Đồ án kỹ thuật năng lượngthiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe

Đồ án Kỹ Thuật Năng Lượng: Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe

Mục Lục

SV Thực hiện : Nguyễn Mạnh Cường


Đồ án Kỹ Thuật Năng Lượng: Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe
LỜI NÓI ĐẦU
Năng lượng là động lực của quá trình phát triển của nhân loại cũng như của bất kỳ
quốc gia nào. Ngày nay mọi quốc gia đều nhận thức được rằng để phát triển kinh tế
bền vững buộc phải biết kết hợp hài hòa giữa ba quá trình phát triển đó là : Kinh tế Năng lượng – Môi trường.
Ở Nước ta hiện nay, trong giai đoạn đổi mới đang cần phát triển mạnh các nhà máy
nhiệt điện đốt nhiên liệu hữu cơ. Với nhu cầu về năng lượng điện lớn mà các nhà máy
thủy điện không thể đáp ứng được, thì nhiệt điện đang dần thay thế và thể hiện vai trò
của mình ngày càng quan trọng trong việc sản suất và cung ứng điện năng.
Bản đồ án môn học này giúp sinh viên tìm hiểu về phương pháp tính toán, thiết kế
sơ bộ một nhà máy nhiệt điện. Qua quá trình thực hiện đồ án sinh viên ôn tập lại cũng
như tìm hiểu sâu hơn về kiến thức chuyên ngành. Việc thực hiện một nhiệm vụ cụ thể
rất hữu ích trong việc rèn luyện kỹ năng làm việc trong tương lai của sinh viên.
Em xin chân thành cảm ơn ThS. Phạm Văn Tân đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ em
hoàn thành bản đồ án này. Dù đã hết sức cố gắng nhưng trong quá trình tính toán em
vẫn không tránh khỏi sai xót. Em rất mong sự động viên và giúp đỡ của các thầy cô để
em có thể hiểu và nắm rõ hơn phần kiến thức đã được trang bị.
Em xin chân thành cám ơn!

Hà Nội. Ngày … tháng … năm 2016

SV Thực hiện: Nguyễn Mạnh Cường

Trang 2

Đồ án Kỹ Thuật Năng Lượng: Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe
CHƯƠNG 1 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT

I. Lựa chọn nhà máy nhiệt điện:

Theo yêu cầu đề tài “Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe “
Nhà máy bao gồm 2 tổ máy mỗi tổ máy bao gồm:
1 tua bin 600MW và 1 lò hơi
II. Thông số tuabin K-600-166/38-538/538

Công suất định mức[MW]

600

Nhiệt độ hơi mới[oC]

538

Áp suất hơi mới [bar]

166

Nhiệt độ hơi trước quá nhiệt trung gian[oC]

340

Áp suất hơi trước quá nhiệt trung gian[bar]

41,8

Nhiệt độ hơi sau quá nhiệt trung gian[oC]

538

Áp suất hơi sau quá nhiệt trung gian[bar]

38

Thông số cửa trích hơi của tuabin
Cửa trích số

Đến bình

Áp suất cửa trích
(bar)

1

CA
6

1 qntg →
1'
QNTG

2

CA

5

41,
41,8 / 38 19,6
8

Nhiệt độ cửa trích
340
(oC)

340 /
538

SV Thực hiện: Nguyễn Mạnh Cường

445

Trang 3

3 ct

7*

K*

TBHA
,
HA HA HA
BKK,
4

3
2
TBP

HA1

BN

12,4 /
12

0,25

0,065

65

37,6

267 215 110 (x =
0,97)

(x =
0,93)

384

4

4,7

5

3

6

0,8
8


Đồ án Kỹ Thuật Năng Lượng: Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe
CHƯƠNG 2 SƠ ĐỒ NHIỆT NGUYÊN LÝ VÀ TÍNH TOÁN
SƠ ĐỒ NHIỆT NGUYÊN LÝ.
Sơ đồ công nghệ quá trình sản xuất điện dùng tuabin hơi
Quá trình sản xuất điện dùng tuabin hơi bao gồm các thiết bị chính cùng với các thiết bị
phụ của chúng, đó là thiết bị tuabin và thiết bị lò hơi nối với nhau bằng hệ thống đường
ống dẫn để vận chuyển môi chất
I.

a; Sơ đồ nhiệt nguyên lý nhà máy điện ngưng hơi đơn giản nhất

1 – Lò hơi; 2 – Bộ quá nhiệt; 3 – Tuabin; 4 – Máy phát điện; 5 – Bình ngưng; 6 – Bơm
nước ngưng; 7 – Bơm nước cấp cho lò hơi Nguyên lí hoạt động:
Nước được bơm cấp bơm vào lò hơi. Trong lò hơi, nước nhận nhiệt của ngọn lửa và
dòng khói do nhiên liệu cháy sinh ra. Hơi bão hoà sinh ra được đưa lên bộ quá nhiệt để
tiếp tục tăng nhiệt độ thành hơi quá nhiệt. Hơi quá nhiệt ra khỏi bộ quá nhiệt được dẫn
sang tuabin bằng đường ống. Trong tuabin, hơi có nhiệt độ và áp suất cao giãn nở sinh
công rồi thoát vào bình ngưng. Hơi thoát vào bình ngưng sẽ được làm mát bằng nước
sông, nước biển hoặc bằng không khí để ngưng tụ lại thành nước ngưng. Nước ngưng

