Tua bin nhiệt điện dùng cấp điện

PGS. TSKH. PHAN QUANG XÆNG

GIAO
Ï TRÇNH

Û
Û ÂIÃN
Ú BIN NHIÃT
TUÄC
PHÁN
Ö 1
QUÏA TRÇNH NHIÃÛT

ÂAÌ NÀÔNG - 2002


-8-

CHỈÅNG 1

LËCH SỈÍ PHẠT TRIÃØN CA TÚC BIN
Khi nọi vãư túc bin chụng ta thỉåìng gàûp 3 loải túc bin: túc bin håi, túc bin
khê v túc bin nỉåïc. Ngy nay túc bin l bäü pháûn ráút quan trng trong cạc nh mạy
nhiãût âiãûn (túc bin håi, túc bin khê) v trong nh mạy thy âiãûn (túc bin nỉåïc).
Giạo trçnh ny ch úu trçnh by vãư túc bin håi v túc bin khê.
1.1- Túc bin håi:
Túc bin håi ra âåìi cạch âáy hån 100 nàm.
Trong thãú k 19 mạy håi nỉåïc pit täng l mạy nhiãût ch úu. Nàm 1883 láưn âáưu tiãn
túc bin håi âỉåüc âỉa vo thỉí nghiãûm v â nhanh chọng phạt triãøn hån hàón mạy håi
nỉåïc nhåì nhỉỵng ỉu âiãøm sau âáy:
- Cäng sút låïn hån nhiãưu do ta sỉí dủng âỉåüc mäüt lỉåüng håi låïn

- Håi cọ thãø gin nåí tỉì ạp sút cao xúng ạp sút ráút tháúp vç váûy náng cao
âỉåüc hiãûu sút.
- Cọ thãø thu häưi lải nỉåïc ngỉng trong mäüt chu trçnh nỉåïc - håi khê nẹn, tàng
cháút lỉåüng nỉåïc cáúp våïi cạc thäng säú cao.
- Chảûy ãm hån mạy håi nỉåïc, thûn tiãûn trong váûn hnh

Hçnh 1.1: Så âäư màût càõt
Túc bin xung lỉûc mäüt táưng
1- Trủc túc bin
2- Âéa
3- Cạch âäüng
4- Dy äúng phun
5- Thán Túc bin
6- ÄÚng thoạt


-9-

Hỗnh 1.2: Mọ hỗnh tuọỳc bin hồi hióỷn õaỷi - haợng Siemens
Nm 1883 Gustav de Laval (Thuỷy õióứn) õaợ chóỳ taỷo ra tuọỳc bin õỏửu tión. ỏy laỡ
tuọỳc bin xung lổỷc mọỹt tỏửng, cọng suỏỳt 3,7 kW, sọỳ voỡng quay rỏỳt lồùn, lón õóỳn 32.000
voỡng/phuùt, õổồỹc nọỳi qua họỹp giaớm tọỳc vồùi maùy phaùt õióỷn - hồi õi qua ọỳng phun daỡy
(ọỳng phun Laval), tng tọỳc, coù õọỹng nng lồùn sau õoù õi vaỡo caùnh quaỷt õọỹng õổồỹc gừn
trón õốnh tuọỳc bin. Taỷi õỏy õọỹng nng bióỳn thaỡnh cồ nng laỡm quay truỷc tuọỳc bin
Nm 1884 Charles Parsons (Anh quọỳc) õaợ chóỳ taỷo ra tuọỳc bin phaớn lổỷc õỏửu
tión. Tuọỳc bin coù cọng suỏỳt 5 kW, sọỳ voỡng quay 18.000 voỡng/phuùt, õổồỹc nọỳi trổỷc tióỳp
vồùi maùy phaùt õióỷn mọỹt chióửu, aùp suỏỳt hồi mồùi 0,7 MPa. ỏy laỡ mọỹt tuọỳc bin nhióửu
tỏửng (mọựi tỏửỡng gọửm mọỹt daợy ọỳng phun vaỡ daợy caùnh õọỹng lióửn nhau) õổồỹc gừn trổỷc
tióỳp lón truỷc hỗnh tang trọỳng
Hồi õổồỹc giaợn nồớ lión tuỷc trong caùc tỏửng, õọỹng nng ra khoới tỏửng trổồùc õổồỹc sổớ

