Đồ án môn học Lò Hơi

Đồ án môn học : Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng
Lời nói đầu
Để đáp ứng tăng trưởng kinh tế cao trong giai đoạn hiện nay cũng như đảm bảo an ninh
năng lượng cần phát triển mạnh việc sản xuất điện nói chung và các nhà máy nhiệt điện nói
riêng.
Nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp (Combined cycles power plant – CCPP) ra đời
trong những năm gần đây, với công nghệ tiến nó đã phát triển nhanh chóng và được chuyển giao
khắp thế giới. Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2006 –2015 có xét đến 2025,
Chính phủ cũng đã ưu tiên phát triển loại nhà máy điện này.
Vì vậy cần phải đánh giá một cách toàn diện về Nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp để
xây dựng hợp lý và khai thác tối đa hiệu quả của nó. Xuất phát từ yêu cầu đó em được giao
nhiệm vụ cho đồ án Tốt nghiệp là “ Thiết Kế Tính Toán Các Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt Trong Lò
Hơi Thu Hồi Nhiệt Nhà Máy Nhiệt Điện Phú Mỹ ” .
Qua nhiều tuần nghiên cứu và tính toán bằng sự nỗ lực của bản thân với sự hướng dẫn
của Thầy giáo Phạm Thanh cùng với . Đến nay em đã hoàn thành đồ án này,do thời gian hạn chế,
cũng như kiến thức còn khiếm khuyết nên không thể tránh khỏi sai sót. Rất mong được sự chỉ
dạy, góp ý của thầy cô và các anh chị để em ngày một hoàn thiện hơn
Lời cuối em chân thành cảm ơn thầy Phạm Thanh, cùng các thầy cô giáo trong khoa
Công Nghệ Nhiệt-Điện Lạnh đã giúp em hoàn thành Đồ án này!
Đà Nẵng, tháng 5 năm 2014
Sinh viên:Nguyễn Thanh Trung
SVTH: Mai Minh Tài Lớp : 09NL Trang 1
Đồ án môn học : Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng
Chương 1
Giới thiệu chung
SVTH: Mai Minh Tài Lớp : 09NL Trang 2
Đồ án môn học : Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng
1.1 Giới thiệu về nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ
Công ty Nhiệt điện Phú Mỹ có trụ sở tại Thị trấn Phú Mỹ, Huyện Tân Thành, tỉnh
Bà Rịa – Vũng Tàu, nằm cạnh quốc lộ 51 cách Thành phố Hồ Chí Minh 75Km về hướng
Đông Nam (đường đi thành phố Vũng Tàu). Tổng diện tích 86ha, với các Nhà máy: Phú

Mỹ 2.1, Phú Mỹ 2.1 mở rộng, Phú Mỹ 1 và Phú Mỹ 4.
Tổng công suất lắp đặt 2485MW, kết nối với lưới truyền tải điện 500kV, 220kV và
110kV, sản lượng trung bình đạt được hơn 15 tỷ kWh/năm, chiếm gần 20% tổng công
suất lắp đặt và gần 30% sản lượng điện của hệ thống điện quốc gia (đến thời điểm năm
2007).
Công ty Nhiệt điện Phú Mỹ đã trở thành nhà máy phát điện chủ chốt trong mạng lưới
điện quốc gia của Việt Nam. Ở tầm nhìn rộng hơn, nhờ vị trí đắc địa là giao điểm của
hành lang Bắc - Nam và hành lang Đông - Tây, là cửa ngõ thông thương của các loại
hàng hóa và dịch vụ từ toàn bộ bán đảo Đông Dương.
1.1.1 Quá trình hình thành
Công ty Nhiệt điện Phú Mỹ (tên cũ: Nhà máy điện Phú Mỹ) là doanh nghiệp Nhà nước
được thành lập theo Quyết định thành lập số 48/ĐVN/HĐQT ngày 15/02/1997 của Tổng
Công ty Điện lực Việt Nam (nay là Tập đoàn Điện lực Việt Nam), nhiệm vụ chính là sản
xuất điện theo phương thức huy động của Tập đoàn nhằm phục vụ cho nền kinh tế và đời
sống nhân dân, với nguồn nhiên liệu chính là khí đốt, nguồn nhiên liệu dự phòng là dầu
DO.
1.1.2 Chặng đường phát triển (Từ năm 1996)

NĂM 1996
Ngày 07 tháng 04 năm 1996, Nguyên Thủ tướng Võ Văn Kiệt phát lệnh khởi công xây
dựng Nhà máy điện chu trình đơn Phú Mỹ 2.1 với công suất 288MW, Nhà máy gồm 2 tổ
máy tuabin khí GT21 và GT22, lần đầu tiên hoà lưới điện quốc gia vào ngày 12 tháng 02
năm 1997.
NĂM 1997
Ngày 15 tháng 02 năm 1997, Nhà máy điện Phú Mỹ chính thức được thành lập theo
quyết định số 48/ĐVN/HĐQT của Tổng Công ty Điện lực Việt Nam (EVN).
NĂM 1998
Ngày 23 tháng 01 năm 1998, Nhà máy điện chu trình đơn Phú Mỹ 2.1 mở rộng được khởi
SVTH: Mai Minh Tài Lớp : 09NL Trang 3
Đồ án môn học : Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

