Ứng dụng phần mềm để tính toán sơ đồ nhiệt và khảo sát các chỉ tiêu năng lượng của dự án nhà máy điện kết hợp khí hơi ô môn iv

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

---------o0o---------

NGƠ DUY TÁNH

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ĐỂ
TÍNH TỐN SƠ ĐỒ NHIỆT
VÀ KHẢO SÁT CÁC CHỈ TIÊU NĂNG LƯỢNG
CỦA DỰ ÁN NHÀ MÁY ĐIỆN
KẾT HỢP KHÍ-HƠI Ơ MƠN IV

Chun ngành: Cơng nghệ nhiệt

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2010


CƠNG TRÌNH ÐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ÐẠI HỌC BÁCH KHOA
ÐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN
Cán bộ chấm nhận xét 1 : ..................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2 : ..................................................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày. . . . . tháng . . . . năm . . . . .
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. ..............................................................
2. ..............................................................

3. ..............................................................
4. ..............................................................
5. ..............................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau
khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

Bộ mơn quản lý chuyên ngành


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP. HCM, ngày

tháng

năm 2010

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên sinh viên:

NGÔ DUY TÁNH

Ngày tháng năm sinh: 18 – 09 – 1984
Chuyên ngành: Công nghệ nhiệt

Phái: Nam
Nơi sinh: Bình Thuận
MSHV: 00608420

I- TÊN ĐỀ TÀI: Ứng dụng phần mềm để tính tốn sơ đồ nhiệt và khảo sát các chỉ
tiêu năng lượng của dự án nhà máy điện kết hợp khí – hơi Ơ Mơn IV.
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
− Nghiên cứu tổng quan về chu trình kết hợp khí - hơi
− Giới thiệu dự án nhà máy điện kết hợp khí – hơi Ơ Mơn IV.
− Nghiên cứu về phương pháp tính sơ đồ nhiệt nhà máy điện kết hợp khí - hơi
− Ứng dụng phần mềm để tính tốn sơ đồ nhiệt và các chỉ tiêu năng lượng của
nhà máy.
− Đánh giá kết quả tính toán bằng phần mềm với một vài số liệu vận hành thực
tế.
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

Ngày 25/01/2010

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

Ngày 06/12/2010

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH

TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin trân trọng gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả các thầy giáo, các cô
giáo Bộ môn Công nghệ nhiệt - Trường Đại Học Bách khoa. Trong những năm học
qua các thầy, các cô đã tận tình giảng dạy, trang bị những tri thức quý báu làm hành
trang để bước vào cuộc sống.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Văn Tuyên - Giảng
viên Trường Đại học Bách khoa. Thầy đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình
nghiên cứu khoa học.
Nhân đây, tác giả xin cảm ơn các cô chú, anh chị đang công tác tại Công ty Cổ
Phần Xây Dựng Điện 3– TP. HCM đã nhiệt tình giúp đỡ và cung cấp thơng tin giúp
tác giả hồn thành luận văn này.
Trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp, gia đình ln là chỗ dựa tinh
thần vững chắc, tác giả xin cảm ơn ba mẹ luôn động viên và tạo điều kiện tốt nhất
cho con học tập.
Và cuối cùng, xin được cảm ơn tất cả các bạn lớp cao học Công nghệ nhiệt
Trường K2008 đã động viên, giúp đỡ, đồng hành trong suốt hai năm học vừa qua và
trong quá trình thực hiện luận văn.
Trân trọng cảm ơn !


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Luận văn trình bày tổng quan về chu trình kết hợp khí – hơi và hiện trạng dự án nhà
máy điện kết hợp khí – hơi Ơ Mơn IV, đồng thời nghiên cứu phương pháp tính sơ
đồ nhiệt nhà máy điện kết hợp khí – hơi đa cấp áp suất. Bằng việc ứng dụng phần
mềm để tính toán sơ đồ nhiệt và các chỉ tiêu năng lượng của nhà máy, luận văn đã
khảo sát và đánh giá ảnh hưởng của chế độ vận hành (phụ tải điện) đến các chỉ số
năng lượng chủ yếu như hiệu suất nhà máy, hiệu suất tuabin khí, hiệu suất tuabin
hơi, suất tiêu hao nhiên liệu, lưu lượng hơi làm việc trong tuabin. Luận văn đã sử
dụng một vài chỉ số vận hành thực tế của các nhà máy tương tự ở Việt Nam để so

sánh, đánh giá tính khả thi của dự án Ơ Mơn IV cũng như tính chính xác và độ tin
cậy của phần mềm tính tốn.
Kết quả nghiên cứu của luận văn có thể làm cơ sở tham khảo cho những nhà máy
nhiệt điện kết hợp khí – hơi có cấu hình tương tự khác ở nước ta. Góp phần làm rõ
ảnh hưởng của chế độ vận hành tới hiệu quả năng lượng của nhà máy nhiệt điện nói
chung và nhà máy điện kết hợp khí - hơi nói riêng.