duỷng mọỹt phỏửn ồớ tỏửng sau. Do õoù laỡm giaớm õổồỹc tọứn thỏỳt tọỳc õọỹ ra, nỏng cao õổồỹc
hióỷu suỏỳt cuớa tuọỳc bin. Trong tuọỳc bin loaỷi naỡy, hồi khọng nhổợng giaợn nồớ trong ọỳng
phun maỡ coỡn caớ trong caùnh quaỷt õọỹng.
Nm 1896 Charles Curtis (Myợ) õổa vaỡo vỏỷn haỡnh tuọỳc bin coù tỏửng tọỳc õọỹ.
Trong tỏửng tọỳc õọỹ naỡy caùc caùnh quaỷt õổồỹc gừn lón cuỡng mọỹt õốnh coù nhióửu daợy kóử
nhau. Nhồỡ õoù giaớm õổồỹc sọỳ voỡng quay vaỡ õồn giaớn trong truyóửn õọỹng.


- 10 -

Hỗnh 1.3: Tuọỳc bin phaớn
lổỷc nhióửu tỏửng
1- Thỏn tuọỳc bin
2-3 - Caùnh õọỹng
4-5 - Caùnh tộnh
6 - Thỏn ngoaỡi
7 - Hồi vaỡo
8 - Thỏn tuọỳc bin
9 - ổồỡng hồi mồùi
10 - Cổớa thoaùt

Nm 1900 ra õồỡi tuọỳc bin xung lổỷc nhióửu tỏửng õỏửu tión cuớa kyợ sổ ngổồỡi Phaùp
Rateau vồùi cọng suỏỳt 735 kW.
1903 nhaỡ baùc hoỹc ngổồỡi Thuỷy syợ Aurel Stodola lỏửn õỏửu tión trỗnh baỡy vóử lyù
thuyóỳt tuọỳc bin hồi.
1904 Tuọỳc bin xung lổỷc nhióửu tỏửng vaỡ ọỳng phun coù mióửn cừt vaùt cuớa Heinrich
Zoelly ( Thuỷy sộ ), cọng suỏỳt 1100 kW.
1907 Haợng BBC ( Thuỷy syợ ) chóỳ taỷo tuọỳc bin hồi cọng suỏỳt 5000 kW õỏửu tión
vồùi sọỳ voỡng quay laỡ 1000 voỡng/phuùt, coù tỏửng tọỳc õọỹ vaỡ tỏửng phaớn lổỷc.
1912 Tuọỳc bin hổồùng truỷc õỏửu tión cuớa hai anh em Ljungs Trons ngổồỡi Thuỷy

õióứn. Loaỷi tuọỳc bin hổồùng truỷc naỡy vóử sau ờt õổồỹc phọứ bióỳn do haỷn chóỳ vóử cọng suỏỳt.

Hỗnh 1.4: Sồ õọử Tuọỳc bin
hổồùng truỷc
1,2 - ộa Tuọỳc bin
3 - ng dỏựn hồi mồùi
4,5 - Truỷc Tuọỳc bin
6,7 - Caùch quaỷt tỏửn trung gian
8 - Thỏn Tuọỳc bin