công. Ngày 26 tháng 02 năm 1999, hai tổ máy tuabin khí GT24 và GT25 đã được đưa
vào vận hành thương mại.
NĂM 1999
Ngày 15 tháng 05 năm 1999, Công trình Nhà máy điện lớn nhất Trung tâm điện lực Phú
Mỹ - Nhà máy điện chu trình hỗn hợp Phú Mỹ 1 công suất 1100MW, bao gồm 03 tổ máy
tuabin khí, 03 lò thu hồi nhiệt và 01 tổ máy tuabin hơi được bắt đầu xây dựng. Ngày 22
tháng 04 năm 2002 việc lắp đặt, thử nghiệm 03 lò thu hồi nhiệt HRSG11, HRSG12,
HRSG13 được hoàn thành và đưa tổ máy tuabin hơi ST14 vào vận hành thương mại.
NĂM 2001
Ngày 26 tháng 04 năm 2001, với dự án Phú Mỹ 2.1 đuôi hơi, Nhà máy điện chu trình đơn
Phú Mỹ 2.1 đã được chuyển đổi thành Nhà máy điện chu trình hỗn hợp Phú Mỹ 2.1 được
khởi công. Hoàn thành vào ngày 19 tháng 05 năm 2003, với việc đưa vào vận hành tổ
máy ST23 công suất của nhà máy được tăng từ 277MW đến 450MW.
NĂM 2002
Ngày 20 tháng 06 năm 2002 Nhà máy điện chu trình hỗn hợp Phú Mỹ 4 bao gồm 3 tổ
máy GT41, GT42 và ST43 được khởi công. Và bắt đầu vận hành thương mại vào ngày 17
tháng 08 năm 2004.
NĂM 2004
Tháng 12 năm 2004, dự án đuôi hơi Phú Mỹ 2.1 mở rộng đuợc khởi công. Đến ngày 21
tháng 03 năm 2006, sau 30 ngày vận hành thử thách phần đuôi hơi thành công, Nhà máy
chu trình hỗn hợp Phú Mỹ 2.1 mở rộng với công suất 438MW đã được hoàn tất và tổ máy
ST26 chính thức vận hành thương mại.
NĂM 2005
Ngày 04 tháng 10 năm 2005 Thủ tướng Chính phủ ký quyết định số 241/2005/QD-TTg
về việc chuyển Nhà máy điện Phú Mỹ thành Công ty trách nhiệm hữu hạn nhà nước môt
thành viên Nhiệt điện Phú Mỹ.
NĂM 2006
Tổng công suất của Công ty Nhiệt điện Phú Mỹ là 2430MW.
10 THÁNG ĐẦU NĂM 2007
SVTH: Mai Minh Tài Lớp : 09NL Trang 4

Đồ án môn học : Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng
Khi vận hành thương mại dự án nâng công suất Phú Mỹ 2.1 và Phú Mỹ 2.1 mở rộng, tổng
công suất của Công ty Nhiệt điện Phú Mỹ là 2485MW.
Hơn 10 năm xây dựng và phát triển, Công ty Nhiệt điện Phú Mỹ liên tục có sự tăng
trưởng, từng bước đáp ứng nhu cầu về điện cho toàn hệ thống và một phần giải quyết
được vấn đề thiếu điện của Việt Nam hiện nay. Cụ thể, từ lần đầu tiên hoà lưới điện quốc
gia vận hành thương mại vào ngày 12 tháng 02 năm 1997 đến nay, đã tăng sản lượng gấp
14.5 lần, tổng công suất lắp đặt tăng 8.5 lần, sản lượng điện tích luỹ đến hết Quý 1 năm
2010 là 118 tỷ kWh. Những thành quả này đã khẳng định sự chỉ đạo tài tình của cấp lãnh
đạo và sự cố gắng, phấn đấu không ngừng của tập thể CBCNV Công ty Nhiệt điện Phú
Mỹ.
Bảng Sản lượng điện sản xuất theo năm của nhà máy điện Phú Mỹ
Năm Sản lượng điện sản xuất MW.h
1997 1.081.944
1998 2.076.109
1999 2.259.294
2000 3.366.685
2001 3.454.102,9
2002 6.861.128
2003 9.879.051
2004 12.547.144,9
2005 14.103.000
2006 15.740.000
2007 17.220.000
2008 17.483.535
2009 16.909.305
2010 18.566.493
2011 16.556.543
2012 16.066.000
SVTH: Mai Minh Tài Lớp : 09NL Trang 5