Luận văn thạc sĩ

i

Bộ môn Công nghệ nhiệt

MỤC LỤC NỘI DUNG LUẬN VĂN
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu chung.....................................................................................Trang 1
1.2 Mục đích nghiên cứu ........................................................................................ 4
1.3 Nội dung nghiên cứu......................................................................................... 4
1.4 Ý nghĩa khoa học của luận văn ....................................................................... 4

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CHU TRÌNH
KẾT HỢP KHÍ – HƠI
2.1 Nguyên lý cơ bản hoạt động của chu trình.................................................... 6
2.1.1 Chu trình Carnot ........................................................................................ 6
2.1.2 Chu trình thiết bị động lực hơi nước ......................................................... 7
2.1.3 Chu trình thiết bị tuabin khí....................................................................... 8
2.1.4 Chu trình kết hợp khí – hơi (Gas – Steam combined Cycle) .................... 8
2.2 Các sơ đồ nhà máy điện kết hợp khí – hơi .................................................. 10
2.2.1 Thiết bị hỗn hợp khí – hơi sử dụng lị hơi có buồng đốt cao áp.............. 10

2.2.2 Thiết bị hỗm hợp khí – hơi với việc xả khí ra khỏi tuabin khí vào buồng
đốt của lị hơi .................................................................................................... 12
2.2.3 Thiết bị hỗn hợp khí – hơi sử dụng bộ hâm nước cấp cho lị hơi bằng khí
thải của Tuabin Khí .......................................................................................... 13
2.2.4 Thiết bị hỗn hợp khí – hơi sử dụng nồi hơi tận dụng nhiệt lượng
khí thải .............................................................................................................. 14
2.2.5 Hiệu suất của chu trình nhà máy điện kết hợp khí – hơi đơn giản .......... 14
2.2.5.1 Phương trình tổng quát................................................................... 14
2.2.5.2 Ảnh hưởng của việc đốt hỗ trợ........................................................ 15
2.2.5.3 Hiệu suất của chu trình kết hợp khơng có đốt hỗ trợ trong lị hơi . 16
2.3 Chu trình kết hợp sử dụng lị hơi tận dụng nhiệt khơng có đốt hỗ trợ ..... 17
2.3.1 Hệ thống một cấp áp suất ........................................................................ 18
2.3.1.1 Hệ thống một cấp áp suất đơn giản .............................................. 18
2.3.1.2 Hệ thống một cấp áp suất có gia nhiệt nước cấp.......................... 21
HVTH: NGƠ DUY TÁNH

GVHD : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN


Luận văn thạc sĩ

ii

Bộ môn Công nghệ nhiệt

2.3.2 Hệ thống hai cấp áp suất.......................................................................... 26
2.3.3 Hệ thống ba cấp áp suất........................................................................... 29

CHƯƠNG 3: DỰ ÁN NHÀ MÁY ĐIỆN KẾT HỢP KHÍ – HƠI Ơ MƠN
IV

3.1 Dự án nhà máy điện Ơ Mơn IV .................................................................... 34
3.2 Cấu hình nhà máy.......................................................................................... 36
3.2.1 Những phương án về cấu hình nhà máy.................................................. 36
3.2.2 Phân tích cấu hình được lựa chọn............................................................ 38
3.3 Đặc tính kỹ thuật của các thiết bị theo cấu hình 2-2-1............................... 40
3.3.1 Tuabin khí................................................................................................ 40
3.3.2 Lị thu hồi nhiệt........................................................................................ 40
3.3.3 Tuabin hơi................................................................................................ 42
3.3.4 Các thiết bị chủ yếu ................................................................................. 43
3.3.4.1 Máy nén khí..................................................................................... 43
3.3.4.2 Bình ngưng...................................................................................... 44
3.3.4.3 Bơm nước cấp ................................................................................. 45
3.3.4.4 Bơm nước làm mát .......................................................................... 46
3.3.4.5 Bình khử khí .................................................................................... 47

CHƯƠNG 4: PHẦN MỀM TÍNH TỐN ỨNG DỤNG
4.1 Phương pháp tính sơ đồ nhiệt và các chỉ tiêu năng lượng ......................... 49
4.1.1 Phương pháp tính phần tuabin khí........................................................... 49
4.1.2 Phương pháp tính lị hơi tận dụng nhiệt .................................................. 51
4.1.3 Phương pháp tính cơng suất tuabin hơi nước .......................................... 52
4.1.4 Phương pháp tính cơng suất và hiệu suất của nhà máy ........................... 54
4.2 Đặc điểm phần mềm thermoflow.................................................................. 55
4.2.1 Tổng quát................................................................................................. 55
4.2.2 Các số liệu tính tốn của phần mềm........................................................ 57
4.2.2.1 Các giá trị đầu vào ......................................................................... 57
4.2.2.2 Các giá trị đầu ra............................................................................ 61
HVTH: NGÔ DUY TÁNH

