Giáo trình phân tích sơ đồ thiết bị và đồ thị chu trình Renkin được áp dụng trong nhà máy phát điện p4 pps

118
Khi sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt năng thì cả điện năng và nhiệt năng
đợc cung cấp bằng tuốc bin ngng hơi có một cửa trích điều chỉnh nh trình bày
trên hình 10.6b. Để đảm bảo đồng thời đợc lợng điện N
đ
và lợng nhiệt Q cho hộ
tiêu thụ cần phải tiêu tốn một lợng hơi là G
ph
.
Để tính toán lợng hơi tiêu hao trong trờng hợp này ta giả sử tuốc bin làm việc
nh một tuốc bin ngng hơi thuần túy, nghĩa là lợng hơi trích G
n
= 0. Khi đó muốn
sản xuất ra lợng điện N
đ
thì theo (10-3) cần tiêu hao một lợng hơi là:
G
õ
=
mpco
TB
tdk0
d
ii
N
)(
(10-12)
Nếu trích đi một lợng hơi G
n
cấp cho hộ dùng nhiệt nghĩa là lợng hơi Gn này

không vào phần hạ áp, không tham gia sinh công để sản xuất điện năng trong phần hạ
áp, vì vậy lợng điện sản xuất ra sẽ giảm đi một lợng là:
N
õ
= G
n
(i
n
- i
k
)
TB
td


co

mp
(10-13)
Để bù lại lợng điện đã giảm đi, cần phải tăng thêm vào tuốc bin một lợng hơi
có thể sản xuất ra lợng điện đã bị thiếu

N
õ
là:

G =
mpco
TB
tdk0

d
ii
N


)(

(10-14)
Thay

N
õ
từ (10-13) vào (10-14) ta đợc:
G =
mpco
TB
tdk0
mpco
TB
tdknn
ii
iiG


)(
)(
(10-15)
hay:
G = G
n

)ii(
)ii(
k
kn


0
= y G
n
, (11-16)
trong đó:
)ii(
)ii(
k
kn


0
= y đợc gọi là hệ số năng lợng của dòng hơi trích.
Nh vậy lợng hơi tiêu tốn trong quá trình sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt
năng là:
G
ph
= G
đ
+

G (10-17)
G
ph

= G
đ
+ yG
n
(10-18)
Rõ ràng (i
n
- i
k
) < (i
0
- i
k
), do đó :
)ii(
)ii(
k
kn


0
= y < 1
So sánh (10-17) với (10-18) và lu ý (y < 1) ta thấy sản sản xuất phối hợp điện năng
và nhiệt năng tốn ít hơi hơn sản xuất riêng rẽ một lợng là:


G
tk
= G
r

- G
ph
= (G
đ
+ G
n
) - (G
đ
+ yG
n
)
G
tk
= (1 - y)G
n
(10-19)
Lợng hơi đi vào bình ngng khi sản xuất phối hợp là:
G'
k
= G
ph
- G
n
= G
đ
+ yG
n
- G
n
= G

đ
- (1 - y)G
n
(10-20)

Lợng hơi đi vào bình ngng khi sản xuất phối hợp nhỏ hơn khi sản xuất riêng
rẽ một lợng là:

119
G
k
= G'
k
- G
k
= G
đ
- [G
đ
- (1 - y)G
n
] (10-21)


G
k
= (1 - y)G
n
(10-22)
Khi sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt năng trong tuốc bin có cửa trích, nhờ

giảm đợc lợng hơi G
k
vào binh ngng nên giảm đợc tổn thất nhiệt do nhả nhiệt
cho nớc làm mát trong bình ngng.



a) b)

Hình 10.6. Các phơng án sản xuất điện năng và nhiệt năng
a-sản xuất riêng rẽ; b-sản xuất phối hợp

Lợng nhiệt tiết kiệm đợc khi sản xuất điện bằng tuốc bin trích hơi là:
Q
đ
= Q
ng
- Q
tr
= G
k
(i
k
- i'
k
) (10-23)
Trong đó:
Lợng nhiệt tiêu hao cho tuốc bin trích hơi là: Q
tr
= N

