống thiết bị khởi động lò hơi 43. Các NMĐ đốt than phun phải có hệ thống dầu mazut để khởi động lò hơi. Các NMĐ với lò hơi có năng suất trên 500 t/h đốt bột than antraxit hoặc than gầy thì phải có hai bể dầu dung tích 1000 m3 mỗi bể. Nếu là các loại than khác thì phải có hai bể dầu dung tích 500 m3 mỗi bể. Dầu mazut phải được vận chuyển bằng bơm chạy bằng điện và có bơm dự phòng. Ngoài các tiêu chuẩn chung nói trên, khi thiết kế NMĐ phải kể đến các tiêu chuẩn về an toàn cho lắp đặt thiết bị khi xây dựng cũng như an toàn cho công nhân vận hành khi vân hành nhà máy. Đây là các tiêu chuẩn hết sức cụ thể, chi tiết đã được ban hành và áp dụng vào thực tế khi thiết kế NMNĐ. Ngoài tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), khi thiết kế cũng phải tuân theo các bộ tiêu chuẩn của nước ngoài được quốc tế áp dụng rộng rãi như ASME, ASTM, API, ... mà trong phạm vi của tài liệu này không thể đề cập chi tiết được. Đây là các bộ tiêu chuẩn hết sức cụ thể về thiết kế và xây dựng các thiết bị năng lượng nhiệt trong đó có các thiết bị trong NMNĐ. 1.2. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÔNG SUÂT Tổ MÁY Sau khi xác định loại nhà máy điện thì phải xác định công suất tổ máy và thông số hơi. Công suất tổ máy và thông số hơi liên quan chặt chẽ với nhau. Nếu chọn công suất tổ máy (công suất đơn vị) càng lớn, thông số hơi càng cao thì hiệu suất tổ máy và do đó hiệu suất toàn nhà máy càng lớn. Chú ý rằng công suất đơn vị của tổ máy nằm trong nhà máy mà nối với hệ thống điện chung thì không được vượt quá công suất dự phòng của hệ thống. Điều đó có nghĩa là công suất tổ máy lựa chọn phải nhỏ hơn 10% công suất tổng của toàn hệ thống. Đối với nước ta, hiện nay công suất hệ thống còn nhỏ nhưng như mấy năm qua, nhịp độ phát triển các nhà máy điện mới nối với lưới chung được đẩy mạnh và công suất tổng của hệ thống tăng khá nhanh nên việc lựa chọn công suất đơn vị phải chú ý đến điều kiện thực tế và có kể đến yếu tố phát triển hệ thống, nếu không sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của nhà máy sau khi được xây dựng. Chọn công suất tổ máy cũng phải chú ý đến công suất toàn bộ của nhà máy. Nếu sau này có mở rộng tối đa công suất cũng không làm cho số tổ máy tăng quá nhiều trong một nhà máy. Các tổ máy nên chọn có cùng cấu hình và cùng công suất. Ví dụ, cần thiết kế một nhà máy điện với tổng công suất 300 MW, có thể chọn hai tổ máy mỏi tổ công suất 150 MW; 13
một tổ máy công suất 300 MW hoặc ba tổ máy mỗi tổ công suất 100 MW. Cấu hình mỗi tổ có thê chọn là một lò hơi + một tuabin hoặc hai lò hơi + một tuabin. Việc lựa chọn giống nhau theo kiểu khối (Block; Unit) này có một ưu điểm nổi bật là thuận tiện cho việc vận hành, sửa chữa, thay thế và quản lý thiết bị. Khi chọn công suất đơn vị và thông số của tổ máy mới để mở rộng công suất nhà máy cũ, phải chú ý tới số tổ máy cũ hiện có và thông số của nó. Thông thường khi chọn tổ máy phải đặt ra ít nhất hai hoặc ba phương án khác nhau. Để lựa chọn một phương án, chúng ta phải tiến hành so sánh chúng về mặt kỹ thuật và kinh tế. Khi so sánh kỹ thuật, các phương án được đánh giá thông qua các chỉ tiêu kỹ thuật sau khi tính toán sơ bộ đồng thời phải bảo đảm cung cấp điện năng và nhiệt năng trong các điều kiện sự cố có thể xảy ra. So sánh về kinh tế sẽ tiến hành theo phương pháp dưới đây. Ghi chú: Các sô' liệu cụ thể trong các bảng từ 1.1 