GVHD : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

Luận văn thạc sĩ

iii

Bộ môn Công nghệ nhiệt

4.3 Các thông số lựa chọn trong q trình tính tốn ........................................ 62

CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ CÁC CHỈ TIÊU NĂNG LƯỢNG
5.1 Sơ đồ nhiệt nhà máy....................................................................................... 64
5.1.1 Sơ đồ cân bằng nhiệt tổng quát nhà máy................................................. 64
5.1.2 Sơ đồ cân bằng nhiệt chi tiết của nhà máy .............................................. 66
5.1.3 Sơ đồ giản nở nhiệt trong tuabin hơi ....................................................... 68
5.2 Các chỉ tiêu năng lượng ................................................................................. 70
5.2.1 Hiệu suất nhà máy ................................................................................... 70
5.2.2 Hiệu suất tuabin khí................................................................................. 70
5.2.3 Hiệu suất tuabin hơi................................................................................. 70
5.2.4 Lượng tiêu hao nhiên liệu........................................................................ 71
5.2.5 Suất tiêu hao nhiệt của nhà máy (nhiệt trị thấp)...................................... 71
5.2.6 Lưu lượng hơi thoát ra khỏi tuabin hơi ................................................... 71
5.3 Kết quả tính tốn............................................................................................ 72
5.3.1 Hiệu suất nhà máy ................................................................................... 73
5.3.2 Hiệu suất tuabin khí................................................................................. 74
5.3.3 Hiệu suất tuabin hơi................................................................................. 75
5.3.4 Lượng tiêu hao nhiên liệu của nhà máy .................................................. 76
5.3.5 Suất tiêu hao nhiệt của nhà máy (nhiệt trị thấp)...................................... 77
5.3.6 Lưu lượng hơi thoát ra khỏi tuabin hơi ................................................... 79
5.3.7 Nhận xét................................................................................................... 80
5.4 Đánh giá .......................................................................................................... 82

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ MỘT VÀI KIẾN NGHỊ ......................... 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 87

HVTH: NGÔ DUY TÁNH

GVHD : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN


Luận văn thạc sĩ

iv

Bộ môn Công nghệ nhiệt

CÁC PHỤ LỤC TÍNH TỐN
PHỤ LỤC I – NHÀ MÁY VẬN HÀNH Ở CHẾ ĐỘ TẢI 50%
PHỤ LỤC II – NHÀ MÁY VẬN HÀNH Ở CHẾ ĐỘ TẢI 60%
PHỤ LỤC III – NHÀ MÁY VẬN HÀNH Ở CHẾ ĐỘ TẢI 70%
PHỤ LỤC IV – NHÀ MÁY VẬN HÀNH Ở CHẾ ĐỘ TẢI 80%
PHỤ LỤC V – NHÀ MÁY VẬN HÀNH Ở CHẾ ĐỘ TẢI 90%
PHỤ LỤC VI – NHÀ MÁY VẬN HÀNH Ở CHẾ ĐỘ TẢI 100%

HVTH: NGÔ DUY TÁNH

GVHD : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN


v

Luận văn thạc sĩ

Bộ môn Công nghệ nhiệt

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 - Đặc tính kỹ thuật của các tuabin ứng với cấu hình 1-1-1, 2-2-1, 3-3-1 .....
........................................................................................................................Trang 37
Bảng 3.2 - Đặc tính kỹ thuật của tuabin ứng với cấu hình 2-2-1, 3-3-1 .................. 39
Bảng 3.3 – Các thơng số hơi của Tuabin cao áp, trung áp và hạ áp ........................ 42
Bảng 4.1 – Thành phần khí đốt của lơ B&52........................................................... 50
Bảng 5.1- Bảng trích lược một số thơng số của nhà máy Ơ Mơn IV theo phụ tải... 72
Bảng 5.2 - Hiệu suất nhà máy qui ra % khi giảm đều 10% tải ................................ 74
Bảng 5.3 - Hiệu suất tuabin khí qui ra % khi giảm đều 10% tải.............................. 75
Bảng 5.4 – Suất tiêu hao nhiên liệu khi giảm đều 10% tải ...................................... 78
Bảng 5.5- Các thông số thu thập của một số nhà máy điện đang khảo sát .............. 83

HVTH: NGÔ DUY TÁNH

GVHD : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN


Luận văn thạc sĩ

vi

Bộ môn Công nghệ nhiệt

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ
Hình 2.1 Sơ đồ ngun lý thiết bị động lực hơi nước......................................Trang 7
Hình 2.2 Chu trình TBĐLHN trên đồ thị T-s ............................................................ 7

