markdown:
This action might not be possible to undo. Are you sure you want to continue?
com
PhÇn 1. kh¸I niÖm vÒ nhµ m¸y ®IÖn
Ch−¬ng 1. Më §ÇU 1.1 C¸c nguån n¨ng l−îng cã thÓ s¶n xuÊt ®IÖn n¨ng Sù ph¸t triÓn n¨ng l−îng ë mçi quèc gia phô thuéc nhiÒu vµo ®iÒu kiÖn tù nhiªn, vµo tiÒm lùc khoa häc kü thuËt, tiÒm n¨ng kinh tÕ vµ møc ®é ph¸t triÓn c¸c ngµnh cña nÒn kinh tÕ. C¸c nhµ m¸y cã nhiÖm vô biÕn ®æi n¨ng l−îng thiªn nhiªn thµnh ®iÖn n¨ng ®−îc gäi lµ nhµ m¸y ®iÖn. N¨ng l−îng thiªn nhiªn dù tr÷ d−íi nhiÒu d¹ng kh¸c nhau vµ cã thÓ biÕn ®æi thµnh ®iÖn n¨ng. Tõ c¸c d¹ng n¨ng l−îng dù tr÷ nµy cã thÓ cho phÐp ta x©y dùng c¸c lo¹i nhµ m¸y ®iÖn kh¸c nhau: Tõ n¨ng l−îng cña nhiªn liÖu h÷u c¬ cã thÓ x©y dùng nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn; Tõ n¨ng l−îng cña dßng n−íc cã thÓ x©y dùng nhµ m¸y thñy ®iÖn; Tõ n¨ng l−îng giã cã thÓ x©y dùng nhµ m¸y ®iÖn søc giã; Tõ n¨ng l−îng sãng biÓn cã thÓ x©y dùng nhµ m¸y ®iÖn thñy triÒu; Tõ n¨ng l−îng mÆt trêi cã thÓ x©y dùng nhµ m¸y ®iÖn mÆt trêi; Tõ nguån nãng trong lßng ®Êt cã thÓ x©y dùng nhµ m¸y ®iÖn ®Þa nhiÖt; Tõ n¨ng l−îng h¹t nh©n cã thÓ x©y dùng nhµ m¸y ®iÖn h¹t nh©n. Trong gi¸o tr×nh nµy, chóng ta chØ tËp trung nghiªn cøu nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn. Nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn thùc hiÖn viÖc biÕn ®æi nhiÖt n¨ng cña nhiªn liÖu thµnh c¬ n¨ng råi ®iÖn n¨ng, qu¸ tr×nh biÕn ®æi ®ã ®−îc thùc hiÖn nhê tiÕn hµnh mét sè qu¸ tr×nh liªn tôc (mét chu tr×nh) trong mét sè thiÕt bÞ cña nhµ m¸y. Nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn ho¹t ®éng dùa trªn hai nguyªn t¾c: cã thÓ theo chu tr×nh thiÕt bÞ ®éng lùc h¬i n−íc hoÆc cã thÓ lµ chu tr×nh hçn hîp tuèc bin khÝ-h¬i. 1.2. nguyªn lý ho¹t ®éng cña nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn 1.2.1. Nhµ m¸y ®iÖn ¸p dông chu tr×nh tuèc bin h¬i n−íc HiÖn nay, trªn thÕ giíi ng−êi ta ®· x©y dùng ®−îc tÊt c¶ c¸c lo¹i nhµ m¸y ®iÖn biÕn ®æi c¸c d¹ng n¨ng l−îng thiªn nhiªn thµnh ®iÖn n¨ng. Tuy nhiªn sù hoµn thiÖn, møc ®é hiÖn ®¹i vµ gi¸ thµnh ®iÖn n¨ng cña c¸c lo¹i nhµ m¸y ®iÖn ®ã rÊt kh¸c nhau, tïy thuéc vµo thêi gian ®−îc nghiªn cøu ph¸t triÓn lo¹i h×nh nhµ m¸y ®iÖn ®ã. §èi v¬i nh÷ng n−íc ®ang ph¸t triÓn nh− ViÖt Nam, do nÒn c«ng nghiÖp cßn chËm ph¸t triÓn, tiÒm n¨ng vÒ kinh tÕ cßn yÕu do ®ã x©y dùng chñ yÕu nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn dïng Tuèc bin h¬i hoÆc dïng chu tr×nh hçn hîp, trong ®ã biÕn ®æi n¨ng l−îng cña nhiªn liÖu thµnh ®iÖn n¨ng. 1.2.1.1. Chu tr×nh Carno h¬i n−íc ë phÇn nhiÖt ®éng ta ®· biÕt chu tr×nh Carno thuËn chiÒu lµ chu tr×nh cã hiÖu suÊt nhiÖt cao nhÊt khi cã cïng nhiÖt ®é nguån nãng vµ nguån l¹nh. Chu tr×nh Carno lý t−ëng gåm 2 qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt vµ 2 qu¸ tr×nh ®¼ng nhiÖt. VÒ mÆt kÜ thuËt, dïng 3
**source: http://bkeps.com
**
khÝ thùc trong ph¹m vi b·o hßa cã thÓ thùc hiÖn ®−îc chu tr×nh Carno vµ vÉn ®¹t ®−îc hiÖu suÊt nhiÖt lín nhÊt khi ë cïng ph¹m vi nhiÖt ®é. Chu tr×nh Carno ¸p dông cho khÝ thùc trong vïng h¬i b·o hßa ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 1.1. Tuy nhiªn, ®èi víi khÝ thùc vµ h¬i n−íc th× viÖc thùc hiÖn chu tr×nh Carno rÊt khã kh¨n, v× nh÷ng lý do sau ®©y: - Qu¸ tr×nh h¬i nh¶ nhiÖt ®¼ng ¸p, ng−ng tô thµnh n−íc (qu¸ tr×nh 2-3) lµ qu¸ tr×nh ng−ng tô thùc hiÖn kh«ng hoµn toµn, h¬i ë trang th¸i 3 vÉn lµ h¬i b·o hßa, cã thÓ tÝch riªng rÊt lín, do ®ã ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh nÐn ®o¹n nhiÖt h¬i Èm theo qóa tr×nh 3-4, cÇn ph¶i cã m¸y nÐn kÝch th−íc rÊt lín vµ tiªu hao c«ng rÊt lín. - NhiÖt ®é tíi h¹n cña n−íc thÊp (374,15 0C) nªn ®é chªnh nhiÖt ®é gi÷a nguån nãng vµ nguån l¹nh cña chu tr×nh kh«ng lín l¾m, do ®ã c«ng cña chu tr×nh nhá. - §é Èm cña h¬i trong tuèc bin cao, c¸c giät Èm cã kÝch th−íc lín sÏ va ®Ëp vµo c¸nh tuèc bin g©y tæn thÊt n¨ng l−îng vµ ¨n mßn nhanh c¸nh Tuèc bin. H×nh 1.1 chu tr×nh Carno h¬i n−íc 1.2.1.2. S¬ ®å thiÕt bÞ vµ ®å thÞ chu tr×nh nhµ m¸y ®iÖn Nh− chóng ta ®· biÕt, tuy cã hiÖu suÊt nhiÖt cao nh−ng chu tr×nh Carno cã mét sè nh−îc ®iÓm nh− ®· nªu ë trªn khi ¸p dông cho khÝ thùc, nªn trong thùc tÕ ng−êi ta kh«ng ¸p dông chu tr×nh Carno mµ ¸p dông mét chu tr×nh c¶i tiÕn gÇn víi chu tr×nh nµy gäi lµ chu tr×nh Renkin. Chu tr×nh Renkin lµ chu tr×nh thuËn chiÒu, biÕn nhiÖt thµnh c«ng. Chu tr×nh Renkin lµ chu tr×nh nhiÖt ®−îc ¸p dông trong tÊt c¶ c¸c läai nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn, m«i chÊt lµm viÖc trong chu tr×nh lµ n−íc vµ h¬i n−íc. TÊt c¶ c¸c thiÕt bÞ cña c¸c nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn ®Òu gièng nhau trõ thiÕt bÞ sinh h¬i I. Trong thiÕt bÞ sinh h¬i, n−íc nhËn nhiÖt ®Ó biÕn thµnh h¬i §èi víi nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn, thiÕt bÞ sinh h¬i lµ lß h¬i, trong ®ã n−íc nhËn nhiÖt tõ qu¸ tr×nh ®èt ch¸y nhiªn liÖu. §èi víi nhµ m¸y ®iÖn mÆt trêi hoÆc ®Þa nhiÖt, n−íc nhËn nhiÖt tõ n¨ng l−îng mÆt trêi hoÆc tõ nhiÖt n¨ng trong lßng ®Êt. §èi víi nhµ m¸y ®iÖn nguyªn tö, thiÕt bÞ sinh h¬i lµ thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt, trong ®ã n−íc nhËn nhiÖt tõ chÊt t¶i nhiÖt trong lß ph¶n øng h¹t nh©n ra. S¬ ®å thiÕt bÞ cña chu tr×nh nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 1.2, gåm hai thiÕt bÞ chÝnh ®Ó biÕn ®æi n¨ng l−îng lµ lß h¬i vµ tuèc bin cïng mét sè thiÕt bÞ phô kh¸c. §å thÞ T-s cña chu tr×nh ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 1.2. N−íc ng−ng trong b×nh ng−ng IV (ë tr¹ng th¸i 2’ trªn ®å thÞ) cã th«ng sè p2, t2,, i2, ®−îc b¬m V b¬m vµo thiÕt bÞ sinh h¬i I, ¸p suÊt t¨ng tõ p2 ®Õn ¸p suÊt p1 (qu¸ tr×nh 2’-3). Trong thiÕt bÞ sinh h¬i, n−íc trong c¸c èng sinh h¬i nhËn nhiÖt táa ra tõ qu¸ tr×nh ch¸y, nhiÖt ®é t¨ng lªn ®Õn s«i (qu¸ tr×nh 3-4), ho¸ h¬i (qu¸ tr×nh 4-5) vµ thµnh h¬i qu¸ nhiÖt trong bé qu¸ nhiÖt II (qu¸ tr×nh 5-1). Qu¸ tr×nh 3-4-5-1 lµ qu¸ tr×nh hãa h¬i ®¼ng ¸p ë ¸p suÊt p1 = const. H¬i ra khái bé qu¸ nhiÖt II (ë tr¹ng th¸i 1) cã th«ng sè p1, t1 ®i vµo tuèc bin III, ë ®©y h¬i d·n në ®o¹n nhiÖt ®Õn tr¹ng th¸i 2, biÕn nhiÖt 4
**source: http://bkeps.com
**
n¨ng thµnh c¬ n¨ng (qu¸ tr×nh 1-2) vµ sinh c«ng trong tuèc bin. H¬i ra khái tuèc bin cã th«ng sè p2, t2, ®i vµo b×nh ng−ng IV, ng−ng tô thµnh n−íc (qu¸ tr×nh 2-2’), råi l¹i ®−îc b¬m V b¬m trë vÒ lß. Qu¸ tr×nh nÐn ®o¹n nhiÖt trong b¬m cã thÓ xem lµ qu¸ tr×nh nÐn ®¼ng tÝch v× n−íc kh«ng chÞu nÐn (thÓ tÝch Ýt thay ®æi).
T
4 3
2’ 0
5
1
P1 P2
2
s H×nh 1.3. §å thÞ T-s cña chu tr×nh NMN§
H×nh 1.2. S¬ ®å thiÕt bÞ nhµ m¸y ®iÖn
1.2.1.3. HiÖu suÊt nhiÖt lý t−ëng cña chu tr×nh Renkin NhiÖt l−îng m«i chÊt nhËn ®−îc trong qu¸ tr×nh ®¼ng ¸p 3-1 ë lß h¬i lµ: q1 = i1 − i 3 NhiÖt l−îng m«i chÊt nh¶ ra cho n−íc lµm m¸t trong qu¸ tr×nh ®¼ng ¸p 2-2’ ë b×nh ng−ng lµ: q 2 = i 2 − i 2′ HiÖu suÊt nhiÖt cña chu tr×nh ηt ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: q1 − q 2 l (1-1) η ct = = q1 q1 Th«ng th−êng, ë ¸p suÊt kh«ng cao l¾m, c«ng tiªu tèn cho b¬m n−íc cÊp rÊt bÐ so víi c«ng Tuèc bin sinh ra nªn ta cã thÓ bá qua c«ng b¬m, nghÜa lµ coi i2’ ≈ i3. Khi ®ã c«ng cña chu tr×nh sÏ b»ng: (1-2) l = q 1 − q 2 = i 1 − i 3 − i 2 + i 2′ ≈ i 1 − i 2 HiÖu suÊt nhiÖt chu tr×nh sÏ b»ng: l i1 − i 2 (1-3) η ct = = q 1 i1 − i 3 1.2.2. Nhµ m¸y ®iÖn dïng chu tr×nh hçn hîp Tuèc bin khÝ - h¬i
Chu tr×nh hçn hîp lµ mét chu tr×nh ghÐp, gåm chu tr×nh Renkin h¬i n−íc vµ chu tr×nh Tuèc bin khÝ. S¬ ®å thiÕt bÞ vµ ®å thÞ T-s cña chu tr×nh ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh 1.4. HÖ thèng thiÕt bÞ bao gåm: thiÕt bÞ sinh h¬i 1 (buång ®èt); tuèc bin h¬i n−íc 2; b×nh ng−ng h¬i 3; b¬m n−íc cÊp 4; bé h©m n−íc 5; tuèc bin khÝ 6; m¸y nÐn kh«ng khÝ 7.
5
**source: http://bkeps.com
**
Nguyªn lÝ lµm viÖc cña chu tr×nh thiÕt bÞ nh− sau: Kh«ng khÝ ®−îc nÐn ®o¹n nhiÖt trong m¸y nÐn 7 ®Õn ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é cao, ®−îc ®−a vµo buång ®èt 1 cïng víi nhiªn liÖu vµ ch¸y trong buång ®èt d−íi ¸p suÊt cao, kh«ng ®æi. Sau khi nh¶ mét phÇn nhiÖt cho n−íc trong dµn èng cña buång ®èt 1, s¶n phÈm ch¸y ®i vµo tuèc bin khÝ 6, d·n në sinh c«ng. Ra khái tuèc bin khÝ, s¶n phÈm ch¸y cã nhiÖt ®é cßn cao, tiÕp tôc ®i qua bé h©m n−íc 5, gia nhiÖt cho n−íc råi th¶i ra ngoµi. N−íc ®−îc b¬m 4 b¬m qua bé h©m n−íc 5, vµo dµn èng cña buång ®èt 1. ë ®©y n−íc nhËn nhiÖt vµ biÕn thµnh h¬i qu¸ nhiÖt. H¬i qu¸ nhiÖt ®i vµo tuèc bin h¬i 2, d·n në ®o¹n nhiÖt vµ sinh c«ng. Ra khái tuèc bin, h¬i ®i vµo b×nh ng−ng 3 nh¶ nhiÖt ®¼ng ¸p, ng−ng tô thµnh n−íc råi ®−îc b¬m 4 b¬m trë vÒ lß, lÆp l¹i chu tr×nh cò.
H×nh 1.3. S¬ ®å thiÕt bÞ vµ ®å thÞ T-s cña chu tr×nh hçn hîp
§å thÞ T-s cña chu tr×nh nhiÖt ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 1.4. NhiÖt l−îng do nhiªn liÖu ch¸y táa ra trong qu¸ tr×nh be chia thµnh hai phÇn: mét phÇn dïng ®Ó s¶n xuÊt h¬i n−íc trong thiÕt bÞ sinh h¬i 1, mét phÇn cÊp cho tuèc bin khÝ 6. - a-b: qu¸ tr×nh nÐn ®o¹n nhiÖt kh«ng khÝ trong m¸y nÐn khÝ 7; - b-c: qu¸ tr×nh cÊp nhiÖt (ch¸y) ®¼ng ¸p trong buång ®èt 1; - c-d: qu¸ tr×nh d·n në ®o¹n nhiÖt sinh c«ng trong tuèc bin khÝ 6; - d-a: qu¸ tr×nh nh¶ nhiÖt ®¼ng ¸p trong bé h©m n−íc 5; - 3-4-5-1: qu¸ tr×nh n−íc nhËn nhiÖt ®¼ng ¸p trong bé h©m 5 vµ buång ®èt 1; - 1-2; 2-2’; 2’-3 lµ c¸c qu¸ tr×nh d·n në ®o¹n nhiÖt trong tuèc bin, ng−ng ®¼ng ¸p trong b×nh ng−ng, nÐn ®o¹n nhiÖt trong b¬m nh− ë chu tr×nh Renkin. HiÖu suÊt chu tr×nh lµ: l ηct = (1-4) q1 Trong ®ã: l: C«ng cña tuèc bin h¬i vµ tuèc bin khÝ, l = lh + lk q1: nhiÖt l−îng nhiªn liÖu táa ra khi ch¸y trong buång ®èt 1.
1.3 c¸c lo¹i phô t¶i nhiÖt vµ ®iÖn
HiÖn nay, c¸c nhµ m¸y ®iÖn cã thÓ ®−îc x©y dùng ®Ó ®¶m b¶o yªu cÇu cña c¸c hé dïng ®iÖn hoÆc võa ®¶m b¶o nhu cÇu ®iÖn võa ®¶m b¶o nhu cÇu vÒ nhiÖt cña c¸c
6
**source: http://bkeps.com
**
hé tiªu thô nh− ë c¸c khu d©n c− thuéc c¸c n−íc xø l¹nh hoÆc c¸c khu c«ng nghiÖp lín nh− khu c«ng nghiÖp giÊy B·i B»ng; khu c«ng nghiÖp ViÖt Tr×; c¸c nhµ m¸y ®−êng; c¸c khu chÕ xuÊt . . v.v.
1.3.1. Phô t¶i ®iÖn
Phô t¶i ®iÖn cña nhµ m¸y hay cña hÖ thèng ®iÖn bao gåm: - Phô t¶i c«ng nghiÖp: ®iÖn cung cÊp cho c¸c nhµ m¸y, c¸c khu c«ng nghiÖp; - Phô t¶i n«ng nghiÖp: ®iÖn cung cÊp cho c¸c hÖ thèng tr¹m b¬m; - Phô t¶i Giao th«ng: ®iÖn cung cÊp cho c¸c thiÕt bÞ giao th«ng vËn t¶i nh− tµu ®iÖn; «t« ®iÖn; tµu ®iÖn ngÇm; tµu háa. . . - Phô t¶i sinh ho¹t: ®iÖn cung cÊp trùc tiÕp cho nhu cÇu sinh ho¹t hµng ngµy cña con ng−êi nh− th¾p s¸ng, ®un nÊu, vui ch¬i gi¶i trÝ.
1.3.2. Phô t¶i nhiÖt
Trong c¸c khu c«ng nghiÖp vµ c¸c thµnh phè lín, nhu cÇu nhiÖt cho c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ nh− ®un s«i, ch−ng cÊt, sÊy, cña c¸c nhµ m¸y (nh− hãa chÊt; chÕ biÕn thùc phÈm; thuèc l¸; r−îu; bia . . .v. v) hoÆc s−ëi Êm ë c¸c n−íc xø l¹nh lµ rÊt lín. Cung cÊp n¨ng l−îng nhiÖt cho c¸c hé tiªu thô nµy hîp lý nhÊt lµ sö dông phÇn n¨ng l−îng nhiÖt cßn l¹i trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng. Nhµ m¸y ®iÖn võa cung cÊp nhiÖt, võa cung cÊp ®iÖn cho c¸c hé tiªu thô gäi lµ trung t©m nhiÖt ®iÖn. NhiÖt l−îng cung cÊp tõ trung t©m nhiÖt ®iÖn cã thÓ lµ h¬i hoÆc n−íc nãng. Theo yªu cÇu cña c¸c hé dïng nhiÖt, cã thÓ ph©n thµnh c¸c lo¹i hé dïng nhiÖt nh− sau: Phô t¶i c«ng nghiÖp: NhiÖt n¨ng cung cÊp cho c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ trong c¸c nhµ m¸y, th−êng lµ h¬i cã ¸p suÊt tõ 3,5at ®Õn 16 at (0,35 ®Õn 1,6 Mpa) víi ®é qu¸ nhiÖt tõ 25 ®Õn 50 0C nh»m ®¶m b¶o cho h¬i ch−a bÞ ng−ng tô thµnh n−íc tr−íc khi ®Õn hé tiªu thô . Phô t¶i sinh ho¹t: NhiÖt n¨ng cung cÊp cho c¸c qu¸ tr×nh sÊy s−ëi trong khu d©n c−, th−êng lµ n−íc nãng cã nhiÖt ®é tõ 55 ®Õn 150 0C hoÆc h¬i cã ¸p suÊt tõ 1,5at ®Õn 3 at (0,15 ®Õn 0,3 Mpa). Phô t¶i ®iÖn vµ phô t¶i nhiÖt thay ®æi theo giê trong ngµy, theo th¸ng vµ theo mïa phô thuéc vµo chÕ ®é lµm viÖc cña c¸c nhµ m¸y vµ sinh ho¹t ë c¸c khu d©n c−. Sù phô thuéc cña phô t¶i vµo thêi gian ®−îc biÓu thÞ trªn ®å thÞ gäi lµ ®å thÞ phô t¶i. Trªn ®å thÞ phô t¶i, phÇn phÝa d−íi gäi lµ phô t¶i gèc, cã gi¸ trÞ æn ®Þnh, cßn phÇn ®Ønh gäi lµ phô t¶i ngän, cã gi¸ trÞ thay ®æi liªn tôc. C¸c nhµ m¸y ®iÖn lín, hiÖn ®¹i, cã hiÖu suÊt cao ®−îc gäi lµ nhµ m¸y ®iÖn chÝnh, th−êng mang phô t¶i gèc, ch¹y th−êng xuyªn, sè giê sö dông thiÕt bÞ hµng n¨m cao. C¸c nhµ m¸y ®iÖn nhá, cò, cã hiÖu suÊt thÊp hoÆc lµ nhµ m¸y ®iÖn tuèc bin khÝ, nhµ m¸y thñy ®iÖn trong thêi kú c¹n n−íc ®−îc gäi lµ nhµ m¸y ®iÖn cao ®iÓm, th−êng mang phô t¶i ngän (phô t¶i thay ®æi th−êng xuyªn).
7
**source: http://bkeps.com
**
PHÇN 2. Lß H¥I
Ch−¬ng 2 NGUY£N Lý LµM VIÖC CñA Lß H¥I 2.1. Vai trß cña lß h¬i trong c«ng nghiÖp vµ s¶n xuÊt ®iÖn Lß h¬i lµ thiÕt bÞ trong ®ã xÈy ra qu¸ tr×nh ®èt ch¸y nhiªn liÖu, nhiÖt l−îng táa ra sÏ biÕn n−íc thµnh h¬i, biÕn n¨ng l−îng cña nhiªn liÖu thµnh nhiÖt n¨ng cña dßng h¬i. Lß h¬i lµ thiÕt bÞ cã mÆt gÇn nh− trong tÊt c¶ c¸c xÝ nghiÖp, nhµ m¸y, ®Ó s¶n xuÊt h¬i n−íc phôc vô cho qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng trong nhµ m¸y ®iÖn; phôc vô cho c¸c qu¸ tr×nh ®un nÊu, ch−ng cÊt c¸c dung dÞch, sÊy s¶n phÈm trong c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ë c¸c nhµ m¸y hãa chÊt, ®−êng, r−îu, bia, n−íc gi¶i kh¸t, thuèc l¸, dÖt, chÕ biÕn n«ng s¶n vµ thùc phÈm . . . . Tïy thuéc vµo nhiÖm vô cña lß h¬i trong s¶n xuÊt, ta cã thÓ ph©n thµnh hai lo¹i sau: Trong c¸c nhµ m¸y c«ng nghiÖp nh− nhµ m¸y hãa chÊt, ®−êng, r−îu, bia, n−íc gi¶i kh¸t, thuèc l¸, dÖt, chÕ biÕn thùc phÈm . . . , h¬i n−íc phôc vô cho c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ nh− ®un nÊu, ch−ng cÊt c¸c dung dÞch, c« ®Æc vµ sÊy s¶n phÈm . . . th−êng lµ h¬i b·o hßa. ¸p suÊt h¬i t−¬ng øng víi nhiÖt ®é b·o hßa cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh c«ng nghÖ, nhiÖt ®é th−êng tõ 110 ®Õn 180 0C. Lo¹i lß h¬i nµy ®−îc gäi lµ lß h¬i c«ng nghiÖp, cã ¸p suÊt h¬i thÊp, s¶n l−îng nhá. Trong nhµ m¸y ®iÖn, lß h¬i s¶n xuÊt ra h¬i ®Ó lµm quay tuèc bin, phôc vô cho viÖc s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng, ®ßi hái ph¶i cã c«ng suÊt lín, h¬i lµ h¬i qu¸ nhiÖt cã ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é cao. Lo¹i nµy ®−îc gäi lµ lß h¬i nhµ m¸y ®iÖn. Nhiªn liÖu ®èt trong lß h¬i cã thÓ lµ nhiªn liÖu r¾n nh− than, cñi, b· mÝa, cã thÓ lµ nhiªn liÖu láng nh− dÇu nÆng (FO), dÇu diezen (DO) hoÆc nhiªn liÖu khÝ. 2.2. Nguyªn lý lµm viÖc cña lß h¬i trong nhµ m¸y ®iÖn Trong c¸c lß h¬i nhµ m¸y ®iÖn, h¬i ®−îc s¶n xuÊt ra lµ h¬i qu¸ nhiÖt. H¬i qu¸ nhiÖt nhËn ®−îc nhê c¸c qu¸ tr×nh: ®un nãng n−íc ®Õn s«i, s«i ®Ó biÕn n−íc thµnh h¬i b·o hßa vµ qu¸ nhiÖt h¬i ®Ó biÕn h¬i b·o hßa thµnh h¬i qu¸ nhiÖt cã nhiÖt ®é cao trong c¸c bé phËn cña lß. C«ng suÊt cña lß h¬i phô thuéc vµo l−u l−îng, nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt h¬i. C¸c gi¸ trÞ nµy cµng cao th× c«ng suÊt lß h¬i cµng lín. HiÖu qu¶ cña qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt gi÷a ngän löa vµ khãi víi m«i chÊt trong lß h¬i phô thuéc vµo tÝnh chÊt vËt lý cña m«i tr−êng (s¶n phÈm ch¸y) vµ cña m«i chÊt tham gia qóa tr×nh (n−íc hoÆc h¬i) vµ phô thuéc vµo h×nh d¸ng, cÊu t¹o, ®Æc tÝnh cña c¸c phÇn tö lß h¬i. Trªn h×nh 2.1 tr×nh bµy nguyªn lý cÊu t¹o cña lß h¬i tuÇn hoµn tù nhiªn hiÖn ®¹i trong nhµ m¸y ®iÖn. Nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ ®−îc phun qua vßi phun sè 1 vµo buång löa sè 2, t¹o thµnh hçn hîp ch¸y vµ ®−îc ®èt ch¸y trong buång löa, nhiÖt ®é ngän löa cã thÓ ®¹t tíi 1.900 0C. NhiÖt l−îng táa ra khi nhiªn liÖu ch¸y truyÒn cho n−íc trong dµn èng
8
**source: http://bkeps.com
**
sinh h¬i 3, n−íc t¨ng dÇn nhiÖt ®é ®Õn s«i, biÕn thµnh h¬i b·o hßa. H¬i b·o hßa theo èng sinh h¬i 3 ®i lªn, tËp trung vµo bao h¬i sè 5. Trong bao h¬i sè 5, h¬i ®−îc ph©n li ra khái n−íc, n−íc tiÕp tôc ®i xuèng theo èng xuèng 4 ®Æt ngoµi t−êng lß råi l¹i sang èng sinh h¬i sè 3 ®Ó tiÕp tôc nhËn nhiÖt. H¬i b·o hßa tõ bao h¬i sè 5 sÏ ®i qua èng gãp h¬i sè 6 vµo c¸c èng xo¾n cña bé qu¸ nhiÖt sè 7. ë bé qu¸ nhiÖt sè 7, h¬i b·o hßa chuyÓn ®éng trong c¸c èng xo¾n sÏ nhËn nhiÖt tõ khãi nãng chuyÓn ®éng phÝa ngoµi èng ®Ó biÕn thµnh h¬i qu¸ nhiÖt cã nhiÖt ®é cao h¬n vµ ®i vµo èng gãp ®Ó sang tua bin h¬i vµ biÕn ®æi nhiÖt n¨ng thµnh c¬ n¨ng lµm quay tua bin.
H×nh 2.1. Nguyªn lý cÊu t¹o cña lß h¬i 1.Vßi phun nhiªn liÖu + kh«ng khÝ; 2. Buång ®èt; 3. phÔu tro l¹nh; 4. §¸y th¶i xØ; 5. Dµn èng sinh h¬i; 6. Bé qu¸ nhiÖt bøc x¹; 7. Bé qu¸ nhiÖt nöa bøc x¹; 8. èng h¬i lªn. 9. Bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u; 10. Bé h·m n−íc; 11.Bé sÊy kh«ng khÝ; 12. Bé khö bôi; 13. Qu¹t khãi; 14. Qu¹t giã; 15. Bao h¬i; 16. èng n−íc xuèng; 17. èng gãp n−íc; ë ®©y, èng sinh h¬i sè 3 ®Æt phÝa trong t−êng lß nªn m«i chÊt trong èng nhËn nhiÖt vµ sinh h¬i liªn tôc do ®ã trong èng èng sinh h¬i 3 lµ hçn hîp h¬i vµ n−íc, cßn èng xuèng 4 ®Æt ngoµi t−êng lß nªn m«i chÊt trong èng 4 kh«ng nhËn nhiÖt do ®ã trong èng 4 lµ n−íc. Khèi l−îng riªng cña hçn hîp h¬i vµ n−íc trong èng 3 nhá h¬n
9
**source: http://bkeps.com
**
khèi l−îng riªng cña n−íc trong èng xuèng 4 nªn hçn hîp trong èng 3 ®i lªn, cßn n−íc trong èng 4 ®i xuèng liªn tôc t¹o nªn qu¸ tr×nh tuÇn hoµn tù nhiªn, bëi vËy lß h¬i lo¹i nµy ®−îc gäi lµ lß h¬i tuÇn hoµn tù nhiªn. Buång löa tr×nh bµy trªn h×nh 2.1 lµ buång löa phun, nhiªn liÖu ®−îc phun vµo vµ ch¸y l¬ löng trong buång löa. Qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu xÈy ra trong buång løa vµ ®¹t ®Õn nhiÖt ®é rÊt cao, tõ 1300 0C ®Õn 1900 0C, chÝnh v× vËy hiÖu qu¶ trao ®æi nhiÖt bøc x¹ gi÷a ngän löa vµ dµn èng sinh h¬i rÊt cao vµ l−îng nhiÖt dµn èng sinh h¬i thu ®−îc tõ ngän löa chñ yÕu lµ do trao ®æi nhiÖt bøc x¹. §Ó hÊp thu cã hiÖu qu¶ nhiÖt l−îng bøc x¹ cña ngän löa ®ång thêi b¶o vÖ t−êng lß khái t¸c dông cña nhiÖt ®é cao vµ nh÷ng ¶nh h−ëng xÊu cña tro nãng ch¶y, ng−êi ta bè trÝ c¸c dµn èng sinh h¬i 3 xung quanh t−êng buång löa. Khãi ra khái buång löa, tr−íc khi vµo bé qu¸ nhiÖt ®· ®−îc lµm nguéi mét phÇn ë côm phecston, ë ®©y khãi chuyÓn ®éng ngoµi èng truyÒn nhiÖt cho hçn hîp h¬i n−íc chuyÓn ®éng trong èng. Khãi ra khái bé qu¸ nhiÖt cã nhiÖt ®é cßn cao, ®Ó tËn dông phÇn nhiÖt thõa cña khãi khi ra khái bé qu¸ nhiÖt, ë phÇn ®u«i lß ng−êi ta ®Æt thªm bé h©m n−íc vµ bé sÊy kh«ng khÝ. Bé h©m n−íc cã nhiÖm vô gia nhiÖt cho n−íc ®Ó n©ng nhiÖt ®é cña n−íc tõ nhiÖt ®é ra khái b×nh gia nhiÖt lªn ®Õn nhiÖt ®é s«i vµ cÊp vµo bao h¬i 5. §©y lµ giai ®o¹n ®Çu tiªn cña qu¸ tr×nh cÊp nhiÖt cho n−íc ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh hãa h¬i ®¼ng ¸p n−íc trong lß. Sù cã mÆt cña bé h©m n−íc sÏ lµm gi¶m tæng diÖn tÝch bÒ mÆt ®èt cña lß h¬i vµ sö dông triÖt ®Ó h¬n nhiÖt l−îng táa ra khi ch¸y nhiªn liÖu, lµm cho nhiÖt ®é khãi tho¸t khái lß gi¶m xuèng, lµm t¨ng hiÖu suÊt cña lß. Kh«ng khÝ l¹nh tõ ngoµi trêi ®−îc qu¹t giã 14 hót vµo vµ thæi qua bé sÊy kh«ng khÝ 11. ë bé sÊy, kh«ng khÝ nhËn nhiÖt cña khãi, nhiÖt ®é ®−îc n©ng tõ nhiÖt ®é m«i tr−êng ®Õn nhiÖt ®é yªu cÇu vµ ®−îc ®−a vµo vßi phun sè 1 ®Ó cung cÊp cho qu¸ tr×nh ®èt ch¸y nhiªn liÖu. Nh− vËy bé h©m n−íc vµ bé sÊy kh«ng khÝ ®· hoµn tr¶ l¹i buång löa mét phÇn nhiÖt ®¸ng lÏ bÞ th¶i ra ngoµi. ChÝnh v× vËy ng−êi ta cßn gäi bé h©m n−íc vµ bé sÊy kh«ng khÝ lµ bé tiÕt kiÖm nhiÖt. Nh− vËy, tõ khi vµo bé h©m n−íc ®Õn khi ra khái bé qu¸ nhiÖt cña lß h¬i, m«i chÊt (n−íc vµ h¬i) tr¶i qua c¸c giai ®o¹n hÊp thô nhiÖt trong c¸c bé phËn sau: NhËn nhiÖt trong bé h©m n−íc ®Õn s«i, s«i trong dµn èng sinh h¬i, qu¸ nhiÖt trong bé qu¸ nhiÖt. NhiÖt l−îng m«i chÊt hÊp thu ®−îc biÓu diÔn b»ng ph−¬ng tr×nh: Qmc = [i''hn - i'hn ]+ [is - i''hn + rx] + [r(1-x) + (i''qn - i'qn)] (2-1) Qmc = i''qn - i'qn + is + r - i'hn (2-1a) Trong ®ã: Qmc lµ nhiÖt l−îng m«i chÊt nhËn ®−îc trong lß h¬i. i'hn, i''hn : Entanpi cña n−íc vµo vµ ra khái bé h©m n−íc. r : NhiÖt Èn hãa h¬i cña n−íc. x : ®é kh« cña h¬i ra khái bao h¬i. i'qn, i''qn : Entanpi h¬i vµo vµ ra khái bé qu¸ nhiÖt. 2.3. C¸c ®Æc tÝnh kü thuËt cña Lß h¬i §Æc tÝnh kü thuËt chÝnh cña lß lµ c¸c ®¹i l−îng thÓ hiÖn sè l−îng vµ chÊt l−îng
10
**source: http://bkeps.com
**
h¬i ®−îc s¶n xuÊt ra. Sè l−îng h¬i s¶n xuÊt ra ®−îc x¸c ®Þnh b»ng s¶n l−îng h¬i cßn chÊt l−îng h¬i ®−îc x¸c ®Þnh b»ng th«ng sè h¬i. 1- Th«ng sè h¬i cña lß: §èi víi lß h¬i cña nhµ m¸y ®iÖn, h¬i s¶n xuÊt ra lµ qu¸ nhiÖt nªn th«ng h¬i cña lß ®−îc biÓu thÞ b»ng ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt: Pqn (Mpa), tqn (0C). 2- S¶n l−îng h¬i cña lß: S¶n l−îng h¬i cña lß lµ l−îng h¬i mµ lß s¶n xuÊt ra ®−îc trong mét ®¬n vÞ thêi gian (Kg/h hoÆc TÊn/h). Th−êng dïng 3 kh¸i niÖm s¶n l−îng. - S¶n l−îng h¬i ®Þnh møc (D®m): lµ s¶n l−îng h¬i lín nhÊt lß cã thÓ ®¹t ®−îc, ®¶m b¶o vËn hµnh trong thêi gian l©u dµi, æn ®Þnh víi c¸c th«ng sè h¬i ®· cho mµ kh«ng ph¸ hñy hoÆc g©y ¶nh h−ëng xÊu ®Õn chÕ ®é lµm viÖc cña lß. - S¶n l−îng h¬i cùc ®¹i (Dmax): lµ s¶n l−îng h¬i lín nhÊt mµ lß cã thÓ ®¹t ®−îc, nh−ng chØ trong mét thêi gian ng¾n, nghÜa lµ lß kh«ng thÓ lµm viÖc l©u dµi víi s¶n l−îng h¬i cùc ®¹i ®−îc. S¶n l−îng h¬i cùc ®¹i b»ng: Dmax = (1,1 - 1,2) D®m (2-2) - S¶n l−îng h¬i kinh tÕ lµ s¶n l−îng h¬i mµ ë ®ã lß lµm viÖc víi hiÖu qu¶ kinh tÕ cao nhÊt. S¶n l−îng h¬i kinh tÕ b»ng: Dkt = (0,8 - 0,9) D®m (2-3) 3- HiÖu suÊt cña lß: HiÖu suÊt cña lß lµ tØ sè gi÷a l−îng nhiÖt mµ m«i chÊt hÊp thô ®−îc (hay cßn gäi lµ l−îng nhiÖt cã Ých) víi l−îng nhiÖt cung cÊp vµo cho lß. HiÖu suÊt cña lß ký hiÖu b»ng η D(i qn − i 'hn ) (2-4) η= BQ lv t Trong ®ã: D lµ s¶n l−îng h¬i, (kg/h) iqn lµ entanpi cña h¬i qu¸ nhiÖt, (Kj/kg) i’hn lµ entanpi cña n−íc ®i vµo bé h©m nø¬c, (Kj/kg) B lµ l−îng nhiªn liÖu tiªu hao trong mét giê, (kg/h) Qtlv: NhiÖt trÞ thÊp lµm viÖc cña nhiªn liÖu, (Kj/kg). 4- NhiÖt thÕ thÓ tÝch cña buång löa: NhiÖt thÕ thÓ tÝch cña buång löa lµ l−îng nhiÖt sinh ra trong mét ®¬n vÞ thêi gian trªn mét ®¬n vÞ thÓ tÝch cña buång löa.
qv =
BQ lv t Vbl
, (W/m3)
(2-5)
Trong ®ã: Vbl: ThÓ tÝch buång löa, (m3), B (kg/s) §èi víi c¸c lß h¬i nhá, ng−êi ta cßn chó ý ®Õn c¸c ®Æc tÝnh sau ®©y 5- NhiÖt thÕ diÖn tÝch trªn ghi: NhiÖt thÕ diÖn tÝch trªn ghi lµ nhiÖt l−îng sinh ra trong mét ®¬n vÞ thêi gian trªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch bÒ mÆt cña ghi:
BQ lv t , (W/m2) qr = R
(2-6)
11
**source: http://bkeps.com
**
R: diÖn tÝch mÆt ghi, (m2). 6- N¨ng suÊt bèc h¬i cña bÒ mÆt sinh h¬i: N¨ng suÊt bèc h¬i cña bÒ mÆt sinh h¬i lµ kh¶ n¨ng bèc h¬i cña mét ®¬n vÞ diÖn tÝch bÒ mÆt ®èt (bÒ mÆt sinh h¬i) trong mét ®¬n vÞ thêi gian, ký hiÖu lµ S, D (2-7) S = , (kg/m2h) H D: S¶n l−îng h¬i cña lß, (kg/h) H: diÖn tÝch bÒ mÆt sinh h¬i (bÒ mÆt ®«t), (m2)
12
**source: http://bkeps.com
**
Ch−¬ng 3. NHI£N LIÖU Vµ hiÖu qu¶ sö dông nhiªn liÖu
3.1. KH¸I NIÖM VÒ NHI£N LIÖU 3.1.1. Nhiªn liÖu vµ ph©n lo¹i nhiªn liÖu Nhiªn liÖu lµ nh÷ng vËt chÊt khi ch¸y ph¸t ra ¸nh s¸ng vµ nhiÖt n¨ng. Trong c«ng nghiÖp th× nhiªn liÖu ph¶i ®¹t c¸c yªu cÇu sau: - Cã nhiÒu trong tù nhiªn, tr÷ l−îng lín, dÔ khai th¸c, gi¸ thµnh rÎ. - Khi ch¸y kh«ng sinh ra c¸c chÊt g©y nguy hiÓm. Nhiªn liÖu cã thÓ ph©n thµnh hai lo¹i chÝnh: nhiªn liÖu v« c¬ vµ nhiªn liÖu h÷u c¬. 3.1.1.1. Nhiªn liÖu h÷u c¬: Nhiªn liÖu h÷u c¬ lµ nhiªn liÖu cã s½n trong thiªn nhiªn do qu¸ tr×nh ph©n hñy h÷u c¬ t¹o thµnh. Nhiªn liÖu h÷u c¬ dïng trong ngµnh n¨ng l−îng cã 3 lo¹i: + KhÝ thiªn nhiªn. + Nhiªn liÖu láng: dÇu Diezen, dÇu nÆng (FO). + Nhiªn liÖu r¾n: theo tuæi h×nh thµnh nhiªn liÖu ta cã gç, than bïn, than n©u, than ®¸, than c¸m. 3.1.1.2. Nhiªn liÖu v« c¬: Nhiªn liÖu v« c¬ lµ nhiªn liÖu ®−îc t¹o ra do ph¶n øng ph©n hñy h¹t nh©n Ura®ium. 3.1.2. Thµnh phÇn vµ ®Æc tÝnh c«ng nghÖ cña nhiªn liÖu 3.1.2.1. Thµnh phÇn cña nhiªn liÖu Nhiªn liÖu bao gåm nh÷ng chÊt cã kh¶ n¨ng bÞ oxy hãa gäi lµ chÊt ch¸y vµ nh÷ng chÊt kh«ng thÓ bÞ oxy hãa gäi lµ chÊt tr¬. * Nhiªn liÖu r¾n vµ láng Trong nhiªn liÖu r¾n hoÆc láng cã c¸c nguyªn tè: Cacbon(C), Hy®ro (H), ¤xi (O), Nit¬ (N), L−u huúnh (S), ®é tro (A) vµ ®é Èm (W). C¸c nguyªn tè hãa häc trong nhiªn liÖu ®Òu ë d¹ng liªn kÕt c¸c ph©n tö h÷u c¬ rÊt phøc t¹p nªn khã ch¸y vµ kh«ng thÓ thÓ hiÖn ®Çy ®ñ c¸c tÝnh chÊt cña nhiªn liÖu. Trong thùc tÕ, ng−êi ta th−êng ph©n tÝch nhiªn liÖu theo thµnh phÇn khèi l−îng ë c¸c d¹ng mÉu kh¸c nhau nh−: mÉu lµm viÖc, mÉu kh«, mÉu ch¸y, dùa vµo ®ã cã thÓ ®¸nh gi¸ ¶nh h−ëng cña c¸c qu¸ tr×nh khai th¸c, vËn chuyÓn vµ b¶o qu¶n ®Õn thµnh phÇn nhiªn liÖu. §èi víi mÉu lµm viÖc, thµnh phÇn nhiªn liÖu ®−îc x¸c ®Þnh theo phÇn tr¨m khèi l−îng ë tr¹ng th¸i thùc tÕ, ë ®©y cã mÆt tÊt c¶ c¸c thµnh phÇn cña nhiªn liÖu: Clv + Hlv + Sclv + Nlv + Olv + Alv + Wlv = 100% (3-1) SÊy mÉu lµm viÖc ë nhiÖt ®é 105 0C, thµnh phÇn Èm sÏ t¸ch khái nhiªn liÖu (W= 0), khi ®ã ta cã mÉu nhiªn liÖu kh«: Ck + Hk + Sck + Nk + Ok + Ak = 100% (3-2)
13
**source: http://bkeps.com
**
§èi víi mÉu ch¸y, thµnh phÇn nhiªn liÖu ®−îc x¸c ®Þnh theo phÇn tr¨m khèi l−îng c¸c chÊt ch¸y ®−îc: Cch + Hch + Sc + Nch + Och = 100% (3-3) Cacbon: C¸c bon lµ thµnh phÇn ch¸y chñ yÕu trong nhiªn liÖu, cã thÓ chiÕm tíi 95% khèi l−îng nhiªn liÖu. Khi ch¸y, 1kg c¸c bon táa ra mét nhiÖt l−îng kh¸ lín, kho¶ng 34150 KJ/Kg, gäi lµ nhiÖt trÞ cña c¸c bon, do vËy nhiªn liÖu cµng nhiÒu c¸c bon th× nhiÖt trÞ cµng cao. Tuæi h×nh thµnh than cµng cao th× l−îng c¸c bon chøa ë than cµng nhiÒu nghÜa lµ nhiÖt trÞ cµng cao. Hy®ro: Hy®ro lµ thµnh phÇn ch¸y quan träng cña nhiªn liÖu. Tuy l−îng hy®ro trong nhiªn liÖu rÊt it, tèi ®a chØ ®Õn 10% khèi l−îng nhiªn liÖu, nh−ng nhiÖt trÞ cña Hy®r« rÊt lín. Khi ch¸y, 1kg Hy®ro táa ra mét nhiÖt l−îng kho¶ng 144.500 KJ/Kg . L−u huúnh: Tuy lµ mét thµnh phÇn ch¸y, nh−ng l−u huúnh lµ mét chÊt cã h¹i trong nhiªn liÖu v× khi ch¸y t¹o thµnh SO2 th¶i ra m«i tr−êng rÊt ®éc vµ SO3 g©y ¨n mßn kim lo¹i rÊt m¹nh, ®Æc biÖt SO2 t¸c dông víi n−íc t¹o thµnh axÝt H2SO4. L−u huúnh tån t¹i d−íi 3 d¹ng: liªn kÕt h÷u c¬ Shc, kho¸ng chÊt Sk vµ liªn kÕt Sunfat SSP. S = Shc + Sk + Ssp (3-4) L−u huúnh h÷u c¬ vµ kho¸ng chÊt cã thÓ tham gia qu¸ tr×nh ch¸y gäi lµ l−u huúnh ch¸y, cßn l−u huúnh Sunfat th−êng n»m d−íi d¹ng CaSO4, MgSO4...kh«ng tham gia qu¸ tr×nh ch¸y mµ t¹o thµnh tro cña nhiªn liÖu. ¤xi vµ Nit¬: ¤xi vµ Nit¬ lµ nh÷ng thµnh phÇn v« Ých trong nhiªn liÖu v× sù cã mÆt cña nã trong nhiªn liÖu sÏ lµm gi¶m c¸c thµnh phÇn ch¸y ®−îc cña nhiªn liÖu, do ®ã lµm gi¶m nhiÖt trÞ chung cña nhiªn liÖu. Nhiªn liÖu cµng non th× l−îng oxy cµng nhiÒu. * Nhiªn liÖu khÝ: Nhiªn liÖu khÝ ®−îc ®Æc tr−ng b»ng hµm l−îng c¸c chÊt Cacbuahy®r« nh−: CH4, CH4 , CH4, H2, . . . , tÝnh theo phÇn tr¨m thÓ tÝch . 3.1.2.2. §Æc tÝnh c«ng nghÖ cña nhiªn liÖu ViÖc lùa chän ph−¬ng ph¸p ®èt vµ sö dông nhiÖt l−îng gi¶i phãng tõ qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu phô thuéc nhiÒu vµo c¸c ®Æc tÝnh c«ng nghÖ cña nhiªn liÖu. Trong c«ng nghiÖp, ng−êi ta coi c¸c ®Æc tÝnh sau ®©y lµ ®Æc tÝnh c«ng nghÖ cña nhiªn liÖu: ®é Èm, chÊt bèc, cèc, tro vµ nhiÖt trÞ. * §é Èm: §é Èm ký hiÖu lµ W, lµ l−îng n−íc chøa trong nhiªn liÖu, l−îng n−íc nµy nªn nhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu gi¶m xuèng. MÆt kh¸c khi nhiªn liÖu ch¸y cÇn cung cÊp mét nhiÖt l−îng ®Ó bèc Èm thµnh h¬i n−íc. §é Èm cña nhiªn liÖu ®−îc chia ra 2 lo¹i: §é Èm trong vµ ®é Èm ngoµi. §é Èm trong cã s½n trong qu¸ tr×nh h×nh thµnh nhiªn liÖu, th−êng ë d¹ng tinh thÓ ngËm n−íc vµ chØ t¸ch ra khái nhiªn liÖu khi nung nhiªn liÖu ë nhiÖt ®é kho¶ng 8000C §é Èm ngoµi xuÊt hiÖn trong qu¸ tr×nh khai th¸c, vËn chuyÓn vµ b¶o qu¶n nhiªn liÖu. §é Èm ngoµi t¸ch ra khái nhiªn liÖu khi sÊy ë nhiÖt ®é kho¶ng 1050C.
14
**source: http://bkeps.com
**
* ChÊt bèc vµ cèc: ChÊt bèc ký hiÖu lµ V, Khi ®èt nãng nhiªn liÖu trong ®iÒu kiÖn kh«ng cã «xi ë nhiÖt ®é 800-8500C th× cã chÊt khÝ tho¸t ra gäi lµ chÊt bèc, ®ã lµ kÕt qu¶ cña sù ph©n hñy nhiÖt c¸c liªn kÕt h÷u c¬ cña nhiªn liÖu. Nã lµ thµnh phÇn ch¸y ë thÓ khÝ gåm: hy®r«, cacbuahy®r«, cacbon, oxitcacbon, cacbonic, oxi vµ nit¬ . . . Nhiªn liÖu cµng giµ th× l−îng chÊt bèc cµng Ýt, nh−ng nhiÖt trÞ cña chÊt bèc cµng cao, l−îng chÊt bèc cña nhiªn liÖu thay ®æi trong ph¹m vi: than Anfratxit 2-8%, than ®¸ 10-45%, than bïn 70%, gç 80%. Nhiªn liÖu cµng nhiÒu chÊt bèc cµng dÔ ch¸y. Sau khi chÊt bèc bèc ra, phÇn r¾n cßn l¹i cña nhiªn liÖu cã thÓ tham gia qu¸ tr×nh ch¸y gäi lµ cèc. Nhiªn liÖu cµng nhiÒu chÊt bèc th× cèc cµng xèp, nhiªn liÖu cµng cã kh¶ n¨ng ph¶n øng cao. Khi ®èt nhiªn liÖu Ýt chÊt bèc nh− than antraxit, cÇn thiÕt ph¶i duy tr× nhiÖt ®é ë vïng bèc ch¸y cao, ®ång thêi ph¶i t¨ng chiÒu dµi buång löa ®Ó ®¶m b¶o cho cèc ch¸y hÕt tr−íc khi ra khái buång löa. * §é tro: §é tro ký hiÖu lµ A, tro cña nhiªn liÖu lµ phÇn r¾n ë d¹ng chÊt kho¸ng cßn l¹i sau khi nhiªn liÖu ch¸y. Thµnh phÇn cña nã gåm mét sè hçn hîp kho¸ng nh− ®Êt sÐt, c¸t, pyrit s¾t, oxit s¾t, . . . Sù cã mÆt cña nã lµm gi¶m thµnh phÇn ch¸y ®−îc cña nhiªn liÖu, do ®ã gi¶m nhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu. Trong qóa tr×nh ch¸y, d−íi t¸c dông cña nhiÖt ®é cao mét phÇn bÞ biÕn ®æi cÊu tróc, mét phÇn bÞ ph©n hñy nhiÖt, bÞ oxy hãa nh−ng chñ yÕu biÕn thµnh tro. §é tro cña mét sè lo¹i nhiªn liÖu trong kho¶ng: Than 15-30%, gç 0,5 ®Õn 1,0%, mazut 0,2 ®Õn 0,3%, khÝ 0%, ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch ®èt nhiªn liÖu ë nhiÖt ®é 8500C víi nhiªn liÖu r¾n, ®Õn 5000C víi nhiªn liÖu láng cho ®Õn khi khèi l−îng cßn l¹i hoµn toµn kh«ng thay ®æi. T¸c h¹i cña tro: sù cã mÆt cña tro trong nhiªn liÖu lµm gi¶m nhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu, c¶n trë qu¸ tr×nh ch¸y. Khi bay theo khãi tro sÏ mµi mßn c¸c bÒ mÆt ®èt cña lß h¬i. Mét trong nh÷ng ®Æc tÝnh quan träng cña tro ¶nh h−ëng ®Õn ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña lß lµ nhiÖt ®é nãng ch¶y cña tro. NhiÖt ®é nãng ch¶y cña tro trong kho¶ng tõ 12000C ®Õn 14250C. Tro cã nhiÖt ®é ch¶y thÊp th× cã nhiÒu kh¶ n¨ng t¹o xØ b¸m lªn c¸c bÒ mÆt èng, ng¨n c¶n sù trao ®æi nhiÖt gi÷a khãi víi m«i chÊt trong èng vµ lµm t¨ng nhiÖt ®é v¸ch èng g©y nguy hiÓm cho èng. * NhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu: NhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu lµ l−îng nhiÖt sinh ra khi ch¸y hoµn toµn 1kg nhiªn liÖu r¾n hoÆc láng hay 1m3 tiªu chuÈn nhiªn liÖu khÝ (Kj/kg, Kj/m3tc). NhiÖt trÞ lµm viÖc cña nhiªn liÖu gåm nhiÖt trÞ cao vµ nhiÖt trÞ thÊp, ký hiÖu lµ Qclv vµ Qtlv. Trong nhiªn liÖu cã h¬i n−íc, nÕu h¬i n−íc ®ã ng−ng tô thµnh n−íc sÏ táa ra mét l−îng nhiÖt n÷a. NhiÖt trÞ cao lµ nhiÖt trÞ cã kÓ ®Õn c¶ l−îng nhiÖt khi ng−ng tô h¬i n−íc trong s¶n phÈm ch¸y n÷a. NhiÖt trÞ thÊp lµ nhiÖt trÞ kh«ng kÓ ®Õn l−îng nhiÖt ng−ng tô h¬i n−íc trong s¶n phÈm ch¸y. NhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu khi ch¸y trong thiÕt bÞ thùc tÕ lµ nhiÖt trÞ thÊp v× nhiÖt ®é cña khãi ra khái lß cao h¬n nhiÖt ®é ng−ng tô h¬i n−íc, cßn nhiÖt trÞ cao ®−îc dïng khi tÝnh to¸n trong ®iÒu kiÖn phßng thÝ nghiÖm. Khi so s¸nh c¸c lo¹i nhiªn liÖu v¬i nhau, ng−êi ta th−êng dïng kh¸i niÖm nhiªn liÖu tiªu chuÈn, cã nhiÖt trÞ Qt=7000 Kcal/kg (29330 Kj/kg).
