Do an tot nghiep Nguyên Cứu Hệ Thống Nhiệt Trong Nhà Máy Điện Và Giải Pháp Cải Thiện Hiệu Suất Nhà Máy

Đề Tài:
Nguyên Cứu Hệ Thống Nhiệt Trong Nhà Máy Điện
Và Giải Pháp Cải Thiện Hiệu Suất Nhà Máy
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN
GVHD : TS. Lê Chí Kiên
SVTH : Nguyễn Lê Khoan - 03102099
: Đào Quý Toàn - 03102194
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Nội Dung
I. Giới thiệu hệ thống nhiệt trong nhà máy điện
1) Chu trình tuabin hơi (Chu trình Rankine)
2) Chu trình tuabin khí (Chu trình Brayton)
3) Chu trình kết hợp (Combined cycle)
4) Lò Phản ứng hạt nhân
II. Các biện pháp cải thiện hiệu suất nhiệt của nhà máy
1) Cải thiện hiệu suất chu trình hơi
2) Cải thiện hiệu suất chu trình khí
3) Hiệu suất chu trình kết hợp

Chu Trình Tuabin Hơi (Chu Trình Rankine)
2. Các quá trình
+ 1-2: giãn nở qua tuabin (đoạn nhiệt,
thuận nghịch).
+ 2-3: quá trình nhả nhiệt trong bình
ngưng đây là quá trình đẳng áp và là
một hỗn hợp hai pha (hơi và nước).
+ 3-4: nén bằng bơm (đây là quá trình
đoạn nhiệt).

+ 4-1: quá trình nhận nhiệt trong lò
hơi thành hơi bảo hòa (đây là quá
trình đẳng áp).
Lò hơi
Nhiệt
vào
Bơm cấp
nước
Bộ
ngưng tụ
Nhiệt nhả ra
Tuabin/Máy Phát
1
2
3
4
Q
A
1. Các bộ phận chính của chu trình Rankine
+ Lò hơi (Steam generator)
+ Tuabin hơi
+ Bình ngưng (Condenser)

Lò Hơi (Steam Generator)
Không khí và
nhiên liệu
Các ống nướcBuồng đốt
Ống lò
Nước vào
Hơi ra tới tua bin

+ Hỗn hợp nhiên liệu và
không khí được đưa vào lò
để đốt cháy.
+ Khí cháy từ buồng đốt sẽ
nung nóng các đường ống
nước đặt xung quanh buồng
đốt để sinh hơi nước, hơi này
sẽ được đua tới tuabin.

Tuabin hơi
•
Dòng hơi áp suất cao sẽ
được phun vào tuabin,
đẩy các cánh gắn trên
rotor, làm rotor xoay.
•
Tuabin này gồm 11
tầng cánh
Cánh tuabin
Một tầng cánh Rotor
Vỏ tuabin

Bình Ngưng (Condenser)
Ngõ ra nước
tuần hoàn
Hộp nước
Ngõ vào nướ c tuần
hoàn.
Nước ngưng (bơm
trở lại lò hơi)

Hơi vào

Chu Trình Tuabin Khí (Chu Trình Brayton)
Máy nén khí
Buồng đốt
Tuabi
n áp
cao
Tuabin
áp thấp
Không
khí vào
Khói
thải
1
2
3
4
Các quá trình :
+ 1-2: nén đoạn nhiệt
+ 2-3: quá trình đẳng áp
+ 3-4: giãn nở qua
tuabin
+ 4-1: làm nguội
Không khí vào
Nhiên liệu
1. Không khí vào
2. Máy nén khí
3. Tuabin khí

Chu Trình Kết Hợp (Combined Cycle)
Khí thải
Lò hơi phục hồi nhiệt
Nhà máy tuabin hơi
hơi
Nước ngưng tụ
Điện năng
4
9
8
10
Tháp làm mát
Không khí
làm mát
Điện năng
6 5 1 2 3
Không
khí
Nhiện
liệu
Nhà máy tuabin khí
11
12
7
9
nước
1 Không khí vào
2 Máy nén
3 Tuabin khí
4 Lò hơi phục

hồi nhiệt
5 Máy phát điện
6 Máy biến áp
7 Tuabin hơi
8 Bộ ngưng tụ
9 Bơm nước cấp
10 Máy phát điện
11 Máy biến áp
12 Bơm tuần hoàn
Nhà máy tuabin khí Nhà máy tuabin hơi

Chu Trình Kết Hợp Với Nồi Hơi Phục Hồi Nhiệt
AC: Air Compresssor (Máy nén không khí)
CC: Combustion Chamber (Buồng đốt)
GT: Gas Turbine (Turbine khí)
G: Generator (Máy phát)
SF: Supplementary Firing Equipment (Buồng đốt
nhiên liệu phụ)
B: Boiler (Nồi hơi)
SD: Steam Drum (Bao Hơi)
SU: Superheater (Bộ quá nhiệt)
EC: Economizer (Bộ tiết nhiệt)
HRB: Heat Recovery Boiler (Nồi hơi phục hồi nhiệt)
ST: Steam Turbine (Tuabin hơi) = Stack (ống khói)
C: Condensor (Bình ngưng)
CP: Condensate Pump (Bơm nước ngưng)
FWH: Feedwater Heat (Bộ gia nhiệt nước cấp)
DA: Deaerator Heat (Bộ hút khí)
BFP: Boiler Feed Bump (Bơm nước cấp cho nồi hơi)

Chu Trình Kết Hợp Với Hơi Đa Áp Suất
Chu trình áp suất đôi: Nồi hơi phục hồi
nhiệt với hai vòng hơi. Vòng áp suất cao
cấp hơi cho tầng áp suất cao của tuabin,
vòng áp suất thấp cấp hơi cho tầng áp suất
thấp của tuabine hơi.