Hình 2.3 Sơ đồ ngun lý thiết bị tuabin khí ............................................................. 8
Hình 2.4 Chu trình thiết bị tuabin khí trên đồ thị T-s ................................................ 8
Hình 2.5 Sơ đồ đơn giản của chu trình kết hợp khí-hơi............................................. 9
Hình 2.6 Đồ thị T-s của chu trình kết hợp khí-hơi.................................................... 9
Hình 2.7 Nhà máy điện hỗn hợp khí – hơi với lị hơi có buồng đốt cao áp............. 10
Hình 2.8 Nhà máy hỗn hợp khí-hơi với việc xả khí từ tuabin khí vào buồng đốt của
lị hơi ........................................................................................................................ 12
Hình 2.9 Nhà máy kết hợp khí – hơi dùng khí thải để hâm nước cấp ..................... 13
Hình 2.10 Sơ đồ trao đổi nhiệt của hệ thống một cấp áp suất ................................ 18
Hình 2.11 Sơ đồ nhiệt hệ thống một cấp áp suất ..................................................... 19
Hình 2.12 Sơ đồ minh họa năng lượng trong nhà máy điện chu trình kết hợp một
cấp áp suất ................................................................................................................ 20
Hình 2.13 Sơ đồ nhiệt hệ thống một cấp áp suất với bộ gia nhiệt nước cấp............ 22
Hình 2.14 - Sơ đồ nhiệt của hệ thống một cấp áp suất với dàn sinh hơi hạ áp có vai
trị như một bộ gia nhiệt nước cấp ........................................................................... 23
Hình 2.15 Sơ đồ trao đổi nhiệt một cấp áp suất có bộ gia nhiệt nước cấp............... 24
Hình 2.16 - Sơ đồ minh họa năng lượng trong nhà máy điện chu trình kết hợp hai
cấp áp suất ................................................................................................................ 25
Hình 2.17 - Sơ đồ trao đổi nhiệt của hệ thống hai cấp áp suất ............................... 27
Hình 2.18 - Sơ đồ nhiệt của hệ thống hai cấp áp suất khi đốt nhiên liệu khơng chứa
lưu huỳnh.................................................................................................................. 28
Hình 2.19 Sơ đồ trao đổi nhiệt của hệ thống 3 cấp áp suất...................................... 30
Hình 2.20 Sơ đồ nhiệt của hệ thống ba cấp áp suất khi đốt nhiên liệu
là khí thiên nhiên...................................................................................................... 31

HVTH: NGƠ DUY TÁNH

GVHD : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

Luận văn thạc sĩ

vii

Bộ mơn Cơng nghệ nhiệt

Hình 2.21 Sơ đồ minh họa năng lượng trong nhà máy điện chu trình kết hợp ba cấp
áp suất....................................................................................................................... 32
Đồ thị 4.1 - Đường giản nở của hơi nước trên đồ thị i-S ......................................... 53
Hình 4.1 Bảng nhập các giá trị đầu vào của phần mềm........................................... 58
Hình 4.2 Hình minh họa đầu vào của bộ HRSG...................................................... 60
Hình 4.3 Các thơng số hơi chính của tuabin hơi...................................................... 60
Hình 4.4 Sơ đồ cân bằng nhiệt của nhà máy............................................................ 61
Hình 5.1- Sơ đồ cân bằng nhiệt tổng quát của nhà máy .......................................... 65
Hình 5.2- Sơ đồ cân bằng nhiệt chi tiết của nhà máy .............................................. 67
Hình 5.3 – Sơ đồ giản nở của hơi nước trong tuabin hơi......................................... 69
Hình 5.4 – Chu trình tuabin khí ............................................................................... 80
Đồ thị 5.1 – Đồ thị hiệu suất nhà máy khi thay đổi chế độ tải................................. 73
Đồ thị 5.2 – Đồ thị hiệu suất tuabin khí khi thay đổi chế độ tải .............................. 75
Đồ thị 5.3– Đồ thị hiệu suất tuabin hơi khi thay đổi chế độ tải ............................... 76
Đồ thị 5.4– Đồ thị lượng tiêu hao nhiên liệu khi thay đổi chế độ tải....................... 77
Đồ thị 5.5– Đồ thị suất tiêu hao nhiên liệu khi thay đổi chế độ tải.......................... 78
Đồ thị 5.6– Đồ thị lưu lượng hơi ra khỏi tuabin hơi hạ áp khi thay đổi chế độ tải.. 79

HVTH: NGÔ DUY TÁNH

GVHD : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN


Luận văn thạc sĩ

viii

Bộ môn Công nghệ nhiệt

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

NMĐ
TBK
TBH
TBKHH
HRSG
BQN
DSH
ECO
LTE
LPB
LPS
IPE
IPB
IPS

Nhà máy điện
Tuabin Khí
Tuabin Hơi
Tuabin Khí hỗn hợp
Lị hơi thu hồi nhiệt
Bộ q nhiệt
Dàn sinh hơi
Bộ hâm nước

Bộ hâm nước nhiệt độ thấp
Lò hơi hạ áp
Bộ quá nhiệt hạ áp
Bộ hâm nước trung áp
Lò hơi trung áp
Bộ quá nhiệt trung áp

HVTH: NGÔ DUY TÁNH

HPE
HPB
HPS
RH
LHV
HHV
P
M
T
EVN
CCPP
EVA
TTĐL
PVN

Bộ hâm nước cao áp
Lò hơi cao áp
Bộ quá nhiệt cao áp
Bộ quá nhiệt trung gian
Nhiệt trị thấp
Nhiệt trị cao

Áp suất
Khối lượng
Nhiệt độ
Tập đoàn điện lực Việt Nam
Nhà máy điện kết hợp khí
Bộ bay hơi
Trung tâm điện lực
Tập đồn dầu khí Việt Nam