15
**source: http://bkeps.com
**
3.2. QU¸ TR×NH CH¸Y CñA NHI£N LIÖU 3.2.1. Kh¸i niÖm Qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu lµ qu¸ tr×nh ph¶n øng hãa häc gi÷a c¸c nguyªn tè hãa häc cña nhiªn liÖu víi oxi vµ sinh ra nhiÖt, qu¸ tr×nh ch¸y cßn lµ qu¸ tr×nh oxi hãa. ChÊt oxi hãa chÝnh lµ oxi cña kh«ng khÝ cÊp vµo cho qu¸ tr×nh ch¸y, chÊt bÞ oxy hãa lµ c¸c nguyªn tè ch¸y ®−îc cña nhiªn liÖu. S¶n phÈm t¹o thµnh sau qu¸ tr×nh ch¸y gäi lµ s¶n phÈm ch¸y (khãi). Qu¸ tr×nh ch¸y cã thÓ xÈy ra hoµn toµn hoÆc kh«ng hoµn toµn. - Qu¸ tr×nh ch¸y hoµn toµn lµ qu¸ tr×nh ch¸y trong ®ã c¸c thµnh phÇn ch¸y ®−îc cña nhiªn liÖu ®Òu ®−îc oxi hãa hoµn toµn vµ s¶n phÈm ch¸y cña nã gåm c¸c khÝ CO2, SO2, H2O, N2, vµ O2. - Qu¸ tr×nh ch¸y kh«ng hoµn toµn lµ qu¸ tr×nh ch¸y trong ®ã cßn nh÷ng chÊt cã thÓ ch¸y ®−îc ch−a ®−îc « xi hãa hoµn toµn. Khi ch¸y kh«ng hoµn toµn, ngoµi nh÷ng s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh ch¸y hoµn toµn trong khãi cßn cã nh÷ng s¶n phÈm kh¸c: CO, CH4... Nguyªn nh©n cña qu¸ tr×nh ch¸y kh«ng hoµn toµn cã thÓ lµ do thiÕu kh«ng khÝ cho qu¸ tr×nh oxi hãa hoÆc cã ®ñ kh«ng khÝ nh−ng kh«ng khÝ vµ nhiªn liÖu pha trén kh«ng ®Òu t¹o ra chç thõa, chç thiÕu kh«ng khÝ. Qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu lµ mét qu¸ tr×nh rÊt phøc t¹p bao gåm nhiÒu giai ®o¹n: sÊy nãng, bèc h¬i, sinh chÊt bèc, b¾t löa, ch¸y chÊt bèc vµ cèc, t¹o xØ. Giai ®o¹n sÊy nãng vµ sinh chÊt bèc lµ giai ®o¹n chuÈn bÞ cho nhiªn liÖu bèc ch¸y, cÇn thiÕt ph¶i cã kh«ng khÝ nãng cã nhiÖt ®é kho¶ng tõ 150 ®Õn 4000C ®Ó sÊy nãng, bèc Èm vµ bèc chÊt bèc khái nhiªn liÖu. Giai ®o¹n b¾t löa b¾t ®Çu ë nhiÖt ®é cao h¬n, khi nhiªn liÖu tiÕp xóc víi kh«ng khÝ nãng. Giai ®o¹n ch¸y chÊt bèc vµ cèc kÌm theo qu¸ tr×nh táa nhiÖt, nhiÖt l−îng nµy cã t¸c dông lµm t¨ng nhiÖt ®é hçn hîp ®Ó ph¶n øng oxy hãa cèc xÈy ra nhanh h¬n, ®©y lµ giai ®o¹n oxi hãa m·nh liÖt nhÊt. Giai ®o¹n kÕt thóc qu¸ tr×nh ch¸y lµ giai ®o¹n t¹o thµnh tro vµ xØ. 3.2.2. C¸c ph−¬ng tr×nh ph¶n øng ch¸y 3.2.2.1. Ch¸y nhiªn liÖu r¾n + Ph¶n øng cña qu¸ tr×nh ch¸y hoµn toµn: - Ch¸y cacbon: C + O2 = CO2 12kgC + 32kgO2 = 44kgCO2 1kgC + 2,67 O2 = 3,67kgCO2. Khi thay khèi l−îng riªng cña Oxi ρo2 = 1,428kg/ m3tc vµ cacbonnic ρCO2 = 1,964kg/ m3tc vµo (3-5b), ta ®−îc:
16
(3-5a) (3-5b)
**source: http://bkeps.com
**
1KgC + 1,866 m3tc O2 = 1,866 m3tc CO2. (3-5c) T−¬ng tù, ta cã thÓ tÝnh l−îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt ®Ó ®èt ch¸y c¸c thµnh phÇn kh¸c. Ch¸y l−u huúnh: S + O2 = SO2 1kgS + 0,7 m3tc O2 = 0,7m3tc SO2 - Ch¸y hy®ro: 2H2 + O2 = 2H2O 1kgH2 + 5,6 m3tc O2 = 11,2 m3tc H2O + Ph¶n øng ch¸y kh«ng hoµn toµn: 2C + O2 = 2CO 24kgC + 32kg O2 = 56kg CO 1kgC + 0,933 m3tc O2 = 1,866 m3tc CO 3.2.2.2. Ch¸y nhiªn liÖu khÝ: Nhiªn liÖu khÝ bao gåm c¸c thµnh phÇn H2, S, CH4, CmHn, CO, H2S. Ph−¬ng tr×nh c¸c ph¶n øng ch¸y nhiªn liÖu khÝ còng ®−îc viÕt t−¬ng tù nh− ®èi víi nhiªn liÖu r¾n hoÆc láng. Tõ c¸c ph−¬ng tr×nh ph¶n øng ch¸y ta cã thÓ tÝnh ®−îc l−îng oxi lý thuyÕt cÇn thiÕt cung cÊp cho qu¸ tr×nh ch¸y, ®¶m b¶o cho nhiªn liÖu ch¸y hoµn toµn (ch¸y kiÖt). Tõ ®ã tÝnh ®−îc l−îng kh«ng khÝ cÇn cung cÊp cho lß h¬i. §ång thêi tõ c¸c ph−¬ng tr×nh ph¶n øng ch¸y còng cã thÓ tÝnh ®−îc l−îng khãi th¶i ra khái lß. 3.2.3. X¸c ®Þnh thÓ tÝch kh«ng khÝ cÊp cho qu¸ tr×nh ch¸y * ThÓ tÝch kh«ng khÝ lý thuyÕt: ThÓ tÝch kh«ng khÝ lý thuyÕt cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh ch¸y lµ l−îng kh«ng khÝ t−¬ng øng víi l−îng O2 cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh ch¸y hoµn toµn 1kg nhiªn liÖu r¾n hoÆc láng hay 1 m3tc tiªu chuÈn nhiªn liÖu khÝ. Trong nhiªn liÖu r¾n, c¸c thµnh phÇn C, H, S cã thÓ ch¸y ®−îc vµ sinh nhiÖt. L−îng oxi cÇn thiÕt ®Ó ®èt ch¸y hoµn toµn 1 kg nhiªn liÖu b»ng tæng l−îng oxi cÇn thiÕt ®Ó ®èt ch¸y hoµn toµn l−îng C, H, S cã trong 1kg nhiªn liÖu. VËy cã thÓ tÝnh l−îng oxi cÇn thiÕt ®Ó ®èt ch¸y hoµn toµn 1 kg nhiªn liÖu theo c¸c ph−¬ng tr×nh ph¶n øng (3-5), (3-6), (3-7). C lv S lv H lv O lv 0 VO 2 = 1,866 + 0,7 + 5,6 − (3-9) 100 100 100 1,428.100 (3-6a) (3-6b) (3-7a) (3-7b) (3-8) (3-8b)
Oxi cÊp cho qu¸ tr×nh ch¸y trong lß h¬i lÊy tõ kh«ng khÝ, mµ trong kh«ng khÝ oxi chiÕm 21%, do ®ã cã thÓ tÝnh ®−îc l−îng kh«ng khÝ lý thuyÕt cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh ch¸y hoµn toµn 1kg nhiªn liÖu: 0 VO 2 ⎞ C lv S lv H lv O lv 1 ⎛ 0 ⎜1,866 ⎟ (3-10) Vkk = = + 0,7 + 5,6 − ⎜ 0,21 0,21 ⎝ 100 100 100 1,428.100 ⎟ ⎠
L−îng kh«ng khÝ lý thuyÕt ®Ó ®èt ch¸y 1kg nhiªn liÖu r¾n, láng lµ: 0 Vkk = 0,0889(C lv + 0,375S lv ) + 0,265H lv − 0,0333O lv , ( m 3 / kg ) tc (3-11)
17
**source: http://bkeps.com
**
* ThÓ tÝch kh«ng khÝ thùc tÕ: ThÓ tÝch kh«ng khÝ lý thuyÕt cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh ch¸y ®−îc x¸c ®Þnh theo c¸c ph−¬ng tr×nh ph¶n øng hãa häc nªu trªn. NghÜa lµ ®−îc tÝnh to¸n víi ®iÒu kiÖn lÝ t−ëng, trong ®ã tõng ph©n tö c¸c chÊt oxi hãa vµ bÞ oxi hãa tiÕp xóc vµ ph¶n øng víi nhau. Trong thùc tÕ kh«ng khÝ vµ nhiªn liÖu kh«ng thÓ tiÕp xóc lý t−ëng víi nhau ®−îc nh− vËy. Do vËy ®Ó qóa tr×nh ch¸y cã thÓ xÈy ra hoµn toµn (nghÜa lµ gÇn víi ®iÒu kiÖn lý t−ëng) th× l−îng kh«ng khÝ thùc tÕ cÇn ph¶i cung cÊp vµo nhiÒu h¬n l−îng kh«ng khÝ tÝnh to¸n ®−îc theo lý thuyÕt. TØ sè gi÷a l−îng kh«ng khÝ thùc tÕ cÊp vµo víi l−îng kh«ng khÝ lý thuyÕt tÝnh to¸n ®−îc gäi lµ hÖ sè kh«ng khÝ thõa, ký hiÖu lµ α: V (3-12) α = kk > 1 0 Vkk
Trong ®ã: Vkk: ThÓ tÝch kh«ng khÝ thùc tÕ, (m3tc/ kg) V0kk: ThÓ tÝch kh«ng khÝ lý thuyÕt, (m3tc/ kg). Gi¸ trÞ tiªu chuÈn cña hÖ sè kh«ng khÝ thõa ®èi víi tõng lo¹i lß h¬i nh− sau: + §èt nhiªn liÖu trong buång löa ghi : α = 1,3 ®Õn 1,5 + §èt nhiªn liÖu trong buång löa phun: Lß h¬i ®èt bét than (phun) : α = 1,13 ®Õn 1,25 Lß h¬i ®èt dÇu: α = 1,03 ®Õn 1,15 Lß h¬i ®èt khÝ: α = 1,02 ®Õn 1,05 Lß h¬i kh«ng thÓ kÝn tuyÖt ®èi ®−îc v× cã c¸c chç ghÐp nèi t−êng lß, trªn t−êng lß ph¶i cã cöa vÖ sinh, cöa quan s¸t. Khi lß lµm viÖc, ¸p suÊt ®−êng khãi lu«n thÊp h¬n ¸p suÊt khÝ quyÓn, do ®ã kh«ng khÝ l¹nh tõ ngoµi sÏ lät vµo ®−êng khãi lµm t¨ng hÖ sè kh«ng khÝ thõa trong ®−êng khãi. ¸p suÊt khãi gi¶m dÇn theo chiÒu khãi ®i, do ®ã l−îng kh«ng khÝ l¹nh lät vµo ®−êng khãi t¨ng dÇn, nghÜa lµ ( t¨ng dÇn theo chiÒu ®i cña khãi. Khi ( t¨ng th× nhiÖt ®é cña khãi gi¶m xuèng tøc lµ qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt gi¶m xuèng, nhiÖt thõa cña khãi t¨ng lªn tøc lµ l−îng nhiÖt do khãi mang ra ngoµi trêi (q2) t¨ng lªn, hiÖu suÊt lß gi¶m xuèng. V× vËy, khi vËn hµnh cÇn ph¶i phÊn ®Êu gi÷ cho α ë gi¸ trÞ tèi thiÓu.
**3.2.4. ThÓ tÝch s¶n phÈm ch¸y sinh ra khi ch¸y nhiªn liÖu
**
S¶n phÈm ch¸y (gäi lµ khãi thùc) gåm cã khãi kh« vµ h¬i n−íc. Tïy thuéc vµo ®iÒu kiÖn ch¸y hoµn toµn hay kh«ng hoµn toµn c¸c nguyªn tè ch¸y cña nhiªn liÖu mµ tû lÖ c¸c thµnh phÇn c¸c chÊt sinh ra trong s¶n phÈm ch¸y kh¸c nhau. ë tr¹ng th¸i lý thuyÕt, khi ch¸y hoµn toµn (víi α = 1) sÏ t¹o thµnh trong khãi c¸c chÊt: CO2, SO2, N2 vµ H2O.
ë c¸c lß h¬i ®èt dÇu sö dông vßi phun h¬i th× cÇn thiÕt ph¶i cã mét l−îng h¬i ®Ó phun dÇu vµo lß d−íi d¹ng s−¬ng mï nªn l−îng khãi thùc tÕ bao giê còng lín h¬n l−îng khãi lý thuyÕt. Trong qu¸ tr×nh vËn hµnh lß h¬i, th−êng ph¶i kiÓm tra c¸c mÉu khãi ®Þnh kú ®Ó ph¸t hiÖn trong khãi cã thµnh phÇn CO kh«ng. NÕu cã CO chøng tá qu¸ tr×nh ch¸y xÈy ra kh«ng hoµn toµn, nhiªn liÖu ch−a bÞ oxi hãa hoµn toµn, cÇn thiÕt ph¶i t×m
18
**source: http://bkeps.com
**
nguyªn nh©n ®Ó kh¾c phôc vµ ®iÒu chØnh qu¸ tr×nh ch¸y. §ång thêi viÖc ph©n tÝch khãi cßn cho phÐp x¸c ®Þnh hÖ sè kh«ng khÝ thõa xem cã ®óng tiªu chuÈn kh«ng. NÕu α nhá h¬n tiªu chuÈn th× qu¸ tr×nh ch¸y sÏ thiÕu O2 ch¸y kh«ng hÕt nhiªn liÖu. NÕu α lín th× tæn thÊt nhiÖt q2 t¨ng, hiÖu suÊt cña lß gi¶m xuèng. Khi ph©n tÝch khãi th−êng x¸c ®Þnh chung gi¸ trÞ thÓ tÝch cña khÝ 3 nguyªn tö cã trong khãi CO2 vµ SO2 , ký hiÖu lµ RO2 VRO 2 = VCO 2 + VSO 2 (3-13)
3.3. C¢N B»NG NHIÖT Vµ TÝNH HIÖU SUÊT CñA Lß 3.3.1. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt tæng qu¸t cña lß
NhiÖt l−îng sinh ra khi ®èt ch¸y nhiªn liÖu trong lß h¬i chÝnh lµ n¨ng l−îng do nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ mang vµo: (3-14) Q®v = Qnl + Qkk NhiÖt l−îng nµy mét phÇn ®−îc sö dông h÷u Ých ®Ó sinh h¬i, cßn mét phÇn nhá h¬n bÞ mÊt m¸t ®i gäi lµ tæn thÊt nhiÖt. (3-15) Q®v = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 Trong ®ã: Q1 lµ nhiÖt l−îng sö dông h÷u Ých ®Ó sinh h¬i, (Kj/kg) Q2 lµ l−îng tæn thÊt nhiÖt do khãi th¶i mang ra ngoµi lß h¬i, (Kj/kg) Q3 lµ l−îng tæn thÊt nhiÖt do ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ mÆt hãa häc, (Kj/kg) Q4 lµ l−îng tæn thÊt nhiÖt do ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ mÆt c¬ häc, (Kj/kg) Q5 lµ l−îng tæn thÊt nhiÖt do táa nhiÖt tõ mÆt ngoµi t−êng lß ra kh«ng khÝ xung quanh, (Kj/kg) Q6 lµ l−îng tæn thÊt nhiÖt do xØ nãng mang ra ngoµi, (Kj/kg). NhiÖt l−îng sinh ra do ®èt ch¸y nhiªn liÖu trong lß h¬i chÝnh b»ng nhiÖt l−îng ®−îc sö dông h÷u Ých ®Ó sinh h¬i vµ phÇn nhiÖt bÞ tæn thÊt trong qu¸ tr×nh lµm viÖc. Ph−¬ng tr×nh biÓu diÔn sù c©n b»ng nµy gäi lµ ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt tæng qu¸t cña lß. (3-16) Q®v = Qnl + Qkk = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6
3.3.2. X¸c ®Þnh hiÖu suÊt cña lß h¬i HiÖu suÊt cña lß h¬i lµ tØ sè gi÷a l−îng nhiÖt sö dông h÷u Ých vµ l−îng nhiÖt cung cÊp vµo lß h¬i. Q (3-17) η = 1 100, (%) Q dv
HiÖu suÊt cña lß h¬i cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng 2 ph−¬ng ph¸p: ph−¬ng ph¸p c©n b»ng thuËn vµ ph−¬ng ph¸p c©n b»ng nghÞch.
19
**source: http://bkeps.com
**
3.3.2.1. Ph−¬ng ph¸p c©n b»ng thuËn:
Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh hiÖu suÊt nhiÖt theo ph−¬ng tr×nh (3-17) gäi lµ ph−¬ng ph¸p c©n b»ng thuËn. §Ó tÝnh hiÖu suÊt cña lß theo ph−¬ng ph¸p c©n b»ng thuËn cÇn tÝnh l−îng nhiÖt sö dông h÷u Ých Q1 vµ l−îng nhiÖt cung cÊp vµo lß h¬i Q®v. + NhiÖt sö dông h÷u Ých h¬i nhËn ®−îc: (3-18) Q1 + D(iqn - i'nc) D lµ s¶n l−îng h¬i cña lß h¬i, (kg/h) iqn lµ entanpi h¬i qu¸ nhiÖt, (Kj/kg) i’nc lµ entanpi n−íc ë ®Çu vµo bé h©m n−íc, (Kj/kg) + L−îng nhiÖt do nhiªn liÖu sinh ra khi ch¸y (nÕu bá qua nhiÖt l−îng do kh«ng khÝ mang vµo): (3-19) Qdv = BQtlv B lµ l−îng nhiªn liÖu lß h¬i tiªu thô trong 1h (kg/h). Thay vµo (3-17) ta cã: D(i qn − i' qn ) η= 100, (%). (3-20) BQ lv t Nh− vËy muèn x¸c ®Þnh hiÖu suÊt cña lß theo ph−¬ng ph¸p thuËn cÇn x¸c ®Þnh chÝnh x¸c l−îng tiªu hao nhiªn liÖu t−¬ng øng v¬i l−îng h¬i s¶n xuÊt ra. §©y lµ mét ®iÒu khã kh¨n ®èi víi c¸c lã h¬i lín v× l−îng tiªu hao nhiªn liÖu rÊt lín nªn rÊt khã x¸c ®Þnh chÝnh x¸c l−îng tiªu hao nhiªn liÖu cña lß. V× vËy ph−¬ng ph¸p nµy chØ dïng ®Ó x¸c ®Þnh hiÖu suÊt cho c¸c lß h¬i nhá, cã l−îng tiªu hao nhiªn liÖu Ýt cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc chÝnh x¸c, cßn s¶n l−îng h¬i ®−îcc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch ®o l−îng n−íc cÊp vµo lß. §èi víi c¸c lß lín th× hiÖu suÊt ®−îc x¸c ®Þnh theo ph−¬ng ph¸p c©n b»ng nghÞch.
**3.3.2.2. Ph−¬ng ph¸p c©n b¨ng nghÞch:
**
Tõ ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt tæng qu¸t cña lß (3-16) ta cã: Q1 = Q®v - Q2 - Q3 - Q4 - Q5 - Q6 Chia c¶ hai vÕ cho Q®v ta ®−îc: Q Q Q Q Q1 Q Q = dv - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 Q dv Q dv Q dv Q dv Q dv Q dv Q dv hay:
(3-21) (3-22)
η = q 1 = 1 - q2 - q 3 - q4 - q5 - q6 η = q1 = 100 trong ®ã: q1=
(3-23)
∑q
i=2
6
i
(%)
Q Q1 Q (%); q2= 2 (%), q3= 3 (%). . . . Q dv Q dv Q dv
Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh hiÖu suÊt nhiÖt theo ph−¬ng tr×nh (3-23) gäi lµ ph−¬ng ph¸p c©n b»ng nghÞch. §Ó tÝnh hiÖu suÊt cña lß theo ph−¬ng ph¸p c©n b»ng nghÞch cÇn tÝnh c¸c tæn thÊt nhiÖt q1 , q2 , q3 , q4 , q5 , q6.
20
source: http://bkeps.com
**3.4. Tæn thÊt nhiÖt TRONG Lß H¥I 3.4.1. Tæn thÊt nhiÖt do khãi th¶i mang ra ngoµi lß h¬i q2 (%)
**
Khãi ®−îc t¹o thµnh trong qu¸ tr×nh ch¸y tøc lµ tõ kh«ng khÝ vµ nhiªn liÖu. Kh«ng khÝ vµo lß cã nhiÖt ®é kho¶ng 20-350C, trong khi ®ã nhiÖt ®é khãi th¶i ra khái lß th−êng lín h¬n 1100C, ®Æc biÖt ®èi víi c¸c lß nhá kh«ng cã bÒ mÆt ®èt phÇn ®u«i th× nhiÖt ®é khãi tho¸t cã thÓ tíi 4000C. Nh− vËy ph¶i mÊt mét l−îng nhiÖt ®Ó ®èt nãng kh«ng khÝ vµ nhiªn liÖu tõ nhiÖt ®é m«i tr−êng ®Õn nhiÖt ®é khãi th¶i. Tæn thÊt nµy gäi lµ tæn thÊt nhiÖt do khãi th¶i, ký hiÖu lµ q2 (%) HÖ sè kh«ng khÝ thõa ra khái lß h¬i vµ nhiÖt ®é khãi th¶i lµ 2 yÕu tè ¶nh h−ëng r©t lín ®Õn q2. NhiÖt ®é khãi th¶i cµng cao th× tæn thÊt q2 cµng lín. Tuy nhiªn khi nhiÖt ®é khãi th¶i thÊp h¬n nhiÖt ®é ®äng s−¬ng sÏ g©y ng−ng ®äng s−¬ng h¬i n−íc trong khãi. N−¬c ng−ng ®äng sÏ dÔ hßa tan SO2 t¹o thµnh H2SO4 g©y hiÖn t−îng ¨n mßn kim lo¹i. V× vËy chóng ta ph¶i t×m nh÷ng biÖn ph¸p ®Ó gi¶m nhiÖt ®é khãi th¶i ®Õn møc hîp lý nhÊt. Khi hÖ sè kh«ng khÝ thõa cµng lín th× nhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt cña qu¸ tr×nh gi¶m, lµm gi¶m l−îng nhiÖt hÊp thu b»ng bøc x¹ cña buång löa, dÉn ®Õn nhiÖt ®é khãi sau buång löa t¨ng lªn tøc lµ nhiÖt ®é khãi tho¸t t¨ng. MÆt kh¸c hÖ sè kh«ng khÝ thõa cµng lín th× thÓ tÝch khãi th¶i cµng lín vµ nh− vËy th× q2 còng cµng lín. V× vËy cÇn khèng chÕ ( ë møc nhá nhÊt, ®ång thêi h¹n chÕ kh«ng khÝ l¹nh lät vµo lß h¬i. Tæn thÊt nhiÖt q2 th−êng trong kho¶ng tõ 4-7%
**3.4.2. Tæn thÊt nhiÖt do ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ hãa häc q3 (%)
**
Khi nhiªn liÖu ch¸y kh«ng hoµn toµn th× trong khãi cßn cã c¸c chÊt khÝ ch¸y kh«ng hoµn toµn nh− CO, H2, CH4 . Nh÷ng khÝ nµy cßn cã thÓ ch¸y vµ sinh nhiÖt ®−îc nh−ng ch−a ch¸y ®· bÞ th¶i ra ngoµi, g©y nªn tæn thÊt nhiÖt gäi lµ tæn thÊt nhiÖt do ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ hãa häc, ký hiÖu lµ q3 (%). Nguyªn nh©n cña tæn thÊt nµy lµ cã thÓ do thiÕu kh«ng khÝ hoÆc kh«ng khÝ pha trén kh«ng ®Òu víi nhiªn liÖu. C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn q3 bao gåm: NhiÖt ®é buång löa, hÖ sè kh«ng khÝ thõa vµ ph−¬ng thøc x¸o trén gi÷a kh«ng khÝ víi nhiªn liÖu trong buång löa. HÖ sè kh«ng khÝ thõa lín th× q3 cµng nhá nh−ng q2 l¹i t¨ng (Tuy nhiªn hÖ sè kh«ng khÝ thõa qu¸ lín lµm cho nhiÖt ®é buång l−¶ qu¸ thÊp th× q3 l¹i t¨ng). Sù pha tréng gi÷a nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ cµng tèt th× q3 cµng nhá. V× vËy ph¶i tÝnh chän α sao cho tæng tæn thÊt nhiÖt q2 + q3 lµ nhá nhÊt. Khi ®èt nhiªn liÖu r¾n: ®èi víi buång löa ghi tæn thÊt q3 cã thÓ ®¹t ®Õn 0,51%, buång ®èt phun q3 cã thÓ ®¹t ®Õn 0,5% vµ víi buång löa thñ c«ng q3 cã thÓ ®¹t ®Õn 2% hoÆc cao h¬n. Khi ®èt mazut th× q3 cao h¬n v× khi ch¸y mazut cacbuahy®ro dÔ bÞ ph©n hñy t¹o thµnh nh÷ng liªn kÕt khã ph¶n øng, th−êng q3 = 3%.
3.4.3. Tæn thÊt nhiÖt do ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ mÆt c¬ häc q4 (%)
21
**source: http://bkeps.com
**
Nhiªn liÖu ®−a vµo lß cã mét phÇn ch−a kÞp ch¸y ®· bÞ th¶i ra ngoµi theo c¸c ®−êng: bay theo khãi, lät qua ghi lß hoÆc r¬i xuèng ®¸y buång löa cïng víi xØ g©y nªn tæn thÊt nhiÖt gäi lµ tæn thÊt nhiÖt do ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ mÆt c¬ häc. YÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn tæn thÊt nhiÖt do ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ mÆt c¬ häc lµ kÝch cì h¹t, tÝnh kÕt dÝnh cña tro, tèc ®é vµ c¸ch tæ chøc cÊp giã. ë lß ghi, khe hë cña ghi cµng lín th× tæn thÊt q4 cµng lín. NÕu viÖc ph©n phèi giã cÊp I vµ II kh«ng tèt, sÏ thæi bay c¸c h¹t nhiªn liÖu ch−a ch¸y hÕt ra khái buång löa. KÝch th−íc h¹t cµng kh«ng ®Òu th× q4 cµng lín. Buång löa phun cã q4 bÐ nhÊt, ®Æc biÖt lµ buång löa th¶i xØ láng cã thÓ coi q4 = 0. §èi víi buång ®èt kiÓu phun: q4 cã thÓ ®¹t ®Õn 4%; ®èi víi buång ®èt ghi tõ 2-14%.
**3.4.4. Tæn thÊt nhiÖt do táa nhiÖt ra m«i tr−êng xung quanh q5 (%)
**
BÒ mÆt t−êng xung quanh cña lß lu«n cã nhiÖt ®é cao h¬n nhiÖt ®é m«i tr−êng xung quanh, do ®ã lu«n cã sù táa nhiÖt tõ mÆt ngoµi t−êng lß ®Õn m«i tr−êng g©y nªn tæn thÊt, gäi lµ tæn thÊt do táa nhiÖt ra m«i tr−êng xung quanh, ký hiÖu lµ q5 (%). Tæn thÊt nhiÖt q5 phô thuéc vµo nhiÖt ®é, diÖn tÝch bÒ mÆt xung quanh cña t−êng lß, chÊt l−îng líp c¸ch nhiÖt t−êng lß. Tæn thÊt q5 tû lÖ thuËn víi diÖn tÝch xung quanh, víi nhiÖt ®é bÒ mÆt ngoµi cña t−êng lß. Tuy nhiªn, c«ng suÊt lß cµng lín th× diÖn tÝch bÒ mÆt cµng t¨ng nh−ng ®é t¨ng diÖn tÝch bÒ mÆt xung quanh nhá h¬n ®é t¨ng s¶n l−îng lß, do ®ã trÞ sè q5 øng víi 1kg nhiªn liÖu sÏ gi¶m xuèng. §èi víi lß h¬i lín q5 kho¶ng 0,5%. Muèn gi¶m q5 ph¶i thiÕt kÕ t−êng lß sao cho hîp lý.
3.4.5. Tæn thÊt nhiÖt do xØ mang ra ngoµi lß h¬i q6 (%) XØ sinh ra tõ nhiªn liÖu trong qu¸ tr×nh ch¸y, ®−îc th¶i ra khái lß ë nhiÖt ®é cao. §èi víi lß h¬i th¶i xØ kh« nhiÖt ®é xØ ra khái lß kho¶ng 600 - 8000C, ®èi víi lß h¬i th¶i xØ láng nhiÖt ®é xØ kho¶ng 1300 - 14000C, trong khi ®ã nhiªn liÖu vµo lß cã nhiÖt ®é kho¶ng 20-350C. Nh− vËy lß h¬i ®· mÊt ®i mét l−îng nhiÖt ®Ó n©ng nhiÖt ®é xØ tõ nhiÖt ®é b»ng nhiÖt ®é m«i tr−êng lóc vµo ®Õn nhiÖt ®é xØ lóc ra khái lß, gäi lµ tæn thÊt nhiÖt do xØ mang ra ngoµi q6 (%). Tæn thÊt q6 phô thuéc vµo ®é tro cña nhiªn liÖu, vµo ph−¬ng ph¸p th¶i xØ ra khái buång löa. §èi víi nhiªn liÖu cµng nhiÒu tro th× q6 cµng lín. C¸c lß th¶i xØ kh« cã q6 nhá h¬n khi th¶i xØ láng. Tæn thÊt q6 cã thÓ ®¹t ®Õn 5%
22
**source: http://bkeps.com
**
Ch−¬ng 4. C¸C PHÇN Tö CñA Lß H¥I
4.1. KHUNG Lß Vµ T¦êNG Lß 4.1.1. Khung lß Khung lß lµ mét kÕt cÊu kim lo¹i dïng ®Ó treo hoÆc ®ì tÊt c¶ c¸c phÇn tö cña lß. Khung lß gåm cã c¸c cét chÝnh, phô ®Æt trªn hÖ thèng mãng vµ ®−îc nèi víi nhau b»ng c¸c dÇm. Ngoµi ra cßn c¸c hÖ thèng treo ®ì dµn èng qu¸ nhiÖt, bé h©m n−íc, bé sÊy kh«ng khÝ, toµn bé sµn thao t¸c ®Ó phôc vô cho c«ng nh©n lµm viÖc ë vÞ trÝ cao vµ ë c¸c chç cÇn kiÓm tra, theo dâi, quan s¸t tro bôi. Khung lß th−êng lµm b»ng c¸c thanh thÐp ch÷ I, V, U ®¬n hoÆc c¸c thanh nµy ghÐp l¹i víi nhau. C¸c kÕt cÊu treo vµ ®ì ph¶i ®¶m b¶o sao cho c¸c phÇn tö cña lß cã thÓ dÞch chuyÓn ®−îc khi bÞ d·n në nhiÖt. KÕt cÊu khung lß ®−îc chØ trªn h×nh 4.1. 4.1.2. T−êng lß T−êng lß cã nhiÖm vô ng¨n c¸ch c¸c phÇn tö ®−îc ®èt nãng cña lß víi m«i tr−êng xung quanh nh»m gi¶m bít tæn thÊt nhiÖt do táa ra m«i tr−êng xung quanh, ®ång thêi h¹n chÕ viÖc ®èt nãng qu¸ møc kh«ng khÝ ë chung quanh nh»m ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn lµm viÖc cho c«ng nh©n vËn hµnh, mÆt kh¸c nã cßn cã nhiÖm vô ng¨n c¶n H×nh. 4.1. KÕt cÊu khung lß viÖc lät giã l¹nh ë ngoµi vµo trong buång löa vµ ®−êng khãi. Theo tiªu chuÈn vËn hµnh, ®Ó ®¶m b¶o an toµn cho c«ng nh©n vËn hµnh, nhiÖt ®é kh«ng khÝ ë khu lµm viÖc ph¶i nhá h¬n 500C. V× vËy t−êng lß ph¶i c¸ch nhiÖt tèt ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é mÆt ngoµi cña t−êng lß kh«ng ®−îc v−ît qu¸ 500C. Th«ng th−êng, t−êng lß tiÕp xóc trùc tiÕp víi ngän löa vµ dßng khãi, chÞu t¸c dông ph¸ hñy do mµi mßn cña tro bay, ¨n mßn cña xØ nªn t−êng lß ®−îc cÊu tróc gåm 3 líp ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 4.2. Líp trong cïng lµ vËt liÖu chÞu löa, x©y b»ng g¹ch chÞu löa, chÞu ®−îc t¸c dông cña nhiÖt ®é cao, ¨n mßn vµ mµi mßn cña xØ. Líp thø hai lµ vËt liÖu c¸ch nhiÖt, cã t¸c dông c¸ch nhiÖt vµ ngoµi cïng lµ líp t«n máng võa cã t¸c dông
23
**source: http://bkeps.com
**
b¶o vÖ líp c¸ch nhiÖt võa cã t¸c dông trang trÝ. H×nh 4.2 t−êng lß 1. lµ líp g¹ch chÞu löa. 2. lµ líp vËt liÖu c¸ch nhiÖt. 3. lµ líp kim lo¹i b¶o vÖ 4. èng sinh h¬i + VËt liÖu chÞu löa: ë lß h¬i th−êng dïng c¸c lo¹i vËt liÖu chÞu löa nh−: Samot, Cromit. Yªu cÇu ®èi víi vËt liÖu chÞu löa lµ ®é chÞu löa, ®é bÒn nhiÖt, ®é chÞu xØ cao. - §é chÞu löa: lµ kh¶ n¨ng chÞu ®−îc nhiÖt ®é cao (trªn 15000C), tøc lµ vÉn gi÷ ®−îc c¸c tÝnh chÊt c¬ häc vµ vËt lý ë nhiÖt ®é cao. - §é bÒn nhiÖt: lµ kh¶ n¨ng chÞu ®−îc sù thay ®æi nhiÖt ®é nhiÒu lÇn mµ kh«ng bÞ thay ®æi vÒ cÊu t¹o vµ t×nh chÊt. - §é chÞu xØ: lµ kh¶ n¨ng chÞu ®−îc sù mµi mßn vµ ¨n mßn hãa häc cña xØ. Samèt lµ lo¹i vËt liÖu ®−îc sö dông nhiÒu v× cã s½n trong tù nhiªn, rÎ tiÒn, cã thÓ chÞu ®−îc nhiÖt ®é ®Õn 17300C, th−êng ®−îc s¶n xuÊt ra d−íi d¹ng bét hoÆc g¹ch cã kÝch th−íc tiªu chuÈn. Cromit cã thÓ chÞu nhiÖt ®é ®Õn 20000C, ®¾t tiÒn, th−êng dïng trong lß h¬i ë d¹ng bét ®Ó lµm v÷a tr¸t lªn mét phÇn dµn èng cña buång löa (ngang vßi phun) ®Ó t¹o thµnh ®ai ch¸y cña lß. ë nh÷ng vïng cã nhiÖt ®é cao h¬n (trªn 20000C) cÇn ph¶i dïng zirconi, lo¹i nµy cã ®é chÞu löa cao nh−ng ®¾t tiÒn. + VËt liÖu c¸ch nhiÖt: Yªu cÇu ®èi víi vËt liÖu c¸ch nhiÖt lµ cã hÖ sè dÉn nhiÖt thÊp vµ hÖ sè nµy gi÷ kh«ng ®æi trong qu¸ tr×nh lµm viÖc, ngoµi ra cßn ®ßi hái vÒ ®é bÒn vÒ c¬, ®é bÒn nhiÖt vµ ®é xèp. Th−êng vËt liÖu c¸ch nhiÖt cã hÖ sè dÉn nhiÖt b»ng kho¶ng 0,03 ®Õn 0,25W/m0C. HÖ sè dÉn nhiÖt cña vËt liÖu c¸ch nhiÖt phô thuéc vµo b¶n chÊt, cÊu tróc cña chóng vµ cã thÓ thay ®æi theo nhiÖt ®é. Khi bÞ Èm, hÖ sè dÉn nhiÖt cña vËt liÖu c¸ch nhiÖt t¨ng lªn, nghÜa lµ t¸c dông c¸ch nhiÖt gi¶m xuèng. C¸c lo¹i vËt liÖu c¸ch nhiÖt hiÖn nay th−êng dïng lµ: Ami¨ng, §iatonit, B«ng thñy tinh. + Ami¨ng: lµ vËt liÖu cã cÊu t¹o d¹ng sîi v¶i, b×a, d©y, bét, th−êng ®−îc dïng ë nh÷ng n¬i cã nhiÖt ®é tõ 100 ®Õn 5000C. HÖ sè dÉn nhiÖt cña Ami¨ng trong kho¶ng tõ 0,12 ®Õn 0,14 W/m0C. + B«ng thñy tinh (b«ng kho¸ng): gåm nh÷ng sîi thñy tinh do nÊu ch¶y ®¸ kho¸ng, xØ hay thñy tinh, cã thÓ sö dông ë nh÷ng vïng cã nhiÖt ®é ®Õn 6000C. HÖ sè dÉn nhiÖt cña b«ng thñy tinh phô thuéc vµo bÒ dµy cña sîi, ®é nÐn cña sîi, dao ®éng trong kho¶ng tõ 0,0490 ®Õn 0,0672 W/m0C. + §iatonit: lµ lo¹i vËt liÖu c¸ch nhiÖt cã thÓ chÞu ®−îc nhiÖt ®é ®Õn 10000C, tuy nhiªn ë nhiÖt ®é cao th× hÖ sè dÉn nhiÖt bÞ gi¶m nhiÒu, do ®ã th−êng dïng ë nhiÖt ®é thÊp h¬n d−íi d¹ng g¹ch hoÆc bét nh− samèt.
24
**source: http://bkeps.com
**
4.2. DµN èNG BUåNG LöA Vµ CôM PHESTON 4.2.1. Dµn èng buång löa Dµn èng buång löa gåm c¸c èng lªn vµ èng xuèng. C¸c èng lªn lµ nh÷ng èng thÐp chôi nhiÖt cã ®−êng kÝnh tõ 40 ®Õn 63 mm ®−îc ®Æt phÝa trong t−êng buång löa. M«i chÊt trong èng sÏ nhËn nhiÖt trùc tiÕp tõ ngän löa, biÕn thµnh h¬i chuyÓn ®éng lªn phÝa trªn (cßn ®−îc gäi lµ dµn èng sinh h¬i). Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c èng (gäi lµ b−íc èng s) vµ kho¶ng c¸ch tõ èng ®Õn t−êng (®−îc gäi lµ ®é ®Æt èng) cã ¶nh h−ëng ®Õn kh¶ n¨ng b¶o vÖ t−êng buång löa khái bÞ bøc x¹ trùc tiÕp cña ngän löa vµ khái bÞ ®ãng xØ còng nh− kh¶ n¨ng hÊp thu nhiÖt cña dµn èng. NÕu bè trÝ sÝt nhau qu¸ th× t−êng ®−îc b¶o vÖ tèt h¬n, nh−ng ®é chiÕu s¸ng cña ngän löa ®Õn dµn èng gi¶m ®i, do ®ã kh¶ n¨ng hÊp thô nhiÖt cña mét ®¬n vÞ diÖn tÝch bÒ mÆt chôi nhiÖt (diÖn tÝch bÒ mÆt xung quanh èng) còng gi¶m ®i. NÕu ®Æt dµy qu¸ th× èng gãp cña dµn èng ph¶i khoan nhiÒu lç, kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c lç gi¶m xuèng lµm cho ®é bÒn cña èng gãp gi¶m ®i. §èi víi c¸c lß h¬i lín, b−íc t−¬ng ®èi s/d = 1,2 - 1,4 (d lµ ®−êng kÝnh ngoµi cña èng). C¸c èng n−íc xuèng ®−îc bäc c¸ch nhiÖt vµ ®Æt phÝa ngoµi t−êng buång löa (®−îc gäi lµ èng xuèng) cã ®−êng kÝnh lín h¬n, th−êng kho¶ng tõ 125 ®Õn 175mm. 4.2.2. Côm pheston Côm pheston chÝnh lµ c¸c èng cña dµn èng sinh h¬i t−êng sau nèi víi bao h¬i t¹o thµnh côm èng th−a h¬n ®Ó cho khãi ®i qua ra khái buång löa. Do nhiÖt ®é cña khãi ph©n bè kh«ng ®Òu theo chiÒu réng buång löa, do thµnh phÇn vµ kÝch th−íc nhiªn liÖu kh«ng ®ång nhÊt nªn cã mét sè h¹t nhiªn liÖu kÝch th−íc nhá ®ang bÞ nãng ch¶y bÞ thæi bay ra khái buång löa cã thÓ b¸m vµo c¸c bÒ mÆt èng cña bé qu¸ nhiÖt g©y hiÖn t−îng ®ãn xØ. Nhê côm pheston nhËn bít nhiÖt, nhiÖt ®é dßng khãi cã thÓ gi¶m bít 500C, ®¶m b¶o cho nh÷ng h¹t tro nãng nguéi ®i vµ r¾n l¹i, h¹n chÕ hiÖn t−îng ®ãng xØ ë bé qu¸ nhiÖt. ë côm pheston c¸c èng ®−îc bè trÝ th−a h¬n nªn kh«ng cã hiÖn t−îng ®ãng xØ ë ®ã. 4.2.3. Bao h¬i Dµn èng buång löa, côm pheston cña lß h¬i tuÇn hoµn ®−îc nèi trùc tiÕp víi bao h¬i ®Æt n»m ngang trªn ®Ønh lß hoÆc nèi qua c¸c èng gãp trung gian. N−íc cÊp tõ bé h©m n−íc ®−îc ®−a vµo bao h¬i, tõ bao h¬i n−íc ®−îc ®i xuèng theo c¸c èng n−íc xuèng, qua c¸c èng gãp d−íi ®i vµo toµn bé dµn èng buång löa, t¹i ®©y n−íc nhËn nhiÖt biÕn thµnh h¬i. Dßng hçn hîp h¬i vµ n−íc sinh ra trong c¸c èng sinh h¬i sÏ ®i vµo bao h¬i vµ h¬i ®−îc ph©n ly ra khái n−íc råi sang bé qu¸ nhiÖt §−êng kÝnh bao h¬i th−êng kho¶ng 1,4 ®Õn 1,6 m 4.3. Bé QU¸ NHIÖT 4.3.1. Vai trß cña bé qu¸ nhiÖt
25
source: http://bkeps.com
Bé qu¸ nhiÖt lµ bé phËn ®Ó sÊy kh« h¬i, biÕn h¬i b·o hßa thµnh h¬i qu¸ nhiÖt. H¬i qu¸ nhiÖt cã nhiÖt ®é cao h¬n, do ®ã nhiÖt l−îng tÝch lòy trong mét ®¬n vÞ khèi l−îng h¬i qu¸ nhiÖt cao h¬n nhiÒu so víi h¬i b·o hßa ë cïng ¸p suÊt. Bëi vËy khi c«ng suÊt m¸y gièng nhau nÕu dïng h¬i qu¸ nhiÖt th× kÝch th−íc m¸y sÏ nhá h¬n rÊt nhiÒu so víi m¸y dïng h¬i b·o hßa. 4.3.2. CÊu t¹o bé qu¸ nhiÖt Bé qu¸ nhiÖt th−êng ®−îc chÕ t¹o gåm nh÷ng èng xo¾n nèi vµo c¸c èng gãp. èng xo¾n bé qu¸ nhiÖt lµ nh÷ng èng thÐp uèn gÊp khóc cã ®−êng kÝnh tõ 32-45 mm, ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 4.4. H×nh 4.4. C¸c d¹ng èng xo¾n cña BQN a.èng ®¬n; b.èng kÐp ®«i; c-èng kÐp ba; d. èng kÐp bèn
H×nh 4.5. CÊu t¹o bé qu¸ nhiÖt 1-Bao h¬i; 2-èng xuèng; 3-Bé qu¸ nhiÖt bøc x¹; 4-Bé qu¸ nhiÖt nöa bøc x¹; 5-Bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u; 6-Bé h©m n−íc
26
**source: http://bkeps.com
**
§Ó nhËn ®−îc h¬i qu¸ nhiÖt cã nhiÖt ®é cao (cã thÓ ®Õn 5600C), cÇn ph¶i ®Æt bé qu¸ nhiÖt ë vïng khãi cã nhiÖt ®é cao (trªn 7000C). Khi ®ã nhiÖt ®é h¬i trong èng vµ nhiÖt ®é khãi ngoµi èng cña bé qu¸ nhiÖt ®Òu cao, yªu cÇu c¸c èng thÐp cña bé qu¸ nhiÖt ph¶i ®−îc lµm b»ng thÐp hîp kim. KÝch th−íc bé qu¸ nhiÖt phô thuéc vµo nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt. VÒ cÊu t¹o, cã thÓ chia thµnh 3 lo¹i: + Bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u: Bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u nhËn nhiÖt chñ yÕu b»ng ®èi l−u cña dßng khãi, ®Æt trªn ®o¹n ®−êng khãi n»m ngang phÝa sau côm pheston. Bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u dïng cho c¸c lß h¬i cã nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt kh«ng v−ît qu¸ 5100C. CÊu t¹o cña bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 4.5. + Bé qu¸ nhiÖt nöa bøc x¹: Bé qu¸ nhiÖt nöa bøc x¹ nhËn nhiÖt c¶ bøc x¹ tõ ngän löa lÉn ®èi l−u tõ khãi, ®−îc ®Æt ë cöa ra buång löa, phÝa tr−íc côm pheston vµ th−êng ®−îc dïng ë nh÷ng lß cã nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt kho¶ng 530-5600C. + Bé qu¸ nhiÖt bøc x¹: Bé qu¸ nhiÖt bøc x¹û nhËn nhiÖt chñ yÕu b»ng bøc x¹ trùc tiÕp cña ngän löa, ®−îc ®Æt ngay trong buång löa xen kÏ víi dµn èng sinh h¬i cña hai t−êng bªn. §èi víi nh÷ng lß cã th«ng sè siªu cao, nhiÖt ®é h¬i trªn 5600C th× tû lÖ nhiÖt l−îng dïng ®Ó qu¸ nhiÖt h¬i rÊt lín, nhÊt lµ lß cã qu¸ nhiÖt trung gian h¬i, khiÕn cho kÝch th−íc bé qu¸ nhiÖt rÊt lín. V× vËy ph¶i ®Æt mét phÇn bé qu¸ nhiÖt vµo trong buång löa ®Ó hÊp thu nhiÖt bøc x¹ nh»m gi¶m bít kÝch th−íc bé qu¸ nhiÖt. 4.3.3. C¸ch bè trÝ bé qu¸ nhiÖt Khi bè trÝ bé qu¸ nhiÖt, viÖc bè trÝ h¬i vµ khãi chuyÓn ®éng thuËn chiÒu hay ng−îc chiÒu lµ tïy thuéc vµo th«ng sè cña h¬i ra khái bé qu¸ nhiÖt (h×nh 4.6)
H×nh 4.6. ChuyÓn ®éng cña h¬i trong bé qu¸ nhiÖt; a- kiÓu thuËn chiÒu; b-kiÓu ng−îc chiÒu; c-KiÓu hçn hîp 4.3.3.1. Bè trÝ theo kiÓu thuËn chiÒu: NÕu bè trÝ cho h¬i qu¸ nhiÖt ®i thuËn chiÒu víi dßng khãi (biÓu diÔn trªn h×nh
27
**source: http://bkeps.com
**
4.6a) th× hiÖu sè nhiÖt ®é trung b×nh gi÷a khãi vµ h¬i sÏ thÊp h¬n so víi bè trÝ ng−îc chiÒu, do ®ã diÖn tÝch bÒ mÆt trao ®æi nhiÖt cña bé qu¸ nhiÖt sÏ t¨ng lªn. Bëi vËy trong thùc tÕ kh«ng bè trÝ theo kiÓu thuËn chiÒu. 4.3.3.2. Bè trÝ theo kiÓu ng−îc chiÒu: NÕu bè trÝ cho h¬i qu¸ nhiÖt ®i ng−îc chiÒu víi dßng khãi (biÓu diÔn trªn h×nh 4.6b vµ c) th× hiÖu sè nhiÖt ®é trung b×nh gi÷a khãi vµ h¬i sÏ cao h¬n so víi bè trÝ thuËn chiÒu, do ®ã diÖn tÝch bÒ mÆt trao ®æi nhiÖt cña bé qu¸ nhiÖt sÏ gi¶m xuèng. Nh−ng khi ®ã phÝa h¬i ra võa cã nhiÖt ®é h¬i cao võa cã nhiÖt ®é khãi cao, kim lo¹i sÏ lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn rÊt nÆng nÒ, ®ßi hái kim lo¹i chÕ t¹o ph¶i rÊt ®¾t tiÒn. V× vËy trong thùc tÕ kiÓu bè trÝ ng−îc chiÒu chØ dïng cho c¸c lß cã nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt kh«ng v−ît qu¸ 4500C. 4.3.3.3. Bè trÝ theo kiÓu hçn hîp: Khi nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt cao h¬n 4500C th× bé qu¸ nhiÖt ®−îc bè trÝ kiÓu hçn hîp, cã mét phÇn h¬i vµ khãi ®i thuËn chiÒu, mét phÇn ®i ng−îc chiÒu. Theo kiÓu bè trÝ nµy, phÝa h¬i ra cã nhiÖt ®é h¬i cao nh−ng nhiÖt ®é khãi kh«ng cao, kim lo¹i sÏ kh«ng bÞ ®èt nãng qu¸ møc. H×nh 4.6d biÓu diÔn s¬ ®å bé qu¸ nhiÖt bè trÝ kiÓu hçn hîp. Do tr−êng nhiÖt ®é vµ tèc ®é khãi kh«ng ®ång ®Òu theo chiÒu réng cña lß, b¸m bÈn trªn c¸c èng vµ trë lùc cña c¸c èng xo¾n kh«ng ®ång ®Òu lµm cho kh¶ n¨ng hÊp thu nhiÖt cña c¸c èng sÏ kh¸c nhau dÉn ®Õn cã sù chªnh lÖch nhiÖt gi÷a c¸c èng xo¾n cña bé qu¸ nhiÖt. §Ó kh¾c phôc hiÖn t−îng nµy, khi bè trÝ bé qu¸ nhiÖt ng−êi ta ¸p dông mét sè biÖn ph¸p nh»m lµm gi¶m ®Õn møc tèi thiÓu ®é chªnh lÖch nhiÖt gi÷a c¸c èng xo¾n cña bé qu¸ nhiÖt nh− sau:
**H×nh 4.7 bè trÝ dßng h¬i ®i chÐo 1-èng gãp h¬i cña BQN; 2-èng h¬i ®i chÐo
**
28
**source: http://bkeps.com
**
- Chia bé qu¸ nhiÖt ra hai hoÆc ba phÇn ®Ó gi¶m bít chªnh lÖch trë lùc thñy lùc gi÷a c¸c èng do c¸c èng qu¸ dµi (h×nh 4.7) - Tæ chøc cho c¸c dßng h¬i ®i chÌo t− phÇn nµy sang phÇn kia (h×nh 4.7) 4.3.4. §iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt 4.3.4.1. TÇm quan träng cña viÖc b¶o ®¶m æn ®Þnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt NhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt lµ nhiÖt ®é cña h¬i ra khái èng gãp h¬i cña bé qu¸ nhiÖt tr−íc khi sang tuèc bin. NhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt thay ®æi sÏ dÉn ®Õn mét lo¹t thay ®æi kh¸c g©y ¶nh h−ëng xÊu ®Õn chÕ ®é lµm viÖc cña lß. - NÕu nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt gi¶m xuèng sÏ lµm gi¶m nhiÖt d¸ng dßng h¬i do ®ã lµm gi¶m c«ng suÊt tuèc bin, mÆt kh¸c khi ®ã ®é Èm cña h¬i ë c¸c tÇng cuèi tuèc bin t¨ng lªn lµm gi¶m hiÖu suÊt tuèc bin ®ång thêi lµm t¨ng tèc ®é ¨n mßn c¸nh tuèc bin. - NÕu nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt t¨ng lªn qu¸ trÞ sè qui ®Þnh, khi ®ã c¸c chi tiÕt cña bé qu¸ nhiÖt còng nh− tuèc bin ph¶i lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn nÆng nÒ h¬n, lµm cho ®é bÒn cña kim lo¹i gi¶m xuèng, cã thÓ g©y næ c¸c èng cña bé qu¸ nhiÖt hoÆc lµm cong vªnh c¸c c¸nh cña tuèc bin g©y nªn cä x¸t gi÷a phÇn ®øng yªn vµ phÇn quay cña tuèc bin. - Khi nhiÖt ®é h¬i thay ®æi sÏ lµm thay ®æi c«ng suÊt tuèc bin do ®ã lµm thay ®æi tèc ®é quay cña tæ tuèc bin-m¸y ph¸t, dÉn ®Õn lµm gi¶m chÊt l−îng dßng ®iÖn (thay ®æi ®iÖn ¸p vµ tÇn sè dßng ®iÖn). 4.3.4.2. C¸c nguyªn nh©n lµm thay ®æi nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt Trong qu¸ tr×nh vËn hµnh, nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt cã thÓ thay ®æi do c¸c nguyªn nh©n sau: Do thay ®æi phô t¶i cña lß, khi phô t¶i t¨ng lªn th× nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt gi¶m xuèng, khi phô t¶i gi¶m th× nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt t¨ng, Do dao ®éng ¸p suÊt trong ®−êng h¬i chung, Do thay ®æi nhiÖt ®é cña n−íc cÊp: khi nhiÖt ®é n−íc cÊp t¨ng lªn th× nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt còng t¨ng theo vµ ng−îc l¹i, Do thay ®æi hÖ sè kh«ng khÝ thõa: khi hÖ sè kh«ng khÝ thõa t¨ng th× nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt t¨ng, Do thay ®æi chÊt l−îng nhiªn liÖu: khi chÊt l−îng nhiªn liÖu t¨ng th× nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt t¨ng, Do ®ãng xØ ë dµn bøc x¹, côm Pheston hoÆc b¸m bÈn c¸c èng cña bé qu¸ nhiÖt. Do cã hiÖn t−îng ch¸y l¹i trong bé qu¸ nhiÖt , Do thay ®æi vÞ trÝ trung t©m ngän löa hoÆc do m¸y cÊp than bét lµm viÖc kh«ng ®Òu, cÊp than vµo vßi phun kh«ng ®Òu, 4.3.4.3. C¸c ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt
29
**source: http://bkeps.com
**
Cã hai ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt: §iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt vÒ phÝa h¬i vµ §iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt vÒ phÝa khãi. * §iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt vÒ phÝa h¬i. Ng−êi ta ®Æt vµo èng gãp h¬i cña bé qu¸ nhiÖt mét thiÕt bÞ gäi lµ bé gi¶m «n. Cho n−íc ®i qua bé gi¶m «n, v× n−íc cã nhiÖt ®é thÊp h¬n h¬i nªn sÏ nhËn nhiÖt cña h¬i lµm cho nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt gi¶m xuèng. Khi thay ®æi l−u l−îng n−íc qua bé gi¶m «n th× sÏ lµm thay ®æi nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt. HiÖn nay th−êng dïng 2 lo¹i bé gi¶m «n: Bé gi¶m «n kiÓu bÒ mÆt vµ bé gi¶m «n kiÓu hçn hîp. + Bé gi¶m «n kiÒu bÒ mÆt: Bé gi¶m «n kiÒu bÒ mÆt ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 4.8 ë bé gi¶m «n kiÓu bÒ mÆt, n−íc gi¶m «n kh«ng pha trén víi h¬i nªn yªu cÇu chÊt l−îng n−íc gi¶m «n kh«ng cÇn cao l¾m, cã thÓ dïng n−íc tõ bao h¬i. N−íc ®i vµo bé gi¶m «n sÏ nhËn nhiÖt cña h¬i qua bÒ mÆt c¸c èng ®ång lµm cho qu¸ nhiÖt cña h¬i gi¶m xuèng. + Bé gi¶m «n kiÓu hçn hîp: Nguyªn lý cÊu t¹o bé gi¶m «n kiÓu hçn hîp ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 4.9. N−íc ®i vµo bé gi¶m «n sÏ pha trén víi h¬i qu¸ nhiÖt vµ lÊy nhiÖt cña h¬i ®Ó bèc h¬i do ®ã lµm cho nhiÖt ®é cña h¬i qu¸ nhiÖt gi¶m xuèng. H×nh 4.8. CÊu t¹o gi¶m «n kiÓu bÒ mÆt. 1. Vá, 2- èng ®ång ch÷ U, 3-n−íc lß vµo vµ ra, 4,5-èng nèi, 9,6-N−íc vµo vµ ra, 7,8- van ®iÒu chØnh
**H×nh 4.9. CÊu t¹o gi¶m «n hçn hîp 1-èng gãp; 2-èng khuyÕch t¸n; 3-mòi phun
**
30
**source: http://bkeps.com
**
ë bé gi¶m «n kiÓu hçn hîp, n−íc gi¶m «n pha trén víi h¬i qu¸ nhiÖt nªn yªu cÇu chÊt l−îng n−íc gi¶m «n rÊt cao, th−êng dïng n−íc ng−ng cña h¬i b·o hßa nh− ë h×nh 4.10a hoÆc n−íc cÊp nh− ë h×nh 4.10b.
H×nh 4.10.Nèi bé gi¶m «n víi ®−êng n−íc lß hoÆc n−íc cÊp. a- Dïng n−íc lß; b- Dïng n−íc cÊp. 1-bao h¬i; 2-Bé gi¶m «n; 3BQN; 4-H¬itíi tuèc bin; 5-N−íc cÊp; 6-lÊy xung l−îng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é h¬i
H×nh 4.11. C¸ch bè trÝ bé gi¶m «n.
C¸ch bè trÝ bé gi¶m «n: C¸ch bè trÝ gi¶m «n ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 4-11. - NÕu bè trÝ ë ®Çu vµo (èng gãp thø nhÊt nh− ë h×nh 4-11a). th× sÏ ®iÒu chØnh ®−îc nhiÖt ®é h¬i trong toµn bé bé qu¸ nhiÖt, nh−ng cã nh−îc ®iÓm lµ qu¸n tÝnh nhiÖt lín, t¸c ®éng chËm do ®ã bé qu¸ nhiÖt vµ tuèc bin sÏ bÞ ®èt nãng qu¸ møc trong kho¶ng thêi gian ch−a kÞp t¸c ®éng. - NÕu bè trÝ ë ®Çu ra bé qu¸ nhiÖt (èng gãp thø ba nh− ë h×nh 4-11c.) th× qu¸n tÝnh ®iÒu chØnh nhiÖt bÐ, do ®ã tuèc bin ®−îc b¶o ®¶m an toµn tuyÖt ®èi, nh−ng cã nh−îc ®iÓm lµ bé qu¸ nhiÖt kh«ng ®−îc b¶o vÖ, do ®ã bé qu¸ nhiÖt sÏ bÞ ®èt nãng qu¸ møc, tuæi thä bé qu¸ nhiÖt sÏ gi¶m xuèng vµ cã thÓ lµm næ èng. §Ó kh¾c phôc nh−îc ®iÓm trªn th−êng ng−êi ta bè trÝ bé gi¶m «n n»m gi÷a 2 cÊp cña bé qu¸ nhiÖt (èng gãp gi÷a nh− ë h×nh 4-11b.). * §iÒu chØnh nhiÖt ®« h¬i qu¸ nhiÖt vÒ phÝa khãi: Cã thÓ ®iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt b»ng c¸ch thay ®æi nhiÖt ®é, l−u l−îng khãi ®i qua bé qu¸ nhiÖt hoÆc thay ®æi ®ång thêi c¶ nhiÖt ®é vµ l−u l−îng khãi. + §iÒu chØnh l−u l−îng khãi ®i qua bé qu¸ nhiÖt: §iÒu chØnh l−u l−îng khãi ®i qua bé qu¸ nhiÖt lµ lµm gi¶m hay t¨ng l−îng khãi ®i qua bé qu¸ nhiÖt b»ng c¸ch cho mét phÇn khãi ®i t¾t qua ®−êng khãi kh«ng ®Æt bé qu¸ nhiÖt nh»m gi¶m l−îng nhiÖt mµ bé qu¸ nhiÖt nhËn ®−îc, do ®ã lµm gi¶m nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt. S¬ ®å ®−êng khãi ®i t¾t ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 4.12. + §iÒu chØnh nhiÖt ®é khãi: §iÒu chØnh nhiÖt ®é khãi ®i qua bé qu¸ nhiÖt b»ng c¸ch thay ®æi gãc quay cña
31
**source: http://bkeps.com
**
vßi phun, cho vßi phun h−íng lªn trªn hoÆc xuèng d−íi sÏ lµm thay ®æi vÞ trÝ trung t©m cña ngän löa (h×nh 4.13), do ®ã lµm thay ®æi nhiÖt ®é khãi ra khái buång löa tøc lµ thay ®æi nhiÖt ®é khãi ®i qua bé qu¸ nhiÖt, lµm thay ®æi nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt.