được bơm ngưng và bơm cấp bơm qua các bình gia nhiệt nếu có (trong sơ đồ nhiệt nhà
máy nhiệt điện thường có các bình gia nhiệt hồi nhiệt nhưng ở các sơ đồ nhiệt của tuabin
SV Thực hiện: Nguyễn Mạnh Cường

Trang 4


Đồ án Kỹ Thuật Năng Lượng: Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe
trong công nghiệp thì thường không có bình gia nhiệt hoặc cùng lắm là có một bình gia
nhiệt hỗn hợp, tuabin là loại ngưng hơi thuần tuý hoặc tuabin đối áp - không có bình
ngưng). Nước tiếp tục vào lò hơi nhận nhiệt để thực hiện chu trình khép kín.
Ngoài tuabin hơi, để sản xuất điện bằng nhiên liệu hữu cơ người ta cũng sử dụng tuabin
khí. Khói thải của tuabin khí có nhiệt độ cao (≈ 600oC) được tận dụng để sinh hơi trong
lò hơi tận dụng nhiệt cấp cho tuabin hơi hoặc trực tiếp sử dụng nhiệt của dòng khói cho
dây chuyền công nghệ
b; Chu trình tuabin hơi nước và các đặc tính của nó

Chu trình Rankine của tuabin hơi nước trên đồ thị i - s
Hơi quá nhiệt có nhiệt độ và áp suất cao (thế năng cao) vào tuabin ở điểm O với entanpy
là io sẽ thực hiện quá trình giãn nở để giảm nhiệt độ và áp suất (giảm thế năng). Phần thế
năng giảm đi này chuyển thành động năng của roto tuabin. Roto tuabin nhận được động
năng của dòng hơi truyền sang máy phát nối với nó làm quay máy phát, sinh ra dòng
điện. Quá trình giãn nở sẽ kết thúc ở cuối tuabin tại điểm trạng thái K' khi mà toàn bộ các
tầng cánh trong tuabin là không có ma sát và không bị tổn thất nhiệt ra môi trường. Khi
đó quá trình giãn nở được gọi là quá trình giãn nở lý tưởng, trên đồ thị i - s quá trình này
là quá trình đẳng entropy (đường thẳng đứng). Trong thực tế, do có tổn thất năng lượng
trong tuabin nên quá trình giãn nở kết thúc ở cuối tuabin tại điểm K có entropy lớn hơn
của điểm K'. Hơi thoát khỏi tuabin được dẫn vào bình ngưng để nhả nhiệt ra môi trường
(thường thông qua nước hoặc không khí làm mát) và ngưng tụ lại thành nước ngưng ở
SV Thực hiện: Nguyễn Mạnh Cường

Trang 5


Đồ án Kỹ Thuật Năng Lượng: Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe
điểm 1. Nước ngưng được bơm ngưng (kể cả bơm cấp) bơm vào lò hơi ở điểm 2. Trong
lò hơi, nước lại tiếp tục nhận nhiệt để bốc hơi và quá nhiệt tới điểm O để khép kín chu
trình.
Với nhà máy này ta chọn :
Chọn một cấp khử khí
Chọn sơ đồ dồn hơi, nước đọng dồn cấp phối hợp với bơm:
Lượng hơi, nước đọng của BGNCA được dồn cấp từ trên xuống dưới rồi đưa vào
bình khử khí
Hơi chèn tuabin trung áp hạ áp được đua về BGNHA. Hơi, nước ra khỏi BGNHA1
và hơi cấp cho ejector được dẫn về bình ngưng.
Nước xả cặn lò hơi được đưa qua bình phân ly sau đó hơi được dẫn qua bình khử
khí, nước thì đi gia nhiệt nước bổ sung.
Lượng nước tổn hao được bù đắp bằng nước bổ sung. Nước đi qua bình gia nhiệt
nước bổ sung thì được qua bình khử khí phụ trước khi được đưa vào bình khử khí.
1, Sơ đồ nguyên lý.
Các kí hiệu dùng trong sơ đồ nguyên lý
BQN

:

Bộ quá nhiệt.

BQNTG

:

Bộ quá nhiệt trung gian.

CA; TA; HA

:

Phần thân tuabin cao áp; trung áp; hạ áp.

MF

:

Máy phát điện.

Bn

:

Bơm ngưng.

Bc

:

Bơm cấp.

GNHA

:

Các bình gia nhiệt hạ áp.

GNCA

:

Các bình gia nhiệt cao áp

BKK

:

Bình khử khí.

BGNNBS

:

Bình gia nhiệt nước bổ sung

SV Thực hiện: Nguyễn Mạnh Cường

Trang 6


Đồ án Kỹ Thuật Năng Lượng: Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe

2. Quá trình dãn nở của dòng hơi trong turbine qua đồ thị I-S.

SV Thực hiện: Nguyễn Mạnh Cường

Trang 7


Đồ án Kỹ Thuật Năng Lượng: Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe

SV Thực hiện: Nguyễn Mạnh Cường

Trang 8


Đồ án Kỹ Thuật Năng Lượng: Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe
II.