GVHD : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN


Luận văn thạc sĩ

HVTH: NGƠ DUY TÁNH

9

Bộ mơn Cơng nghệ nhiệt

GVHD : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN


-1-

Luận văn thạc sĩ

Bộ môn Công nghệ nhiệt

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG
Năng lượng là khả năng sinh công của vật chất, có vai trị rất quan
trọng đối với sự phát triển kinh tế và nâng cao đời sống xã hội.Năng lượng
tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, trong đó điện năng là dạng cao cấp nhất vì
có các ưu điểm sau:
− Dễ dàng biến đổi với hiệu suất cao sang các dạng khác như: cơ,
nhiệt, quang, hóa… bằng các thiết bị gọn nhẹ, đơn giản. Do vậy nó
được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực kinh tế đời sống.
− Tốc độ truyền tải nhanh. Đây là cơ sở quan trọng để xây dựng nên
các ngành điều khiển, truyền thơng, tin học, tự động hóa q trình
sản xuất…
− Chính vì thế, mức tiêu thụ điện năng trung bình tính trên đầu
người hàng năm là chỉ số quan trọng để đánh giá một nền kinh tế
phát triển.
Điện năng được sản xuất từ nhà máy điện (NMĐ). Trong nhà máy điện
truyền thống, sơ đồ biến đổi năng lượng theo sơ đồ khối như sau:

Từ trước tới nay, vì những lý do khác nhau trong quá trình phát triển,
người ta xây dựng hai loại nhà máy nhiệt điện là NMĐ tuabin hơi và NMĐ
tuabin khí.
HVTH: NGƠ DUY TÁNH

GVHD : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN


-2-

Luận văn thạc sĩ

Bộ mơn Cơng nghệ nhiệt

Ở chu trình tuabin hơi, chất công tác là hơi nước sinh ra do nước bốc
hơi. Trong thiên nhiên, nước ln có sẵn, rẻ tiền, khơng gây độc hại, ít ăn
mịn , có các tính chất nhiệt động và truyền nhiệt tốt. chu trình thiết bị động
lực hơi nước có khả năng tạo công suất lớn và làm việc tới mức nhiệt độ
thấp gần với nhiệt độ môi trường, nhưng mức nhiệt độ cao của chu trình bị
hạn chế.
Ngược lại, chu trình thiết bị tuabin khí dùng chất cơng tác là khí nóng
có nhiệt độ cao (chỉ bị giới hạn bởi khả năng chịu nhiệt của vật liệu chế
tạo). NMĐ tuabin khí có tính năng rất cơ động, gọn nhẹ, thời gian lắp đặt
ngắn, khởi động nhanh, phù hợp với khả năng chạy tải nền và tải ngọn. Tuy
nhiên khí thải ra sau tuabin có nhiệt độ khá cao khiến hiệu suất của chu
trình thấp.
Để khắc phục nhược điểm của chu trình đơn nhằm tăng hiệu quả biến
đổi năng lượng, người ta kết hợp hai hay nhiều chu trình nhiệt trong một
NMĐ thay vì chỉ sử dụng một chu trình đơn. Đây là NMĐ chu trình kết
hợp được áp dụng rộng rãi là chu trình kết hợp tuabin khí – tuabin hơi.
Trong NMĐ này khí thải từ tuabin khí khơng xả ra ngồi ngay mà được
đưa tiếp vào nồi hơi để sinh hơi nước chạy tuabin hơi. Nhiệt độ khí thải
được hạ xuống mức thấp nhất có thể, vì thế hiệu suất nhiệt của chu trình rất
cao.
Sơ lược một vài nhà máy điện kết hợp khí – hơi ở Việt Nam.
Hiện nay tại Việt Nam, một số nhà máy điện kết hợp khí – hơi đã đi
vào hoạt động chẳng hạn như:
− Nhà máy điện kết hợp khí – hơi Phú Mỹ 2.1 tại Bà Rịa –
Vũng Tàu với công suất 450MW do EVN làm chủ đầu tư
vận hành vào năm 2005.
− Nhà máy điện khí Nhơn Trạch 1 tại Đồng Nai
+ Chủ đầu tư: PVN (100% vốn)

+ Cơng suất: 450 MW
HVTH: NGƠ DUY TÁNH

GVHD : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN


-3-

Luận văn thạc sĩ

Bộ môn Công nghệ nhiệt

+ Tổng mức đầu tư: hơn 6000 tỷ đồng
+ Vận hành thương mại tổ máy 1: ngày 30-6-2008, tổ
máy 2: 26-8-2008. Hoàn thành chu trình hỗn hợp:
22/4/2009. Khánh thành 23/8/2009 nhà máy điện kết hợp
khí – hơi Nhơn Trạch I (450MW) đã hoạt động.
− Nhà máy điện chu trình hỗn hợp Cà Mau 1 tại tỉnh Cà Mau
+ Chủ đầu tư: PVN (100% vốn)
+ Công suất: 750 MW
+ Tổng mức đầu tư: gần 400 triệu USD
+ Vận hành: tháng 5-2007
Nhà máy điện chu trình hỗn hợp Cà Mau 2
+ Chủ đầu tư: PVN (100% vốn)
+ Công suất: 750 MW
+ Tổng mức đầu tư: gần 400 triệu USD
+ Vận hành: tháng 3-2008
Do nhu cầu phát triển kinh tế khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long nên
nhu cầu về điện của khu vực này rất cao. Để đáp ứng nhu cầu này, nhà máy
điện Ô môn được quy hoạch đáp ứng nhu cầu về điện cho khu vực này.