H×nh 4.12. C¸c d¹ng ®−êng khãi ®i t¾t qua bé qu¸ nhiÖt + KÕt hîp võa ®iÒu chØnh nhiÖt ®é khãi võa ®iÒu chØnh l−u l−îng khãi: §iÒu chØnh ®ång thêi nhiÖt ®é khãi vµ l−u l−îng khãi b»ng c¸ch trÝch mét phÇn khãi ë phÝa sau bé h©m n−íc ®−a vµo buång löa (cßn gäi lµ t¸i tuÇn hoµn khãi, h×nh 4.14). Khi trÝch mét phÇn khãi ë phÝa sau bé h©m n−íc ®−a vµo buång löa, nhiÖt ®é trung b×nh trong buång löa sÏ gi¶m xuèng lµm cho nhiÖt l−îng hÊp thu b»ng bøc x¹ cña dµn èng sinh h¬i gi¶m xuèng, nghÜa lµ nhiÖt ®é khãi ra khái buång löa t¨ng lªn, trong khi ®ã l−u l−îng khãi ®i qua bé qu¸ nhiÖt t¨ng lªn lµm cho l−îng nhiÖt hÊp thu cña bé qu¸ nhiÖt t¨ng lªn, dÉn ®Õn nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt còng t¨ng lªn.
H×nh 4.13. §iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt b»ng c¸ch thay ®æi vÞ trÝ trung t©m ngän löa nhê quay vßi phun
H×nh 4.14. §iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt b»ng c¸ch t¸i tuÇn hoµn khãi. 1-Vßi phun; 2-Bé qu¸ nhiÖt; 3-Bé h©m n−íc; 4-bé SKK; 5-Qu¹t giã t¸i tuÇn hoµn; 6-dßng khãi
32
**source: http://bkeps.com
**
4.4. Bé H¢M N¦íC §Ó tËn dông nhiÖt thõa cña khãi sau bé qu¸ nhiÖt nh»m n©ng cao hiÖu suÊt cña lß h¬i, ng−êi ta bè trÝ thªm c¸c bÒ mÆt nhËn nhiÖt nh− bé h©m n−íc, bé sÊy kh«ng khÝ, chóng cßn ®−îc gäi lµ bé tiÕt kiÖm nhiÖt. 4.4.1. C«ng dông vµ ph©n lo¹i bé h©m n−íc NhiÖm vô cña bé h©m n−íc lµ gia nhiÖt cho n−íc cÊp ®Õn nhiÖt ®é s«i hoÆc gÇn s«i tr−íc khi n−íc vµo bao h¬i. Theo nhiÖm vô cã thÓ ph©n thµnh hai kiÓu bé h©m: Bé h©m n−íc kiÓu s«i vµ kiÓu ch−a s«i. - ë bé h©m n−íc kiÓu s«i, n−íc ra khái bé h©m ®¹t ®Õn tr¹ng th¸i s«i, ®é s«i cã thÓ ®¹t tíi 30%. Bé h©m n−íc kiÓu s«i cã thÓ ®−îc chÕ t¹o b»ng èng thÐp tr¬n hoÆc èng thÐp cã c¸nh. - ë bé h©m n−íc kiÓu ch−a s«i, n−íc ra khái bé h©m n−íc ch−a ®¹t ®Õn nhiÖt ®é s«i. Bé h©m n−íc kiÓu ch−a s«i cã thÓ ®−îc chÕ t¹o b»ng thÐp hay b»ng gang tïy theo thµnh phÇn l−u huúnh trong nhiªn liÖu Khi t¨ng ¸p suÊt h¬i th× phÇn nhiÖt l−îng ®Ó ®un n−íc ®Õn s«i t¨ng lªn, do ®ã phÇn nhiÖt l−îng hÊp thu trong bé h©m n−íc ph¶i t¨ng lªn. Khi ®ã ph¶i chÕ t¹o bé h©m n−íc kiÓu s«i (®èi v¬i c¸c lß trung ¸p, phÇn nhiÖt l−îng ®Ó sinh h¬i chiÕm kho¶ng 60% toµn bé nhiÖt l−îng cÊp cho lß). 4.4.2. Bé h©m n−íc èng thÐp tr¬n: Bé h©m n−íc èng thÐp tr¬n cã cÊu t¹o gÇn nh− bé qu¸ nhiÖt, ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 4.15. gåm c¸c èng thÐp cã ®−êng kÝnh tõ 28 ®Õn 38mm ®−îc uèn gÊp nhiÒu lÇn vµ hai ®Çu ®−îc nèi vµo hai èng gãp cña bé h©m n−íc. Bé h©m n−íc ®−îc chÕ t¹o thµnh tõng côm cã chiÒu cao kho¶ng 1m vµ c¸c côm ®−îc ®Æt c¸ch nhau 0,6m nh»m t¹o kho¶ng trèng cho viÖc lµm vÖ sinh ®−îc dÔ dµng. Th«ng th−êng c¸c èng xo¾n cña bé h©m n−íc ®−îc bè trÝ sole, t¹o tèc ®é dßng khãi lín vµ xo¸y nhiÒu nh»m t¨ng c−êng truyÒn nhiÖt. 4.4.3. Bé h©m n−íc èng thÐp cã c¸nh:
H×nh 4.15. èng xo¾n cña bé h©m n−íc 1-Van; 2-,4 èng gãp;3-èng xo¾n
33
**source: http://bkeps.com
**
VÒ cÊu t¹o, bé h©m n−íc b»ng èng thÐp cã c¸nh gièng bé h©m n−íc èng thÐp tr¬n, chØ kh¸c lµ ë ngoµi èng ng−êi ta lµm thªm c¸c c¸nh ®Ó lµm t¨ng diÖn tÝch bÒ mÆt trao ®æi nhiÖt nh»m t¨ng c−êng truyÒn nhiÖt. Bé h©m n−íc kiÓu cã c¸nh cã nh−îc ®iÓm: Kh¶ n¨ng b¸m bôi rÊt lín, khã lµm vÖ sinh do ®ã Ýt ®−îc dïng. 4.4.4. Bé h©m n−íc b»ng gang: Gang cã −u ®iÓm lµ chÞu ®−îc sù ¨n mßn cña c¸c axÝt vµ mµi mßn cña tro, do vËy ë nh÷ng lß h¬i ®èt nhiÖt liÖu cã nhiÒu l−u huúnh ng−êi ta dïng bé h©m n−íc b»ng gang. TÊt nhiªn gang l¹i cã nh−îc ®iÓm lµ chÞu lùc va ®Ëp kÐm, do ®ã ®Ó tr¸nh hiÖn t−îng thñy kÝch g©y lùc va ®Ëp trong c¸c èng cña bé h©m, n−íc trong bé h©m ph¶i kh«ng ®−îc s«i, nghÜa lµ bé h©m n−íc b»ng gang chØ ®−îc trang bÞ cho nh÷ng lß cÇn bé h©m n−íc kiÓu ch−a s«i. Gang cã hÖ sè dÉn nhiÖt nhá h¬n thÐp, do ®ã phÝa ngoµi èng ®−îc ®óc thªm c¸c c¸nh ®Ó t¨ng c−êng kh¶ n¨ng trao ®æi nhiÖt. Bé h©m n−íc b»ng gang ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 4.16, gåm nh÷ng èng gang ®óc cã ®−êng kÝnh trong tõ 76-120 mm, dµi tõ 1,5-3m, ®−îc nèi víi nhau b»ng c¸c cót nèi cã mÆt bÝch vµ bu l«ng nªn l¾p ®Æt rÊt dÔ dµng. Bé h©m n−íc b»ng gang cã nh−îc ®iÓm lµ kÝch th−íc lín, nÆng nÒ. Bé èng b»ng gang th−êng ®−îc dïng cho nh÷ng lß c«ng suÊt nhá hoÆc trung b×nh. Th«ng th−êng c¸c lß lo¹i nµy ch−a cã hÖ thèng xö lý n−íc hoÆc cã nh−ng ch−a hoµn thiÖn nªn trong n−íc cßn nhiÒu chÊt cã kh¶ n¨ng g©y ra ¨n mßn, mµ gang chÞu ¨n mßn vµ mµi mßn tèt nªn tuæi thä sÏ cao h¬n so víi bé h©m n−íc b»ng thÐp. 4.4.5. C¸ch nèi bé h©m n−íc H×nh 4.16. Bé h©m n−íc b»ng gang 1-C¸nh t¶n nhiÖt; 2-BÝch nèi; 3-Van; 4-cót nèi; 5- èng gang
N−íc ®i tõ c¸c b×nh gia nhiÖt vµo bé h©m n−íc vµ ra khái bé h©m n−íc ®i vµo bao h¬i. ViÖc nèi bé h©m n−íc víi bao h¬i thùc hiÖn b»ng 2 c¸ch: ng¾t ®−îc ra khái lß hoÆc kh«ng ng¾t ®−îc ra khái lß.
34
**source: http://bkeps.com
**
KiÓu ng¾t ®−îc ra khái lß ®−îc dïng cho lo¹i bé h©m n−íc b»ng gang, ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 4.17a. ViÖc ®Æt bé h©m n−íc kiÓu ng¾t ®−îc ra khái lß chñ yÕu lµ b¶o vÖ ®Ó n−íc kh«ng s«i trong bé h©m khi khëi ®éng lß hoÆc lóc lµm viÖc víi phô t¶i thÊp. Khi ®ã cho khãi ®i ®−êng t¾t, khãi kh«ng ®i qua bé h©m n−íc hoÆc cho n−íc tõ bé h©m t¸i tuÇn hoµn vÒ bÓ chøa n−íc cÊp. Muèn nèi kiÓu ng¾t ®−îc th× cÇn ph¶i cã ®−êng khãi t¾t lµm cho phøc t¹p thªm lß. KiÓu kh«ng ng¾t ®−îc ra khái lß ®−îc dïng cho lo¹i bé h©m n−íc b»ng thÐp, ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 4.17b.
H×nh 4.17. S¬ ®å nèi bé h©m n−íc víi bao h¬i a) s¬ ®å ng¾t ®−îc; b) s¬ ®å kh«ng ng¾t ®−îc. 1, 3, 5-van khãa; 2-van mét chiªu; 4-van an toµn;
4.5. Bé SÊY KH¤NG KHÝ. 4.5.1. C«ng dông vµ ph©n lo¹i §Ó t¨ng c−êng hiÖu qu¶ qu¸ tr×nh ch¸y, ®¶m b¶o qu¸ tr×nh bèc ch¸y nhanh vµch¸y æn ®Þnh, kh«ng khÝ cÊp vµo lß cÇn ®−îc sÊy nãng ®Õn mét nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh. NhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng yªu cÇu tïy thuéc vµo loai nhiªn liÖu ®èt. Nhiªn liÖu láng ®· ®−îc sÊy nãng b»ng h¬i ®Õn kho¶ng 1000C vµ lµ lo¹i nhiªn liÖu dÔ bèc ch¸y, do ®ã kh«ng khÝ nãng kh«ng cÇn ph¶i cã nhiÖt ®é cao l¾m, th−êng kho¶ng 1500C. §èi víi c¸c lß h¬i ®èt than, kh«ng khÝ nãng cßn cã nhiÖm vô bèc Èm trong than vµ sÊy than do ®ã yªu cÇu nhiÖt ®é kh¸ cao, kho¶ng tõ 250 ®Õn 4000C Lß ®èt than trªn ghi, do ghi lß tiÕp xóc trùc tiÕp víi c¸c h¹t than ®ang ch¸y ®á cã nhiÖt ®é cao, do ®ã kh«ng khÝ ®i qua ghi ngoµi nhiÖm vô cung cÊp oxy cho qu¸ tr×nh ch¸y cßn cã nhiÖm vô lµm m¸t ghi lß. Th«ng th−êng nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng qua ghi kho¶ng 1500C. Theo nguyªn lý truyÒn nhiÖt, cã thÓ ph©n thµnh hai lo¹i bé sÊy kh«ng khÝ: Bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu thu nhiÖt vµ bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu håi nhiÖt. 4.5.2. Bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu thu nhiÖt HiÖn nay bé sÊy kh«ng khÝ thu nhiÖt th−êng ®−îc chÕ t¹o kiÓu èng, cã thÓ lµ
35
**source: http://bkeps.com
**
èng thÐp hoÆc èng gang. S¬ ®å cÊu t¹o bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu thu nhiÖt èng b»ng thÐp ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 4.18. Bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu thu nhiÖt b»ng èng thÐp gåm c¸c èng thÐp cã ®−êng kÝnh 25 - 51mm. C¸c èng cña bé sÊy kh«ng chÞu ¸p lùc nªn cã chiÒu dµy nhá, th−êng tõ 1,5 - 2 mm vµ ®−îc liªn kÕt víi nhau bëi mÆt sµng cã chiÒu dµy 15-25mm. ë ®©y khãi ®i trong èng cßn kh«ng khÝ sÏ ®i c¨t ngang phÝa ngoµi èng. H×nh 4.18. Bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu thu nhiÖt 1-MÆt sµng; 2-èng thÐp; 3- V¸ch ng¨n; 4- Hép khãi; 5- Hép kh«ng khÝ
Bé sÊy kh«ng khÝ th−êng ®−îc chÕ t¹o thµnh nhiÒu côm (khèi) ®Ó vËn chuyÓn vµ l¾p r¸p ®−îc dÔ dµng, ®ång thêi khi l¾p thµnh bé sÊy th× c¸c mÆt sµng sÏ t¹o thµnh tõng luång kh«ng khÝ ®i ngang qua èng. Sè lÇn c¾t nhau cña kh«ng khÝ vµ khãi phô thuéc vµo l−u l−îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt vµ kÕt cÊu phÇn ®u«i lß. + ¦u ®iÓm cña bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu èng: - §¬n gi¶n khi chÕ t¹o, l¾p r¸p. - Khãi chuyÓn ®éng däc èng do ®ã tro Ýt b¸m trong èng, nÕu b¸m còng dÔ lµm s¹ch. - Ýt bÞ lät kh«ng khÝ vµo trong ®−êng khãi. - L−îng tiªu hao kim lo¹i Ýt. + Nh−îc ®iÓm: - V× lµ èng thÐp nªn chÞu ®−îc nhiÖt ®é kh«ng cao l¾m. - Kh¶ n¨ng chÞu ¨n mßn vµ mµi mßn kÐm. §Ó kh¾c phôc 2 nh−îc ®iÓm nµy, ng−êi ta chÕ t¹o bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu èng b»ng gang, nh−ng bé sÊy kh«ng khÝ b»ng gang cã nh−îc ®iÓm lµ nÆng nÒ, tèn kim lo¹i v× èng gang ph¶i ®óc dµy h¬n, gang cã ®é dÉn nhiÖt ®é kÐm nªn ph¶i lµm c¸nh ë phÝa ngoµi ®Ó t¨ng c−êng truyÒn nhiÖt. Bé sÊy kh«ng khÝ b»ng gang th−êng ®−îc dïng lµm phÇn ®Çu vµo cña kh«ng khÝ (phÇn cã nhiÖt ®é thÊp cña bé sÊy cÊp mét) ë c¸c lß ®èt nhiªn liÖu nhiÒu l−u huúnh, hoÆc lµm phÇn ®Çu ra (phÇn cã nhiÖt ®é cao cña bé sÊy cÊp hai) ë c¸c lß ®èt nhiªn liÖu cã ®é Èm lín, khã ch¸y, cÇn kh«ng khÝ nãng cã nhiÖt ®é cao. 4.5.3. Bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu håi nhiÖt: Bé phËn chÝnh cña bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu håi nhiÖt lµ mét rotor quay quanh 1 trôc th¼ng ®øng víi tèc ®é kho¶ng 2-5 vßng/phót. Trªn roto g¾n c¸c c¸nh b»ng kim lo¹i ®Ó nhËn nhiÖt. Khi Rotor quay, c¸c c¸nh kim lo¹i lÇn l−ît khi th× tiÕp xóc víi
36
**source: http://bkeps.com
**
khãi, khi th× tiÕp xóc víi kh«ng khÝ l¹nh. §−êng khãi vµ ®−êng kh«ng khÝ ®−îc bè trÝ vÒ hai phÝa cè ®Þnh cña bé sÊy vµ ®−îc ng¨n c¸ch bëi v¸ch ng¨n. Khi c¸c c¸nh cña rotor tiÕp xóc víi khãi sÏ bÞ khãi ®èt nãng lªn vµ lóc quay sang phÇn kh«ng khÝ l¹nh sÏ nh¶ nhiÖt lµm cho kh«ng khÝ nãng lªn. + ¦u ®iÓmcña bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu håi nhiÖt: - Kh«ng bÞ ¨n mßn bëi nhiÖt ®é thÊp do ë nhiÖt ®é thÊp nã tiÕp xóc víi kh«ng khÝ kh«ng ph¶i lµ m«i tr−êng ¨n mßn. H×nh 4.19. Bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu håi nhiÖt. 6-§éng c¬ ®iÖn; 7-C¸nh nhËn nhiÖt; 8-ChÌn vá; 9-Hép kh«ng khÝ, khãi vµo vµ ra; 10-æ trôc; 11-Trôc; 12- vá h×nh trô; 13-Tang trèng
+ Nh−îc ®iÓm cña bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu håi nhiÖt: - NhiÖt ®é kh«ng khÝ sÏ kh«ng cao l¾m. - Do c¬ cÊu quay nªn tuæi thä kh«ng cao. - Cã sù lät khãi qua ®−êng kh«ng khÝ t−¬ng ®èi lín. Do nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng kh«ng cao l¾m nªn lo¹i nµy th−êng dïng cho lß h¬i ®èt dÇu. 4.5.4. Bè trÝ bé h©m n−íc vµ bé sÊy kh«ng khÝ CÊu t¹o vµ chøc n¨ng cña bé h©m n−íc vµ bé sÊy kh«ng khÝ kh¸c h¼n nhau, nh−ng chóng cã liªn quan mËt thiÕt víi nhau khi bè trÝ chóng trong ®−êng khãi. Bé h©m n−íc vµ bé sÊy kh«ng khÝ ®−îc bè trÝ trªn ®o¹n ®−êng khãi sau bé qu¸ nhiÖt, cã thÓ bè trÝ mét cÊp hoÆc hai cÊp ®Æt xen kÏ. ViÖc chän c¸ch bè trÝ mét hay hai cÊp hoµn toµn tïy thuéc vµo nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng yªu cÇu. §èi víi c¸c lß ghi xÝch, qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu xÈy ra trªn ghi, kh«ng khÝ thæi tõ d−íi lªn qua ghi. §Ó ph¶i b¶o vÖ ghi khái bÞ qu¸ nãng, nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng th−êng kh«ng qu¸ 1500C. Khi ®ã chØ cÇn bè trÝ bé sÊy kh«ng khÝ mét cÊp vµ do ®ã bé h©m n−íc còng mét cÊp. §èi víi lß ®èt than phun, yªu cÇu kh«ng khÝ nãng cã
37
**source: http://bkeps.com
**
thÓ tíi 4000C. §Ó thu ®−îc kh«ng khÝ nãng cã nhiÖt ®é cao nh− vËy, cÇn ph¶i ®Æt mét phÇn ®Çu ra cña bé sÊy kh«ng khÝ trong vïng khãi cã nhiÖt ®é cao, nghÜa lµ ph©n bé sÊy kh«ng khÝ thµnh hai cÊp. Khi ®ã bé h©m n−íc còng ®−îc ph©n thµnh hai cÊp vµ ®Æt xen kÏ nhau. S¬ ®å bè trÝ vµ biÕn thiªn nhiÖt ®é cña m«i chÊt khi ®i qua bé h©m n−íc vµ bé sÊy kh«ng khÝ ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 4.20.
H×nh 4.20. Bè trÝ bé h©m n−íc vµ bé sÊy kh«ng khÝ 4.6. TRANG BÞ PHô 4.6.1. C¸c lo¹i van Van lµ mét thiÕt bÞ dïng ®Ó ®ãng vµ c¾t mét thiÕt bÞ khái sù liªn th«ng víi thiÕt bÞ kh¸c hoÆc víi hÖ thèng. Van ph¶i ®¶m b¶o cã trë lùc nhá khi më cho dßng m«i chÊt ®i qua vµ kÝn hoµn toµn khi ®ãng. Ph©n lo¹i: Theo nguyªn t¾c lµm viÖc, ng−êi ta ph©n thµnh van khãa, van ®iÒu chØnh, van b¶o vÖ. C¸c lo¹i van khãa, van ®iÒu chØnh cã thÓ thao t¸c b»ng tay hoÆc truyÒn ®éng b»ng khÝ nÐn, thñy lùc hoÆc b»ng ®iÖn. C¸c lo¹i van b¶o vÖ (van 1 chiÒu, van an toµn) ®ãng më hoµn toµn tù ®éng theo t¸c ®éng cña m«i chÊt ®i qua nã. Trong thùc tÕ chØ cã van van khãa vµ van b¶o vÖ lµ yªu cÇu cã ®é kÝn cao, cßn van ®iÒu chØnh th× kh«ng cÇn thiÕt ph¶i kÝn tuyÖt ®èi. 4.6.1.1. Van khãa NhiÖm vô cña van khãa lµ ®ãng hoÆc c¾t dßng m«i chÊt kh«ng cho dßng ch¶y qua. C¸c lo¹i van khãa ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 4.21, gåm van ®Üa, van cöa, van vßi n−íc.
38
source: http://bkeps.com
H×nh 4.21. c¸c lo¹i van khãa a-van ®Üa; b-van cöa; c-van vßi n−íc 4.6.1.2. Van ®iÒu chØnh Van ®iÒu chØnh dïng ®Ó ®iÒu chØnh l−u l−îng, ¸p suÊt cña dong m«i chÊt. Nguyªn t¾c lµm viÖc cña van ®iÒu chØnh lµ thay ®æi ®é më cöa van ®Ó ®iÒu chØnh l−u l−îng m«i chÊt qua ®ã nªn ®iÒu chØnh ®−îc ¸p suÊt, l−u l−îng cña m«i chÊt. Trªn h×nh 4.22 biÓu diÔn van ®iÒu chØnh b»ng tay, h×nh 4.23 biÓu diÔn van ®iÒu chØnh b»ng ®éng c¬ ®iÖn. 4.6.1.3 Van b¶o vÖ Van b¶o vÖ gåm hai lo¹i: van mét chiÒu vµ van an toµn. C¸c lo¹i van b¶o H×nh 4.22. Van ®iÒu chØnh b»ng tay vÖ tù ®éng t¸c ®éng nªn kh«ng cã tay quay. Van mét chiÒu: Van mét chiÒu lµ van chØ cho m«i chÊt chuyÓn ®éng theo mét chiÒu nhÊt ®Þnh, van sÏ tù ®éng ®ãng l¹i khi dßng m«i chÊt chuyÓn ®éng ng−îc l¹i. Van mét chiÒu gåm van lß xo; van tù träng, ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 4.24. Van mét chiÒu th−êng ®−îc l¾p trªn ®−êng n−íc cÊp vµo lß, phÝa ®Çu ®Èy cña b¬m, tr−íc van chÆn nh»m b¶o vÖ b¬m khái bÞ dßng h¬i nãng ph¸ ho¹i khi ®ãng, c¾t b¬m, hoÆc trªn ®−êng nèi liªn th«ng c¸c lß ®Ó t¸ch biÖt c¸c lß h¬i khi cÇn thiÕt (h×nh 4.25. Van an toµn: Van an toµn cã t¸c dông khèng chÕ ¸p suÊt lµm viÖc cña m«i chÊt kh«ng v−ît qu¸ trÞ sè cho phÐp, nh»m b¶o vÖ cho thiÕt bÞ lµm viÖc an toµn vµ l©u dµi. TÊt c¶ nh÷ng thiÕt bÞ cã ¸p suÊt lín h¬n 0,7 kG/cm2 ®Òu b¾t buéc ph¶i l¾p ®Æt van an toµn.
39
**source: http://bkeps.com
**
Van an toµn cã 3 lo¹i, van an toµn kiÓu lß xo, kiÓu ®ßn bÈy (qu¶ t¹) vµ kiÓu xung l−îng. C¸c lo¹i van an toµn ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 4.26; 4.27 vµ 4.28. ë lo¹i van an toµn kiÓu lß xo vµ kiÓu ®ßn bÈy, ¸p suÊt t¸c ®éng cña van sÏ ®−îc ®iÒu chØnh c©n b»ng víi lùc nÐn cña lß xo hoÆc søc ®Ì cña hÖ thèng ®ßn bÈy. Do ¸p suÊt giíi h¹n cho phÐp cña lß kh«ng lín h¬n ¸p suÊt lµm viÖc ®Þnh møc cña lß nhiÒu nªn lùc ®Ì cña lß xo lªn ®Üa van t−¬ng ®èi bÐ, do ®ã van khã kÝn. Ngoµi ra do tiÕt diÖn lç tho¸t h¬i bÐ nªn kh¶ n¨ng tho¸t m«i chÊt chËm, ¸p suÊt cña lß gi¶m t−¬ng ®èi chËm. ChÝnh v× vËy chóng chØ ®−îc sö dông ë c¸c lß h¬i cã ¸p suÊt võa vµ nhá (d−íi 4Mpa).
H×nh 4.23. Van ®iÒu chØnh b»ng ®éng c¬ ®iÖn
**H×nh 4.24. van mét chiÒu a-van lß xo; b-van tù träng
**
40
source: http://bkeps.com
H×nh 4.25. C¸ch nèi van mét chiÒu víi van cÊp n−íc
Van an toµn kiÓu ®ßn bÈy cã −u ®iÓm lµ lµm viÖc æn ®Þnh, ®iÒu chØnh van ®¬n gi¶n, nh−ng cång kÒnh, ®−îc dïng chñ yÕu ë c¸c lß h¬i ¸p suÊt trung b×nh (d−íi 4Mpa).
Hinh 4.26. van an toµn kiÓu lß xo
Hinh 4.27.van an toµn kiÓu xung l−îng
Lo¹i van lß xo cã cÊu t¹o ®¬n gi¶n, gän nhÑ, nh−ng khã ®iÒu chØnh, ®−îc dïng chñ yÕu ë c¸c lß h¬i ¸p suÊt thÊp (d−íi 2Mpa), s¶n l−îng nhá. Van xung l−îng: §èi víi nh÷ng lß cã ¸p suÊt tõ 4Mpa trë lªn th−êng sö dông van an toµn kiÓu xung l−îng. Van an toµn kiÓu xung l−îng ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 4.27. Van xung l−îng lµ mét tæ hîp hai van, van chÝnh vµ van xung l−îng tÝn hiÖu. Nguyªn lý lµm viÖc nh− sau: B×nh th−êng ®Üa van ®−îc ®Ëy b»ng ¸p lùc h¬i phÝa tr−íc van chÝnh lín h¬n lùc nÐn cña lß xo nhiÒu nªn rÊt kÝn, khi ¸p suÊt h¬i v−ît qu¸ trÞ sè
41
**source: http://bkeps.com
**
cho phÐp th× van xung l−îng tÝn hiÖu sÏ më ra ®−a mét phÇn h¬i tíi phÝa sau van chÝnh ®Ó c©n b»ng víi ¸p lùc ®Èy phÝa tr−íc van chÝnh, do ®ã ¸p lùc tr−íc vµ sau van chÝnh c©n b»ng nhau, khi ®ã ®Üa van chÞu t¸c dông cña lùc ®Èy lß xo nªn sÏ më ra cho h¬i tho¸t ra ngoµi. V× van cã tiÕt diÖn lç tho¸t h¬i lín nªn h¬i tho¸t ra rÊt nhanh.
H×nh 4.28.Van an toµn kiÓu ®ßn bÈy VÞ trÝ ®Æt van an toµn: Trong lß h¬i, van an toµn ®−îc ®Æt ë vÞ trÝ cao nhÊt khoang h¬i cña bao h¬i, ë c¸c èng gãp cña bé qu¸ nhiÖt, cña bé h©m n−íc, èng gãp h¬i chung. Trong c¸c thiÕt bÞ kh¸c, van an toµn ®−îc ®Æt ë vÞ trÝ cao nhÊt cña thiÕt bÞ. Trong bé h©m n−íc b»ng gang, ng−êi ta ®Æt van an toµn ë èng gãp tr−íc (phÝa vµo cña n−íc). Sè l−îng vµ kÝch th−íc van an toµn: Mçi lß h¬i ph¶i ®Æt Ýt nhÊt lµ hai van an toµn ë khoang h¬i, trõ mét sè lß h¬i nhá cã thÓ l¾p mét van. ë nh÷ng lß h¬i ®Æt 2 van an toµn th× trong ®ã cã mét van lµm viÖc cßn mét van kiÓm tra, 2 van nµy sÏ ®−îc ®iÒu chØnh ®Ó tù më ë c¸c ¸p suÊt kh¸c nhau. ¸p suÊt t¸c ®éng cña c¸c van an toµn ®−îc ®iÒu chØnh b»ng lùc Ðp cña lß xo hoÆc søc ®Ì cña ®ßn bÈy theo b¶ng sau: B¶ng 4.1. C¸c gi¸ trÞ ¸p suÊt t¹i ®ã c¸c van an toµn b¾t ®Çu më. ¸p suÊt lµm viÖc p, MN/m2 ë bao h¬i, khi p < 1,28 1,28 < p < 3,93 p > 1,93 ë bé qu¸ nhiÖt, khi p < 1,28 p > 1,28 ë èng gãp vµo cña bé h©m n−íc ë èng gãp ra cña bé h©m n−íc ¸p suÊt më van an toµn Van kiÓm tra Van lµm viÖc p + 0,03 p + 0,02 1,05. p 1,03.p 1,08. p 1,05. p p + 0,02 p + 0,02 1,02. p 1,02. p 1,25. p 1,25. p 1,10. p 1,10. p
Cã thÓ x¸c ®Þnh kÝch th−íc cña van an toµn tõ c«ng thøc sau ®©y:
42
**source: http://bkeps.com
**
D p
n.d.h =
(4-1)
n: sè l−îng van an toµn. d: ®−êng kÝnh trong cña lç van (cm), ®−êng kÝnh nµy kh«ng ®−îc nhá h¬n 25mm vµ kh«ng lín h¬n 125mm. d d h: chiÒu cao n©ng lªn cña van, cã 2 lo¹i: h = vµ h = 20 4 d d h= ®èi víi lo¹i van kh«ng n©ng lªn hoµn toµn, h = ®èi víi lo¹i van 20 4 n©ng lªn hoµn toµn. A: hÖ sè tïy thuéc vµo van n©ng lªn hoµn toµn hay kh«ng hoµn toµn. víi van n©ng lªn kh«ng hoµn toµn: A=0,0075, víi van n©ng lªn hoµn toµn A=0,0150 D: S¶n l−îng h¬i cña lß (kg/h). p: ¸p suÊt tuyÖt ®èi cña h¬i (N/m2). §−êng kÝnh d cña van cã thÓ lµ 25, 32, 40, 50, 60mm 4.6.2. ¸p kÕ ¸p kÕ lµ thiÕt bÞ ®Ó ®o ¸p suÊt cña h¬i vµ n−íc trong lß h¬i. ¸p kÕ ®−îc ®Æt ë vÞ trÝ cao nhÊt cña thiÕt bÞ. Trªn ®−êng nèi tõ bao h¬i ra ¸p kÕ ph¶i ®Æt van 3 ng¶ cã èng xi ph«ng. Trong èng xi ph«ng cã chøa n−íc hoÆc kh«ng khÝ ®Ó b¶o vÖ ®ång hå khái bÞ m«i chÊt ph¸ háng. ë ng· thø ba cña van sÏ nèi ®ång hå mÉu ®Ó kiÓm tra ®é chÝnh x¸c cña ®ång hå ®ang dïng, kiÓm tra xem ®ång hå cã lµm viÖc kh«ng. Trªn mÆt ¸p kÕ cã thang chia ®é, thang chia ®é cña ®ång hå ®−îc chän theo ¸p suÊt lµm viÖc cña lß. Th«ng th−êng chän gi¸ trÞ lín nhÊt cña thang chia ®é b»ng 1,5 lÇn ¸p suÊt lµm viÖc cña lß. Víi c¸c thiÕt bÞ ¸p lùc, ®−êng kÝnh mÆt ®ång hå nhá nhÊt lµ 110mm. L¾p ®Æt ®ång hå: NÕu ¸p kÕ ë ngang tÇm m¨t th× ®−îc ®Æt th¼ng ®øng. NÕu ¸p kÕ ë trªn tÇm m¾t, xa kho¶ng 2m th× ph¶i ®Æt nghiªng kho¶ng 300. 4.6.3. èng thñy 4.6.3.1. NhiÖm vô èng thñy èng thñy lµ mét thiÕt bÞ rÊt quan träng cña lß h¬i, dïng ®Ó theo dâi møc n−íc trong lß h¬i. èng thñy ®−îc nèi víi lß h¬i theo nguyªn t¾c b×nh th«ng nhau, mét ®Çu cña èng thñy ®−îc nèi víi khoang h¬i, mét ®Çu ®−îc nèi víi khoang n−íc. Víi lß h¬i èng löa ®øng, qui ®Þnh møc n−íc trong qu¸ tr×nh lß lµm viÖc lu«n ngËp 2/3-3/4 èng löa. Víi lß h¬i èng löa n»m ngang, qui ®Þnh møc n−íc trong lß cao h¬n èng löa trªn cïng lµ 10cm. èng thñy lu«n ®−îc nèi ®Ó møc n−íc cña lß n»m gi÷a èng thñy.
43
source: http://bkeps.com
4.6.3.2. C¸c lo¹i èng thñy Th−êng cã hai lo¹i èng thñy: èng thñy s¸ng vµ èng thñy tèi. èng thñy s¸ng cho phÐp nh×n thÊy møc n−íc qua èng thñy tinh nÕu lµ èng thñy trßn, hoÆc qua tÊm thñy tinh nÕu lµ èng thñy dÑt. ë ®©y èng hoÆc tÊm thñy tinh ®Òu lµ thñy tinh chÞu nhiÖt. èng thñy tinh cña èng thñy trßn chÞu lùc kÐm dÔ bÞ vì, do ®ã th−êng ®−îc dïng cho c¸c lß h¬i cã ¸p suÊt thÊp, nhiÖt ®é n−íc nhá h¬n 2500C. ë c¸c lß ¸p suÊt cao, ng−êi ta th−êng dïng èng thñy dÑt. CÊu t¹o c¸c lo¹i èng thñy ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 4.29 vµ 4.30.
H×nh 4.29. èng thñy dÑt. 1-tÊm thñy tinh; 2-hép kim lo¹i;
H×nh 4.30. èng thñy trßn. 1. èng thñy tinh; 5-hép kim lo¹i; 2, 3, 4 van nèi èng thñy víi lß;
Theo qui ph¹m an toµn lß h¬i th× mçi lß h¬i ph¶i cã Ýt nhÊt lµ 2 èng thñy ®Æt ®éc lËp víi nhau. §èi víi nh÷ng lß h¬i nhá, diÖn tÝch bÒ mÆt ®èt nhá h¬n 100m2, cã thÓ cho phÐp thay thÕ mét èng thñy s¸ng b»ng mét èng thñy tèi. èng thñy tèi th−êng gåm 3 van ®−îc nèi ë møc n−íc cao nhÊt, trung b×nh vµ thÊp nhÊt cña lß. §Ó cã thÓ tõ phßng ®iÒu khiÓn trung t©m theo dâi ®−îc møc n−íc ë bao h¬i trªn cao, ng−êi ta dïng èng thñy d−íi (èng thñy kÐo dµi). H×nh 4.30 vÏ èng thñy kÐo dµi cña lß h¬i
44
**source: http://bkeps.com
**
4.6.4. B¬m n−íc cÊp- qu¹t giã- qu¹t khãi 4.6.4.1. B¬m n−íc cÊp * NhiÖm vô cña b¬m n−íc cÊp: b¬m n−íc cÊp cã nhiÖm vô cÊp n−íc cho lß trong qu¸ tr×nh lß lµm viÖc. Mçi lß h¬i th−êng yªu cÇu ph¶i cã 2 b¬m n−íc cÊp. Riªng ®èi víi nh÷ng lß c«ng suÊt nhá h¬n 500kg/h cã thÓ cho phÐp dïng 1 b¬m. * CÊu t¹o b¬m cÊp: cã 2 lo¹i b¬m cÊp, b¬m piston vµ b¬m ly t©m . + B¬m pit t«ng: B¬m piston th−êng cã ¸p suÊt cao nh−ng s¶n l−îng kh«ng lín nªn th−êng dïng cho c¸c lß h¬i nhá. Trong c¸c xÝ nghiÖp c«ng nghiÖp, ë c¸c lß h¬i nhá th−êng dïng b¬m pit t«ng ch¹y b»ng h¬i lµm b¬m gi÷ tr÷ phßng khi mÊt ®iÖn. + B¬m ly t©m: C¸c lß h¬i cña nhµ m¸y ®iÖn th−êng lµm viÖc ë ¸p suÊt cao nªn ph¶i dïng b¬m ly t©m nhiÒu cÊp (nhiÒu l¸t), mçi mét cÊp gåm mét d·y c¸nh ®éng vµ mét d·y c¸nh tÜnh, sè l−îng cÊp tïy thuéc vµo ¸p suÊt cña lß. Khi chän b¬m ph¶i l−u ý, ¸p suÊt b¬m ph¶i lín h¬n ¸p suÊt m«i chÊt trong bao h¬i ë møc cã thÓ kh¾c phôc ®−îc trë lùc ®−êng èng dÉn tõ b¬m ®Õn bao h¬i. CÊu t¹o cña b¬m ly t©m ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 4.31. H×nh 4.31. B¬m ly t©m. a) b¬m mét cÊp; 1-cæ vµo, 2-C¸nh ®éng, 3-vá, 4-miÖng ra,
b) b¬m nhiÒu cÊp 1, 2, 3, 4. c¸c tÇng c¸nh ®éng
45
**source: http://bkeps.com
**
C¸c c¸nh ®éng ®−îc ®−îc g¾n trªn rotor cña b¬m, cßn tÊt c¶ c¸c c¸nh tÜnh g¾n trªn th©n b¬m gäi lµ stato. Khi lµm viÖc, trôc cña b¬m quay tøc lµ c¸c c¸nh ®éng quay, nÐn n−íc trong b¬m lµm cho ¸p suÊt t¨ng dÇn tõ ®Çu vµo tíi ®Çu ra. B¬m ®−îc cã thÓ ®−îc dÉn ®éng b»ng ®éng c¬ ®iÖn hoÆc h¬i. §èi víi c¸c b¬m cã c«ng suÊt lín th−êng ®−îc dÉn ®éng b»ng tuabin h¬i. Th«ng sè cña b¬m lµ: ¸p suÊt vµ l−u l−îng 4.6.4.2. Qu¹t giã- qu¹t khãi Víi c¸c lß h¬i lín cã bÒ mÆt ®èt phÇn ®u«i, qu¹t giã cã nhiÖm vô cung cÊp kh«ng khÝ cho qu¸ tr×nh ch¸y, cßn qu¹t khãi cã nhiÖm vô hót khãi ra khái lß. Qu¹t giã vµ qu¹t khãi t¹o nªn hÖ thèng th«ng giã cho lß h¬i, hÖ thèng ®ã gäi lµ hÖ thèng th¨ng b»ng, lu«n t¹o cho ¸p suÊt cña khãi tõ buång löa ®Õn khi ra khái lß nhá h¬n ¸p suÊt khÝ quyÓn. §Ó t¹o ¸p lùc t−¬ng ®èi lín th× qu¹t giã vµ qu¹t khãi th−êng dïng qu¹t ly t©m ®−îc dÉn ®éng b»ng ®éng c¬ ®iÖn. Nguyªn lý cÊu t¹o qu¹t ly t©m ®−îc chØ ra trªn h×nh 4.32. §èi víi c¸c lß h¬i nhá, qu¹t giã cã nhiÖm vô cung cÊp kh«ng khÝ cho qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu, cßn chiÒu cao cña èng khãi cã nhiÖm vô hót khãi ra khái lß. C¸c ®Æc tÝnh kü thuËt cña qu¹t: §Æc tÝnh kü thuËt cña qu¹t lµ l−u l−îng qu¹t, cét ¸p ®Çu hót vµ ®Çu ®Èy. * L−u l−îng qu¹t giã: Khi kh«ng cã t¸i tuÇn hoµn kh«ng khÝ nãng.
Q g = β1 B tt (α bl − ∆α bl − ∆α ng + ∆α skk )V0 273 + t kkl m 3 ,( ) h 273
(4-2)
β1: hÖ sè an toµn, β1 = 1,1; Btt : l−îng nhiªn liÖu tiªu hao tÝnh to¸n, (kg/h), αbl: hÖ sè kh«ng khÝ thõa trong buång löa; ∆αbl: hÖ sè kh«ng khÝ lät vµo buång löa; ∆αng: hÖ sè kh«ng khÝ l¹nh lät vµo hÖ thèng nghiÒn than; ∆αs: hÖ sè kh«ng khÝ l¹nh lät vµo bé sÊy kh«ng khÝ; V0 : l−îng kh«ng khÝ lÝ thuyÕt, (m3 tc/kg), tkkl: nhiÖt ®é kh«ng khÝ l¹nh, (0C), * L−u l−îng qu¹t khãi
273 + t kkl m 3 ;( ) h 273 Vth: L−îng khãi th¶i ra khái lß, (m3 tc/kg), tth: nhiÖt ®é khãi th¶i ra khái lß, (0C), ∆αod: hÖ sè kh«ng khÝ l¹nh lät trong ®−êng èng dÉn kh«ng khÝ; * C«ng suÊt cña qu¹t giã: QgHg , Kw; Ng = 1,1. 3600η g Q g = β1 B tt (Vth + ∆α dä V0 )
46
(4-3)
**source: http://bkeps.com
**
* C«ng suÊt cña qu¹t khãi: Q H Nk = 1,1. k k , Kw; 3600η k Qg, Qk: l−u l−îng kh«ng khÝ vµ khãi cña lß, Hg, Hk: ¸p suÊt cña ®Çu ®Èy cña qu¹t giã, qu¹t khãi, ηg, ηk: hiÖu suÊt cña qu¹t giã vµ qu¹t khãi, 4.6.5. HÖ thèng cung cÊp nhiªn liÖu 4.6.5.1. HÖ thèng dÇu ®èt:
DÇu cã thÓ dïng lµm nhiªn liÖu chÝnh trong c¸c lß h¬i ®èt nhiªn liÖu láng, hoÆc dïng lµm nhiªn liÖu ®èt phô trî khi c«ng suÊt thÊp hoÆc khi c«ng suÊt cùc ®¹i hoÆc khi khëi ®éng lß trong c¸c lß h¬i ®èt nhiªn liÖu r¾n (than, b· mÝa hoÆc cñi). Th«ng th−êng dÇu ®èt trong c¸c lß lµ dÇu FO (dÇu ®en). HÖ thèng dÇu cña nhµ m¸y ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh 4.33.
ë nhiÖt ®é m«i tr−êng, dÇu cã ®é nhít lín, do ®ã cÇn ph¶i cã thiÕt bÞ sÊy dÇu ®Ó gi¶m ®é nhít nh»m vËn chuyÓn dÔ dµng h¬n, ®ång thêi dÇu cã thÓ ®Ï bèc ch¸y. Th«ng th−êng cã thÓ sÊy dÇu ®Õn nhiÖt ®é kho¶ng 900C-1000C. Bªn c¹nh bé sÊy cÇn cã thªm bé läc ®Ó lo¹i nh÷ng cÆn bÈn tr¸nh hiÖn t−îng t¾c vßi phun dÇu.
H×nh 4.33. s¬ ®å nguyªn lý hÖ thèng dÇu.
47
**source: http://bkeps.com
**
* C¸c lo¹i vßi phun dÇu: cã 2 lo¹i vßi phun dÇu, vßi phun thæi vµ vßi phun c¬ khÝ. Yªu cÇu vßi phun ph¶i phun dÇu thµnh c¸c h¹t bôi nhá, c¸c h¹t cµng nhá cµng dÔ bèc ch¸y. - Vßi phun c¬ khÝ: dÇu ®−îc phun thµnh bôi nhê b¬m cao ¸p nÐn lªn ®Õn ¸p suÊt tõ 10 ®Õn 30 at vµ khi ®i qua c¸c lç nhá cña vßi phun sÏ phun thµnh bôi. - Vßi phun thæi: dßng dÇu ®−îc phun thµnh bôi qua vßi phun nhê ®éng n¨ng cña dßng h¬i hoÆc khÝ nÐn cã ¸p suÊt tõ 3-5 at.
4.6.5.2. HÖ thèng chuÈn bÞ bét than
H×nh 4.34. HÖ thèng chuÈn bÞ bét than. a) HÖ thèng víi m¸y nghiÒn bi vµ phÓu than trung gian; b) HÖ thèng víi giÕng nghiÒn thæi th¼ng; c) HÖ thèng cã qu¹t nghiÒn. 1-Ph©n li mÞn; 2, 11 vµ 21-èng dÉn kh«ng khÝ; 3-VÝt t¶i ruét gµ; 4-PhÔu bét than; 5-Qu¹t giã; 6-Buång löa; 7-Bé sÊy kh«ng khÝ; 8-Vßi phun; 9-Hép kh«ng khÝ; 10-Buång hçn hîp; 12-Hép ph©n phèi; 13-Qu¹t nghiÒn; 14-Ph©n li bét than; 15-M¸y nghiÒn; 16-Hép ®Çu vµo; 17-M¸y cÊp than; 18-PhÔu than nguyªn; 19-C©n; 20-Khothan nguyªn; 22-Cöa lÊy khãi nãng.
48
source: http://bkeps.com
HÖ thèng chuÈn bÞ bét than cã nhiÖm vô nghiÒn mÞn than thµnh bét vµ vËn chuyÓn bét than ®Õn cung cÊp cho lß h¬i. Than ®−îc nghiÒn mÞn nhê c¸c m¸y ®Ëp bóa vµ c¸c m¸y nghiÒn. Sau ®ã ®−îc vËn chuyÓn ®i trong èng nhê kh«ng khÝ nãng. Kh«ng khÝ nãng võa cã nhiÖm vô vËn chuyÓn bét than, võa sÊy nãng bét than. Sau ®ã bét than ®−îc ph©n li (t¸ch ra khái kh«ng khÝ) nhê c¸c m¸y ph©n ly tinh (hay ph©n ly kiÓu xiclon). Bét than ®−îc cÊp ®Õn c¸c vßi phun cña lß nhê m¸y cÊp than bét. HÖ thèng cung cÊp bét than ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 4.34.
4.6.6. HÖ thèng th¶i tro xØ
HÖ thèng th¶i tro xØ cã thÓ dïng vÝt t¶i ruét gµ; giªng th¶i xØ hoÆc thuyÒn xØ. - HÖ thèng vÝt t¶i ruét gµ: gåm 1 vÝt xo¾n ruét gµ ®Æt trong 1 èng. - Giªng th¶i xØ. - ThuyÒn xØ.
49
**source: http://bkeps.com
**
Ch−¬ng 5: CHÊT L¦îNG N¦íC Vµ H¥I CñA Lß
5.1. Yªu cÇu chÊt l−îng n−íc cÊp cho lß h¬i 5.1.1. Môc ®Ých cña viÖc xö lÝ n−íc Sù lµm viÖc ch¾c ch¾n vµ æn ®Þnh cña lß h¬i phô thuéc rÊt nhiÒu vµo chÊt l−îng n−íc cÊp cho lß ®Ó sinh h¬i. Trong c¸c nhµ m¸y ®iÖn, n−íc cung cÊp cho lß h¬i chñ yÕu lµ n−íc do h¬i ng−ng tô tõ b×nh ng−ng vÒ. Tuy nhiªn, trong qu¸ tr×nh lµm viÖc cña nhµ m¸y ®iÖn lu«n lu«n cã tæn thÊt h¬i vµ n−íc ng−ng. VÒ mÆt lÝ thuyÕt, chu tr×nh nhiÖt cña nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn lµ mét chu tr×nh kÝn, l−îng m«i chÊt lµm viÖc trong chu tr×nh lµ kh«ng ®æi. Trªn thùc tÕ th× cã mét l−îng n−íc bÞ th¶i ra khái lß do x¶ ®¸y lß, mét l−îng dïng cho sinh ho¹t trong nhµ m¸y; mét l−îng h¬i h¬i tho¸t ra do x¶ van an toµn hoÆc ®Ó thæi bôi hoÆc ®Ó sÊy dÇu; mét l−îng b× rß rØ qua c¸c khe hë cña c¸c chç nèi, khe hë do van bÞ rß hoÆc dïng vµo c¸c môc ®Ých kh¸c mµ kh«ng ®−îc thu håi n−íc ng−ng. Khi ®ã, l−îng n−íc ng−ng tõ b×nh ng−ng trë vÒ sÏ nhá h¬n l−îng n−íc cÊp cÊp cho lß, do ®ã cÇn cã mét l−îng n−íc bæ sung cho lß ®Ó bï l¹i c¸c tæn thÊt ®ã, l−îng n−íc nµy ®−îc lÊy tõ ao, hå gäi lµ n−íc thiªn nhiªn. Trong n−íc thiªn nhiªn cã hßa tan nh÷ng t¹p chÊt, mµ ®Æc biÖt lµ c¸c lo¹i muèi can xi vµ magiª vµ mét sè muèi cøng kh¸c. Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc cña lß, khi n−íc s«i vµ bèc h¬i, c¸c muèi nµy sÏ t¸ch ra ë pha cøng d−íi d¹ng bïn hoÆc c¸u tinh thÓ b¸m vµo v¸ch èng cña lß h¬i. C¸c c¸u vµ bïn nµy cã hÖ sè dÉn nhiÖt rÊt thÊp, thÊp h¬n so víi kim lo¹i hµng tr¨m lÇn, do ®ã khi b¸m vµo v¸ch èng sÏ lµm gi¶m kh¶ n¨ng truyÒn nhiÖt tõ khãi ®Õn mçi chÊt trong èng, lµm cho m«i chÊt nhËn nhiÖt Ýt h¬n vµ tæn thÊt nhiÖt do khãi th¶i t¨ng lªn, hiÖu suÊt cña lß gi¶m xuèng, l−îng tiªu hao nhiªn liÖu cña lß t¨ng lªn. Khi c¸u b¸m trªn c¸c èng sinh h¬i, c¸c èng cña bé qu¸ nhiÖt sÏ lµm t¨ng nhiÖt ®é cña v¸ch èng lªn, do ®ã lµm tuæi thä cña èng gi¶m xuèng, cã nh÷ng tr−êng hîp nhiÖt ®é cña v¸ch èng t¨ng lªn qu¸ møc cho phÐp, cã thÓ lµm næ èng. Khi c¸u b¸m lªn v¸ch èng sÏ t¨ng tèc ®é ¨n mßn kim lo¹i èng, g©y ra hiÖn t−îng ¨n mßn côc bé. Khi c¸u b¸m vµo c¸c c¸nh tuèc bin sÏ lµm t¨ng ®é nh¸m bÒ mÆt c¸nh, g©y c¶n trë chuyÓn ®éng cña h¬i sÏ lµm gi¶m hiÖu suÊt vµ lµm gi¶m tiÕt diÖn h¬i qua sÏ lµm gi¶m c«ng suÊt cña tuèc bin, cã thÓ g©y sù cè cho tuèc bin. Ngoµi nh÷ng chÊt sinh c¸u, trong n−íc cßn cã nh÷ng chÊt khÝ hßa tan nh− oxi vµ cacbonic, c¸c lo¹i khÝ nµy g©y ¨n mßn m¹nh c¸c bÒ mÆt èng kim lo¹i cña lß, nhÊt lµ ë bé h©m n−íc. V× nh÷ng nguyªn nh©n trªn, ®ßi hái ph¶i cã nh÷ng biÖn ph¸p ®Æc biÖt ®Ó b¶o vÖ lß h¬i khái bÞ c¸u b¸m vµ ¨n mßn, ®¶m b¶o cho lß lµm viÖc an toµn. §Ó gi¶m c−êng ®é ¨n mßn vµ ®¶m b¶o cho lß lµm viÖc an toµn cÇn thùc hiÖn 3 nhiÖm vô sau ®©y: - Ng¨n ngõa hiÖn t−îng b¸m c¸u trªn tÊt c¶ c¸c bÒ mÆt ®èt. - Duy tr× ®é s¹ch cña h¬i ë møc ®é cÇn thiÕt. - Ng¨n ngõa qu¸ tr×nh ¨n mßn cña ®−êng n−íc- ®−êng h¬i: Nh− ®· tr×nh bµy ë trªn, kh«ng thÓ dïng trùc tiÕp n−íc thiªn nhiªn cung cÊp
50
**source: http://bkeps.com
**
ngay cho lß ®−îc mµ cÇn ph¶i xö lý n−íc ®Ó lo¹i bá c¸c t¹p chÊt cã thÓ sinh ra c¸u. ViÖc chän ph−¬ng ph¸p xö lý n−íc vµ s¬ ®å xö lÝ kh«ng chØ dùa vµo thµnh phÇn cña n−íc thiªn nhiªn, mµ cßn ph¶i dùa vµo th«ng sè cña lß h¬i. Lß cã th«ng sè h¬i cµng cao th× yªu cÇu chÊt l−îng n−íc cµng cao, nghÜa lµ nång ®é c¸c t¹p chÊt trong n−íc cÊp vµo lß cµng ph¶i thÊp. §Ó ®¸nh gi¸ chÊt l−îng cña n−íc, ng−êi ta ®−a ra c¸c kh¸i niÖm vÒ ®Æc tÝnh cña n−íc thiªn nhiªn nh− sau: §é cøng, ®é kiÒm, ®é kh« kÕt cña n−íc. §é cøng cña n−íc thÓ hiÖn tæng nång ®é c¸c ion Ca+ vµ Mg+ cã trong n−íc, ®−îc ký hiÖu lµ 0H. Tuy hiÖn nay mét sè n−íc cã ®Þnh nghÜa ®é cøng kh¸c nhau. 5.1.2. ChÊt l−îng n−íc cÊp cho lß §é cøng cho phÐp cña n−íc cÊp vµo lß phô thuéc vµo th«ng sè h¬i cña lß. Lß cã th«ng sè h¬i cµng cao th× yªu cÇu chÊt l−îng n−íc cµng cao, nghÜa lµ nång ®é c¸c t¹p chÊt trong n−íc cÊp vµo lß cµng ph¶i thÊp. Yªu cÇu chÊt l−îng n−íc (®é cøng) cña lß h¬i phô thuéc vµo ¸p suÊt h¬i nh− sau: 0 - Lß h¬i èng lß, èng löa: H < 0,5 mg®l/l 0 - Lß èng n−íc cã p < 1,6 Mpa : H < 0,3 0 - Lß èng n−íc cã p = 1,6 ®Õn 3,15 Mpa: H < 0,02 0 - Lß èng n−íc cã p = 3,5 ®Õn 10 Mpa : H < 0,01 0 - Lß èng n−íc cã p > 10 Mpa : H < 0,005 5.2. C¸C PH¦¥NG PH¸P Xö Lý N¦íC CHO Lß N−íc thiªn nhiªn kh«ng ®¸p øng ®−îc yªu cÇu vÒ chÊt l−îng khi cÊp cho lß, ®Æc biÖt lµ ®é cøng. §Ó gi¶m ®é cøng cña n−íc cÊp cho lß nh»m gi¶m hiÖn t−îng ®ãng c¸u ng−êi ta dïng c¸c biÖn ph¸p sau: - T¸ch nh÷ng vËt chÊt cã kh¶ n¨ng t¹o thµnh c¸u ë trong lß ra khái n−íc tr−íc khi ®−a n−íc vµo lß, gäi lµ ph−¬ng ph¸p xö lý n−íc tr−íc khi ®−a n−íc vµo lß hay xö lý n−íc cho lß. - BiÕn nh÷ng vËt chÊt cã kh¶ n¨ng sinh ra c¸u ë trong lß (do n−íc cÊp ch−a ®−îc xö lý hoÆc xö lý kh«ng hÕt) thµnh nh÷ng vËt chÊt t¸ch ra ë pha cøng d−íi d¹ng bïn (kh«ng ë d¹ng c¸u) råi dïng biÖn ph¸p x¶ lß ®Ó th¶i ra khái lß. Ph−¬ng ph¸p nµy gäi lµ xö lý n−íc bªn trong lß (ph−¬ng ph¸p chèng ®ãng c¸u cho lß). Sau ®©y chóng ta sÏ nghiªn cøu lÇn l−ît tõng biÖn ph¸p ®ã. 5.2.1. Xö lý n−íc tr−íc khi ®−a vµo lß Xö lý n−íc lµ lo¹i bá c¸c t¹p chÊt c¬ häc ra khái n−íc vµ lµm gi¶m ®Õn møc nhá nhÊt ®é cøng cña n−íc, gåm hai b−íc: xö lÝ c¬ häc vµ xö lÝ ®é cøng. NhiÖm vô cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ khö ®Õn møc tèi thiÓu nh÷ng vËt chÊt tan hoÆc kh«ng tan ë trong n−íc, cã kh¶ n¨ng sinh c¸u trong lß tr−íc khi ®−a n−íc vµo lß. Tïy thuéc vµo chÊt l−îng n−íc thiªn nhiªn vµ yªu cÇu cña lß ng−êi ta dïng c¸c biÖn ph¸p kh¸c nhau.