đ
+ Q
k
tr
Lợng nhiệt tiêu hao cho tuốc bin ngng hơi là: Q
ng
= N
đ
+ Q
k
ng

thay G
k
từ (10-20) vào (10-21) ta đợc:
Q
đ
= (1 - y)G
n
(i
k
- i'
k
) (10-24)

10.3. các biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế của nhà máy điện


120
10.3.1. Thay đổi thông số hơi

Hiệu suất nhiệt của chu trình Renkin cũng có thể biểu thị bằng hiệu suất chu
trình Carno tơng đơng:

1
2
tcarnot
T
T
1max
==
(10-29)
Từ (10-27) ta thấy: hiệu suất nhiệt của chu trình khi giảm nhiệt độ trung bình
T
2tb
của quá trình nhả nhiệt trong bình ngng hoặc tăng nhiệt độ trung bình T
1tb

của
quá trình cấp nhiệt trong lò hơi.

10.3.1.1. Giảm nhiệt độ trung bình của quá trình nhả nhiệt T
2tb


Hình 10.7 biểu diễn chu trình Renkin có áp suất cuối giảm từ p
2
xuống p
2o
, khi
nhiệt độ đầu t
1
và áp suất đầu P
1
không thay đổi.

10.3.1.2. Nâng cao nhiệt độ trung bình của quá trình cấp nhiệt T
1tb

Theo (10-29) ta thấy khi nhiệt độ trung bình T
1
của quá trình cấp nhiệt 3451
tăng lên, thì hiệu suất
t
chu trình sẽ tăng lên. Để nâng nhiệt độ trung bình của quá
trình cấp nhiệt T
1tb
, có thể tăng áp suất đầu p

1
hoặc nhiệt độ đầu t
1
.
Nếu giữ nguyên áp suất hơi quá nhiệt p
1
và áp suất cuối p
2
, tăng nhiệt độ đầu t
1

(hình 10.8) thì nhiệt độ trung bình T
1tb
của quá trình cấp nhiệt 3451 cũng tăng lên.
Nếu giữ nguyên nhiệt độ hơi quá nhiệt t
1
và áp suất cuối p
2
, tăng áp suất đầu p
1

(hình 10.9) thì nhiệt độ sôi của quá trình 4-5 tăng, do đó nhiệt độ trung bình T
1tb
của
Khi giảm áp suất ngng tụ p
2
của hơi
trong bình ngng, thì nhiệt độ bão hòa
t
s

cũng giảm theo, do đó nhiệt độ trung
bình T
2tb
của quá trình nhả nhiệt giảm
xuống. Theo (10-29) thì hiệu suât
nhiệt
t
của chu trình tăng lên.
Tuy nhiên, nhiệt độ t
s
bị giới hạn
bởi nhiệt độ nguồn lạnh (nhiệt độ nớc
làm mát trong bình ngng), do đó áp
suất cuối của chu trình cũng không
thể xuống quá thấp, thờng từ 2Kpa
đến 5Kpa tùy theo điều kiện khí hậu
từng vùng. Mặt khác, khi giảm áp
suất p
2
xuống thì độ ẩm của hơi ở các
tầng cuối tuốc bin cũng giảm xuống,
sẽ làm giảm hiệu suất và tuổi thọ Tuốc
bin, do đó cũng làm giảm hiệu suất
chung của toàn nhà máy.
s
2
0
T
0
2

x = 1
x = 0
3
0
3
4
5
1
2
H
ình 10.7. ảnh hởngcủa áp suất cuối

121
quá trình cấp nhiệt 3451 cũng tăng lên trong khi T
2tb
giữ nguyên, dẫn đến hiệu suất
nhiệt
t
của chu trình tăng lên.

Hình 10.8. ảnh hởng của nhiệt độ đầu Hình 10.9. ảnh hởng của áp suất đầu


Khi tăng nhiệt độ đầu thì độ ẩm giảm, nhng tăng áp suất đầu thì độ ẩm tăng.
Do đó trên thực tế ngời ta thờng tăng đồng thời cả áp suất và nhiệt độ đầu để tăng
hiệu suất chu trình mà độ ẩm không tăng, nên hiệu suất của chu trình Renkin thực tế
sẽ tăng lên. Chính vì vậy, ứng với một giá trị áp suất đầu ngời ta sẽ chọn nhiệt độ
đầu tơng ứng, hai thông số này gọi là thông số kết đôi.