Đồ án môn học : Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng
1.2 Giới thiệu về điện năng
Năng lượng điện ngày càng đóng vai trò quan trọng trên thế giới, là nhu cầu không
thể thiếu cho xã hội phát triển. Dựa vào khả năng sản suất và tiêu thụ điện năng mà
ta có thể đánh giá được phần nào về sự phát triển của nền công nghiệp nước đó. Điện
năng được sản xuất theo nhiều cách khác nhau và tuỳ theo loại năng lượng chuyển
hoá thành điện năng mà người ta chia ra các loại nhà máy điện như:
- Nhà máy nhiệt điện
- Nhà máy thuỷ điện
- Nhà máy điện nguyên tử
- Nhà máy phong điện (dùng sức gió)
- Nhà máy điện năng lượng mặt trời
- …
Hiện nay phổ biến nhất là nhà máy nhiệt điện ở đó nhiệt năng khi đốt các nhiên
liệu hữu cơ như: than, dầu, khí đốt…được biến đổi thành điện năng. Trên thế giới hiện
nay 70% lượng điện được sản xuất bởi các nhà máy nhiệt điện. Riêng ở Việt Nam lượng
điện năng do các nhà máy nhiệt điện sản xuất ra củng chiếm hơn 55 % lượng điện toàn
quốc. nhưng còn phụ thựôc vào nguồn nhiên liệu dự trữ sẵn có, điều kiện kinh tế củng
như sự phát triển của khoa học kỹ thuật.
Hình 1.1 Tỷ trọng các loại hình sản xuất điện năng trong hệ thống điện Việt Nam
Trong những thập kỷ gần đây nhu cầu về nhiên liệu lỏng trong công nghiệp, giao
thông vận tải và sinh hoạt ngày càng tăng, trong khi trữ lượng các mỏ dầu đang giảm
SVTH: Mai Minh Tài Lớp : 09NL Trang 6
Đồ án môn học : Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng
dần. Do đó người ta đã hạn chế dùng nhiên liệu lỏng cho các nhà máy nhiệt điện, mà chủ
yếu sủa dụng nhiên liệu rắn và nhiên liệu khí làm những nhiên liệu chính của nhà máy
nhiệt điện.
1.3 Phân loại nhà máy nhiệt điện
Nhà máy nhiệt điện đốt nhiên liệu hưu cơ có thể chia ra các loại sau:
• Phân loại theo nhiên liệu sử dụng:

- Nhà máy đốt nhiên liệu rắn
- Nhà máy đốt nhiên liệu lỏng
- Nhà máy đốt nhiên liệu khí
- Nhà máy đốt hai hoặc ba laoi nhiên liệu trên (hỗn hợp)
• Phân loại theo tuabin máy phát:
- Nhà máy nhiệt điện tuabin hơi
- Nhà máy nhiệt điện tuabin khí
- Nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp tuabin khí-hơi
• Phân loại theo dạng năng lượng được cấp đi:
- Nhà máy nhiệt điện ngưng hơi: chỉ sản xuất điện
- Trung tâm nhiệt điện: cung cấp cả điện và nhiệt
• Phân loại theo kết cấu công nghệ
- Nhà máy nhiệt điện kiểu khối
- Nhà máy nhiệt điện kiểu không khối
• Phân loại theo tính chất mang tải
- Nhà máy nhiệt điện phụ tải gốc, có số giờ sử dụng công suất đặt hơn
5.10
3
giờ
- Nhà máy nhiệt điện phụ tải giữa, có số giờ sử dụng công suất đặt
khoảng (3 – 4).10
3
giờ
SVTH: Mai Minh Tài Lớp : 09NL Trang 7
Đồ án môn học : Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng
- Nhà máy nhiệt điện phụ tải đỉnh, có số giờ sử dụng công suất đặt
khoảng 1500 giờ
1.4 Xu hướng sản xuất điện năng ở Việt Nam
Tiêu thụ điện tại Việt Nam tiếp tục gia tăng để có thể đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế
xã hội của đất nước.

Về cơ cấu tiêu thụ điện, công nghiệp tiếp tục là ngành chiếm tỉ trọng tiêu thụ điện năng
nhiều nhất với tốc độ tăng từ 47.4% lên đến 52% tổng sản lượng tiêu thụ điện tương ứng
trong năm 2006 và 2010. Tiêu thụ điện hộ gia đình chiếm tỉ trọng lớn thứ hai nhưng có
xu hướng giảm nhẹ do tốc độ công nghiệp hoá nhanh của Việt Nam, từ 42.9% năm 2006
thành 38.2% năm 2010. Phần còn lại dịch vụ, nông nghiệp và các ngành khác chiếm
khoảng 10% tổng sản lượng tiêu thụ điện năng.
STT Danh mục
2005
(%)
2006
(%)
2007
(%)
2008
(%)
2009
(%)
1 Nông nghiệp 1.3 1.1 1.0 1.0 0.9
2 Công nghiệp 45.8 47.4 50 50.7 50.6
3
Dịch vụ (Thương mại, khách
sạn và nhà hàng) 4.9 4.8 4.8 4.8 4.6
4 Quản lý và tiêu dung dân cư 43.9 42.9 40.6 40.1 40.1
5 Khác 4.1 3.8 3.7 3.5 3.7
Bảng tiêu thụ điện theo ngành 2006 – 2010
Để có thể đáp ứng được nhu cầu điện năng, Chính phủ Việt Nam đã đề ra mục tiêu cụ thể
về sản xuất và nhập khẩu cho ngành điệncho giai đoạn 2010-2020 tầm nhìn 2030 các
mục tiêu bao gồm:

1) Sản xuất và nhập khẩu tổng cộng 194-210 tỉ kWh đến năm 2015, 330-362 tỉ kWh

năm 2020, và 695-834 tỉ kWh năm 2030;