BẢNG THÔNG SỐ HƠI VÀ TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ NHIỆT NGUYÊN LÝ

1. BẢNG THÔNG SỐ HƠI.
Ta có: Po=166 bar; to=538 oC Tra đồ thị i-s ta được io=3397 kJ/kg
Tổn thất hơi qua các van vào tuabin ΔP= (0.03-0.05)Po
Chọn P’o= 0.95 Po= 0.95 x 166 = 157.7 bar
Chọn độ gia nhiệt không tới mức (θ) tại các bình gia nhiệt :
-

Tại các bình gia nhiệt cao áp là θ = 3

- Tại các bình gia nhiệt hạ áp là θ = 2
Khi đó tnc=tbh – θ

tnc: nhiệt độ nước cấp ra khỏi bình gia nhiệt

tbh: nhiệt độ nước đọng ở bình gia nhiệt

Sau cửa trích số 1 hơi dược đưa về bộ quá nhiệt trung gian. Tại điểm 1’ sau khi ra khỏi
bình quá nhiệt trung gian đi vào tuabin trung áp ta có thông số:
t1’=to=538 oC; p1’=38 bar  i1’=3534 kj/kg
Áp suất làm việc của các bình gia nhiệt ta chọn nhỏ hơn áp suất của cửa trích từ 3-6% ở
đây ta chọn 3% .
Bình khử khí chọn áp suất làm việc là 6 bar.
Chọn nhiệt độ nước làm mát bình ngưng là 260C
Nhiệt độ ngưng tụ được xác định: tk = t1 + ∆t + θ, 0C;
Trong đó :

tk : nhiệt độ ngưng tụ ở bình ngưng 0C
t1 : nhiệt độ nước làm mát 0C
∆t : độ gia nhiệt nước làm mát 0C
θ : độ gia nhiệt không tới hạn.

Độ gia nhiệt nước làm mát ∆t = 8 – 12 0C
Độ gia nhiệt không tới hạn ở bình ngưng θ = 3 – 5 0C
Chọn : ∆t = 8 0C; θ = 3 0C

⇒ tk = 26 + 8 + 3 = 37 0C; pk = 0,065 bar

Độ khô của hơi sau tầng cánh cuối của tuabin là x= 0,93  ik = 2401 kJ/kg

hiết bị

Thông số nước
SV Thực hiện: Nguyễn Mạnh Cường

Trang 9


Đồ án Kỹ Thuật Năng Lượng: Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe
Thông số hơi

Thông số tại bình gia nhiệt

ttr
o
[ C]

ptr
[bar]

itr
[kJ/
kg]

pBGN
[bar]

ivLH
[kJ/
kg]

irLH
[kJ/k
g]

irLĐ
[kJ/
kg]

trLĐ
[oC]

tbh
o
[ C]

ibh
[kJ/k
g]

tnc
[oC]

pnc
[bar]

-

ivLĐ
[kJ/
kg
-

Tuabin

538

166

3397

-

-

-

-

-

-

-

-

Tuabin

535

157,7

3399

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

GNCA6

340

41,8

3063

40,55

3063

2801

912,2

215

251

1091

248

199,6

3534

-

-

-

1091
-

QNTG

538

38

-

-

-

-

-

-

GNCA5

445

19,6

3347

19,01

3347

897,1

840

197

213

897,1

210

204

384

12

3226

3226

-

186,6

792,5

185,6

210

TBHA

384

12

3226

11,64
11,64

2798
-

BKK

3226

-

-

-

-

TBP

384

12

3226

11,64

GNHA4

267

4,7

2997

4,56

GNHA3

215

3

2896

2,91

GNHA2

110
x=
0,97

x=
0,93

0,88

2698

0.25
0.065

GNHA1
BN

-

-

-

3226

-

-

-

-

-

-

-

-

2997

2745

625,3

580

137

148

-

145

11,5

2896

2724

420

125

133

-

130

14,5

0,854

-

-

289

100

95,3

-

92,3

17,5

2546

0,243

-

-

180

43

64,4

-

61,4

20,5

2400

0,063

-

-

-

-

37

155

40

23,5

557
339,1
269,3
-

-

-

Pbgn= 0,97 Ptr
ivLH=iTR
irLH= (pbgn+x=1)
ivLD=(pbgn+x=0)
trLD=tnc GNCA5 +5= ( nhiệt độ bh của bgnca5 (tại p =19,01 x=1) + 5 )= 210+5=215
suy ra irLD tại t=215 p=40.55
tbh tại p=pBGN x=0
ibh = tbh+x=0
tnc=tbh- độ gia nhiệt thiếu
SV Thực hiện: Nguyễn Mạnh Cường

Trang 10

Đồ án Kỹ Thuật Năng Lượng: Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe
Pnc=p0x1,1+pHN (2-4bar/bo) + p đường nước (2-4 bar)

SV Thực hiện: Nguyễn Mạnh Cường

Trang 11


Đồ án Kỹ Thuật Năng Lượng: Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe
2. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÁC BÌNH GIA NHIỆT
Tính toán cân bằng cho bình phân ly và bình gia nhiệt nước bổ sung.
Bình phân ly Áp suất làm việc của bình phân ly lấy là 7bar. Nước được xả từ lò hơi
qua một van giảm áp trở thành hỗn hợp hơi và nước đi vào bình phân ly. Hơi được
phân ly đưa lại bình khử khí, nước xả sẽ gia nhiệt cho nước bổ sung rồi xả bỏ.