Chu Trình Kết Hợp Cho Nhà Máy Điện Hạt Nhân

Lò Nước Áp Lực (Pressurized-Water Reactor)
Sơ đồ khối của một nhà máy điện
PWR
+ Gồm hai vòng liên tiếp: vòng
nước tải nhiệt gọi là vòng sơ cấp và
vòng hơi-nước gọi là vòng lưu chất
làm việc.
+ Nước tải nhiệt nhận nhiệt từ lò
phản ứng và truyền nhiệt này tới lưu
chất đang làm việc trong lò hơi.
+ Hơi nước được sử dụng trong một
chu trình Rankine để quay tuabin và
phát ra điện.

Lò Nước Sôi (Boiling-Water Reactor)
Sơ đồ khối của một hệ thống BWR
Lõi
Hơi bão hòa tới
tuabin
Nước cấp
d

m

Hỗn hợp
hơi-nước
Bộ tách hơi
Hơi bảo hòa
Tuabin
Tải
Bình ngưng
Bơm nước
ngưng
Bơm nước
cấp
Lõi
+ Nước tải nhiệt đi vào lõi lò phản ứng tại đáy lò, tại đây nó sẽ được gia
nhiệt và ra khỏi lò phản ứng là hỗn hợp hơi-nước. Hỗn hợp này sẽ đi qua bộ
tách hơi để tách hơi bão hòa đưa đến tuabin để giãn nở sinh công. Sau đó
được ngưng tụ tại bình ngưng và được bơm trở lại lò phản ứng nhờ bơm
nước cấp.
+ Nước tách ra từ hơi nước trong bộ tách hơi sẽ chảy theo đường ống nước
xuống và trộn với nước ngưng để đưa trở lại lò.

Các Biện pháp cải thiện hiệu suất

Nâng cao hiệu suất chu trình hơi với quá
nhiệt và nung lại
Quá nhiệt
Nồi hơi
ECO
Nung lại

Tuabin áp
cao
Tuabin
áp
thấp
bộ ngưng
tụ
Bơm
A
net
th
2
1
T
q
W
P
dP
mRTW
taêng tuabin Coâng
∆
=η
−=
∫
b
e
a
5
6
7

8
1
3
2
4’
4
T
S

Nõng cao hiu sut chu trỡnh hi vi b hõm
nc cp
Lũ hi
A
net
th
81A
q
W
hhq
giaỷm vaứo nhaọn Nhieọt

=
=
T
s
5
6
7
9
10

12
11
8
B
1
2
3
4
(b)

Nâng cao hiệu suất chu trình hơi
Lò hơi
bộ trao đổi
nhiệt
bộ ngưng tụ
Tuabin
100J
60J
η = 40%
40J
20J
η = 50%
20J
60J
40J
60J
30J
30J
70J

Nâng cao hiệu suất chu trình khí với hồi nhiệt
Nhiệt lượng nhận vào q
A
giảm từ (H
3
-
H
2
) đến (H
3
-H
2”
), dẫn đến tăng hiệu
suất chu trình
Sử dụng khí thải của tuabin để hâm nóng sơ
bộ khí nén trước khí đi vào buồng đốt
Từ đồ thị , nhiệt độ khí nén tăng từ 2
đến 2’, nên enthalpy tăng theo

Nâng cao hiệu suất chu trình khí với làm mát
khí nén và nung lại
Công sinh ra trong tuabin
hoặc máy nén:
∫
−=
2
1
P
dP
mRTW

Công thực của chu trình:
neùn maùytuabinthöïc
WWW −=

Nâng cao hiệu suất chu trình khí với phun
nước
Công sinh ra trong tuabin
hoặc máy nén:
∫
−=
2
1
P
dP
mRTW
Công thực của chu trình:
neùn maùytuabinthöïc
WWW −=

Nâng cao hiệu suất nhờ chu trình kết hợp
Sơ đồ thay thế cho chu trình kết hợp
Hiệu suất chu trình kết hợp
( )















−+






−=η
−+−
=η
+
==η
in
1
1
out
in
1
cc
in
out11in
cc
in

SG
in
cc
Q
Q
Q
Q
1
Q
Q
1
Q
QQQQ
Q
WW
Q
W
SGSGcc
ηη−η+η=η
%58
%40
%30
cc
S
G
=η⇒



=η

=η
)1(
GSGcc
η−η+η=η

Kết luận - Đề nghị
•
Chu trình kết hợp được xem như giải pháp hiệu quả
nhất để cải thiện hiệu suất của các nhà máy nhiệt điện.
•
Cần thêm vào nhà máy nhiệt điện tuabin khí đơn một
chu trình hơi nước để đạt được hiệu suất tối ưu.