2) Ưu tiên sản xuất điện từ nguồn năng lượng tái tạo bằng cách tăng tỷ lệ điện năng
sản xuất từ nguồn năng lượng này từ mức 3.5% năm 2010 lên 4.5% tổng điện
năng sản xuất vào năm 2020 và 6% vào năm 2030;
3) Giảm hệ số đàn hồi điện/GDP từ bình quân 2.0 hiện nay xuống còn bằng 1.5 năm
2015 và 1.0 năm 2020;
SVTH: Mai Minh Tài Lớp : 09NL Trang 8
Đồ án môn học : Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng
4) Đẩy nhanh chương trình điện khí hoá nông thôn miền núi đảm bảo đến năm 2020
hầu hết số hộ dân nông thôn có điện;
Các chiến lược được áp dụng để đạt các mục tiêu nói trên cũng đã được đề ra bao gồm:
1) Đa dạng hoá các nguồn sản xuất điện nội địa bao gồm các nguồn điện truyền
thống (như than và ga) và các nguồn mới (như Năng lượng tái tạo và điện nguyên
tử)
2) Phát triển cân đối công suất nguồn trên từng miền: Bắc Trung và Nam, đảm bảo
độ tin cậy cung cấp điện trên từng hệ thống điện miền nhằm giảm tổn thất truyền
tải, chia sẻ công suất nguồn dự trữ và khai thác hiệu quả các nhà máy thuỷ điện
trong các mùa;
3) Phát triển nguồn điện mới đi đôi với đổi mới công nghệ các nhà máy đang vận
hành
4) Đa dạng hoá các hình thức đầu tư phát triển nguồn điện nhằm tăng cường cạnh
tranh nâng cao hiệu quả kinh tế.
Cơ cấu các nguồn điện cho giai đoạn 2010-2020 tầm nhìn 2030 đã được đề ra trong Tổng
sơ đồ VII và được tóm tắt ở bảng bên dưới. Nguồn điện quan trọng nhất vẫn là than và
nhiệt điện. Điện nguyên tử và năng lượng tái tạo chiếm tỉ trọng tương đối cao vào giai
đoạn 2010-2020 và sẽ dần trở nên tương đối quan trọng trong giai đoạn 2020-2030. Thuỷ
điện vẫn duy trì thị phần không đổi trong giai đoạn 2010-2020 và 2020-2030 vì thuỷ điện
gần như đã được khai thác hết trên toàn quốc.
STT Nguồn điện Năm 2020 Năm 2030

Tổng công
suất lắp
đặt
(MW)
Thị
phần
trong
tổng
Thị
phần
trong
tổng
Tổng công
suất lắp
đặt
(MW)
Thị
phần
trong
tổng
Thị
phần
trong
tổng
SVTH: Mai Minh Tài Lớp : 09NL Trang 9
Đồ án môn học : Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng
công
suất
lắp
đặt

(%)
sản
lượng
điện
(%)
công
suất
lắp đặt
(%)
sản
lượng
điện
(%)
1 Nhiệt điện than 36,000 48.0 46.8 75,000 51.6 56.4
2 Nhà máy nhiệt
điện tua bin
khí
10,400 13.9 20.0 11,300 7.7 10.5
3 Nhà máy nhiệt
điện chạy tua
bin khí LNG
2,000 2.6 4.0 6,000 4.1 3.9
4 Nhà máy thuỷ
điện
17,400 23.1 19.6 N/A 11.8 9.3
5 Nhà máy thuỷ
điện tích năng
1,800 2.4 5,700 3.8
6 Nhà máy điện
sinh khối

500 5.6 4.5 2,000 9.4 6.0
7 Nhà máy điện
gió
1,000 6,200
8 Nhà máy điện
nguyên tử
N/A N/A 2.1 10,700 6.6 10.1
9 Nhập khẩu 2,200 3.1
3.0
7,000 4.9 3.8
10 Tổng cộng 75,000 100 100 146,800 100 100
Bảng. Cơ cấu nguồn điện theo công suất và sản lượng giai đoạn 2010-20120 và tầm nhìn
2030
Cụ thể là vào năm 2020, cơ cấu các nguồn điện liên quan đến sản lượng là 46.8% cho
nhiệt điện than, 19.6% cho thuỷ điện và thuỷ điện tích năng, 24% cho nhiệt điện chạy khí
và khí LNG, 4.5% cho Năng lượng tái tạo, 2.1% cho năng lượng nguyên tử và 3.0% từ
nhập khẩu từ các quốc gia khác .
SVTH: Mai Minh Tài Lớp : 09NL Trang 10
Đồ án môn học : Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng
Chương 2
Nguyên lý nhiệt động chu trình hỗn hợp
trong nhà máy nhiệt điện
SVTH: Mai Minh Tài Lớp : 09NL Trang 11
Đồ án môn học : Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng
2.1 Mô tả chung về các chu trình nhiệt động
Các chu trình nhiệt động bao gồm loạt các quá trình truyền nhiệt và sinh công, các quá trình
này làm thay đổi nhiệt độ, áp suất và các trạng thái của môi chất. Sau các quá trình đó môi
chất trở về trạng thái ban đầu tạo thành một chu trình
Trong nhà máy điện các quá trình của các chu trình nhiệt động được giả thuyết là xảy ra
trong điều kiện lý tưởng.

Một trong những chu trình hỗn hợp phổ biến dùng trong nhà máy nhiệt điện là chu trình hỗn
hợp khí – hơi dựa trên sự kết hợp của cuh trình Rankine và Brayton nhằm tăng hiều suất toàn
nhà máy.
2.1.1 Hiệu suất chu trình Carnot
Như đã biết, hiệu suất chu trình Carnot là hiệu suất lớn nhất của một chu trình nhiệt lý tưởng:
W
KW
C
T
TT
η
−
=
(1)
Ở đây:
η
C
_ Hiệu suất chu trình Carnot
T
W
_ Nhiệt độ nguồn nhiệt cấp
T
K
_ Nhiệt độ môi trường
Trên thực tế hiệu suất các quá trình thực thấp hơn do các tổn thất.
Hai lý do chính dẫn đến hiệu suất quá trinh thực thấp hơn hiệu suất chu trình Carnot:
- Thứ nhất, chênh lệch nhiệt độ trong quá trình cấp nhiệt cho chu trình rất lớn. Ví dụ
trong nhà máy nhiệt điện hơi đối lưu, nhiệt độ hơi lớn nhất chỉ khoảng 810
0
K,