- 11 -

1925 Haợng AEG ( ổùc ) vaỡ BBC ( Thuỷy õióứn ) nỏng thọng sọỳ cuớa hồi lón õóỳn
P = 3,5 ữ 5,5 MPa, nhióỷt õọỹ t = 450oC
1930 Tuọỳc bin cao aùp õỏửu tión cuớa thóỳ giồùi ra õồỡi do haợng BBC chóỳ taỷo vồùi aùp
suỏỳt P = 19,5 Mpa , t = 500oC , õỏy laỡ tuọỳc bin thổớ nghióỷm nón cọng suỏỳt chố mồùi õaỷt
4 MW.
1930 Tuọỳc bin 2 truỷc vồùi cọng suỏỳt 160 MW BBC vaỡ 210 MW (GE,
Westinghouse)
1931 Tuọỳc bin mọỹt truỷc vồùi cọng suỏỳt 160 MW (GE)
1954 Nhaỡ maùy õióỷn nguyón tổớ õỏửu tión ra õồỡi ồớ Dbnisk (Lión xọ cuợ) vồùi tuọỳc
bin hồi ỏứm.
1956 Tuọỳc bin sióu tọỳc vồùi thọng sọỳ hồi P = 24 MPa, t = 560oC cuớa haợng
Siemens (ổùc) vaỡ GE (Myợ)
1960 Caùc tuọỳc bin cọng suỏỳt 500MW õỏửu tión ra õồỡi. ( Myợ, Anh, Thuỷy sộ ).
1970 Tọứ hồỹp Tuọỳc bin maùy phaùt 1000 MW õỏửu tión vaỡ 1300 MW - Tuọỳc bin
hai truỷc cuớa haỡng BBC ra õồỡi.
Song song vồùi vióỷc tng cọng suỏỳt caùc tọứ maùy, thọng sọỳ hồi vaỡ hióỷu suỏỳt cuớa
caùc tuọỳc bin naỡy ngaỡy mọỹt tng. Trón hỗnh 1.4 bióứu thở quaù trỗnh phaùt trióứn cuớa thọng

sọỳ hồi, hióỷu suỏỳt vaỡ cọng suỏỳt cuớa tọứ hồỹp tuọỳc bin maùy phaùt tổỡ gỏửn mọỹt thóỳ kyớ nay.
P(MW)

o

TE( C)
P

1000 0,5



800
700

PE(MW)

1200 0,6

600 40

800 0,4
TE

500 30

600 0,3
PE
400 0,2

400 20

200 0,1

300 10
200 0

0
1900

1925

1950

1975

2000

Hỗnh 1.5: Quaù trỗnh phaùt trióứn thọng sọỳ hồi, hióỷu suỏỳt vaỡ
Cọng suỏỳt tuọỳc bin hồi
N


- 203 -

1- Âäư thë cạc chãú âäü ca túc bin âäúi ạp
Âäư thë chãú âäü ca túc bin âäúi ạp phn ạnh sỉû phủ thüc lỉu lỉåüng håi måïi
Go vo cäng sút âiãûn PE v âäúi ạp pn ;
(8-8)
Gn = f(PE, pn)

