Nhà máy nhiệt điện: Phần 2

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:105

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nối tiếp phần 1, phần 2 của tài liệu "Thiết kế nhà máy nhiệt điện" tiếp tục trình bày các nội dung chính sau: Tính toán lựa chọn các thiết bị chính; Sơ đồ nhiệt chi tiết và bố trí toàn nhà máy. 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 2

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH 3.1. TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ GIAN MÁY 3.1.1. Tính chọn bơm cấp Bơm nước cấp là thiết bị quan trọng, vì nó không những để đảm bảo sản xuất điện năng mà còn bảo đảm tính làm việc chắc chắn của lò hơi. Để đảm bảo cung cấp nước cho lò hơi có bao hơi cần phải dùng hai loại truyền động bơm cấp. Thông thường, truyền động bơm cấp bằng điện được thực hiện với các bơm làm việc và một bơm dự phòng. Đối với các nhà máy điện nằm trong hệ thống không yêu cầu đặt bơm dự phòng chạy bằng tuabin hơi. Đối với các nhà máy điện làm việc riêng lẻ nên đặt hai bơm dự phòng, mỗi cái có năng suất bằng 50% năng suất lò hơi. Trong các nhà máy điện sơ đồ khối, bơm cấp được đặt riêng cho từng khối, truyền động bơm cấp có thể dùng động cơ điện hoặc tuabin hơi tuỳ vào khả năng của động cơ công suất lớn và dựa trên cơ sở tính toán kinh tế - kỹ thuật. Đối với những khối lớn có công suất từ (250 -ỉ- 300) MW hoặc lớn hơn thì nên dùng truyền động bằng tuabin hơi là kinh tế hơn. Bơm điện chỉ dùng làm dự phòng. Nhiệm vụ chính của bơm điện là tham gia lúc khởi động, lúc ngừng khối. Khi khởi động lò đơn lưu yêu cầu phải cung cấp khoảng 30% lượng nước tiêu hao, do đó năng suất của bơm dự phòng không được nhỏ hơn 30 % lưu lượng nước cấp toàn bộ. Để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực và nâng cao tính làm việc chắc chắn của bơm cấp, đặc biệt đối với tuabin truyền động có số vòng quá lớn, người ta đặt thêm bơm tăng áp giữa khử khí và bơm cấp. Bơm tăng áp cũng phải đặt ít nhất một cái dự phòng. Đối với các nhà máy điện có thông số cao và siêu cao ngưòi ta còn dùng bơm cấp hai tầng. Tầng thứ nhất đặt sau bình khử khí, tầng thứ hai đặt sau bình gia nhiệt cao áp. Đặt bơm như thế sẽ nâng cao mức độ làm việc đảm bảo của các bình gia nhiệt, mặt khác trọng lượng và giá thành cấc bình gia nhiệt cao áp cũng giảm xuống. Nhưng cấu trúc của bơm phức tạp hơn, nhiệt độ làm việc của bơm cấp phải chịu đựng cao hơn đối với tầng bơm thứ hai. Độ chênh (sức ép) của bơm cấp có thể xác định theo sơ đồ như trên hình 2.5 trong chương 2 phần 2.4. Các công thức tính toán cột áp đầu đẩy, đầu hút và độ chênh áp, xem các công thức (2.6), (2.7) và (2.8). 65
Để đảm bảo an toàn cho sự làm việc của bơm cấp, lưu lượng nước qua mỗi bơm cấp nên lấy dư ra khoảng (5 4- 10)% so với định mức. Cột áp cũng lấy dư ra một khoảng tương tự. Công suất động cơ cần để kéo bơm cấp được tính theo công thức sau: W« ¬ = Q^P« ¬ ( [W] (31) ■H« ¬ trong đó: Q - nâng suất của bơm, [m3/s], được xác định theo lượng nước cấp tính trên sơ đồ nhiệt nguyên lý với độ dự trữ an toàn chọn như trên; ApBC - độ chênh áp đầu đẩy và đầu hút của bơm cấp đã lấy dự trữ, [N/m2]; r|BC - hiệu suất của bơm cấp. Hiệu suất bơm thường vào khoảng (0,80 4- 0,92). Bơm cấp được lựa chọn theo hai chỉ tiêu kỹ thuật chính là năng suất và cột chênh áp đáp ứng được so với giá trị tính toán. Bên cạnh hai chỉ tiêu đó, bơm cấp còn được lựa chọn căn cứ vào nhiệt độ nước cho phép và khả năng điều chỉnh công suất trong phạm vi thay đổi rộng với hiệu suất ít thay đổi và chế đô làm việc an toàn trong những trường hợp bất thường. Động cơ kéo bơm được lựa chọn theo chỉ tiêu công suất là chính. Bên cạnh đó cũng cần chú ý đến những đặc điểm khởi động và phạm vi thay đổi tốc độ với khả năng điều chỉnh rộng mà vẫn đạt hiệu suất cao. Các loại bơm cấp và các đặc tính của nó, xem trong phần phụ lục về bơm cấp. 3.1.2. Tính chọn bơm ngưng Tuỳ theo cấu tạo và công suất của tuabin mà đặt hai, ba hoặc bốn bơm ngưng, trong đó có ít nhất một bơm dự phòng. Năng suất tổng của các bơm làm việc liên tục phải đảm bảo ít nhất bằng lượng nước ngưng cực đại ra khỏi bình ngưng (tính cả lượng nước bổ sung nếu nước bổ sung được cấp vào khoang nước của bình ngưng). Năng suất của các bơm ngưng được chọn ở điệu kiện làm việc xấu nhất, tức là tổ máy làm việc cực đại, bình ngưng có độ chân không thấp, về mùa hè, v.v. Đối với tuabin cung cấp nhiệt thì nên chọn năng suất bơm ngưng khi tuabin làm việc ở chế độ ngưng hơi không có cấp nhiệt. Giá trị tính toán của năng suất bơm ngưng cũng lấy dự trữ khoảng (5 4- 10)% so với giá trị cực đại. Sức ép của bơm ngưng được xác định căn cứ theo sơ đồ sau: 66
