Làm mát cưỡng bức tuabin hơi nước siêu tới hạn sau khi ngừng hoạt động một máy phát điện

CƠ HỌC CHẤT
LƯU


Chủ đề: Làm mát cưỡng bức tuabin hơi
nước siêu tới hạn sau khi ngừng hoạt
động một máy phát điện


A. Cấu tạo
Nồi hơi: Nồi kín bên trong có
chứa nước
Ơng dẫn hơi: đường ống
chuyền hơi nước từ từ nồi hơi
sang turbine.
Turbine: là bộ phận cánh quạt
xếp đều nhau quanh trục.
Bộ giải nhiệt: thiết bị làm
ngưng tụ hơi nước và dùng
nước này bù vào lượng nước
đã bóc hơi cho nồi hơi.

3


A. Đặt vấn đề
Sự giảm nhiệt độ của các bộ
phận tuabin hơi là một quá
trình xảy ra trong thời gian
dài. Với cách làm mát tự nhiên
cần nhiều hơn 14 ngày trước

khi nhiệt độ của các bộ phận
đạt đến mức cho phép để mở
và sửa chữa một tuabin. Khi
đó, áp dụng phương pháp làm
mát cưỡng bức là hợp lý để
giảm thời gian khi ngắt nguồn
điện đơn vị và bắt đầu sửa
chữa.

4


1. Giới thiệu
Sự giảm nhiệt độ của tuabin hơi là một trong những các quá trình
xảy ra trong một thời gian dài . Tuabin không tạo ra năng lượng và
không thể bảo trì. Chúng ta cần áp dụng cơng nghệ buộc kim loại
giảm nhiệt độ nhanh hơn. Tuy nhiên, yêu cầu một sự phân tích cẩn
thận về tồn bộ q trình sẽ cho phép xác định phạm vi của tốc độ
giảm nhiệt độ. Hơn nữa, phân tích cũng phải cho phép tính an tồn
của quy trình và tối ưu hóa tiến trình của nó.

5


2. Làm mát tự nhiên và cưỡng bức
• Thời gian của quá trình làm mát tự nhiên được trình bày trong
hình bên dưới
• Biểu đồ hiển thị nhiệt độ của vỏ bên trong có áp suất cao sau khi
tắt máy điện

6


2. Làm mát tự nhiên và cưỡng bức

Dữ liệu thu thập đo được cho một tuabin hơi
nước siêu tới hạn với nhiệt độ hơi nước ở mức
560 oC. Tỷ lệ tương ứng với nhiệt độ giảm
khoảng 0,3 K / phút trong giờ đầu tiên và sau
đó ít hơn 0,1 K / phút. Tỷ lệ này nhỏ so với giá
trị cho phép ở 2 K / phút.Có nghĩa là có thể cải
thiện, nâng cao tốc độ làm mát. Ngoài ra,
khoảng thời gian 14 ngày là khơng thể chấp
nhận được. Q trình làm mát lâu có thể dẫn
đến rơto tuabin bị hỏng và khơng thể giữ được
các vịng quay tốc độ thấp. Thời gian làm mát
có thể được rút ngắn thơng qua việc sử dụng
các phương pháp khác nhau. Những cái phổ
7


I. Tắt máy với một tham số trượt

• Trong quá trình ngừng hoạt động,
tuabin được cung cấp một luồng
hơi nước ở áp suất và nhiệt độ
thấp hơn
• . Trong thực tế, các bộ phận của
tuabin tiếp xúc với hơi nước ở
nhiệt độ thấp hơn nên nhiệt độ

của chúng giảm. Tuy nhiên hoạt
động trong điều kiện trượt là
không hiệu quả về mặt kinh tế.
Cũng vì thế nhiệt độ tối thiểu của
các thành phần là khá cao vì nhiệt
độ của hơi nước phải được giữ ở
một mức nhất định

8


II. Làm mát bằng hơi nước bên ngồi
• Hơi nước ở nhiệt độ và áp suất thấp có thể được
chuyển đến tuabin ngay sau khi tắt từ bên ngồi.
Sau đó hơi nước chảy thông qua hệ thống rôto và
stato và làm giảm nhiệt độ của các thành phần.
Trong trường hợp này, nhiệt độ của hơi nước có thể
thấp hơn trong trường hợp trước.