51
source: http://bkeps.com
5.2.1.1. Xö lý c¬ häc X− lÝ n−íc c¬ häc lµ dïng c¸c bÓ l¾ng vµ c¸c b×nh läc c¬ khÝ ®Ó t¸ch c¸c t¹p chÊt l¬ löng trong n−íc ra khái n−íc. Tuy nhiªn xö lÝ c¬ häc chØ lo¹i bá ®−îc c¸c t¹p chÊt c¬ khÝ ra khái n−íc. 5.2.1.2. Xö lý ®é cøng Xö lÝ ®é cøng lµ lµm gi¶m ®Õn møc nhá nhÊt nång ®é c¸c t¹p chÊt cã thÓ t¹o thµnh c¸u hßa tan trong n−íc. §é cøng chØ cã thÓ ®−îc khö b»ng hãa chÊt hoÆc b»ng trao ®æi ion (kation vµ anion). + Xö lý b»ng hãa chÊt: th−êng ®−îc dïng cho c¸c lß h¬i nhá, yªu cÇu chÊt l−îng n−íc kh«ng cao, gåm c¸c ph−¬ng ph¸p sau ®©y: Ph−¬ng ph¸p xö lý Hãa chÊt dïng CaO V«i hãa CaO + Na2CO3 V«i - x«®a NaOH Xót NaOH + Na2CO3 Xót - x«®a CaO + NaOH V«i – xót Tïy theo chÊt l−îng n−íc nguån vµ yªu cÇu chÊt l−îng n−íc cña lß, ta lùa chän biÖn ph¸p nµo ®ã hoÆc kÕt hîp nhiÒu biÖn ph¸p kh¸c nhau. + Ph−¬ng ph¸p xö lý b»ng trao ®æi ion: Ph−¬ng ph¸p nµy gåm trao ®æi Kation vµ anion. - Ph−¬ng ph¸p trao ®æi Kation: Nguyªn lý cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ thùc hiÖn qu¸ tr×nh trao ®æi gi÷a c¸c kation cña t¹p chÊt hßa tan trong n−íc, cã kh¶ n¨ng sinh c¸u trong lß víi c¸c kation cña h¹t kationit, ®Ó t¹o nªn nh÷ng vËt chÊt míi tan ë trong n−íc nh−ng kh«ng t¹o thµnh c¸u ë trong lß. Kationit lµ nh÷ng h¹t nhùa tæng hîp cã gèc R ngËm c¸c kation, kh«ng tan, nhóng vµo trong n−íc. Trong kü thuËt th−êng dïng ba lo¹i kationit sau: Kationit Natri (NaR), Kationit Hy®ro (HR), Kationit Amon (NH4R), trong ®ã R lµ gèc cña cationit, kh«ng tan trong n−íc (h×nh 5.1). - Khi dïng NaR, ph¶n øng x¶y ra: Ca(HCO3)2 + 2NaR = CaR2 + 2NaHCO3; Mg(HCO3)2 + 2NaR = MgR2 + 2NaHCO3; CaCl2 + 2NaR = CaR2 + 2NaCl; MgCl2 + 2NaR = MgR2 + 2NaCl; CaSO4 + 2NaR = CaR2 + Na2SO4; MgSO4 + 2NaR = MgR2 + Na2SO4; - Khi dïng HR, ph¶n øng x¶y ra: Ca(HCO3)2 + 2HR = CaR2 + 2CO2+ 2H2O;
52
**source: http://bkeps.com
**
Mg(HCO3)2 + 2HR = MgR2 + 2CO2+ 2H2O; CaCl2 + 2HR = CaR2 + 2HCl; MgCl2 + 2HR = MgR2 + 2HCl; CaSO4 + 2HR = CaR2 + H2SO4; MgSO4+ 2HR = MgR2 + H2SO4; - Khi dïng NH4R, ph¶n øng x¶y ra: Ca(HCO3)2 + 2NH4R = CaR2 + 2NH4HCO3; Mg(HCO3)2 + 2NH4R = MgR2 2NH4HCO3; CaCl2 + 2NH4R = CaR2 + 2NH4Cl; CaSO4 + 2NH4R = CaR2 + (NH4)2SO4; MgSO4+ 2NH4R = MgR2 + (NH4)2SO4; - Khi sö dông kationit NaR, toµn bé ®é cøng cña n−íc ®Òu ®−îc khö, song ®é kiÒm vµ c¸c thµnh phÇn anion kh¸c trong n−íc kh«ng thay ®æi (h×nh 5.2). - Khi sö dông kationit hy®r« th× ®é cøng vµ ®é kiÒm ®Òu ®−îc khö c¶, nh−ng khi ®ã c¸c anion cña c¸c muèi sÏ t¹o thµnh c¸c axit, n−íc sau khi xö lÝ cã tÝnh axit, kh«ng tháa m·n yªu cÇu. Do vËy ng−êi ta th−êng phèi hîp 2 lo¹i h¹t läc kation Natri vµ kation Hy®r« (h×nh 5.3.). - Khi sö dông Kationit am«n, ®é cøng còng gi¶m ®i cßn rÊt nhá, nh−ng khi ®ã trong n−íc sÏ t¹o thµnh c¸c muèi am«n, c¸c muèi nµy khi vµo lß sÏ bÞ ph©n hñy nhiÖt, t¹o thµnh chÊt NH3 vµ c¸c axit, g©y ¨n mßn m¹nh kim lo¹i, nhÊt lµ hîp kim ®ång. Do ®ã ng−êi ta th−êng sö dông kÕt hîp víi ph−¬ng ph¸p trao ®æi kation Natri. H×nh 5.1. B×nh trao ®æi ion 1. Th©n b×nh; 2- líp bªt«ng lãt; 3- nóm läc n−íc;4- líp h¹t läc; 5- phÔu ph©n phèi 6- ®−êng n−íc vµ; 7- ®−êng n−íc ra. C¸c kationit ®−îc chøa trong c¸c b×nh trao ®æi kation. S¬ ®å nèi c¸c b×nh cation ®−îc lùa chän tïy thuéc vµo chÊt l−îng n−íc nguån, yªu cÇu chÊt l−îng n−íc cña lß vµ kh¶ n¨ng ®−îc xö lÝ tiÕp theo. Trong qu¸ tr×nh xö lÝ, n−íc ®−îc dÉn vµo b×nh theo èng dÉn ch¶y tõ trªn xuèng, qua líp h¹t läc th× c¸c gèc kation canxi, Magiª chøa trong n−íc cã thÓ t¹o nªn c¸u
53
**source: http://bkeps.com
**
cÆn cho lß sÏ ®−îc h¹t läc gi÷ l¹i trong b×nh, do ®ã n−íc ra khái b×nh lµ n−íc ®· ®−îc khö hÕt ®é cøng Ca vµ Mg, ®−îc gäi lµ n−íc mÒm kh«ng cßn kh¶ n¨ng t¹o thµnh c¸u trong lß.
H×nh 5.2. Nguyªn lÝ cña hÖ thèng xö lý n−íc trao ®æi kation 1- bÓ dung dich muèi; 2-b×nh läc dung dÞch muèi; 3-thïng chøa n−íc muèi; 4-b×nh kationit; 5-b¬m dung dich muèi; 6-b¬m n−íc qua b×nh; 7-®−êng n−íc ®Ó röa b×nh läc hay ®Ó chuÈn nång ®é dung dÞch muèi; 8-®−êng t¸i tuÇn hoµn n−íc muèi; 9-®−êng n−íc muèi hoµn nguyªn; 10-®−êng n−íc ch−a xö li; 11-®−êng n−íc mÒm; 12-®−êng n−íc röa ng−îc; 13-®−êng x¶. Sau mét thêi gian lµm viÖc, c¸c kationit sÏ mÊt dÇn c¸c kation, nghÜa lµ c¸c kationit mÊt dÇn kh¶ n¨ng trao ®æi. V× vËy ®Ó phôc håi kh¶ n¨ng lµm viÖc cña c¸c kationit, cÇn ph¶i cho chóng trao ®æi víi nh÷ng chÊt cã kh¶ n¨ng cung cÊp l¹i c¸c kation ban ®Çu. Qu¸ tr×nh ®ã ®−îc gäi lµ qu¸ tr×nh hoµn nguyªn kationit. Qu¸ tr×nh hoµn nguyªn: §Ó hoµn nguyªn kationit Natri, ng−êi ta dïng dung dÞch muèi ¨n (NaCl) cã nång ®é 6-8%; ®èi víi kationit hy®r«, ng−êi ta dïng dung dÞch H2SO4 cã nång ®é 11,5% hay HCl; ®èi víi kationit am«n, ng−êi ta dïng dung dÞch muèi am«n NH4Cl. Trong qu¸ tr×nh hoµn nguyªn, ph¶n øng sÏ x¶y ra nh− sau: Ca R2 + 2NaCl = 2NaR + CaCl2; MgR2 + 2NaCl = 2NaR + MgCl2; HoÆc Ca R2 + H2SO4 = 2HR + CaSO4; Ca R2 + 2NH4Cl = 2NH4R + CaCl2;
54
source: http://bkeps.com
a)
b) H×nh 5.3. S¬ ®å trao ®æi kation Natri vµ kation Hy®r« a) s¬ ®å song song; b) s¬ ®å nèi tiÕp; 1-b×nh kationit Natri; 2-b×nh kationit Hy®r«; 3-dung dich muèi hoµn nguyªn; 5-dung dich axit hoµn nguyªn; 6-b¬m; 7-thïng chøa n−íc röa ng−î; 8-thïng chøa trung gian cña b×nh khö khÝ; 9-cét khö khÝ; Qóa tr×nh hoµn nguyªn còng thùc hiÖn gÇn gièng qu¸ tr×nh xö lý, nghÜa lµ dung dÞch hoµn nguyªn ®−îc ®−a vµo theo ®−êng èng dÉn tõ trªn xuèng, ch¶y qua líp h¹t läc, thùc hiÖn c¸c ph¶n øng phôc håi l¹i c¸c kation ban ®Çu. C¸c chÊt t¸ch ra sau khi hoµn nguyªn lµ c¸c liªn kÕt tan trong n−íc, ®−îc x¶ ra khái líp kationit b»ng biÖn ph¸p röa, ch¸y theo èng 4 x¶ ra ngoµi. - Ph−¬ng ph¸p xö lý b»ng trao ®æi Anion: Nguyªn t¾c còng gièng ph−¬ng ph¸p trao ®æi kation, ë ®©y c¸c anion cña c¸c Anionit sÏ trao ®æi víi anion cña muèi vµ axÝt cã trong n−íc. Khi xö lý b»ng trao ®æi Anion, ph−¬ng tr×nh ph¶n øng rÈy ra: 2RaOH + H2SO4 = Ra2SO4 + H2O ; RaOH + HCl = RaCl + H2O ; B»ng ph−¬ng ph¸p trao ®æi anion ta khö ®−îc triÖt ®Ó c¸c axÝt cã trong n−íc, do vËy trong hÖ thèng xö lÝ n−íc ng−êi ta th−êng kÕt hîp cho n−íc qua b×nh trao ®æi kation hy®r« tr−íc, trong n−íc sÏ t¹o thµnh axit råi cho qua b×nh trao ®æi anion, n−íc sÏ ®−îc xö lÝ hoµn toµn (h×nh 5.4)
55
source: http://bkeps.com
H×nh 5.4. S¬ ®å nèi c¸c b×nh trao ®æi kation vµ anion a vµ b-cho n−íc ®· khö silic vµ magiª; c vµ d cho n−íc ®· l¾ng läc, v«i hãa H; Na; A - b×nh trao ®æi kation Hy®ro, Natri, Amon; K-b×nh khö khÝ; B-b¬m; T-thïng chøa n−íc; 5.2.2. Xö lÝ n−íc bªn trong lß Ph−¬ng ph¸p xö lÝ n−íc bªn trong lß dùa trªn hai nguyªn t¾c sau: * Dïng ph−¬ng ph¸p nhiÖt ®Ó ph©n hñy nhiÖt ®èi víi mét sè vËt chÊt hßa tan, t¹o ra nh÷ng vËt chÊt khã tan, t¸ch ra pha cøng d−íi d¹ng bïn vµ còng ®−îc x¶ ra khái lß nhê biÖn ph¸p x¶ lß. * Dïng nh÷ng chÊt chèng ®ãng c¸u ®−a vµo lß ®Ó lµm cho c¸c t¹p chÊt khi t¸ch ra pha cøng th× pha cøng ®ã sÏ ë d¹ng bïn vµ dïng biÖn ph¸p x¶ lß ®Ó x¶ ra khái lß, do ®ã n−íc kh«ng cßn kh¶ n¨ng ®ãng c¸u trong lß n÷a. 5.2.2.1. Lµm mÒm n−íc b»ng nhiÖt N−íc cÊp vµo bao h¬i, tr−íc khi pha trén víi n−íc trong lß ®−îc ®−a vµo trong mét thiÕt bÞ gia nhiÖt ®−îc ®Æt ë trong bao h¬i, thiÕt bÞ ®ã ®−îc gäi lµ thiÕt bÞ lµm mÒm n−íc b»ng nhiÖt trong lß (h×nh 5.5). ë ®©y n−íc ®−îc h¬i b·o hßa trong bao h¬i gia nhiÖt ®Õn nhiÖt ®é b»ng nhiÖt ®é b·o hßa. ë nhiÖt ®é nµy thµnh phÇn ®é cøng Bicacbonat nh−: Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2 sÏ bÞ ph©n hñy nhiÖt thµnh CaCO3 vµ MgCO3 t¸ch ra ë d¹ng bïn. MÆt kh¸c khi nhiÖt ®é t¨ng lªn, CaSO4 vµ mét sè hîp chÊt cã hÖ sè hßa tan ©m sÏ gi¶m ®é hßa tan nªn sÏ vµ t¸ch ra khái n−íc ë d¹ng bïn trong thiÕt bÞ lµm mÒm. Nh− vËy, n−íc ra khái thiÕt bÞ lµm mÒm d· gi¶m ®é cøng ®i rÊt nhiÒu. Nh÷ng vËt chÊt t¸ch ra khái n−íc trong thiÕt bÞ lµm mÒm sÏ ®−îc th¶i ra khái lß b»ng ph−¬ng ph¸p x¶ lß.
56
source: http://bkeps.com
H×nh 5.5. ThiÕt bÞ lµm mÒm n−íc b»ng nhiÖt trong lß 1-m¸ng gia nhiÖt gi÷a; 2-m¸ng bªn; 3-m¸ng xuèng; 4-èng dÉn n−íc cÊp; 5-vßng ®Èy; 6-èng x¶ bïn; 7-m¸ng tËp trung bïn ¦u, nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p nµy: + ¦u ®iÓm: V× n»m trong bao h¬i nªn nã kh«ng chÞu lùc, do ®ã kÕt cÊu cña thiÕt bÞ lµm mÒm ®¬n gi¶n vµ kh«ng cã ®ßi hái g× vÒ ®iÒu kiÖn bÒn. MÆt kh¸c kh«ng tiªu tèn g× trong qu¸ tr×nh vËn hµnh nh− ë c¸c ph−¬ng ph¸p kh¸c, ®ång thêi nhiÖt l−îng cung cÊp cho n−íc kh«ng bÞ mÊt ®i, do ®ã ®¹t ®−îc hiÖu qu¶ cao. + Nh−îc ®iÓm: §ßi hái chÕ ®é x¶ lß nghiªm ngÆt, yªu cÇu n−íc cÊp cho lß cã ®é cøng kh«ng carbonat nhá. 5.2.2.2. Chèng ®ãng c¸u cho lß C¸c chÊt th−êng dïng chèng ®ãng c¸u cho lß cã thÓ lµ: a) Dïng hãa chÊt nh−: NaOH, Na2CO3, Na3PO4.12H2O gäi lµ ph−¬ng ph¸p phèt ph¸t hãa n−íc lß. b) Dïng nh÷ng chÊt cã thÓ l¬ löng trong n−íc ®Ó t¹o thµnh c¸c trung t©m tinh thÓ hãa, do ®ã h¹n chÕ ®−îc qóa tr×nh tinh thÓ hãa cña pha cøng trªn bÒ mÆt kim lo¹i. c) dïng nh÷ng chÊt khi ®−a vµo lß sÏ t¹o thµnh mét líp mµng máng bao phñ bÒ mÆt kim lo¹i, h¹n chÕ qu¸ tr×nh tinh thÓ hãa trªn bÒ mÆt kim lo¹i. *. Phèt ph¸t hãa n−íc lß: ChÕ ®é phèt ph¸t hãa n−íc lß cã t¸c dông chñ yÕu ®èi víi c¸u canxi vµ trong nh÷ng ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh cã thÓ cã t¸c dông víi c¸u magiª. Dung dÞch Phèt ph¸t ®−îc ®−a vµo tõ sau b×nh khö khÝ vµ trong n−íc th−êng t¹o ra nh÷ng chÊt ë d¹ng bïn. Nång ®é phèt ph¸t qui ®Þnh 5-8%. Chó ý ph¶i pha dung dÞch b»ng n−ãc ®· xö lÝ. Trong qu¸ tr×nh xö lý n−íc bæ sung cho lß, viÖc chän ph−¬ng ph¸p xö lý n−íc cÇn dùa vµo chØ tiªu chÊt l−îng n−íc thiªn nhiªn (®Æc tÝnh n−íc thiªn nhiªn), vµo th«ng sè h¬i cña lß (dùa vµo yªu cÇu chÊt l−îng n−íc cña Lß) vµ cã thÓ kÕt hîp nhiÒu ph−¬ng ph¸p víi nhau ®Ó qu¸ tr×nh xö lý ®¹t hiÖu qu¶ cao.
57
source: http://bkeps.com
5.3. PH¦¥NG PH¸P THU NHËN H¥I S¹CH 5.3.1. Yªu cÇu chÊt l−îng h¬i §èi víi c¸c lß s¶n xuÊt h¬i qu¸ nhiÖt cung cÊp cho ®éng c¬ h¬i vµ tuèc bin h¬i yªu cÇu vÒ ®é s¹ch cña h¬i rÊt kh¨t khe. §Æc biÖt ë c¸c chu tr×nh tõ trung ¸p trë lªn ®é s¹ch cña h¬i ®−îc ®Æc tr−ng bëi møc ®é chøa nh÷ng t¹p chÊt trong h¬i, mµ nh÷ng t¹p chÊt nµy cã kh¶ n¨ng ®ãng c¸u trªn c¸c èng xo¾n cña bé qu¸ nhiÖt, trªn c¸c phô tïng èng dÉn, trªn c¸c c¸nh cña tuèc bin. ViÖc ®ãng muèi hay c¸u trªn c¸c èng cña bé qu¸ nhiÖt sÏ lµm gi¶m kh¶ n¨ng truyÒn nhiÖt tõ khãi tíi h¬i, l−îng nhiÖt h¬i qu¸ nhiÖt nhËn ®−îc gi¶m xuèng, lµm t¨ng nhiÖt ®é v¸ch èng, cã thÓ ®èt nãng qu¸ møc dÉn tíi næ èng. NÕu muèi ®ãng l¹i trªn c¸c c¸nh cña tuèc bin, mét mÆt sÏ lµm gi¶m ®i tiÕt diÖn cña h¬i ®i qua c¸nh dÉn tíi lµm gi¶m c«ng suÊt cña tuèc bin, mÆt kh¸c lµm t¨ng ®é nh¸m cña c¸nh tøc lµ sÏ t¨ng trë lùc ®−êng h¬i ®i qua c¸c c¸nh dÉn ®Õn hiÖu suÊt tuèc bin sÏ gi¶m, nghÜa lµ gi¶m hiÖu qu¶ kinh tÕ cña tuèc bin. Khi muèi ®ãng l¹i trªn c¸c c¸nh cña tuèc bin, lµm t¨ng chªnh lÖch ¸p suÊt tr−íc vµ sau tÇng, nghÜa lµ t¨ng lùc däc trôc t¸c dông lªn b¸nh ®éng tuèc bin, do ®ã lµm t¨ng ®é di trôc cña tuèc bin. Ngoµi ra khi xÐt chÊt l−îng h¬i ng−êi ta cßn xÐt ®Õn sù cã mÆt cña khÝ CO2 ë trong h¬i, v× sù cã mÆt cña khÝ CO2 sÏ lµm t¨ng nhanh qu¸ tr×nh ¨n mßn c¸c èng dÉn vµ c¸c chi tiÕt kim lo¹i. V× vËy, ®èi víi nh÷ng lß h¬i s¶n xuÊt h¬i qu¸ nhiÖt cung cÊp cho tuèc bin th× cÇn thiÕt ph¶i cã nh÷ng yªu cÇu chÆt chÏ vÒ chÊt l−îng h¬i. Th«ng sè h¬i cµng cao th× yªu cÇu vÒ chÊt l−îng h¬i cµng cao v× ¸p suÊt cµng cao nång th× ®é muèi cã trong h¬i cµng lín vµ cµng dÔ ®ãng c¸u trªn c¸c c¸nh cua tuèc bin. MÆt kh¸c ¸p suÊt cµng cao th× thÓ tÝch riªng cµng gi¶m, tiÕt diÖn cho h¬i qua phÇn truyÒn h¬i cña tuèc bin cµng bÐ, v× vËy cho phÐp ®ãng c¸u trªn c¸c c¸nh tuèc bin cµng Ýt h¬n. 5.3.2. Nguyªn nh©n lµm bÈn h¬i b¶o hßa Nguyªn nh©n chñ yÕu lµm bÈn h¬i b·o hßa lµ do trong h¬i cã lÉn nh÷ng giät Èm, trong nh÷ng giät Èm nµy cã chøa nång ®é kh¸ cao nh÷ng muèi dÔ hßa tan vµ nh÷ng h¹t cøng l¬ löng. Khi h¬i b·o hßa vµo bé qu¸ nhiÖt nhËn nhiÖt ®Ó biÕn thµnh h¬i qu¸ nhiÖt th× c¸c giät Èm ®ã tiÕp tôc bèc h¬i, ®Ó l¹i c¸c t¹p chÊt nµy b¸m trªn c¸c èng cña bé qu¸ nhiÖt trë thµnh c¸u hoÆc cã mét phÇn muèi hßa tan vµo h¬i qu¸ nhiÖt vµ bay cïng h¬i qu¸ nhiÖt sang tuèc bin vµ b¸m l¹i trªn c¸c c¸nh tuèc bin. Muèn thu ®−îc h¬i s¹ch, cÇn t×m mäi c¸ch t¸ch c¸c giät Èm ra khái h¬i, kh«ng cho bay theo h¬i. NghÜa lµ s¶n xuÊt h¬i thËt kh« vµ gi¶m tíi møc tèi thiÓu nång ®é nh÷ng vËt chÊt hßa tan ë trong h¬i. Nguyªn nh©n cña sù cã mÆt c¸c giät Èm trong h¬i lµ khi h¬i bèc ra khái bÒ mÆt tho¸ng (bÒ mÆt tho¸t h¬i) hót theo c¸c giät Èm. Sù hót Èm theo h¬i b·o hßa phô thuéc vµo 2 yÕu tè: Tèc ®é bèc h¬i ra khái mÆt bèc h¬i vµ chiÒu cao cña khoang h¬i. - Tèc ®é bèc h¬i ra khái mÆt bèc h¬i ®−îc tÝnh:
58
**source: http://bkeps.com
**
RS = Dv (m3/m2h) F
Trong ®ã: D lµ s¶n l−îng h¬i, Kg/h, v: ThÓ tÝch riªng cña h¬i, m3/kg. F: diÖn tÝch bÒ mÆt bèc h¬i, m2, Tèc ®é bèc h¬i ra khái mÆt tho¸ng cµng lín th× l−îng Èm cuèn theo h¬i cµng nhiÒu. §Ó gi¶m c¸c giät Èm trong h¬i tøc lµ h¬i cã ®é s¹ch lín th× ph¶i gi¶m tèc ®é bèc h¬i ra khái mÆt bèc h¬i hay gi¶m phô t¶i bÒ mÆt bèc h¬i, hoÆc t¨ng chiÒu cao cña khoang h¬i nh»m t¨ng thêi gian l−u l¹i cña h¬i trong khoang h¬i, nghÜa lµ ph¶i t¨ng kÝch th−íc cña bao h¬i lªn, khi ®ã gi¸ thµnh cña lß t¨ng lªn. Trong thiÕt kÕ ng−êi ta t¨ng kÝch th−íc cña bao h¬i ®Õn gi¸ trÞ nµo ®ã, sau ®ã t×m nh÷ng c¸ch kh¸c ®Ó t¨ng ®é kh« cña h¬i. ChiÒu cao hîp lÝ nhÊt cña bao h¬i lµ: 0,70 - 0,75m. §èi víi c¸c lß h¬i nhá, ®Ó t¨ng chiÒu cao khoang h¬i ng−êi ta t¹o thªm ®«m h¬i. Khi nång ®é muèi trong n−íc lß qu¸ lín (lín h¬n gi¸ trÞ giíi h¹n) th× xÈy ra hiÖn t−îng sñi bät vµ s«i bång, t¹o ra mét líp bät trªn bÒ mÆt tho¸ng lµm cho møc n−íc trong bao h¬i t¨ng cao, tøc lµ lµm gi¶m chiÒu cao khoang h¬i vµ do ®ã lµm t¨ng l−îng Èm hót theo h¬i. Khi cã hiÖn t−îng sñi bät s«i bång, mùc n−íc trong bao h¬i lu«n lu«n cao h¬n møc n−íc trong thñy, nghÜa lµ t¹o ra møc n−íc gi¶ trong lß. 5.3.3. C¸c thiÕt bÞ lµm s¹ch h¬i 5.3.3.1. ThiÕt bÞ röa h¬i: ThiÕt bÞ röa h¬i lµ mét tÊm ®ôc lç ®−îc ®Æt trong bao h¬i. Khi h¬i tõ n−íc lß t¸ch ra ®i qua thiÕt bÞ röa h¬i tr−íc khi ®i vµo khoang h¬i, c¸c giät Èm trong h¬i sÏ pha trén víi n−íc trong thiÕt bÞ röa h¬i (gäi lµ n−íc röa) do ®ã nång ®é muèi trong c¸c giät Èm bay theo h¬i sÏ gi¶m xuèng. Nh− vËy h¬i sau khi qua thiÕt bÞ röa h¬i cßn chøa c¸c giät Èm, nh−ng nång ®é muèi chøa trong c¸c giät Èm khi ®ã sÏ gi¶m ®i rÊt nhiÒu.
H×nh 5.6. ThiÕt bÞ röa H¬i
59
**source: http://bkeps.com
**
5.3.3.2. C¸c thiÕt bÞ ph©n li c¸c giät Èm ra khái h¬i C¸c thiÕt bÞ ph©n li c¸c giät Èm ra khái h¬i cã nhiÖm vô t¸ch c¸c giät Èm ra khái h¬i, kh«ng cho c¸c giät Èm ®i theo h¬i sang bé qu¸ nhiÖt, nh»m gi¶m sè l−îng c¸c giät Èm trong h¬i tøc lµ lµm t¨ng ®é s¹ch cña h¬i. §Ó t¸ch c¸c giät Èm ra khái h¬i, ng−êi ta th−êng dïng c¸c lo¹i thiÕt bÞ ph©n li sau: ph©n ly kiÓu tÊm ch¾n, ph©n ly kiÓu cöa chíp, ph©n ly kiÓu tÊm ®ôc lç vµ ph©n ly kiÓu xiclon. + Ph©n ly kiÓu tÊm ch¾n: Bao gåm c¸c tÊm ch¾n ®Æt nghiªng mét gãc 450 tr−íc miÖng ra cña èng sinh h¬i, chç nèi vµo bao h¬i. Lo¹i nµy th−êng dïng khi c¸c èng sinh h¬i ®−îc nèi vµo khoang h¬i cña bao h¬i. H¬i b·o hßa tõ c¸c èng sinh h¬i ®i vµo bao h¬i sÏ va ®Ëp vµo c¸c tÊm ch¾n, lµm ®éng n¨ng cña dßng h¬i gi¶m ®i, c¸c giät n−íc cã khèi l−îng lín h¬n sÏ mÊt ®éng n¨ng nhiÒu h¬n vµ bÞ t¸ch ra khái dßng h¬i, b¸m vµo c¸c tÊm ch¾n råi r¬i trë l¹i khoang n−íc. + Ph©n ly kiÓu cöa chíp: Gåm c¸c tÊm cöa chíp th−êng ®−îc ®Æt t¹i cöa h¬i ra khái bao h¬i. Dßng h¬i cã chøa c¸c giät Èm va ®Ëp vµo cöa chíp vµ gi¶m ®éng n¨ng, c¸c giät n−íc t¸ch ra khái h¬i vµ b¸m l¹i trªn c¸nh cöa chíp råi ch¶y xuèng H×nh 5.7. ThiÕt bÞ röa h¬i vµ ph©n li h¬i. d−íi. + Ph©n ly kiÓu tÊm ®ôc lç: Lµ c¸c tÊm kim lo¹i cã ®ôc nhiÒu lç, th−êng ®−îc ®Æt ch×m ë trong n−íc, cã t¸c dông lµm cho h¬i ph©n bè ®ång ®Òu h¬n trªn toµn bé bÒ mÆt bèc h¬i. Khi chui qua c¸c lç, c¸c giät Èm bÞ mÊt ®éng n¨ng sÏ bÞ gi÷ l¹i, cßn h¬i ®i lªn phÝa trªn råi sang bé qu¸ nhiÖt. + Ph©n ly kiÓu Xiclon: Khi nång ®é muèi trong h¬i cao, c¸c lo¹i thiÕt bÞ ph©n ly trªn kh«ng b¶o ®¶m chÊt l−îng h¬i, khi ®ã cã thÓ dïng thiÕt bÞ ph©n ly kiÕu xiclon. ë ®©y, h¬i ®i vµo xiclon theo ph−¬ng tiÕp tuyÕn, chuyÓn ®éng xo¸y quanh trôc th¼ng ®øng, d−íi t¸c dông cña lùc li t©m, c¸c giät Èm sÏ va ®Ëp vµo v¸ch ciclon, mÊt ®éng n¨ng sÏ bÞ r¬i trë l¹i, cßn h¬i ®i xo¸y vµo gi÷a vµ ®i lªn vµ ra khái xiclon.
60
**source: http://bkeps.com
**
PhÇn 3. Tuèc BIN H¥I vµ khÝ
Ch−¬ng 6. NGUY£N Lý LµM VIÖC Tuèc BIN H¥I 6.1. KH¸I NIÖM VÒ TuèC BIN h¬i Tuèc bin h¬i lµ mét lo¹i ®éng c¬ nhiÖt, th−êng dïng ®Ó dÉn ®éng m¸y ph¸t ®iÖn, b¬m n−íc cã c«ng suÊt lín, c¸c che Ðp . . . hoÆc lµm ®éng c¬ tµu thñy. Khi dßng h¬i chuyÓn ®éng qua c¸c r·nh c¸nh tuèc bin, nhiÖt n¨ng cña dßng h¬i ®−îc biÕn thµnh ®éng n¨ng råi ®éng n¨ng sÏ biÕn thµnh c¬ n¨ng (sinh c«ng) trªn c¸nh ®éng cña tuèc bin, lµm cho tuèc bin quay. Trªn h×nh 6.1. tr×nh bµy lo¹i tuèc bin ®¬n gi¶n nhÊt, ®ã lµ tuèc bin Lavan. ë ®©y h¬i ®i vµo mét hoÆc mét sè èng phun, khi ra khái èng phun ¸p suÊt h¬i gi¶m xuèng, cßn tèc ®é t¨ng lªn ®¸ng kÓ. H¬i cã tèc ®é cao ®i vµo r·nh c¸nh ®éng ®−îc g¾n trªn b¸nh ®éng, ë ®ã ®éng n¨ng cña dßng h¬i sÏ biÕn thµnh c¬ n¨ng (sinh c«ng), c«ng dßng h¬i sinh ra trªn c¸nh ®éng sÏ lµm cho roto tuèc bin quay. Cã thÓ ph©n tuèc bin h¬i thµnh hai d¹ng chÝnh: tuèc bin däc trôc vµ tuèc bin h−íng trôc. - ë tuèc bin h−íng trôc, dßng h¬i sÏ chuyÓn ®éng theo ph−¬ng vu«ng gãc víi trôc cña tuèc bin. H×nh 6.2. tr×nh bµy nguyªn lý cÊu t¹o cña tuèc bin h−íng trôc. H¬i ®−îc dÉn theo èng 3 vµo buång ph©n phèi, tõ ®ã h¬i ®i vµo c¸c d·y c¸nh 6 vµ 7 g¾n trªn c¸c ®Üa 1 vµ 2. H¬i d·n në sinh c«ng trªn c¸c c¸nh ®éng sÏ lµm trôc 4 vµ 5 quay theo hai h−íng ng−îc nhau.
H×nh 6.1. Tuèc bin Lavan 1- èng phun; 2-C¸nh ®éng; 3-B¸nh ®éng;4-Trôc
H×nh 6.2. Tuèc bin h−íng trôc 1- C¸nh ®éng; 2 vµ 7-®Üa; 3-Trôc; 4 vµ 5-èng dÉn h¬i;3 vµ 6-trôc tuèc bin;
- Kh¸c víi tuèc bin Lavan, ë tuèc bin däc trôc dßng h¬i chuyÓn ®éng trong tuèc bin theo h−íng däc trôc cña tuèc bin vµ h¬i kh«ng chØ d·n në trong mét hoÆc mét sè
61
**source: http://bkeps.com
**
èng phun mµ d·n në trong nhiÒu d·y c¸nh ®Æt kÕ tiÕp nhau däc theo trôc cña tuèc bin. C¸c d·y èng phun ®−îc g¾n cè ®Þnh trªn th©n tuèc bin vµ mét d·y c¸nh ®éng ®−îc g¾n trªn trôc tuèc bin hoÆc r« to tuèc bin. Mét d·y èng phun vµ mét d·y c¸nh ®éng ®−îc ®Æt kÕ tiÕp nhau gäi lµ mét tÇng tuèc bin. R·nh èng phun vµ r·nh c¸nh ®éng ®−îc gäi lµ phÇn truyÒn h¬i cña tuèc bin. C«ng suÊt tuèc bin phô thuéc vµo sè tÇng tuèc bin. ë tuèc bin h−íng trôc, khi sè tÇng t¨ng lªn th× ®−êng kÝnh cña tuèc bin còng t¨ng lªn nghÜa lµ lùc li t©m cµng lín, do ®ã sè tÇng tøc lµ c«ng suÊt sÏ bÞ h¹n chÕ bëi lùc li t©m. HiÖn nay tuèc bin däc trôc ®−îc dïng phæ biÕn v× cã thÓ chÕ t¹o víi c«ng suÊt rÊt lín, c«ng suÊt lín nhÊt cña mét tæ m¸y cã thÓ tíi 1200MW. ë gi¸o tr×nh nµy ta chØ nghiªn cøu vÒ tuèc bin däc trôc.
H×nh 6.3. Nguyªn lý cÊu t¹o cña tuèc bin h¬i 1-th©n tuèc bin; 2-roto tuèc bin; 3-æ trôc; 4-èng phun; 5-c¸nh ®éng 6.2. tÇNG Tuèc BIN 6.2.1. Kh¸i niÖm vÒ tÇng tuèc bin TÇng tuèc bin bao gåm mét d·y ång phun g¾n trªn b¸nh tÜnh vµ mét d·y c¸nh ®éng g¾n trªn b¸nh ®éng. Sau khi ra khái bé qu¸ nhiÖt cña lß, h¬i ®−îc ®−a qua van ®iÒu chØnh vµo tuèc bin. §Ó biÕn nhiÖt n¨ng cña dßng h¬i thµnh ®éng n¨ng, ng−êi ta cho dßng h¬i ®i qua c¸c r·nh cã h×nh d¸ng ®Æc biÖt, gäi lµ èng phun. Khi ®i qua èng phun, ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é dßng h¬i gi¶m xuèng, tèc ®é dßng h¬i t¨ng lªn ®Õn C1, nhiÖt n¨ng biÕn thµnh ®éng n¨ng. Ra khái èng phun, dßng h¬i cã ®éng n¨ng lín ®i vµo vµo c¸nh ®éng, khi dßng h¬i ngoÆt h−íng theo c¸c r·nh cong cña c¸nh ®éng, sÏ sinh ra mét lùc li t©m, lùc li t©m t¸c dông lªn c¸nh ®éng, biÕn ®éng n¨ng cña dßng h¬i thµnh c«ng ®Èy c¸nh ®éng quay. V× c¸nh ®éng ®−îc g¾n trªn b¸nh ®éng vµ b¸nh ®éng ®−îc g¾n trªn trôc tuèc bin, tøc lµ b¸nh ®éng vµ trôc tuèc bin cïng quay. H¬i ra khái c¸nh ®éng sÏ mÊt ®éng n¨ng nªn tèc ®é gi¶m xuèng ®Õn C2 vµ ®−îc dÉn ra theo èng tho¸t h¬i.
62
**source: http://bkeps.com
**
Cã hai lo¹i tÇng tuèc bin: tÇng xung lùc vµ tÇng ph¶n lùc. Trong qu¸ tr×nh d·n në, nÕu qu¸ tr×nh h¬i gi¶m ¸p suÊt (biÕn nhiÖt n¨ng thµnh ®éng n¨ng) chØ xÈy ra trong èng phun, cßn trong r·nh c¸nh ®éng ¸p suÊt kh«ng thay ®æi th× tÇng tuèc bin ®−îc gäi lµ tÇng tuèc bin xung lùc. Trong qu¸ tr×nh d·n në, nÕu qu¸ tr×nh gi¶m ¸p suÊt (biÕn nhiÖt n¨ng thµnh ®éng n¨ng) xÈy ra c¶ trong èng phun lÉn trong r·nh c¸nh ®éng th× tÇng tuèc bin ®−îc gäi lµ tÇng tuèc bin ph¶n lùc. 6.2.1.1. TÇng xung lùc Trong tÇng tuèc bin xung lùc, khi chuyÓn ®éng qua d·y c¸nh ®éng, dßng h¬i kh«ng gi¶m ¸p suÊt nªn ¸p suÊt tr−íc vµ sau c¸nh ®éng b»ng nhau, kh«ng cã sù chªnh lÖch suÊt ë tr−íc vµ sau c¸nh ®éng nªn tÇng xung lùc ®−îc chÕ t¹o nh− h×nh 6.4a. ë ®©y c¸c èng phun ®−îc g¾n trªn b¸nh tÜnh, c¸c b¸nh tÜnh ®−îc g¾n lªn th©n tuèc bin (gäi lµ stato), cßn c¸c c¸nh ®éng ®−îc g¾n trªn b¸nh ®éng, c¸c b¸nh ®éng ®−îc l¾p chÆt trªn trôc tuèc bin (gäi lµ R«to).
**H×nh 6.4a. TÇng xung lùc
**
63
6.4b. TÇng ph¶n lùc
source: http://bkeps.com
6.2.1.2. TÇng ph¶n lùc ë tÇng tuèc bin ph¶n lùc, qu¸ tr×nh gi¶m ¸p suÊt liªn tôc xÈy ra c¶ ë trong èng phun vµ trong r·nh c¸nh ®éng, do ®ã nÕu cÊu t¹o cña tuèc bin nh− tÇng xung lùc th× sÏ cã lùc t¸c dông lªn bÒ mÆt phÝa tr−íc b¸nh ®éng ®Èy b¸nh ®éng (r«to) dÞch chuyÓn theo h−íng dßng h¬i (gäi lµ lùc di trôc) do sù chªnh lÖch ¸p suÊt tr−íc vµ sau c¸nh ®éng. Do ®ã ë ®©y kh«ng cã b¸nh tÜnh vµ b¸nh ®éng mµ r« to cña tuèc bin ®−îc chÕ t¹o h×nh tang trèng, c¸c c¸nh ®éng ®−îc g¾n trùc tiÕp lªn tang trèng, cßn c¸c èng phun ®−îc g¾n lªn stato. CÊu tróc tÇng c¸nh cña tuèc bin ph¶n lùc ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 6.4a 6.2.2. §é ph¶n lùc cña tÇng tuèc bin Qu¸ tr×nh d·n në cña h¬i trong tuèc bin ®−îc biÓu diÔn trªn ®å thÞ h×nh 6.5. Gi¶ sö dßng h¬i vµo tuèc bin ë tr¹ng th¸i 0, cã entanpi i0 , ¸p suÊt P0 , nhiÖt ®é t0 vµ tèc ®é vµo èng phun lµ C0 . H¬i d·n në ®o¹n nhiÖt thuËn nghÞch trong èng phun ®Õn tr¹ng th¸i 1, cã ¸p suÊt p1, nhiÖt ®é t1, t−¬ng øng víi entanpi i1 vµ tèc ®é t¨ng tõ C0 lªn ®Õn C1. Sau khi ra khái èng phun, h¬i ®i vµo r·nh c¸nh ®éng tiÕp tôc d·n në ®o¹n nhiÖt trong r·nh c¸nh ®éng ®Õn tr¹ng th¸i 2, ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é gi¶m xuèng ®Õn p2 , t2, cã entanpi i2 vµ tèc ®é t¨ng lªn ®Õn C2. NhiÖt d¸ng lÝ t−ëng cña dßng h¬i trong èng phun lµ h0p: hop = i0 - i1l (6-1) NhiÖt d¸ng lÝ t−ëng cña dßng h¬i trong r·nh c¸nh ®éng lµ ho®: h0® = i1l - i2l (6-2) NhiÖt d¸ng lÝ t−ëng cña toµn tÇng tuèc bin lµ h0: h0 = hop + ho® (6-3) §é ph¶n lùc cña tÇng tuèc bin lµ tû sè gi÷a nhiÖt d¸ng cña d·y c¸nh ®éng víi nhiÖt d¸ng toµn tÇng, nã ph¶n ¶nh kh¶ n¨ng d·n në (gi¶m ¸p suÊt) cña dßng h¬i trong r·nh c¸nh ®éng so víi ®é gi¶m ¸p suÊt trªn toµn tÇng. h ρ = 0d h0 (6-4) * NÕu ®é ph¶n lùc ρ = 0, nghÜa lµ h0®= 0, trong c¸nh ®éng kh«ng cã sù thay ®æi ¸p suÊt, tÇng tuèc bin ®−äc gäi lµ tÇng xung lùc thuÇn tóy. * NÕu ®é ph¶n lùc 0,05<ρ< 0,15 gäi lµ tÇng tuèc bin xung lùc cã ®é ph¶n lùc nhá. * NÕu ®é ph¶n lùc ρ = 0,4-0,6, gäi lµ tÇng tuèc bin ph¶n lùc.
**H×nh 6.5. Qu¸ tr×nh d·n në lý t−ëng cña dßng h¬i
**
64
source: http://bkeps.com
6.2.3. BiÕn ®æi n¨ng l−îng cña dßng h¬i trong tÇng tuèc bin §Ó ®¬n gi¶n cho viÖc kh¶o s¸t qu¸ tr×nh ch¶y cña dßng h¬i trong èng phun, ta gi¶ thiÕt r»ng dßng ch¶y lµ æn ®Þnh vµ qu¸ tr×nh d·n në xÈy ra trong ®iÒu kiÖn lý t−ëng, nghÜa lµ qu¸ tr×nh ®ã lµ ®o¹n nhiÖt thuËn nghÞch, kh«ng cã tæn thÊt. 6.2.3.1. BiÕn ®æi n¨ng l−îng cña dßng h¬i trong r·nh c¸nh èng phun Trong r·nh èng phun, nhiÖt n¨ng cña dßng h¬i biÕn ®æi thµnh ®éng n¨ng, nghÜa lµ ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é dßng h¬i gi¶m, cßn tèc ®é dßng h¬i t¨ng. Qu¸ tr×nh t¨ng tèc ®é liªn quan trùc tiÕp ®Õn qu¸ tr×nh d·n në cña dßng h¬i trong r·nh èng phun. Gäi p0 lµ ¸p suÊt ®Çu vµo, p1 lµ ¸p suÊt ®Çu ra, C0 vµ C1l lµ tèc ®é dßng h¬i vµo vµ ra khái èng phun. Theo ®Þnh luËt nhiÖt ®éng I viÕt cho dßng hë, víi qu¸ tr×nh d·n në ®o¹n nhiÖt thuËn nghÞch, biÕn thiªn ®éng n¨ng cña dßng h¬i b»ng tæng c«ng do lùc ®Èy bªn ngoµi vµ c«ng d·n në sinh ra trong qu¸ tr×nh.
2 2 C 1l − C 0 . 2 - C«ng d·n në trong qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt b»ng biÕn thiªn néi n¨ng: ldn = u0 - u1. - C«ng do lùc ®Èy bªn ngoµi: Lùc ®Èy bªn ngoµi sinh ra do chªnh lÖch ¸p suÊt tr−íc vµ sau d·y c¸nh t¸c dông lªn dßng h¬i t¹i tiÕt diÖn 0-0 lµ p0f0 , lµm cho khèi h¬i dÞch chuyÓn mét ®o¹n lµ s0, sinh c«ng ngoµi ln0 = p0f0s0 = p0v0. T−¬ng tù, t¹i tiÕt diÖn 1-1, ta cã c«ng cña d·y c¸nh t¸c dông lªn dßng h¬i lµ ln1 = p1f1s1 = p1v1. Vëy hiÖu sè c«ng do lùc ®Èy bªn ngoµi t¸c dông lªn dßng h¬i lµ: p0v0 - p1v1. VËy ®Þnh luËt nhiÖt ®éng I cã thÓ viÕt cho dßng h¬i lµ:
BiÕn thiªn ®éng n¨ng cña dßng h¬i khi ch¶y qua d·y c¸nh lµ:
2 2 C 1l − C 0 = (u0 - u1) + (p0v0 - p1v1) 2 mµ u + pv = i, do ®ã (u0 + p0v0) = i0; (u1 + p1v1) = i1 nªn:
(6-5)
2 2 C 1l − C 0 (6-6) = (i0 - i1l) = h0p 2 VËy ta cã biÕn thiªn ®éng n¨ng cña dßng h¬i trong qu¸ tr×nh d·n në ®o¹n nhiÖt thuËn nghÞch b»ng hiÖu entanpi ®Çu vµ cuèi qu¸ tr×nh. HiÖu entanpi (i0 - i1l) ®Çu vµ cuèi qu¸ tr×nh d·n në ®o¹n nhiÖt thuËn nghÞch trong èng phun ®−îc gäi lµ nhiÖt d¸ng lý thuyÕt cña èng phun (ch−a kÓ ®Õn tæn thÊt), ký hiÖu lµ h0 = i0 - i1l ®−îc biÓu diÔn trªn ®å thÞ h×nh 6.5. Tõ (6-6) ta cã thÓ tÝnh tèc ®é lÝ thuyÕt C1l ra khái èng phun: 2 C1l = 2h 0 p + C 0
(6-7)
65
**source: http://bkeps.com
**
6.2.3.2. BiÕn ®æi n¨ng l−îng dßng h¬i trong r·nh c¸nh ®éng - Tam gi¸c tèc ®é
Khi bá qua c¸c tæn thÊt trªn d·y c¸nh, coi tèc ®é cña dßng h¬i vµo vµ ra khái èng phun vµ c¸nh ®éng b»ng tèc ®é lý thuyÕt, ta cã thÓ m« t¶ chuyÓn ®éng cña dßng h¬i trong tuèc bin nh− sau: Dßng h¬i ®i vµo èng phun víi tèc ®é lµ C0 , nhiÖt n¨ng dßng h¬i biÕn thµnh ®éng n¨ng, tèc ®é dßng t¨ng lªn vµ ®i ra khái èng phun víi tèc ®é tuyÖt ®èi lµ C1 t¹o víi ph−¬ng chuyÓn ®éng cña d·y c¸nh (ph−¬ng u) mét gãc α1, ®i vµo r·nh c¸nh ®éng. Tèc ®é dßng ë ®©y cã thÓ ph©n ra hai thµnh phÇn: tèc ®é vßng u vµ tèc ®é t−¬ng ®èi w. Khi t¸c dông lªn c¸nh ®éng, dßng h¬i ®· trao mét phÇn ®éng n¨ng cho c¸nh ®éng, lµm cho c¸nh ®éng vµ r«to quay víi mét tèc ®é n [vg/s] t−¬ng øng víi tèc ®é dµi u [m/s]. Do c¸nh ®éng quay v¬i tèc ®é u nªn dßng h¬i sÏ ®i vµo r·nh c¸nh ®éng víi mét tèc ®é t−¬ng ®èi w1, vect¬ w 1 hîp víi ph−¬ng chuyÓn ®éng u mét gãc β1. Trªn h×nh 6.7, vect¬ C 1 ®−îc ph©n tÝch thµnh hai thµnh phÇn: thµnh phÇn v©n tèc
chuyÓn ®éng theo u vµ thµnh phÇn vËn tèc t−¬ng ®èi cña dßng h¬i ®i vµo r·nh c¸nh ®éng w 1 , tõ ®ã ta còng thÊy ®−îc vect¬ w 1 t¹o víi ph−¬ng chuyÓn ®éng cña d·y c¸nh ®éng mét gãc β1.
H×nh 6.6. X©y dùng tam gi¸c tèc ®é
Nh− vËy khi dßng h¬i ®i vµo d·y c¸nh ®éng, ta cã tam gi¸c tèc ®é t¹o bëi c¸c vect¬ tèc ®é tuyÖt ®èi C 1 , tèc ®é vßng u vµ tèc ®é t−¬ng ®èi w 1 ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 6.7 gäi lµ tam gi¸c tèc ®é vµo. Sau khi truyÒn mét phÇn ®éng n¨ng cña m×nh cho d·y c¸nh ®éng, h¬i ®i ra khái d·y c¸nh ®éng víi tèc ®é t−¬ng ®èi w2, vect¬ w 2 t¹o víi ph−¬ng chuyÓn ®éng cña d·y c¸nh mét gãc β2. Céng vect¬ tèc ®é t−¬ng ®èi w 2 víi vect¬ chuyÓn ®éng theo u ,
66
**source: http://bkeps.com
**
ta ®−îc vect¬ tèc ®é tuyÖt ®èi cña dßng h¬i ®i ra khái d·y c¸nh ®éng lµ C 2 vµ t¹o víi ph−¬ng chuyÓn ®éng cña d·y c¸nh mét gãc α2. Tam gi¸c t¹o bëi ba vect¬: tèc ®é ra t−¬ng ®èi w 2 , tèc ®é chuyÓn ®éng theo u vµ tèc ®é ra tuyÖt ®èi C 2 , ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 6.7. gäi lµ tam gi¸c tèc ®é ra. T−¬ng tù nh− víi èng phun, khi bá qua tæn thÊt do ma s¸t ta cã biÕn thiªn ®éng n¨ng cña dßng h¬i trong qu¸ tr×nh d·n në ®o¹n nhiÖt thuËn nghÞch b»ng hiÖu entanpi ®Çu vµ cuèi qu¸ tr×nh.:
2 w 2l − w 1 2 = i 1 − i 2l = h od 2 6.2.4. Tæn thÊt n¨ng l−îng khi dßng ch¶y ngang qua d·y c¸nh
(6-8)
6.2.4.1. Tæn thÊt do ma s¸t, do xo¸y khi dßng ch¶y ngang qua d·y c¸nh * Tæn thÊt profin Khi dßng chÊt láng chuyÓn ®éng qua r·nh c¸nh, v× c¸nh cã ®é nh¸m vµ chÊt láng cã ®é nhít nªn lu«n tån t¹i mét líp biªn thñy lùc trªn bÒ mÆt r·nh. PhÝa ngoµi líp biªn (gi÷a dßng) tèc ®é t¹i mäi ®iÓm ë cïng tiÕt diÖn ®Òu b»ng nhau. Cßn trong ph¹m vi líp biªn thñy lùc b¾t ®Çu tõ bÒ mÆt líp biªn tèc ®é dßng gi¶m dÇn vµ b»ng kh«ng t¹i bÒ mÆt c¸nh, lµm cho tèc ®é trung b×nh cña dßng gi¶m. ChÝnh v× cã tæn thÊt tèc ®é trong líp biªn nh− vËy nªn tèc ®é h¬i ra khái d·y c¸nh bÞ gi¶m ®i, g©y nªn tæn thÊt n¨ng l−îng ®−îc gäi lµ tæn thÊt ma s¸t theo profin c¸nh. Tæn thÊt profin ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 6.7.
**H×nh 6.7. Tæn thÊt profin Vµ xo¸y ë mÐp ra
**
67
H×nh 6.8. Tæn thÊt gèc vµ ®Ønh c¸nh
**source: http://bkeps.com
**
* Tæn thÊt ma s¸t ë gèc vµ ®Ønh c¸nh C¸c c¸nh èng phun cña tuèc bin ®−îc g¾n trªn c¸c b¸nh tÜnh, bÒ mÆt giíi h¹n cña b¸nh tÜnh ®−îc gäi lµ gèc c¸nh. §èi víi c¸c c¸nh cã chiÒu dµi lín, ®Ó ®¶m b¶o cho c¸nh khái bÞ dao ®éng, trªn ®Ønh c¸nh cã ®ai gi÷ ®Ó nèi liªn kÕt c¸c c¸nh víi nhau. Trªn bÒ mÆt giíi h¹n gèc c¸nh vµ ®ai c¸nh lu«n tån t¹i mét líp biªn thñy lùc vµ do ®ã còng g©y ra tæn thÊt n¨ng l−îng t−¬ng tù nh− ë bÒ mÆt c¸nh. Tæn thÊt ®ã ®−îc gäi lµ tæn thÊt gèc vµ ®Ønh c¸nh. Tæn thÊt gèc vµ ®Ønh c¸nh ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 6.8. * Tæn thÊt do xo¸y ë mÐp ra cña c¸nh V× mÐp ra cña c¸nh cã chiÒu dµy nhÊt ®Þnh, do ®ã khi dßng h¬i ch¶y qua sÏ xuÊt hiÖn dßng xo¸y ë mÐp ra vµ g©y nªn tèt thÊt n¨ng l−îng gäi lµ tæn thÊt xo¸y ë mÐp ra cña c¸nh. Tæn thÊt do xo¸y ë mÐp ra ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 6.8. V× cã c¸c tæn thÊt nãi trªn nªn hiÖu suÊt dßng ch¶y qua c¸nh sÏ gi¶m xuèng. 6.2.4.2. TÝnh to¸n tæn thÊt n¨ng l−îng khi dßng ch¶y ngang qua d·y c¸nh *. Tæn thÊt n¨ng l−îng trªn èng phun
Khi kh¶o s¸t chuyÓn ®éng cña dßng h¬i trong èng phun, ta ®· coi qu¸ tr×nh d·n në cña h¬i lµ qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt thuËn nghÞch. Nh−ng thùc tÕ, khi ch¶y qua èng phun, do cã ma s¸t gi÷a h¬i vµ v¸ch èng phun nªn h¬i ®· bÞ nãng lªn, bëi vËy qu¸ tr×nh d·n në cña h¬i kh«ng ph¶i lµ qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt thuËn nghÞch. Qu¸ tr×nh ma s¸t gi÷a h¬i víi v¸ch èng phun ®· g©y nªn tæn thÊt n¨ng l−îng lµm gi¶m tèc ®é cña dßng, do ®ã tèc ®é dßng h¬i ra khái èng phun thùc tÕ lµ C1 nhá h¬n tèc ®é lý thuyÕt C1l. Qu¸ tr×nh d·n në thùc tÕ cña h¬i ®−îc biÓu thÞ trªn ®å thÞ i-s h×nh 6.9. Theo (6-6) th× nhiÖt d¸ng lÝ t−ëng trong èng phun h0p phô thuéc vµo biÕn thiªn tèc ®é C. Nh− vËy tr¹ng th¸i cuèi cña h¬i trong qu¸ tr×nh d·n në thùc ®−îc biÓu diÔn b»ng ®iÓm 1, cã entanpi i1 (i1 > i1l). KÕt qña lµ nhiÖt d¸ng thùc tÕ cña qu¸ tr×nh d·n në thùc trong èng phun b»ng hip = i0 - i1 sÏ nhá h¬n nhiÖt d¸ng lý thuyÕt hop vµ tèc ®é ch¶y thùc tÕ cña dßng còng nhá h¬n tèc ®é lý thuyÕt. Tû sè gi÷a tèc ®é thùc tÕ vµ tèc ®é lý thuyÕt cña dßng gäi lµ hÖ sè tèc ®é, ký hiÖu lµ ϕ:
C1 C 1l tõ (6-7) vµ (6-9) ta cã:
ϕ =
(6-9)
**H×nh 6.9. Qu¸ tr×nh thùc cña h¬i trªn ®å thÞ i-s
**
68
source: http://bkeps.com
2 C1 = ϕ C1l = ϕ 2h op + C 0
(6-10) (6-11)
Tæn thÊt n¨ng l−îng trong d·y èng phun b»ng: ∆hp = hop - hip = (i0 - i1l) - (i0 -i1) = i1 - i1l vµ nh− vËy ta suy ra:
∆hp = i1 - i1l =
2 2 C 1l − C 1 2
(6-12)
Tõ (6-9) vµ (6-12) ta cã:
∆hp =
2 2 C1l − ϕ 2 C1l 2
hay
2 C1l (1 − ϕ 2 ) 2 HoÆc tõ (6-6) cã thÓ tÝnh theo tèc ®é vµo:
∆hp =
(6-13)
∆hp = (h0p +
2 C0 )(1-ϕ2) 2
(6-14)
suy ra:
= 1 - ϕ2 = ςp (6-15) 2 C0 h op + 2 §¹i l−îng ςop gäi lµ hÖ sè tæn thÊt n¨ng l−îng trong èng phun. §èi víi c¸c èng phun cña tuèc bin hiÖn ®¹i th× trÞ sè cña hÖ sè vËn tèc ϕ trong kho¶ng 0,95 - 0,98 vµ trÞ sè cña hÖ sè tæn thÊt ςop trong kho¶ng 0,05 - 0,1
6.2.6. Tæn thÊt n¨ng l−îng trªn c¸nh ®éng
∆h p
T−¬ng tù nh− ®èi víi èng phun, ë c¸nh ®éng qu¸ tr×nh ma s¸t còng xÈy ra vµ g©y nªn tæn thÊt t−¬ng tù. Qu¸ tr×nh ma s¸t gi÷a h¬i víi v¸ch c¸nh ®éng ®· g©y nªn tæn thÊt n¨ng l−îng lµm gi¶m tèc ®é cña dßng, do ®ã tèc ®é dßng h¬i ra khái r·nh c¸nh ®éng thùc tÕ lµ w2 nhá h¬n tèc ®é lý thuyÕt w2l. Qu¸ tr×nh d·n në thùc tÕ cña h¬i ®−îc biÓu thÞ trªn ®å thÞ i-s h×nh 6.8. Khi tÝnh ®Õn c¸c tæn thÊt th×: 1 ∆h® = i2 - i2l = (w22l - w22) (6-16) 2 w Gäi ψ = 2 lµ hÖ sè tèc ®é w 2l th×
∆h® =
w2 1 1 − ψ 2 w 2l = 2l ζ d 2 2 2
(
)
(6-17)
69
**source: http://bkeps.com
**
6.3. TæN THÊT Vµ HIÖU SUÊT CñA TÇNG Tuèc BIN 6.3.1. X¸c ®Þnh lùc t¸c dông cña dßng h¬i lªn d·y c¸nh
Dßng h¬i chuyÓn ®éng qua r·nh c¸nh qu¹t sÏ thay ®æi tèc ®é vµ ®æi h−íng lµ do chÞu t¸c dông cña c¸c lùc sau ®©y: - Ph¶n lùc cña c¸nh ®éng lªn dßng h¬i. - HiÖu sè ¸p suÊt tr−íc vµ sau c¸nh. §Ó x¸c ®Þnh lùc t¸c dông cña dßng h¬i lªn d·y c¸nh, ta kh¶o s¸t mét l−îng h¬i δm, cã ¸p suÊt p1 ®i vµo d·y c¸nh víi tèc ®é lµ C1 , ra khái c¸nh ®éng víi vËn t«c C2 , cã ¸p suÊt p2. Dßng h¬i t¸c dông lªn d·y c¸nh mét lùc R, theo nguyªn t¾c ph¶n lùc th× d·y c¸nh sÏ t¸c dông trë l¹i mét ph¶n lùc R', vÒ gi¸ trÞ th× hai lùc nµy b»ng nhau, nh−ng ng−îc chiÒu: R = -R'. Lùc R cã thÓ ph©n ra hai thµnh phÇn: + Thµnh phÇn cã Ých Ru theo ph−¬ng u (lµ ph−¬ng vËn tèc vßng u), thµnh phÇn nµy t¹o nªn c«ng suÊt tuèc bin (lµm quay tuèc bin), + Thµnh phÇn Ra theo ph−¬ng däc trôc tuèc bin, thµnh phÇn nµy cã h¹i, lµm cho r«to tuèc bin dÞch chuyÓn däc trôc vµ cã thÓ g©y ra sù cè. Muèn x¸c ®Þnh thµnh phÇn lùc Ru , Ra , tr−íc hÕt ta x¸c ®Þnh c¸c thµnh phÇn ph¶n lùc R'u , R'a t¸c dông lªn dßng h¬i lµm thay ®æi ®éng l−îng cña dßng. Sù thay ®æi ®éng l−îng cña dßng h¬i theo ph−¬ng u chØ do t¸c dông ph¶n lùc cña c¸nh, cßn sù thay ®æi ®éng l−îng cña dßng h¬i theo ph−¬ng a ngoµi t¸c dông ph¶n lùc cña c¸nh cßn cã ¶nh h−ëng cña hiÖu sè ¸p suÊt (p1 - p2) tr−íc vµ sau d·y c¸nh. H×nh 6.12 biÓu diÔn lùc t¸c dông cña dßng h¬i lªn d·y c¸nh. Theo ph−¬ng tr×nh ®éng l−îng ta cã c¸c thµnh phÇn ph¶n lùc: R'u =
δm (C2u - C1u) δτ δm (C2a - C1a) + F(p2 - p1) R'a = δτ
(6-18) (6-19)
Trong ®ã: - δm: lµ l−îng h¬i kh¶o s¸t mét - dτ: lµ thêi gian kh¶o s¸t, - C1u, C2u lµ h×nh chiÕu cña vect¬ vËn tèc C 1 , C 2 theo ph−¬ng u, - C1a, C2a lµ h×nh chiÕu cña vect¬ vËn tèc C1 , C 2 theo ph−¬ng a, - F lµ diÖn tÝch tiÕt diÖn c¸c r·nh c¸nh ®éng (tiÕt diÖn h¬i chuyÓn ®éng qua c¸nh), Dùa vµo tam gi¸c tèc ®é trªn h×nh 6-13 ta tÝnh ®−îc c¸c thµnh phÇn lùc C1u, C2u, C1a, C2a, thay vµo (6-18), (6-19) vµ tiÕp tôc biÕn ®æi to¸n häc ta ®−îc:
70
source: http://bkeps.com
H×nh 6.12. lùc t¸c dông cña dßng h¬i lªn d·y c¸nh
(6-20) Ru = -R'u = G(C1 cosα1 + C2 cosα2 ) (6-21) Ru = G(w1 cosβ1 + w2 cosβ2 (6-22) Ra = -R'a = G(C1sinα1 - C2sinα2 ) + F(p1 - p2) (6-23) Ra= G(w1sinβ1 - w2sinβ2 ) + F(p1 - p2) Thµnh phÇn lùc Ru sÏ sinh ra c«ng cã Ých, c«ng suÊt cña lùc Ru sinh ra trªn d·y c¸nh ®éng lµ: P = Ru.u (6-24) C«ng suÊt tÝnh cho 1kg h¬i lµ: L = P/G = Ru.u /G (6-25) Trong ®ã: P lµ c«ng suÊt cña dßng h¬i trªn d·y c¸nh ®éng. δm G= : l−u l−îng h¬i qua d·y c¸nh tuèc bin, δτ Ru lµ thµnh phÇn lùc cña dßng h¬i sinh ra theo ph−¬ng chuyÓn ®éng, u = π.d.n lµ tèc ®é dµi cña dßng h¬i tÝnh trªn c¸nh tuèc bin, n lµ tèc ®é quay cña tuèc bin, (vg/s) d lµ ®−êng kÝnh trung b×nh cña d·y c¸nh, (m) Dùa trªn tam gi¸c tèc ®é vµo vµ ra, tiÕp tôc biÕn ®æi l−îng gi¸c ta ®−îc c«ng suÊt do 1kg h¬i sinh ra trªn c¸nh ®éng lµ: L = 1/2.(C12- w12 + w22 - C22 ), [W] (6-26) NÕu tuèc bin cã nhiÒu tÇng th× c«ng suÊt tæng cña tuèc bin sÏ b»ng tæng c«ng suÊt cña c¸c tÇng.