1

Sơ đồ tính cân bằng cho bình phân ly:

Trong đó : αxa
i’BH
αboxa
i’xa
αh
ih
xh

: Lưu lượng tương đối của nước xả khỏi lò hơi

: Entanpi của nước sôi ở áp suất trong bao hơi
: Lưu lượng tương đối của nước xả khỏi bình phân ly
: Entanpi của nước sôi ở áp suất trong bình phân ly
: Lưu lượng tương đối của hơi ra khỏi bình phân ly
: Entanpi của hơi ra khỏi bình phân ly
: Độ khô của hơi ra khỏi bình phân ly; chọn xh = 0,98.

Phương trình cân bằng nhiệt của bình phân ly :
SV Thực hiện: Nguyễn Mạnh Cường

Trang 12


Đồ án Kỹ Thuật Năng Lượng: Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe
'
α xa .i 'BH = α h .i h + α bo
xa .i xa

Với ih =i’(pBPL) + xh.( i’’(pBPL) - i’(pBPL) )
Phương trình cân bằng vật chất của bình phân ly :
α xa = α h + α bo
xa
Giải hai phương trình trên ta có :
α xa .(i'BH - i'xa )
αh =
α bo
i h - i 'xa
xa = α xa − α h
và
Áp suất bao hơi là pBH = 1,1p0 = 182,6bar. Tra bảng nước và hơi bão hòa ta có:

i’BH = 1743,4 kJ/kg
Tra bảng nước và hơi nước bão hòa theo pBPL = 7bar ta có:
i’xa = i’BPL = 697,2 kJ/kg
i’’BPL = 2764 kJ/kg
 ih = 697 + 0,98.( 2764 – 697,2) = 2722,46 kJ/kg
Lượng hơi xả lỏ αxa = 0,013.
αh =

Từ đó suy ra lượng hơi phân ly là:
Lượng nước xả đi là
2

0,013.(1743,3 - 697,2)
= 0, 0067
2722,66 - 697,2

bo
α xa
= α xa − α h = 0, 013 − 0, 0067 = 0, 0063

Sơ đồ tính cân bằng bình gia nhiệt nước bổ sung:
Nước bổ sung sau khi được xử lý hóa học được đưa vào gia nhiệt sơ bộ trong
bình gia nhiệt nước bổ sung (BGNNBS) để tận dụng nhiệt thải của nước xả lò.
Nhiệt độ nước bổ sung ở đầu vào BGNNBS chọn là tnbs = 30oC
inbtr s = C p .tnbs = 4,18.30 = 125, 4( kJ / kg )
=>Entanpi của nước bổ sung:
Hiệu suất trao đổi nhiệt của bình chọn ηBGNBS = 0,96.
Nhiệt độ nước bổ sung ra khỏi BGNNBS chọn thấp hơn nhiệt độ nước xả bỏ ra
khỏi BGNNBS một giá trị là θ = (10 ÷ 15 )oC ,chọn θ = 13oC.
Lượng hơi rò rỉ: αrr = 0,0011

Lượg hơi chèn : αch = 0,009
Lượng nước bổ sung

bo
α bs = α rr + α xa
+ 0,1(α ch + α ej ) = 0, 011 + 0, 0063 + 0,1x(0,009+0,011)=0,0193

SV Thực hiện: Nguyễn Mạnh Cường

Trang 13


Đồ án Kỹ Thuật Năng Lượng: Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe

i'xa ,αxa
bo

ibss ,αbs

ibstr ,αbs

iboxa ,αboxa

Trong đó: αboxa= 0,0063 : Lưu lượng tương đối của nước xả khỏi bình phân ly
i’xa = 697,2 kJ/kg : Entanpi của nước sôi ở áp suất trong bình phân ly
isbs : Entanpi của nước bổ sung ra khỏi BGNBS
iboxa : Entanpi của nước xả bỏ ra khỏi BGNBS.
Phương trình cân bằng nhiệt cho BGNNBS là:
'
bo

s
tr
α bo
xa .(i xa - i xa ).η BGNBS = α bs .(i bs - i bs )
(1)
Phương trình liên hệ giữa nhiệt độ ra của hai dòng nước là :
s
bo
c p .θ = 4,18.θ = c p.(t sbs -t bo
xa ) =i bs - i xa

(2)

Giải hệ phương trình (1) và (2) ta có:
isbs =

'
tr
α bo
xa .(i xa + 4,18.θ).η BGNBS + α bs .i bs
α bs + α bo
xa .η BGNBS

i sbs =

0,0063.(697,2 + 4,18.13).0,96 + 0,0193.125,4
= 277,74 kJ/kg
0,0193 + 0,0063.0,96

Cân bằng nhiệt cho bình gia nhiệt cao áp

Vì các bình gia nhiệt khá phức tạp, bao gồm cả phần lạnh hơi và phần lạnh
đọng nên ta phải lập và giải các phương trình cân bằng nhiệt cho từng phần riêng
biệt. Trong các thiết kế trước đây bình gia nhiệt thường có độ gia nhiệt không tới
mức khoảng 25oC. Hiện nay, với công nghệ của các nước tư bản phát triển đã cho
phép độ gia nhiệt thiếu về giá trị nhỏ hơn. Để chi tiết hơn độ gia nhiệt thiếu được
chia thành 2 giá trị để có thể tối ưu trong thiết kế và vận hành đó là:
3