9


III. Làm mát bằng khơng khí
• Ngay sau khi các van được đóng lại và dịng hơi trực tiếp dừng
lại, khơng khí sẽ được cung cấp cho tuabin.
• Trong cả hai trường hợp, mức nhiệt tối thiểu của khơng khí đi
vào tuabin phải bằng nhiệt độ môi trường xung quanh. Nhiệt độ
giảm nhanh hơn so với hai phương pháp trên và rất hiệu quả.
• Q trình làm mát này rất linh hoạt.Nó có thể bắt đầu ngay sau
khi ngừng hoạt động và có thể tiếp tục cho đến khi nhiệt độ của

các thành phần đạt đến mức mong muốn.
• Nó cũng cho phép điều chỉnh các điều kiện làm mát để đạt được
tốc độ giảm nhiệt độ mong muốn. Do đó, việc làm mát khơng
khí đang được ưu tiên.

10


3. Đánh giá q trình làm mát

• Làm mát bằng
khơng khí u cầu
những vấn đề sau
- Sự an tồn,
- Hiệu quả,
- Thay đổi các điều kiện
làm mát.

Giải pháp làm mát tuabin nhanh tại nhà
máy nhiệt điện Vĩnh Tân 2

11


3. Đánh giá q trình làm mát
• Trong số những vấn đề này, vấn đề chính là
sự an tồn của q trình làm mát
• Tiến trình của q trình làm mát trong tuabin hơi
nước truyền thống, dưới tới hạn thường được theo
dõi thông qua các phép đo sau:

- nhiệt độ bên trong vỏ,
- nhiệt độ bên ngoài vỏ,
- độ giãn dài tuyệt đối của vỏ bọc bên ngoài,
- độ giãn dài tuyệt đối của rôto.
12


3. Đánh giá q trình làm mát
• Theo thứ tự để đánh giá
quá trình làm mát, ở đây
áp dụng thời gian t100 làm
mốc. Đây là khoảng thời
gian giữa lúc bắt đầu nguội
và thời điểm nhiệt độ của
thành phần giảm xuống
dưới 100 oC. Thời gian
t100 liên quan đến tốc độ
làm mát trung bình v100
như trong Hình

. Thời gian của quá trình làm lạnh (t100) và
tốc độ giảm nhiệt độ trung bình (v100).

13


4. Luồng làm mát
• Việc làm mát bằng khơng khí chảy qua tuabin cùng
hướng với hơi nước trong quá trình hoạt động tiêu
chuẩn. Dịng khơng khí cũng có thể đảo ngược: từ đầu

ra tuabin đến đầu vào tuabin. Điều này dẫn đến việc
phân phối đồng đều hơn cho sự chênh lệch nhiệt độ
giữa khơng khí-kim loại vì nhiệt độ khơng khí tăng
trước khi nó đến các bộ phận nóng nhất

Hình 3. Luồng khơng khí với hai luồng.
14


4. Luồng làm mát
• Khơng khí làm mát chảy qua tuabin theo hai đường
dẫn song song bao gồm các đường dẫn sau:
1) hệ thống rôto-stato của các cánh (đường dẫn hơi
nước): khơng khí có nhiệt độ ban đầu T1 và tốc độ dịng
chảy khối lượng m1 chảy giữa rơto và vỏ bên trong,
2) khu vực nằm giữa vỏ bên trong và bên ngoài

15


4. Luồng làm mát

•

Nó cũng có thể sắp xếp chảy với một
dịng duy nhất. Trong thiết kế thể hiện trong
Hình 4, luồng khơng khí làm mát qua đường
dẫn hơi nước đầu tiên và sau đó được ép
vào khu vực giữa vỏ bọc.

Hình 4. Luồng khơng khí với một luồng duy
nhất.
16


5. Mơ hình số
• . Mơ hình số bao gồm năm
trường nhiệt độ (xem Hình
5) được tập hợp trong danh
sách sau:
• rơto TR (r, z),
• vỏ bên trong TIC (r, z),
• vỏ bên ngồi TOC (r, z),
• luồng khơng khí qua đường
dẫn hơi nước Tc1 (z),
• luồng khơng khí giữa các vỏ
Tc2 (z)

Hình 5. Mơ hình nhiệt của các trường nhiệt
độ được ghép nối.