đến 1.16 phía sau chỉ có giá trị để so sánh tương đôi giữa các phương án với nhau khi phân tích và để sinh viên định hình được các bước tính toán cần thiết khi tiến hành phân tích các phương án thiết kế về mặt kinh tế. Giá trị tuyệt đô'i của đa số các đại lượng trong các bảng này không có ỷ nghĩa thực tế vì giá tri tiền tệ luôn thay đổi khiển cho sự cập nhật chúng vào trong một tài liệu hướng dẩn thiết kế giáo học như này sẽ không thoả mãn. a. Phương pháp chung so sánh kinh tê của các phương án chọn công suất tổ máy Những chỉ tiêu kinh tế chủ yếu của nhà máy điện là vốn đầu tư ban đầu K và phí tổn vận hành s hàng năm. Vốn đầu tư ban đầu phụ thuộc chủ yếu vào giá tiền các thiết bị và tiền xây dựng. Phí tổn vận hành bao gồm phí tổn nhiên liệu, phí tổn khấu trừ hao mòn và sửa chữa, phí tổn trả lương cho cán bộ và công nhân viên, phí tổn chung của nhà máy và các phí tổn khác, trong đó phí tổn nhiên liệu chiếm nhiều nhất. Khi thiết kế một nhà máy điện thường phải so sánh các phương án. Điều kiện so sánh các phương án phải như sau: - Công suất tổng nhà máy và sản lượng điện sản xuất ra trong các phương án là như nhau. - Độ tin cậy (làm việc đảm bảo) của các máy hoặc của các phương án phải như nhau. Nếu độ tin cậy của các máy trong các phương án khác nhau thì các máy có độ tin cậy nhỏ hơn phải có công suất dự phòng cần thiết bù vào để đảm bảo sản xuất ra một sản lượng điện năng như là của nhà máy có độ tin cậy cao. Vì vậy, vốn đầu tư và phí tổn vận hành hàng năm của phương án này phải kể đến cả vốn đầu tư và phí tổn cho các thiết bị dự phòng. Kết quả so sánh phương án nào có vốn đầu tư và phí tổn vân hành hàng năm nhỏ hơn thì sẽ kinh tế hơn. Thông thường, vốn đầu tư và phí tổn vận hành thay đổi trái ngược nhau. Nghĩa là, khi vốn đầu tư lớn thì phí tổn vân hành sẽ bé. Trong trường hợp này có thể cho tăng vốn đầu tư một ít để tiết kiệm nhiên liệu. Tăng vốn đầu tư có nghĩa là tăng tiền chi phí cho kim loại vì 14
phải dùng kim loại quý và đắt. Do đó việc so sánh vốn đầu tư và phí tổn vận hành thường tiến hành là so sánh phí tổn cho kim loại và nhiên liệu. Gọi K| và K2 lần lượt là vốn đầu tư của phương án một và hai còn S” và s2 lần lượt là phí tổn vận hành hàng năm của phương án một và hai. Nếu K” > K2 và Sị < s2 thì chúng ta phải xác định thời gian hoàn vốn do chênh lệch về vốn đầu tư như sau: T= .[năm] (1.1) s2 - Sị Nếu thời gian hoàn vốn T tính được ở trên bé hơn thời gian hoàn vốn tiêu chuẩn TH thì chọn phương án một là hợp lý và kinh tế hơn phương án hai. Thời gian hoàn vốn tiêu chuẩn của các nhà máy điện và thiết bị năng lượng thường chọn là TH = 8 nãm. Nếu độ chênh lệch (Kị - K2) và (S! - s2) bé thì chúng ta sử dụng phí tổn toàn bộ CH. Với CH là tổng vốn đầu tư và phí tổn vận hành trong toàn bộ thời gian hoàn vốn TH. Nó được tính theo công thức sau: CH = K + T— .S , [đồng] (1.2) Nếu chia hai vế của (1.2) cho TH thì ta có: Cu K z = ---- = s + = s + PH.K , [đồng/năm] (1.3a) T— T— trong đó: z - phí tổn tính toán; PH - hê sô' hiệu quả tiêu chuẩn, PH = i = 0,125, [1/năm]. T— 8 Phương án kinh tế nhất là phương án có phí tổn toàn bộ và do đó có phí tổn tính toán là nhỏ nhất. Hình 1.1. Đổ thị biểu thị tổng phí tổn c phụ thuộc vào thời gian T. 15
Trong thời gian T năm vận hành thì tổng phí tổn là c = K + T.s. Sự phụ thuộc của phí tổn c vào thời gian T biểu thị bằng một đường thẳng cắt trục tung một đoạn có trị số bằng vốn đầu tư ban đầu K và có hệ số góc bằng phí tổn hàng năm s. Nếu so sánh hai phương án có K| > K2 và S! < s2 thì hai đường thẳng biểu thị tổng phí tổn là C| và c2 sẽ cắt nhau tại một điểm trên đồ thị c = f(T). Tại giao điểm đó ta xác định được giá trị T *. Nếu T* < TH thì phương án có vốn đầu tư lớn và phí tổn vận hành hàng nãm nhỏ sẽ kinh tế hơn. Ngược lại, nếu T* > TH thì phương án có vốn đầu tư bé và phí tổn vận hành hàng năm lớn sẽ kinh tế hơn. Nếu tỷ lệ phí tổn tính toán của hai phương án nằm trong khoảng (0,95 4- 1,05) thì chúng có thể được xem là như nhau về tính kinh tế. Trong trường hợp các phương án có độ tin cậy như nhau thì ưu tiên chọn phương án có kỹ thuật mới hơn. 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) trong đó: SA là phí tổn cho khấu trừ hao mòn và sửa chữa, SA = PA.K , [đồng/nãm], với K là vốn đầu tư còn PA là phần khấu trừ (xem bảng 1.12 và 1.13); SB là phí tổn cho nhiên liệu: SB = C.B, [đồng/năm], với c là giá mua nhiên liệu tại nhà máy, [đồng/tấn] còn B là tiêu hao nhiên liệu cho nhà máy, [tấn/năm]; Sn là phí tổn 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 công suất thiết bị, [MW]; n là hệ số biên chế của công nhân viên vận hành, [người/MW]; So là phí tổn công việc chung của nhà máy và tất cả các chi tiêu khác, với So = a.(SA +Sn), [đồng/năm], còn a là phần khấu trừ tương ứng. b. Chi tiết cách đánh giá độ kinh tê của một phương án 1. Vốn đầu tư ban đầu Vốn đầu tư ban đầu K của nhà máy điện gồm hai phần: i) phần không đổi, nó không phụ thuộc vào việc lựa chọn loại và công suất của tổ máy và ii) phần thay đổi, nó tỷ lệ bậc nhất với tổng công suất của nhà máy điện. Phần không đổi là những chi phí cho các công trình về đường ôtô, đường sắt phục vụ cho nhà máy, chi phí về việc thu dọn mặt bằng, chi phí về các công trình phụ (như toà nhà phục vụ sinh hoạt, các toà nhà phụ trợ khác, v.v...), chi phí về các thiết bị chung cho toàn nhà máy, lắp ráp và khởi động máy lần đầu tiên (như cần trục gian máy và gian lò, cần trục bốc dỡ ở kho than v.v...). I >> 16
Phần thay đổi bao gồm vốn đầu tư cho thiết bị và lắp ráp nó, các công trình và xây dựng liên quan đến việc thay đổi công suất nhà máy. Đối với nhà máy điện ngưng hơi đặt các tổ máy cùng loại thì vốn đầu tư có dạng như sau: K = Ko + f.N.10, [đồng] (1.4) trong đó: Ko là vốn đầu tư ban đầu, phần không đổi, [đồng]: f là hệ số tỷ lệ tính theo một kW công suất đặt của nhà máy, [đồng/kW]; N là tổng công suất của nhà máy, [MW], Đối với mỗi nhà máy điện, đầu tư không đổi Ko và f là một trị sô' riêng biệt. Chúng chỉ phụ thuộc vào loại nhà máy điện, dạng đốt cháy nhiên liệu, thông số hơi mới, công suất đơn vị tổ máy và các điều kiện phụ khác. Từ công thức (1.4) bên trên chúng ta có một khái niệm khác là: Suất vốn đầu tư của nhà máy điện: a= = -^7 + f, [đỒng/kW] (1.5) N.10 N.103 Trên các hình từ hình 1.2 đến hình 1.6 giới thiệu một số giá trị vốn đầu tư phụ thuộc loại nhiên liệu và công suất đơn vị của tổ máy. Trên các hình đó: đường I ấp dụng khi đốt than đá, đường II áp dụng khi đốt than nâu và than bùn còn đường III áp dụng khi đốt dầu và khí. Tuy nhiên các giá trị trên trục tung về vốn đầu tư K chỉ có ý nghĩa để tham khảo trong tính toán khi so sánh tương đối giữa các phương án với nhau. Các đồ thị trên còn được xây dựng dựa trên một số giả thiết như sau: Hình 1.2. Vốn đầu tư ban đầu K khi đặt tổ máy công suất 50 MW. miH6 IÁfr- Í.Í.CiỆNLỰ' 17 THƯ VĩẸN
Triệu đồng X 6 Hình 1.3. Vốn đầu tư ban đầu K khi đặt tổ máy công suất 100 MW. Hình 1.4. Vốn đầu tư ban đầu K khi đặt tổ máy công suất 150 MW. Hình 1.5. Vốn đầu tư ban đầu K khi đặt tổ máy công suất 200 MW 18 w ■'M0T ! > V ŨHT ;
Triệu đồng X 6 Hình 1.6. Vốn đầu tư ban đầu K khi đặt tổ máy công suất 300 MW. + Đối với nhà máy điện đặt tuabin loại BK-50-3, BK-100-6 và BKT-100 trong gian lò không dự định đặt lò dự phòng nhưng khi số lò lớn hơn tám thì có đặt một lò để dự phòng khi có sửa chữa. + Đối với nhà máy điện đặt tuabin loại K-150-130 thì có hai sơ đồ khối, sơ đồ khối thứ nhất là một tuabin với một lò hơi 500 t/h (loại lò bao hơi của nhà máy TKZ của Liên Xô cũ), sơ đồ khối thứ hai là một tuabin với hai lò hơi lợi 250 t/h hoặc 270 t/h (lò hơi trực lưu). + Đối với nhà máy điện đặt tuabin loại K-200-130 cũng có hai sơ đồ. Sơ đồ thứ nhất đặt một tuabin với một lò hơi loại có năng suất 640 t/h (loại lò hơi trực lưu), sơ đồ thứ hai đặt một tuabin với hai lò hơi loại có năng suất 320 t/h (loại lò có bao hơi của nhà máy TKZ - Liên Xô cũ). + Đối với nhà máy. điện đặt tuabin loại K-300-240 thì đặt lò hơi 950 t/h. Suất vốn đầu tư a của nhà máy điện cũng có thể tham khảo trong bảng 1.1. Tuy nhiên, các số liệu về tiền trên các hình ở trên và trong các bảng dưới đây không có giá trị tuyệt đối. Nó chỉ có giá trị tương đối để so sánh giữa các phương án. Bảng 1.1. Suất vốn đầu tư a của nhà máy điện ngưng hơi Suất vốn đầu tư Đặc tính các thiết b9 chính Công suất [triệu đồng/kW] nhà máy điện Số lượng và công SỐ lượng và Thông sô' hơi Nhiên liệu [MW] suất tuabin năng suất lò Than đá Than nâu [ata/C] r) lỏng hoặc khí [MW] [t/h] 1 2 3 4 5 6 7 200 4x50 4x220 90/535 20 20,5 15,5 300 6 X 50 6x220 90/535 19 19,83 15
Bảng 1.1. (tiếp theo) 1 2 3 4 5 6 7 400 8 X 50 8x220 90/535 18,67 19,42 14,83 400 4 X 100 8 X 220 90/535 17,17 17,83 13,25 600 6 X 1 00 13 X 220 90/535 16,17 17,33 12,83 800 8 X 100 17x220 90/535 16,17 17 12,67 600 4 X 150 8x250 130/(565/565) 14,67 15,25 11,58 900 6 X 150 12x250 130/(565/565) 14,09 14,67 10,83 1200 8 X 150 16 X 250 130/(565/565) 13,75 14,33 10,83 600 4x 150 4x500 130/(565/565) 14,33 14,92 11,25 900 6 X 150 6 X 500 130/(565/565) 13,75 14,33 10,75 1200 8 X 150 8x500 130/(565/565) 13,42 14 10,5 800 4x200 8x320 130/(565/565) 13,09 13,5 10,42 1200 6 X 200 12x320 130/(565/565) 12,5 12,92 10 1600 8x200 16 X 320 130/(565/565) 12,17 12,58 9,84 800 4x200 4x640 130/(565/565) 12,75 13,17 10,08 1200 6 X 200 6x640 130/(565/565) 12,17 12,58 6,33 1600 8 X 200 8 X 640 130/(565/565) 13,5 12,22 9,5 1200 4x300 4x950 240/(580/565) 11,83 12,25 9,42 1800 6x300 6x950 240/(580/565) 11,25 11,58 8,92 2400 8x300 8x950 240/(580/565) 10,92 11,33 8,67 Bảng 1.2. Công thức tính vốn đầu tư đối với các nhà máy điện ngưng hơi khác nhau Công thức tính vốn đầu tư K Công suất Thiết b9 chính [triệu đóng] nhà máy Loại nhiên liệu Tuabin Lò hơi 90 ata 130 ata 240 ata [MW] [MW] [t/h] 535°c 565°c (580/565)°C 1 2 3 4 5 6 7 Than đá [2.4.106 + 106.103.N] 200 4 400 50 220 Than nâu [2.6.106 + 110.103.N] Khí hoặc mazut [1.6.106 + 85.103.N] Than đá [4.3.106 + 92.103.N] - 400 4 800 100 220 Than nâu [4.5.106 + 96.103.N] Khí hoặc mazut [3.106 + 72.103.N] Than đá [6.6.106 + 77.103.N] 600-4 1200 150 250 Than nâu - [6 9.106 + 80.103.N] Khí hoặc mazut [5.106 + 61.103.N] 20