Nọ cọ thãø âỉåüc biãøu thë trãn màût phàóng tỉång ỉïng våïi cạc säú liãûu thỉûc
nghiãûm hay tênh toạn â cọ. Trong ba thäng säú ca phỉång trçnh (8-8), ạp sút
cúi pn, l êt cọ nh hỉåíng nháút, cho nãn âäư thë cạc chãú âäü ca túc bin âäúi ạp
âỉåüc thãø hiãûn dỉåïi dảng mảng âỉåìng cong Go = (PE), khi Pn = const
2- Âäư thë cạc chãú âäü ca túc bin cọ mäüt cỉía trêch håi âiãưu chènh
Trong trỉåìng håüp chung âäư thë cạc chãú âäü biãøu thë sỉû phủ thüc cäng sút
âiãûn PE vo lỉu lỉåüng håi âi qua túc bin Go v qua cỉía trêch Gn, cng nhỉ vo ạp
sút håi trong cỉía trêch pn.
(8-9)
Gn = f(PE, Gn , pn)
Tỉì phỉång trçnh ny cọ thãø loải trỉì ạp sút ca håi trêch pn, thay thãú nh
hỉåíng ca nọ bàòng hãû säú âiãưu chènh (sai säú tỉång âäúi bẹ). Vç váûy sỉû phủ thüc
(8-9) cọ thãø âỉåüc thãø hiãûn trãn màût phàóng dỉọi dảng mäüt loảt cạc âỉåìng cong Go
= f (PE) khi Gn = const.
Ta s kho sạt vê dủ vãư cạch dỉûng âäư thë cạc chãú âäü ca túc bin cọ trêch
håi bàòng phỉång phạp gáưn âụng cho ràòng quan hãû phủ thüc ca lỉu lỉåüng håi Go
vo cäng sút PE v Gn â âỉåüc tuún tênh họa :
Go = Gk.o + ynGn = Gk.x rk PE + ynGn
(8-10)
= Gk.x + dnom (1-x) PE + ynGn ;
Trong âọ :
Gk.o= Gk.x rk PE - Lỉu lỉåüng håi vo túc bin khi lm viãûc våïi chãú âäü ngỉng
håi khäng cọ trêch håi ;
Gk.x - Lỉu lỉåüng håi khi chảy khäng ti khäng cọ trêch håi ;
rx = (Go - Gk.x)/ PE - Sút tàng lỉu lỉåüng håi åí chãú âäü ngỉng håi, kg/kWh
yo = (in - ik)/ (io - ik) - T säú ca nhiãût giạng sỉí dủng pháưn hả ạp trãn nhiãût
giạng sỉí dủng ton pháưn túc bin (hãû säú hủt cäng sút do håi trêch );
dâm = Gâm /Pâm - Sút tiãu hao håi khi cọ phủ ti âënh mỉïc v chãú âäü
ngỉng, kg/kWh
x =

G k .x
Hãû säú chảy khäng ti.
Go

3- Âäư thë cạc chãú âäü ca túc bin cọ hai cỉía trêch håi âiãưu chènh.


- 204 -

ọử thở phaớn aớnh sổỷ phuỷ thuọỹc giổợa cọng suỏỳt cuớa tuọỳc bin PE,lổu lổồỹng hồi
õi qua tuọỳc bin Go caùc lổu lổồỹng hồi trờch phờa trón (cọng nghióỷp) vaỡ phờa dổồùi
(cỏỳp nhióỷt thu họửi) Gn vaỡ GT ;
(8-11)
Go = f (PE, Gn, GT)
Anh hổồớng cuớa caùc thọng sọỳ coỡn laỷi cuớa phổồng trỗnh (8-7) õổồỹc tờnh caùc
hóỷ sọỳ hióỷu chốnh.
Khi dổỷng õọử thở caùc chóỳ õọỹ cuớa tuọỳc bin coù hai cổớa trờch õióửu chốnh ngổồỡi
ta quy ổồùc thay thóỳ bũng tuọỳc bin aớo coù cổớa trờch hồi phờa trón. Hồi trờch cỏỳp nhióỷt
thu họửi õổồỹc xem bũng khọng, coỡn hồi dỏựn vaỡo PHA cuớa tuọỳc bin seợ sinh thóm
cọng suỏỳt.
(8-12)
PT = GTHi MG = kGT
Trong õoù :
Hi - Nhióỷt giaùng sổớ duỷng cuớa PHA
k - Hóỷ sọỳ tyớ lóỷ
Nóỳu kóứ õóỳn (9-12) bióứu thổùc (9-11) coù thóứ õem vóử daỷng ;
(8-13)
PE = PEqui ổồùc - PT = f(Go,Gn) - GTHi MG
Trong õoù :

PEqui ổồùc = f(Go,Gn) - Cọng suỏỳt do tuọỳc bin quy ổồùc sinh ra khi hồi trờch cỏỳp
nhióỷt thu họửi bũng khọng.