trong khi đó nhiệt độ tại buồng đốt trong lò hơi xấp xỉ 2000
0
K.
- Rồi thì nhiệt lượng thải ra từ quá trình cũng có nhiệt độ cao hơn môi trường xung
quanh.
Từ lý luận đó, chu trình hỗn hợp được đặc biệt quan tâm và nghiên cứu.
Vì thực tế, không có chu trình đơn nào thực hiện cả hai việc trên được mức độ như nhau,
cũng như giới hạn về vật liệu và khả năng chế tạo của nó, đó là lý do hợp lý để chọn phương
pháp kết hợp 2 chu trình: một với quá trình nhiệt độ cao, và một cho quá trình làm mát cuối
cùng. Trong một chu trình mở của tuabin khí, nhiệt độ quá trình có thể đạt được rất cao nhiệt
SVTH: Mai Minh Tài Lớp : 09NL Trang 12
Đồ án môn học : Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng
được cấp trực tiếp cho chu trình. Tuy nhiên, nhiệt độ khói thải từ tuabin khí vì thế củng khá
cao. Trong chu trình hơi, nhiệt độ quá trình lớn nhất không quá cao, nhưng nhiệt độ khói thải
ra môi trường rất thấp.
Như vậy chu trình hỗn hợp chu tuabin khí và tuabin hơi được xem là cung cấp một phương
thức hợp lý nhất cho một chu trình nhiệt hiệu suất cao. Khi so sánh với các chu trình đơn
khác, ngay cả các chu trình được lắp đặt cải tiến rất công phu, phức tạp như kiểu nhà máy
nhiệt điện ngưng hơi có gia nhiệt củng có hiệu suất Carnot lý thuyết thấp hơn 10-15 % so với
chu trình hỗn hợp.
Bảng so sánh nhiệt độ và hiệu suất của các chu trình nhà máy nhiệt điện ( trang 7[1])
Nhiệt độ nhiệt
cấp (
0
K)
Nhiệt độ nhiệt
thải (
0
K)
Hiệu suất chu trình

Carnot (%)
Tuabin khí 950-1000 500-550 42-47
Nhiệt điện ngưng hơi
không gia nhiệt
550-630 320-350 37-50
Nhiệt điện ngưng hơi có
gia nhiệt
640-700 320-350 45-54
Nhiệt điện chu trình hỗn
hợp
950-1000 320-350 63-68
2.1.2 Chu trình Brayton lý tưởng
Chu trình Brayton được biết đến là chu trình động cơ tuabin khí. Chu trình Brayton là hệ hở
vì khí thải được thải ra môi trường nhưng trong nghiên cứu nhiệt động lực học ta giả thuyết
nó là hệ kín và khí thải được dùng lại ở đầu vào.
SVTH: Mai Minh Tài Lớp : 09NL Trang 13
Đồ án môn học : Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng
a
Compressor: Máy nén Combustion: buồng đốt Turbine: Tuabin khí
Hình 2.1 Mô tả chu trình Brayton, đồ thi p-v và T-s
Các quá trình:
- 1-2: Quá trình nén đoạn nhiệt ở máy nén
- 2-3: Quá trình cháy đẳng áp ở buồng đốt
- 3-4: Quá trình giãn nỡ sinh công đoạn nhiệt ở tuabin
- 4-1: Quá trình nhả nhiệt đẳng áp
-
Hiệu suất nhiệt của chu trình Brayton η
B
được tính như sau:
η

B =
2
1
1
T
T
Q
W
H
net
−=
Trong đó : W
net
là công sinh ra, Q
H
là nhiệt cấp vào, T
1
nhiệt độ khí trước khi vào máy nén
T
2
nhiệt độ khí ra khỏi máy nén.
SVTH: Mai Minh Tài Lớp : 09NL Trang 14
Đồ án môn học : Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng
2.1.3 Chu trình Rankine lý tưởng
Chu trình Rankine là chu trình tối ưu cho các nhà máy điện hơi nước
Pump: bơm nước cấp Boiler: lò hơi
Turbine: tuabin hơi Condenser: bình ngưng
Hình 2.2 Mổ tả chu trình Rankine đơn giản và đô thị T-s của nó
Nguyên lý: Nước ngưng sau khi được ngưng ở bình ngưng sẽ được bơm nước ngưng bơm
vào lò hơi tại đây nước được gia nhiệt sinh hơi và quá nhiệt trước khi vào tuabin giãn nỡ sinh

côn và được ngưng lại tại bình ngưng.
Các quá trình:
SVTH: Mai Minh Tài Lớp : 09NL Trang 15
Đồ án môn học : Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng
-
1-2: Quá trình nén đoạn nhiệt tại bơm nước ngưng, nước được bơm vào lò hơi
-
2-3: Quá trình cấp nhiệt đẳng áp cho nước sinh hơi và quá nhiệt ơi ại lò hơi
-
3-4: Quá trình giãn nỡ sinh công tại tuabin.
-
4-1: Quá trình nhả nhiệt đẳng áp ngưng tụ thành nước ở bình ngưng
Hiệu suất của chu trình Rankine η
R
được tính theo công thức:
η
B =
23
1243
)()(
ii
iiii
−
−−−
Trong đó:
- i
3
- i
4
: công quay tuabin