10.3.2. Chu trình trích hơi gia nhiệt nớc cấp

Một biện pháp khác để nâng cao hiệu suất chu trình Renkin là trích một phần
hơi từ tuôc bin để gia nhiệt hâm nớc cấp trớc khi bơm nớc cấp cho lò. Sơ đồ thiết
bị chu trình gia nhiệt hâm nớc cấp đợc biểu diễn trên hình 10 10. Chu trình này
khác chu trình Renkin ở chỗ: Cho 1kg hơi đi vào tuốc bin, sau khi dãn nở trong phần
đầu của Tuốc bin từ áp suất p
1
đến áp suất p
t
, ngời ta trích một lợng hơi g
1
và g
2
để
gia nhiệt nớc cấp, do đó lợng hơi đi qua phần sau của tuốc bin vào bình ngng sẽ
giảm xuống chỉ còn là g
k
:
g

k
= 1

- g
1
- g
2
(10-30)
Lợng nhiệt nhả ra trong bình ngng cũng giảm xuống chỉ còn:

(
)
(
)
'' 222122
hn
2
iigg1iiq <=
(10-31)
Hiệu suất chu trình có trích hơi hâm nóng nớc cấp là:

11
hn
21
tr
ct
q
l
q
qq

=

=
(10-32)
Lợng hơi vào bình ngng giảm, nghĩa là lợng nhiệt q
2
mà hơi nhả ra cho
nớc làm mát trong bình ngng cũng giảm. Từ (10-32) rõ ràng ta thấy hiệu suất
nhiệt chu trình có trích hơi gia nhiệt hâm nớc cấp tăng lên.



0
T
5
0
x = 0
x = 0
3
1
0
s
2

x= 1
3
4
5
2
1

0
s
1
0
1
2
T
2

x = 1
4
2
0
5
4
0
2
0
1k
g
IV
g
2
V
V
II
V
I
II
g

1
g
Gọi công của dòng hơi
ngng sinh ra trong tuốc bin là:
l
k
= g
k
(i
0
- i
k
) = g
k
h
0

công của dòng hơi trích
sinh ra trong tuốc bin là:
l
tr
= g
tr
(i
0
- i
tr
) = g
tr
h

tr

và nhiệt lợng cấp cho
1kg hơi trong lò là:
q
0k
= i
0
- i
nc


122







ok
k0
q
l
=
k
ct
là hiệu suất của chu trình ngng hơi thuần túy (không có trích hơi),
okk
n

1
trtr
ok
n
1
tr
hg
hg
l
l

=
= A
tr
là hệ số năng lợng của dòng hơi trích,
Khi đó ta có hiệu suất của chu trình có trích hơi gia nhiệt nớc cấp là:












+

+
=












+

+
=
+
+
=






okk
ok
ok
n
1
trtr
0k
n
1
trtr
ok

0
okk
n
1
trtr
0k
n
1
trtr
ok
0
n
1
trtrk0k
n
1
trtr0k
tr
ct
qg
hg
hg
hg
1
hg
hg
1
q
h
qg

hg
1
hg
hg
1
q
h
hgqg
hghg
(10-33)
hay:

tr
ct
=
k
ct

k
cttr
tr
A1
A1
+
+
(10-34)
vì
k
ct

< 1 do đó (1 + A
tr
) > (1 + A
tr
)
k
ct

, nghĩa là
k
cttr
tr
A1
A1
+
+
> 1
hay:

tr
ct
>
k
ct
, (10-35)

Công thức (10-35) chứng tỏ hiệu suất của chu trình có trích hơi gia nhiệt nớc
cấp luôn luôn lớn hơn hiệu suất của chu trình ngng hơi thuần túy (không có trích hơi
gia nhiệt).

10.3.3. Quá nhiệt trung gian hơi

Nh đã phân tích ở trên, để nâng cao hiệu suất chu trình của nhà máy ta có thể
tăng đồng thời cả áp suất và nhiệt độ đầu của hơi quá nhiệt. Nhng thực tế không thể