Tuabin khí và tuabin hơi:phương pháp nâng cao hiệu suất tầng tuabin

NÂNG CAO HIỆU SUẤT NHIỆT CHU TRÌNH TB TBK
Chu trình TB TBK đơn giản vừa xét có η
t
thấp, khoảng (24 ÷
30)%. Một số biện pháp cơ bản để nâng cao η
t
của chu trình là:
- Tăng nhiệt độ khí vào. - Hồi nhiệt khí thải.
- p dụng các CT phức tạp. - Kết hợp chu trình khí/hơi.
1. Tăng nhiệt độ khí trước tuabin
Từ CT (10.14), đồ thò hình 10-4 và 10-5 ta thấy nhiệt độ khí trước
tuabin T
3
tăng sẽ làm η
t
và công riêng của chu trình tăng. p dụng
biện pháp này bảo đảm giữ được mọi tính ưu việt của TBK: đơn giản,
nhỏ gọn, giá thành thấp và vận hành linh hoạt. Yêu cầu là phải phát
triển các vật liệu chòu nhiệt cao cấp, hoàn thiện kết cấu lẫn công nghệ
chế tạo.
2. Hồi nhiệt khí thải
Chu trình có thêm thiết bò hồi nhiệt, dùng khí thải để gia nhiệt
không khí nén. Nhờ vậy, nhiệt lượng cần cấp cho chu trình giảm
xuống, η
t
tăng lên. Diện tích gạch sọc trên đồ thò T-s (hình 10-6) biểu
thò lượng nhiệt lý thuyết q
h,max
mà không khí có thể nhận được nếu diện
tích TĐN của thiết bò hồi nhiệt vô cùng lớn. Tuy nhiên F là hữu hạn
nên nhiệt lượng tận dụng được q

h
nhỏ hơn. Độ hồi nhiệt hay hiệu suất
hồi nhiệt:
R =
,maxh
h
q
q
=
24
2
''
2
TT
TT
−
−
(10.17)
Hình 10-6: Thiết bò tuabin khí có hồi nhiệt
Trong các TBK hiện đại có hồi nhiệt thường R = 0,6 ÷ 0,8 (0,9) và
lượng nhiên liệu tiết kiệm được là (22 ÷ 28)%.
Nhược điểm: thiết bò TĐN kiểu khí – khí có kích thước lớn, nặng
nề làm tăng giá thành T, choán không gian lắp đặt và giảm tính linh
hoạt khi vận hành. Trở lực đường không khí và khí ở thiết bò hồi nhiệt
là điều phải xét tới. Vì vậy, chu trình không phù hợp khi phải khởi
động nhanh và thường xuyên thay đổi phụ tải.
3. p dụng các chu trình phức tạp
η
t
được gia tăng bằng cách dùng các chu trình phức tạp như:

- Chu trình có nén nhiều cấp được làm mát trung gian;
- Chu trình có hai cấp gia nhiệt;
- Chu trình có quá trình nén và gia nhiệt nhiều cấp.
Các chu trình nêu trên có thể có hồi nhiệt hay không hồi nhiệt.
Nén nhiều cấp có làm mát trung gian làm giảm mức nhiệt độ nhả
nhiệt trung bình của môi chất. Cấp nhiệt nhiều cấp thì làm tăng nhiệt
độ nhận nhiệt trung bình. Chu trình sẽ gần giống với CT Carnot nên η
t
của nó tăng lên. Đồng thời công suất riêng cũng tăng.
H.10-7: CT hở có hai cấp nén, cấp nhiệt hai lần và có hồi nhiệt
Như trên sơ đồ nhiệt (H.10-7a) ta thấy Tuabin cao áp (TCA) chỉ
quay MN2, còn T hạ áp (THA) quay MN1 van cả máy phát điện. Như
vậy, T có hai trục quay với n khác nhau. Khí đi vào cả hai phần T
thường được gia nhiệt đến cùng một mức nhiệt độ (T5 = T7). Người ta
còn gọi phần TCA là T nén, phần THA là T phát điện.
Ưu điểm: có thể vận hành TCA với n thay đổi trong một khoảng
rất rộng mà vẫn duy trì được h/suất cao; tiêu hao nh/liệu khi chạy
không tải thấp; chế độ nhiệt thay đổi tương đối ít. Việc thiết kế, chế
tạo MN thấp áp quay chậm và MN cao áp quay nhanh dễ dàng hơn.
Nhược điểm: TB phức tạp, phải có động cơ khởi động mạnh; làm
mát trung gian gây hao tổn nước kỹ thuật tới khoảng (20 ÷ 30)% tiêu
hao nước ở CT động lực hơi nước. Do vậy, hiện nay người ta chỉ còn áp
dụng CT nén hai cấp có làm mát trung gian với mục đích giảm công
nén và đạt được tỉ số nén cao.
4. Chu trình kết hợp tuabin khí với tuabin hơi
Chu trình TB TBK dùng chất công tác là khí nóng có nhiệt độ cao
(900 ÷ 1200
o
C), nhưng nhiệt độ khí xả còn lớn, khoảng 500
o

C nên η
t
thấp. Trong khi đó chu trình T hơi có nhiệt độ nhả nhiệt thấp gần với
nhiệt độ môi trường nhưng nhiệt độ hơi nước vào tuabin ít khi vượt quá
565
o
C nên hiệu suất nhiệt của nó cũng bò hạn chế.
Tận dụng nhiệt khí thải từ TBK để cấp nhiệt cho CT hơi có thể
nâng η
t
CT hỗn hợp đến trên 50%. Công suất cũng tăng thêm (20 ÷
50)%, tuỳ theo ph/pháp kết hợp. Trong CT hỗn hợp thì MN của TBK
đảm nhận luôn chức năng quạt gió và quạt khói của LH, điều này cũng
góp phần làm giảm chi phí đầu tư.
Phương án NMĐ hỗn hợp khí hơi phổ biến:
- TB với việc xả khí ra khỏi TBK vào BĐ của LH (H.10-8a).
- TB có bộ ECO cho LH bằng khí thải của TBK (H.10-8b).
- TB với LH có buồng đốt cao áp (H.10-8c).
- TB với LH tận dụng nhiệt lượng của khí thải (H.10-8d).


Hỡnh 10-8: Moọt soỏ sụ ủo chu trỡnh hoón hụùp khớ - hụi