- i
2
- i
1
: công nén của bơm
- i
3
- i
4:
: nhiệt cấp vào
2.2. Nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp khí – hơi
Với hiệu suất cao và lượng phát thải thấp nhà máy nhiệt điện sử dụng chu trình hỗn hợp khí
– hơi được quan tâm phát triển và trở nên phổ biến những năm gần đây.
Lượng phát thải thấp là nhờ chu trình sử dụng nhiên liệu có hàm lượng cac-bon thấp như khí
thiên nhiên điều này làm giảm phát thải gây hiệu ứng nhà kính.
Chu trình hỗn hợp từ tên cũng cho ta thấy đó là chu trình kết hợp giữa hai chu trình nhiệt
động khác nhau thường là chu trình Brayton kết hợp với chu trình Rankine
SVTH: Mai Minh Tài Lớp : 09NL Trang 16
Đồ án môn học : Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng
1
6
2
3
4
5
GG
a
b
c
e

d
1
2
2'
3
1'
1"
s
a=
s
b
s
3
s
c=
s
d
s
e
s
1=
s
2
T
S
Hình 2.3 Sơ đồ thiết bị và đồ thị T-s của chu trình hỗn hợp khí- hơi
Nguyên lý làm việc của chu trình:
Không khí được nén đoạn nhiệt trong máy nén đến áp suất và nhiệt độ cao, được đưa
vào buồng đốt hòa trộn với nhiên liệu và cháy trong buồng đốt ở áp suất cao, không đổi. Sản
phẩm cháy đi vào tuabin khí , dãn nở sinh công cho máy phát. Ra khỏi tuabin khí sản phẩm

cháy có nhiệt độ còn rất cao, tiếp tục đi vào thiết bị hồi nhiệt sinh hơi cấp nhiệt cho chu trình
nước-hơi, rồi thải ra ngoài.
Nước được bơm cấp nước bơm vào trong thiết bị thu hồi nhiệt sinh hơi nhận nhiệt và
biến thành hơi quá nhiệt. Hơi quá nhiệt đi vào tuabin hơi dãn nở đoạn nhiệt sinh công cho
máy phát. Ra khỏi tuabin, hơi đi vào bình ngưng, nhả nhiệt đẳng áp ngưng tụ thành nước rồi
được bơm trở về thiết bị sinh hơi, lặp lại chu trình cũ.
Trên đồ thị T-s các chu trình nhiệt được biểu diễn như sau:
- a-b : quá trình nén đoạn nhiệt không khí trong máy nén khí.
- b-c : quá trình cấp nhiệt (cháy) đẳng áp trong buồng đốt
- c-d : quá trình dãn nở đoạn nhiệt sinh công trong tuabin khí
- d-a : quá trinh nhã nhiệt đẳng áp trong thiết bị thu hồi nhiệt sinh hơi
- 3-1’-1’’-1 : quá trình nước nhận nhiệt đẳng áp trong thiết bị sinh hơi
- 1-2; 2-2’; 2’-3 : các quá trình giãn nỡ đoạn nhiệt trong tuabin hơi, ngưng đẳng áp
trong bình ngưng, và nén đoạn nhiệt trong bơm như chu trình Rankine
SVTH: Mai Minh Tài Lớp : 09NL Trang 17
Đồ án môn học : Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng
Chu trình hỗn hợp khí – hơi sử dụng hai chu trình làm việc khác nhau là điều rất thú vị cúng
có thể bổ sung lợi thế cho nhau. Chu trình hỗn ợp tạo ra nhiều lợi thế của cả hai phần nhiệt
độ cao và thấp của quá trình cháy. Chu trình Brayton làm việc có hiệu quả cao trong khu vực
nhiệt độ cao còn chu trình Rankine lại làm việc có iệu quả cao trong vùng nhiệt độ thấp hơn.
Khi kết hợp hai chu trình này, chu trình làm việc ở vùng nhiệt độ cao gọi là chu trình trên và
chu trình làm việc ở vùng nhiệt độ thấp gọi là chu trình dưới.
Hiệu suất nhiệt của chu trình hỗn hợp η
CC
được tính :
η
CC
= η
B
+ η

R
– η
B.
η
R
Trong đó:
- η
B
: hiệu suất của chu trình Brayton
- η
R
: hiệu suất của chu trình Rankine
Từ công thức trên ta thấy rõ rang hiệu suất của chu trình hỗn hợp lớn hơn hiệu suất chu trình
Brayton và Rankin
SVTH: Mai Minh Tài Lớp : 09NL Trang 18
Đồ án môn học : Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng
Nhà máy điện chu trình hỗn hợp không đốt bổ sung đạt được những thuận lợi về nhiệt
động học hơn. Nó có những ưu điểm sau:
- Hiệu suất cao: có thể đạt được trên 50 %
- Chi phí đầu tư không cao lắm: Vì 2/3 công suất được tạo ra từ tuabin khí, chỉ 1/3
được sản xuất từ quá trình hơi, cho nên có thể giảm được gần 30 % chi phí so với nhà
máy nhiệt điện ngưng hơi
- Lượng nước cấp ít: Chỉ cần khoảng 40 – 50 % so với nhà máy nhiệt điện ngưng hơi
tương đương
- Hoạt động được ở nhiều chế độ: Chỉ sử dụng chu trình đơn quá trình hơi nên có thể
khởi động và ngưng hoạt động khá nhanh, điều náy giúp khả năng điều chỉnh hiệu
quả hơn ( như điều chỉnh sao cho tổn thất khi khởi động giảm xuống, …)
- Có thể tiến hành lắp đặt theo từng giai đoạn, và từng cụm: Tuabin khí có thể đi vào
hoạt động sớm hơn tuabin hơi rất nhiều, nhà máy có thể mở rộng dần. Ta có thể tính
toán đầu tư hợp cho từng giai đoạn theo nhu cầu điện năng của hệ thống điện lưới