Nhà máy điện Ơ Mơn là một trung tâm nhiệt điện lớn với tổng công
suất 2910MW. Trong đó việc phát triển các NMĐ Ơ Mơn IV (750MW)
tiếp theo Dự án NMĐ Ơ Mơn I (660MW), Ơ Mơn II (750MW) và Ơ Mơn
III (750MW) là cơ sở để có thể đẩy nhanh dự án khai thác nguồn khí đốt tại
Lơ B&52.

HVTH: NGƠ DUY TÁNH

GVHD : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN


Luận văn thạc sĩ

-4-

Bộ mơn Cơng nghệ nhiệt

1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
−

Để thực hiện dự án nhà máy điện kết hợp khí hơi cần tiến hành các

cơng việc như tính tốn sơ đồ nhiệt, lựa chọn thiết bị chính cho nhà máy
và tính tổng mức đầu tư.
−

Mục đích của luận văn là nhằm nghiên cứu những vấn đề mà dự án

chưa đề cập đến. Trong số các nội dung cần tiếp tục nghiên cứu là thơng
qua việc tính tốn sơ đồ nhiệt nhà máy để khảo sát các chỉ tiêu năng lượng

là công việc cấp bách cần phải thực hiện trước. Qua đó đánh giá tính hợp
lý và hiệu quả năng lượng của dự án.
−

Hiện nay dự án nhà máy điện Ơ Mơn IV chỉ mới trong giai đoạn thiết

kế kỹ thuật và sẽ được khởi công xây lắp vào tháng 08/2011 và dự kiến
vào năm 2013 sẽ vận hành tổ máy 1.
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Để thực hiện mục đích nêu trên, luận văn cần giải quyết như sau:
−

Nghiên cứu tổng quan về chu trình kết hợp khí - hơi

−

Giới thiệu dự án nhà máy điện kết hợp khí – hơi Ơ Mơn IV.

−

Nghiên cứu về phương pháp tính sơ đồ nhiệt nhà máy điện kết hợp
khí – hơi.

−

Ứng dụng phần mềm để tính tốn sơ đồ nhiệt và các chỉ tiêu năng
lượng của nhà máy.

−

Đánh giá kết quả tính tốn bằng phần mềm với một vài số liệu vận
hành thực tế.

1.4 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA LUẬN VĂN
−

Xác định cụ thể các thông số nhiệt và chỉ tiêu năng lượng của dự án

máy điện kết hợp khí – hơi Ơ Mơn IV. Đồng thời là cơ sở tham khảo cho
nhà máy Ơ Mơn II và Ơ Mơn III cũng như những nhà máy tương tự khác.
−

Góp phần làm rõ việc tính tốn cho một nhà máy nhiệt điện nói chung

và nhà máy điện kết hợp khí-hơi nói riêng.

HVTH: NGÔ DUY TÁNH

GVHD : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN


Luận văn thạc sĩ

−

-5-

Bộ môn Công nghệ nhiệt

Kết quả của luận văn có thể làm tài liệu tham khảo trong quá trình

xem xét đánh giá những dự án đã, đang và sẽ thực hiện về nhà máy điện
kết hợp tuabin khí – tuabin hơi.

HVTH: NGƠ DUY TÁNH

GVHD : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN


-6-

Luận văn thạc sĩ

Bộ môn Công nghệ nhiệt

CHƯƠNG 2
CƠ SỞ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CHU
TRÌNH KẾT HỢP KHÍ-HƠI
2.1 NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CHU TRÌNH:
2.1.1. Chu trình Carnot:
Chu trình thuận chiều, thuận nghịch là một chu trình máy nhiệt lý tưởng,
có hiệu suất nhiệt được xác định bởi cơng thức:
ηc =

T1 − T2
T
= 1− 2
T1
T1

(2.1)

Với T1 là nhiệt độ nguồn nóng, K
T2 là nhiệt độ nguồn lạnh, K
Rõ ràng giá trị của ηc càng cao khi chênh lệch nhiệt độ giữa nguồn nóng
và nguồn lạnh càng lớn. Nói cách khác để chu trình đạt hiệu suất cao phải
tăng nhiệt độ nguồn nóng và giảm nhiệt độ nguồn lạnh tới mức có thể được.
Hiệu suất nhiệt của bất kỳ chu trình thực tế nào cũng nhỏ hơn hiệu suất
nhiệt của chu trình Carnot có cùng nhiệt độ nguồn nóng và nhiệt độ nguồn
lạnh, do bởi:
Tồn tại độ chênh lệch nhiệt độ giữa nguồn nóng T1 và nhiệt độ lớn nhất
Tmax của chu trình: T1 > Tmax. Tương tự, nhiệt độ thấp nhất của chu trình
Tmin cũng cao hơn nhiệt độ nguồn lạnh: T2 < Tmin. Những tổn thất sinh ra do
các q tình của chu trình là khơng thuận nghịch.
Chu trình carnot được coi như là chuẩn để đánh giá các chu trình thực tế.