-

TD (TTD - Terminal temperature difference): Độ chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ
đầu ra phần lạnh hơi, được định nghĩa bằng hiệu số nhiệt độ hơi bão hòa ra khỏi
phần lạnh hơi so với nhiệt độ nước cấp đầu ra bình gia nhiệt. TTD càng giảm thì

SV Thực hiện: Nguyễn Mạnh Cường

Trang 14


Đồ án Kỹ Thuật Năng Lượng: Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe

-

hiệu quả trao đổi nhiệt càng cao. Đối với các BGN cao áp TTD có giá trị 0oC. Đối
với BGN hạ áp TTD vào khoảng 3oC.
DC (DCA - Drain cooler approach): Là độ chênh nhiệt độ giữa nhiệt độ nước
ngưng ra khỏi phần lạnh đọng so với nhiệt độ nước cấp vào bình gia nhiệt. Giá trị
tối ưu cho DCA vào khoảng 5oC.
Như vậy ta chọn:

-

Nhiệt độ hơi ra khỏi phần lạnh hơi: trLH = trnc + TD [oC]
(TD = 0 oC đối với BGNCA, TD = 3 oC với BGNHA)

-

Nhiệt độ nước ngưng ra khỏi phần GNC: trGNC = t’p(tr) [oC]

-

Nhiệt độ nước đọng ra khỏi lạnh đọng: trLĐ = tvnc + 6 [oC]
Ta xét trong trường hợp tổng quát cho cửa trích thứ k bất kì:

Sơ đồ xác định cân bằng bình gia nhiệt tổng quát
Trong đó:
-

Phương trình cân bằng cho phần lạnh hơi:
r
vLH
α k .(i kvLH − i rLH
k ).ηLH = α nc .(i nc − i nc )

-

Phương trình cân bằng cho phần gia nhiệt chính:
vLH
rLD
α k .(ikrLH − i kvLD ).ηGNC + Σα k −1.(idk −1 − i kvLD ).ηGNC = α nc .(i nc

− inc
)

-

Phương trình cân bằng nhiệt cho phần lạnh đọng:
rLD
v
(Σα k −1 + α k ).(i kvLD − i krLD ).ηLD = α nc .(i nc
− i nc
)

Nếu coi hiệu suất của các phần gia nhiệt là như nhau:
SV Thực hiện: Nguyễn Mạnh Cường

Trang 15


Đồ án Kỹ Thuật Năng Lượng: Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe
ηLH = ηGNC = ηLD = η

, giải hệ 3 phương trình trên ta được:

v
α nc .(i rnc − i nc
) − α k −1.(i dk −1 − i rLD
k ).η
αk =
rLD
(i k − i k ).η

i

vLH
nc

α k .(i kvLH − i krLH ).ηLH
=i −
α nc

i

rLD
nc

(Σα k −1 + α k ).(i kvLD − i krLD ).ηLD
=i +
α nc

r
nc

v
nc

Hệ phương trình trên là hệ nghiệm tổng quát xác định cân bằng bình gia
nhiệt, bây giờ ta sẽ tiến hành xác định cân bằng nhiệt cho từng bình gia nhiệt cụ thể.
2.3.1 Bình Gia Nhiệt Cao Áp (BGNCA)
Tính toán cân bằng cho các bình gia nhiệt với mục đích xác định lưu lượng hơi trích
tương đối tại các cửa trích của tuabin. Xét về mặt kỹ thuật, lượng hơi trích đi gia

nhiệt cho nước cấp càng lớn thì sẽ làm giảm đi lượng hơi thất thoát vào bình ngưng,
từ đó sẽ nâng cao hiệu suất của toàn nhà máy. Chọn sơ đồ hồi nhiệt sử dụng các
bình gia nhiệt kiểu bề mặt (các bình gia nhiệt cao áp và hạ áp), có dồn cấp nước
đọng, nước đọng từ bình gia nhiệt có áp suất cao tự động chảy về bình gia nhiệt có
áp suất thấp hơn và sử dụng thêm bơm nước đọng ở một vài bình gia nhiệt hạ áp.
Độ kinh tế của việc hồi nhiệt khi sử dụng hơi quá nhiệt ở các cửa trích của tuabin có
thể được nâng cao nhờ việc làm lạnh hơi trích bằng nước cấp, sở dĩ như vậy là vì
khi làm lạnh hơi trích thì sự trao đổi nhiệt năng không thuận nghịch trong các bình
gia nhiệt giảm đi, lượng hơi trích phải tăng lên làm giảm lượng hơi đi vào bình
ngưng, do vậy hiệu suất của tuabin nói riêng và của nhà máy nói chung tăng lên.
Ngoài ra việc làm lạnh nước đọng sẽ làm giảm sự thay thế hơi trích của bình gia
nhiệt tiếp nhận lượng nước đọng đó và như vậy giảm tổn thất năng lượng. Do đó
các bình gia nhiệt cao áp đều chọn loại bình có cả ba phần: Làm lạnh hơi, gia nhiệt
chính và làm lạnh nước đọng. Việc tính toán cân bằng các bình gia nhiệt cao áp
được tiến hành lần lượt từ bình có áp suất cao đến bình gia nhiệt có áp suất thấp.