quốc gia. Và cuối cùng ta có thể lắp đặt thêm hệ thống sử dụng nhiên liệu than khí
hoá nếu trường hợp giá khí đốt và dầu tăng cao
- Hoạt động dễ dàng: Một nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp không cấp đốt bổ sung
hoạt động khá đơn giản hơn nhiều so vói nhà máy điện ngưng hơi. Hơn nữa nhà máy
chu trình hỗn hợp hoạt động hầu như hoàn toàn tụe động, nó củng sử dụng dặc biệt
thích hợp cho những nơi ít kinh nghiệm vận hành
- Ít tác động tới môi trường: Nhiên liệu khí tự nhiên đốt trong nhà máy thich hợp với
các nhà máy đặt ở nơi đông dân cư vì nó có hiệu quả đốt chay cao và mức độ tro phát
thải ra ngoài thấp, đặc biệt nồng độ NO
X
rất thấp và giảm được 40 % lượng CO
2
thoát ra trên mổi kWh so với đốt than đá
- Công suất điện có thể tăng 40 % so với nhà máy điện ngưng hơi cùng áp suất làm
việc
SVTH: Mai Minh Tài Lớp : 09NL Trang 19
Đồ án môn học : Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng
Chương 3
Thành Phần Thiết Bị Chính Trong Nhà
Máy Nhiệt Điện Chu Trình Hỗn Hợp
SVTH: Mai Minh Tài Lớp : 09NL Trang 20
Đồ án môn học : Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng
3.1 Thiết Bị Tuabin Khí
3.1.1 Khái niệm Tuabin khí
Tuabin khí là động cơ nhiệt trong đó biến đổi hoá năng của nhiên liệu thành nhiệt năng
rồi thành cơ năng. Quá trình biến đổi năng lượng trong tuabin khí có thể thực hiện bằng nhưng
chu trình khác nhau.
Tuabin khí là thành phần quan trọng nhất trong nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp
tuabin khí/ tuabin hơi. Với sự phát triển nhanh chóng của tuabin khí ngày nay, nhiệt độ đầu vào
tuabin đạt được ngày càng lớn tạo điều kiện cho chu trình hỗn hợp chiếm ưu thế và hiệu quả sẩn

xuất điện so với các chu trình nhiệt khác.
Song song với quá trình phát triển tuabin khí là cải tiến máy nén đi kèm theo nó để nén
không khí cấp quá trình đốt trong buồng đốt tuabin. Ngày nay máy nén có thể nén với lưu lượng
và tỉ số nén lớn hơn rất nhiều, vi thế có thể đạt đựoc công suất điện lớn hơn, đồng thời giảm
được chi phí và tăng hiệu suất chu trình.
Ưu điểm:
- Bố cục gọn
- Tính cơ động vận hành cao, như mở máy nhanh, thay đổi tải lớn
- Vận hành không cần nước, hay yêi cầu rất ít nước
- Thời gian xây dựng nhanh
Nhược điểm:
- Giá thành nhiên liệu cao
- Giá thành vật liệu, chi phí sản xuất cao hơn
- Khó sữa chữa
Bảng Thông số kỹ thuật tiêu biểu của các Tuabin khí lắp đặt cho hệ thống chu trình hỗn hợp trên
thị trường; ( Trang 173,[TL1])
SVTH: Mai Minh Tài Lớp : 09NL Trang 21
Đồ án môn học : Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng
Công suất ra (theo tiêu chuẩn ISO) 1-150 MW
Hiệu suất (theo tiêu chuẩn ISO) 28-35 %
Tỉ số nén 10-18
Nhiệt độ đầu vào tuabin 950-1150
0
C
Nhiệt độ khói ra khỏi tuabin 480-570
0
C
Lưu lượng khói ra khỏi tuabin 30-500 kg/s
SVTH: Mai Minh Tài Lớp : 09NL Trang 22
Đồ án môn học : Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

3.1.2 Các phần tử chính của thiết bị tuabin khí
Shaft: nối trục Compressor: máy nén
Turbine: Tuabin khí Combustion Chamber: buồng đốt
Hình 3.1 Cấu tạo thiết bị tuabin khí
Các phần tử chính của tuabin khí gồm: máy nén, buồng đốt, tuabin khí, và bộ trao đổi nhiệt.
1) Máy nén
Dùng để nén môi chất làm việc (thường là không khí) và nhiên liệu. Người ta thường
dùng máy nén ly tâm hoặc dọc trục để nén môi chất làm việc, trong đó máy nén dọc trục
được dung phổ biến hơn . Máy nén có cầu tạp nhiều tầng gồm các cánh động nằm trên trục
quay xen kẽ với các cánh tĩnh. Những yêu cầu kỹ thuật đối vớimáy nén dùng để nén môi chất
làm việc:
- Hiệu suất cao (η)
- độ nén từng cấp cao
- Có thể sử dụng tốc độ vòng quay lớn
- Vận hành ổn định trong khoảng làm việc của tuabin
- Dễ điều khiển về mặt khí động học và cơ học
2) Buồng đốt
Trong buồng đốt năng lượng liên kết hoá học được giải phóng vào không khí được hoà
trộn đều đi vào tuabin khí sinh công như dòng khí truyền động
Quá trình cháy trong buồng đốt có hiệu suất cao nhất với hệ số không khí khoảng từ
α=1,3-2,2
SVTH: Mai Minh Tài Lớp : 09NL Trang 23
Đồ án môn học : Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng
Buồng đốt của động cơ tuabin khí là loại ống lửa hở thường koangr 7 – 10 ống được bố
trí thành vòng tròn xung quanh trục động cơ phía sau máy nén trước tuabin.Mỗi ống lửa có
một vòi phun nhiên liệu phía trước.
Khí nén được chia thành dòng sơ cấp 30% để đốt cháy nhiên liệu, dòng thứ cấp để làm
mát bảo vệ ống lửa và hòa vào dòng lửa phụt để làm giảm nhiệt độ của nó khi đi vào tuabin
Dòng sơ cấp đi vào ống lửa qua các khe xoáy tại mặt trước ống lửa tạo thành dòng xoáy
trộn với sương nhiên liệu phun ra từ vòi phun và được đốt mồi bằng bugi sau đó nó tự duy trì

quá trình cháy.
Dòng thứ cấp bao bọc bên ngoài ống lửa làm mát ống lửa, một phần đi vào dòng lửa pụt
để làm chất giãn nỡ sinh công và giảm nhiệt độ lửa. Tại trung tâm lửa phụt nhiệt độ lên đến
1500 °C nhưng khi vào tuabin nó chỉ còn cỡ 800 °C

Hình 3.2 Cấu tạo buồng đốt
3) Tuabin khí
Năng lượng nhiệt của sản phẩm cháy được biến đổi thành cơ năng trong tuabin khí. một
phần lớn hơn công suất tuabin được dung để truyền động máy nén khí, một phần nhỏ hơn
con lại của công suất là công suất hữu ích cung cấp cho các máy móc hoạt động ( máy phát
điện, bơm, quạt thổi khí…). Công suất tuabin gấp khoảng 2-3 lần công suất hữu ích.
• Những yêu cầu kỹ thuật đối với tuabin khí:
Công suất củng như đặc tính của tuabin có ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính toàn tổ máy.
Để toàn bộ tổ máy tuabin khí làm việc đạt hiệu suất cao thì cần thiết đáp ứng một số yêu cầu
kỹ thuật quan trọng sau đối với tuabin:
- Hiệu suất chuyển đổi năng lượng trong tuabin phải cao
- Cánh quạt của tuabin làm việc với nhiệt giáng lớn phải ở tốc độ vòng cao
- Phải đảm bảo các yêu cầu về khí động học và cơ học khi gia công các thiết bị hợp
chịu nhiệt khim khó gia công
• Những phần tử chính:
SVTH: Mai Minh Tài Lớp : 09NL Trang 24
Đồ án môn học : Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng
- Cổ ống vào dẫn sản phẩm cháy từ buồng đốt vào dãy cánh tuabin
- Dãy cánh tĩnh(stato) để chuyển nhiệt năng thành động năng
- Rô to để nhận công suất từ động năng của dòng sản phẩm cháy
- Cổ ống ra để chuyển một phần động năng thành thế năng áp suất và dẫn sản
phẩm cháy ra ống thoát
- Các chi tiết làm mát phần vỏ tuabin
- Các phụ kiện
Thiết bị tuabin khí trong hệ thống chu trình hỗn hợp hoạt động với áp suất và nhiệt độ rất

cao, tốc độ vòng quay lớn nên vấn đề bám bẩn gay tắc nghẽn là mối quan tâm lớn trong máy nén
và tuabin.
- Bám bẩn trong máy là do tuabin khí hoạt động trong chu trình hở, không khí hút vào
không thể làm sạch hoàn toàn.
- Bám bẩn trong tuabin chỉ xảy ra khi nhiên liệu thô lẫn nhiều tạp chất hoặc do thừa
dầu
3.2 Thiết Bị Thu Hồi Nhiệt Sinh Hơi
Thiết bị thu hồi nhiêt sinh hơi trong hệ thống nhà máy điện chu trình hỗn hợp là thiết bị
sinh hơi (lò hơi) sử dụng nhiệt của khói ở đuôi tuabin khí để cấp hơi cho các tuabin hơi. Nó là
thiết bị liên kết quá trình khí với chu trình hơi của chu trình hỗn hợp.
Thiết bị thu hồi nhiệt sinh hơi có 3 loại chính:
- Loại không cần cấp nhiệt bổ sung
- Loại có cấp nhiệt bổ sung giới hạn
- Loại được cấp nhiệt bổ sung lớn nhất
Thiết bị hồi nhiệt loại không có cần cấp nhiệt bổ sung được quan tâm sử dụng nhiều nhất
trong chu trình hỗn hợp, và những đặc điểm của nó vì thế được chú ý nghiên cứu nhiều. Trong
đồ án này củng chỉ giới thiệu về loại này vì nó được thiết kế và lắp đặt ở hầu hết các nhà máy
nhiệt điện chu trình hỗn hợp nước ta.
Thiết bị sinh hơi có thể thiết kế lắp đặt theo 2 nguyên lý:
SVTH: Mai Minh Tài Lớp : 09NL Trang 25