71
source: http://bkeps.com
6.3.2. Tæn thÊt n¨ng l−îng vµ hiÖu suÊt trªn c¸nh ®éng cña tÇng 6.3.2.1. Tæn thÊt tèc ®é ra
Tæn thÊt tèc ®é ra lµ tæn thÊt ®éng n¨ng do dßng h¬i mang ra khái tÇng. Khi dßng h¬i ra khái tÇng víi tèc ®é C2 > 0, nghÜa lµ mang ra khái tÇng mét ®éng n¨ng C2 2 ≠ 0 . §éng n¨ng nµy kh«ng biÕn thµnh c¬ n¨ng trªn c¸nh ®éng cña tÇng kh¶o s¸t, 2 C2 nh− vËy tÇng bÞ mÊt ®i mét phÇn n¨ng l−îng 2 gäi lµ tæn thÊt tèc ®é ra, ký hiÖu lµ 2 ∆hr, cã gÝa trÞ:
∆hr =
C2 2 2
(6-27)
6.3.2.2. HiÖu suÊt trªn c¸nh ®éng cña tÇng tuèc bin
HiÖu suÊt trªn c¸nh ®éng cña tÇng tuèc bin lµ tØ sè gi÷a c«ng suÊt trªn c¸nh ®éng víi n¨ng l−îng lý t−ëng cña tÇng. L ηc® = (6-28) E0
L: c«ng suÊt trªn c¸nh ®éng cña tÇng, E0: n¨ng l−îng lý t−ëng cña tÇng tuèc bin, Gi¶ thiÕt dßng h¬i ®i vµo tÇng víi tèc ®é C0 , mang vµo tÇng mét ®éng n¨ng lµ 2 C0 C2 , ®éng n¨ng nµy chØ ®−îc sö dông mét phÇn trong tÇng kh¶o s¸t lµ x0 0 , trong 2 2 ®ã x0 lµ hÖ sè sö dông ®éng n¨ng cña dßng h¬i vµo tÇng kh¶o s¸t. Ta nãi dßng h¬i C2 mang vµo tÇng mét n¨ng l−îng cã Ých lµ x0 0 . 2 Trong tuèc bin nhiÒu tÇng th× ®éng n¨ng ra khái tÇng tr−íc lµ dông vµo tÇng tiÕp theo mét phÇn lµ x2
C2 2 , sÏ ®−îc sö 2
C2 2 , x2 lµ hÖ sè sö dông ®éng n¨ng dßng h¬i 2 tõ tÇng kh¶o s¸t vµo tÇng tiÕp sau. Nh− vËy n¨ng l−îng lý t−ëng cña tÇng kh¶o s¸t sÏ lµ:
E0 = x0
2 C0 C2 + h0 − x2 2 2 2
(6-29)
72
**source: http://bkeps.com
**
2 C0 lµ phÇn ®éng n¨ng cã Ých do dßng h¬i mang vµo ®−îc sö 2 dông ë tÇng kh¶o s¸t , h0 = i0 - i2l = hop + ho® lµ nhiÖt d¸ng lý t−ëng cña tÇng.
Trong ®ã: x 0
C2 2 lµ phÇn ®éng n¨ng cã Ých mµ dßng h¬i mang ra khái tÇng kh¶o s¸t ®Ó 2 sö dông ë tÇng tiÕp theo. HÖ sè sö dông ®éng n¨ng x0 , x2 dao ®éng trong kho¶ng tõ 0 ®Õn 1. §èi víi tÇng cuèi cña tuèc bin, ®éng n¨ng ra khái tÇng hoµn toµn kh«ng ®−îc sö dông do ®ã C2 x2= 0 vµ khi ®ã ta nãi ®éng n¨ng 2 lµ tæn thÊt tèc ®é ra cña tÇng. 2 §èi víi tÇng tuèc bin thùc tÕ th× cÇn kÓ ®Õn c¸c tæn thÊt trong èng phun, tæn thÊt trong d·y c¸nh ®éng vµ tæn thÊt tèc ®é ra cña tÇng, khi ®ã c«ng mµ tÇng sinh ra sÏ lµ: x2
L = x0
2 C0 + h 0 − ∆h p − ∆h ® − ∆h r 2
(6-30)
**Trong ®ã: ∆hp: tæn thÊt n¨ng l−îng trªn èng phun,
**
2 2 C 1l − C 1 2 ∆h® : tæn thÊt n¨ng l−îng trªn c¸nh ®éng,
∆hp = i 1 − i 1l =
∆h® = i 2 − i 2 l = ∆hr : tæn thÊt tèc ®é ra, C2 2 2 Cã thÓ viÕt l¹i (6-30): ∆hr =
w 2l − w 2 2 2 2
2 C0 C2 C2 C2 + h 0 − x 2 2 − ∆h p − ∆h â + x 2 2 − 2 2 2 2 2 L = E0 -∆hp - ∆h® - (1-x2) ∆hr Do ®ã hiÖu suÊt trªn c¸nh ®éng cña tÇng lµ: ∆h p ∆h â ∆h L = 1− − − (1 − x 2 ) r ηc® = E0 E0 E0 E0
L = x0
(6-31) (6-32)
(6-3)
hay:
ηc® = 1 - ξp - ξ® - (1-x2)ξr ∆h i Trong ®ã: ξi = lµ c¸c hÖ sè tæn thÊt n¨ng l−îng. E0
(6-34)
73
**source: http://bkeps.com
**
Ch−¬ng 7. tuèc BIN NHIÒU TÇNG
7.1. QU¸ TR×NH LµM VIÖC CñA tuèc BIN NHIÒU TÇNG 7.1.1. Kh¸i niÖm Trong c¸c nhµ m¸y ®iÖn hoÆc c¸c trung t©m nhiÖt ®iÖn, ®Ó kÐo nh÷ng m¸y ph¸t ®iÖn c«ng suÊt lín th× ph¶i cã tuèc bin c«ng suÊt lín, nghÜa lµ tuèc bin ph¶i lµm viÖc víi l−u l−îng h¬i lín, th«ng sè h¬i cao, nhiÖt d¸ng lín. Tuy nhiªn, mçi mét tÇng tuèc bin chØ cã thÓ ®¹t ®−îc hiÖu suÊt cao nhÊt ë mét nhiÖt d¸ng nhÊt ®Þnh, v× vËy víi nhiÖt d¸ng lín, muèn ®¹t ®−îc hiÖu suÊt cao th× ph¶i cho h¬i lµm viÖc trong mét d·y c¸c tÇng ®Æt liªn tiÕp nhau, tuèc bin nh− vËy gäi lµ tuèc bin nhiÒu tÇng. Trong tuèc bin nhiÒu tÇng, tÇng ®Çu tiªn gäi tÇng tèc ®é, c¸c tÇng tiÕp theo lµ tÇng ¸p lùc, sinh c«ng. TÇng tèc ®é th−êng lµm viÖc theo nguyªn t¾c xung lùc, khi ra khái tÇng h¬i cã tèc ®é cao, ®éng n¨ng lín sÏ sinh c«ng trong c¸c tÇng tiÕp theo. Ngoµi ra nã cßn lµm nhiÖm vô ®iÒu chØnh l−u l−îng h¬i vµo tuèc bin khi phô t¶i thay ®æi nªn cßn ®−îc gäi lµ tÇng ®iÒu chØnh. C¸c tÇng ¸p lùc cã thÓ ®−îc chÕ t¹o theo kiÓu tÇng xung lùc hoÆc ph¶n lùc. TÇng tèc ®é cã thÓ lµ tÇng mét cÊp tèc ®é hoÆc cã thÓ lµ tÇng kÐp cã hai cÊp tèc ®é. TÇng kÐp hai cÊp tèc ®é cã mét d·y èng phun víi hai dÉy c¸nh ®éng, gi÷a hai d·y c¸nh ®éng cã mét d·y c¸nh h−íng ®Ó chuyÓn h−íng dßng h¬i khi ra khái d·y c¸nh ®éng thø nhÊt. Tuèc bin lo¹i nµy cã −u ®iÓm lµ cÊu t¹o ®¬n gi¶n, ch¾c ch¾n, gi¸ thµnh rÎ, vËn hµnh ®¬n gi¶n, tuy nhiªn hiÖu suÊt thÊp vµ c«ng suÊt ®¬n vÞ nhá nªn chØ chÕ t¹o ®Ó kÐo c¸c thiÕt bÞ phô nh− b¬m n−íc cÊp, qu¹t khãi, trôc Ðp mÝa . . . . TÇng cã hai cÊp tèc ®é ®−îc øng dông réng r·i ®Ó lµm tÇng ®iÒu chØnh cña tuèc bin, ®Æc biÖt lµ trong c¸c tuèc bin th«ng sè cao. Nã cã kh¶ n¨ng t¹o ra nhiÖt gi¸ng lín nªn cã thÓ gi¶m bít ®−îc sè tÇng ®ång thêi gi¶m ®−îc yªu cÊu vÒ ®é bÒn cña kim lo¹i ®èi víi c¸c tÇng h¹ ¸p, lµm gi¶m khèi l−îng vµ gi¸ thµnh thiÕt bÞ. NÕu c¸c tÇng cña tuèc bin lµm viÖc theo nguyªn t¾c xung lùc th× gäi lµ tuèc bin xung lùc, nÕu theo nguyªn t¾c ph¶n lùc th× gäi lµ tuèc bin ph¶n lùc Khi tuèc bin lµm viÖc ë ph¹m vi nhiÖt ®é tõ 400 0C trë lªn th× chän nhiÖt d¸ng ®èi víi tÇng tuèc bin xung lùc kho¶ng tõ 42-50 KJ/kg, ®èi víi tÇng tuèc bin ph¶n lùc kho¶ng tõ 17-25 KJ/kg. Khi lµm viÖc ë ph¹m vi nhiÖt ®é thÊp h¬n th× chän nhiÖt d¸ng ®èi víi tÇng tuèc bin xung lùc kho¶ng tõ 179-190 KJ/kg, ®èi víi tÇng tuèc bin ph¶n lùc kho¶ng tõ 85-105 KJ/kg. Tuèc bin c«ng suÊt lín cã thÓ cã ®Õn 40 tÇng. 7.1.2. Nguyªn lý lµm viÖc cña tuèc bin nhiÒu tÇng 7.1.2.1. Tuèc bin xung lùc nhiÒu tÇng Trªn h×nh 7.1. biÓu diÔn s¬ ®å cÊu t¹o, sù thay ®æi ¸p suÊt, thay ®æi tèc ®é dßng h¬i vµ momen quay trong tuèc bin xung lùc nhiÒu tÇng. §èi víi tuèc bin xung lùc nhiÒu tÇng, b¸nh tÜnh 2 ®−îc bè trÝ xen kÏ gi÷a hai b¸nh ®éng 1. Trªn b¸nh tÜnh cã g¾n èng phun 3, trªn b¸nh ®éng 1 cã g¾n c¸nh ®éng 4 vµ c¸c b¸nh ®éng 1 nµy l¾p
74
**source: http://bkeps.com
**
chÆt trªn trôc tuèc bin. Dßng h¬i ®i qua èng phun 3, suÊt gi¶m ¸p tõ p0 ®Õn p1, ®ång thêi tèc ®é dßng h¬i t¨ng tõ C0 ®Õn C1. H¬i ra khái èng phun, ®i vµo c¸c r·nh c¸nh ®éng. Trong d·y c¸nh ®éng, ®éng n¨ng cña dßng h¬i biÕn thµnh c¬ n¨ng, lµm quay r«to tuèc bin, nªn khi ra khái d·y c¸nh ®éng, tèc ®é gi¶m tõ C1 xuèng C2. Dßng h¬i ra khái tÇng nµy sÏ tiÕp tôc ®i vµo c¸c tÇng tiÕp theo vµ qu¸ tr×nh biÕn ®æi n¨ng l−îng nh− trªn l¹i xÈy ra cho ®Õn khi ¸p suÊt gi¶m xuèng ®Õn trÞ sè ¸p suÊt h¬i tho¸t pk ë cuèi tuèc bin. ë tuèc bin xung lùc nhiÒu tÇng cã c«ng suÊt lín, c¸c tÇng ¸p lùc ë phÇn cao ¸p th−êng ®−îc chÕ t¹o theo kiÓu tÇng xung lùc cã ®é ph¶n lùc nhá, tõ ρ = 0,02 - 0,05; cßn c¸c tÇng ë phÇn h¹ ¸p cã ®é ph¶n lùc t¨ng dÇn, cã thÓ ®¹t ®Õn ρ = 0,2 - 0,5 (tÇng cuèi lµ tÇng ph¶n lùc).
H×nh 7.1. S¬ ®å cÊu tróc cña tuèc bin xung lùc nhiÒu tÇng 1-b¸nh ®éng; 2-b¸nh tÜnh
H×nh 7.2. Qu¸ tr×nh d·n në cña h¬i trong tuèc bin xung lùc nhiÒu tÇng
Tõ ®å thÞ trªn h×nh 7.1. ta thÊy: M«men quay M trªn trôc tuèc bin t¨ng dÇn theo chiÒu chuyÓn ®éng cña dßng h¬i vµ b»ng tæng c¸c momen cña c¸c tÇng tr−íc nã. Tèc ®é C1 cña dßng h¬i lu«n lu«n t¨ng lªn trong d·y èng phun do sù biÕn ®æi nhiÖt n¨ng thµnh ®éng n¨ng, cßn trong d·y c¸nh ®éng tèc ®é cña dßng lu«n lu«n gi¶m xuèng do biÕn ®éng n¨ng thµnh c¬ n¨ng lµm quay tuèc bin. Qu¸ tr×nh d·n në cña h¬i trong tuèc bin xung lùc nhiÒu tÇng ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 7.2, bao gåm nhiÒu qu¸ tr×nh d·n në liªn tôc x¶y ra trong c¸c tÇng, trong ®ã tr¹ng th¸i cuèi cña tÇng tr−íc lµ tr¹ng th¸i ®Çu cña tÇng tiÕp theo. Qu¸ tr×nh chuyÓn ®éng cña dßng h¬i kÌm theo qu¸ tr×nh gi¶m ¸p suÊt, t¨ng thÓ tÝch riªng mét c¸ch liªn tôc, v× vËy ®Ó ®¶m b¶o cho dßng h¬i chuyÓn ®éng ®−îc liªn tôc, th× c¸c tiÕt diÖn cña
75
**source: http://bkeps.com
**
r·nh èng phun vµ r·nh c¸nh ®éng cho h¬i ®i qua còng ph¶i t¨ng liªn tôc, cã nghÜa lµ ph¶i t¨ng ®−êng kÝnh tÇng vµ chiÒu cao c¸nh qu¹t mét c¸ch ®Òu ®Æn. V× tuèc bin xung lùc nhiÒu tÇng h¬i chØ d·n në trong èng phun, kh«ng d·n në trong c¸nh ®éng nªn ®−êng qu¸ tr×nh d·n në trong c¸c tÇng trªn ®å thÞ i-s lµ ®−êng gÉy khóc, nh¶y bËc. 7.1.2.2. Tuèc bin ph¶n lùc nhiÒu tÇng ë tuèc bin ph¶n lùc nhiÒu tÇng, tÊt c¶ c¸c tÇng ¸p lùc ®Òu ®−îc chÕ t¹o theo kiÓu tÇng ph¶n lùc. Tuèc bin ph¶n lùc còng cã thÓ chÕ t¹o víi c«ng suÊt lín nh−ng chØ lµm viÖc víi th«ng sè trung b×nh. NhiÖt gi¸ng mçi tÇng ®−îc chän nhá h¬n ë tÇng xung lùc tõ 1,8-2 lÇn, do ®ã víi cïng c«ng suÊt th× sè tÇng sÏ lín h¬n. Trong tuèc bin ph¶n lùc, tæn thÊt rß rØ h¬i qua khe hë gi÷a c¸nh ®éng vµ th©n t−¬ng ®èi lín do ®ã lµm gi¶m hiÖu suÊt cña c¸c tÇng nµy.
H×nh 7.3. S¬ ®å cÊu tróc cña tuèc bin ph¶n lùc nhiÒu tÇng Do lµm viÖc theo nguyªn t¾c ph¶n lùc nªn chªnh lÖch ¸p suÊt ë tr−íc vµ sau c¸nh ®éng sÏ t¹o ra lùc däc trôc t−¬ng ®èi lín. §Ó gi¶m lùc däc trôc ng−êi ta chÕ t¹o roto 2 theo kiÓu tang trèng (kh«ng cã c¸c b¸nh ®éng vµ b¸nh tÜnh), môc ®Ých lµ gi¶m ®−îc lùc däc trôc t¸c ®éng lªn r«to, c¸c c¸nh ®éng ®−îc g¾n trùc tiÕp trªn r«to, c¸c
76
**source: http://bkeps.com
**
èng phun ®−îc g¾n trùc tiÕp lªn th©n tuèc bin. ë phÇn cao ¸p, thÓ tÝch riªng cña h¬i tõ tÇng nµy qua tÇng kh¸c thay ®æi chËm, do ®ã ®Ó ®¬n gi¶n, ng−êi ta chÕ t¹o thµnh tõng côm tÇng cã ®−êng kÝnh trung b×nh vµ chiÒu cao c¸nh qu¹t nh− nhau. Nh−ng ë phÇn h¹ ¸p, thÓ tÝch h¬i t¨ng nhanh th× ®−êng kÝnh trung b×nh cña c¸nh vµ chiÒu cao c¸nh ph¶i ®−îc t¨ng liªn tôc.
Trªn h×nh 7.3. biÓu diÔn s¬ ®å cÊu t¹o, sù thay ®æi ¸p suÊt thay ®æi tèc ®é dßng h¬i vµ momen quay trong tuèc bin ph¶n lùc nhiÒu tÇng. V× qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh l−u l−îng h¬i b»ng èng phun cã tæn thÊt bÐ, do ®ã ng−êi ta th−êng ¸p dông ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh h¬i b»ng èng phun trong tuèc bin ph¶n lùc nhiÒu tÇng. TÇng ®iÒu chØnh (tÇng ®Çu tiªn) cña tuèc bin ph¶n lùc nhiÒu tÇng ®−îc chÕ t¹o theo kiÓu xung lùc cã ®é ph¶n lùc kh«ng qu¸ 10%. NÕu nhiÖt d¸ng tÇng ®iÒu chØnh nhá th× chÕ t¹o tÇng ®¬n, nÕu nhiÖt d¸ng lín th× chÕ t¹o tÇng kÐp. Qu¸ tr×nh d·n në cña h¬i trong tuèc bin ph¶n lùc nhiÒu tÇng ®−îc biÓu thÞ trªn h×nh 7.4. ë ®©y qu¸ tr×nh d·n në cña h¬i xÈy ra c¶ ë trong èng phun vµ c¶ trong c¸nh ®éng, do ®ã ®−êng biÓu diÔn lµ mét ®−êng cong liªn tôc t−¬ng ®èi ®Òu ®Æn, kh«ng cã nh¶y bËc.
H×nh 7.4. Qu¸ tr×nh d·n në cña h¬i trong tuèc bin ph¶n lùc nhiÒu tÇng
7.1.3. ¦u, nh−îc ®iÓm cña tuèc bin nhiÒu tÇng 7.1.3.1. ¦u ®iÓm: Tuèc bin nhiÒu tÇng cã c¸c −u ®iÓm sau ®©y: - Cã thÓ chÕ t¹o víi nhiÖt d¸ng lín nªn c«ng suÊt lín. - Do tuèc bin cã nhiÒu tÇng nªn nhiÖt d¸ng mçi tõng kh«ng lín l¾m, nghÜa lµ tèc ®é ra khái èng phun còng kh«ng lín l¾m. Theo ®iÒu kiÖn søc bÒn, b¸nh ®éng cã thÓ chÕ t¹o víi t«c ®é vßng u = 300 m/s phï hîp v¬i tØ sè u/c1 tèi −u. V× thÕ víi tèc ®é u quay võa ph¶i vÉn cã thÓ ®¶m b¶o cho trÞ sè xa = øng víi hiÖu suÊt cña tÇng lµ Ca cùc ®¹i.
77
**source: http://bkeps.com
**
- V× cã nhiÒu tÇng nªn gi÷a c¸c tÇng dÔ dµng bè trÝ c¸c cöa trÝch h¬i ®Ó gia nhiÖt h©m n−íc cÊp, n©ng cao hiÖu qu¶ kinh tÕ cña chu tr×nh nhiÖt cña nhµ m¸y. - Sù gi¶m tèc ®é dßng h¬i vµ ®−êng kÝnh cña tÇng lµm t¨ng chiÒu cao cña èng phun vµ c¸nh ®éng dÉn ®Õn gi¶m tØ lÖ tæn thÊt trªn c¸c c¸nh, n©ng cao hiÖu suÊt cña tÇng lªn. - Tæn thÊt nhiÖt cña tÇng tr−íc lµm t¨ng nhiÖt ®é tøc lµ t¨ng entanpi h¬i vµo tÇng tiÕp theo, nghÜa lµ tæn thÊt cña tÇng tr−íc cã thÓ ®−îc sö dông mét phÇn vµo tÇng tiÕp theo. Nhê vËy tæng nhiÖt d¸ng cña tÊt c¶ c¸c tÇng sÏ lín h¬n nhiÖt d¸ng cña toµn tuèc bin. - NÕu nh− phÇn truyÒn h¬i cã cÊu tróc tèt th× ®éng n¨ng ra khái tÇng tr−íc cã thÓ sö dông mét phÇn hay hoµn toµn vµo tÇng tiÕp theo. Nhê vËy n¨ng l−îng ph©n bè trªn c¸c tÇng ®Òu t¨ng lªn.
7.1.3.2. Nh−îc ®iÓm:
- Tuèc bin nhiÒu tÇng cã tæn thÊt rß rØ h¬i t−¬ng ®èi lín: Do ¸p suÊt phÇn ®Çu tuèc bin lín h¬n ¸p suÊt khÝ quyÓn, nªn h¬i rß rØ qua khe hë ®Çu trôc phÝa tr−íc tõ trong tuèc bin ra ngoµi kh«ng khÝ qua khe hë gi÷a trôc vµ th©n. Ngoµi ra cßn cã rß rØ gi÷a c¸c tÇng theo khe hë gi÷a trôc vµ b¸nh tÜnh, gi÷a th©n vµ ®Ønh c¸nh ®éng. Nh÷ng thµnh phÇn h¬i rß rØ nµy ®Òu kh«ng tham gia sinh c«ng trªn c¸nh ®éng do ®ã lµm gi¶m hiÖu suÊt, c«ng suÊt cña tuèc bin. L−îng h¬i rß rØ t¨ng dÇn theo thêi gian do ®ã lùc däc trôc còng t¨ng dÇn. - Nh÷ng tÇng sau cïng cña tuèc bin nhiÒu tÇng sÏ lµm viÖc trong vïng h¬i Èm do ®ã g©y ra tæn thÊt bëi h¬i Èm, lµm cho hiÖu suÊt tuèc bin gi¶m. - Tuèc bin nhiÒu tÇng cÊu t¹o phøc t¹p.
**7.1.4. HÖ sè hoµn nhiÖt cña tuèc bin nhiÒu tÇng
**
Nh− trªn ®· ph©n tÝch, tæn thÊt cña tÇng tr−íc cã thÓ ®−îc sö dông mét phÇn vµo tÇng tiÕp theo, møc ®é sñ dông l−îng nhiÖt ®ã vµo tÇng tiÕp theo ®−îc gäi lµ hÖ sè hoµn nhiÖt. §Ó so s¸nh tuèc bin mét tÇng víi tuèc bin nhiÒu t©ng, ta x¸c ®Þnh hÖ sè hoµn nhiÖt b»ng c¸ch ph©n tÝch qu¸ tr×nh nhiÖt theo 2 ph−¬ng ¸n: khi tuèc bin lµ mét tÇng vµ khi tuèc bin lµ nhiÒu tÇng víi cïng th«ng sè ®Çu vµ cuèi. Qu¸ tr×nh nhiÖt cña tuèc bin ®−îc biÓu diÔn trªn ®å thÞ T-s h×nh 7.5. Víi ¸p suÊt ®Çu p0 vµ cuèi p1, nÕu tuèc bin lµ mét tÇng vµ kh«ng cã tæn thÊt th× qu¸ tr×nh d·n në ®¼ng entropi cña h¬i trong tuèc bin ®−îc biÓu diÔn b»ng ®−êng 44'4''4'''a. NhiÖt d¸ng lÝ t−ëng cña tuèc bin khi ®ã ®−îc biÓu diÔn trªn ®å thÞ T-s t−¬ng ®−¬ng víi diÖn tÝch 12344'4''4'''a1, b»ng tæng nhiÖt d¸ng lÝ t−ëng cña c¸c tÇng khi lµm viÖc theo qu¸ tr×nh ®¼ng entropi. H0 = h01 + h02 + h03 + h04 (7-1) Gi¶ sö tuèc bin gåm 4 tÇng, qu¸ tr×nh d·n në thùc cña h¬i trong tuèc bin tiÕn hµnh theo ®−êng 4567b. NhiÖt gi¸ng lÝ t−ëng cña tÇng thø nhÊt b»ng h01, t−¬ng ®−¬ng víi diÖn tÝch 2’2 344’2’. Tæn thÊt nhiÖt cña tÇng ®· lµm t¨ng nhiÖt ®é h¬i ra khái tÇng thø nhÊt tõ T4' ®Õn T5. H¬i ®i vµo tÇng thø hai ë tr¹ng th¸i 5 cã nhiÖt ®é T5,
78
**source: http://bkeps.com
**
nghÜa lµ tæn thÊt nhiÖt ë tÇng ®Çu ®· lµm t¨ng nhiÖt ®é h¬i vµo tÇng thø hai. Tæn thÊt nhiÖt nµy cña tÇng ®Çu ®−îc sö dông mét phÇn q2 vµo tÇng thø hai. Trªn ®å thÞ h×nh 7.5, phÇn tæn thÊt nhiÖt cña tÇng thø nhÊt ®−îc sö dông vµo tÇng thø 2 lµ q2, ®−îc biÓu diÔn b»ng diÖn tÝch 4'55'4''4' vµ nhiÖt gi¸ng lÝ t−ëng cña tÇng thø hai b»ng h*02 = h02 + q2.
T−¬ng tù nh− vËy, phÇn tæn thÊt nhiÖt cña tÇng thø hai ®−îc sö dông vµo tÇng thø ba lµ q3, ®−îc biÓu diÔn b»ng diÖn tÝch 4''66'4'''4'' vµ nhiÖt gi¸ng lÝ t−ëng cña tÇng thø ba b»ng h*03 = h03 + q3 . PhÇn tæn thÊt nhiÖt cña tÇng thø ba ®−îc sö dông vµo tÇng thø t− lµ q4, ®−îc biÓu diÔn b»ng diÖn tÝch 4'''6'77'a4'' vµ nhiÖt gi¸ng lÝ t−ëng cña tÇng thø t− b»ng h*04 = h04 + q4 . NhiÖt d¸ng lý t−ëng cña c¸c tÇng lÇn l−ît lµ: h * = h01 (7-2) 01 h * = h02 + q2 02 (7-3)
h
* 03
= h03 + q3
(7-4)
(7-5) h * = h04 + q4 04 Tæng nhiÖt d¸ng lý t−ëng cña c¸c tÇng b»ng:
H×nh 7.5. Qu¸ tr×nh nhiÖt cña tuèc bin nhiÒu tÇng
**∑ h * i = h01 + h02 + q2 + h03 + q3 + h04 + q4 0 ∑ h * i = H0 + Q 0
**
(7-6) vµ ®−îc biÓu diÔn b»ng diÖn tÝch 12344'55'66'77’1, trong ®ã: Q = q2 + q3 + q4 lµ tæn thÊt nhiÖt cña c¸c tÇng tr−íc ®−îc sö dông vµo c¸c tÇng tiÕp theo. H0 lµ nhiÖt gi¸ng lÝ t−ëng cña tuèc bin khi lµm viÖc theo qu¸ tr×nh ®¼ng entropi 44’a, ®−îc tÝnh theo (7-1). Nh− vËy khi cã cïng th«ng sè ®Çu vµ cuèi th× nhiÖt d¸ng lý t−ëng cña tuèc bin nhiÒu tÇng sÏ lín h¬n nhiÖt d¸ng lý t−ëng cña tuèc bin mét tÇng mét l−îng lµ Q, ®©y chÝnh lµ mét phÇn tæn thÊt nhiÖt cña c¸c tÇng tr−íc ®−îc sö dông l¹i vµo c¸c tÇng tiÕp theo. NhiÖt d¸ng thùc tÕ cña mçi tÇng lµ: (7-7) hi = h * η ttd 0 NhiÖt d¸ng thùc tÕ cña tuèc bin nhiÒu tÇng b»ng tæng nhiÖt d¸ng thùc tÕ cña c¸c tÇng: (7-8) Hi = ∑hi = ∑ h * η ttd = ∑(h0 + q) η ttd 0
79
**source: http://bkeps.com
**
NÕu ta coi hiÖu suÊt cña tÊt c¶ c¸c tÇng tuèc bin ®Òu b»ng nhau th×: Hi = η ttd ∑(h0 + q) = η ttd ( H0 + Q) (7-9) MÆt kh¸c hiÑu suÊt trong t−¬ng ®èi cña toµn tuèc bin cã thÓ viÕt ®−îc: H η TB = i (7-10) td H0
Trong ®ã: Q lµ tæn thÊt nhiÖt c¸c tÇng tr−íc ®−îc sö dông vµo c¸c tÇng sau, H0 lµ nhiÖt d¸ng lý t−ëng toµn tuèc bin,
η TB lµ hiÖu suÊt trong t−¬ng ®èi cña tuèc bin nhiÒu tÇng, td η ttd lµ hiÖu suÊt trong t−¬ng ®èi cña mét tÇng tuèc bin, Thay (7-9) vµo (7-10) ta cã hiÖu suÊt cña tuèc bin nhiÒu tÇng lµ: η ttd (H 0 + Q) H η TB = i = td H0 H0 Q η TB = η ttd (1 + ) = η ttd (1 + α) td H0
ë ®©y: α ®−îc gäi lµ hÖ sè hoµn nhiÖt Q α= H0
(7-11) (7-12)
(7-13)
HÖ sè hoµn nhiÖt α lµ hÖ sè biÓu thÞ møc ®é sö dông tæn thÊt nhiÖt cña tÇng tr−íc vµo c¸c tÇng tiÕp theo. Tuèc bin cµng nhiÒu tÇng th× hÖ sè hoµn nhiÖt cµng lín. V× α > 0, do ®ã η TB > η ttd , nghÜa lµ hiÖu suÊt cña tuèc bin nhiÒu tÇng lu«n lu«n lín td h¬n hiÖu suÊt cña tuèc bin mét tÇng.
7.1.5. ¶nh h−ëng cña ®é Èm ®Õn sù lµm viÖc cña tuèc bin
**H×nh 7.6. ¶nh h−ëng cña c¸c giät Èm ë c¸c tÇng cuèi.
**
80
source: http://bkeps.com
Qu¸ tr×nh gi·n në cña h¬i trong tuèc bin nhiÒu tÇng lµ qu¸ tr×nh gi¶m ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é h¬i. Cµng vÒ cuèi tuèc bin, ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é h¬i cµng gi¶m cßn thÓ tÝch riªng vµ ®é Èm cµng t¨ng, do ®ã sè l−îng vµ kÝch th−íc c¸c giät Èm trong h¬i cµng lín. Tõ tam gi¸c tèc ®é trªn h×nh 7.6 ta thÊy, khi ra khái èng phun, tèc ®é c¸c giät Èm C'1 sÏ nhá h¬n tèc ®é dßng h¬i C1. V× tèc ®é vßng u cña chóng nh− nhau, do ®ã c¸c giät Èm ®i vµo r·nh c¸nh ®éng víi tèc ®é w'1 nhá h¬n tèc ®é cña h¬i w1 , d−íi mét gãc β'1 lín h¬n β1 ®Ëp vµo l−ng c¸nh ®éng, g©y nªn lùc c¶n trë chuyÓn ®éng quay cña roto tuèc bin. Do vËy sù cã mÆt cña c¸c giät Èm, mét mÆt lµm gi¶m hiÖu suÊt cña tuèc bin, mÆt kh¸c ®Ëp vµo bÒ mÆt c¸nh ®éng, lµm rç c¸c bÒ mÆt c¸nh. Khi roto quay, d−íi t¸c dông cña lùc ly t©m c¸c giät Èm tËp trung ë phÇn ®Ønh c¸nh nhiÒu h¬n, do ®ã bÒ mÆt phÇn ®Ønh c¸nh bÞ rç nhiÒu h¬n phÇn gèc c¸nh. Trong vËn hµnh b×nh th−êng cho phÐp duy tr× ®é Èm h¬i ë tÇng cuèi trong kho¶ng 8 ®Õn 12%. NÕu nhiÖt ®é h¬i míi gi¶m th× ®é Èm cã thÓ t¨ng lªn vµ ®¹t trÞ sè ®¸ng kÓ, khi ®ã cã thÓ lµm gi¶m hiÖu suÊt cña tÇng sau cïng ®Õn 0.
7.1.6. Sù rß rØ h¬i
Khi kh¶o s¸t chuyÓn ®éng cña dßng h¬i trong tÇng tuèc bin, ta gi¶ thiÕt toµn bé l−îng h¬i ®i qua tÇng ®Òu ®i hÕt qua r·nh èng phun vµ r·nh c¸nh ®éng, nhiÖt n¨ng cña l−îng h¬i ®ã ®· biÕn thµnh ®éng n¨ng vµ c¬ n¨ng trong tuèc bin. Thùc tÕ kh«ng ph¶i nh− vËy, khi chuyÓn ®éng trong phÇn truyÒn h¬i cña tuèc bin, lu«n cã mét l−îng h¬i kh«ng ®i qua r·nh èng phun mµ ®i qua khe hë gi÷a b¸nh tÜnh vµ trôc tuèc bin. L−îng h¬i nµy sÏ kh«ng tham gia qu¸ tr×nh biÕn nhiÖt n¨ng thµnh ®éng n¨ng.
H×nh 7-7. rß rØ h¬i trong tuèc bin
MÆt kh¸c cã mét l−îng h¬i kh«ng ®i qua r·nh c¸nh ®éng mµ ®i qua lç c©n b»ng trªn b¸nh ®éng vµ qua khe hë gi÷a th©n tuèc bin vµ ®Ønh c¸nh. Ngoµi ra, do ¸p suÊt h¬i phÝa ®Çu cña tuèc bin lín h¬n ¸p suÊt khÝ quyÓn nªn sÏ cã mét l−îng h¬i ch¶y tõ trong tuèc bin ra ngoµi khÝ quyÓn qua lç xuyªn trôc ë phÝa ®Çu tuèc bin. Toµn bé l−îng h¬i nµy sÏ kh«ng tham gia qu¸ tr×nh biÕn ®éng n¨ng thµnh c¬ n¨ng, tøc lµ
81
**source: http://bkeps.com
**
kh«ng sinh c«ng trªn c¸nh ®éng, ®−îc gäi lµ l−îng h¬i rß rØ vµ tæn thÊt nµy gäi lµ tæn thÊt rß rØ h¬i. Tæn thÊt rß rØ h¬i ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 7.7.
7.2. C¢N B»NG LùC DäC TRôC TRONG tuèc BIN NHIÒU TÇNG
Nh− ®· ph©n tÝch ë môc 6.3.1, lùc cña dßng h¬i t¸c dông lªn c¸c d·y c¸nh cã thÓ ph©n ra hai thµnh phÇn: thµnh phÇn Ru vµ thµnh phÇn Ra. Thµnh phÇn Ru theo h−íng vu«ng gãc víi trôc tuèc bin, sinh c«ng cã Ých trªn c¸nh ®éng, t¹o momen quay lµm quay roto vµ kÐo m¸y ph¸t quay. Thµnh phÇn däc trôc Ra (theo h−íng chuyÓn ®éng cña dßng h¬i) kh«ng t¹o nªn momen quay mµ t¹o nªn lùc ®Èy roto dÞch chuyÓn theo h−íng dßng h¬i, cã thÓ lµm cho roto vµ stato tuèc bin cä x¸t vµo nhau g©y nguy hiÓm cho tuèc bin. Lùc däc trôc Ra cã thÓ t¨ng lªn trong qu¸ tr×nh vËn hµnh do c¸c nguyªn nh©n sau: - Do chÌn b¸nh tÜnh mßn nªn l−u l−îng h¬i rß rØ qua ®ã t¨ng, lµm t¨ng ¸p suÊt h¬i tr−íc c¸nh ®éng. - Do muèi b¸m vµo c¸nh ®éng lµm gi¶m tiÕt diÖn h¬i ®i qua, lµm gi¶m l−u l−îng h¬i qua r·nh c¸nh ®éng, dÉn ®Õn t¨ng ¸p suÊt tr−íc c¸nh ®éng, lµm t¨ng ®é ph¶n lùc cña tÇng.
H×nh 7.8. Lùc t¸c dông trong tuèc bin
§Ó gi¶m t¸c dông cña lùc däc trôc lªn c¸c palª ch¾n, cÇn ph¶i t×m ph−¬ng ph¸p c©n b»ng lùc däc trôc b»ng c¸ch t¹o nªn lùc cã chiÒu ng−îc víi chiÒu lùc däc trôc hoÆc gi¶m sù chªnh lÖch ¸p suÊt tr−íc vµ sau c¸nh ®éng theo c¸c h−íng sau ®©y. * T¨ng ®−êng kÝnh cña vßng chÌn ®Çu tr−íc cña trôc (h×nh 7.8) * Dïng c¸c ®Üa gi¶m t¶i g¾n phÝa tr−íc tÇng ®iÒu chØnh (h×nh 7.8) * §èi víi tuèc bin c«ng suÊt lín, ng−êi ta chÕ t¹o tuèc bin nhiÒu th©n vµ ®Æt c¸c th©n ng−îc chiÒu nhau (h×nh 7.9) * T¹o c¸c lç c©n b»ng ¸p lùc trªn c¸c b¸nh ®éng ®Ó gi¶m bít chªnh lÖch ¸p suÊt tr−íc vµ sau b¸nh ®éng (h×nh 7.10).
82
source: http://bkeps.com
H×nh 7.9. Th©n tuèc bin ®Æt ng−îc chiÒu
H×nh 7.10. Lç c©n b»ng
83
**source: http://bkeps.com
**
7.3. C¸C LO¹I tuèc BIN h¬i n−íc
S¶n xuÊt phèi hîp ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt n¨ng ®¹t ®−îc hiÖu suÊt cao h¬n rÊt nhiÒu so víi s¶n xuÊt riªng lÎ nhiÖt vµ ®iÖn. Muèn ®¶m b¶o viÖc s¶n xuÊt phèi hîp ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt n¨ng th× ph¶i dïng c¸c tuèc bin võa ®¶m b¶o ®−îc 2 chøc n¨ng ®ã, nhµ m¸y nh− vËy gäi lµ trung t©m nhiÖt ®iÖn. ë trung t©m nhiÖt ®iÖn th−êng cã 2 lo¹i hé dïng nhiÖt: - Hé c«ng nghiÖp dïng h¬i cã ¸p suÊt: Pn= 10-15 at - Hé sinh ho¹t dïng n−íc nãng cã nhiÖt ®é kho¶ng tõ 1050C ®Õn 1250C, hoÆc h¬i cã ¸p suÊt t−¬ng øng: Psh= 2-3 at.
7.3.1. Tuèc bin ng−ng h¬i thuÇn tóy
Tuèc bin ng−ng h¬i thuÇn tóy lµ tuèc bin trong ®ã h¬i sau khi ra khái tuèc bin, ®i vµo b×nh ng−ng nh¶ nhiÖt cho n−íc lµm m¸t ®Ó ng−ng tô thµnh n−íc vµ ®−îc b¬m n−íc ng−ng b¬m trë vÒ lß. S¬ ®å nguyªn lý cña tuèc bin ng−ng h¬i thuÇn tóy ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 7.11. ¸p suÊt h¬i ra khái tuèc bin pk nhá h¬n ¸p suÊt khÝ quyÓn, th−êng pk vµo kho¶ng 0,004-0,04 tïy thuéc vµo nhiÖt ®é m«i tr−êng cña tõng vïng. Tuèc bin ng−ng h¬i thuÇn tóy chØ s¶n xuÊt ®−îc ®iÖn n¨ng, l−îng ®iÖn nã s¶n xuÊt ra lµ: N® = G.(i0 - ik).ηt®T. ηco.ηmp (7-13) Trong ®ã : G lµ l−u l−îng h¬i vµo tuèc bin, i0 , ik lµ entanpi cña h¬i vµo vµ ra khái tuèc bin øng v¬i ¸p suÊt p0 vµ pk ηt®T lµ hiÖu suÊt tuèc bin, ηco lµ hiÖu suÊt c¬ khÝ, ηmp lµ hiÖu suÊt m¸y ph¸t,
H×nh 7.11. tuèc bin ng−ng h¬i thuÇn tóy
H×nh 7.12. tuèc bin ®èi ¸p
84
**source: http://bkeps.com
**
7.3.2. Tuèc bin ®èi ¸p
Tuèc bin ®èi ¸p lµ tuèc bin võa s¶n xuÊt nhiÖt n¨ng võa s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng. Tuèc bin ®èi ¸p kh«ng cã b×nh ng−ng ®i kÌm, sau khi ra khái tuèc bin h¬i sÏ ®−îc dÉn ®Õn hé tiªu thô nhiÖt ®Ó cÊp nhiÖt. S¬ ®å nguyªn lý cña tuèc bin ®èi ¸p ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 7.12. ¸p suÊt h¬i ra khái tuèc bin pn b»ng ¸p suÊt cña hé tiªu thô nhiÖt, pn ®−îc gäi lµ ¸p suÊt ®èi ¸p, th−êng lín h¬n ¸p suÊt khÝ quyÓn.
ë tuèc bin ®èi ¸p, h¬i ®i vµo tuèc bin d·n në tõ ¸p suÊt p0 ®Õn ¸p suÊt pn, sinh c«ng trong tuèc bin ®Ó kÐo m¸y ph¸t s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng. L−îng ®iÖn m¸y ph¸t s¶n xuÊt ra lµ: N® = G.(i0 - in).ηt®T. ηco.ηmp (7-14) ë ®©y:
i0 vµ in lµ entanpi cña h¬i vµo vµ ra khái tuèc bin øng v¬i ¸p suÊt p0 vµ pn H¬i cã ¸p suÊt pn ®Õn hé tiªu thô nhiÖt cÊp cho hé tiªu thô nhiÖt mét l−îng nhiÖt lµ: Qn = G.(in - i'n). ηt®n (7-15)
ë ®©y:
i'n lµ entanpi cña n−íc ra khái hé tiªu thô nhiÖt øng v¬i ¸p suÊt pn, ηt®n lµ hiÖu suÊt thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt, Tõ (7-14) ta thÊy ë tuèc bin ®èi ¸p, c«ng suÊt ®iÖn tuèc bin s¶n xuÊt ra phô thuéc vµo l−îng h¬i G ®i qua tuèc bin tøc lµ l−îng h¬i mµ hé tiªu thô nhiÖt yªu cÇu, nãi c¸ch kh¸c l−îng ®iÖn s¶n xuÊt ra phô thuéc l−îng nhiÖt hé tiªu thô yªu cÇu. Nh− vËy muèn ®¶m b¶o ®ång thêi ®−îc yªu cÇu cña c¶ phô t¶i ®iÖn vµ nhiÖt th× ph¶i bæ sung thªm mét tuèc bin ng−ng h¬i ®Ó ®¶m b¶o cung cÊp ®iÖn khi hé tiªu thô nhiÖt t¹m ngõng dïng h¬i (l−îng h¬i qua tuèc bin ®èi ¸p b»ng kh«ng). Bªn c¹nh ®ã ph¶i cã thiÕt bÞ gi¶m «n gi¶m ¸p ®Ó ®¶m b¶o l−îng nhiÖt cho hé tiªu thô khi tuèc bin ®èi ¸p kh«ng lµm viÖc. Tuy nhiªn trong trung t©m nhiÖt ®iÖn ®éc lËp (kh«ng nèi víi m¹ng ®iÖn quèc gia hay khu vùc), tuèc bin ®èi ¸p còng kh«ng th«ng dông v× trong mét nhµ m¸y cã hai lo¹i tuèc bin th× s¬ ®å thiÕt bÞ sÏ phøc t¹p, khã vËn hµnh.
7.3.3. Tuèc bin ng−ng h¬i cã cöa trÝch ®iÒu chØnh 7.3.3.1. Tuèc bin ng−ng h¬i cã mét cöa trÝch ®iÒu chØnh
Khi dïng tuèc bin ng−ng h¬i cã 1 cöa trÝch ®iÒu chØnh, l−u l−îng h¬i trÝch cã thÓ ®iÒu chØnh ®−îc. Lo¹i tuèc bin nµy ®· kh¾c phôc ®−îc nh−îc ®iÓm cña tuèc bin ®èi ¸p, phô t¶i ®iÖn vµ nhiÖt kh«ng phô thuéc vµo nhau. S¬ ®å nguyªn lý cña tuèc bin ng−ng h¬i cã mét cöa trÝch ®iÒu chØnh ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 7.15.
ë tuèc bin ng−ng h¬i cã 1 cöa trÝch ®iÒu chØnh, h¬i qu¸ nhiÖt cã th«ng sè p0, v0, l−u l−îng G1 ®i vµo phÇn cao ¸p 1 gi·n në vµ sinh c«ng ë trong ®ã ®Õn ¸p suÊt pn, s¶n xuÊt ra mét l−îng ®iÖn t−¬ng øng lµ N®1. H¬i ra khái phÇn cao ¸p cã ¸p suÊt pn ®−îc trÝch cho hé dïng nhiÖt mét l−îng lµ Gn (®i tíi hé dïng nhiÖt), l−îng h¬i cßn l¹i G2 tiÕp tôc ®i vµo phÇn h¹ ¸p, gi·n në sinh c«ng trong phÇn h¹ ¸p ®Õn ¸p suÊt pk, sinh ra trong phÇn h¹ ¸p mét l−îng ®iÖn N®2, sau ®ã ®i vµo b×nh ng−ng 3.
85
**source: http://bkeps.com
**
Trôc cña phÇn cao ¸p vµ h¹ ¸p nèi chung víi trôc m¸y ph¸t ®iÖn, do ®ã ®iÖn n¨ng s¶n xuÊt ra bao gåm ®iÖn n¨ng phÇn cao ¸p vµ h¹ ¸p s¶n xuÊt ra: N® = N®1 + N®2 (7-16) L−îng ®iÖn n¨ng do phÇn cao ¸p s¶n xuÊt ra: N®1 = G1(i0 - in) ηt®T. ηco.ηmp (7-17) L−îng ®iÖn n¨ng do phÇn h¹ ¸p s¶n xuÊt ra: N®2 = G2.(in - ik) ηt®T. ηco.ηmp (7-18) Hay: N®2 = (G1 - Gn) (in - ik) ηt®T. ηco.ηmp (7-19) vµ cung cÊp cho hé dïng nhiÖt mét l−îng nhiÖt lµ: Qn = Gn.(in - i'n). ηt®n (7-20) trong ®ã: G1 lµ l−u l−îng h¬i ®i vµo phÇn cao ¸p, G2 lµ l−u l−îng h¬i ®i vµo phÇn h¹ ¸p, i0 lµ entanpi cña h¬i vµo tuanbin øng v¬i ¸p suÊt p0, in lµ entanpi cña h¬i ra khái phÇn cao ¸p øng v¬i ¸p suÊt pn, ik lµ entanpi cña h¬i ra khái tuanbin øng v¬i ¸p suÊt pk, Lo¹i tuèc bin h¬i nµy cã thÓ dïng ch¹y phô t¶i ngän vµ ®iÖn s¶n xuÊt ra ®−îc nèi lªn m¹ng l−íi cña vïng hoÆc quèc gia.
H×nh 7.13. tuèc bin ng−ng h¬i H×nh 7.14. tuèc bin ng−ng h¬i cã mét cöa trich cã hai cöa trÝch 1-phÇn cao ¸p cña tuèc bin; 2-phÇn h¹ ¸p cña tuèc bin; 3-B×nh ng−ng; 4-hé tiªu thô nhiÖt; 5-M¸y ph¸t ®iÖn.
86
source: http://bkeps.com
7.3.3.2. Tuèc bin ng−ng h¬i cã hai cöa trÝch ®iÒu chØnh
S¬ ®å nguyªn lý cña tuèc bin ng−ng h¬i cã hai cöa trÝch ®iÒu chØnh ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 7.14. tuèc bin cã ba phÇn: phÇn cao ¸p, phÇn trung ¸p vµ phÇn h¹ ¸p, tuèc bin cung cÊp nhiÖt cho 2 lo¹i hé tiªu thô: hé c«ng nghiÖp vµ hé sè sinh ho¹t. Nguyªn lý lµm viÖc cña tuèc bin ng−ng h¬i cã hai cöa trÝch ®iÒu chØnh nh− sau: H¬i qu¸ nhiÖt cã th«ng sè p0, v0, l−u l−îng G1 ®i vµo phÇn cao ¸p d·n në vµ sinh c«ng ë trong ®ã ®Õn ¸p suÊt pn , s¶n xuÊt ra mét l−îng ®iÖn N®1. H¬i ra khái phÇn cao ¸p cã ¸p suÊt pn ®−îc trÝch cho hé dïng nhiÖt c«ng nghiÖp mét l−îng lµ Gn (®i tíi hé dïng nhiÖt), phÇn cßn l¹i G2 tiÕp tôc ®i vµo phÇn trung ¸p cña tuèc bin d·n në sinh c«ng ë trong ®ã ®Õn ¸p suÊt pT, s¶n xuÊt ra mét l−îng ®iÖn N®2. khi ®i ra khái phÇn trung ¸p h¬i ®−îc t¸ch lµm hai phÇn, phÇn GT cung cÊp cho hé dïng nhiÖt sinh ho¹t, cßn phÇn G3 tiÕp tôc ®i vµo phÇn h¹ ¸p cña tuèc bin, gi·n në sinh c«ng ë trong ®ã ®Õn ¸p suÊt pk, s¶n xuÊt ra mét l−îng ®iÖn N3 vµ ®i vµo b×nh ng−ng 3 ng−ng tô l¹i thµnh n−íc. Tæng ®iÖn n¨ng s¶n xuÊt ra trong c¶ ba phÇn cao ¸p, trung ¸p vµ h¹ ¸p lµ: N® = N®1 + N®2 + N®3 (7-21) Trong ®ã: L−îng ®iÖn n¨ng do phÇn cao ¸p s¶n xuÊt ra: N®1 = G1(i0 - in). ηt®T. ηco.ηmp (7-22) L−îng ®iÖn n¨ng do phÇn trung ¸p s¶n xuÊt ra: N®2 = G2(in – iT). ηt®T. ηco.ηmp (7-23) L−îng ®iÖn n¨ng do phÇn h¹ ¸p s¶n xuÊt ra: N®3 = G3 (iT – ik). ηt®T. ηco.ηmp (7-24) NhiÖt n¨ng tuèc bin cung cÊp cho hé dïng nhiÖt lµ: Q = Qn + QT (7-25) trong ®ã cho hé dïng nhiÖt c«ng nghiÖp lµ: Qn = Gn.(in - i'n). ηt®n (7-26) cho hé dïng nhiÖt sinh ho¹t lµ: QT = GT.(iT - i'T). ηt®n (7-27)
ë tuèc bin cã 1 hay 2 cöa trÝch ®iÒu chØnh, ¸p suÊt h¬i cöa trÝch Pn, PT ®−îc thiÕt kÕ theo yªu cÇu cña lo¹i hé tiªu thô h¬i vµ l−u l−îng h¬i qua c¸c cöa trÝch nµy cã thÓ ®iÒu chØnh ®−îc theo yªu cÇu cña hé dïng nhiÖt. 7.4. Tuèc bin ®èi ¸p cã mét cöa trÝch ®iÒu chØnh
Tuèc bin ®èi ¸p cã mét cña trÝch ®iÒu chØnh cã chøc n¨ng gièng nh− tuèc bin ng−ng h¬i cã hai cöa trÝch ®iÒu chØnh.
87
**source: http://bkeps.com
**
Ch−¬ng 8. CÊU TRóC, THIÕT BÞ PHô vµ ®iÒu chØnh Tuèc bin
8.1. CÊU TRóC tuèc bin 8.1.1. Th©n tuèc bin §Ó thuËn tiÖn khi chÕ t¹o vµ l¾p r¸p, th©n tuèc bin däc trôc ®−îc chÕ t¹o mét mÆt bÝch ngang vµ mét hoÆc hai mÆt bÝch däc. Th©n cã thÓ chÕ t¹o b»ng gang ®óc, thÐp ®óc hoÆc thÐp hµn. Th©n b»ng gang ®óc th−êng dïng cho c¸c tuèc bin lµm viÖc ë nhiÖt ®é tíi 350 C. Khi nhiÖt ®é lµm viÖc tíi 4500C th× th©n tuèc bin ph¶i lµm b»ng thÐp cacbon. Khi nhiÖt ®é lµm viÖc cao h¬n 4500C th× th©n tuèc bin ph¶i lµm b»ng thÐp hîp kim. §Æc biÖt khi nhiÖt ®é lµm viÖc cao h¬n 5500C th× th©n tuèc bin ph¶i lµm hai líp, gäi lµ th©n kÐp. Gi÷a hai líp cña th©n chøa h¬i cã th«ng sè trung b×nh trÝch tõ mét tÇng trung gian nµo ®ã, v× vËy bÒ dµy cña th©n sÏ nhá h¬n nhiÒu so víi th©n ®¬n (1 líp), ®ång thêi líp ngoµi lµm viÖc ë ®iÒu kiÖn nhÑ nhµng h¬n nªn cã thÓ chÕ t¹o b»ng thÐp c¸cbon.
0
8.1.2. R«to tuèc bin Roto cña tuèc bin xung lùc lµ trôc cã g¾n c¸c b¸nh ®éng ®−îc biÓu diÔn trªn H×nh 8.1. Khi roto lµm viÖc trong vïng h¬i cã nhiÖt ®é nhá h¬n 4000C th× b¸nh ®éng ®−îc rÌn riªng tõng b¸nh vµ ®−îc l¾p chÆt trªn trôc H×nh 8.2.
**H×nh 8.1. Roto tuèc bin xung lùc cã b¸nh ®éng l¾p chÆt trªn trôc
**
88
source: http://bkeps.com
H×nh 8.2. R«to tuèc bin xung lùc cã trôc vµ b¸nh ®éng ®−îc rÌn liÒn Khi roto lµm viÖc trong vïng h¬i cã nhiÖt ®é lín h¬n 4000C th× trôc vµ b¸nh ®éng ®−îc rÌn liÒn, ®−îc biÓu diÔn trªn H×nh 8.3. ë tuèc bin ph¶n lùc, roto cã d¹ng thïng (tang trèng). HiÖn nay roto kiÓu tang trèng th−êng ®−îc chÕ t¹o gåm nh÷ng vµnh riªng biÖt hµn l¹i víi nhau, phÇn ®Çu vµ cuèi cña roto ®−îc rÌn liÒn víi trôc. ë tuèc bin nµy, tÇng ®iÒu chØnh vÉn ®−îc chÕ t¹o kiÓu tÇng kÐp xung lùc cã b¸nh ®éng l¾p chÆt trªn trôc nh− biÓu diÔn trªn H×nh 8.3.
**H×nh 8.3. R«to tuèc bin ph¶n lùc
**
89
**source: http://bkeps.com
**
Roto tuèc bin cã ®é dµi ®¸ng kÓ gi÷a hai æ ®ì, do ®ã nã lµ mét hÖ thèng ®µn håi cã tÇn sè dao ®éng riªng x¸c ®Þnh. §Ó ®¶m b¶o cho roto lµm viÖc æn ®Þnh vµ an toµn th× sè vßng quay ®Þnh møc cña roto kh«ng ®−îc trïng víi sè vßng quay tíi h¹n, tøc lµ tÇn sè dao ®éng ngang cña roto kh«ng ®−îc trïng víi tÇn sè lµm viÖc cña m¸y ph¸t ®iÖn (tÇn sè dßng ®iÖn). PhÇn lín c¸c nhµ chÕ t¹o lÊy sè vßng quay ®Þnh møc lín h¬n hoÆc bÐ h¬n 3040% sè vßng quay tíi h¹n. Nh÷ng trôc cã sè vßng quay ®Þnh møc nhá h¬n sè vßng quay tíi h¹n th× gäi lµ trôc cøng, nh÷ng trôc cã sè vßng quay ®Þnh møc lín h¬n sè vßng quay tíi h¹n th× gäi lµ trôc mÒm. §Ó ®¶m b¶o an toµn khi khëi ®éng tuèc bin cã trôc mÒm, cÇn ph¶i v−ît qua thËt nhanh vïng cã sè vßng quay tíi h¹n. 8.1.3. Bé chÌn tuèc bin Khi chuyÓn ®éng trong phÇn truyÒn h¬i cña tuèc bin, lu«n cã mét l−îng h¬i kh«ng ®i qua r·nh èng phun mµ ®i qua khe hë gi÷a b¸nh tÜnh vµ trôc tuèc bin.
a)
b)
c)
**H×nh 8.4. Bé chÌn tuèc bin a- ChÌn c©y th«ng; b- chÌn r¨ng l−îc; c-chÌn ®Ønh c¸nh
**
90
**source: http://bkeps.com
**
MÆt kh¸c cã mét l−îng h¬i kh«ng ®i qua r·nh c¸nh ®éng mµ ®i qua lç c©n b»ng trªn b¸nh ®éng vµ qua khe hë gi÷a th©n tuèc bin vµ ®Ønh c¸nh. Ngoµi ra, do ¸p suÊt h¬i phÝa ®Çu cña tuèc bin lín h¬n ¸p suÊt khÝ quyÓn nªn sÏ cã mét l−îng h¬i ch¶y tõ trong tuèc bin ra ngoµi khÝ quyÓn qua lç xuyªn trôc ë phÝa ®Çu tuèc bin. L−îng h¬i nµy sÏ kh«ng tham gia qu¸ tr×nh biÕn nhiÖt n¨ng thµnh ®éng n¨ng vµ ®−îc gäi lµ l−îng h¬i rß rØ. Ngoµi sù rß rØ h¬i nªu trªn, v× ¸p suÊt h¬i phÇn cuèi cña tuèc bin nhá h¬n ¸p suÊt khÝ quyÓn nªn sÏ cã mét phÇn kh«ng khÝ lät vµo khoang h¬i ë cuèi tuèc bin theo khe hë gi÷a trôc vµ th©n. §Ó gi¶m bít l−îng h¬i rß rØ tõ tÇng nµy qua tÇng kh¸c, rß rØ tõ tuèc bin ra ngoµi hoÆc kh«ng khÝ lät tõ ngoµi vµo trong tuèc bin ng−êi ta ®Æt bé chÌn. Bé chÌn ®−îc chØ ra trªn H×nh 8.4, ®−îc ®Æt vµo khe hë cÇn chÌn sÏ lµm t¨ng trë lùc cña khe do ®ã gi¶m ®−îc l−îng h¬i rß rØ qua ®ã. Cã 2 lo¹i bé chÌn: chÌn r¨ng l−îc vµ chÌn c©y th«ng, hiÖn nay dïng phæ biÕn nhÊt lµ chÌn r¨ng l−îc. Bé chÌn r¨ng l−îc gåm mét sè r¨ng l−îc g¾n vµo th©n t¹o nªn nh÷ng khe hë hÑp vµ nh÷ng buång d·n në h¬i gi÷a r¨ng chÌn vµ roto (trôc). Khi h¬i ®i qua khe hÑp, ¸p suÊt gi¶m vµ téc ®é t¨ng, khi vµo buång d·n në ®éng n¨ng dßng h¬i bÞ mÊt hoµn toµn do t¹o nªn chuyÓn ®éng xo¸y vµ biÕn thµnh nhiÖt n¨ng. H¬i tiÕp tôc ®i qua khe hë tiÕp theo, mét lÇn n÷a l¹i t¨ng tèc ®é råi l¹i bÞ mÊt ®éng n¨ng trong buång d·n në tiÕp theo ®ã, qu¸ tr×nh cø lÆp l¹i liªn tiÕp do ®ã l−îng h¬i qua khe hë chÌn gi¶m xuèng. Sè r¨ng chÌn cµng lín th× l−îng h¬i râ rØ qua bé chÌn cµng nhá. 8.2. THIÕT BÞ PHU 8.2.1. B×nh ng−ng Ta biÕt r»ng c«ng suÊt tuèc bin t¨ng lªn khi t¨ng th«ng sè ®Çu hoÆc gi¶m th«ng sè cuèi cña h¬i. NhiÖt ®é cña h¬i ra khái tuèc bin bÞ h¹n chÕ bëi nhiÖt ®é n−íc lµm m¸t nã (n−íc tuÇn hoµn) vµ th−êng cao h¬n nhiÖt ®é cña cña n−íc lµm m¸t tõ 8 ®Õn 100C. N−íc lµm m¸t lÊy tõ ao, hå, s«ng, suèi, cã nhiÖt ®é kho¶ng 20-250C tïy thuéc vµo mïa vµ ®iÒu kiÖn ®Þa lý cña nhµ m¸y, nghÜa lµ h¬i b·o hßa khi ra khái tuèc bin chØ cã thÓ ng−ng tô ë nhiÖt ®é kho¶ng tõ 30-350C, t−¬ng èng víi ¸p suÊt cuèi tuèc bin tõ 0,03-0,04 bar. §Ó ®¶m b¶o ®−îc tr¹ng th¸i nµy, ng−êi ta nèi èng tho¸t h¬i cña tuèc bin víi b×nh ng−ng, ®é ch©n kh«ng trong b×nh ng−ng ®−îc t¹o nªn nhê h¬i ng−ng tô thµnh n−íc vµ nhê c¸c thiÕt bÞ ®Æc biÖt nh− ªject¬ hoÆc b¬m ch©n kh«ng. C¸c thiÕt bÞ nµy sÏ liªn tôc hót kh«ng khÝ ra khái b×nh ng−ng. Trong nhµ m¸y ®iÖn, ®Ó ®¶m b¶o chÊt l−îng n−íc ng−ng ng−êi ta chØ ¸p dông b×nh ng−ng kiÓu bÒ mÆt. S¬ ®å cÊu t¹o b×nh ng−ng bÒ mÆt ®−îc biÓu diÔn trªn H×nh 8.8. 1-èng n−íc ra; 2-n¾p; 3, 5-th©n; 4-MÆt sµng; 6-cæ b×nh ng−ng; 7-èng ®ång; 8-Bån chøa n−íc ng−ng; 8-èng n−íc vµolµm m¸t. H¬i ®i trªn xuèng bao bäc xung quanh bÒ mÆt ngoµi èng ®ång, nh¶ nhiÖt cho n−íc lµm m¸t ®i trong èng ®ång vµ ng−ng tô thµnh n−íc. N−íc chuyÓn ®éng tõ phÝa d−íi lªn trªn ng−îc chiÒu dßng h¬i. B×nh ng−ng cã s¬ ®å chuyÓn ®éng cña n−íc lµm m¸t thµnh 2 chÆng nh− vËy th× ®−îc gäi lµ b×nh ng−ng 2 chÆng. T−¬ng tù nh− thÕ cã
91
**source: http://bkeps.com
**
thÓ cã b×nh ng−ng 3 chÆng, 4 chÆng. Sau khi nh¶ nhiÖt cho n−íc lµm m¸t, h¬i ®−îc ng−ng tô l¹i r¬i ch¶y xuèng b×nh chøa ë d−íi ®¸y b×nh ng−ng vµ tõ ®ã ®−îc b¬m ®i b»ng b¬m n−íc ng−ng, cßn n−íc lµm m¸t ®i trong hÖ thèng èng ®ång gäi lµ n−íc tuÇn hoµn ®−îc lÊy tõ s«ng, hå vµ ®−îc cung cÊp bëi b¬m tuÇn hoµn.
H×nh 8.8. B×nh ng−ng kiÓu bÒ mÆt B×nh ng−ng ph¶i ®¶m b¶o thËt kÝn, nÕu kh«ng kÝn, kh«ng khÝ bªn ngoµi lät vµo sÏ lµm gi¶m ®é ch©n kh«ng, nghÜa lµ lµm t¨ng ¸p suÊt cuèi tuèc bin vµ cã thÓ lµm gi¶m mét c¸ch ®ét ngét kh¶ n¨ng truyÒn nhiÖt trªn c¸c bÒ mÆt èng lµm m¸t, lµm gi¶m c«ng suÊt tuèc bin. MÆt kh¸c c¸c èng ®ång trong b×nh ng−ng còng ph¶i thËt kÝn ®Ó tr¸nh sù rß rØ cña ng−íc tuÇn hoµn vµo n−íc ng−ng, lµm gi¶m chÊt l−îng n−íc ng−ng. §Ó b¶o ®¶m ®é ch©n kh«ng s©u, ng−êi ta t×m c¸ch gi¶m trë lùc cña b×nh ng−ng ®èi víi h¬i vµ tæ chøc viÖc rót kh«ng khÝ ra khái b×nh ng−ng mét c¸ch liªn tôc. NhiÖt l−îng h¬i nh¶ ra khi ng−ng tô thµnh n−íc trong b×nh ng−ng: Qbn = Gh(i''bn - i'bn), (KW) (8-1) NÕu coi hiÖu suÊt b×nh ng−ng b»ng 1 th× nhiÖt l−îng ®ã chÝnh b»ng nhiÖt l−îng n−íc tuÇn hoµn nhËn ®−îc: Qbn = GnCn(t''th -t'th), (KW) (8-2) Trong ®ã: Gh, Gn (kg/s) lµ l−u l−îng h¬i vµ n−íc tuÇn hoµn vµo b×nh ng−ng, i''bn , i'bn (KJ/kg) lµ entanpi cña h¬i vµo vµ ra khái b×nh ng−ng, t''bn , t'bn (0C) lµ nhiÖt ®é n−íc tuÇn hoµn vµo vµ ra khái b×nh ng−ng, Tõ (8-1) vµ (8-2) ta cã: Qbn = Gh(i''bn - i'bn) = GnCn(t''th -t'th), (8-3) G Hay: (i''bn - i'bn) = n Cn(t''th -t'th), (8-4) Gh
Gn = m gäi lµ béi sè tuÇn hoµn (kg n−íc/kg h¬i) Gh Tõ (8-4) ta thÊy nhiÖt ®é cña n−íc trong b×nh ng−ng tøc lµ ¸p suÊt trong b×nh ng−ng phô thuéc chñ yÕu vµo nhiÖt ®é ban ®Çu cña n−íc tuÇn hoµn vµ béi sè tuÇn hoµn.
92
**source: http://bkeps.com
**
8.2.2. £ject¬
§Ó duy tr× ®é ch©n kh«ng cÇn thiÕt trong b×nh ng−ng cÇn hót liªn tôc kh«ng khÝ ra khái b×nh ng−ng, muèn vËy ng−êi ta dïng c¸c thiÕt bÞ th¶i kh«ng khÝ ®Æc biÖt, phæ biÕn nhÊt lµ c¸c ªject¬ h¬i. £ject¬ gåm èng phun h¬i A ®Æt trong buång thu nhËn B, buång nµy ®−îc nèi víi èng khuÕch t¸n C. Nguyªn lý cÊu t¹o cña £ject¬ ®−îc biÓu diÔn trªn H×nh 8.8.
B
Hçn hîp bÞ nÐn kh«ng khÝ - h¬i 2 3
1 H¬i A
**H×nh 8-8: S¬ ®å nguyªn lý ªject¬
**
2 3 C
H¬i ®−îc d·n në trong èng phun ®Õn ¸p suÊt b»ng víi ¸p suÊt trong buång thu nhËn. ¸p suÊt nµy gÇn b»ng (nhá h¬n) ¸p suÊt ë ®iÓm rót hçn hîp kh«ng khÝ-h¬i n−íc. Khi ra khái èng phun A, h¬i cãtèc®é lín vµ cuèn theo hçn hîp kh«ng khÝ-h¬i n−íc tõ buång B vµo èng khuÕch t¸n. V× thÕ buång B (gi÷a tiÕt diÖn 1-1 vµ 2-2) ®−îc gäi lµ buång hçn hîp. ë èng khuÕch t¸n, hçn hîp h¬i vµ kh«ng khÝ bÞ nÐn ®Õn 1 ¸p suÊt ®ñ ®Ó th¶i nã ra khái ªject¬. ¸p lùc h¬i vµo èng phun cña ªject¬ th−êng lµ 6 hoÆc 12 at.
H¬i vµo
6
eject¬ cÊp 1 1
eject¬ cÊp 2
3 5
4
7
2
7
H×nh 8-9: S¬ ®å eject¬ hai cÊp 1, 3-èng khÕch t¸n; 2, 4-b×nh lµm l¹nh; 5®−êng x¶; 6-khÝ kh«ng ng−ng+h¬i; 7-n−íc ng−ng
93
**source: http://bkeps.com
**
Trong nhµ m¸y ®iÖn, theo nhiÖm vô ªject¬ ®−îc chia thµnh thµnh 2 lo¹i: eject¬ khëi ®éng vµ eject¬ chÝnh. eject¬ khëi ®éng dïng ®Ó t¨ng tèc ®é t¹o ch©n kh«ng khi khëi ®éng tuèc bin vµ trong thêi gian khëi ®éng tuèc bin th× nã lµm viÖc song song víi ªject¬ chÝnh. Khi khëi ®éng xong th× ªject¬ nµy ngõng ho¹t ®éng, cßn eject¬ chÝnh vÉn liªn tôc lµm viÖc liªn tôc tõ khi khëi ®éng cho ®Õn khi dõng tuèc bin. V× eject¬ mét cÊp th−êng kh«ng thÓ t¹o thµnh ®é ch©n kh«ng s©u, nªn eject¬ chÝnh ®−îc chÕ t¹o hai cÊp hoÆc ba cÊp. Ngoµi ra ®Ó n©ng cao ®é kinh tÕ, ng−êi ta th−êng lµm thªm b×nh lµm l¹nh ®Ó lµm l¹nh hçn hîp kh«ng khÝ h¬i do eject¬ th¶i ra nh»m gi÷ l¹i l−îng n−íc ng−ng ®äng tõ h¬i qua eject¬. H¬i tho¸t
1
3 II I 2 4
H×nh 8-10: S¬ ®å nèi eject¬ víi b×nh ng−ng 1-b×nh ng−ng; 2-b¬m n−íc ng−ng; 3-ejject¬; 4-®−êng t¸i tuÇn hoµn
94
**source: http://bkeps.com
**
8.3. ®iÒu chØnh tuèc bin 8.3.1. Kh¸i niÖm vÒ ®iÒu chØnh tuèc bin h¬i
Tuèc bin h¬i trong nhµ m¸y ®iÖn dïng ®Ó kÐo m¸y ph¸t ®iÖn s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng. ChÊt l−îng dßng ®iÖn cµng cao khi tÇn sè dßng ®iÖn cµng æn ®Þnh, nghÜa lµ tèc ®é quay cña m¸y ph¸t cµng æn ®Þnh, v× vËy tuèc bin-m¸y ph¸t ph¶i lµm viÖc víi sè vßng quay kh«ng ®æi ®Ó ®¶m b¶o cho tÇn sè cña dßng ®iÖn lu«n lu«n æn ®Þnh. M« mem quay cña roto tuèc bin do c«ng cña dßng h¬i sinh ra, cßn m« men c¶n cña m¸y ph¸t do phô t¶i ®iÖn sinh ra trªn c¸c cùc cña m¸y ph¸t. C«ng suÊt cña tuèc bin ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: Ni = GHi , [kw] (8-5) HoÆc: (8-6 Ni = GH0ηtd
ë ®©y: H0 nhiÖt d¸ng lý thuyÕt cña tuèc bin (kh«ng kÓ ®Õn tæn thÊt) (kJ/kg) Hi lµ nhiÖt gi¸ng thùc tÕ cña tuèc bin ηtd lµ hiÖu suÊt trong t−¬ng ®èi cña tuèc bin. Tõ (8-5) ta thÊy c«ng suÊt tuèc bin tØ lÖ thuËn víi l−u l−îng h¬i vµ nhiÖt d¸ng. Sù c©n b»ng gi÷a c«ng suÊt hiÖu dông trªn khíp trôc tuèc bin víi phô t¶i ®iÖn ®−îc biÓu diÓn b»ng ph−¬ng tr×nh:
N hd = N d + N tt + (I t + I mf )ω
dω dτ
(8-7)
It, Img lµ momen qu¸n tÝnh cña r« to tuèc bin vµ m¸y ph¸t, Nhd lµ c«ng suÊt hiÖu dông trªn khíp trôc tuèc bin, N® lµ c«ng suÊt ®iÖn trªn c¸c cùc cña m¸y ph¸t (phô thuéc vµo phô t¶i cña hé tiªu thô bªn ngoµi), Ntt lµ tæn thÊt c«ng suÊt trªn c¸c æ trôc vµ tæn thÊt nhiÖt trong m¸y ph¸t. Tõ (8-7) ta thÊy: Phô t¶i trªn c¸c cùc cña m¸y ph¸t ®iÖn N® ph¶i lu«n lu«n c©n b»ng víi c«ng Nhd trªn trôc tuèc bin. NghÜa lµ sù thay ®æi phô t¶i trªn c¸c cùc cña m¸y ph¸t ph¶i phï hîp víi sù thay ®æi c«ng suÊt trªn trôc tuèc bin. Mçi gi¸ trÞ phô t¶i x¸c ®Þnh trªn cùc cña m¸y ph¸t t−¬ng øng víi mét gi¸ trÞ m«men quay trªn trôc tuèc bin, nghÜa lµ t−¬ng øng víi mét l−u l−îng h¬i qua tuèc bin. Khi phô t¶i thay ®æi sÏ t¹o ra sù mÊt c©n b»ng gi÷a m« men c¶n vµ m«men quay, do ®ã dÉn ®Õn sè vßng quay cña r« to thay ®æi. Khi ®ang ë tr¹ng th¸i c©n b»ng, nÕu phô t¶i N® cña m¸y ph¸t thay ®æi trong khi momen quay cña tuèc bin ch−a thay ®æi (tøc Nhd ch−a thay ®æi) sÏ t¹o ra sù mÊt c©n b»ng gi÷a c«ng suÊt cña tuèc bin vµ c«ng suÊt cña m¸y ph¸t, theo (8-5) th× tèc ®é ω tuèc bin-m¸y ph¸t sÏ thay ®æi . Râ rµng khi N® t¨ng th× sè vßng quay ω gi¶m ®i. §Ó duy tr× ω =const, cÇn ph¶i t¨ng l−îng h¬i vµo tuèc bin ®Ó t¨ng c«ng suÊt Nhd cña tuèc bin lªn t−¬ng øng. Tãm l¹i, bÊt kú mét sù thay ®æi nµo cña phô t¶i ®iÖn còng sÏ kÐo theo sù thay ®æi sè vßng quay cña tuèc bin (tèc ®é quay cña r« to tuèc bin-m¸y ph¸t). Sè vßng quay sÏ thay ®æi ®Õn chõng nµo mµ c¬ cÊu ph©n phèi h¬i ch−a lµm thay ®æi l−u l−îng h¬i vaß tuèc
95
**source: http://bkeps.com
**
bin, nghÜa lµ ch−a thiÕt lËp ®−îc sù c©n b»ng míi gi÷a m« men c¶n cña phô t¶i ®iÖn vµ m«men quay, tøc lµ gi÷a c«ng suÊt cña tuèc bin vµ c«ng suÊt cña m¸y ph¸t. ViÖc phôc håi l¹i sù c©n b»ng cña ph−¬ng tr×nh (8-7) víi bÊt kú sù thay ®æi nµo cña phô t¶i N® lµ nhiÖm vô cña bé ®iÒu chØnh tèc ®é (tøc lµ ®iÒu chØnh sè vßng quay). Bé ®iÒu chØnh tèc ®é ®−îc nèi liªn ®éng víi c¬ cÊu tù ®éng ®iÒu chØnh van ph©n phèi h¬i cña tuèc bin ®Ó ®iÒu chØnh l−îng h¬i vµo tuèc bin phï hîp víi phô t¶i ®iÖn. Khi phô t¶i ®iÖn thay ®æi, cÇn ph¶i thay ®æi l−u l−îng h¬i vµo tuèc bin ®Ó thay ®æi c«ng suÊt tuèc bin cho phï hîp víi sù thay ®æi phô t¶i ®iÖn. L−u l−îng h¬i ®−îc thay ®æi nhê hÖ thèng ph©n phèi h¬i vµ hÖ thèng ®iÒu chØnh cña tuèc bin. HÖ thèng ph©n phèi h¬i gåm cã c¸c van vµ c¸c èng dÉn h¬i vµo tuèc bin HÖ thèng ®iÒu chØnh gåm cã bé phËn ®iÒu chØnh vµ c¸c c¬ cÊu ®Ó truyÒn t¸c ®éng ®Õn c¸c van ph©n phèi h¬i (nh−: cam, tay ®ßn ...)
8.3.2. C¸c ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh l−u l−îng h¬i vµo tuèc bin
Khi phô t¶i ®iÖn thay ®æi, muèn tèc ®é quay cña tæ tuèc bin-m¸y ph¸t kh«ng ®æi th× cÇn ph¶i ®iÒu chØnh l−u l−îng h¬i vµo tuèc bin thay ®æi phï hîp víi phô t¶i. §Ó ®iÓu chØnh l−u l−îng h¬i vµo tuèc bin, ng−êi ta th−êng ¸p dông 3 ph−¬ng ph¸p ph©n phèi h¬i vµo tuèc bin: - Ph©n phèi h¬i b»ng tiÕt l−u (h 8.9a), - Ph©n phèi h¬i b»ng èng phun (h 8.9b), - Ph©n phèi h¬i ®i t¾t (h 8.9c), Khi ph©n phèi b»ng tiÕt l−u, toµn bé h¬i ®−îc ®−a vµo tÇng ®Çu cña tuèc bin qua mét van ®Æc biÖt, van nµy thùc hiÖn viÖc ®iÒu chØnh l−u l−îng h¬i ®i qua nã, ®ång thêi lµm cho dßng h¬i bÞ tiÕt l−u h¬i, nghÜa lµ ¸p suÊt h¬i qua ®ã sÏ gi¶m ®i nh−ng entanpi kh«ng thay ®æi (h 8.9a). Khi ph©n phèi b»ng èng phun th× h¬i ®i qua mét sè van ®iÒu chØnh ®Æt song song, nh÷ng van nµy sÏ lÇn l−ît më hoÆc ®ãng ®Ó ®iÒu chØnh l−u l−îng h¬i vµo c¸c èng phun cña tuèc bin (h 8.9b) Khi ph©n phèi b»ng ®i t¾t th× h¬i kh«ng nh÷ng ®−îc ®−a vµo tÇng ®Çu mµ cßn ®−a vµo mét (hoÆc mét sè) tÇng trung gian qua c¸c van tiÕt l−u (h 8.9c)
8.3.2.1. Ph©n phèi h¬i b»ng tiÕt l−u
Khi ph©n phèi h¬i b»ng tiÕt l−u, h¬i míi ®−îc ®−a vµo tuèc bin qua mét van ®iÒu chØnh tiÕt l−u chung, sau ®ã ®i vµo toµn bé èng phun cña tÇng thø nhÊt (e =1). Víi c¸c tuèc bin c«ng suÊt lín th× l−u l−îng h¬i lín, ng−êi ta cho h¬i qua ®ång thêi hai van ®Æt song song theo hai ®−êng dÉn h¬i riªng biÖt. øng víi c«ng suÊt kinh tÕ cña tuèc bin th× van ®iÒu chØnh tiÕt l−u sÏ më hoµn toµn vµ qu¸ tr×nh d·n në cña h¬i cã thÓ biÓu diÔn b»ng ®−êng a- b trªn h×nh 8.10. NhiÖt d¸ng thùc tÕ cña tÇng sÏ b»ng Hi. Khi cÇn gi¶m c«ng suÊt cña tuèc bin, tøc lµ gi¶m l−u l−îng h¬i vµo tuèc bin, ng−êi ta thay ®æi ®é më cña van ®iÒu chØnh, khi ®ã x¶y ra qu¸ tr×nh tiÕt l−u víi i = const. Nh− vËy, sù thay ®æi l−u l−îng h¬i qua van ®iÒu chØnh b»ng ph−¬ng ph¸p tiÕt
96
**source: http://bkeps.com
**
l−u cã liªn quan ®Õn sù thay ®æi ¸p suÊt cña h¬i ë sau van, nghÜa lµ ¸p suÊt h¬i gi¶m ®i vµ do ®ã nhiÖt gi¸ng còng gi¶m ®i, qu¸ tr×nh ®−îc biÓu diÔn b»ng ®o¹n cd, nhiÖt d¸ng cña tÇng sÏ lµ H'i. HiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh còng sÏ gi¶m ®i
b) H×nh 8.10. Ph©n phèi b»ng tiÕt l−u a- So ®å nguyªn lý; b- Qu¸ tr×nh tiÕt l−u h¬i 1- Van Stop; 2-Van tiÕt l−u, 3-Tuèc bin Khi phô t¶i cña tuèc bin cµng gi¶m th× l−u l−îng h¬i vµo cµng gi¶m, nghÜa lµ tæn thÊt tiÕt l−u cµng t¨ng. Nh− vËy, nÕu tuèc bin lµm viÖc ë chÕ ®é non t¶i mµ thùc hiÖn viÖc ®iÒu chØnh b»ng ph−¬ng ph¸p tiÕt l−u lµ kh«ng kinh tÕ. V× thÕ viÖc ph©n phèi h¬i b»ng tiÕt l−u chØ ¸p dông cho nh÷ng tuèc bin th−êng vËn hµnh ë chÕ ®Þnh møc vµ Ýt thay ®æi phô t¶i (tuèc bin mang phô t¶i gèc). 8.3.2.2. Ph©n phèi h¬i b»ng èng phun
a)
Khi ph©n phèi h¬i b»ng èng phun th× h¬i ®i vµo c¸c èng phun cña tÇng ®Çu qua mét sè (tõ 4 ®Õn 10) van gäi lµ van ®iÒu chØnh (cßn gäi lµ xup¸p ®iÒu chØnh). Mçi van ®iÒu chØnh ®−îc nèi víi mét côm èng phun. øng víi phô t¶i ®Þnh møc (c«ng suÊt ®Þnh møc) th× tÊt c¶ c¸c van ®iÒu chØnh më hoµn toµn, ®é phun h¬i cã thÓ b»ng hoÆc nhá h¬n 1 (e ≤ 1). Khi thay ®æi phô t¶i th× c¸c van ®iÒu chØnh sÏ lÇn l−ît ®−îc ®ãng bít hoÆc më thªm (tuú theo phô t¶i gi¶m ®i hoÆc t¨ng lªn). VÝ dô khi b¾t ®Çu khëi ®éng tuèc bin th× van 1 më tr−íc, khi van 1 ®· më hoµn toµn ®Õn l−ît van 2, cø thÕ cho ®Õn khi tÊt c¶ c¸c van ®· më hoµn toµn th× c«ng suÊt sÏ ®¹t gi¸ trÞ ®Þnh møc, lóc cÇn gi¶m c«ng suÊt th× c¸c van sÏ lÇn l−ît ®ãng bít l¹i ®Ó gi¶m l−îng h¬i vµo tuèc bin cho phï hîp víi c«ng suÊt yªu cÇu. V× vËy ®é phun h¬i cña cña tÇng ®iÒu chØnh thay ®æi tuú theo sè van më. Trong giíi h¹n më (®é më) cña mét van sÏ x¶y ra qu¸ tr×nh tiÕt l−u, do ®ã sinh ra tæn thÊt. Nh−ng kh«ng ph¶i toµn bé l−u l−îng h¬i qua tuèc bin ®Òu bÞ tiÕt l−u mµ chØ cã mét phÇn h¬i ®i qua van nµo kh«ng më hoµn toµn míi bÞ tiÕt l−u, cßn c¸c van ®· më hoµn toµn th× kh«ng bÞ tiÕt l−u, do ®ã tæn thÊt tiÕt l−u trong tr−êng hîp ph©n phèi h¬i b»ng èng phun nhá h¬n khi ph©n phèi h¬i b»ng tiÕt l−u. HiÖu suÊt cña tuèc bin khi thay ®æi phô t¶i còng æn ®Þnh h¬n.
97
source: http://bkeps.com
a) b) H×nh 8.9. S¬ ®å nguyªn lý ph©n phèi h¬i trong tuèc bin a. Ph©n phèi b»ng èng phun; b. Ph©n phèi t¾t 8.3.2.3. Ph©n phèi h¬i ®i t¾t ë c¸c tuèc bin thùc hiÖn ph©n phèi h¬i b»ng tiÕt l−u, th−êng ¸p dông ph−¬ng ph¸p ph©n phèi ®i t¾t bªn ngoµi vµ ®Æc biÖt th−êng ¸p dông cho c¸c tuèc bin ph¶n lùc. Van tiÕt l−u chÝnh ®−a h¬i vµo toµn bé èng phun cña tÇng ®Çu (e =1). Khi van tiÕt l−u chÝnh më hoµn toµn th× tuèc bin ®¹t c«ng suÊt kinh tÕ, khi ®ã ¸p suÊt h¬i tr−íc èng phun cña tÇng ®Çu ®¹t tíi trÞ sè giíi h¹n. ViÖc t¨ng c«ng suÊt tuèc bin tíi gi¸ trÞ ®Þnh møc ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸ch ®−a h¬i míi vµo c¸c tÇng trung gian qua c¸c buång A gäi lµ c¸c buång qu¸ t¶i. Khi ®−a h¬i míi vµo buång A th× ¸p suÊt ë ®ã t¨ng lªn do ®ã l−u l−îng h¬i qua c¸c tÇng sau sÏ t¨ng lªn bëi v× tiÕt diÖn truyÒn h¬i cña tÇng qu¸ t¶i (tÇng ë ngay sau buång A) lín h¬n so víi tÇng ®Çu, khi ®ã c«ng suÊt cña tuèc bin t¨ng lªn, mÆc dï l−u l−îng h¬i qua c¸c tÇng ë phÝa tr−íc buång qu¸ t¶i cã gi¶m ®i chót Ýt. NÕu tuèc bin chØ cã mét van ®i t¾t 2 th× khi nã më hoµn toµn, ¸p suÊt ë buång A sÏ ®¹t gi¸ trÞ giíi h¹n vµ c«ng suÊt cña tuèc bin ®¹t tíi ®Þnh møc. NÕu trªn tuèc bin ®Æt 2 van t¾t th× viÖc t¨ng c«ng suÊt ®Õn ®Þnh møc sÏ ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸ch ®−a h¬i vµo buång qu¸ t¶i thø hai A1. L−u l−îng h¬i qua tÊt c¶ c¸c tÇng ë sau buång A1 sÏ t¨ng lªn, cßn qua c¸c tÇng ë tr−íc buång A1 gi¶m. Tuy nhiªn sù t¨ng c«ng suÊt ë c¸c tÇng sau buång A1 x¶y ra nhanh h¬n lµ sù gi¶m c«ng suÊt ë c¸c tÇng tr−íc buång A1, do ®ã vÉn b¶o ®¶m t¨ng c«ng suÊt cña tuèc bin tíi ®Þnh møc ë c«ng suÊt ®Þnh møc, ¸p suÊt h¬i trong buång A ph¶i nhá h¬n ¸p suÊt ë tr−íc èng phun cña tÇng ®Çu, cßn ¸p suÊt ë buång A1 th× ph¶i nhá h¬n ë buång A. Cã nh− vËy míi ®¶m b¶o cã ®−îc mét l−îng h¬i võa ®ñ l−u th«ng qua nh÷ng tÇng ®Çu ®Ó lµm m¸t nh÷ng tÇng nµy khi chóng lµm viÖc kh«ng t¶i. Khi ®iÒu chØnh t¾t th× hiÖu suÊt cao nhÊt cña tuèc bin ®¹t ®−îc ë chÕ ®é phô t¶i kinh tÕ, bëi v× khi ®ã h¬i kh«ng bÞ tiÕt l−u. ë nh÷ng tuèc bin hiÖn ®¹i, ®iÒu chØnh b»ng tiÕt l−u th−êng chØ cã mét tÇng qu¸ t¶i, Ýt khi ng−êi ta lµm 2 vµ 3 tÇng qu¸ t¶i.
98
**source: http://bkeps.com
**
8.4. C¸c s¬ ®å ®iÒu chØnh tuèc bin h¬i 8.4.1. S¬ ®å ®iÒu chØnh trùc tiÕp
Nh− ®· ph©n tÝch ë trªn, bÊt kú mét sù thay ®æi nµo cña phô t¶i ®iÖn ®Òu kÌm theo sù thay ®æi sè vßng quay cña tæ tuèc bin-m¸y ph¸t do sù mÊt c©n b»ng gi÷a m« men quay cña r« to vµ m« men c¶n cña m¸y ph¸t. §Ó håi phôc l¹i sù c©n b»ng gi÷a lùc c¶n vµ m« men quay cuat tuèc bin, th× cÇn cã bé ®iÒu chØnh tèc ®é ®Ó ®iÒu chØnh sè vßng quay cña tæ tuèc bin-m¸y ph¸t. Bé ®iÒu chØnh tèc ®é ®−îc nèi liªn ®éng víi c¬ cÊu ®iÒu chØnh tù ®éng ph©n phèi h¬i vµo tuèc bin. HiÖn nay bé ®iÒu chØnh tèc ®é kiÓu li t©m ®−îc dïng nhiÒu trong ®iÒu chØnh tuèc bin h¬i. ë ®©y lùc li t©m cña bé ®iÒu chØnh tèc ®é sÏ t¸c ®éng lªn c¬ cÊu ph©n phèi h¬i (van ®iÒu chØnh l−u l−îng h¬i) ®Ó thay ®æi l−u l−îng h¬i vµo tuèc bin nh»m thay ®æi c«ng suÊt cña tuèc bin vµ do ®ã thay ®æi sè vßng quay. S¬ ®å nguyªn lý cña bé ®iÒu chØnh trùc tiÕp vÏ ë h×nh 8.11
H×nh 8.11. S¬ ®å nguyªn lý ®iÒu chØnh trùc tiÕp 1. van h¬i 2. qu¶ v¨ng 3. c¸nh tay ®ßn 4. bé truyÒn ®éng 5. trôc tuèc bin
Ta thÊy khíp tr−ît C cña bé ®iÒu tèc ly t©m cã tay ®ßn liªn hÖ trùc tiÕp víi van ®iÒu chØnh 1. Khi phô t¶i ®iÖn cña m¸y ph¸t t¨ng lªn, sù c©n b»ng gi÷a phô t¶i vµ c«ng suÊt bÞ ph¸ vì do ®ã sè vßng quay gi¶m ®i. Trôc tuèc bin liªn hÖ víi bé ®iÒu tèc ly t©m b»ng b¸nh r¨ng truyÒn ®éng, khi sè vßng quay tuèc bin gi¶m th× tèc ®é quay cña trôc bé ®iÒu tèc còng gi¶m, c¸c qu¶ t¹ cña bé ®iÒu tèc ly t©m côp xuèng, ®Èy khíp tr−ît C di chuyÓn xuèng d−íi lµm cho ®iÓm A dÞch chuyÓn lªn phÝa trªn. Khi Êy van ®iÒu chØnh 1 sÏ ®−îc më, l−u l−îng h¬i vµo tuèc bin t¨ng lªn, c«ng suÊt cña tuèc bin t¨ng lªn, ®ång thêi tuèc bin sÏ lµm viÖc víi sè vßng quay míi cao h¬n. Khi phô t¶i gi¶m th× c¸c t¸c ®éng xÈy ra ng−îc l¹i, sè vßng quay t¨ng lªn van ®iÒu chØnh sÏ ®ãng bít l¹i lµm gi¶m l−u l−îng h¬i vµo tuèc bin. S¬ ®å nµy cã −u ®iÓm lµ ®¬n gi¶n nh−ng lùc di chuyÓn cña bé ®iÒu tèc ly t©m nhá nªn lùc ®ãng më van ®iÒu chØnh l−u l−îng h¬i 1 nhá, do ®ã chØ ¸p dông ®èi víi tuèc bin c«ng suÊt nhá (50-60 KW), cã van ®iÒu chØnh nhá, nhÑ, kh«ng ®ßi hái lùc di
99
**source: http://bkeps.com
**
chuyÓn lín. §èi víi tuèc bin c«ng suÊt trung b×nh vµ lín th× ®ßi hái lùc di chuyÓn ph¶i ®ñ lín ®Ó n©ng van do ®ã ph¶i sö dông s¬ ®å ®iÒu chØnh gi¸n tiÕp.
8.4.2. S¬ ®å ®iÒu chØnh gi¸n tiÕp
H×nh 8.12. tr×nh bµy nguyªn lý s¬ ®å ®iÒu chØnh gi¸n tiÕp cã xecv«m«t¬ kiÓu piston.
H×nh 8.124. S¬ ®å ®iÒu chØnh gi¸n tiÕp. 1- Van ®iÒu chØnh. 2-Piston 3- Xecv«mot¬
**4- Ng¨n kÐo ph©n phèi dÇu 5- B¬m dÇu.
**
6- §−êng dÇu. 7- Piston cña ng¨n kÐo
8- Thanh truyÒn.
9- Bé ®iÒu chØnh ly t©m
Khi tuèc bin lµm viÖc ë mét chÕ ®é æn ®Þnh, piston 7 cña ng¨n kÐo ph©n phèi dÇu 4 vµ xecv«m«t¬ 3 ë vÞ trÝ trung b×nh, ®ång thêi ®ãng kÝn c¸c ®−êng dÉn dÇu nèi gi÷a th©n ng¨n kÐo ph©n phèi dÇu 4 víi xecv«mot¬ 3. Van ®iÒu chØnh 1 khi Êy ë mét vÞ trÝ x¸c ®Þnh. Sù di chuyÓn cña khíp tr−ît sÏ g©y nªn sù chuyÓn dêi cña piston 7. Tuú theo h−íng di chuyÓn cña piston 7 mµ dÇu d−íi ¸p lùc cña b¬m dÇu 5 sÏ theo ®−êng phÝa trªn (K1) hoÆc ®−êng phÝa d−íi (K2) ®i vµo xecv«m«t¬ 3. NÕu phô t¶i ®iÖn gi¶m, tèc ®é tuèc bin t¨ng, c¸c qu¶ t¹ v¨ng ra xa h¬n, kÐo ®iÓm tr−ît C dÞch lªn trªn lµm cho ®iÓm B chuyÓn ®éng lªn phÝa trªn, dÇu ®i theo ®−êng K1 vµo phÝa trªn piston 2 cña xecvomot¬ 3 ®Èy piston ®i xuèng, ®ãng bít van 1 l¹i, gi¶m l−u l−îng h¬i vµo tuèc bin lµm gi¶m c«ng suÊt tuèc bin, ®ång thêi dÇu tõ xecv«m«t¬ 3 theo ®−êng K2 sÏ ch¶y qua th©n ng¨n kÐo ph©n phèi dÇu 4 x¶ ®i. NÕu dÇu ®i theo h−íng K2 vµo xecv«m«t¬ 3 th× van 1 sÏ më ra ®ång thêi dÇu tõ xecv«mt¬ 3 l¹i theo ®−êng K1 ch¶y qua th©n ng¨n kÐo ph©n phèi dÇu 4 x¶ ®i. ë s¬ ®å nµy chØ cÇn 1 lùc kh«ng lín l¾m ®Ó di chuyÓn piston 7, bëi v× ngoµi lùc di chuyÓn cña bé ®iÒu tèc nh− ë s¬ ®å ®iÒu chØnh trùc tiÕp, cßn cã thªm lùc do ¸p suÊt dÇu t¹o nªn. Lùc t¸c ®éng ®Ó më van 1 chØ phô thuéc vµo kÝch th−íc cña pistons 2 vµ ¸p lùc dÇu t¹o bëi b¬m 5. ¸p lùc dÇu trong hÖ thèng ®iÒu chØnh th−êng tõ 3 ®Õn 7 bar. Trong c¸c tuèc bin hiÖn ®¹i, ng−êi ta dïng ¸p lùc cao h¬n, vµo kho¶ng 12 - 20 bar.
100
**source: http://bkeps.com
**
8.5. HÖ TH«NG DÇU tuèc BIN H¬I
ViÖc ®iÒu khiÓn c¸c c¬ cÊu ®iÒu chØnh c«ng suÊt tuèc bin nh− ®· tr×nh bµy ®−îc thùc hiÖn b»ng ¸p lùc dÇu, khi ®ã hÖ thèng ®iÒu chØnh ®−îc nèi víi hÖ thèng b«i tr¬n. S¬ ®å nguyªn lý cña hÖ thèng cung cÊp dÇu cho tuèc bin ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 8.13.
5 7
6 4
11
4
10 3
4 8
1
2
9
H×nh 8.13. S¬ ®å nguyªn lý cung cÊp dÇu cho tuèc bin. 1-B¬m dÇu chÝnh; 2-b¬m dÇu phô; 3-b¬m ®iÖn; 4-van mét chiÒu; 5-Van gi¶m ¸p; 6-dÇu ®Õn c¬ cÊu ®iÒu chØnh; 7-dÇu tõ c¬ cÊu ®iÒu chØnh vÒ 8-c¸c æ ®ì; 9-bÓ dÇu; 10-vVan an toµn ; 11-b×nh lµm m¸t dÇu.
Trôc tuèc bin truyÒn ®éng cho bé ®iÒu chØnh ly t©m qua bé truyÒn ®éng trôc vÝt. B¬m dÇu chÝnh hót dÇu tõ bÓ dÇu råi b¬m vµo hÖ thèng dÇu víi ¸p lùc 10-20 bar. DÇu ®i vµo ng¨n kÐo ph©n phèi dÇu 4 vµ xecv«m«t¬ 3 cña hÖ thèng ®iÒu chØnh, ®ång thêi qua van gi¶m ¸p ®Ó gi¶m ¸p suÊt dÇu xuèng 1,4 - 1,8 bar cung cÊp cho hÖ thèng b«i tr¬n c¸c æ trôc. §Ó ®Ò phßng tr−êng hîp dÇu ®i b«i tr¬n cã ¸p lùc qu¸ lín, ng−êi ta ®Æt van an toµn, khi ¸p suÊt dÇu v−ît qu¸ trÞ sè qui ®Þnh, van an toµn më ®Ó x¶ dÇu vÒ l¹i bÓ chøa. Tr−íc khi ®i b«i tr¬n c¸c æ trôc, dÇu ®−îc qua b×nh lµm m¸t dÇu vµ ®−îc lµm m¸t b»ng n−íc tuÇn hoµn ®Õn nhiÖt ®é kh«ng v−ît qu¸ 400C. L−îng dÇu ®i b«i tr¬n cho mçi æ trôc phô thuéc vµo ®−êng kÝnh cña c¸c vßng ch¾n ph©n phèi. Sau khi b«i tr¬n c¸c æ trôc, dÇu l¹i ch¶y vµo bÓ chøa. B¬m dÇu chÝnh ®−îc g¾n trùc tiÕp trªn trôc tuèc bin nªn chØ ®¶m b¶o ®−îc ¸p suÊt vµ s¶n l−îng dÇu cÇn thiÕt khi sè vßng quay cña tuèc bin kh«ng nhá h¬n mét nöa sè vßng quay ®Þnh møc. V× vËy khi khëi ®éng hoÆc ngõng tuèc bin, tèc ®é quay cßn thÊp, ch−a ®¶m b¶o ®−îc ¸p lùc dÇu th× b¬m dÇu phô sÏ ho¹t ®éng ®Ó cung cÊp dÇu cho toµn hÖ thèng, b¬m nµy ®−îc dÉn ®éng b»ng mét tuèc bin phô vµ ®−îc ®Æt trªn bÓ dÇu. Sau khi tuèc bin ®¹t ®−îc sè vßng quay ®ñ ®Ó b¬m dÇu chÝnh ®¶m b¶o cung cÊp dÇu cho toµn hÖ thèng theo th«ng sè ®Þnh møc, d−íi t¸c dông cña ¸p suÊt do b¬m dÇu chÝnh t¹o ra, van mét chiÒu cña b¬m dÇu phô sÏ tù ®éng ®ãng l¹i, ®ång thêi tuèc bin phô còng tù ®éng c¾t ra, b¬m dÇu phô ngõng lµm viÖc. Khi ngõng tuèc bin, tèc ®é
101
**source: http://bkeps.com
**
gi¶m xuèng d−íi 50% tèc ®é ®Þnh møc th× b¬m dÇu phôc tù ®éng khëi ®éng lµm viÖc l¹i, trõ tr−êng hîp nÕu b¬m dÇu phô bÞ sù cè th× b¬m dÇu dù phßng ch¹y b»ng ®iÖn sÏ khëi ®éng vµ lµm viÖc ®Ó cung cÊp dÇu cho hÖ thèng b«i tr¬n. Ngoµi c¸c van ®iÒu chØnh ®Ó ®iÒu chØnh l−u l−îng h¬i vµo tuèc bin cña hÖ thèng ph©n phèi h¬i, ng−êi ta cßn ®Æt mét van tù ®éng trªn ®−êng dÉn h¬i vµo tuèc bin gäi lµ van stop. NhiÖm vô cña van stop lµ c¾t h¬i khi tuèc bin sù cè, nghÜa lµ dõng hoµn toµn viÖc ®−a h¬i vµo tuèc bin. Van stop chÞu t¸c ®éng trùc tiÕp cña c¸c c¬ cÊu trong hÖ thèng b¶o vÖ tuèc bin. HÖ thèng b¶o vÖ tuèc bin gåm cã : - B¶o vÖ v−ît tèc: Bé b¶o vÖ v−ît tèc cã nhiÖm vô b¶o vÖ tuèc bin khi tèc ®é tuèc bin v−ît qu¸ 11-12% tèc ®é ®Þnh møc. Khi tèc ®é tuèc bin t¨ng lªn th× lùc li t©m còng t¨ng lªn, d−íi t¸c dông cña lùc li t©m, c¸c chi tiÕt cña roto cã thÓ bÞ rung hoÆc g·y, khi ®ã cÇn thiÕt ph¶i c¾t h¬i vµo ®Ó ngõngtuèc bin. Bé b¶o vÖ v−ît tèc sÏ t¸c ®éng lªn c¬ cÊu b¶o vÖ ®Ó ®ãng van stop, c¾t h¬i vµo tuèc bin. - B¶o vÖ ¸p lùc dÇu: Bé b¶o vÖ ¸p lùc dÇu cã nhiÖm vô b¶o vÖ tuèc bin khi ¸p lùc dÇu trong hÖ thèng ®iÒu chØnh gi¶m xuèng cßn 5 bar. Khi ¸p lùc dÇu trong hÖ thèng ®iÒu chØnh gi¶m xuèng cßn 5 bar th× c¬ cÊu ®iÒu chØnh sÏ kh«ng ho¹t ®éng do ®ã kh«ng thÓ ®iÒu chØnh ®−îc c«ng suÊt tuèc bin cho phï hîp víi phô t¶i ®iÖn, do ®ã bé b¶o vÖ ¸p lùc dÇu sÏ t¸c ®éng lªn c¬ cÊu b¶o vÖ ®Ó ®ãng van stop, c¾t h¬i vµo tuèc bin. - B¶o vÖ di trôc: Bé b¶o vÖ v−ît tèc cã nhiÖm vô b¶o vÖ tuèc bin khi ®é di trôc cña tuèc bin v−ît qu¸ trÞ sè cho phÐp. Khi roto cña tuèc bin dÞch chuyÓn däc trôc qu¸ trÞ sè cho phÐp cã thÓ lµm cho r«to vµ stato cä s¸t víi nhau g©y sù cè. Khi ®ã bé b¶o vÖ sÏ t¸c ®éng lªn c¬ cÊu b¶o vÖ ®Ó ®ãng van stop, c¾t h¬i vµo tuèc bin.
102
**source: http://bkeps.com
**
Ch−¬ng 9. THIÕT BÞ Tuèc bin KHÝ
9.1. chu tr×nh nhiÖt cña thiÕt bÞ tuèc bin khÝ 9.1.1. Kh¸i niÖm vÒ thiÕt bÞ tuèc bin khÝ ThiÕt bÞ tuèc bin khÝ lµ ®éng c¬ nhiÖt trong ®ã ho¸ n¨ng cña nhiªn liÖu ®−îc biÕn ®æi thµnh nhiÖt n¨ng råi thµnh c¬ n¨ng. Qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi n¨ng l−îng trong ®éng c¬ nµy cã thÓ thùc hiÖn b»ng nh÷ng chu tr×nh nhiÖt ®éng kh¸c nhau. Ngµy nay thiÕt bÞ tuèc bin khÝ ®−îc sö dông réng r·i trong vËn t¶i (ngµnh hµng kh«ng, ®−êng s¾t vµ ®−êng thuû); ngµnh n¨ng l−îng; ngµnh vËn chuyÓn dÇu vµ khÝ ®èt; ngµnh c«ng nghiÖp ho¸ häc vµ luyÖn kim; trong c¸c lÜnh vùc míi nh− n¨ng l−îng h¹t nh©n; kü thuËt tªn löa; thiªn v¨n vµ vò trô häc. ThiÕt bÞ tuèc bin cã nh÷ng −u, nh−îc ®iÓm sau: ¦u ®iÓm: - Bè côc gän, - TÝnh c¬ ®éng vËn hµnh cao, nh− kh¶ n¨ng më m¸y nhanh, thay ®æi t¶i lín, - VËn hµnh kh«ng cÇn cã n−íc hay yªu cÇu cÇn n−íc rÊt Ýt - Thêi gian x©y dùng nhanh Nh−îc ®iÓm: - C«ng suÊt giíi h¹n nhá h¬n so víi thiÕt bÞ h¬i n−íc - Gi¸ thµnh nhiªn liÖu cao - Gi¸ thµnh vËt liÖu chi phÝ s¶n xuÊt cao h¬n - Khã s÷a ch÷a 9.1.2. Ph©n lo¹i c¸c thiÕt bÞ tuèc bin khÝ Cã nhiÒu c¸ch ph©n lo¹i tuèc bin, cã thÓ ph©n chia theo lÜnh vùc sö dông, theo chi phÝ cho sù thay ®æi phô t¶i, theo lo¹i nhiªn liÖu ®èt . . . 1. ThiÕt bÞ tuèc bin dïng cho m¸y bay: trong ®ã theo c¸ch truyÒn c«ng suÊt l¹i ph©n chia thµnh lo¹i dïng n¨ng l−îng dßng khÝ vµ lo¹i tuèc bin quay c¸nh qu¹t. 2. ThiÕt bÞ tuèc bin c«ng nghiÖp: ®−îc ph©n thµnh tuèc bin cã sè vßng quay kh«ng ®æi (tuèc bin s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng mang phô t¶i gèc, trong tr¹m cÊp nhiÖt sÊy, s−ëi, lµm viÖc trong c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ nhÊt ®Þnh...) vµ tuèc bin cã sè vßng quay thay ®æi (dïng trong tµu ho¶, tµu thuû, m¸y nÐn b¬m, qu¹t...) 3. Theo lo¹i nhiªn liÖu ®−îc sö dông cã thÓ chia thµnh tuèc bin khÝ dïng nhiªn liÖu khÝ, nhiªn kiÖu láng nhÑ, nhiªn liÖu láng nÆng vµ tuèc bin dïng nhiªn liÖu r¾n. 9.1.3. Nh÷ng chu tr×nh nhiÖt thiÕt bÞ Tuèc bin khÝ th−êng dïng 9.1.3.1. Chu tr×nh hë kh«ng dïng bé trao ®æi nhiÖt
103
**source: http://bkeps.com
**
ë chu tr×nh nµy, qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu lµ qu¸ tr×nh ch¸y ®¼ng ¸p, m¸y nÐn K hót kh«ng khÝ tõ ngoµi vµo vµ nÐn ®Õn ¸p suÊt yªu cÇu råi ®−a vµo buång ®èt B§. T¹i ®©y nhiªn liÖu ®−îc b¬m nhiªn liÖu b¬m vµo buång ®èt qua vßi phun. Sau ®ã nhiªn liÖu hçn hîp cïng víi kh«ng khÝ vµ bèc ch¸y, s¶n phÈm ch¸y ®−îc ®−a vµo Tuèc bin khÝ d·n në sinh c«ng. i 3 qv 2 B§ 4 4 T k
M
4 3 2
MP
5 6 7
1
qr 5
1 s
H×nh 9.1- S¬ ®å khèi vµ chu tr×nh nhiÖt kh«ng cã bé trao ®æi nhiÖt K- M¸y nÐn, B§- Buång ®èt, T-Tuèc bin khÝ, M-§éng c¬ ®iÖn, qv- nhiÖt dÉn vµo chu tr×nh, qr- nhiÖt dÉn ra, MP- M¸y ph¸t ®iÖn, 1-2-3-4-5-1: chu tr×nh nhiÖt biÔu diÔn trªn ®å thÞ i-s.
§Ó ®¶m b¶o ®èt ch¸y nhiªn liÖu hoµn toµn vµ qu¸ tr×nh ch¸y xÈy ra m¹nh nhÊt th× nhiÖt ®é trong buång ®èt ph¶i ®−îc gi÷ ë møc 1800-20000K, v× vËy ë chu tr×nh nµy chØ cã 20-40% l−îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt ®−îc m¸y nÐn nÐn ®Õn ¸p suÊt cao ®−a vµo buång ®«t ®Ó tham gia vµo qu¸ tr×nh ch¸y chñ ®éng cña nhiªn liÖu ë tropng buång ®èt BD, l−îng kh«ng khÝ nµy gäi lµ kh«ng khÝ s¬ cÊp. Cßn phÇn kh«ng khÝ cßn l¹i (60-80%) ®−îc ®−a bæ sung thªm vµo sau vïng ch¸y chñ ®éng gäi lµ kh«ng khÝ thø cÊp hay kh«ng khÝ lµm m¸t. Bé phËn kh«ng khÝ nµy sau khi pha trén víi s¶n phÈm ch¸y sÏ lµm gi¶m nhiÖt ®é cña hçn hîp chÊt khÝ tr−íc Tuèc bin tíi gi¸ trÞ cÇn thiÕt. Khi ®ã nhiÖt ®é cho phÐp cña hçn hîp khÝ vµo Tuèc bin n»m trong kho¶ng tõ 900 ®Õn 14000K, tuú thuéc vµo ®iÒu kiÖn cña ®é tin cËy, tuæi thä cña c¸c d·y c¸nh vµ lo¹i nhiªn liÖu sö dông. C«ng suÊt sinh ra cña Tuèc bin mét phÇn dïng ®Ó truyÒn ®éng cho m¸y nÐn, phÇn cßn l¹i cÊp cho hé tiªu dïng nh− chuyÓn thµnh n¨ng l−îng ®iÖn trong m¸y ph¸t ®iÖn. Khi khëi ®éng thiÕt bÞ tuèc bin khÝ cÇn dïng ®éng c¬ ®iÖn khëi ®éng, viÖc ®èt ch¸y nhiªn liÖu ®−îc thùc hiÖn nhê bé ®¸nh löa b»ng ®iÖn ®Æt trong buång ®èt vµ chØ thùc hiÖn khi khëi ®éng thiÕt bÞ. ¦u ®iÓm cña chu tr×nh nµy lµ ®¬n gi¶n, tÝnh c¬ ®éng trong vËn hµnh cao, ®é tin cËy tèt. Nh−îc ®iÓm lµ hiÖu suÊt t−¬ng ®èi thÊp, c«ng suÊt nhá 25 MW - 50 MW 9.1.3.2. Chu tr×nh hë cã trao ®æi nhiÖt Mét ph−¬ng ph¸p næi bËt ®Ó n©ng cao hiÖu suÊt lµ dïng bé trao ®æi nhiÖt, trong ®ã mét phÇn nhiÖt cña khÝ th¶i ®−îc truyÒn cho kh«ng khÝ nÐn tr−íc khi vµo buång ®èt. S¬ 104
**source: http://bkeps.com
**
®å cña chu tr×nh H×nh 15-2- S¬ ®å chu tr×nh hë víi Tuèc bin dïng bé trao ®æi nhiÖt.
7 BT 3 2 B§ 4
6
M
MP 1
5
**H×nh 9.2. S¬ ®å chu tr×nh hë cã bé trao ®æi nhiÖt
**
K- M¸y nÐn, B§- Buång ®èt, T-Tuèc bin khÝ, M-§éng c¬ ®iÖn, qv- nhiÖt dÉn vµo chu tr×nh, qr- nhiÖt dÉn ra, MPG- M¸y ph¸t ®iÖn, ¦u ®iÓm cña chu tr×nh nµy lµ ®¬n gi¶n, rÎ tiÒn trong viÖc cÊp n−íc lµm m¸t vµ cã hiÖu suÊt cao vµ biÕn thiªn hiÖu suÊt víi ®é dèc nhá ë nh÷ng chÕ ®é non t¶i. Nh−îc ®iÓm lµ c«ng suÊt riªng nhá, träng l−îng lín vµ tèn nhiÒu diÖn tÝch. 9.1.3.3.Chu tr×nh kÝn
2
1
3
4
5
6
7
Khê thaíi
khäng khê
H×nh 9.3. S¬ ®å nguyªn lý GT-750100.2 c«ng suÊt 100MW 1.M¸y nÐn cao ¸p, 2. Buång ®èt, 3. Tuèc bin cao ¸p, 4. Tuèc bin h¹ ¸p, 5. M¸y nÐn h¹ ¸p, 6. M¸y ph¸t, 7. Bé lµm m¸t KK
Chu tr×nh lµ chu tr×nh phèi hîp h¬i vµ khÝ víi qu¸ tr×nh ®èt ch¸y bæ sung. §Ó n©ng cao hiÖu suÊt vµ c«ng suÊt riªng ng−êi ta kÕt hîp chu tr×nh khÝ cã nhiÖt ®é lµm viÖc cao víi chu tr×nh h¬i cã nhiÖt ®é lµm viÖc trung b×nh. S¶n phÈm ch¸y sau khi ra khái tuèc bin khÝ, tiÕp cho qua ®−êng dÉn vµo lß h¬i, n−íc trong lß h¬i nhËn nhiÖt vµ bèc h¬i thµnh h¬i qu¸ nhiÖt vµ quay tuèc bin h¬i. ¦u ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ tËn dông ®−îc nhiÖt l−îng vµ n©ng cao hiÖu suÊt cña toµn nhµ m¸y, yªu cÇu diÖn tÝch lµm m¸t Ýt h¬n hÖ thèng tuèc bin h¬i, nh−ng khi vËn hµnh phøc t¹p h¬n.
105
source: http://bkeps.com
B§
M
MP
VP
H×nh 9.4. Chu tr×nh hçn hîp khÝ vµ h¬i cã ®èt bæ sung; M-§éngc¬ khëi ®éng; K-M¸y nÐn kh«ng khÝ; T1vµ T2- Tuèc bin khÝ; T3- Tuèc bin h¬i; VP- Vßi phun nhiªn liÖu 9.2. C¸c phÇn tö chÝnh cña thiÕt bÞ tuèc bin khÝ. Nh÷ng phÇn tö chÝnh cña thiÕt bÞ tuèc bin khÝ lµ m¸y nÐn, buång ®èt, tuèc bin khÝ vµ bé trao ®æi nhiÖt. CÊu t¹o chÊt l−îng vµ c¸ch s¾p xÕp cña chóng trong mét chu tr×nh lµm viÖc sÏ ¶nh h−ëng trùc tiÕp tíi ho¹t ®éng cña toµn thiÕt bÞ tuèc bin khÝ.
H×nh 9.4. S¬ ®å thiÕt bÞ tuèc bin khÝ TH-b¬m nhiªn liÖu; PM-®éng c¬ khëi ®éng; BK-buång ®èt GT-M¸y nÐn kh«ng khÝ; BK-tuèc bin khÝ; GET-m¸y ph¸t ®iÖn; 106
source: http://bkeps.com
9.2.1. M¸y nÐn. Trong thiÕt bÞ tuèc bin khÝ, m¸y nÐn ®−îc dïng ®Ó nÐn m«i chÊt lµm viÖc (th−êng lµ kh«ng khÝ) vµ nhiªn liÖu khÝ. §Ó nÐn m«i chÊt lµm viÖc ng−êi ta dïng nh÷ng m¸y nÐn lo¹i ly t©m hoÆc däc trôc. §Ó nÐn c¸c nhiªn liÖu khÝ cã nhiÖt trÞ 30.106 (Jm-3) ph¶i chän lo¹i m¸y nÐn cã thÓ tÝch tæn thÊt kho¶ng 3% thÓ tÝch cña m«i chÊt lµm viÖc. Nh− vËy lo¹i m¸y nÐn thÝch hîp chØ cã thÓ lµ lo¹i pist«ng hay lo¹i m¸y nÐn ly t©m cã sè vßng quay rÊt lín. Nh÷ng yªu cÇu kü thuËt ®èi víi m¸y nÐn dïng ®Ó nÐn m«i chÊt lµm viÖc lµ: 1. HiÖu suÊt cao (ηk). 2. §é nÐn tõng cÊp cao. 3. Cã thÓ sö dông tèc ®é vßng lín. 4. VËn hµnh æn ®Þnh trong toµn kho¶ng lµm viÖc cña thiÕt bÞ tuèc bin khÝ 5. DÔ ®iÒu khiÓn vÒ mÆt khÝ ®éng häc vµ c¬ häc. M¸y nÐn kh«ng khÝ cã nh÷ng phÇn tö chÝnh sau: 1. èng hót ®¶m b¶o h−íng dßng kh«ng khÝ tõ mét h−íng nhÊt ®Þnh vµo h−íng däc trôc. 2. R«to dïng ®Ó chuyÓn c¬ n¨ng tõ trôc vµo dßng kh«ng khÝ. 3. Stator ®Ó chuyÓn ®æi ®éng n¨ng cña dßng kh«ng khÝ thµnh thÕ n¨ng ¸p suÊt. 4. èng tho¸t sÏ h−íng dßng kh«ng khÝ ra khái m¸y nÐn vµ vµo buång ®èt. 5. C¸c phô kiÖn cña m¸y nÐn (nh− khung ®ì trôc, æ ®ì, bé phËn ®iÒu chØnh chèng xo¸y dßng, ph©n phèi kh«ng khÝ, dÇu...) 9.2.1.1. M¸y nÐn ly t©m M¸y nÐn ly t©m sö dông t¸c nh©n cña lùc ly t©m ®Ó nÐn, khi ®éng n¨ng cña dßng nµy t¨ng lªn nhê chuyÓn ®éng qua r«to. ¸p suÊt tÜnh gi¶m tõ P0 xuèng P1 t¹i lèi vµo r«to sÏ lµm t¨ng tèc ®é dßng ë ®Çu hót. Trong d·y c¸nh cña r«to, kh«ng khÝ ®−îc nÐn ®Õn ¸p suÊt P12 vµ nÐn tiÕp theo trong èng läc tíi P2. −u ®iÓm cña lo¹i nµy lµ cÊu tróc ®¬n gi¶n vµ t−¬ng ®èi nhÑ do ®é nÐn ë mçi tÇng cao vµ cã thÓ lµm viÖc víi sè vßng quay cao. Nh−îc ®iÓm lµ diÖn tÝch phÝa tr−íc lín; c«ng suÊt giíi h¹n cña m¸y nÐn nhá; r«to ®−îc s¶n suÊt tõ thái thÐp hay hîp kim cã gi¸ thµnh cao. 9.2.1.2. M¸y nÐn däc trôc Nguyªn lý nÐn kh«ng khÝ trong m¸y nÐn däc trôc ®−îc x©y dùng dùa trªn sù chuyÓn ®æi ®éng n¨ng thµnh ¸p suÊt hoÆc trong c¸c d·y c¸nh tÜnh (stator) hoÆc trong c¸c d·y c¸nh ®éng (rotor) hay trong c¶ hai d·y c¸nh cña tÇng, trong ®ã ë d·y c¸nh ®éng n¨ng l−îng toµn phÇn t¨ng lªn nhê c¬ c«ng ®−îc dÉn vµo tõ r«to. §é nÐn cña mçi tÇng c¸nh nhá h¬n so víi ®é nÐn cña m¸y nÐn ly t©m, nh− vËy ë thiÕt bÞ tuèc bin khÝ cÇn dïng m¸y nÐn nhiÒu tÇng. R«to cña m¸y nÐn däc trôc cã thÓ lµ lo¹i tang trèng gièng d¹ng tang trèng ë tuèc bin h¬i lo¹i ph¶n lùc hay lo¹i trôc cã l¾p ®Üa ë tuèc bin dïng trong m¸y bay c«ng nghiÖp. 107
**source: http://bkeps.com
**
−u ®iÓm cña m¸y nÐn däc träc lµ c«ng suÊt giíi h¹n lín, cã thÓ ®¹t ®Õn hiÖu suÊt cao h¬n tíi 0,9. M¸y nÐn däc träc cã diÖn tÝch mÆt tr−íc nhá nªn lùc c¶n phÝa tr−íc vµ theo h−íng ra cña dßng nhá, v× vËy th−êng ®−îc dïng trong thiÕt bÞ tuèc bin m¸y bay. Nh−îc ®iÓm cña m¸y nÐn däc trôc lµ gi¸ thµnh cao vµ so víi lo¹i ly t©m th× lo¹i nµy cã träng l−îng lín h¬n. TÇng cña m¸y nÐn theo nguyªn lý khÝ ®éng häc cã thÓ xÐt nh− tÇng c¸nh ng−îc víi tÇng c¸nh cña tuèc bin, nhê ®ã dßng kh«ng khÝ nhËn ®−îc c¬ n¨ng cña r«to tuèc bin, lµm ®éng n¨ng cña nã t¨ng lªn vµ sau ®ã chuyÓn ®éng dÇn thµnh thÕ n¨ng ¸p suÊt cña dßng kh«ng khÝ. Dßng kh«ng khÝ nÐn sau khi ra khái tÇng cuèi, ®i vµo thiÕt bÞ c¸nh h−íng, ë ®ã dßng khÝ cã h−íng däc trôc tr−íc khi vµo èng loe. Trong èng loe kh«ng khÝ cßn tiÕp tôc ®−îc nÐn mét phÇn nhê chuyÓn ®éng n¨ng cña dßng thµnh ¸p suÊt, sau ®ã kh«ng khÝ ra èng ra 8 vµ ®i vµo èng dÉn khÝ tíi buång ®èt. 9.2.2. Buång ®èt Trong buång ®èt, n¨ng l−îng liªn kÕt ho¸ häc trong nhiªn liÖu ®uîc gi¶i phãng vµo kh«ng khÝ ®−îc trén ®Òu ®i vµo tuèc bin khÝ nh− dßng khÝ truyÒn ®éng (sinh c«ng). S¬ ®å chøc n¨ng cña buång ®èt ®−îc vÏ trªn h×nh. Dßng kh«ng khÝ s¬ cÊp ®i vµo kh«ng gian buång ®èt qua bé t¹o xo¸y cña èng phun, trong ®ã n¨ng l−îng ¸p suÊt ®−îc biÕn thµnh ®éng n¨ng. Dßng kh«ng khÝ s¬ cÊp trong buång ®èt cã thµnh phÇn tèc ®é vßng quay nµy t¹o nªn trong buång mét dßng ch¶y phøc t¹p víi sù giÈm ¸p suÊt ë nh÷ng ®−êng kÝnh phÝa trong. Nhê vßi phun, nhiªn liÖu láng ®−îc phun mÞn thµnh nh÷ng giät rÊt nhá vµ cã tèc ®é t−¬ng ®èi lín so víi kh«ng khÝ. Nhê hiÖu sè nhiÖt ®é lín mµ nhiªn liÖu bèc h¬i m¹nh vµ sau khi hçn hîp nµy ®¹t ®−îc nhiÖt ®é bèc ch¸y th× hçn hîp bïng ch¸y. Do sù chªnh lËp ¸p suÊt gi÷a c¸c vïng, sÏ cã mét phÇn s¶n phÈm ch¸y quay trë l¹i nh÷ng chç ¸p suÊt thÊp vµ sÊy nãng hçn hîp ch−a cahý, lµm cho nhiÖt ®é cña m«i chÊt lµm viÖc t¨ng lªn. Khi ph¶n øng x¶y ra ë nhiÖt ®é cµng cao th× quÊ tr×nh ch¸y sÏ trë nªn æn ®Þnh h¬n. §Ó t¨ng nhanh qu¸ tr×nh ch¸y th× cÇn thiÕt ph¶i t¹o ra c¸c dßng rèi b»ng c¸ch ®−a thªm mét bé phËn kh«ng khÝ vµo phÝa tr−íc buång ®èt. Qu¸ tr×nh ch¸y cã hiÖu suÊt cao nhÊt víi hÖ sè kh«ng khÝ trong kho¶ng tõ α1=1,3 ®Õn 2,2. * Qu¸ tr×nh lµm viÖc cña buång ®èt Qu¸ tr×nh lµm viÖc cña buång ®èt ®−îc x¸c ®Þnh bëi cÊu tróc cña buång ®èt vµ bëi nh÷ng t×nh tr¹ng vËn hµnh. Qu¸ tr×nh lµm viÖc cña buång ®èt bao gåm qu¸ tr×nh ch¸y ®èt ch¸y nhiªn liÖu; qu¸ tr×nh hçn hîp s¶n phÈm ch¸y víi kh«ng khÝ; c¸c ®iÒu kiÖn lµm m¸t èng löa; c¸c ®iÒu kiÖn khi phô t¶i thay ®æi vµ khi më m¸y. A. Qu¸ tr×nh ch¸y ®èt ch¸y nhiªn liÖu Qu¸ tr×nh ch¸y ®èt ch¸y nhiªn liÖu ®−îc x¸c ®Þnh bëi qu¸ tr×nh phun nhá nhiªn liÖu, tr¹ng th¸i kh«ng khÝ vµo buång ®èt, tr¹ng th¸i s¶n phÈm ch¸y, tØ lÖ dßng nhiÖt khÝ ®èt nhiªn liÖu vµ d¹ng h×nh häc cña buång ®èt. §èi víi chu tr×nh ®¬n gi¶n kh«ng cã bé trao ®æi nhiÖt, ®é nÐn cña m¸y nÐn th−êng n»m trong kho¶ng tõ 4 ®Õn 8 vµ nhiÖt ®é kh«ng khÝ vµo buång ®èt th−êng tõ 2000C ®Õn 3200C. 108
**source: http://bkeps.com
**
§èi víi chu tr×nh ®¬n gi¶n cã bé trao ®æi nhiÖt ®é nÐn th−êng trong vßng 5, nhiÖt ®é kh«ng khÝ tõ 3000 ®Õn 4000C. §èi víi nh÷ng chu tr×nh cã ®é nÐn nhiÒu cÊp vµ qóa tr×nh ®èt nhiÒu lÇn th−êng cã ®é nÐn lµ 12 tíi 20. Buång ®èt cao ¸p lµm viÖc víi nhiÖt ®é kh«ng khÝ vµo kho¶ng 2000C khi kh«ng cã bé trao ®æi nhiÖt vµ víi nhiÖt ®é 3000C ®Õn 3500C khi dïng bé trao ®æi nhiÖt. Buång ®èt h¹ ¸p lµm viÖc víi ¸p suÊt kho¶ng 5 bar vµ nhiÖt ®é vµo buång ®èt tíi 6000C. §èi víi nh÷ng buång ®èt phô cña nh÷ng chu tr×nh h¬i, khi lµm viÖc ë ¸p suÊt trong vßng 11 bar víi nhiÖt ®é cña s¶n ph©m ch¸y tõ 4000C tíi 5000C. NhiÖt ®é ra cña c¸c s¶n phÈm ch¸y tõ c¸c buång ®èt cña thiÕt bÞ tuèc bin c«ng nghiÖp ®¹t tíi 8500C ë m¸y bay tíi 11000C. Nh÷ng tÝnh chÊt vËt lý cña c¸c lo¹i nhiªn liÖu cã ¶nh h−ëng m¹nh tíi qóa tr×nh ch¸y. ¶nh h−ëng nµy ®−îc thÓ hiÖn râ khi phun nhá nhiªn liÖu, khi t¹o hçn hîp. B. Nh÷ng ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña hçn hîp c¸c s¶n phÈm ch¸y vµ kh«ng khÝ §iÒu kiÖn hçn hîp ®−îc x¸c ®Þnh bëi tr¹ng th¸i c¸c s¶n phÈm ch¸y s¬ cÊp, tõ gi¶i ®èt ë nhiÖt ®é gÇn 20000C vµ bëi tr¹ng thÊi kh«ng khÝ thø cÊp víi nhiÖt ®é thÊp h¬n nhiÒu (kho¶ng tõ 2000 ®Õn 6000C) vµ bëi tr¹ng th¸i nhiÖt ®é cña c¸c s¶n phÈm ch¸y vµ cña kh«ng khÝ t¹i ®iÓm ®Çu tiªn cña hçn hîp, bëi tr−êng tèc ®é t¹i ®iÓm ra khái kh«ng gian ®èt cña buång ®èt vµ bëi d¹ng h×nh häc cña kh«ng gian hçn hîp. Kh«ng khÝ hçn hîp (thø cÊp) vµo kh«ng gian hçn hîp víi ¸p suÊt d− võa ph¶i qua c¸c lç ®−îc bè trÝ phï hîp ®Ó cã thÓ ®¹t ®−îc tr−êng nhiÖt ®é ®Òu nhÊt cña s¶n phÈm ch¸y t¹i cöa ra khái buång ®èt. Qu¸ tr×nh hçn hîp x¶y ra trong nhiÒu hµng lç, mµ t¹i ®ã kh«ng khÝ hçn hîp ch¶y qua víi ®éng n¨ng cao vµ cã h−íng vu«ng gãc víi dßng chÝnh cña s¶n phÈm nµy. Qu¸ tr×nh hçn hîp cña hai dßng ®−îc thùc hiÖn nhê dßng rèi xuÊt hiÖn t¹i bÒ mÆt c¸c dßng kh«ng khÝ lµm m¸t. §Ó ®¹t ®−îc tr−êng nhiÖt ®é ®ång ®Òu nhÊt víi tæn thÊt ¸p suÊt thÊp nhÊt, ng−êi ta dïng c¸c bé phËn lµm lÖch dßng nh»m cã thÓ rót ng¾n chiÒu dµi cña kh«ng gian ®èt. §é kh«ng ®Òu cña tr−êng nhiÖt ®é t¹i cöa ra buång ®èt th−êng cã thÓ lµ ±(5 ®Õn 20)% gi¸ trÞ nhiÖt ®é tuyÖt ®èi trung b×nh cña s¶n phÈm ch¸y. C. C¸c ®iÒu kiÖn lµm m¸t èng löa §iÒu kiÖn lµm m¸t èng löa ®−îc x¸c ®Þnh bëi dßng nhiÖt qua phÇn èng löa, bëi tr¹ng th¸i kh«ng khÝ ®ãng vai trß lµ chÊt lµm m¸t vµ bëi tr¹ng th¸i s¶n phÈm ch¸y lµ chÊt truyÒn nhiÖt vµ bëi d¹ng h×nh häc buång ®èt. Trong kh«ng gian ®èt cña buång ®èt, nhiÖt ®é cao do ®ã cã dßng nhiÖt bøc x¹ víi c−êng ®é rÊt lín, cßn trong phÇn hçn hîp do nhiÖt ®é thÊp h¬n nªn dßng nhiÖt nhá h¬n nhiÒu. MÆt ngoµi cña èng löa cã c¸c c¸nh t¶n nhiÖt vµ ®−îc lµm m¸t nhê ®èi l−u cña kh«ng khÝ, mÆt trong cña èng löa cã mét dßng kh«ng khÝ hay s¶n phÈm ch¸y ë c¸c buång ¸p suÊt hoÆc tõ buång ®èt phô ®i vµo lµm m¸t. Nhê lµm m¸t nh− vËy nªn ë phÝa trong bé phËn èng löa dßng nhiÖt sÏ gi¶m ®¸ng kÓ, ®ång thêi kh«ng khÝ ®i vµo sÏ ®−îc gia nhiÖt m¹nh bëi dßng s¶n phÈm ch¸y. NhiÖt ®é èng löa phô thuéc nhiÒu vµo c¸c ph−¬ng ph¸p dÉn kh«ng khÝ l¹nh. ë nh÷ng buång ®èt ng−îc dßng, kh«ng khÝ ®−îc dÇn theo c¸c c¸nh t¶n nhiÖt cña èng löa víi tèc ®é lín. §Ó ng¨n ngõa sù t¹o thµnh xØ hoÆc nh÷ng chÊt c¸u trong buång ®èt, ph¶i ®¶m b¶o ®Ó nhiÖt ®é thµnh èng löa trong c¸c c¸c chÕ ®é t¶i lín n»m trong kho¶ng 5000 ®Õn 6000C. NhiÖt ®é cho phÐp cña c¸c èng löa lµm viÖc víi øng suÊt thÊp ë nh÷ng thiÕt bÞ tuèc bin khÝ trong c«ng nghiÖp kho¶ng tõ 10000 ®Õn 11000C. 109
source: http://bkeps.com
9.2.3. Tuèc bin khÝ N¨ng l−îng nhiÖt cña s¶n phÈm ch¸y ®−îc biÕn ®æi thµnh c¬ n¨ng trong tuèc bin khÝ. Mét phÇn lín h¬n cña c«ng suÊt tuèc bin ®−îc dïng ®Ó truyÒn ®éng m¸y nÐn kh«ng khÝ, mét phÇn nhá h¬n cßn l¹i cña c«ng suÊt lµ c«ng suÊt h÷u Ých cung cÊp cho c¸c m¸y mãc ho¹t ®éng (nh− m¸y ph¸t ®iÖn, b¬m, qu¹t thæi khÝ). C«ng suÊt tuèc bin gÊp kho¶ng 2,5 ®Õn 3,5 lÇn c«ng suÊt h÷u Ých. 9.2.3.1. Nh÷ng yªu cÇu kü thuËt ®èi víi tuèc bin C«ng suÊt còng nh− c¸c ®Æc tÝnh cña tuèc bin cã ¶nh h−ëng quyÕt ®Þnh ®Õn c¸c ®Æc tÝnh cña toµn tæ m¸y. §Ó toµn bé tæ m¸y tuèc bin khÝ lµm viÖc ®¹t hiÖu suÊt cao th× cÇn thiÕt ph¶i ®¸p øng d−îc mét sè yªu cÇu kü thuËt quan träng sau ®©y ®èi víi tuèc bin lµ: 1. HiÖu suÊt cña chuyÓn ®æi n¨ng l−îng trong tuèc bin ph¶i cao. 2. C¸nh qu¹t cña tuèc bin lµm viÖc víi nhiÖt gi¸ng lín ë tèc ®é vßng cao. 3. Ph¶i ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu vÒ khÝ ®éng häc vµ c¬ häc khi gia c«ng c¸c chi tiÕt b»ng hîp kim chÞu nhiÖt khã gia c«ng. Khi so s¸nh tuèc bin khÝ vµ tuèc bin h¬i, cã thÓ rót ra mét sè ®iÓm kh¸c nhau gi÷a chóng nh− sau: 1. Tû lÖ gi·n në gi÷a ¸p suÊt vµo vµ ra cña chu tr×nh tuèc bin ng−ng h¬i th−êng trong kho¶ng 2000 ®Õn 6000, cßn ë tuèc bin khÝ lµ 4 ®Õn 16. 2.Tû sè cña nhiÖt ®é tuyÖt ®èi vµo vµ ra ë tuèc bin h¬i lµ 2 ®Õn 4, cßn ë tuèc bin khÝ kho¶ng 1,4. 3. Tû sè thÓ tÝch vµo vµ ra ë chu tr×nh tuèc bin h¬i kho¶ng 1000, cßn tuèc bin khÝ tõ 3 ®Õn 9. 4. NhiÖt gi¸ng ®¼ng entropi cña tuèc bin h¬i cã thÓ tíi 1600KJ/kg, ë tuèc bin khÝ 300 ®Õn 620 KJ/kg. 5. NhiÖt thÕ thÓ tÝch dßng ë tuèc bin h¬i lµ 0,035 m3/KJ, ë tuèc bin khÝ lµ 0,011 tíi 0,022 m3/KJ. 9.2.3.2. Nh÷ng phÇn tö chÝnh vµ ph©n lo¹i tuèc bin khÝ Tuèc bin khÝ cã nh÷ng phÇn chÝnh sau ®©y: 1. Cæ èng vµo dÉn c¸c s¶n phÈm ch¸y tõ buång ®èt vµo d·y c¸ch tuèc bin. 2. D·y c¸nh tÜnh (®øng yªn) ®Ó chuyÓn nhiÖt n¨ng thµnh ®éng n¨ng. 3. R«to (bé phËn quay) ®Ó nhËn c«ng suÊt (c¬ c«ng) tõ ®éng n¨ng cña dßng s¶n phÈm ch¸y. 4. Cæ èng ra dïng chuyÓn ®æi mét phÇn ®éng n¨ng thµnh thÕ n¨ng ¸p suÊt vµ dÉn s¶n phÈm ch¸y vµo èng tho¸t. 5. C¸c chi tiÕt lµm m¸t phÇn vá tuèc bin. 6. C¸c phô kiÖn cña tuèc bin (t−¬ng tù nh− ë m¸y nÐn). Theo c¸ch bè trÝ kÕt cÊu cã thÓ chia tuèc bin thµnh: a) Theo h×nh d¹ng cña r«to tuèc bin khÝ cã thÓ chia thµnh lo¹i r«to cã ®Üa vµ lo¹i r«to tang trèng. 110
**source: http://bkeps.com
**
b) Theo h−íng dßng chia thµnh tuèc bin khÝ däc trôc vµ tuèc bin khÝ h−íng trôc (th−êng lµ lo¹i m¸y nhá hay qu¹t khÝ). c) Theo c¸ch lµm m¸t chia thµnh lo¹i tuèc bin khÝ cã lµm m¸t (®èi víi c¸c s¶n phÈm ch¸y nhiÖt ®é cao) vµ lo¹i kh«ng lµm m¸t (®èi víi s¶n phÈm ch¸y nhiÖt dé thÊp).. A. Cæ èng vµo H×nh d¹ng cña nã ®−îc x¸c ®Þnh bëi ph−¬ng ¸n thiÕt kÕ tuèc bin. Cã thÓ bè trÝ dßng s¶n phÈm ch¸y theo h−íng däc trôc tõ buång ®èt vµo c¸c c¸nh tÜnh cña tÇng tuèc bin ®Çu tiªn (tuèc bin m¸y bay hay tuèc bin ch¹y t¶i ngän) hay dÉn c¸c s¶n phÈm ch¸y tõ h−íng vu«ng gãc víi trôc quay sang h−íng däc trôc. VÒ mÆt khÝ ®éng ph¶i, cÇn ®¶m b¶o cho dßng khÝ trong c¸c r·nh cã tæn thÊt thuû lùc cùc tiÓu, cã ®é ®ång ®Òu cao vÒ tr−êng nhiÖt ®é vµ tèc ®é vµ cã sù biÕn ®æi gãc cña dßng vµo c¸nh tÜnh ®Çu tiªn phï hîp. VÒ ®é bÒn, cÇn ®¶m b¶o t¹o h×nh d¹ng thÝch hîp sao cho ngo¹i lùc vµ lùc ¸p suÊt trong ë c¸c tr¹ng th¸i chuyÓn tiÕp, hoÆc khi phô t¶i biÕn ®æi vµ khi më m¸y kh«ng lµm biÕn d¹ng hoÆc ph¸ vì h×nh d¹ng cña chi tiÕt m¸y.
H×nh 9.5. Tuèc bin khÝ; 1-bé phËn an toµn; 2-b¬m dÇu cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn; 3-b¬m dÇu cña hÖ thèng b«i tr¬n; 4-æ ®ì; 5-chÌn tr−íc; 6-r«to; 7-th©n; 8-èng ra; 9-chÌn sau; 10-nèi trôc §Ò t¨ng c−êng ®é cøng cña cæ èng dÉn vµo ng−êi ta dïng líp c¸ch nhiÖt bªn trong, do cã nhiÖt trë lín nªn nhiÖt ®é cña t−êng ngoµi thÊp ®ång thêi lµm gi¶m ®é kh«ng ®Òu cña nhiÖt ®é trong th©n tuèc bin. §«i khi ng−êi ta thiÕt kÕ khe rçng ®Ó thæi giã vµo gi÷a lµm t¸ch dßng s¶n phÈm ch¸y víi th©n thay cho líp c¸ch nhiÖt. §Ó h¹n chÕ c¸c vÕt nøt bªn trong th©n th× yªu cÇu t¹i cæ èng dÉn ph¶i cã ph©n bè nhiÖt ®é ®Òu vµ tr−êng nhiÖt ®é ®èi xøng qua trôc víi c¸c lùc c©n b»ng. 111
source: http://bkeps.com
B. Stator Bé phËn nµy gåm th©n vµ nh÷ng b¸nh tÜnh. Th©n tuèc bin khÝ phÇn lín ®−îc b¶o vÖ ®Ó chèng t¸c dông trùc tiÕp cña s¶n phÈm ch¸y nhê líp vËt liÖu ng¨n c¸ch gi÷a bé phËn ®Æt c¸c b¸nh tÜnh, th©n trung gian vµ c¸c vßng chÌn phÝa trªn d·y c¸nh ®éng. Môc ®Ých dïng th©n trung gian lµ nh»m t¹o ®−îc sù ph©n bè nhiÖt ®ång ®Òu quanh chu vi ®Ó gi¶m t¸c dông cña øng suÊt nhiÖt ë c¸c chÕ ®é chuyÓn tiÕp khi vËn hµnh. Th©n trung gian còng cã t¸c dông ph©n chia stato thµnh c¸c phÇn chøc n¨ng nh− chÞu löa, giíi h¹n dßng s¶n phÈm ch¸y vµ phÇn ¸p suÊt víi nhiÖt ®é thÊp h¬n dïng chuyÓn ®æi nh÷ng ngo¹i lùc vµ néi lùc ¸p suÊt nh»m t¹o ra kh¶ n¨ng thÝch hîp cho qu¸ tr×nh biÕn ®æi dßng nhiÖt trong tuèc bin vµ còng ®Ó thuËn lîi khi më m¸y. §èi víi thiÕt kÕ m¸y bay ®Ó thay thÕ líp ng¨n bªn trong nÆng h¬n cña th©n ng−êi ta dïng c¸nh thæi kh«ng khÝ ¸p suÊt thÊp qua kh«ng gian gi÷a hai líp lãt bªn trong vµ th©n. ë b¸nh tÜnh, do nhiÖt ®é thay ®æi nhiÒu nªn ®−îc chÕ t¹o ®¶m b¶o cho phÐp c¸c c¸nh tÜnh hoÆc c¸c côm c¸nh tÜnh cã thÓ d·n në ®−îc. Ngoµi ra ®Ó ®¹t ®−îc hiÖu suÊt cao, trªn vµnh c¸c c¸nh ®éng cã l¾p vßng chÌn h−íng kÝnh. C. R«to cña tuèc bin khÝ CÊu tróc cña roto kh¸c nhau tïy thuéc vµo nhiÖt ®é cña s¶n phÈm ch¸y vµo tuèc bin. Khi s¶n phÈm ch¸y cã nhiÖt ®é cao h¬n, dïng r«to cã ®Üa thÝch hîp h¬n, v× lo¹i nµy lµm m¸t dÔ h¬n. R«to d¹ng tang trèng cã −u ®iÓm h¬n vÒ mÆt c«ng nghÖ nh−ng tÊt nhiªn chØ phï hîp ®èi víi nhiÖt ®é s¶n phÈm ch¸y thÊp. R«to cã ®Üa ®−îc lµm nhê bul«ng l¾p ghÐp g¾n ®Üa vµo c¸c bÝch hay nhê bul«ng siÕt ë t©m hay b»ng vµi bul«ng ®Æt theo chu vi. §Ò c¸c b¸nh ®éng cã thÓ biÕn d¹ng theo h−íng kÝnh mét c¸ch ®éc lËp th−êng nèi trôc víi ®Üa nhê r¨ng khÝa däc trôc. R«to cña tuèc bin nhiÒu tÇng th−êng ®−îc ®Æt trong hai æ ®ì, cßn ®èi víi lo¹i cã mét ®Õn hai tÇng th× cã thÓ l¾p ®Üa lªn trôc cã mét ®Çu tù do. ë c¸c tuèc bin lµm viÖc víi tèc ®é vßng cao, c¸nh ®−îc g¾n trªn ®Üa nhê ch©n c¸nh d¹ng c©y th«ng. C¸nh qu¹t ®éng lu«n lµ lo¹i xo¾n ®−îc hiÖu chØnh thÝch hîp víi tiÕt diÖn nhá dÇn tõ gèc ®Õn ®Ønh võa lµm gi¶m träng l−îng c¸nh võa Ýt nguy hiÓm khi ®Çu c¸nh ch¹m ph¶i th©n kh«ng g©y tÝch tô nhiÖt côc bé lín, t¹o hiÖu qu¶ vËn hµnh tèt. D. Cæ èng ra C¸ch bè trÝ cña tõng lo¹i thiÕt bÞ tuèc bin sÏ quyÕt ®Þnh H×nh d¹ng cæ èng ra. Cæ èng ra th−êng h−íng s¶n phÈm ch¸y tõ h−íng däc trôc thµnh h−íng vu«ng gãc víi trôc quay. Trong cæ èng ra lµ èng loe vµnh kh¨n däc trôc hay h×nh c«n ®Ó chuyÓn ®æi phÇn ®éng n¨ng cña s¶n phÈm ch¸y thµnh ¸p suÊt ë lèi ra tõ tuèc bin. E. Lµm m¸t tuèc bin khÝ Mét ¶nh h−ëng ®¸ng kÓ ®Õn hiÖu suÊt vµ c«ng suÊt riªng cña tuèc bin khÝ lµ nhiÖt ®é s¶n phÈm ch¸y tr−íc tuèc bin. Møc ®é ¶nh h−ëng cña nã hiÓn nhiªn bÞ giíi h¹n do søc bÒn cña vËt liÖu gi¶m khi nhiÖt ®é t¨ng. §Ó vËt liÖu cã thÓ chÞu ®−îc s¶n phÈm ch¸y cã nhiÖt ®é cao th× cÇn lµm m¸t c¸c bé phËn bªn ngoµi cña tuèc bin khÝ b½ng c¸ch thæi kh«ng khÝ nÐn hay h¬i hoÆc n−íc qua. Nh÷ng yªu cÇu lµm m¸t lµ: 1. Gi÷ nhiÖt ®é kim lo¹i c¸c phÇn ngoµi ë gi¸ trÞ cho phÐp. 112
**source: http://bkeps.com
**
2. Do ¶nh h−ëng cña l−îng kh«ng khÝ ®−îc trÝch ra ®Ó lµm m¸t nªn yªu cÇu lµm m¸t kh«ng v−ît qui ®Þnh. 3. §Ó giíi h¹n søc c¨ng do biÕn d¹ng nhiÖt g©y nªn, cÇn ph¶i lµm ®ång ®Òu tr−êng nhiÖt ®é cña kim lo¹i ë nh÷ng chç kh«ng thÓ d·n në ®−îc. 4. HÖ thèng lµm m¸t cÇn lµm ®¬n gi¶n, bÒn v÷ng vÒ h×nh d¹ng ë tÊt c¶ tr¹ng th¸i vËn hµnh vµ ph¶i gi÷ ®−îc ®é tin cËy vËn hµnh. 5. CÇn ph¶i ®¶m b¶o ®−îc qu¸ tr×nh c«ng nghÖ cho phÐp. Lµm m¸t cÇn tËp trung vµo nh÷ng bé phËn chÝnh nh− c¸nh qu¹t ®éng, r«to, c¸c c¸nh tÜnh vµ th©n tuèc bin.
113
**source: http://bkeps.com
**
PhÇn 3. Nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn
Ch−¬ng 10. HiÖu qu¶ kinh tÕ trong s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt n¨ng 10.1. HiÖu qu¶ kinh tÕ cña nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn ng−ng h¬i Nh− ®· tr×nh bµy ë môc 1.2. nhµ m¸y ®iÖn ng−ng h¬i thuÇn tóy lµm viÖctheo chu tr×nh Renkin ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 10.1.
T Qq Q vT Qc Nc¬ N® 4 5 1
P1
P2 NiT 3 2, 2
s
H×nh 10.1. S¬ ®å thiÕt bÞ nhµ m¸y ®iÖn
H×nh 10.2. §å thÞ T-s cña chu tr×nh NM§
HiÖu qu¶ kinh tÕ nhiÖt cña nhµ m¸y ®iÖn ®−îc biÓu thÞ b»ng hiÖu suÊt nhiÖt ηnm -lµ tØ sè gi÷a n¨ng l−îng ®iÖn nhËn ®−îc vµ l−îng nhiÖt tiªu hao:
Nd Nd = (10-1) Q cc B tt Q lv t N® - C«ng suÊt ®iÖn cña nhµ m¸y, KW Btt - l−îng nhiªn liÖu tiªu hao trong mét gi©y, (kg/s) Qtlv - NhiÖt trÞ nhiªn liÖu (kj/kg), ηthnm - HiÖu suÊt th« cña nhµ m¸y ®iÖn (khi ch−a kÓ ®Õn l−îng ®iÖn tù dïng), Møc ®é kinh tÕ cña cña nhµ m¸y phô thuéc vµo hiÖu suÊt cña chu tr×nh nhiÖt, hiÖu suÊt c¸c thiÕt bÞ trong nhµ m¸y nh−: lß h¬i, tuèc bin, b×nh ng−ng vµ mét sè thiÕt bÞ phô. Trong qu¸ tr×nh biÕn ®æi tõ nhiÖt n¨ng thµnh ®iÖn n¨ng lu«n cã c¸c tæn thÊt sau: - Tæn thÊt nhiÖt ë lß h¬i - Tæn thÊt nhiÖt trong tuèc bin, - Tæn thÊt nhiÖt trong b×nh ng−ng, - Tæn thÊt c¬ cña tuèc bin-m¸y ph¸t do ma s¸t, - Tæn thÊt nhiÖt däc c¸c ®−êng èng, gäi lµ tæn thÊt truyÒn t¶i nhiÖt. BiÕn ®æi c«ng thøc (10-1) ta cã: Nd N N N iT Q T Q qn th η nm = = d co T v (10-2) B tt Q lv N co N iT Q v Q qn Q cc t
th η nm =
114
**source: http://bkeps.com
**
Trong ®ã: N® - C«ng suÊt ®iÖn cña nhµ m¸y, Nc¬ - C«ng suÊt c¬ trªn trôc m¸y ph¸t, NiT - C«ng suÊt trong thùc tÕ cña tuèc bin, QvT - L−îng nhiÖt cung cÊp cho tuèc bin, Qqn = Gqn (iqn - inc)-nhiÖt l−îng h¬i qu¸ nhiÖt, Qc = BttQtlv - l−îng nhiÖt do nhiªn liÖu mang vµo, Gqn - l−îng h¬i tiªu hao trong mét gi©y,
**Tõ (10-2) ta thÊy: N ηmp = d lµ hiÖu suÊt cña m¸y ph¸t, N co
**
ηco =
**N co lµ hiÖu suÊt c¬ khÝ, N iT
**
N iT lµ hiÖu suÊt trong t−¬ng ®èi cña tuèc bin, QT v
η TB = td
**QT ηtt = v lµ hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh truyÒn t¶i nhiÖt n¨ng, Q qn
**
lµ hiÖu suÊt cña lß h¬i, Q cc HiÖu suÊt th« cña nhµ m¸y cã thÓ viªt: N tho η nm = d = ηmp ηco ηTBt® ηtt ηlo Q qn C«ng suÊt ®iÖn sinh ra trªn c¸c cùc cña m¸y ph¸t lµ: N® = GH0 η TB ηco ηmp td (10-4) ë ®©y: G lµ l−u l−îng h¬i vµo tuèc bin, (kg/s), H0 lµ nhiÖt d¸ng lý thuyÕt cña tuèc bin, SuÊt tiªu hao h¬i cña tuèc bin lµ l−îng h¬i tiªu hao ®Ó s¶n xuÊt ra 1Kwh ®iÖn, b»ng: dd =
ηlo =
Q qn
(10-3)
G 1 = , (kg/Kj); TB Nd H 0 η td η co η mp
(10-5)
dd =
G 3600 = , (kg/Kwh); Nd H 0 η TB η co η mp td
(10-6)
SuÊt tiªu hao nhiÖt cña tuèc bin lµ l−îng nhiÖt tiªu hao ®Ó s¶n xuÊt ra 1Kwh ®iÖn, b»ng: G(i1 − i 2 ) Q = d d (i1 − i 2 ) , (kj/Kwh) (10-7) qd = d = Nd Nd
SuÊt tiªu hao nhiÖt cña nhµ m¸y lµ l−îng nhiÖt tiªu hao ®Ó s¶n xuÊt ra 1Kwh ®iÖn cã kÓ ®Õn tæn thÊt trong lß vµ tæn thÊt truyÒn dÉn h¬i ®i, b»ng:
115
**source: http://bkeps.com
**
Q qn Nd
=
qnm =
Qd qd , (kj/Kwh) = N d η lo η tt η lo η tt
= (i1 − i 2 ) H 0 η lo η tt η TB η co η mp td = , (kj/Kwh)
(10-8a)
qnm =
d d (i1 − i 2 ) η lo η tt
(10-8b)
qnm =
1
η lo η tt η η co η mp
TB td
= , (kj/Kwh)
(10-8c)
SuÊt tiªu hao nhiªn liÖu cña nhµ m¸y lµ l−îng nhiªn liÖu tiªu hao ®Ó s¶n xuÊt ra 1Kwh ®iÖn, b»ng: Q qn q 1 B b= , (kg/Kwh) (10-9) = = nm = lv lv N d N d Q th Q th η nm Q lv th
SuÊt tiªu hao nhiªn liÖu tiªu chuÈn: 1 0.123 b= , (kg/Kwh) = 29330η nm η nm
(10-10)
10.2. HiÖu qu¶ kinh tÕ cña trung t©m nhiÖt ®iÖn 10.2.1. S¬ ®å s¶n xuÊt phèi hîp ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt n¨ng
Trong trung t©m nhiÖt ®iÖn cã nhiÒu ph−¬ng ¸n bè trÝ ®Ó s¶n xuÊt phèi hîp ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt n¨ng. Khi cung cÊp nhiÖt cho mét lo¹i hé tiªu thô nhiÖt (c¸c hé tiªu thô nhiÖt cã cïng mét ¸p suÊt h¬i) cã thÓ dïng tuèc bin ®èi ¸p vµ tuèc bin ng−ng h¬i thuÇn tóy nh− ë h×nh 10.3. hoÆc tuèc bin ng−ng h¬i cã mét cöa trÝch ®iÒu chØnh nh− ë h×nh 10.4. Khi cung cÊp nhiÖt cho hai lo¹i hé tiªu thô nhiÖt, cã thÓ dïng tuèc bin ®èi ¸p cã mét cöa trÝch ®iÒu chØnh vµ tuèc bin ng−ng h¬i thuÇn tóy nh− ë h×nh 10.5a. hoÆc tuèc bin ng−ng h¬i cã hai cöa trÝch ®iÒu chØnh nh− ë h×nh 10.5b.
116
source: http://bkeps.com
H×nh 10.3. Dïng tuèc bin ®èi ¸p vµ tu«c bin ng−ng h¬i thuÇn tóy
H×nh 10.4. Dïng tuèc bin ng−ng h¬i cã mét cöa trÝch
H×nh 10.5a. Dïng tuèc bin ®èi ¸p cã mét cöa trÝch vµ tuèc bin ng−ng h¬i
H×nh 10.5b. Dïng tuèc bin ng−ng h¬i cã hai cña trÝch
10.2.2. HiÖu qu¶ cña viÖc s¶n xuÊt phèi hîp ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt n¨ng
H×nh 10.6. tr×nh bµy c¸c ph−¬ng ¸n s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt n¨ng. §Ó cã thÓ so s¸nh hiÖu qu¶ cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt n¨ng theo hai ph−¬ng ¸n riªng rÏ vµ phèi hîp ta cÇn tÝnh to¸n l−îng h¬i tiªu thô cho hai ph−¬ng ¸n ®ã khi cung cÊp cho hé tiªu thô mét l−îng ®iÖn N® vµ l−îng nhiÖt Q nh− nhau. Khi s¶n xuÊt riªng rÏ ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt n¨ng, ®iÖn n¨ng sÏ ®−îc ®¶m b¶o b»ng tuèc bin ng−ng h¬i, cßn nhiÖt n¨ng cÊp cho hé tiªu thô ®−îc ®¶m b¶o b»ng lß h¬i riªng hoÆc cïng mét lß h¬i nh−ng ph¶i qua bé gi¶m «n gi¶m ¸p nh− tr×nh bµy trªn h×nh 10.6a. §Ó ®¶m b¶o cÊp cho hé tiªu thô ®−îc l−îng ®iÖn N® cÇn ph¶i tiªu tèn mét l−îng h¬i lµ G® vµ cÊp cho hé tiªu thô l−îng nhiÖt Q cÇn ph¶i tiªu tèn mét l−îng h¬i lµ Gn, tæng l−îng h¬i tiªu tèn khi s¶n xuÊt riªng rÏ lµ: Gr = G® + Gn (10-11)
117
**source: http://bkeps.com
**
Khi s¶n xuÊt phèi hîp ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt n¨ng th× c¶ ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt n¨ng ®−îc cung cÊp b»ng tuèc bin ng−ng h¬i cã mét cöa trÝch ®iÒu chØnh nh− tr×nh bµy trªn h×nh 10.6b. §Ó ®¶m b¶o ®ång thêi ®−îc l−îng ®iÖn N® vµ l−îng nhiÖt Q cho hé tiªu thô cÇn ph¶i tiªu tèn mét l−îng h¬i lµ Gph. §Ó tÝnh to¸n l−îng h¬i tiªu hao trong tr−êng hîp nµy ta gi¶ sö tuèc bin lµm viÖc nh− mét tuèc bin ng−ng h¬i thuÇn tóy, nghÜa lµ l−îng h¬i trÝch Gn = 0. Khi ®ã muèn s¶n xuÊt ra l−îng ®iÖn N® th× theo (10-3) cÇn tiªu hao mét l−îng h¬i lµ: Nd Gâ = (10-12) (i 0 − i k )η TB η co η mp td
NÕu trÝch ®i mét l−îng h¬i Gn cÊp cho hé dïng nhiÖt nghÜa lµ l−îng h¬i Gn nµy kh«ng vµo phÇn h¹ ¸p, kh«ng tham gia sinh c«ng ®Ó s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng trong phÇn h¹ ¸p, v× vËy l−îng ®iÖn s¶n xuÊt ra sÏ gi¶m ®i mét l−îng lµ: ∆Nâ = Gn(in - ik) η TB ηcoηmp td
(10-13)
§Ó bï l¹i l−îng ®iÖn ®· gi¶m ®i, cÇn ph¶i t¨ng thªm vµo tuèc bin mét l−îng h¬i cã thÓ s¶n xuÊt ra l−îng ®iÖn ®· bÞ thiÕu ∆Nâ lµ: ∆N d ∆G = (10-14) (i 0 − i k )η TB η co η mp td
**Thay ∆Nâ tõ (10-13) vµo (10-14) ta ®−îc: ∆G =
**
hay: ∆G = Gn trong ®ã:
(i n − i k ) = y Gn, (i 0 − i k )
G n (i n − i k )η TB η co η mp td (i 0 − i k )η TB η co η mp td
(10-15)
(11-16)
(i n − i k ) = y ®−îc gäi lµ hÖ sè n¨ng l−îng cña dßng h¬i trÝch. (i 0 − i k )
Nh− vËy l−îng h¬i tiªu tèn trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt phèi hîp ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt n¨ng lµ: Gph = G® + ∆G (10-17) (10-18) Gph = G® + yGn (i − i ) Râ rµng (in - ik) < (i0 - ik), do ®ã : n k = y < 1 (i 0 − i k ) So s¸nh (10-17) víi (10-18) vµ l−u ý (y < 1) ta thÊy s¶n s¶n xuÊt phèi hîp ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt n¨ng tèn Ýt h¬i h¬n s¶n xuÊt riªng rÏ mét l−îng lµ: ∆Gtk = Gr - Gph = (G® + Gn) - (G® + yGn) ∆Gtk = (1 - y)Gn (10-19) L−îng h¬i ®i vµo b×nh ng−ng khi s¶n xuÊt phèi hîp lµ: (10-20) G'k = Gph - Gn = G® + yGn - Gn = G® - (1 - y)Gn L−îng h¬i ®i vµo b×nh ng−ng khi s¶n xuÊt phèi hîp nhá h¬n khi s¶n xuÊt riªng rÏ mét l−îng lµ: 118
**source: http://bkeps.com
**
∆Gk = G'k - Gk = G® - [G® - (1 - y)Gn] (10-21) (10-22) ∆Gk = (1 - y)Gn Khi s¶n xuÊt phèi hîp ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt n¨ng trong tuèc bin cã cöa trÝch, nhê gi¶m ®−îc l−îng h¬i Gk vµo binh ng−ng nªn gi¶m ®−îc tæn thÊt nhiÖt do nh¶ nhiÖt cho n−íc lµm m¸t trong b×nh ng−ng.
a)
b)
H×nh 10.6. C¸c ph−¬ng ¸n s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt n¨ng a-s¶n xuÊt riªng rÏ; b-s¶n xuÊt phèi hîp
L−îng nhiÖt tiÕt kiÖm ®−îc khi s¶n xuÊt ®iÖn b»ng tuèc bin trÝch h¬i lµ: ∆Q® = Qng - Qtr = ∆Gk(ik - i'k) Trong ®ã: L−îng nhiÖt tiªu hao cho tuèc bin trÝch h¬i lµ: Qtr = N® + Qktr L−îng nhiÖt tiªu hao cho tuèc bin ng−ng h¬i lµ: Qng = N® + Qkng thay ∆Gk tõ (10-20) vµo (10-21) ta ®−îc: ∆Q® = (1 - y)Gn (ik - i'k)
(10-23)
(10-24)
10.3. c¸c biÖn ph¸p n©ng cao hiÖu qu¶ kinh tÕ cña nhµ m¸y ®iÖn
119
**source: http://bkeps.com
**
10.3.1. Thay ®æi th«ng sè h¬i
HiÖu suÊt nhiÖt cña chu tr×nh Renkin còng cã thÓ biÓu thÞ b»ng hiÖu suÊt chu tr×nh Carno t−¬ng ®−¬ng: T (10-29) max η t = η tcarno = 1 − 2 T1 Tõ (10-27) ta thÊy: hiÖu suÊt nhiÖt cña chu tr×nh khi gi¶m nhiÖt ®é trung b×nh T2tb cña qu¸ tr×nh nh¶ nhiÖt trong b×nh ng−ng hoÆc t¨ng nhiÖt ®é trung b×nh T1tb cña qu¸ tr×nh cÊp nhiÖt trong lß h¬i.
10.3.1.1. Gi¶m nhiÖt ®é trung b×nh cña qu¸ tr×nh nh¶ nhiÖt T2tb
H×nh 10.7 biÓu diÔn chu tr×nh Renkin cã ¸p suÊt cuèi gi¶m tõ p2 xuèng p2o , khi nhiÖt ®é ®Çu t1 vµ ¸p suÊt ®Çu P1 kh«ng thay ®æi. Khi gi¶m ¸p suÊt ng−ng tô p2 cña h¬i trong b×nh ng−ng, th× nhiÖt ®é b·o hßa ts còng gi¶m theo, do ®ã nhiÖt ®é trung b×nh T2tb cña qu¸ tr×nh nh¶ nhiÖt gi¶m xuèng. Theo (10-29) th× hiÖu su©t nhiÖt ηt cña chu tr×nh t¨ng lªn. Tuy nhiªn, nhiÖt ®é ts bÞ giíi h¹n bëi nhiÖt ®é nguån l¹nh (nhiÖt ®é n−íc lµm m¸t trong b×nh ng−ng), do ®ã ¸p suÊt cuèi cña chu tr×nh còng kh«ng thÓ xuèng qu¸ thÊp, th−êng tõ 2Kpa ®Õn 5Kpa tïy theo ®iÒu kiÖn khÝ hËu tõng vïng. MÆt kh¸c, khi gi¶m ¸p suÊt p2 xuèng th× ®é Èm cña h¬i ë c¸c tÇng cuèi tuèc bin còng gi¶m xuèng, sÏ lµm gi¶m hiÖu suÊt vµ tuæi thä Tuèc bin, do ®ã còng lµm gi¶m hiÖu suÊt chung cña toµn nhµ m¸y.
T 5 4 30 3 2 2’ 0 x=0
1
20
x=1 s
H×nh 10.7. ¶nh h−ëngcña ¸p suÊt cuèi
10.3.1.2. N©ng cao nhiÖt ®é trung b×nh cña qu¸ tr×nh cÊp nhiÖt T1tb
Theo (10-29) ta thÊy khi nhiÖt ®é trung b×nh T1 cña qu¸ tr×nh cÊp nhiÖt 3451 t¨ng lªn, th× hiÖu suÊt ηt chu tr×nh sÏ t¨ng lªn. §Ó n©ng nhiÖt ®é trung b×nh cña qu¸ tr×nh cÊp nhiÖt T1tb, cã thÓ t¨ng ¸p suÊt ®Çu p1 hoÆc nhiÖt ®é ®Çu t1. NÕu gi÷ nguyªn ¸p suÊt h¬i qu¸ nhiÖt p1 vµ ¸p suÊt cuèi p2, t¨ng nhiÖt ®é ®Çu t1 (h×nh 10.8) th× nhiÖt ®é trung b×nh T1tb cña qu¸ tr×nh cÊp nhiÖt 3451 còng t¨ng lªn. NÕu gi÷ nguyªn nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt t1 vµ ¸p suÊt cuèi p2, t¨ng ¸p suÊt ®Çu p1 (h×nh 10.9) th× nhiÖt ®é s«i cña qu¸ tr×nh 4-5 t¨ng, do ®ã nhiÖt ®é trung b×nh T1tb cña
120
**source: http://bkeps.com
**
qu¸ tr×nh cÊp nhiÖt 3451 còng t¨ng lªn trong khi T2tb gi÷ nguyªn, dÉn ®Õn hiÖu suÊt nhiÖt ηt cña chu tr×nh t¨ng lªn.
T 1 5 4 3 2’ x=0 0 2 20 3 x= 1 2’ x=0 20 2 x=1 4 5 40 50 10 T 10 1
s H×nh 10.8. ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ®Çu
0 s H×nh 10.9. ¶nh h−ëng cña ¸p suÊt ®Çu
Khi t¨ng nhiÖt ®é ®Çu th× ®é Èm gi¶m, nh−ng t¨ng ¸p suÊt ®Çu th× ®é Èm t¨ng. Do ®ã trªn thùc tÕ ng−êi ta th−êng t¨ng ®ång thêi c¶ ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é ®Çu ®Ó t¨ng hiÖu suÊt chu tr×nh mµ ®é Èm kh«ng t¨ng, nªn hiÖu suÊt cña chu tr×nh Renkin thùc tÕ sÏ t¨ng lªn. ChÝnh v× vËy, øng víi mét gi¸ trÞ ¸p suÊt ®Çu ng−êi ta sÏ chän nhiÖt ®é ®Çu t−¬ng øng, hai th«ng sè nµy gäi lµ th«ng sè kÕt ®«i.
10.3.2. Chu tr×nh trÝch h¬i gia nhiÖt n−íc cÊp
Mét biÖn ph¸p kh¸c ®Ó n©ng cao hiÖu suÊt chu tr×nh Renkin lµ trÝch mét phÇn h¬i tõ tu«c bin ®Ó gia nhiÖt h©m n−íc cÊp tr−íc khi b¬m n−íc cÊp cho lß. S¬ ®å thiÕt bÞ chu tr×nh gia nhiÖt h©m n−íc cÊp ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 10-.10. Chu tr×nh nµy kh¸c chu tr×nh Renkin ë chç: Cho 1kg h¬i ®i vµo tuèc bin, sau khi d·n në trong phÇn ®Çu cña Tuèc bin tõ ¸p suÊt p1 ®Õn ¸p suÊt pt, ng−êi ta trÝch mét l−îng h¬i g1 vµ g2 ®Ó gia nhiÖt n−íc cÊp, do ®ã l−îng h¬i ®i qua phÇn sau cña tuèc bin vµo b×nh ng−ng sÏ gi¶m xuèng chØ cßn lµ gk: gk = 1 - g1 - g2 (10-30) L−îng nhiÖt nh¶ ra trong b×nh ng−ng còng gi¶m xuèng chØ cßn: (10-31) q hn = (i 2 − i 2' )(1 − g 1 − g 2 ) < i 2 − i 2' 2 HiÖu suÊt chu tr×nh cã trÝch h¬i h©m nãng n−íc cÊp lµ: η =
tr ct
q1 − q 2 q1
hn
=
l q1
(10-32)
Lîng h¬i vµo b×nh ng−ng gi¶m, nghÜa lµ l−îng nhiÖt q2 mµ h¬i nh¶ ra cho n−íc lµm m¸t trong b×nh ng−ng còng gi¶m. Tõ (10-32) râ rµng ta thÊy hiÖu suÊt nhiÖt chu tr×nh cã trÝch h¬i gia nhiÖt h©m n−íc cÊp t¨ng lªn. Gäi c«ng cña dßng h¬i ng−ng sinh ra trong tuèc bin lµ: lk = gk (i0 - ik) = gk h0 c«ng cña dßng h¬i trÝch sinh ra trong tuèc bin lµ: ltr = gtr (i0 - itr) = gtr htr vµ nhiÖt l−îng cÊp cho 1kg h¬i trong lß lµ: q0k = i0 - inc
1k g II g1 I g2 II
121
g
IV
source: http://bkeps.com
l 0k k = η ct lµ hiÖu suÊt cña chu tr×nh ng−ng h¬i thuÇn tóy (kh«ng cã trÝch h¬i), q ok
∑l
1
n
tr
l ok
=
∑g
1
n
tr
h tr
= Atr lµ hÖ sè n¨ng l−îng cña dßng h¬i trÝch,
g k h ok
**Khi ®ã ta cã hiÖu suÊt cña chu tr×nh cã trÝch h¬i gia nhiÖt n−íc cÊp lµ:
**
n ⎞ ⎛ ⎜ ∑ g tr h tr ⎟ ⎟ ⎜1 + 1 n ⎜ gkh0 ⎟ g k h 0 + ∑ g tr h tr ⎟ ⎜ h0 ⎝ ⎠ = h0 tr 1 η ct = = n n q ok ⎛ ⎞ q ok g k q 0 k + ∑ g tr h tr ⎜ ∑ g tr h tr ⎟ 1 ⎟ ⎜1 + 1 ⎜ g k q ok ⎟ ⎟ ⎜ ⎠ ⎝ hay: 1 + A tr tr k η ct = ηct k 1 + A tr η ct n ⎛ ⎜ ∑ g tr h tr ⎜1 + 1 ⎜ gkh0 ⎜ ⎝
⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠
n ⎛ ⎜ ∑ g tr h tr gkho ⎜1 + 1 ⎜ g k h o g k q ok ⎜ ⎝
(10-33)
(10-34)
1 + A tr >1 k 1 + A tr η ct
k k v× η ct < 1 do ®ã (1 + Atr) > (1 + Atr) η ct , nghÜa lµ
hay:
tr k η ct > η ct ,
(10-35)
C«ng thøc (10-35) chøng tá hiÖu suÊt cña chu tr×nh cã trÝch h¬i gia nhiÖt n−íc cÊp lu«n lu«n lín h¬n hiÖu suÊt cña chu tr×nh ng−ng h¬i thuÇn tóy (kh«ng cã trÝch h¬i gia nhiÖt).
10.3.3. Qu¸ nhiÖt trung gian h¬i
Nh− ®· ph©n tÝch ë trªn, ®Ó n©ng cao hiÖu suÊt chu tr×nh cña nhµ m¸y ta cã thÓ t¨ng ®ång thêi c¶ ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é ®Çu cña h¬i qu¸ nhiÖt. Nh−ng thùc tÕ kh«ng thÓ
122
**source: http://bkeps.com
**
t¨ng nhiÖt ®é T0 lªn m·i ®−îc v× bÞ h¹n chÕ bëi søc bÒn cña kim lo¹i chÕ t¹o c¸c thiÕt bÞ, nÕu chØ t¨ng ¸p suÊt p0 lªn th«i th× ®é Èm cña h¬i cuèi tuèc bin t¨ng lªn, lµm gi¶m hiÖu suÊt tuèc bin, t¨ng kh¶ n¨ng mµi mßn vµ ¨n mßn c¸c c¸nh tuèc bin. §Ó kh¾c phôc t×nh tr¹ng nµy, ng−êi ta cho h¬i d·n në sinh c«ng trong mét sè tÇng ®Çu cña tuèc bin råi ®−a trë l¹i lß h¬i qu¸ nhiÖt mét lÇn n÷a (gäi lµ qu¸ nhiÖt trung gian h¬i) ®Ó t¨ng nhiÖt ®é h¬i, sau ®ã ®−a trë l¹i c¸c tÇng tiÕp theo cña tuèc bin vµ tiÕp tôc d·n në sinh c«ng ®Õn ¸p suÊt cuèi pk (QNTG).
H×nh 10.11. S¬ ®å nguyªn lý cña chu tr×nh cã qu¸ nhiÖt trung gian. 1- B¬m nuíc cÊp; 2- Lß h¬i; 3-Bé qu¸ nhiÖt ; 4- PhÇn cao ¸p tuèc bin; 5- Bé qu¸ nhiÖt trung gian; 6- PhÇn h¹ ¸p tuèc bin; 7- B×nh ng−ng
H×nh 10.11 biÓu diÔn s¬ ®å nguyªn lý cña chu tr×nh cã qu¸ nhiÖt trung gian. Môc ®Ých cña qu¸ nhiÖt trung gian lµ gi¶m bít ®é Èm cuèi tuèc bin vµ t¨ng nhiÖt ®é h¬i vµo c¸c tÇng tiÕp theo. NhiÖt ®é h¬i ra khái bé qu¸ nhiÖt trung gian cã thÓ lªn ®Õn b»ng nhiÖt ®é h¬i ban ®Çu (tr−íc khi vµo tuèc bin). Cã thÓ xem chu tr×nh qu¸ nhiÖt trung gian gåm hai chu tr×nh, chu tr×nh chÝnh (chu tr×nh ban ®Çu) vµ chu tr×nh phô. Chu tr×nh ban ®Çu tiªu thô mét l−îng nhiÖt lµ q0 vµ sinh c«ng lµ l0 , Chu tr×nh phô tiªu thô mét l−îng nhiÖt lµ ∆qtg vµ sinh c«ng lµ ∆ltg. HiÖu suÊt chu tr×nh cã qu¸ nhiÖt trung gian cã thÓ viÕt lµ: ∆l tg 1+ l 0 + ∆l tg l l0 tg = 0 (10- 36) η ct = ∆q tg q 0 + ∆q tg q 0 1+ q0 trong ®ã: l0 k = η ct lµ hiÖu suÊt chu tr×nh ban ®Çu kh«ng cã qu¸ nhiÖt trung gian, q0
∆l tg l tg
= A lµ hÖ sè n¨ng l−îng cña chu tr×nh phô, cã thÓ viÕt l¹i:
123
**source: http://bkeps.com
**
1+ ∆l tg l0 l0 q0 ∆l tg ∆q tg
k = η ct
tg ηct =
l0 q0
1+
∆l tg l0
1+ A ηk 1 + A ,ct η ct
(10- 37)
Tõ (10-37) ta thÊy:
k η qn > η ct khi (1+A) > (1+A ct k η ct k ) nghÜa lµ η ct < η'ct, η' ct
k Tãm l¹i qu¸ nhiÖt trung gian lµm cho hiÖu suÊt chu tr×nh t¨ng lªn khi η'ct > η ct tøc lµ khi hiÖu suÊt chu tr×nh phô lín h¬n hiÖu suÊt chu tr×nh ban ®Çu. Nh− vËy muèn n©ng cao hiÖu suÊt chu tr×nh b»ng qu¸ nhiÖt trung gian th× ph¶i chän gi¸ trÞ ¸p suÊt h¬i tr−íc khi ®i qu¸ nhiÖt trung gian vµ nhiÖt ®é h¬i sau khi qu¸ nhiÖt trung gian hîp lý ®Ó nhiÖt ®é t−¬ng ®−¬ng cña chu tr×nh phô lín h¬n chu tr×nh ban ®Çu, tho¶ m·n k ®iÒu kiÖn η'ct > η ct
Thùc tÕ chøng tá r»ng: Qu¸ nhiÖt trung gian ®em l¹i hiÖu qu¶ tèi ®a chØ khi ¸p suÊt h¬i ®i qu¸ nhiÖt trung gian b»ng (0,25-0,3) ¸p suÊt h¬i míi ptg.
10.3.4. Më réng nhµ m¸y víi th«ng sè cao
ViÖc x©y dùng nhµ m¸y ®iÖn tr−íc hÕt nh»m ®¸p øng yªu cÇu vÒ c«ng suÊt hiÖn t¹i. Nh−ng nhu cÇu vÒ ®iÖn n¨ng sÏ kh«ng ngõng t¨ng lªn, do ®ã ®Ó cã thÓ ®¸p øng ®−îc phÇn nµo nhu cÇu cña nh÷ng n¨m tiÕp theo cña s¶n xuÊt, ngay tõ giai ®o¹n thiÕt kÕ nhµ m¸y ®· ph¶i tÝnh ®Õn nh÷ng ®iÒu kiÖn ®Ó cã thÓ më réng nhµ m¸y cho nh÷ng n¨m tiÕp theo nh−: nguån n−íc, vÞ trÝ vµ diÖn tÝch ®Êt, h−íng më réng . . . . Trong thùuc tÕ, song song víi viÖc x©y dùng míi c¸c nhµ m¸y cã c«ng suÊt vµ th«ng sè lín h¬n, ng−êi ta cßn tiÕn hµnh më réng c¸c nhµ m¸y cò b»ng c¸ch ®Æt thªm c¸c thiÕt bÞ cã c«ng suÊt vµ th«ng sè lín h¬n. ViÖc më réng c¸c nhµ m¸y cò cã thÓ tiÕn hµnh theo hai ph−¬ng ¸n:
10.3.4.1. Më réng nhµ m¸y ®iÖn b»ng ph−¬ng ph¸p ®Æt chång
Më réng nhµ m¸y ®iÖn b»ng ph−¬ng ph¸p ®Æt chång ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 10.12. Néi dung cña ph−¬ng ph¸p ®Æt chång lµ ®−a mét bé phËn hay toµn bé nhµ m¸y ®iÖn ®ang vËn hµnh víi th«ng sè thÊp lªn nhµ m¸y cã th«ng sè cao. X©y dùng chång ngoµi ý nghÜa më réng c«ng suÊt cßn bao hµm ý nghÜa hiÖn ®¹i hãa mét nhµ m¸y cã tr×nh ®é kü thuËt cßn thÊp. Muèn x©y dùng chång ng−êi ta ®Æt thªm tuèc bin vµ lß h¬i th«ng sè cao. Tuèc bin cao ¸p th× cã thÓ chän lo¹i ®èi ¸p hay lo¹i trÝch h¬i vµ ®−îc cÊp h¬i tõ lß h¬i míi. ë ®©y ta chØ xÐt ph−¬ng ¸n dïng tuèc bin ®èi ¸p ®Ó ®Æt chång.
124
**source: http://bkeps.com
**
H¬i tho¸t cña tuèc bin ®Æt chång ph¶i cã ¸p suÊt b»ng ¸p suÊt h¬i míi cña tuèc bin cò ®ang vËn hµnh, nhiÖt ®é h¬i thoat nÕu trïng th× tèt nhÊt, nÕu nhá h¬n th× ph¶i ¸p dông qu¸ nhiÖt trung gian tr−íc khi ®−a vµo tuèc bin cò.. Thùc hiÖn ®Æt chång cao ¸p th× hiÖu suÊt nhµ m¸y sÏ t¨ng lªn.
8 7 9
3 6 2
4 5 1
H×nh 10-12. S¬ ®å ®Æt chång 1, 2, 3, 4, 5-B¬m n−íc cÊp, lß h¬i, tuèc bin, m¸y ph¸t vµ b×nh ng−ng cña hÖ thèng cò. 6, 7, 8, 9-B¬m n−íc cÊp, lß h¬i, tuèc bin vµ m¸y ph¸t cña hÖ thèng míi,
§Æt chång cã thÓ thùc hiÖn mét phÇn hoÆc thùc hiÖn hoµn toµn, nghÜa lµ tuèc bin cò chØ nhËn mét phÇn hoÆc toµn bé h¬i tõ tuèc bin ®Æt chång, khi ®Æt chång mét phÇn th× lß h¬i cò vÉn ph¶i lµm viÖc, cßn thùc hiÖn hoµn toµn th× lß h¬i cò chØ ®Ó dù phßng hoÆc cã thÓ th¸o ®i. HiÖu suÊt chu tr×nh khi cã ®Æt chång kh«ng hoµn toµn sÏ b»ng :
η ch = ct
l 0 + l ch q 0 + l ch
l ch l l0 = 0 l q0 1 + ch q0 1+
(10-38)
k η ch = η ct ct
1 + A ch k 1 + A ch η ct
ch Trong ®ã: η ct =
l0 lµ hiÖu suÊt cña chu tr×nh ban ®Çu (thiÕt bÞ cò). q0
Ach lµ hÖ sè n¨ng l−îng cña ®Æt chång.
A ch =
α ch ( i ch − i 0 ) i0 − iK
(10-39)
αch lµ tû lÖ gi÷a l−îng h¬i míi ®−a vµo so víi l−îng h¬i cña tuèc bin cò ich, i0 vµ iK lµ Entanpi cña h¬i ë tr−íc tuèc bin ®Æt chång, tr−íc tuèc bin cò vµ sau tuèc bin cò. Do ®Æt chång nªn hiÖu suÊt cña chu tr×nh t¨ng lªn ®−îc mét l−îng lµ.
125
**source: http://bkeps.com
**
k k η ch − η ct A ch 1 − ηct ∆η = = k k η ct 1 + A ch .η ct ch
(
)
(10-40)
k Qua ®©y ta thÊy r»ng hiÖu qu¶ cña viÖc ®Æt chång cµng lín nÕu η ct cµng thÊp vµ Ach cµng cao. HÖ sè n¨ng l−îng Ach lín nhÊt khi αch= 1 nghÜa lµ khi ®Æt chång hoµn toµn.
10.3.4.2. Më réng nhµ m¸y ®iÖn b»ng ph−¬ng ph¸p ®Æt kÒ
Më réng nhµ m¸y ®iÖn b»ng ph−¬ng ph¸p ®Æt kÒ ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 10.13. Néi dung cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ ®Æt thªm mét hÖ thèng lß, tuèc bin cã ®Çy ®ñ c¸c thiÕt bÞ phô bªn c¹nh hÖ thèng cò . NÕu hÖ thèng míi cã th«ng sè cao h¬n th× nèi víi víi hÖ thèng cò ph¶i qua bé gi¶m «n gi¶m ¸p.
H×nh 10-13 S¬ ®å ®Æt kÒ 1, 2, 3, 4, 5-B¬m n−íc cÊp, lß h¬i, tuèc bin, m¸y ph¸t vµ b×nh ng−ng cña hÖ thèng cò. 6, 7, 8, 9-B¬m n−íc cÊp, lß h¬i, tuèc bin vµ m¸y ph¸t cña hÖ thèng míi,
12 8 2 1 1 7 3 5 6 1 4 9
10.4. Khö khÝ trong nhµ m¸y ®iÖn
Khö khÝ cho n−íc cÊp lµ lo¹i trõ ra khái n−íc nh÷ng chÊt khÝ hßa tan trong n−íc, chñ yÕu lµ khÝ O2. KhÝ nµy cã lÉn trong n−íc sÏ g©y ra hiÖn t−îng ¨n mßn bªn trong c¸c bÒ mÆt ®èt cña lß vµ c¸c thiÕt bÞ. Ph−¬ng ph¸p th«ng dông ë nhµ m¸y ®iÖn lµ khö khÝ b»ng nhiÖt. Theo ®Þnh luËt Henry th× møc ®é hoµ tan trong n−íc cña mét chÊt khÝ phô thuéc vµo: - NhiÖt ®é cña n−íc. - ¸p suÊt riªng phÇn cña chÊt khÝ Êy ë phÝa trªn mÆt n−íc. NÕu gäi Gkh lµ l−îng khÝ hoµ tan trong n−íc, kkh lµ hÖ sè hoµ tan cña chÊt khÝ trong n−íc vµ pkh lµ ¸p suÊt riªng phÇn cña chÊt khÝ Êy ë phÝa trªn mÆt tho¸ng th×: Gkh = kkh .pkh (10-41) Theo ®Þnh luËt Dalton th× ¸p suÊt cña mét hçn hîp khÝ b»ng tæng ¸p suÊt riªng phÇn cña tõng chÊt khÝ thµnh phÇn. NÕu coi kho¶ng kh«ng trªn mÆt n−íc lµ buång chøa hçn hîp khÝ th× h¬i n−íc còng lµ mét chÊt khÝ thµnh phÇn trong hçn hîp ®ã. V× vËy ta cã thÓ viÕt:
126
**source: http://bkeps.com
**
p kh = p − p h − ∑ p i
2 n
(10-42)
Trong ®ã:
p lµ ¸p suÊt chung cña hçn hîp khÝ trªn mÆt n−íc. ph lµ ¸p suÊt riªng phÇn cña h¬i n−íc. pkh lµ ¸p suÊt riªng phÇn cña mét chÊt khÝ thµnh phÇn nµo ®ã. Thay vµo (10-41) ta sÏ t×m ®−îc l−îng oxy hoµ tan trong n−íc:
G 0 2 = k 02 (p − p h − ∑ p i )
2
n
(10-43)
H×nh 10.14. B×nh khö khÝ 1-thïng chøa; 2-n−íc cÊp; 3-èng thñy; 4-®ång hå ¸p suÊt; 5-khÝ tho¸t; 6-®Üa ph©n phèi n−íc; 7-n−íc ng−ng tõ h¬i tho¸t; 8-van tÝn hiÖu; 9-b×nh ng−ng tô h¬i; 10-khÝ tho¸t; 12-ph©n phèi n−íc; 13-cét khö khÝ;14-ph©n phèi h¬i; 15-h¬i vµo
Môc ®Ých cña khö khÝ lµ lo¹i trõ O2 hßa tan trong n−íc ra khái n−íc. NÕu ¸p suÊt riªng phÇn p02 cña Oxy trong n−íc nhá h¬n p02 trong kh«ng gian trªn bÒ mÆt tho¸ng th× O2 kh«ng thÓ tho¸t ra khái n−íc ®−îc mµ ng−îc l¹i cßn hßa tan thªm vµo trong n−íc. NÕu p02 trong n−íc vµ ë ngoµi b»ng nhau th× n−íc ®· b·o hßa oxy vµ kh«ng thÓ hßa tan thªm ®−îc n÷a. NÕu p02 ë kh«ng gian trªn bÒ mÆt tho¸ng nhá h¬n ë p02 trong n−íc th× O2 sÏ tho¸t ra khái n−íc cho tíi khi ®¹t tíi tr¹ng th¸i th¨ng b»ng míi. Do ®ã, ®Ó cho O2 dÔ dµng ra khái n−íc ph¶i lµm cho ¸p suÊt p02 trªn mÆt n−íc thËt nhá b»ng c¸ch n©ng cao ¸p suÊt riªng phÇn ph cña h¬i n−íc trong kh«ng gian trªn
127
**source: http://bkeps.com
**
bÒ mÆt tho¸ng lªn thËt lín, sao cho ph ≈ p. Muèn vËy, cÇn ®un n−íc ®Õn s«i ®Ó t¨ng l−îng h¬i trªn bÒ mÆt tho¸ng. B×nh khö khÝ gåm cét khö khÝ vµ thïng chøa. Trong b×nh khö khÝ, n−íc ®−îc ®−a vµo phÝa trªn cét khö khÝ ®i qua c¸c ®Üa ph©n phèi sÏ r¬i xuèng nh− m−a. H¬i ®i tõ phÝa d−íi cét lªn chui qua c¸c dßng n−íc, trong qu¸ tr×nh chuyÓn ®éng ng−îc chiÒu nhau h¬i sÏ truyÒn nhiÖt cho n−íc lµm t¨ng nhiÖt ®é n−íc ®Õn nhiÖt ®é b·o hoµ t−¬ng øng víi ¸p suÊt trong b×nh khö khÝ. Khi ®ã ¸p suÊt riªng phÇn cña H2O t¨ng lªn, cßn ¸p suÊt riªng phÇn cña c¸c chÊt khÝ kh¸c sÏ gi¶m xuèng vµ chóng dÔ dµng tho¸t ra khái n−íc vµ ®i lªn phÝa trªn vµ ®−îc th¶i ra khái b×nh cïng víi mét l−îng h¬i n−íc. N−íc ®· ®−îc khö khÝ tËp trung xuèng thïng chøa ë phÝa d−íi ®¸y cét khö khÝ. ThÓ tÝch thïng chøa b»ng kho¶ng 1/3 n¨ng suÊt b×nh khö khÝ. Trong c¸c nhµ m¸y ®iÖn th«ng sè cao vµ siªu cao ng−êi ta th−êng dïng b×nh khö khÝ lo¹i 6 ata. Nhµ m¸y ®iÖn th«ng sè trung b×nh vµ thÊp th−êng dïng lo¹i khö khÝ 1,2 ata, gäi lµ b×nh khö khÝ khÝ quyÓn. B×nh khö khÝ ph¶i ®Æt cao h¬n b¬m n−íc cÊp ®Ó tr¸nh hiÖn t−îng x©m thùc trong b¬m. §é cao tõ b¬m n−íc cÊp ®Õn b×nh khö khÝ lµ 7 - 8m ®èi víi b×nh khö khÝ 1,2 ata vµ 17 - 18m ®èi víi b×nh khö khÝ 6 ata.
10.5. Tæn thÊt h¬i vµ n−íc ng−ng trong nhµ m¸y ®iÖnc¸c biÖn ph¸p bï tæn thÊt
Trong qóa tr×nh vËn hµnh nhµ m¸y ®iÖn, lu«n lu«n cã tæn thÊt h¬i vµ n−íc, gäi chung lµ tæn thÊt m«i chÊt. Ng−êi ta ph©n biÖt Tæn thÊt trong vµ tæn thÊt ngoµi.
10.5.1. Tæn thÊt trong
Tæn thÊt trong lµ tæn thÊt n−íc do x¶ lß, do rß rØ ë c¸c chç hë trªn ®−êng èng, do mÊt m¸t h¬i ®Ó sÊy èng khi khëi ®éng nhµ m¸y, do c¸c hé tiªu thô dïng h¬i mµ kh«ng tr¶ l¹i n−íc ng−ng ®äng, h¬i dïng cho thiÕt bÞ thæi s¹ch dµn èng sinh h¬i cña lß (®Ó chèng xØ tro, xØ), h¬i ®Ó sÊy dÇu mazót, ®−a vµo vßi phun phun mazót v.v. . . §Ó gi¶m tæn thÊt trong cÇn thay thÕ c¸c mèi nèi mÆt bÝch b»ng mèi nèi b»ng hµn, t¨ng c−êng ®é kÝn cña tÊt c¶ ¸cc van, tËn dông l¹i n−íc ®äng trong c¸c èng dÉn, trong c¸c thiÕt bÞ vaqf c¸c van, gi¶m tæn thÊt h¬i vµ n−íc ng−ng khi khëi ®éng vµ khi ngõng m¸y. Cã thÓ gi¶m tæn thÊt x¶ lß b»ng c¸ch dïng c¸c thiÕt bÞ bèc h¬i tõ n−íc x¶ lß. v. v. v. . .
10.5.2. Tæn thÊt ngoµi
Tæn thÊt ngoµi lµ tæn thÊt do c¸c hé tiªu thô nhiÖt kh«ng hoµn tr¶ l¹i n−íc ng−ng ®äng cho nhµ m¸y hoÆc tr¶ l¹i kh«ng ®Çy ®ñ. Khi n−íc ng−ng ®äng ë c¸c hé tiªu thô ®−îc tr¶ l¹i hoµn toµn th× tæn thÊt ngoµi b»ng kh«ng. Toµn bé c¸c tæn thÊt trong vµ ngoµi cña nhµ m¸y ®iÖn ®Òu ®−îc liªn tôc bï l¹i b»ng l−îng n−íc bæ sung ®· ®−îc xö lý.
128
**source: http://bkeps.com
**
§Ó xö lý n−íc bæ sung b»ng ph−¬ng ph¸p bèc h¬i, ng−êi ta dïng h¬i trÝch tõ tuèc bin ®Ó gia nhiÖt cho n−íc cÇn xö lý ®Õn s«i vµ biÕn thµnh h¬i trong mét thiÕt bÞ ®Æc biÖt gäi lµ b×nh bèc h¬i. B×nh bèc h¬i lµ mét thiÕt bÞ ttrao ®æi nhiÖt bÒ mÆt trong ®ã h¬i s¬ cÊp nh¶ nhiÖt vµ ng−ng tô thµnh n−íc, lµm bèc h¬i n−íc bæ sung t¹o thµnh h¬i thø cÊp. H¬i thø cÊp l¹i ®−îc ng−ng tô thµnh n−íc cÊt trong b×nh lµm l¹nh (gäi lµ b×nh ng−ng h¬i thø cÊp). N−íc ng−ng tô tõ h¬i thø cÊp (n−íc cÊt) hÇu nh− kh«ng cã t¹p chÊt vµ cã chÊt l−îng gÇn nh− chÊt l−îng n−íc ng−ng tõ b×nh ng−ng sÏ ®−îc cÊp vµo lß.
129
**source: http://bkeps.com
**
Ch−¬ng 11. s¬ ®å nhiÖt vµ bè trÝ ng«i nhµ chÝnh cña nhµ m¸y ®iÖn
11.1. s¬ ®å nhiÖt cña nhµ m¸y ®iÖn 11.1.1. s¬ ®å nhiÖt nguyªn lý S¬ ®å nhiÖt nguyªn lý cña nhµ m¸y ®iÖn thÓ hiÖn qui tr×nh c«ng nghÖ, biÕn ®æi vµ sö dông n¨ng l−îng cña m«i chÊt trong nhµ m¸y ®iÖn. Trong s¬ ®å nhiÖt nguyªn lý gåm cã: Lß h¬i, tuabin, m¸y ph¸t, b×nh ng−ng, c¸c b×nh trao ®æi nhiÖt (b×nh gia nhiÖt n−íc ng−ng, b×nh khö khÝ, b×nh bèc h¬i . . . ) ngoµi ra cßn cã c¸c b¬m ®Ó ®Èy m«i chÊt nh− b¬m cÊp, b¬m ng−ng, b¬m n−íc ®äng cña c¸c b×nh trao ®æi nhiÖt, v.v. . . . C¸c thiÕt bÞ chÝnh vµ phô ®−îc nèi víi nhau b»ng c¸c ®−êng èng h¬i, n−íc, phï hîp víi tr×nh tù chuyÓn ®éng cña m«i chÊt. Trªn s¬ ®å nhiÖt nguyªn lý kh«ng thÓ hiÖn c¸c thiÕt bÞ dù phßng, kh«ng cã c¸c thiÕt bÞ phô cña ®−êng èng. Thµnh lËp s¬ ®å nhiÖt nguyªn lý lµ mét trong c¸c giai ®o¹n quan träng khi thiÕt kÕ nhµ m¸y ®iÖn vµ ph¶i dùa trªn c¬ së yªu cÇu phô t¶i ®iÖn, nhiÖt, yªu cÇu vÒ ®é an toµn vµ kinh tÕ cña nhµ m¸y. Khi thµnh lËp s¬ ®å nhiÖt nguyªn lý, cÇn gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò sau: 1- Chän lo¹i nhµ m¸y ®iÖn: ng−ng h¬i hay cã trÝch h¬i cung cÊp nhiÖt. 2- Chän th«ng sè h¬i ban ®Çu vµ d¹ng chu tr×nh. Lùa chän th«ng sè h¬i ban ®Çu vµ d¹ng chu tr×nh liªn quan tíi lo¹i vµ c«ng suÊt ®¬n vÞ cña lß h¬i vµ tuabin. Tuabin lín th× ph¶i chän th«ng sè ban ®Çu cao h¬n. 3- Chän lo¹i vµ c«ng suÊt ®¬n vÞ cña tuabin. 4- Chän lo¹i lß h¬i t−¬ng øng víi th«ng sè cña nhµ m¸y. 5- Chän s¬ ®å håi nhiÖt h©m n−íc cÊp. 6- Chän lo¹i vµ chç nèi b×nh khö khÝ vµ b¬m n−íc cÊp. 7- Chän ph−¬ng ph¸p vµ s¬ ®å xö lý n−íc bæ sung cho lß. 8- Chän s¬ ®å cung cÊp nhiÖt. 9- Chän s¬ ®å sö dông nhiÖt n¨ng cña h¬i tõ c¸c ezect¬, h¬i chÌn cña tuabin, n−íc x¶ lß, n−íc x¶ cña b×nh bèc h¬i. . . Khi thµnh lËp s¬ ®å nhiÖt nguyªn lý còng cÇn ph¶i tÝnh ®Õn c¸c chÕ ®é lµm viÖc cña nhµ m¸y ®iÖn, nhÊt lµ chÕ ®é non t¶i. §Ó b¶o ®¶m cho nhµ m¸y lµm viÖc b×nh th−êng khi non t¶i th× h¬i trÝch cho khö khÝ, cho b×nh bèc h¬i ph¶i lÊy tõ c¸c cöa trÝch cã ¸p lùc cao hoÆc lÊy h¬i míi cho qua bé gi¶m «n gi¶m ¸p. S¬ ®å nhiÖt nguyªn lý cña nhµ m¸y ®iÖn ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 11.1. Thµnh lËp s¬ ®å nhiÖt nguyªn lý khi më réng nhµ m¸y, cÇn ph¶i gi¶i quyÕt ®−îc c¸c vÊn ®Ò sau: - Chän ph−¬ng ph¸p më réng (®Æt kÒ hay ®Æt chång). - Më réng s¬ ®å gia nhiÖt håi nhiÖt - Chän s¬ ®å nèi c¸c b×nh khö khÝ míi liªn quan ®Õn thiÕt bÞ cò, chän c¸ch nèi b¬m cÊp. Sau khi dùng xong s¬ ®å nhiÖt nguyªn lý, tiÕn hµnh tÝnh to¸n s¬ ®å nhiÖt nguyªn lý, gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò sau: - X¸c ®Þnh c¸c dßng h¬i vµ dßng n−íc.
130
**source: http://bkeps.com
**
- HiÖu chØnh th«ng sè cña nh÷ng dßng Êy. - X¸c ®Þnh c¸c chØ tiªu kinh tÕ cña phÇn nhiÖt.
H×nh 11.1. s¬ ®å nhiÖt nguyªn lý cña nhµ m¸y ®iÖn 1-lß h¬i; 2-èng dÉn h¬i; 3-tuèc bin; 4-b×nh ng−ng; 5-b¬m n−íc ng−ng; 6-cét khö khÝ; 7-b×nh chøa n−íc ®· khö khÝ; 8-b×nh gia nhiÖt h¹ ¸p; 9-b¬m n−íc cÊp; 10- b×nh gia nhiÖt cao ¸p; 11-b¬m n−íc ®äng; 12-b×nh lµm l¹nh eject¬; 13-lµm l¹nh h¬i chÌn. §Ó tÝnh to¸n s¬ ®å nhiÖt nguyªn lý, tr−íc hÕt ph¶i x©y dùng ®−êng biÓu diÔn qu¸ tr×nh d·n në cña h¬i trong tuabin trªn ®å thÞ i-s, dùa vµo c¸c sè liÖu thiÕt kÕ tuabin cña nhµ m¸y chÕ t¹o ra nã, ®ång thêi c¨n cø vµo c¸c sè liÖu vËn hµnh trong t×nh h×nh thùc tÕ ë n−íc ta mµ ®iÒu chØnh cho thÝch hîp, sau ®ã lËp b¶ng thèng kª nh÷ng th«ng sè nµy ®Ó lµm c¬ së tÝnh to¸n. Giai ®o¹n thø hai lµ c¨n cø theo s¬ ®å ®· thiÕt lËp, lËp vµ gi¶i c¸c ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt vµ c©n b»ng chÊt cho tÊt c¶ c¸c dßng h¬i, dßng n−íc cÊp, n−íc bæ sung, v.v. .
131
**source: http://bkeps.com
**
Cuèi cïng, x¸c ®Þnh c¸c chØ tiªu kinh tÕ kü thuËt. 11.1.2. S¬ ®å nhiÖt chi tiÕt Kh¸c víi s¬ ®å nhiÖt nguyªn lý, trong s¬ ®å nµy cã vÏ toµn bé c¸c thiÕt bÞ nhiÖt, kÓ c¶ nh÷ng thiÕt bÞ dù phßng, c¸c ®−êng èng liªn l¹c gi÷a c¸c thiÕt bÞ, c¸c lo¹i van ®ãng më vµ c¸c thiÕt bÞ ®iÒu chØnh.
H×nh 11.2. s¬ ®å nhiÖt chi tiÕt cña nhµ m¸y ®iÖn S¬ ®å nhiÖt chi tiÕt thÓ hiÖn toµn bé hÖ thèng nhiÖt cña nhµ m¸y, gióp cho ta n¾m mét c¸ch bao qu¸t toµn bé vÊn ®Ò nhiÖt tõ nhá ®Õn lín vµ cho phÐp ta nhËn xÐt vÒ møc ®é hoµn thiÖn cña c«ng tr×nh ®· thiÕt kÕ, vÒ c¸ch bè trÝ c¸c thiÕt bÞ vµ hÖ thèng ®−êng èng ®Ó tõ ®ã ®¸nh gi¸ ®−îc møc ®é kinh tÕ nhiÖt cña hÖ thèng. S¬ ®å nhiÖt chi tiÕt ph¶i lµm xong tr−íc khi nghiªn cøu bè trÝ c¸c thiÕt bÞ cña nhµ m¸y. S¬ ®å nhiÖt nguyªn lý cña nhµ m¸y ®iÖn ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 11.2. Trong s¬ ®å nhiÖt chi tiÕt th× nh÷ng ®−êng èng sau ®©y ®−îc gäi lµ ®−êng èng chÝnh trong hÖ thèng èng cña nhµ m¸y. - èng h¬i míi nèi tõ lß h¬i ®Õn tuabin kÓ c¶ èng gãp. - §−êng èng qu¸ nhiÖt trung gian (nÕu cã qu¸ nhiÖt trung gian) - §−êng èng dÉn n−íc tõ b×nh khö khÝ ®Õn b¬m n−íc cÊp, tõ b¬m n−íc cÊp qua c¸c b×nh gia nhiÖt cao ¸p ®Õn lß h¬i.
132
source: http://bkeps.com
11.2. bè trÝ ng«i nhµ chÝnh cña nhµ m¸y ®iÖn 11.2.1. Nh÷ng yªu cÇu khi bè trÝ ng«i nhµ chÝnh Nh÷ng gian nhµ ®Ó chøa c¸c thiÕt bÞ chÝnh vµ c¸c trang bÞ phô cña nã gäi lµ ng«i nhµ chÝnh cña nhµ m¸y ®iÖn. Bè trÝ ng«i nhµ chÝnh lµ nghiªn cøu bè trÝ c¸c thiÕt bÞ mét c¸ch thËt hîp lý ch»m ®¶m b¶o kü thuËt, ®¶m b¶o vËn hµnh thuËn lîi, ®¶m b¶o quy ph¹m thiÕt kÕ vµ an toµn lao ®éng. Khi bè trÝ ng«i nhµ chÝnh cÇn chó ý ®¶m b¶o kü thuËt nh− : - PhÔu than t−¬i ph¶i ®Æt cao ®ñ møc, thµnh phÔu ph¶i ®ñ ®é nghiªng ®Ó cho than ch¶y xuèng dÔ dµng. - BÓ chøa n−íc, b×nh khö khÝ ph¶i ®Æt ®ñ ®é cao so víi b¬m ®Ó tr¸nh hiÖn t−îng x©m thùc (n−íc cã thÓ s«i ngay trong b¬m) . v.v. VÒ mÆt an toµn lao ®éng ph¶i ®¶m b¶o chç lµm viÖc s¸ng sña, tho¸ng khÝ, kh«ng h¹i ®Õn søc kháe cña c«ng nh©n vµ ng¨n ngõa ®−îc kh¶ n¨ng x¶y ra tai n¹n lao ®éng. Ngoµi nh÷ng yªu cÇu nãi trªn, viÖc bè trÝ ng«i nhµ chÝnh cßn ph¶i tho¶ m·n c¸c ®iÒu kiÖn sau : - TiÖn lîi cho viÖc më réng nhµ m¸y lóc cÇn thiÕt, ngay tõ lóc thiÕt kÕ ®· ph¶i chuÈn bÞ s½n nh÷ng ®iÒu kiÖn thuËn tiÖn cho viÖc ®Æt thªm m¸y míi. - Ph¶i b¶o ®¶m tèt nh÷ng ®iÒu kiÖn phßng ch¸y, ch÷a ch¸y . - Than nguyªn tõ kho than ph¶i ®i ®−êng dµi míi lªn tíi b¨ng t¶i ph©n phèi 7. - H¬i qu¸ nhiÖt còng ph¶i ®i xa míi tíi tuèc bin . - N−íc cÊp còng ph¶i ®i xa h¬n míi tíi bao h¬i. - Gian phÔu than thiÕu ¸nh s¸ng tù nhiªn, ban ngµy còng ph¶i dïng ®Ìn. NÕu than cã nhiÒu chÊt bèc th× dÔ ch¸y g©y ra háa ho¹n. - Gian tuèc bin xa gian lß nªn còng g©y trë ng¹i khi khëi ®éng tuèc bin. 11.2.2. Bè trÝ gian phÔu than ë ®©y gian phÔu than n»m ngoµi nªn tr¸nh ®−îc nh÷ng khuyÕt ®iÓm cña ph−¬ng ¸n trªn, nh−ng l¹i cã nh÷ng khuyÕt ®iÓm: - §−êng khãi ®i xa h¬n. - Than bét ph¶i ®i vßng phÝa tr−íc buång löa míi tíi vßi phun, nh− vËy cÇn ph¶i t¨ng c−êng c«ng suÊt cña qu¹t t¶i bét than. Bét than cã nhiÒu kh¶ n¨ng tÝch tô ë däc ®−êng, l©u ngµy cã thÓ lµm nhá tiÕt diÖn èng, hoÆc g©y næ. - Sau nµy muèn ®Æt nh÷ng lß h¬i lín h¬n th× kh«ng cßn kh¶ n¨ng níi réng bÒ ngang cña gian lß. - Gian lß thiÕu ¸nh s¸ng tù nhiªn, kÐm tho¸ng khÝ. - Kh«ng thÓ ¸p dông kiÕn tróc b¸n lé thiªn lµ mét kiÓu kiÕn tróc ®¬n gi¶n, tiÕt kiÖm ®−îc nguyªn vËt liÖu x©y dùng.
133
**source: http://bkeps.com
**
Kh«ng ph©n biÖt ph−¬ng ¸n nµo, nhµ m¸y nµo còng cã mét ®Çu håi cè ®Þnh, ®−îc x©y dùng kiªn cè ngay tõ ®Çu, cßn mét ®Çu x©y dùng t¹m bî ®Ó khi cÇn kÐo dµi nhµ m¸y cã thÓ ph¸ ®i dÔ dµng mµ kh«ng l·ng phÝ (th−êng gäi lµ ®Çu håi ph¸t triÓn).
H×nh 11-1. Bè trÝ gian phÔu than ra ngoµi. 11.2.3.Bè trÝ gian tuèc bin Gian tuèc bin cßn gäi lµ gian m¸y. ViÖc bè trÝ tuèc bin vµ m¸y ph¸t ®iÖn nh− thÕ nµo ®Ó ®¶m b¶o vËn hµnh tèt vµ tiÕt kiÖm ®−îc chi phÝ x©y l¾p. Cã 2 ph−¬ng ¸n ®Æt tuèc bin: Ph−¬ng ¸n ®Æt ngang vµ ph−¬ng ¸n ®Æt däc. 11.2.3.1. Ph−¬ng ¸n ®Æt ngang Khi gian m¸y bè trÝ ngang th× gian m¸y ph¶i lµm réng bÒ ngang, vÒ mÆt kiÕn tróc th× chi phÝ x©y dùng nhµ réng tèn h¬n x©y dùng nhµ dµi. Ph−¬ng ¸n ®Æt ngang kh«ng th«ng tho¸ng b»ng ph−¬ng ¸n ®Æt däc, nã chØ thÝch hîp nhÊt ®èi víi nhµ m¸y kiÓu khèi, th«ng sè cao vµ cã qu¸ nhiÖt trung gian. Bëi v× ®Æt ngang th× mäi ®−êng èng ®Òu ng¾n, nh−: ®−êng èng dÉn h¬i míi, èng h¬i qu¸ nhiÖt trung gian, ®−êng èng n−íc ng−ng, n−íc cÊp v.v. . . ®Òu ng¾n h¬n. Ngoµi ra ®Æt ngang rÊt tiÖn trong viÖc ®−a ®iÖn tõ m¸y ph¸t ra tr¹m ph©n phèi chÝnh. NÕu tuèc bin ®Æt ngang th× c¸c thiÕt bÞ phô nh− b×nh gia nhiÖt, b¬m tuÇn hoµn . . . ph¶i ®Æt xen kÏ vµo kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c tuèc bin, mµ tuèc bin th× ®Æt cao h¬n c¸c thiÕt bÞ nµy nªn c«ng nh©n vËn hµnh kh«ng thÓ nh×n bao qu¸t ®−îc tÊt c¶ c¸c thiÕt bÞ .
134
source: http://bkeps.com
H×nh. 11.2. Bè trÝ tuèc bin ®Æt ngang 11.2.3.2. Ph−¬ng ¸n ®Æt däc ¦u ®iÓm cña ph−¬ng ¸n nµy lµ: - Gian m¸y cã thÓ x©y hÑp bÒ ngang vµ cÇu trôc còng ng¾n theo, do ®ã gi¸ thµnh gi¶m. - Tuèc bin kÒ liÒn th¼ng hµng víi m¸y ph¸t ®iÖn suèt chiÒu däc gian m¸y. C¸c b×nh gia nhiÖt cña tuèc bin nµo vÉn ®øng gÇn tuèc bin Êy, nh−ng nh×n chung toµn gian m¸y th× chóng ®−îc xÕp thµnh hµng th¼ng song song víi hµng tuèc bin tr«ng gän vµ ®Ñp m¾t. B¬m n−íc cÊp, b¬m tuÇn hoµn còng xÕp thµnh hµng th¼ng ë tÇng d−íi. Nh− vËy ph−¬ng ¸n nµy tr«ng cã vÎ mü quan h¬n vµ tÇm m¾t cña ng−êi trùc ca khèng chÕ mäi thiÕt bÞ ®−îc dÔ dµng. - V× gian m¸y hÑp chiÒu ngang nªn ¸nh s¸ng ban ngµy cã thÓ vµo ®−îc rÊt s©u. Gian m¸y cã 2 tÇng: TÇng trªn gäi lµ tÇng tuèc bin - m¸y ph¸t, cao c¸ch mÆt ®Êt 78m, ë ®Êy ®Æt tuèc bin, m¸y ph¸t ®iÖn, b¶ng ®iÒu khiÓn. TÇng d−íi ®Æt b×nh ng−ng vµ c¸c thiªt bÞ kh¸c nh−: b×nh gia nhiÖt, b¬m n−íc ng−ng, b×nh lµm m¸t dÇu, v.v. . . Gian m¸y nµo còng cã sµn th¸o l¾p bè trÝ ë tÇng d−íi gÇn ®Çu håi ph¸t triÓn, ®Ó khi cÇn l¾p m¸y míi th× kh«ng trë ng¹i ®Õn c¸c m¸y cò. ChiÒu dµi cña gian tuèc bin kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i b»ng chiÒu dµi gian lß, dµi hay ng¾n ph¶i xuÊt ph¸t tõ nhu cÇu c«ng t¸c. PhÝa ®Çu cña mçi tuèc bin ph¶i chøa ®ñ chç lµm sµn phôc vô. PhÝa cuèi trôc m¸y ph¸t còng cÇn ®ñ chç ®Ó cã thÓ rót ®−îc r«to ra khái stato khi cÇn.
135
source: http://bkeps.com
H×nh. 11.2. Bè trÝ tuèc bin ®Æt däc ChiÒu réng cña gian tuèc bin ph¶i tuú nh÷ng ®iÒu kiÖn cô thÓ mµ quy ®Þnh. T©m tuèc bin ph¶i c¸ch xa t−êng nhµ ®ñ ®Ó khái g©y trë ng¹i khi cÇn rót bé èng b×nh ng−ng hay bé èng lµm l¹nh kh«ng khÝ ®Æt trong bé m¸y ph¸t. 11.2.4. Bè trÝ gian lß h¬i Khi nãi ®Õn bè trÝ gian lß th× kh«ng nªn quan niÖm t¸ch riªng gian lß vµ gian phÔu than v× viÖc bè trÝ thiÕt bÞ 2 gian nµy liªn quan chÆt chÏ víi nhau. ViÖc bè trÝ gian lß thay ®æi tuú theo lo¹i than sö dông v× mçi lo¹i than ®ßi hái mét lo¹i m¸y nghiÒn thÝch hîp. Lo¹i m¸y nghiÒn bi th−êng ®Æt trong gian phÔu than, lo¹i giÕng nghiÒn ®Æt ngay trong gian lß. NÕu nhµ m¸y dïng than antraxit th× trong gian phÔu than cã nh÷ng thiÕt bÞ nh− phÔu than t−¬i, phÔu than bét, m¸y nghiÒn bi, qu¹t t¶i bét than, m¸y cÊp than t−¬i vµo m¸y nghiÒn, m¸y cÊp than bét vµo èng dÉn. Ngoµi ra cßn mét vµi thiÕt bÞ còng thuéc hÖ thèng nghiÒn than nh− thiÕt bÞ ph©n ly than kh«, ph©n ly than mÞn th× ®Æt ë trªn m¸i nhµ, ®Ó lé thiªn, nh− thÕ võa tr«ng râ võa kh«ng nguy hiÓm ®èi víi nhµ m¸y khi x¶y ra næ ch¸y. Gian phÔu than cã 3 tÇng: tÇng d−íi cïng (cèt 0m) ®Æt m¸y nghiÒn bi, qu¹t t¶i bét than; tÇng 2 (8 mÐt) ®Æt phÔu than t−¬i vµ phÔu than bét; tÇng 3 (11 mÐt) ®Æt b¨ng t¶i than.
136
source: http://bkeps.com
Tµi liÖu tham kh¶o 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. ThiÕt bÞ lß h¬i, Tr−¬ng Duy NghÜa, NguyÔn SÜ M·o; Hµ Néi 1985. NhiÖt KÜ thuËt, NguyÔn Bèn; Hoµng Ngäc §ßng, NXB Gi¸o dôc, 1999 C¬ së Kü thuËt nhiÖt, Ph¹m Lª DÇn, §Æng Quèc Phó, NXB §¹i häc Cydovije parovije kotl−, Mockva 1979 Topochnyje processy, Knorre G. Gosenhergoiz®at, 1969 Kachijon−e agregat−, Gosenhergoiz®at,1969 ParnÝ kotle a spalovacÝ zarizenÝ, Praha, SNTL 1985 Parov−e tyrbin−, Saglijaev, Moskova 1976 Ovsiji kyrs electrostansiji, B. A. girspheld
137
source: http://bkeps.com
MôC LôC PhÇn 1. Kh¸i niÖm vÒ nhµ m¸y ®iÖn Ch−¬ng 1. Më ®Çu 1.1 Tæng quan vÒ n¨ng l−îng. ..................................................................... 03 1.2. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn....................................... 03 1.2.1. Nhµ m¸y ®iÖn dïng tuèc bin h¬i n−íc ............................................... 03 1.2.2. Nhµ m¸y ®iÖn dïng chu tr×nh hçn hîp Tuèc bin khÝ - h¬i ................. 05 1.3. C¸c lo¹i phô t¶i cña nhµ m¸y ................................................................ 06 1.3.1. Phô t¶i ®iÖn ........................................................................................ 07 1.3.2. Phô t¶i nhiÖt ...................................................................................... 07 PhÇn 2. Lß h¬i Ch−¬ng 2. Nguyªn lý lµm viÖc cña lß h¬i 2.1. Vai trß cña lß h¬i trong c«ng nghiÖp vµ s¶n xuÊt ®iÖn.......................... 08 2.2. Nguyªn lý lµm viÖc cña lß h¬i trong nhµ m¸y ®iÖn .............................. 08 2.3. C¸c ®Æc tÝnh kü thuËt cña Lß h¬i .......................................................... 10 Ch−¬ng 3. Nhiªn liÖu vµ hiÖu qu¶ sö dông nhiªn liÖu 3.1. Kh¸i niÖm vÒ nhiªn liÖu ........................................................................ 13 3.1.1. Nhiªn liÖu vµ ph©n lo¹i nhiªn liÖu ..................................................... 13 3.1.2. Thµnh phÇn vµ ®Æc tÝnh c«ng nghÖ cña nhiªn liÖu ............................. 13 3.2. Qu¸ tr×nh ch¸y cña nhiªn liÖu ............................................................... 15 3.2.1. Kh¸i niÖm........................................................................................... 16 3.2.2. C¸c ph−¬ng tr×nh ph¶n øng ch¸y........................................................ 16 3.2.3. X¸c ®Þnh thÓ tÝch kh«ng khÝ lý thuyÕt cÊp cho qu¸ tr×nh ch¸y........... 16 3.2.4. ThÓ tÝch s¶n phÈm ch¸y sinh ra khi ch¸y nhiªn liÖu .......................... 18 3.3. C©n b»ng nhiÖt vµ tÝnh hiÖu suÊt cña lß................................................. 19 3.3.1. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt tæng qu¸t cña lß.................................... 19 3.3.2. X¸c ®Þnh hiÖu suÊt cña lß h¬i............................................................. 19 3.4. Tæn thÊt nhiÖt trong lß h¬i .................................................................... 20 3.4.1. Tæn thÊt nhiÖt do khãi th¶i mang ra khái lß h¬i q2 (%)..................... 20 3.4.2. Tæn thÊt nhiÖt do ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ hãa häc q3 (%)............... 21 3.4.3. Tæn thÊt nhiÖt do ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ mÆt c¬ häc q4 (%).......... 21 3.4.4. Tæn thÊt nhiÖt do táa nhiÖt ra m«i tr−êng xung quanh q5 (%)............ 22 3.4.5. Tæn thÊt nhiÖt do xØ mang ra khái lß h¬i q6 (%) ................................ 22 Ch−¬ng 4. C¸c phÇn tö cña lß h¬i 4.1. Khung vµ t−êng lß................................................................................. 23 4.1.1. Khung lß ............................................................................................ 23 4.1.2. T−êng lß ............................................................................................. 23 4.2. Buång löa ............................................................................................. 25 4.2.1. Dµn èng buång löa ............................................................................. 25 4.2.2. Côm pheston ...................................................................................... 25
138
**source: http://bkeps.com
**
4.2.3. Bao h¬i ............................................................................................... 25 4.3. Bé qu¸ nhiÖt .......................................................................................... 25 4.3.1. Vai trß cña bé qu¸ nhiÖt..................................................................... 25 4.3.2. CÊu t¹o bé qóa nhiÖt .......................................................................... 26 4.3.3. C¸ch bè trÝ bé qu¸ nhiÖt ................................................................. 27 4.3.4. §iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt...................................................... 29 4.4. Bé h©m n−íc ......................................................................................... 33 4.4.1. CÊu t¹o bé h©m n−íc ......................................................................... 33 4.4.2. C¸ch nèi bé h©m n−íc........................................................................ 34 4.5. Bé sÊy kh«ng khÝ................................................................................... 35 4.5.1. C«ng dông vµ ph©n lo¹i...................................................................... 35 4.5.2. CÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc ........................................................... 35 4.5.3. Bè trÝ bé h©m n−íc vµ bé sÊy kh«ng khÝ ........................................... 38 4.6. Trang bÞ phô .......................................................................................... 38 4.6.1. C¸c lo¹i van ....................................................................................... 38 4.6.2. ¸p kÕ.................................................................................................. 43 4.6.3. èng thñy ............................................................................................ 43 4.6.4. B¬m n−íc cÊp- qu¹t giã- qu¹t khãi .................................................... 44 4.6.5. HÖ thèng cung cÊp nhiªn liÖu............................................................. 47 4.6.6. HÖ thèng th¶i tro xØ ............................................................................ 49 Ch−¬ng 5: ChÊt l−îng n−íc vµ h¬i 5.1. Yªu cÇu chÊt l−îng n−íc cÊp cho lß ..................................................... 50 5.1.1. Môc ®Ých cña viÖc xö lý n−íc ............................................................ 50 5.1.2. ChÊt l−îng n−íc cÊp cho lß................................................................ 51 5.2 C¸c ph−¬ng ph¸p xö lý n−íc.................................................................. 51 5.2.1. Xö lý n−íc tr−íc khi ®−a vµo lß......................................................... 51 5.2.2. Xö lý n−íc bªn trong lß ..................................................................... 56 5.3.3. C¸c thiÕt bÞ lµm s¹ch h¬i.................................................................... 59 PhÇn 3. Tuèc bin Ch−¬ng 6. Nguyªn lý lµm viÖc cña tuèc bin h¬i 6.1. Kh¸i niÖm vÒ tuèc bin h¬i n−íc ............................................................ 61 6.2. TÇng tuèc bin ....................................................................................... 62 6.2.1. Kh¸i niÖm vÒ tÇng tuèc bin ................................................................ 62 6.2.2. §é ph¶n lùc cña tÇng tuèc bin............................................................ 64 6.2.3. BiÕn ®æi n¨ng l−îng cña dßng h¬i trong tÇng tuèc bin ...................... 65 6.2.4. Tæn thÊt n¨ng l−îng khi dßng h¬i ch¶y bäc ngang d·y c¸nh............. 66 6.3. Tæn thÊt vµ hiÖu suÊt cña tÇng tuèc bin................................................. 69 6.3.1. X¸c ®Þnh lùc t¸c dông cña dßng h¬i lªn d·y c¸nh ............................ 69 6.3.2. Tæn thÊt n¨ng l−îng vµ hiÖu suÊt trªn c¸nh ®éng cña tÇng ................ 71 Ch−¬ng 7. Tuèc bin nhiÒu tÇng 7.1.2. Qu¸ tr×nh lµm viÖc cña tuèc bin nhiÒu tÇng ....................................... 74 7.1.1. Kh¸i niÖm........................................................................................... 74 7.1.2. Nguyªn lý lµm viÖc cña tuèc bin nhiÒu tÇng...................................... 74 7.1.3. ¦u nh−îc ®iÓm cña Tuèc bin nhiÒu tÇng ........................................... 77 7.1.4. HÖ sè hoµn nhiÖt cña tuèc bin nhiÒu tÇng .......................................... 78 7.1.5. ¶nh h−ëng cña ®é Èm ®Õn sù lµm viÖc cña tuèc bin.......................... 80 7.1.6. Sù rß rØ h¬i.......................................................................................... 81 7.2. C©n b»ng lùc däc trôc trong tuèc bin nhiÒu tÇng .................................. 81 7.3. C¸c lo¹i tuèc bin h¬i ............................................................................. 84
139
**source: http://bkeps.com
**
7.3.1. Tuèc bin ng−ng h¬i thuÇn tóy ........................................................... 84 7.3.2. Tuèc bin ng−ng h¬i cã cöa trÝch h¬i ®iÒu chØnh................................. 84 7.3.3. Tuèc bin ®èi ¸p .................................................................................. 85 7.3.4. Tuèc bin ®èi ¸p cã cöa h¬i trÝch ®iÒu chØnh....................................... 87 Ch−¬ng 8. CÊu tróc vµ thiÕt bÞ phô vµ ®iÒu chØnh tuèc bin 8.1. CÊu tróc tuèc bin ................................................................................... 88 8.1.1. Th©n tuèc bin ..................................................................................... 88 8.1.2. R« to tuèc bin..................................................................................... 88 8.1.3. Bé chÌn tuèc bin ................................................................................ 90 8.2. ThiÕt bÞ phô ........................................................................................... 91 8.2.1. B×nh ng−ng ........................................................................................ 91 8.2.2. Eject¬ ................................................................................................. 93 8.3. §iÒu chØnh tuèc bin............................................................................... 95 8.3.1. Kh¸i niÖm vÒ ®iÒu chØnh tuèc bin h¬i ................................................ 95 8.3.2. C¸c ph−¬ng ph¸p ph©n phèi h¬i vµo tuèc bin .................................... 96 8.4. C¸c s¬ ®å ®iÒu chØnh tuèc bin h¬i......................................................... 98 8.4.1. S¬ ®å ®iÒu chØnh trùc tiÕp .................................................................. 98 8.4.2. S¬ ®å ®iÒu chØnh gi¸n tiÕp.................................................................. 99 8.4.3. HÖ thèng dÇu tuèc bin...................................................................... 100 Ch−¬ng 9 . ThiÕt bÞ tuèc bin khÝ. 9.1. Chu tr×nh nhiÖt cña thiÕt bÞ tuèc bin khÝ ............................................. 103 9.1.1. Kh¸i niÖm vÒ thiÕt bÞ tuèc bin khÝ.................................................... 103 9.1.2. Ph©n lo¹i c¸c thiÕt bÞ tuèc bin khÝ.................................................... 103 9.1.3. Nh÷ng chu tr×nh nhiÖt thiÕt bÞ tuèc bin khÝ th−êng dïng................. 103 9.2. C¸c phÇn tö chÝnh cña tuèc bin khÝ. .................................................... 106 9.2.1. M¸y nÐn ........................................................................................... 107 9.2.2. Buång ®èt ......................................................................................... 108 9.2.3. Tuèc bin khÝ ..................................................................................... 109 PhÇn 4 : Nhµ m¸y NhiÖt ®iÖn Ch−¬ng 10. HiÖu qu¶ kinh tÕ vµ C¸c biÖn ph¸p n©ng cao hiÖu qu¶ kinh tÕ cña nhµ m¸y ®iÖn 10.1. HiÖu qu¶ kinh tÕ cña nhµ m¸y ®iÖn ng−ng h¬i.................................. 114 10.2. HiÖu qu¶ kinh tÕ cña trung t©m nhiÖt ®iÖn ........................................ 116 10.2.1. S¬ ®å s¶n xuÊt phèi hîp ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt n¨ng .......................... 116 10.2.2. HiÖu qu¶ cña viÖc s¶n xuÊt phèi hîp ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt n¨ng....... 117 10.3. C¸c biÖn ph¸p n©ng cao hiÖu qu¶ kinh tÕ cña nhµ m¸y ®iÖn............. 120 10.3.1. Thay ®æi th«ng sè h¬i .................................................................... 120 10.3.2. Chu tr×nh trÝch h¬i gia nhiÖt n−íc cÊp............................................ 121 10.3.3. Chu nhiÖt qu¸ nhiÖt trung gian h¬i ................................................ 123 10.3.4. Më réng nhµ m¸y víi th«ng sè cao................................................ 124 10.4. Khö khÝ trong nhµ m¸y ®iÖn ............................................................ 126 10.5. Tæn thÊt h¬i vµ n−íc ng−ng trong nhµ m¸y ®iÖn -c¸c biÖn ph¸p bï tæn thÊt .............................................................. 128 Ch−¬ng 11. S¬ ®¬ nhiÖt vµ bè trÝ ng«i nhµ chÝnh cña nhµ m¸y ®iÖn 11.1. S¬ ®¬ nhiÖt cña nhµ m¸y ®iÖn ........................................................... 130 11.1.1. S¬ ®¬ nhiÖt nguyªn lý..................................................................... 130 11.1.2. S¬ ®¬ nhiÖt chi tiÕt ......................................................................... 132 11.2. Bè trÝ ng«i nhµ chÝnh cña nhµ m¸y ®iÖn............................................ 133 11.2.1. Nh÷ng yªu cÇu chÝnh khi bè trÝ ng«i nhµ chÝnh ............................. 133
140
**source: http://bkeps.com
**
11.2.2. Bè trÝ gian phÔu than ..................................................................... 133 11.2.3 Bè trÝ gian tuèc bin.......................................................................... 134 11.2.4. Bè trÝ gian lß h¬i ............................................................................ 136
141
This action might not be possible to undo. Are you sure you want to continue?
We've moved you to where you read on your other device.
Get the full title to continue listening from where you left off, or restart the preview.

WARC-Type: response

Content-Type: application/http; msgtype=response

WARC-Truncated: length

Connection: close

Cache-Control: no-cache

Via: 1.1 varnish

X-Page-Type: docview

X-Served-By: cache, cache-jfk1050-JFK

X-Cache: MISS from squid03, MISS

Server: nginx

X-Frame-Options: SAMEORIGIN

Vary: Accept-Encoding, User-Agent

Content-Type: text/html; charset=utf-8

Accept-Ranges: bytes