HVTH: NGƠ DUY TÁNH

GVHD : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN


-7-

Luận văn thạc sĩ

Bộ mơn Cơng nghệ nhiệt

2.1.2 Chu trình thiết bị động lực hơi nước
Chu trình có sơ đồ nguyên lý như hình 2.1 và được biểu diễn trên đồ thị
T-s ở hình 2.2

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý thiết bị
động lực hơi nước

Hình 2.2 Chu trình TBĐLHN
trên đồ thị T-s

NH: nồi hơi

ST:Tuabin hơi

1-4: Quá trình nhận nhiệt trong NH

BN: bình ngưng

BC: Bơm cấp

4-5: Giãn nở sinh cơng trongTuabin

G: máy phát điện

5-6: Nhả nhiệt trong bình ngưng
6-1: Quá trình nén trong bơm cấp

Nhiên liệu được đưa vào buồng đốt trong nồi hơi để cháy và giải phóng
nhiệt lượng. Phần lớn nhiệt này được cấp cho truyền cho nước cấp khiến nó
sơi, rồi biến thành hơi q nhiệt. Hơi này sẽ giãn nở trong tuabin xuống đến
áp suất rất thấp (3 đến 7kPa nếu giải nhiệt bình ngưng bằng nước). Sau khi
ngưng tụ trong bình ngưng, nước được bơm cấp đưa trở về lò hơi để tiếp tục
nhận nhiệt, tạo thành chu trình kín.

Nhằm đạt hiệu suất cao, người ta chọn thơng số hơi q nhiệt cao nhất có
thể được (p = 10÷24 Mpa, t=450÷6500C), áp suất ngưng tụ càng thấp càng
tốt, bố trí các bình hồi nhiệt để gia nhiệt nước cấp trước khi đưa nước trở
vào nồi hơi.
Các nhà máy điện tuabin hơi hiện nay có hiệu suất đạt tới 40÷42%.

HVTH: NGƠ DUY TÁNH

GVHD : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN


-8-

Luận văn thạc sĩ

Bộ mơn Cơng nghệ nhiệt

2.1.3 Chu trình thiết bị tuabin khí
Trong nhà máy điện thường áp dụng chu trình thiết bị tuabin khí cấp
nhiệt đẳng áp, sơ đồ hở như trên hình 2.3, 2.4.

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý thiết bị

Hình 2.4 Chu trình thiết bị tuabin khí

tuabin khí

trên đồ thị T-s

K: máy nén khí

BĐ:buồng đốt

1-2: Quá trình nén 2-3:Nhận nhiệt

GT: tuabin khí

G: máy phát điện

3-4:Giãn nở sinh cơng 4-1: Thải nhiệt

Thiết bị tuabin khí thường được dùng để phủ tải ngọn, nhưng chúng cũng
được vận hành với chế độ tải nền nếu có sẵn các nguồn nhiên liệu rẻ tiền. Một
phần công sinh ra trong tuabin được dùng để quay máy nén khí, phần lớn cơng
cịn lại sẽ được biến thành điện năng nhờ máy phát điện.
Xét về phương diện nhiệt động lực học. ưu điểm lớn của chu trình này là có
nhiệt độ khí đi vào tuabin cao, đến 900÷12000C. Nhưng khí thải ra mơi trường
cũng có nhiệt độ q cao, khoảng 450÷6000C, do vậy hiệu suất của thiết bị thấp,
chỉ đạt 25 ÷35%. Ở những thiết bị tuabin khí hiện đại nhất thì cũng chỉ đạt hiệu
suất tới 38%, theo [3].
Công suất của tuabin khí cũng nhỏ hơn rất nhiều so với cơng suất của tuabin
hơi.
2.1.4 Chu trình kết hợp khí-hơi (Gas-Steam combined cycle)
Chu trình này được thiết lập nhằm tận dụng các ưu điểm của cả hai chu trình
tuabin hơi và tuabin khí vừa nêu. Ở tuabin khí, nhiệt độ khí vào tuabin khá cao,
điền này tác động tích cực tới hiệu suất nhiệt. Nhiệt độ khí thải cao lại ảnh
hưởng xấu đến hiệu suất. Ở chu trình tuabin hơi, nhiệt độ chất cơng tác bị giới
HVTH: NGƠ DUY TÁNH