SV Thực hiện: Nguyễn Mạnh Cường

Trang 16


Đồ án Kỹ Thuật Năng Lượng: Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe
2.3.1.1 Cân bằng nhiệt cho BGNCA số 6

Sơ đồ xác định cân bằng BGNCA số 6
Chọn hiệu suất trao đổi nhiệt ở các phần lạnh hơi, gia nhiệt chính và phần
lạnh đọng của bình gia nhiệt cao áp là như nhau, lấy khoảng 0,98÷0,99. Hơi trích là
hơi quá nhiệt có thông số áp suất, nhiệt độ đã cho nên ta có thể xác định được
entanpy. Hơi trích được làm lạnh và đưa vào gia nhiệt cho nước cấp, sẽ ngưng tụ và
nước đọng được làm lạnh trước khi dồn về bình gia nhiệt có áp suất thấp hơn. Nhiệt

độ nước lạnh ra khỏi phần lạnh đọng lấy cao hơn nhiệt độ của nước cấp vào phần
này khoảng 5oC. Từ đó, ta tra được entanpy nước lạnh đọng ra khỏi phần lạnh đọng.
Lưu lượng nước cấp vào và ra BGNCA6 tính theo công thức:

α nc = 1+ α x + α ch + α rr + α ej

. Entanpy nước cấp vào BGNCA6 lấy bằng entanpy nước

cấp ra khỏi BGNCA5.
Phương trình cân bằng phần lạnh hơi cho BGNCA số 6 có dạng:
α1.(i1vLH - i1rLH).η = αnc.(incrCA6 - incvLH)
Phương trình cân bằng phần gia nhiệt chính cho BGNCA số 6 có dạng:
vLH
α1[(i1rLH - i1vLD ).η = α nc . ( i nc
- i rLD
nc )

Phương trình cân bằng phần lạnh đọng cho BGNCA số 6 có dạng:
α1.(i1vLĐ - i1rLĐ).η = αnc.(incrLĐ - incvCA6)
Kết quả tính toán cân bằng được thể hiện trong bảng sau:
SV Thực hiện: Nguyễn Mạnh Cường

Trang 17


Đồ án Kỹ Thuật Năng Lượng: Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe

Bảng tính cân bằng bình gia nhiệt cao áp số 6
ST
T

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

11
12
13
14
15

Tên đại lượng
Entanpy hơi trích vào phần
lạnh hơi
Entanpy hơi trích ra khỏi
phần lạnh hơi
Entanpy nước đọng vào phần
lạnh đọng
Nhiệt độ nước đọng ra khỏi
phần lạnh đọng BGNCA 6
Entanpy nước đọng ra khỏi
phần lạnh đọng
Entanpy nước cấp vào
BGNCA6

Entanpy nước cấp ra khỏi
BGNCA 6
Lượng nước cấp vào và ra
BGNCA 6
Hiệu suất BGNCA6

Đơn
vị
kJ/k
g
kJ/k
g
kJ/k
g
o

C

kJ/k
g
kJ/k
g
kJ/k
g

SV Thực hiện: Nguyễn Mạnh Cường

Giá
trị

i1vLH

3063

i1rLH

2801

i1vLĐ

1091

t1rLĐ

215

i1rLĐ

912,2

incvCA6

904,8

incrCA6

1077

αnc= 1+αrr+αch+αej+ αxả

1,044

ηCA6

0.985

α1.(i1vLH - i1rLH).η =
αnc.(incrCA6 - incvLH)

Phương trình cân bằng nhiệt
phần lạnh hơi
Phương trình cân bằng nhiệt
phần gia nhiệt chính
Phương trình cân bằng nhiệt
phần lạnh đọng
Lưu lượng hơi trích tương
đối vào BGNCA 6
Entanpy nước cấp vào phần
lạnh hơi BGNCA
Entanpy nước cấp ra khỏi
phần lạnh đọng BGNCA6

Công thức (ký hiệu)

kJ/k
g
kJ/k
g

Trang 18

α1.(i1rLH - i1vLĐ).η =
αnc.(incvLH - incrLĐ)
α1.(i1vLĐ - i1rLĐ).η = αnc.(incrLĐ incvCA6)
α1 = [αnc.(incrCA6 - incvCA6)]/
[(i1vLH - i1rLĐ).η]
incvLH = incrCA6
- [α1.(i1vLH - i1rLH).η]/αnc
incrLĐ = incvCA6
+ [α1.(i1vLĐ - i1rLĐ).η]/αnc

0,083
6
1056
919


Đồ án Kỹ Thuật Năng Lượng: Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe
2.3.3.2 Xác định độ gia nhiệt của bơm cấp cho nước cấp
Nước cấp ra khỏi bơm cấp bị tăng một chút về entanpi do đặc tính của quá trình nén
có làm tăng nhiệt độ. Do đó ta phải tính đến độ gia nhiệt của bơm cấp để xác định
entanpi nước cấp ra khỏi bơm cấp vào BGNCA đầu tiên

Sơ đồ tính độ gia nhiệt bơm cấp

Sơ đồ tính độ gia nhiệt bơm cấp
Cột áp đầu hút của bơm cấp được tính theo công thức:
p h = p KK + ρ.g.H h - Δp tlh

[N/m2]

Cột áp đầu đẩy của bơm cấp được tính theo công thức:

pd = p BH + Δptld +∑ ΔpGNCA +∑ pHN + ρ.g.Hd

[N/m2]

Độ chênh áp của bơm cấp được tính theo cột áp đầu đẩu và đầu hút:

Δp BC = p d - p h = ( p BH - p KK ) + ∑ Δp tl + ρg ( H d - H h )
Trong đó:

∑ Δp = ∑ Δp
tl

ong

[N/m2]

+∑ ΔpGNCA +∑ Δp HN

Độ gia nhiệt của bơm cấp được xác định theo công thức:

τ BC =

Δp BC .v tb
ηB

[kJ/kg]

SV Thực hiện: Nguyễn Mạnh Cường

Trang 19


Đồ án Kỹ Thuật Năng Lượng: Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe

Trong đó:

Δp BC
v tb

- Tổng chiều cao chênh cột áp của bơm cấp [kN/m2]
- Thể tích riêng trung bình của nước ở đầu vào và đầu ra bơm cấp

[m3/kg]
ηBC

ηBC = 0,7 ÷ 0,85

- Hiệu suất của bơm cấp, thường chọn

Bảng tính độ gia nhiệt bơm cấp

1
2

Áp suất hơi mới
Áp suất BKK

Đơn
vị
bar
bar

3

Trở lực ống đầu hút

bar

4

Trở lực ống đầu đẩy

bar

STT

5
6
7
8
9
12
13

14

Tên đại lượng

Trở lực các bình gia
nhiệt cao áp
Trở lực các bộ hâm
nước
Chiều cao đầu đẩy
Chiều cao đầu hút
Thể tích riêng của
nước
Khối lượng riêng của
nước
Cột áp đầu hút của
bơm cấp

Công thức (ký hiệu)
PBH
PBKK
Δ
Ptlh
Δ
Ptlđ

Δ

bar
bar

17

4

4
4

Δ

4

PHN

m

Hđ

60

m

Hh

25

m3/kg

v

0,00105

kg/m3

ρ = 1/v

Cột áp đầu đẩy của
bơm cấp
Độ chênh cột áp bơm
cấp
Hiệu suất bơm cấp

166
6

PBGNCA

Ph = PBKK +

Pa

∑

Δ

Δ

h

PBGNCA +

∑

KN/m2

SV Thực hiện: Nguyễn Mạnh Cường

Δ

∑

Δ

PHN +

433571

18360571

.g.Hđ

P = P đ – Ph
ηBC

Trang 20

952

Δ
.g.Hh - Ptlh
Δ
Pđ = PBH + Ptlđ +

Pa

đ

15

Giá trị

17927
0,85


Đồ án Kỹ Thuật Năng Lượng: Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe
18
19

Độ gia nhiệt của bơm
cấp
Entanpy của nước cấp
ra khỏi bơm cấp

kJ/kg

τ = ΔP.vtb/ηBC

22,145

kJ/kg

incrBC = τ + ibhvBKK

814,145

2.3.3.3 Cân bằng bình gia nhiệt cao áp số 5

Sơ đồ xác định cân bằng BGNCA số 5
Phương trình cân bằng phần lạnh hơi cho BGNCA số 5 có dạng:
α2.(i2vLH - i2rLH).η = αnc.(incrCA5 - incvLH)
Phương trình cân bằng phần gia nhiệt chính cho BGNCA số 5 có dạng:
α2.(i2rLH - i2vLĐ).η = αnc.(incvLH - incrLĐ)
Phương trình cân bằng phần lạnh đọng cho BGNCA số 5 có dạng:
[α1.(i1rLĐ - i2rLĐ)+α2.(i2vLĐ - i2rLĐ)].η = αnc.(incrLĐ - incvCA5)
Kết quả tính toán cân bằng được thể hiện trong bảng sau:
SV Thực hiện: Nguyễn Mạnh Cường

Trang 21


Đồ án Kỹ Thuật Năng Lượng: Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe

Bảng tính cân bằng bình gia nhiệt cao áp số 5
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

11

12
13
14
15

Tên đại lượng
Entanpy hơi trích vào
phần lạnh hơi
Entanpy hơi trích ra khỏi
phần lạnh hơi
Entanpy nước đọng vào
phần lạnh đọng
Nhiệt độ nước đọng ra
khỏi phần lạnh đọng
BGNCA 5
Entanpy nước đọng ra
khỏi phần lạnh đọng
Entanpy nước cấp vào
BGNCA 5
Entanpy nước cấp ra khỏi
BGNCA 5
Lượng nước cấp vào và ra
BGNCA 5
Hiệu suất BGNCA 5
Phương trình cân bằng
nhiệt phần lạnh hơi

Đơn

vị

Công thức (ký hiệu)

kJ/kg

i2vLH

3347

kJ/kg

i2rLH

2798

kJ/kg

i2vLĐ

897,1

C

t2rLĐ

197,2

kJ/kg

i2rLĐ

840

kJ/kg

incrBC =incvCA5

814,5

kJ/kg

incrCA5

904,8

αnc= 1+αrr+αch+αej+ αxả

1,044

ηCA5
α2.(i2vLH - i2rLH).η = αnc.(incrCA5 incvLH)
α2.(i2rLH - i2vLĐ).η =
αnc.(incvLH - incrLĐ)

0.985

o

Phương trình cân bằng

nhiệt phần gia nhiệt chính

[α1.(i1rLĐ - i2rLĐ)+
α2.(i2vLĐ - i2rLĐ)].η =
αnc.(incrLĐ

Phương trình cân bằng
nhiệt phần lạnh đọng
Lưu lượng hơi trích tương
đối vào BGNCA 5
Entanpy nước cấp vào
phần lạnh hơi BGNCA 5
Entanpy nước cấp ra khỏi
phần lạnh đọng BGNCA 5

SV Thực hiện: Nguyễn Mạnh Cường

Giá trị

α2 = [(αnc.(incrCA5 - incvCA5)/η α1.(i1rLĐ - i2rLĐ)]/.(i2vLH - i2rLĐ)]

0,0359

kJ/kg

incvLH

887

kJ/kg

incrLĐ

822

Trang 22


Đồ án Kỹ Thuật Năng Lượng: Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe
2.4.Bình khử khí và Turbine phụ
2.4.1 Bình khử khí
Không khí hòa tan trong nước có chứa một lượng khí không ngưng như O 2,
CO2… dẫn đến gây ăn mòn thiết bị và hệ thống đường ống dẫn trong nhà máy nhiệt
điện. Để bảo vệ chúng khỏi sự ăn mòn này, ta áp dụng biện pháp tách khí ra khỏi
nước trước khi cung cấp cho lò hơi. Cấp khử khí này khử khí cho đường nước
ngưng chính. Bình khử khí cũng là bình gia nhiệt kiểu hỗn hợp.

Sơ đồ xác định cân bằng BKK
Hơi trích vào bình khử khí là hơi quá nhiệt, qua van giảm áp được đưa vào
bình khử khí. Entanpy hơi lấy bằng entanpy hơi trích. Hơi từ bình phân ly cũng
được đưa vào bình khử khí và các thông số lưu lượng, entanpy lấy ở phần tính toán
trên.

SV Thực hiện: Nguyễn Mạnh Cường

Trang 23


Đồ án Kỹ Thuật Năng Lượng: Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe

Bảng tính cân bằng nhiệt BKK
ST
T
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

Tên đại lượng
Lưu lượng nước đọng
dồn từ BGNCA5 về
Entanpi nước đọng
dồn từ BGNCA5 về
Entanpi hơi trích cho
BKK
Lưu lượng hơi từ
BPL vào BKK
Entanpy hơi từ BPL
vào BKK
Lưu lượng nước bổ

xung vào BKK
Entanpy nước bổ
xung vào BKK
Lưu lượng nước cấp
ra khỏi BKK
Entanpi nước cấp ra
khỏi BKK
Lưu lượng nước
ngưng đi vào BKK
Eltanpy nước ngưng
đi vào BKK

Đơn
vị

Công thức (ký hiệu)

Giá trị

αdCA5 = α1 + α2

0,1195

idCA5

840

i3ct

3226

αBPL

0,0067

i"BPL

2722,46

αbs

0,0193

i'bs

277,7402

αnc

1,044

irBKK

802,4

kJ/k
g
kJ/k
g
kJ/k

g
kJ/k
g
kJ/k
g

αnn
kJ/k
g

ivBKK = inn

αBPL.i"BPL + αbs.i"bs +
Pt1
αdCA5.idCA5 + αBKK.i3ct +
αnn.ivBKK = αnc.irBKK
Phương trình cân vật
αnn + αBPL + αdCA5 + αBKK +
Pt2
chất BKK
αbs = αnc
Từ hệ 2 pt trên ta giải ra được
αnn=[αnc.irBKK –(αBPL.i"BPL + αbs.i"bs + αdCA5.idCA5 )
-(αnc- αBPL + αdCA5 + αbs ).i3ct]/(ivBKK-i3ct)

611,1

Phương trình cân
bằng nhiệt BKK

SV Thực hiện: Nguyễn Mạnh Cường

Trang 24

αnn=0,8355
;
BKK
α =0,063


Đồ án Kỹ Thuật Năng Lượng: Thiết kế sơ bộ NMNĐ công suất 1200 MWe
2.4.2 Turbine phụ
i3ct

ikTBP

Sơ đồ xác định lượng hơi trích cho tuabin phụ
Phương trình cân bằng năng lượng cho tuabin phụ truyền động bơm cấp:

D3TBP .H TBP .ηTBP
co =
α
=>

TBP
3

D nc .h B
ηB

D3TBP Dnc
hB
α nc .h B
=
=
.
=
TBP
Do
Do H TBP .ηB .ηco
H TBP .ηB .ηTBP
co

Bảng 2.6 Bảng tính tuabin phụ truyền động bơm cấp
ST
T
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Tên đại lượng
Entanpi hơi trích cho
tuabin phụ

Entanpi hơi thoát khỏi
tuabin phụ
Nhiệt giáng thực của dòng
hơi trong tuabin phụ
Thể tích riêng trung bình
của nước cấp trước và sau
bơm
Áp suất đầu đẩy bơm cấp
Áp suất đầu hút bơm cấp
Công nén đoạn nhiệt trong
bơm
Hiệu suất truyền động của
tuabin
Hiệu suất bơm cấp có tính
đến tổn thất cơ
Lưu lượng nước cấp

SV Thực hiện: Nguyễn Mạnh Cường

Đơn vị

Công thức (ký hiệu)

kJ/kg

i3ct

3226

kJ/kg

ikTBP

2400

kJ/kg

HTBP = i3ct – ikTBP

826

kg/m3

vtb

0.00105

bar
bar

pđ
ph

183,6
4,33

kJ/kg

Trang 25

hb=τBC. ηBC

Giá trị

18.82

ηcơ

0.985

ηb

0.85

αnc

1,044