Hình 3.1. Sơ đồ xác định chiều cao cột áp bơm ngưng. Tương tự như đối với bơm cấp, cao cột áp đầu hút của bơm được xác định theo công thức: Ph = pk + p.g.Hh , [N/m2] (3.2) Cột áp đầu đẩy được xác định theo công thức: Pđ = Pª ª + SAPti + P-g-Hd , [N/m2] (3.3) Chiều cao cột áp chênh lệch toàn phần của bơm ngưng phải đảm bảo là: ApBN = Pđ - Ph = (Pª ª - Pk) + SApti + p.g.(Hd - Hh), [N/m2] (3.4) trong các công thức trên: pk - áp suất tuyệt đối trong bình ngưng, N/m2; Pª ª ■ áp suất tuyệt đối trong bình khử khí, N/m2; p - khối lượng riêng trung bình của nước trước và sau bơm ngưng, kg/m3; g - gia tốc trọng trường, m/s2, thường lấy bằng 9,81; Hh - chiểu cao tính từ mức nước trong khoang nước của bình ngưng tới miệng hút của bơm ngưng, m; Hd - chiều cao tính từ miệng đẩy của bơm đến đầu ống đưa vào cột khử khí, m; Hch = Hd - Hh - chiều cao chênh lệnh mức nước đầu đẩy và đầu hút, m; LApt| - tổng trở lực đường ống đầu hút, đầu đẩy, các trở lực của các BGNHA và các trở lực của các van cũng như các thiết bị khác đặt trên đường hút và đẩy, N/m2. 67
Thông thường, trở lực của các BGNHA cũng lấy sơ bộ khoảng (2 4- 3). 105 N/m2 đối với mỗi một bình. Chiều cao đầu hút của bơm ngưng có thể lấy sơ bộ là Hh = 2 m. Chiều cao đầu đẩy có thể chọn sơ bộ là Hđ = 20 -ỉ- 30 m. Trở lực đường ống có thể chọn sơ bộ vào khoảng (3 4- 5).105 N/m2. Khối lượng riêng trung bình của nước ngưng có thể lấy sơ bộ là khối lượng riêng của nước bình thường, vào khoảng 990 1000 kg/m3. Công suất động cơ cần để kéo bơm ngưng được tính theo công thức: WBN = , [W] (3.5) B« § trong đó: Q - lưu lượng nước đi qua bơm ngưng, m2/s hay còn gọi là năng suất của bơm. Để tính chọn bơm ngưng, năng suất tính toán của bơm phải đảm bảo lấy dư ra khoảng (5 4- 10)% so với giá trị định mức tính theo sơ đồ nhiệt nguyên lý. ApBN - cột áp chênh lệch, tính theo công thức (3.4) bên trên. Giá trị tính toán được cũng phải lấy dư ra khoảng 5 4- 10% để đảm bảo an toàn cho bơm khi phải làm việc ở những chế độ khác thường. r|BN - hiệu suất của bơm; Thông thường hiệu suất của bơm vào khoảng 0,70 4- 0,85. Bơm ngưng được lựa chọn cũng tương tự như khi lựa chọn bơm cấp. Căn cứ vào giá trị tính toán được của cột áp và lưu lượng của bơm mà chọn loại bơm hợp lý. Ngoài hai căn cứ cơ bản trên ra, khi lựa chọn bơm ngưng cũng phải chú ý đến phạm vi điều chỉnh năng suất cho phép, khả năng thay đổi tốc độ trong khi vẫn duy trì hiệu suất và công suất theo yêu cầu. Bơm ngưng cũng phải được lựa chọn cho phù hợp với những thông số làm việc như nhiệt độ và áp suất chân không trong bình ngưng. Động cơ kéo bơm được lựa chọn theo công suất tính toán được có tính dự trữ khoảng 5%. Chú ý tới khả năng điều chỉnh và đặc tính hiệu suất của động cơ. Các loại bơm ngưng xem trong phần phụ lục về bơm ngưng. 3.1.3. Tính toán lựa chọn bơm tuần hoàn Bơm tuần hoàn được lựa chọn trong điều kiện mùa hè, lưu lượng hơi vào bình ngưng là lớn nhất, nhiệt đô nước làm mát đầu vào bình ngưng cao nhất. Đối với tuabin có cửa trích cho hộ tiêu thụ, bơm tuấn hoàn phải được tính trong trường hợp hộ tiêu thụ không sự dụng nhiệt mà tuabin là ngưng hơi. Không đặt bơm tuần hoàn dự phòng. Chỉ đặt trong trường hợp dùng nước biển làm mát theo sơ đồ kín có bổ sung. Trong nhà máy điện sơ đồ khối, số bơm tuần hoàn phải lớn hơn ba. Khi tính toán năng suất bơm tuần hoàn, ngoài lưu lượng nước cần thiết để làm mát bình ngưng còn phải kể đến những nhu cầu dùng nước khác trong nhà máy như là dùng nước 68
cho làm mát dầu gối trục, làm mát khí làm mát máy phát điện, các nhu cầu khác về thải tro xỉ, v.v. Nếu coi nhu cầu nước cho làm mát bình ngưng là 100% thì các nhu cầu tiêu thụ nước khác trong nhà máy sẽ vào khoảng như sau: Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý đặt bơm tuần hoàn. Bảng 3.1. Nhu cầu dùng nước trong nhà máy điện STT Nhu cầu dùng nước % theo lưu lượng 1 Bỉnh ngưng 100 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 nghiên và thiết b9 phụ 0,7 + 1 5 Thải tro xỉ 2+5 6 Nước bổ sung cho chu trình 0,5+1 7 Nước sinh hoạt 1 +2 8 Các nguồn phụ khác 0,1 +0,5 Tổng cộng: 108 + 115 69
Lưu lượng nước tuần hoàn cần cung cấp cho bình ngưng của một tổ máy được tính theo công thức: Gk = m.Dk = m.Do/c^ [kg/s] (3.6) trong đó: m là bội số tuần hoàn. Đây là một giá trị mang tính kinh tê' phải được tính toán theo kết cấu của bình ngưng. Xem thêm phần 2.5 trong chương 2 ở ví dụ tính kiểm tra cân bằng bình ngưng và xem thêm phần chọn bình ngưng trong mục 3.1.4 sau đây. Thông thường, giá trị kinh tế của bội số tuần hoàn m được thiết kê' vào khoảng từ 75 -ỉ- 120 tuỳ theo từng loại tuabin. Dk và Do là lưu lượng hơi thoát khỏi tuabin vào bình ngưng và lưu lượng hơi vào tuabin. ak là giá trị lưu lượng hơi thoát tương đối, đã tính được trong phần giải sơ đồ nhiệt. Năng suất của bơm tuần hoàn cần phải chọn dư ra khoảng 5 -í- 10% so với tính toán ở trên. Sức ép của bơm tuần hoàn thường thấp, nó chỉ cần khắc phục được trở lực đường đi của đường ống dẫn nước từ trạm bơm tới bình ngưng và các nơi tiêu thụ khác trong nhà máy với trở lực của riêng bình ngưng. Trong đó thành phần trở lực của bình ngưng là đáng chú ý hơn cả. Trở lực của bình ngưng có thể được xác định theo công thức: ApBn = z.(b.®1,75 + 0,135.co1’5).0,981.104 , [N/m2] (3.7) trong đó: z - sô' chặng đường nước của bình ngưng; co - tốc độ nước đi trong ống bình ngưng, m/s. Thường vào khoảng 1,3 -ỉ- 2,2 m/s; b - hệ sô' thực nghiệm, phụ thuộc vào đường kính trong của ống bình ngưng và vào nhiệt độ trung bình của nước làm mát đi trong ống. Nếu nhiệt độ trung bình của nước đi trong ống là 20°C thì giá trị của b được tra trong bảng 3.2 sau đây: Bảng 3.2. Giá trị thực nghiệm của hệ sô' b phụ thuộc vào đường kính trong của ống d|, [mm] 14 16 18 20 22 24 26 b 0,138 0,117 0,101 0,088 0,078 0,070 0,064 Nếu nhiệt độ trung bình của nước làm mát đi trong ống khác 20 °C thì giá trị của b tra được trong bảng 3.2 phải được nhân thêm với hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ là: cpt = 1 + 0,007.(t - 20) với t là nhiệt đô trung bình của nước đi trong ống, °C. Khi tính toán phải lấy dư trở lực đường nước tuần hoàn ra khoảng 5 4- 8%. Thông 70
thường, trở lực toàn bộ đường nước tuần hoàn vào khoảng (2 -r- 3). 1 o5 N/m2. Công suất động cơ cần thiết để kéo bơm tuần hoàn được tính theo công thức: WBth = Q'APBlh [W] (3.8) 1[ỉth trong đó: Q - năng suất của bơm, m /s, có tính dự trữ; ApBth - tổng trở lực đường nước mà bơm phải đạt được, N/m2, đã tính đến độ dự trữ. Bơm tuần hoàn cũng như bơm cấp và bơm ngưng, phải được lựa chọn dựa theo hai chi tiêu chính đó là năng suất và cột áp. Động cơ kéo bơm chọn theo công suất tính toán có tính đến dự trữ. Các loại bơm tuần hoàn dùng trong nhà máy nhiệt điện, xem trong phụ lục phần bơm tuần hoàn. 3.1.4. Chọn bình ngưng Thực chất của bình ngưng chính là một thiết bị trao đổi nhiệt kiểu bề mặt. Tính chọn bình ngưng chính là tính chọn thiết bị trao đổi nhiệt sao cho nó có một bề mặt truyền nhiệt thoả mãn làm ngưng tụ được hơi thoát khỏi tuabin. Các công thức chính tính toán truyền nhiệt trong bình ngưng là: Cóng thức cán bằng nâng lượng nhiệt giữa hơi ngưng tụ và nước làm mát Qk = Gk.Cp.At = Dk.(ik - i'k), [kW] (3.9) Công thức truyền nhiệt trong bình ngưng Qk = k.F.Att , [kW] (3.10) Bình ngưng sẽ cân bằng nhiệt nếu lượng nhiệt trao đổi tính theo hai công thức trên là như nhau. trong đó: Gk và Dk là lưu lượng nước làm mát và lưu lượng hơi thoát vào bình ngưng, kg/s; Cp là nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp của nước, lấy bằng 4,18 kJ/kg.K; At = tj - t2 là độ hâm nước trong bình ngưng, °C, trong đó: tị và t2 là nhiệt độ nước làm mát vào va ra khỏi bình ngưng. Nhiệt độ nước làm mát vào bình ngưng phụ thuộc vào điều kiện thời tiết khí hậu và sơ đồ làm mát. Nếu làm mát bằng nước sông với sơ đồ đơn lưu, trong điều kiện của Việt Nam, có thể lấy trung bình là 23 4- 25°c. Giá trị nhiệt độ nước ra phụ thuộc vào điều kiện truyền nhiệt bên trong bình ngưng và phụ thuộc vào chế độ làm việc của tổ máy. Trong điều kiện thiết kế ở chế độ định mức có thể lấy nó thấp hơn nhiệt độ bão hoà của hơi thoát vào bình ngưng một khoảng là ỗt. Tức là: t2 = tk - St. Thông thường, giá trị St được các nhà chế tạo bình ngưng tính toán lựa chọn vào khoảng 3 4- 6°c. 71
Hình 3.3. Sơ đồ trao đổi nhiệt trong bình ngưng Như trên hình vẽ 3.3, phương trình liên hệ giữa các nhiệt độ được thiết lập: tk = f(pk) = St + tj = tj + At + St (3.11) ik và i'k là entanpy của hơi vào bình ngưng và của nước sôi ở áp suất trong bình, kJ/kg; Atlb là độ chênh nhiệt độ trung bình logarit của hai dòng vật chất, °C. Nó được tính theo công thức: (3-12) In—_---- St F là tổng diện tích bề mặt ngoài của các ống trong bình ngưng, m2; k là hệ số truyền nhiệt tổng trong bình ngưng, kW/m2.K. Hệ số truyền nhiệt trong bình ngưng phụ thuộc vào loại vật liệu làm ống, vào tốc độ nước đi trong ống, vào mức độ bám cáu trong ống, vào tốc độ hơi thoát trong bình ngưng, vào khả năng làm việc của thiết bị hút thải không khí (ejector) và nhiều yếu tố khác. Có thể sử dụng công thức thực nghiệm sau đây để tính toán cho bình ngưng trong thực tế. Để tính toán hệ số truyền nhiệt tổng trung bình của cả bình ngưng, Becman đã đưa ra công thức bán thực nghiệm sau tính theo bề mặt truyền nhiệt phía trong của ống: O,1956.co l-^^-.^-ti)2 [W/(m2.K)l (3.13) k = 4070,5.a. Vd? 1000 trong đó: ■X = 0,12.a.(l +0,15.tj); 72
■ a là hệ số tính đến ảnh hường của độ bẩn bề mặt làm lạnh. Nó phụ thuộc vào điều kiện vận hành bình ngưng. Khi nước làm lạnh là nước sạch và hệ thống cung cấp nước tuần hoàn là đơn lưu thì thường chọn a = 0,8 4- 0,85. Khi nước làm lạnh được xử lý và hệ thống cung cấp nước là kín thì chọn a = 0,75 -í- 0,8. Khi nước làm lạnh bị bẩn, hệ thống có lẫn nước có khả năng tạo cáu hữu cơ thì chọn hệ số a = 0,65 4- 0,75; ■ (0 là tốc độ nước chảy trong ống, [m/s]. Bình thường có thể chọn (0 = (1,8 4- 2,2) m/s; ■ dj là đường kính trong của ống làm lạnh bình ngưng, [m]; ■ tị là nhiệt độ nước làm lạnh đầu vào bình ngưng, [°C]; • 7 là hệ số tính đến ảnh hưởng của số chặng đường nước z. Nó được xác định theo công thức: d>z = 1 + 0,1.(Z - 2).(1 - tị / 35). ■ D là hệ số tính đến ảnh hưởng của suất phụ tải hơi dk vào bình ngưng. Khi dk thay đổi trong phạm vi từ phụ tải định mức dknom đến trị số bằng 8D.dknom thì lấy D = 1, với SD = 0,9 - 0,012.tị. Khi phụ tải hơi vào bình ngưng dk < 8D.dknom thì lấy OD = 8.(2 - 8). Trong đó: 8 = dk / (8D.dknorn). Suất phụ tải hơi vào bình ngưng được định nghĩa là lưu lượng hơi vào bình ngưng tính trên một đơn vị diện tích trao đổi nhiệt của bình ngưng. Nó được tính bằng công thức: dk = Dk / F, [(kg/s)/m2] hoặc [kg/(m2h)]. Thông thường, giá trị của nó vào khoảng (30 + 45) [kg/m2h]. y Cũng có thê sử dụng toán đồ đã có sẵn trong các sổ tay để tính gần đúng hệ số truyền nhiệt k trong bình ngưng. Trở lực của bình ngưng có thế được tính theo công thức (3.7) ờ trên khi bình ngưng đang vận hành hoặc khi thiết kế có thể dùng công thức gần đúng sau: ApBn = ” 'z'(^+ ,5) 0.981 104 , [N/m2] (3.14) trong dó: (ù - tốc độ nước đi trong ống, m/s; z - số chặng đường nước đi trong bình ngưng; 1 - chiều dài bình ngưng tính ờ giữa hai mặt sàng, m; Hệ số ÌỊ, phụ thuộc vào đường kính trong của ống làm bình ngưng, được tra theo bảng sau: Bảng 3.3. Hệ số L, phụ thuộc vào đường kính trong của ống làm bình ngưng d|, [mm] 16 .19 22 23 25 30 c 9,3 13 14,2 14,8 15,4 15,8 73
Căn cứ vào các đặc tính làm việc và đặc biệt là vào diện tích bề mặt truyền nhiệt tính toán được của bình ngưng mà lựa chọn được bình ngưng cho phù hợp. Chú ý chọn bình ngưng có bề mặt truyền nhiệt lấy dư khoảng (5 4- 8)% so với tính toán để đảm bảo đù bề mặt truyền nhiệt trong những điều kiện làm việc khăc nghiệt nhât vì độ chân không binh ngưng ảnh hưởng rất lớn đến tính kinh tế của toàn tổ máy. Xem các đặc tính của một sô' loại bình ngưng ở trong phụ lục về bình ngưng trong phần phụ lục ở cuối sách. Hình 3.4. Toán đồ xác định hê số truyền nhiệt tổng của bình ngưng: ttb - nhiệt độ trung bình đại sô' của nước đi trong bình ngưng, ttb = 0,5.(t] + t2); (0 - tốc độ nước đi trong ống bình ngưng. 3.1.5. Tính chọn bình khử khí và các bình gia nhiệt a. Tính chọn bình khử khí Bình khử khí thường được chọn một bình cho một tổ máy. Với những tổ máy công suất lớn (trên 500 MW) cũng có thể chọn hai bình khử khí cho một tổ máy. Đối với TTNĐ 74
có thể có bình khử khí phụ để khử khí cho nước bổ sung và nước về từ HTì sau đó mới đưa lên khử khí chính. Bình khử khí phụ thường chọn có áp suất gần với áp suất khí quyển. Dung tích của khoang chứa nước bình khử khí được chọn có dự trữ khi lò làm việc cực đại mà vẫn đáp ứng được khoảng trên năm phút. Nếu là sơ đồ có liên hệ ngang thì phải dự trữ lớn hơn. Độ dự trữ dung tích khồang nước bình khử khí phải chọn lớn hơn nữa (lên tới 20%) nếu là TTNĐ. Lưu lượng hơi trích cần thiết và lưu lượng nước đưa vào bình khử khí đã được xác định trong phần tính nhiệt sơ đồ nhiệt nguyên lý. Diện tích bề mật trao đổi nhiệt của bình khử khí được xác định theo công thức truyền nhiệt sau: F= = G'(lrẨ ~iv1 , [m2] (3.15) k.Attb k.Attb trong đó: Q - tổng lượng nhiệt trao đổi trong bình khử khí, kW; iv và ir - entanpy của nước đưa vào bình và của nước sôi ra khỏi bình, kJ/kg; G - lưu lượng nước cấp ra khỏi bình khử khí, kg/s; Atlb - độ chênh nhiệt độ trung bình logarit, °C. Nó được xác định theo công thức: Atlb = (3-16) InhhZk lbh -t2 trong đó: tbh - nhiệt độ nước sôi tương ứng với áp suất bên trong bình khử khí. t2 - nhiệt độ nước ra khỏi bình khử khí, (= tbh - (1 H- 2)°C); tị - nhiệt độ nước đưa vào khử khí; k - hệ số truyền nhiệt trong bình khử khí, kW/m2.K. Thông thường trị số của hệ số truyền nhiệt k thường rơi vào khoảng (9 -ỉ- 18) kW/m2.K. Trong tính toán sơ bộ, có thể chọn k = 12 [kW/m2.K]. Bình khử khí được lựa chọn theo bề mặt trao đổi nhiệt của cột khử khí, theo dung tích bể chứa nước và theo áp suất làm việc của nó. Đặc tính làm việc của một số loại bình khử khí, xem trong phụ lục về bình khử khí. b. Tính chọn bình gia nhiệt Lượng hơi trích đưa vào bình gia nhiệt được xác định theo phương trình cân bằng nhiệt như đã trình bày trong phần tính nhiệt sơ đồ nhiệt nguyên lý. Bề mặt trao đổi nhiệt của bình gia nhiệt được xác định theo phương trình truyền nhiệt: F= = W'Ơ2 ~Ỉ1) , [m2] (3.17) k.Attb k.Attb 75
trong đó: Q = W.(Ỉ2 — i]) là lượng nhiệt trao đổi trong bình mà dòng nước nhân được. Với w là lưu lượng dòng nước đi qua; i| và i2 là entanpy của nước ờ đầu vào và ra khỏi bình. Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit được xác định như đới với các thiết bị trao đổi nhiệt thông thường. Trong trường hợp BGN không tính đến phần làm lạnh hơi và phần làm lạnh nước đọng, tức là chỉ tính phần gia nhiệt chính thì độ chênh nhiệt độ trung bình Atlb có thể được tính theo công thức (3.16) bên trên. Bời vì khi đó, trong suốt quá trình nhùng nhiệt, hơi có nhiệt dộ không đổi. Hệ sô' truyền nhiệt k cùa bình gia nhiệt được tính theo công thức cơ bản: k = “ĩ------ ĩ------------ TI---- ’ [W/m2.K] (3.18) 1 +Ễ+ 1 2do CC.Ị À a2 do + dj trong đó: otị và a2 - hệ sô' trao đổi nhiệt đối lưu bên trong và bên ngoài ống; X - hệ sô' dẫn nhiệt cùa kim loại làm ớng; dj và do - đường kính trong và ngoài của ống; s là chiều dày cùa ống. Có thể tính gần đúng hệ sô' truyền nhiệt của BGN theo toán đồ sau đây: Hình 3.5. Toán đồ xác định hệ sô' truyền nhiệt của bình gia nhiệt. Toán đồ trên được xây dựng đối với ổng bằng đồng thau có đường kính ngoài là 19 mm. Thực nghiệm cho thấy, nếu ống đường kính ngoài của ống là 16 mm thì hệ sô' truyền nhiệt chỉ tăng lẽn khoảng 2% còn nếu đường kính ngoài của ổng tăng lên đến 25 mm thì hệ 76
số truyền nhiệt cũng chỉ giảm đi khoảng 3%. Với ống bằng thép thông thường thì hệ số truyền nhiệt giảm đi khoảng 15 -ỉ- 20%. Toán đồ trên được xây dựng với giá trị nhiệt độ trung bình của nước đi trong ổng là: tIp = (tị + t2) / 2. Tốc độ nước đi trong ống co lấy vào khoảng 1,8 -ỉ- 2,5 m/s. Trở lực của bình gia nhiệt phía đường nước được tính theo công thức đơn giản sau: / Ị \ fíi2 AP = ^ H- + E; ~ 0,981.104 , [N/m2] (3.19) kdi J 2g trong đó: - hệ số ma sát, lấy bằng 0,03 đối với ống thép thường và bằng 0,02 đối với ống Latun; / và dị - tổng chiều dài ống và đường kính trong của ống; co - tốc độ nước đi trong ống, m/s; 'LL, -tổng các hệ sô' trở lực cục bộ tại những chỗ thay đổi tiết diộn ống hoặc những chỗ ngoặt. Hệ số trở lực cục bộ có thể xác định gần đúng theo bảng sau: Bảng 3.4, Hệ số trở lực cục bộ Đặc điểm cục bộ Giá trị của Khoang vào và khoang ra 1.5 Ngoặt 180° khi chuyển từ cụm ống này sang cụm khác 2,5 Ngoặt 180° khi chuyển từ đoạn này sang đoạn khác 2,0 Ngoặt 90° khi chuyển từ đoạn nào sang đoạn khác 2,5 ChữU 0,5 Bình gia nhiệt được lựa chọn theo bề mặt trao đổi nhiệt tính được. Ngoài ra còn căn cứ vào nhiệt độ và áp lực làm việc. Thông số đặc tính của BGNCA và BGNHA xem trong phụ lục về phần bình gia nhiệt. 3.2. TÍNH TOÁN LựA CHỌN THIẾT BỊ GIAN LÒ HƠI Chọn năng suất, loại và số lượng lò hơi cũng dựa trên những cơ sở sau đây: - Đảm bảo cung cấp hơi 3 - Tổn hao kim loại và giá thành thấp nhất », - Áp dụng cấu trúc lò hợp lý, nên dùng cùng một loại và cùng năng suất trong một £ nhà máy V Tổng năng suất định mức của các lò hơi làm việc phải cao hơn phụ tải cực đại một 77
chút. Phụ tải hơi của lò bao gồm lượng hơi cực đại đến các tuabin làm việc, đến các thiết bị giảm ôn, giảm áp (POY), lượng hơi dùng cho chèn, lượng hơi đưa đến êjectơ, đến bơm dầu chạy bằng tuabin hơi, đến các tuabin phụ và tính cả các tổn thất hơi khác, v.v... Ngoài ra cũng phải kể đến sự tăng lưu lượng hơi do chân không bình ngưng bị giảm trong mùa hè. Phụ tải hơi cực đại của lò được xác định trong tính toán sơ đồ nhiệt ứng với phụ tải điện và nhiệt cực đại. Thông thường phải chọn dư ra khoảng (3 -5- 5)% so với tính toán. Đối với các nhà máy điện thông thường (không phải sơ đồ khối) có nối với hệ thống điện hoặc làm việc độc lập đều có đặt lò hơi dự phòng. Đối với các trung tâm nhiệt điện thì khi chọn số lò hơi phải dựa vào điều kiện là: nếu một lò ngừng làm việc (vì sự cố) thì những lò còn lại phải đảm bảo cung cấp hơi cho các tuabin và yêu cầu của các hộ dùng nhiệt. Dự phòng lò cũng có cả dự phòng nóng và dự phòng nguội. Việc lựa chọn năng suất của các lò hơi thường được phân đoạn, nghĩa là phân chia nhà máy điện ra thành từng phân đoạn riêng biệt có liên hệ với với nhau về hơi và nước nhưng cũng có thể làm việc song song với nhau. Việc phân đoạn nhà máy điện làm cho viêc vận hành và lắp ráp được đơn giản, nâng cao được tính đảm bảo và hạ giá thành sản xuất điện. 3.2.1. Chọn hệ thống chuẩn bị nhiên liệu Trong tài liệu này chỉ tập trung đề cập đến hệ thống cung cấp than. Vì hệ thống này cũng phức tạp và lại phổ biến ở phía Bắc nước ta. Các nhà máy điện chạy bằng khí hay dầu không phải là đối tượng chính của tài liệu này. Hơn nữa các hệ thống cung cấp nhiên liệu loại này cũng đơn giản hơn rất nhiều so với hệ thống cung cấp nhiên liệu rắn. Chúng chi là những tuyến đường ống có đặt các thiết bị bơm và gia nhiệt và được dẫn thẳng từ bãi chứa đến tận buồng đốt của các tổ máy. Với hệ thống cung cấp nhiên liệu rắn (cung cấp than) hiện nay còn tồn tại hai loại hệ thống hay được sử dụng. a. Hệ thống phán tán: Hệ thống cung cấp than kiểu phân tán (có thể là thổi thẳng hoặc có phễu than trung gian) là hệ thống mà mỗi một lò hơi đều có một hệ thống chuẩn bị bột than riêng bao gồm máy nghiền than, phân ly than thô, phân ly than mịn, quạt nghiền, phễu than tươi (than chưa nghiền) và phễu than bột (than đủ tiêu chuẩn đốt) hay còn gọi là phều than trung gian. Các thiết bị này được đật gần gian lò hơi. Trong hệ thống cung cấp than kiểu phân tán người ta còn đặt guồng xoắn ốc liên hệ giữa các hệ thống than bột sau khi nghiền của các lò trong toàn nhà máy điện. b. Hệ thống tập trung: Hệ thống chuẩn bị bột than kiểu tập trung được đặt trong một toà nhà riêng biệt, không liên hệ trực tiếp với lò hơi. Hệ thống này chỉ dùng đối với nhiên liệu có độ ẩm cao và phải sấy nhiên liệu bằng thiết bị riêng. Toàn bộ lượng than tiêu thụ cho nhà máy được chế biến tại đây sau đó đưa đến từng lò hơi trong nhà máy. 78
Hình 3.6. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống nghiền than có phễu than trung gian: 1- băng tải than nguyên; 2- phễu than tươi; 3- băng tải than có máy cấp; 4- thùng nghiền bi; 5- phân ly thô; 6- van khoá tự động; 7- phân ly mịn; 8- khoá khí tự động; 9- rây than; 10- lá chắn phân phối; 11- phễu than bột (trung gian); 12- máy cấp than bột kiểu cánh; 13- hộp không khí; 14- vòi phun chính; 15- hộp không khí cấp hai; 16- vòi phun gió cấp ba; 17- máy cấp than bột kiểu xoắn ốc; 18- đường hút ẩm; 19- quạt tải than bột; 20- đường tái tuần hoàn than gió cấp ba; 21- đường không khí nóng; 22- đường bột than quá mịn; 23- đường tái tuần hoàn hạt than thô; 24- buồng lửa; 25- bộ sấy không khí; 26- van phòng nổ. 79
Các nhà máy điện đốt bằng bột than ở nước ta trước đây đểu được xây dựng hê thống chuẩn bị bột than kiểu phân tán có phễu than trung gian. Nhà máy nhiệt điên Phả Lại II có hệ thống chuẩn bị bột than kiểu phân tán nhưng thổi thẳng, không qua phễu than trung gian. Trong hệ thống chuẩn bị bột than, máy nghiền (thông thường dùng loại thùng nghiển bi, gọi tắt là thùng nghiền) là một thiết bị quan trọng và làm việc nặng nề nhất. Thùng nghiền Than của nước ta đa sô' là loại than cứng: than antraxit, than đá cho nên máy nghiền thường dùng là loại thùng nghiền bi. Một lò hơi có thể đặt một, hai hoặc nhiều thùng nghiền tuỳ thuộc vào năng suất của nó. Năng suất định mức của thùng nghiền bi được xác định trên cơ sở tính toán lượng nhiên liêu tiêu hao cho lò hơi ở chế độ lớn nhất. Suất tiêu hao điện nãng để nghiền 1 tấn than được định nghĩa là 3, kWh/t. Nó phụ thuôc chủ yếu vào hê số khả năng nghiền kx của than. Hệ sô' này là một đại lượng được xác định trong phòng thí nghiệm đối với mẫu than khô. Suất tiêu hao điện năng để nghiền than được xác định theo công thức đơn giản sau: 22 3 = -==- , [kWh/t] (3.20) Công suất điện tiêu thụ để nghiền than cho một tổ máy được xác định theo suất tiêu hao điện năng như sau: w3 = B.3 , [kW] (3.21) trong đó: B là tiêu hao than cho lò hơi của một tổ máy, t/h. Thùng nghiền được lựa chọn căn cứ vào tiêu chuẩn than cần nghiền, vào nẫng suất nghiền than và vào đặc tính của than. Quạt tải than bột Năng suất tối ưu của quạt tải than bột có thể được tính theo công thức kinh nghiệm của Liên Xô cũ như sau: v = -^4.(1000.^ + 36.R90.7kT.Vs) [m3/h] (3.22) ng.VD trong đó: v§ - thể tích trong của thùng nghiền, m3; kx - hệ sô' khả năng nghiền. Với than antraxit, hệ sô' khả năng nghiền thường vào khoảng (0,7 4- 1,15). Giá trị thấp lấy với than vỉa cứng. Than càng mềm thì hệ sô' này càngJớn; s - độ chứa bi trong thùng nghiền, được xác định theo công thức: 80
ỗ = —• 100 , [%] (3.23) ps-vô với: G là phụ tải bi trong thùng nghiền, [t]; ps là mật độ bi, theo quy ước lấy bằng 4,9 t/m3; Thông thường giá trị của s vào khoảng 10 Ỷ 30%. R90 - tỷ lê khối lượng than bột còn lại trên rây có đường kính lỗ bằng 90 pm. R90 = 5% nghĩa là còn lại 5% về khối lượng bột than ở trên rây có đường kính lỗ bằng 90 pm so với toàn khối lượng than trên và dưới rây. Thông thường hệ sổ R90 vào khoảng từ 5% đến 10%. D - đường kính trong của thùng nghiền, [m]; ns - tốc độ vòng quay của thùng nghiền, [v/p]. Công suất động cơ kéo quạt tải bột được xác định như sau: w = 1,32V(1 + V) H . 10"’, [kW] (3.24) n trong đó: V - năng suất của quạt tải than bột, m3/s, tính theo công thức (3.22); H - sức ép của quạt, N/m2; ĩ| - hiệu suất của quạt, có thể chọn bằng (0,7 -ỉ- 0,8); Trị số 1,32 là hộ số tính đến dự trữ công suất; kị/ - nồng đô bột than so với không khí trong dòng bột than đi qua quạt, kg/kg. Có thể xác định theo công thức sau: 100 -wnl n --- z V = 100~ W . [kg/kg] (3.25) V-Yhh với: wnl và wbt - độ ẩm của nhiên liệu và của bột than, %; B - tiêu hao than đi qua quạt, kg/s; V - năng suất quạt, m3/kg; Yhh - trọng lượng riêng của hỗn hợp bột than đi qua quạt, kg/m3. Nếu hẹ thống có phễu than bột trung gian thì nồng độ bột than qua quạt tải bột giảm đi do phân ly mịn đã tách được đa phần bột than xuống phễu. Khi đó, nồng độ bột than đi qua quạt tải được tính theo công thức: T h iêt k ế n h à m áv n h ip t íỉiôn v = ự.(l -Tlplm) (3.26) với kị/' là nổng độ bột than trước phân ly mịn. T|p]m là hiệu suất của bộ phân ly mịn, lấy bằng (0,85 4- 0,90). 81
3.2.2. Tính chọn quạt gió Khi đốt bột than thì lượng không khí đưa vào buồng đốt được phân ra thành không khí cấp một, không khí cấp hai và không khí cấp ba. Tất cả các loại này đều dùng để vân chuyển than đi trong hệ thống từ thùng nghiển đến vòi phun. Không khí cấp một là đường không khí đi theo than bột từ hộp không khí 13 để phun bột than vào vòi phun chính sô' 14. Không khí cấp hai là không khí sấy, không chứa bột than, nó được hoà trộn tại ngay vòi phun với hỗn hợp bột than để phun bột than vào buồng đớt qua vòi phun chính. Không khí cấp ba là hỗn hợp không khí và bột than quá mịn đi ra đỉnh phân ly mịn qua quạt tải than bột theo đường 22 vào vòi phun gió cấp ba đặt ở phía trên vòi phun chính. Quạt gió có nhiệm vụ hút không khí từ tầng trên của gian lò thổi vào bộ sấy không khí. Do đó nó làm mát không gian xung quanh lò hơi và tận dụng nhiệt bức xạ của tường lò. Khi thiết kế không gian của gian lò hơi phải tính đến bội sớ trao đổi không khí trong gian lò: n = v/vk là tỉ số giữa lượng không khí được hút vào quạt V với thể tích không gian trong gian lò. Bội số trao đổi không khí không được lớn hơn (4 4- 5) để tránh những dòng không khí mạnh lùa vào trong gian lò. Khi đốt nhiên liệu ẩm có nhiều lưu huỳnh thì nhiệt độ của không khí vào bô sấy đầu tiên không được bé hơn 30 °C để tránh hiện tượng ăn mòn axit do nhiệt độ thấp. Không khí lạnh thường được sấy sơ bô bằng cách cho hỗn hợp với một phần không khí đã được sấy nóng trong bộ sấy, nghĩa là cho một phần không khí nóng tái tuần hoàn để hỗn hợp với không khí lạnh ở đầu bộ sấy. Đôi khi người ta còn sấy sơ bộ không khí lạnh bằng hơi nước trích từ tuabin. Đối với hệ thống nghiền than kiểu kín và phân tán có thùng nghiền bi và có phễu than trung gian thì quạt nghiền thường dùng để đẩy bột than đến vòi phun nhưng đối với loại than có ít chất bốc (ALU) người ta dùng không khí nóng đẩy bột than vào vòi phun để tăng cường quá trình bốc cháy và đốt cháy bột than. Quạt nghiền đẩy không khí và lượng bột than còn lại từ phân ly mịn vào buồng lửa qua vòi phun phụ. Để đảm bảo sự làm việc chắc chắn của lò hơi loại có sản lượng > 160 tấn/giờ người ta đặt mỗi lò hơi hai quạt gió. Khi phụ tải nhỏ thì một cái làm việc. Do đó giảm được năng lượng tiêu hao cho quạt. Do năng suất của các quạt làm việc song song bé hơn năng suất tổng của chúng khi làm việc độc lập và trong lưới có cùng một đặc tính thuỷ lực cho nên cần phải đặt chồng các quạt sao cho khi làm việc song song chúng vẫn bảo đảm năng suất của lò hơi. Năng suất của quạt gió được xác định theo công thức sau: V = B.Lo.(ab| - Actb| - Aant + Aaskk). , [m3/s] (3.27) 82
trong đó: B - tiêu hao than của lò hơi tính cho một quạt, kg/s; Lo - lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu, m3tc/kg; abl - hệ số không khí thừa trong buồng đốt ở trước cụm ống festôn; Aab| và Aant - độ lọt không khí trong buồng lửa và trong hệ thống nghiền than. Có thể chấp nhận giá trị tính toán tương ứng là 0,05 và 0,08; Aaskk - độ lọt không khí trong bộ sấy không khí. Có thể chấp nhận giá trị bầng 0,05 đối với bộ sấy không khí kiểu ống, bằng 0,07 đối với bộ sấy không khí kiểu tấm, bằng (0,1 4- 0,2) đối với bộ sấy không khí bằng gang và lớn hơn đối với bộ sấy không khí kiểu quay; t - nhiệt độ không khí lạnh ở đầu vào quạt, °C. Nếu có áp dụng tái tuần hoàn không khí nóng để sấy sơ bộ trước bộ sấy đầu tiên thì năng suất của quạt gió phải tính theo công thức sau: t I 273 7 V = B.Lo.(ab| - Aabl - Aant + Aaskk).(l + p). 273 , [m3/s] (3.28) trong đó p là phần không khí tái tuần hoàn so với lượng không khí lạnh đầu vào còn nhiệt độ tb là nhiệt độ không khí sau khi hỗn hợp nếu có tái tuần hoàn. Sức ép của quạt gió khi phụ tải lò hơi cực đại được tính theo công thức: H = Hkk - Hsh - hck [N/m2] (3.29) trong đó: Hkk - tổng trở lực của đường không khí có kể đến hiệu chỉnh về áp lực khí quyển. Trở lực này được xác định theo công thức: Hkk = Shkk.^ , [N/m2] (3.30) “kq trong đó: hkq - áp suất khí quyển, mmHg; Shkk - tổng trở lực đường dẫn không khí. Có thể xác định gần đúng theo bảng 3.5. Hsh - sức hút tự nhiên của đường không khí. Nó được tính theo công thức: Hsh = ■H (3.31) 273+ t trong đó: tb - nhiệt độ không khí đã sấy, °C; H - chiều cao phần có sức hút tự nhiên bao gồm chiều cao bộ sấy không khí và ống không khí nóng. 83
Bảng 3.5. Trở lực đường khói và đường gió Địa điểm Giá trị [mmH20] Đường khói phía trong lò hơi 200 Đường khói từ lò hơi tới bộ khử bụi 10 Bộ khử bụi bằng điện 25 Đường khói từ bộ khử bụi tới quạt khói 15 Đường khói từ quạt khói tới ống khói 30 ống khói 15 Tổng trở lực đường khói 295 Nếu tính đến sức hút tự nhiên thi tổng trở lực vào khoảng 270 Đường gió tính đến quạt gió 40 Đường gió trên đường đẩy không khí lạnh 30 Bộ sấy không khí 200 Trên đường không khí nóng 100 Tổng trở lực đường gió 370 h€k - độ chân không trong buồng lửa nơi đưa không khí vào. Nó được tính theo công thức sau: hck = hft + 0,95.Hft (3.32) trong đó: hft - chân không trước cụm ống festôn, thường lấy bằng 2 mmHjO; Hft - chiổu cao tính từ chỗ vòi phun đến tâm đường khói ra khỏi buồng lửa tại chỗ festôn. Quạt gió được lựa chọn theo năng suất và sức ép của nó. Khi lựa chọn nên lâ'y dư năng suất khoảng (5 -í- 10)% và sức ép nên lấy dự trữ khoảng (15 -ỉ- 20)%. Công suất động cơ kéo quạt được tính theo công thức: H.v W,, = — , [W] (3.33) n trong đó: H tính theo N/m2; V tính theo m3/s; T| - hiệu suất quạt, chọn bằng (0,7 -4- 0,8). Động cơ kéo quạt được chọn theo công suất tính toán và các đặc tuyến điểu chỉnh năng suất của nó. 84