17


5. Mơ hình số
• Thành phần được vẽ bằng nét đứt tương ứng với các cánh stato
trong phần sau của tuabin (khơng gắn với vỏ bên trong). Phân tích
ứng suất và độ giãn dài không bao gồm các thành phần này. Tuy
nhiên, sự trao đổi giữa stato và khơng khí được phân tích. Sự thay đổi
nhiệt độ khơng khí để làm mát stator là đáng kể.

Hình 5. Mơ hình số của các trường nhiệt độ
được ghép nối.

18


6. Điều kiện ban đầu

•

Mơ phỏng của q trình làm mát bắt đầu tại thời
điểm tắt, ngay sau khi các van hơi trực tiếp được đóng và
áp suất trong tuabin gần như bằng môi trường xung
quanh. Ở đây giả định rằng sự phân bố nhiệt độ ban đầu
trong các bộ phận hoạt động giống như trong điều kiện
thiết kế.

19


7 Làm mát cưỡng bức - dịng đơn
Hình 7 cho thấy nhiệt độ và trường ứng suất trong rôto
của tuabin. Thời gian được đo từ đầu của q trình. Có
thể quan sát thấy rằng nhiệt độ trở nên đồng nhất khá
sớm. Những thay đổi với cường độ cao nhất trong vài giờ
đầu tiên.

Hình 7. Sự phân bố nhiệt độ (a – d) và ứng suất
(e – h) trong rôto trong q trình làm mát với

một luồng khơng khí duy nhất.
20


7 Làm mát cưỡng bức - dịng đơn
Hình 8 trình bày sự so sánh giữa việc làm mát ở
Hình 4 với dòng chảy ngược
Làm mát theo trường hợp số 1 yêu cầu khoảng
thời gian ngắn hơn khoảng 8 giờ.

Hình 8. Nhiệt độ của rôto (a) và vỏ bên trong (b) khi làm mát một dịng: dịng
chảy theo Hình 4. (dịng 1), và theo hướng ngược lại (dòng 2).
21


7 Làm mát cưỡng bức - dòng đơn
Tốc độ dòng chảy cao hơn dẫn đến thời gian làm
mát ngắn hơn
Hạn chế là độ giãn dài tương đối có giá trị cao
giữa rơto và vỏ bên trong (Hình 9b). Điều này vi
phạm quy trình an tồn.

Hình 9. Luồng đơn với lượng khơng khí khác nhau: nhiệt độ (a) và độ giãn dài
tương đối (b).
22


8 Làm mát cưỡng bức - dịng kép
Có thể thấy rằng sự khác biệt giữa các dịng trong Hình 10a là
rất nhỏ

khơng khí có nhiệt độ chênh lệch cao ở đầu vào tuabin và đầu
ra
lượng khơng khí làm mát tương đối cao

Hình 10. Rotor (a) và nhiệt độ khơng khí làm mát (b)với làm mát dòng kép.
23


9 Tối ưu hóa

Tất cả các kết quả được trình bày cho đến nay đều thu được từ
các mô phỏng cho khối lượng, tốc độ dịng chảy khơng đổi
theo thời gian của q trình làm mát. Mơ phỏng này đã được
thực hiện để xác định phạm vi của quá trình làm mát. Bước
cuối cùng là lựa chọn các điều kiện làm mát cụ thể cho một
tuabin cụ thể.
Cách tiếp cận tốt nhất để điều chỉnh điều kiện làm mát là thay
đổi của tốc độ dịng khí.

24


9 Tối ưu hóa

Quy trình như vậy sẽ u cầu một hệ thống điều
khiển có thể điều khiển van khơng khí. Các mơ
phỏng cho thấy rằng cách tốt nhất là thay đổi khơng
khí chảy trong dịng chỉ chảy qua hệ thống rơtostato. Sau đó, trong giờ thứ bảy, điều chỉnh dòng
thứ hai chảy giữa các vỏ.

25