GVHD : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

-9-

Luận văn thạc sĩ

Bộ môn Công nghệ nhiệt

hạn ở mức thấp hơn nhiều so với tua bin khí, nhưng hiệu suất của chu trình lại
cao hơn nhờ quá trình nhả nhiệt xảy ra ở nhiệt độ tương đối thấp.
Liên kết hai loại chu trình này lại, ta được chu trình kết hợp khí-hơi (hình
2.5) có hiệu suất đến trên 50%, cao hơn hẳn hiệu suất của chu trình tuabin khí,
tuabin hơi riêng rẽ. Cơng của chu trình bằng tổng cơng của hai chu trình đơn
(hình 2.6)

Hình 2.5 Sơ đồ đơn giản của chu trình
kết hợp khí-hơi
K: máy nén khí

BĐ:buồng đốt

BN:bình ngưng

ST:Tuabinhơi

GT: tuabin khí

NH: nồi hơi

Hình 2.6 Đồ thị T-s của chu trình

kết hợp khí-hơi

G: máy phát điện
Khí từ tuabin khí khơng xả ngay ra ngồi mà được đưa tới nồi hơi để tiếp tục
truyền nhiệt cho nước. Hơi nước sinh ra trong nồi hơi được dẫn đến tuabin hơi
để giãn ở sinh công. Rõ ràng ta thu được lượng công này mà không cần phải
cung cấp thêm nhiên liệu cho hệ thống. Nhiệt lượng thải ra ngồi cũng ít hẳn đi,
mơi trường xung quanh được cải thiện.

HVTH: NGƠ DUY TÁNH

GVHD : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN


Luận văn thạc sĩ

- 10 -

Bộ môn Công nghệ nhiệt

2.2 CÁC SƠ ĐỒ NHÀ MÁY ĐIỆN KẾT HỢP KHÍ – HƠI
Trong nhiều phương án của nhà máy điện kết hợp khí hơi thì phổ biến nhất là
những sơ đồ sau:
¾ Thiết bị hỗn hợp khí hơi sử dụng lị hơi có buồng đốt cao áp.
¾ Thiết bị hỗn hợp khí hơi với việc xả khí ra khỏi tuabin khí vào buồng đốt
của lị hơi.
¾ Thiết bị hỗn hợp khí hơi sử dụng lị hơi tận dụng nhiệt lượng của khí thải.
¾ Thiết bị hỗn hợp khí hơi sử dụng bộ hâm nước cho lị hơi bằng khí thải của
tuabin khí.
2.2.1

Thiết bị hỗn hợp khí hơi sử dụng lị hơi có buồng đốt cao áp

Sơ đồ đơn giản của thiết bị được mơ tả như hình 2.7

Hình 2.7 Nhà máy điện hỗn hợp khí – hơi với lị hơi có buồng đốt cao áp
1- Máy nén khí

2- Lị hơi có buồng đốt cao áp

3- Tuabin khí

4- Bộ hâm nước bằng khí thải

5- Ống khói

6- Tuabin hơi

7- Bình ngưng

8- Bơm nước cấp

9- Bình gia nhiệt
Khơng khí được máy nén đưa vào buồng đốt có áp suất 6÷12 bar. Với áp
suất cao như vậy quá trình cháy nhiên liệu rất mãnh liệt. Một phần nhiệt lượng
dùng để sinh ra hơi quá nhiệt cấp cho tuabin hơi. Sau khi giãn nở trong tuabin

HVTH: NGÔ DUY TÁNH

GVHD : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

Luận văn thạc sĩ

- 11 -

Bộ mơn Cơng nghệ nhiệt

khí, khí tiếp tục được làm lạnh trong bộ hâm nước cấp rồi mới thải vào ống
khói. Trong sơ đồ này lượng hơi trích cho hồi nhiệt bị giảm, cơng suất của
tuabin hơi tăng lên.
Lị hơi có buồng đốt cao áp là một buồng đốt nhiên liệu chung cho thiết bị
tuabin khí và tuabin hơi. Loại lị hơi này khơng cần quạt gió (vì có máy nén),
quạt khói và bộ sấy khơng khí.
Ưu điểm của thiết bị này là diện tích các bề mặt truyền nhiệt của lò hơi rất
nhỏ, giúp giảm kích thước và trọng lượng của lị hơi. Do vậy lị hơi có buồng đốt
cao áp có thể được chế tạo hoàn chỉnh tại nhà máy rồi vận chuyển đến nơi lắp
đặt dễ dàng. Thời gian lắp đặt tại hiện trường ngắn. Ngồi ra do dung tích chứa
tổng cộng của lị hơi nhỏ, qn tính nhiệt bé, tạo khả năng kiểm sốt tự động q
trình hơi một cách nhanh chóng.
Các nhược điểm của sơ đồ này là:
Hệ thống yêu cầu tuabin hơi và tuabin khí đồng bộ, có lị hơi chun dùng.
Khơng có khả năng vận hành độc lập tuabin hơi hay tuabin khí. Độ tin cậy
của tuabin hơi tuabin khí và lị hơi phải như nhau.
Giá thành đầu tư cao hơn so với sơ đồ kết hợp khí - hơi đơn giản vừa nêu ở
hình 2.5.

HVTH: NGƠ DUY TÁNH

GVHD : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN