Giáo trình Nhà máy nhiệt điện - Tuabin - Lò hơi - Chương 7: Tuốc bin nhiều tầng

63 trang ngocly 580

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Nhà máy nhiệt điện - Tuabin - Lò hơi - Chương 7: Tuốc bin nhiều tầng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_nha_may_nhiet_dien_tuabin_lo_hoi_chuong_7_tuoc_bi.pdf

Nội dung text: Giáo trình Nhà máy nhiệt điện - Tuabin - Lò hơi - Chương 7: Tuốc bin nhiều tầng

Ch−ơng 7. tuốc BIN NHIềU TầNG 7.1. QUá TRìNH LàM VIệC CủA tuốc BIN NHIềU TầNG 7.1.1. Khái niệm Trong các nhà máy điện hoặc các trung tâm nhiệt điện, để kéo những máy phát điện công suất lớn thì phải có tuốc bin công suất lớn, nghĩa là tuốc bin phải làm việc với l−u l−ợng hơi lớn, thông số hơi cao, nhiệt dáng lớn. Tuy nhiên, mỗi một tầng tuốc bin chỉ có thể đạt đ−ợc hiệu suất cao nhất ở một nhiệt dáng nhất định, vì vậy với nhiệt dáng lớn, muốn đạt đ−ợc hiệu suất cao thì phải cho hơi làm việc trong một dãy các tầng đặt liên tiếp nhau, tuốc bin nh− vậy gọi là tuốc bin nhiều tầng. Trong tuốc bin nhiều tầng, tầng đầu tiên gọi tầng tốc độ, các tầng tiếp theo là tầng áp lực, sinh công. Tầng tốc độ th−ờng làm việc theo nguyên tắc xung lực, khi ra khỏi tầng hơi có tốc độ cao, động năng lớn sẽ sinh công trong các tầng tiếp theo. Ngoài ra nó còn làm nhiệm vụ điều chỉnh l−u l−ợng hơi vào tuốc bin khi phụ tải thay đổi nên còn đ−ợc gọi là tầng điều chỉnh. Các tầng áp lực có thể đ−ợc chế tạo theo kiểu tầng xung lực hoặc phản lực. Tầng tốc độ có thể là tầng một cấp tốc độ hoặc có thể là tầng kép có hai cấp tốc độ. Tầng kép hai cấp tốc độ có một dãy ống phun với hai dẫy cánh động, giữa hai dãy cánh động có một dãy cánh h−ớng để chuyển h−ớng dòng hơi khi ra khỏi dãy cánh động thứ nhất. Tuốc bin loại này có −u điểm là cấu tạo đơn giản, chắc chắn, giá thành rẻ, vận hành đơn giản, tuy nhiên hiệu suất thấp và công suất đơn vị nhỏ nên chỉ chế tạo để kéo các thiết bị phụ nh− bơm n−ớc cấp, quạt khói, trục ép mía . . . . Tầng có hai cấp tốc độ đ−ợc ứng dụng rộng rãi để làm tầng điều chỉnh của tuốc bin, đặc biệt là trong các tuốc bin thông số cao. Nó có khả năng tạo ra nhiệt giáng lớn nên có thể giảm bớt đ−ợc số tầng đồng thời giảm đ−ợc yêu cấu về độ bền của kim loại đối với các tầng hạ áp, làm giảm khối l−ợng và giá thành thiết bị. Nếu các tầng của tuốc bin làm việc theo nguyên tắc xung lực thì gọi là tuốc bin xung lực, nếu theo nguyên tắc phản lực thì gọi là tuốc bin phản lực Khi tuốc bin làm việc ở phạm vi nhiệt độ từ 400 0C trở lên thì chọn nhiệt dáng đối với tầng tuốc bin xung lực khoảng từ 42-50 KJ/kg, đối với tầng tuốc bin phản lực khoảng từ 17-25 KJ/kg. Khi làm việc ở phạm vi nhiệt độ thấp hơn thì chọn nhiệt dáng đối với tầng tuốc bin xung lực khoảng từ 179-190 KJ/kg, đối với tầng tuốc bin phản lực khoảng từ 85-105 KJ/kg. Tuốc bin công suất lớn có thể có đến 40 tầng. 7.1.2. Nguyên lý làm việc của tuốc bin nhiều tầng 7.1.2.1. Tuốc bin xung lực nhiều tầng Trên hình 7.1. biểu diễn sơ đồ cấu tạo, sự thay đổi áp suất, thay đổi tốc độ dòng hơi và momen quay trong tuốc bin xung lực nhiều tầng. Đối với tuốc bin xung lực nhiều tầng, bánh tĩnh 2 đ−ợc bố trí xen kẽ giữa hai bánh động 1. Trên bánh tĩnh có gắn ống phun 3, trên bánh động 1 có gắn cánh động 4 và các bánh động 1 này lắp 74
chặt trên trục tuốc bin. Dòng hơi đi qua ống phun 3, suất giảm áp từ p0 đến p1, đồng thời tốc độ dòng hơi tăng từ C0 đến C1. Hơi ra khỏi ống phun, đi vào các rãnh cánh động. Trong dãy cánh động, động năng của dòng hơi biến thành cơ năng, làm quay rôto tuốc bin, nên khi ra khỏi dãy cánh động, tốc độ giảm từ C1 xuống C2. Dòng hơi ra khỏi tầng này sẽ tiếp tục đi vào các tầng tiếp theo và quá trình biến đổi năng l−ợng nh− trên lại xẩy ra cho đến khi áp suất giảm xuống đến trị số áp suất hơi thoát pk ở cuối tuốc bin. ở tuốc bin xung lực nhiều tầng có công suất lớn, các tầng áp lực ở phần cao áp th−ờng đ−ợc chế tạo theo kiểu tầng xung lực có độ phản lực nhỏ, từ ρ = 0,02 - 0,05; còn các tầng ở phần hạ áp có độ phản lực tăng dần, có thể đạt đến ρ = 0,2 - 0,5 (tầng cuối là tầng phản lực). Hình 7.1. Sơ đồ cấu trúc của tuốc bin xung Hình 7.2. Quá trình dãn nở của hơi lực nhiều tầng 1-bánh động; 2-bánh tĩnh trong tuốc bin xung lực nhiều tầng Từ đồ thị trên hình 7.1. ta thấy: Mômen quay M trên trục tuốc bin tăng dần theo chiều chuyển động của dòng hơi và bằng tổng các momen của các tầng tr−ớc nó. Tốc độ C1 của dòng hơi luôn luôn tăng lên trong dãy ống phun do sự biến đổi nhiệt năng thành động năng, còn trong dãy cánh động tốc độ của dòng luôn luôn giảm xuống do biến động năng thành cơ năng làm quay tuốc bin. Quá trình dãn nở của hơi trong tuốc bin xung lực nhiều tầng đ−ợc biểu diễn trên hình 7.2, bao gồm nhiều quá trình dãn nở liên tục xảy ra trong các tầng, trong đó trạng thái cuối của tầng tr−ớc là trạng thái đầu của tầng tiếp theo. Quá trình chuyển động của dòng hơi kèm theo quá trình giảm áp suất, tăng thể tích riêng một cách liên tục, vì vậy để đảm bảo cho dòng hơi chuyển động đ−ợc liên tục, thì các tiết diện của 75
rãnh ống phun và rãnh cánh động cho hơi đi qua cũng phải tăng liên tục, có nghĩa là phải tăng đ−ờng kính tầng và chiều cao cánh quạt một cách đều đặn. Vì tuốc bin xung lực nhiều tầng hơi chỉ dãn nở trong ống phun, không dãn nở trong cánh động nên đ−ờng quá trình dãn nở trong các tầng trên đồ thị i-s là đ−ờng gẫy khúc, nhảy bậc. 7.1.2.2. Tuốc bin phản lực nhiều tầng ở tuốc bin phản lực nhiều tầng, tất cả các tầng áp lực đều đ−ợc chế tạo theo kiểu tầng phản lực. Tuốc bin phản lực cũng có thể chế tạo với công suất lớn nh−ng chỉ làm việc với thông số trung bình. Nhiệt giáng mỗi tầng đ−ợc chọn nhỏ hơn ở tầng xung lực từ 1,8-2 lần, do đó với cùng công suất thì số tầng sẽ lớn hơn. Trong tuốc bin phản lực, tổn thất rò rỉ hơi qua khe hở giữa cánh động và thân t−ơng đối lớn do đó làm giảm hiệu suất của các tầng này. Hình 7.3. Sơ đồ cấu trúc của tuốc bin phản lực nhiều tầng Do làm việc theo nguyên tắc phản lực nên chênh lệch áp suất ở tr−ớc và sau cánh động sẽ tạo ra lực dọc trục t−ơng đối lớn. Để giảm lực dọc trục ng−ời ta chế tạo roto 2 theo kiểu tang trống (không có các bánh động và bánh tĩnh), mục đích là giảm đ−ợc lực dọc trục tác động lên rôto, các cánh động đ−ợc gắn trực tiếp trên rôto, các 76
ống phun đ−ợc gắn trực tiếp lên thân tuốc bin. ở phần cao áp, thể tích riêng của hơi từ tầng này qua tầng khác thay đổi chậm, do đó để đơn giản, ng−ời ta chế tạo thành từng cụm tầng có đ−ờng kính trung bình và chiều cao cánh quạt nh− nhau. Nh−ng ở phần hạ áp, thể tích hơi tăng nhanh thì đ−ờng kính trung bình của cánh và chiều cao cánh phải đ−ợc tăng liên tục. Trên hình 7.3. biểu diễn sơ đồ cấu tạo, sự thay đổi áp suất thay đổi tốc độ dòng hơi và momen quay trong tuốc bin phản lực nhiều tầng. Vì quá trình điều chỉnh l−u l−ợng hơi bằng ống phun có tổn thất bé, do đó ng−ời ta th−ờng áp dụng ph−ơng pháp điều chỉnh hơi bằng ống phun trong tuốc bin phản lực nhiều tầng. Tầng điều chỉnh (tầng đầu tiên) của tuốc bin phản lực nhiều tầng đ−ợc chế tạo theo kiểu xung lực có độ phản lực không quá 10%. Nếu nhiệt dáng tầng điều chỉnh nhỏ thì chế tạo tầng đơn, nếu nhiệt dáng lớn thì chế tạo tầng kép. Quá trình dãn nở của hơi trong tuốc bin phản lực nhiều tầng đ−ợc biểu thị trên hình 7.4. ở đây quá trình dãn nở của hơi xẩy ra cả ở trong ống phun và cả trong cánh động, do đó đ−ờng biểu diễn là một đ−ờng cong liên tục t−ơng đối đều đặn, không có nhảy bậc. Hình 7.4. Quá trình dãn nở của hơi trong tuốc bin phản lực nhiều tầng 7.1.3. Ưu, nh−ợc điểm của tuốc bin nhiều tầng 7.1.3.1. Ưu điểm: Tuốc bin nhiều tầng có các −u điểm sau đây: - Có thể chế tạo với nhiệt dáng lớn nên công suất lớn. - Do tuốc bin có nhiều tầng nên nhiệt dáng mỗi từng không lớn lắm, nghĩa là tốc độ ra khỏi ống phun cũng không lớn lắm. Theo điều kiện sức bền, bánh động có thể chế tạo với tôc độ vòng u = 300 m/s phù hợp vơi tỉ số u/c1 tối −u. Vì thế với tốc độ u quay vừa phải vẫn có thể đảm bảo cho trị số xa = ứng với hiệu suất của tầng là C a cực đại. 77
- Vì có nhiều tầng nên giữa các tầng dễ dàng bố trí các cửa trích hơi để gia nhiệt hâm n−ớc cấp, nâng cao hiệu quả kinh tế của chu trình nhiệt của nhà máy. - Sự giảm tốc độ dòng hơi và đ−ờng kính của tầng làm tăng chiều cao của ống phun và cánh động dẫn đến giảm tỉ lệ tổn thất trên các cánh, nâng cao hiệu suất của tầng lên. - Tổn thất nhiệt của tầng tr−ớc làm tăng nhiệt độ tức là tăng entanpi hơi vào tầng tiếp theo, nghĩa là tổn thất của tầng tr−ớc có thể đ−ợc sử dụng một phần vào tầng tiếp theo. Nhờ vậy tổng nhiệt dáng của tất cả các tầng sẽ lớn hơn nhiệt dáng của toàn tuốc bin. - Nếu nh− phần truyền hơi có cấu trúc tốt thì động năng ra khỏi tầng tr−ớc có thể sử dụng một phần hay hoàn toàn vào tầng tiếp theo. Nhờ vậy năng l−ợng phân bố trên các tầng đều tăng lên. 7.1.3.2. Nh−ợc điểm: - Tuốc bin nhiều tầng có tổn thất rò rỉ hơi t−ơng đối lớn: Do áp suất phần đầu tuốc bin lớn hơn áp suất khí quyển, nên hơi rò rỉ qua khe hở đầu trục phía tr−ớc từ trong tuốc bin ra ngoài không khí qua khe hở giữa trục và thân. Ngoài ra còn có rò rỉ giữa các tầng theo khe hở giữa trục và bánh tĩnh, giữa thân và đỉnh cánh động. Những thành phần hơi rò rỉ này đều không tham gia sinh công trên cánh động do đó làm giảm hiệu suất, công suất của tuốc bin. L−ợng hơi rò rỉ tăng dần theo thời gian do đó lực dọc trục cũng tăng dần. - Những tầng sau cùng của tuốc bin nhiều tầng sẽ làm việc trong vùng hơi ẩm do đó gây ra tổn thất bởi hơi ẩm, làm cho hiệu suất tuốc bin giảm. - Tuốc bin nhiều tầng cấu tạo phức tạp. 7.1.4. Hệ số hoàn nhiệt của tuốc bin nhiều tầng Nh− trên đã phân tích, tổn thất của tầng tr−ớc có thể đ−ợc sử dụng một phần vào tầng tiếp theo, mức độ sủ dụng l−ợng nhiệt đó vào tầng tiếp theo đ−ợc gọi là hệ số hoàn nhiệt. Để so sánh tuốc bin một tầng với tuốc bin nhiều tâng, ta xác định hệ số hoàn nhiệt bằng cách phân tích quá trình nhiệt theo 2 ph−ơng án: khi tuốc bin là một tầng và khi tuốc bin là nhiều tầng với cùng thông số đầu và cuối. Quá trình nhiệt của tuốc bin đ−ợc biểu diễn trên đồ thị T-s hình 7.5. Với áp suất đầu p0 và cuối p1, nếu tuốc bin là một tầng và không có tổn thất thì quá trình dãn nở đẳng entropi của hơi trong tuốc bin đ−ợc biểu diễn bằng đ−ờng 44'4''4'''a. Nhiệt dáng lí t−ởng của tuốc bin khi đó đ−ợc biểu diễn trên đồ thị T-s t−ơng đ−ơng với diện tích 12344'4''4'''a1, bằng tổng nhiệt dáng lí t−ởng của các tầng khi làm việc theo quá trình đẳng entropi. H0 = h01 + h02 + h03 + h04 (7-1) Giả sử tuốc bin gồm 4 tầng, quá trình dãn nở thực của hơi trong tuốc bin tiến hành theo đ−ờng 4567b. Nhiệt giáng lí t−ởng của tầng thứ nhất bằng h01, t−ơng đ−ơng với diện tích 2’2 344’2’. Tổn thất nhiệt của tầng đã làm tăng nhiệt độ hơi ra khỏi tầng thứ nhất từ T4' đến T5. Hơi đi vào tầng thứ hai ở trạng thái 5 có nhiệt độ T5, 78
nghĩa là tổn thất nhiệt ở tầng đầu đã làm tăng nhiệt độ hơi vào tầng thứ hai. Tổn thất nhiệt này của tầng đầu đ−ợc sử dụng một phần q2 vào tầng thứ hai. Trên đồ thị hình 7.5, phần tổn thất nhiệt của tầng thứ nhất đ−ợc sử dụng vào tầng thứ 2 là q2, đ−ợc biểu diễn bằng diện tích 4'55'4''4' và nhiệt giáng lí t−ởng của tầng thứ hai bằng * h 02 = h02 + q2. T−ơng tự nh− vậy, phần tổn thất nhiệt của tầng thứ hai đ−ợc sử dụng vào tầng thứ ba là q3, đ−ợc biểu diễn bằng diện tích 4''66'4'''4'' và nhiệt giáng lí t−ởng của tầng thứ ba bằng * h 03 = h03 + q3 . Phần tổn thất nhiệt của tầng thứ ba đ−ợc sử dụng vào tầng thứ t− là q4, đ−ợc biểu diễn bằng diện tích 4'''6'77'a4'' và nhiệt giáng lí t−ởng của tầng * thứ t− bằng h 04 = h04 + q4 . Nhiệt dáng lý t−ởng của các tầng lần l−ợt là: * h 01 = h01 (7-2) * h 02 = h02 + q2 (7-3) * h 03 = h03 + q3 (7-4) Hình 7.5. Quá trình nhiệt của h * = h + q (7-5) 04 04 4 tuốc bin nhiều tầng Tổng nhiệt dáng lý t−ởng của các tầng bằng: * ∑ h 0i = h01 + h02 + q2 + h03 + q3 + h04 + q4 * ∑ h 0i = H0 + Q (7-6) và đ−ợc biểu diễn bằng diện tích 12344'55'66'77’1, trong đó: Q = q2 + q3 + q4 là tổn thất nhiệt của các tầng tr−ớc đ−ợc sử dụng vào các tầng tiếp theo. H0 là nhiệt giáng lí t−ởng của tuốc bin khi làm việc theo quá trình đẳng entropi 44’a, đ−ợc tính theo (7-1). Nh− vậy khi có cùng thông số đầu và cuối thì nhiệt dáng lý t−ởng của tuốc bin nhiều tầng sẽ lớn hơn nhiệt dáng lý t−ởng của tuốc bin một tầng một l−ợng là Q, đây chính là một phần tổn thất nhiệt của các tầng tr−ớc đ−ợc sử dụng lại vào các tầng tiếp theo. Nhiệt dáng thực tế của mỗi tầng là: * t hi = h 0 ηtd (7-7) Nhiệt dáng thực tế của tuốc bin nhiều tầng bằng tổng nhiệt dáng thực tế của các tầng: * t t Hi = ∑hi = ∑ h 0 ηtd = ∑(h0 + q) ηtd (7-8) 79
Nếu ta coi hiệu suất của tất cả các tầng tuốc bin đều bằng nhau thì: t t Hi = η∑td (h0 + q) = ηtd ( H0 + Q) (7-9) Mặt khác hiẹu suất trong t−ơng đối của toàn tuốc bin có thể viết đ−ợc: TB H i ηtd = (7-10) H 0 Trong đó: Q là tổn thất nhiệt các tầng tr−ớc đ−ợc sử dụng vào các tầng sau, H0 là nhiệt dáng lý t−ởng toàn tuốc bin, TB ηtd là hiệu suất trong t−ơng đối của tuốc bin nhiều tầng, t ηtd là hiệu suất trong t−ơng đối của một tầng tuốc bin, Thay (7-9) vào (7-10) ta có hiệu suất của tuốc bin nhiều tầng là: t TB H i ηtd (H 0 + Q) ηtd = = (7-11) H 0 H 0 TB t Q t ηtd = ηtd (1+ ) = ηtd (1 + α) (7-12) H 0 ở đây: α đ−ợc gọi là hệ số hoàn nhiệt Q α= (7-13) H0 Hệ số hoàn nhiệt α là hệ số biểu thị mức độ sử dụng tổn thất nhiệt của tầng tr−ớc vào các tầng tiếp theo. Tuốc bin càng nhiều tầng thì hệ số hoàn nhiệt càng lớn. TB t Vì α > 0, do đó ηtd > ηtd , nghĩa là hiệu suất của tuốc bin nhiều tầng luôn luôn lớn hơn hiệu suất của tuốc bin một tầng. 7.1.5. ảnh h−ởng của độ ẩm đến sự làm việc của tuốc bin Hình 7.6. ảnh h−ởng của các giọt ẩm ở các tầng cuối. 80
Quá trình giãn nở của hơi trong tuốc bin nhiều tầng là quá trình giảm áp suất và nhiệt độ hơi. Càng về cuối tuốc bin, áp suất và nhiệt độ hơi càng giảm còn thể tích riêng và độ ẩm càng tăng, do đó số l−ợng và kích th−ớc các giọt ẩm trong hơi càng lớn. Từ tam giác tốc độ trên hình 7.6 ta thấy, khi ra khỏi ống phun, tốc độ các giọt ẩm C'1 sẽ nhỏ hơn tốc độ dòng hơi C1. Vì tốc độ vòng u của chúng nh− nhau, do đó các giọt ẩm đi vào rãnh cánh động với tốc độ w'1 nhỏ hơn tốc độ của hơi w1 , d−ới một góc β'1 lớn hơn β1 đập vào l−ng cánh động, gây nên lực cản trở chuyển động quay của roto tuốc bin. Do vậy sự có mặt của các giọt ẩm, một mặt làm giảm hiệu suất của tuốc bin, mặt khác đập vào bề mặt cánh động, làm rỗ các bề mặt cánh. Khi roto quay, d−ới tác dụng của lực ly tâm các giọt ẩm tập trung ở phần đỉnh cánh nhiều hơn, do đó bề mặt phần đỉnh cánh bị rỗ nhiều hơn phần gốc cánh. Trong vận hành bình th−ờng cho phép duy trì độ ẩm hơi ở tầng cuối trong khoảng 8 đến 12%. Nếu nhiệt độ hơi mới giảm thì độ ẩm có thể tăng lên và đạt trị số đáng kể, khi đó có thể làm giảm hiệu suất của tầng sau cùng đến 0. 7.1.6. Sự rò rỉ hơi Khi khảo sát chuyển động của dòng hơi trong tầng tuốc bin, ta giả thiết toàn bộ l−ợng hơi đi qua tầng đều đi hết qua rãnh ống phun và rãnh cánh động, nhiệt năng của l−ợng hơi đó đã biến thành động năng và cơ năng trong tuốc bin. Thực tế không phải nh− vậy, khi chuyển động trong phần truyền hơi của tuốc bin, luôn có một l−ợng hơi không đi qua rãnh ống phun mà đi qua khe hở giữa bánh tĩnh và trục tuốc bin. L−ợng hơi này sẽ không tham gia quá trình biến nhiệt năng thành động năng. Hình 7-7. rò rỉ hơi trong tuốc bin Mặt khác có một l−ợng hơi không đi qua rãnh cánh động mà đi qua lỗ cân bằng trên bánh động và qua khe hở giữa thân tuốc bin và đỉnh cánh. Ngoài ra, do áp suất hơi phía đầu của tuốc bin lớn hơn áp suất khí quyển nên sẽ có một l−ợng hơi chảy từ trong tuốc bin ra ngoài khí quyển qua lỗ xuyên trục ở phía đầu tuốc bin. Toàn bộ l−ợng hơi này sẽ không tham gia quá trình biến động năng thành cơ năng, tức là 81
không sinh công trên cánh động, đ−ợc gọi là l−ợng hơi rò rỉ và tổn thất này gọi là tổn thất rò rỉ hơi. Tổn thất rò rỉ hơi đ−ợc biểu diễn trên hình 7.7. 7.2. CÂN BằNG LựC DọC TRụC TRONG tuốc BIN NHIềU TầNG Nh− đã phân tích ở mục 6.3.1, lực của dòng hơi tác dụng lên các dãy cánh có thể phân ra hai thành phần: thành phần Ru và thành phần Ra. Thành phần Ru theo h−ớng vuông góc với trục tuốc bin, sinh công có ích trên cánh động, tạo momen quay làm quay roto và kéo máy phát quay. Thành phần dọc trục Ra (theo h−ớng chuyển động của dòng hơi) không tạo nên momen quay mà tạo nên lực đẩy roto dịch chuyển theo h−ớng dòng hơi, có thể làm cho roto và stato tuốc bin cọ xát vào nhau gây nguy hiểm cho tuốc bin. Lực dọc trục Ra có thể tăng lên trong quá trình vận hành do các nguyên nhân sau: - Do chèn bánh tĩnh mòn nên l−u l−ợng hơi rò rỉ qua đó tăng, làm tăng áp suất hơi tr−ớc cánh động. - Do muối bám vào cánh động làm giảm tiết diện hơi đi qua, làm giảm l−u l−ợng hơi qua rãnh cánh động, dẫn đến tăng áp suất tr−ớc cánh động, làm tăng độ phản lực của tầng. Hình 7.8. Lực tác dụng trong tuốc bin Để giảm tác dụng của lực dọc trục lên các palê chắn, cần phải tìm ph−ơng pháp cân bằng lực dọc trục bằng cách tạo nên lực có chiều ng−ợc với chiều lực dọc trục hoặc giảm sự chênh lệch áp suất tr−ớc và sau cánh động theo các h−ớng sau đây. * Tăng đ−ờng kính của vòng chèn đầu tr−ớc của trục (hình 7.8) * Dùng các đĩa giảm tải gắn phía tr−ớc tầng điều chỉnh (hình 7.8) * Đối với tuốc bin công suất lớn, ng−ời ta chế tạo tuốc bin nhiều thân và đặt các thân ng−ợc chiều nhau (hình 7.9) * Tạo các lỗ cân bằng áp lực trên các bánh động để giảm bớt chênh lệch áp suất tr−ớc và sau bánh động (hình 7.10). 82
Hình 7.9. Thân tuốc bin đặt ng−ợc chiều Hình 7.10. Lỗ cân bằng 83
7.3. CáC LOạI tuốc BIN hơi n−ớc Sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt năng đạt đ−ợc hiệu suất cao hơn rất nhiều so với sản xuất riêng lẻ nhiệt và điện. Muốn đảm bảo việc sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt năng thì phải dùng các tuốc bin vừa đảm bảo đ−ợc 2 chức năng đó, nhà máy nh− vậy gọi là trung tâm nhiệt điện. ở trung tâm nhiệt điện th−ờng có 2 loại hộ dùng nhiệt: - Hộ công nghiệp dùng hơi có áp suất: Pn= 10-15 at - Hộ sinh hoạt dùng n−ớc nóng có nhiệt độ khoảng từ 1050C đến 1250C, hoặc hơi có áp suất t−ơng ứng: Psh= 2-3 at. 7.3.1. Tuốc bin ng−ng hơi thuần túy Tuốc bin ng−ng hơi thuần túy là tuốc bin trong đó hơi sau khi ra khỏi tuốc bin, đi vào bình ng−ng nhả nhiệt cho n−ớc làm mát để ng−ng tụ thành n−ớc và đ−ợc bơm n−ớc ng−ng bơm trở về lò. Sơ đồ nguyên lý của tuốc bin ng−ng hơi thuần túy đ−ợc biểu diễn trên hình 7.11. áp suất hơi ra khỏi tuốc bin pk nhỏ hơn áp suất khí quyển, th−ờng pk vào khoảng 0,004-0,04 tùy thuộc vào nhiệt độ môi tr−ờng của từng vùng. Tuốc bin ng−ng hơi thuần túy chỉ sản xuất đ−ợc điện năng, l−ợng điện nó sản xuất ra là: T Nđ = G.(i0 - ik).ηtđ . ηco.ηmp (7-13) Trong đó : G là l−u l−ợng hơi vào tuốc bin, i0 , ik là entanpi của hơi vào và ra khỏi tuốc bin ứng vơi áp suất p0 và pk T ηtđ là hiệu suất tuốc bin, ηco là hiệu suất cơ khí, ηmp là hiệu suất máy phát, Hình 7.11. tuốc bin Hình 7.12. tuốc bin đối áp ng−ng hơi thuần túy 84
7.3.2. Tuốc bin đối áp Tuốc bin đối áp là tuốc bin vừa sản xuất nhiệt năng vừa sản xuất điện năng. Tuốc bin đối áp không có bình ng−ng đi kèm, sau khi ra khỏi tuốc bin hơi sẽ đ−ợc dẫn đến hộ tiêu thụ nhiệt để cấp nhiệt. Sơ đồ nguyên lý của tuốc bin đối áp đ−ợc biểu diễn trên hình 7.12. áp suất hơi ra khỏi tuốc bin pn bằng áp suất của hộ tiêu thụ nhiệt, pn đ−ợc gọi là áp suất đối áp, th−ờng lớn hơn áp suất khí quyển. ở tuốc bin đối áp, hơi đi vào tuốc bin dãn nở từ áp suất p0 đến áp suất pn, sinh công trong tuốc bin để kéo máy phát sản xuất điện năng. L−ợng điện máy phát sản xuất ra là: T Nđ = G.(i0 - in).ηtđ . ηco.ηmp (7-14) ở đây: i0 và in là entanpi của hơi vào và ra khỏi tuốc bin ứng vơi áp suất p0 và pn Hơi có áp suất pn đến hộ tiêu thụ nhiệt cấp cho hộ tiêu thụ nhiệt một l−ợng nhiệt là: Qn = G.(in - i'n). ηtđn (7-15) ở đây: i'n là entanpi của n−ớc ra khỏi hộ tiêu thụ nhiệt ứng vơi áp suất pn, ηtđn là hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt, Từ (7-14) ta thấy ở tuốc bin đối áp, công suất điện tuốc bin sản xuất ra phụ thuộc vào l−ợng hơi G đi qua tuốc bin tức là l−ợng hơi mà hộ tiêu thụ nhiệt yêu cầu, nói cách khác l−ợng điện sản xuất ra phụ thuộc l−ợng nhiệt hộ tiêu thụ yêu cầu. Nh− vậy muốn đảm bảo đồng thời đ−ợc yêu cầu của cả phụ tải điện và nhiệt thì phải bổ sung thêm một tuốc bin ng−ng hơi để đảm bảo cung cấp điện khi hộ tiêu thụ nhiệt tạm ngừng dùng hơi (l−ợng hơi qua tuốc bin đối áp bằng không). Bên cạnh đó phải có thiết bị giảm ôn giảm áp để đảm bảo l−ợng nhiệt cho hộ tiêu thụ khi tuốc bin đối áp không làm việc. Tuy nhiên trong trung tâm nhiệt điện độc lập (không nối với mạng điện quốc gia hay khu vực), tuốc bin đối áp cũng không thông dụng vì trong một nhà máy có hai loại tuốc bin thì sơ đồ thiết bị sẽ phức tạp, khó vận hành. 7.3.3. Tuốc bin ng−ng hơi có cửa trích điều chỉnh 7.3.3.1. Tuốc bin ng−ng hơi có một cửa trích điều chỉnh Khi dùng tuốc bin ng−ng hơi có 1 cửa trích điều chỉnh, l−u l−ợng hơi trích có thể điều chỉnh đ−ợc. Loại tuốc bin này đã khắc phục đ−ợc nh−ợc điểm của tuốc bin đối áp, phụ tải điện và nhiệt không phụ thuộc vào nhau. Sơ đồ nguyên lý của tuốc bin ng−ng hơi có một cửa trích điều chỉnh đ−ợc biểu diễn trên hình 7.15. ở tuốc bin ng−ng hơi có 1 cửa trích điều chỉnh, hơi quá nhiệt có thông số p0, v0, l−u l−ợng G1 đi vào phần cao áp 1 giãn nở và sinh công ở trong đó đến áp suất pn, sản xuất ra một l−ợng điện t−ơng ứng là Nđ1. Hơi ra khỏi phần cao áp có áp suất pn đ−ợc trích cho hộ dùng nhiệt một l−ợng là Gn (đi tới hộ dùng nhiệt), l−ợng hơi còn lại G2 tiếp tục đi vào phần hạ áp, giãn nở sinh công trong phần hạ áp đến áp suất pk, sinh ra trong phần hạ áp một l−ợng điện Nđ2, sau đó đi vào bình ng−ng 3. 85
Trục của phần cao áp và hạ áp nối chung với trục máy phát điện, do đó điện năng sản xuất ra bao gồm điện năng phần cao áp và hạ áp sản xuất ra: Nđ = Nđ1 + Nđ2 (7-16) L−ợng điện năng do phần cao áp sản xuất ra: T Nđ1 = G1(i0 - in) ηtđ . ηco.ηmp (7-17) L−ợng điện năng do phần hạ áp sản xuất ra: T Nđ2 = G2.(in - ik) ηtđ . ηco.ηmp (7-18) Hay: T Nđ2 = (G1 - Gn) (in - ik) ηtđ . ηco.ηmp (7-19) và cung cấp cho hộ dùng nhiệt một l−ợng nhiệt là: Qn = Gn.(in - i'n). ηtđn (7-20) trong đó: G1 là l−u l−ợng hơi đi vào phần cao áp, G2 là l−u l−ợng hơi đi vào phần hạ áp, i0 là entanpi của hơi vào tuanbin ứng vơi áp suất p0, in là entanpi của hơi ra khỏi phần cao áp ứng vơi áp suất pn, ik là entanpi của hơi ra khỏi tuanbin ứng vơi áp suất pk, Loại tuốc bin hơi này có thể dùng chạy phụ tải ngọn và điện sản xuất ra đ−ợc nối lên mạng l−ới của vùng hoặc quốc gia. Hình 7.13. tuốc bin ng−ng hơi Hình 7.14. tuốc bin ng−ng hơi có một cửa trich có hai cửa trích 1-phần cao áp của tuốc bin; 2-phần hạ áp của tuốc bin; 3-Bình ng−ng; 4-hộ tiêu thụ nhiệt; 5-Máy phát điện. 86
7.3.3.2. Tuốc bin ng−ng hơi có hai cửa trích điều chỉnh Sơ đồ nguyên lý của tuốc bin ng−ng hơi có hai cửa trích điều chỉnh đ−ợc biểu diễn trên hình 7.14. tuốc bin có ba phần: phần cao áp, phần trung áp và phần hạ áp, tuốc bin cung cấp nhiệt cho 2 loại hộ tiêu thụ: hộ công nghiệp và hộ số sinh hoạt. Nguyên lý làm việc của tuốc bin ng−ng hơi có hai cửa trích điều chỉnh nh− sau: Hơi quá nhiệt có thông số p0, v0, l−u l−ợng G1 đi vào phần cao áp dãn nở và sinh công ở trong đó đến áp suất pn , sản xuất ra một l−ợng điện Nđ1. Hơi ra khỏi phần cao áp có áp suất pn đ−ợc trích cho hộ dùng nhiệt công nghiệp một l−ợng là Gn (đi tới hộ dùng nhiệt), phần còn lại G2 tiếp tục đi vào phần trung áp của tuốc bin dãn nở sinh công ở trong đó đến áp suất pT, sản xuất ra một l−ợng điện Nđ2. khi đi ra khỏi phần trung áp hơi đ−ợc tách làm hai phần, phần GT cung cấp cho hộ dùng nhiệt sinh hoạt, còn phần G3 tiếp tục đi vào phần hạ áp của tuốc bin, giãn nở sinh công ở trong đó đến áp suất pk, sản xuất ra một l−ợng điện N3 và đi vào bình ng−ng 3 ng−ng tụ lại thành n−ớc. Tổng điện năng sản xuất ra trong cả ba phần cao áp, trung áp và hạ áp là: Nđ = Nđ1 + Nđ2 + Nđ3 (7-21) Trong đó: L−ợng điện năng do phần cao áp sản xuất ra: T Nđ1 = G1(i0 - in). ηtđ . ηco.ηmp (7-22) L−ợng điện năng do phần trung áp sản xuất ra: T Nđ2 = G2(in – iT). ηtđ . ηco.ηmp (7-23) L−ợng điện năng do phần hạ áp sản xuất ra: T Nđ3 = G3 (iT – ik). ηtđ . ηco.ηmp (7-24) Nhiệt năng tuốc bin cung cấp cho hộ dùng nhiệt là: Q = Qn + QT (7-25) trong đó cho hộ dùng nhiệt công nghiệp là: Qn = Gn.(in - i'n). ηtđn (7-26) cho hộ dùng nhiệt sinh hoạt là: QT = GT.(iT - i'T). ηtđn (7-27) ở tuốc bin có 1 hay 2 cửa trích điều chỉnh, áp suất hơi cửa trích Pn, PT đ−ợc thiết kế theo yêu cầu của loại hộ tiêu thụ hơi và l−u l−ợng hơi qua các cửa trích này có thể điều chỉnh đ−ợc theo yêu cầu của hộ dùng nhiệt. 7.4. Tuốc bin đối áp có một cửa trích điều chỉnh Tuốc bin đối áp có một của trích điều chỉnh có chức năng giống nh− tuốc bin ng−ng hơi có hai cửa trích điều chỉnh. 87
Ch−ơng 8. CấU TRúC, THIếT Bị PHụ và điều chỉnh Tuốc bin 8.1. CấU TRúC tuốc bin 8.1.1. Thân tuốc bin Để thuận tiện khi chế tạo và lắp ráp, thân tuốc bin dọc trục đ−ợc chế tạo một mặt bích ngang và một hoặc hai mặt bích dọc. Thân có thể chế tạo bằng gang đúc, thép đúc hoặc thép hàn. Thân bằng gang đúc th−ờng dùng cho các tuốc bin làm việc ở nhiệt độ tới 3500C. Khi nhiệt độ làm việc tới 4500C thì thân tuốc bin phải làm bằng thép cacbon. Khi nhiệt độ làm việc cao hơn 4500C thì thân tuốc bin phải làm bằng thép hợp kim. Đặc biệt khi nhiệt độ làm việc cao hơn 5500C thì thân tuốc bin phải làm hai lớp, gọi là thân kép. Giữa hai lớp của thân chứa hơi có thông số trung bình trích từ một tầng trung gian nào đó, vì vậy bề dày của thân sẽ nhỏ hơn nhiều so với thân đơn (1 lớp), đồng thời lớp ngoài làm việc ở điều kiện nhẹ nhàng hơn nên có thể chế tạo bằng thép cácbon. 8.1.2. Rôto tuốc bin Roto của tuốc bin xung lực là trục có gắn các bánh động đ−ợc biểu diễn trên Hình 8.1. Khi roto làm việc trong vùng hơi có nhiệt độ nhỏ hơn 4000C thì bánh động đ−ợc rèn riêng từng bánh và đ−ợc lắp chặt trên trục Hình 8.2. Hình 8.1. Roto tuốc bin xung lực có bánh động lắp chặt trên trục 88
Hình 8.2. Rôto tuốc bin xung lực có trục và bánh động đ−ợc rèn liền Khi roto làm việc trong vùng hơi có nhiệt độ lớn hơn 4000C thì trục và bánh động đ−ợc rèn liền, đ−ợc biểu diễn trên Hình 8.3. ở tuốc bin phản lực, roto có dạng thùng (tang trống). Hiện nay roto kiểu tang trống th−ờng đ−ợc chế tạo gồm những vành riêng biệt hàn lại với nhau, phần đầu và cuối của roto đ−ợc rèn liền với trục. ở tuốc bin này, tầng điều chỉnh vẫn đ−ợc chế tạo kiểu tầng kép xung lực có bánh động lắp chặt trên trục nh− biểu diễn trên Hình 8.3. Hình 8.3. Rôto tuốc bin phản lực 89
Roto tuốc bin có độ dài đáng kể giữa hai ổ đỡ, do đó nó là một hệ thống đàn hồi có tần số dao động riêng xác định. Để đảm bảo cho roto làm việc ổn định và an toàn thì số vòng quay định mức của roto không đ−ợc trùng với số vòng quay tới hạn, tức là tần số dao động ngang của roto không đ−ợc trùng với tần số làm việc của máy phát điện (tần số dòng điện). Phần lớn các nhà chế tạo lấy số vòng quay định mức lớn hơn hoặc bé hơn 30- 40% số vòng quay tới hạn. Những trục có số vòng quay định mức nhỏ hơn số vòng quay tới hạn thì gọi là trục cứng, những trục có số vòng quay định mức lớn hơn số vòng quay tới hạn thì gọi là trục mềm. Để đảm bảo an toàn khi khởi động tuốc bin có trục mềm, cần phải v−ợt qua thật nhanh vùng có số vòng quay tới hạn. 8.1.3. Bộ chèn tuốc bin Khi chuyển động trong phần truyền hơi của tuốc bin, luôn có một l−ợng hơi không đi qua rãnh ống phun mà đi qua khe hở giữa bánh tĩnh và trục tuốc bin. a) b) c) Hình 8.4. Bộ chèn tuốc bin a- Chèn cây thông; b- chèn răng l−ợc; c-chèn đỉnh cánh 90
Mặt khác có một l−ợng hơi không đi qua rãnh cánh động mà đi qua lỗ cân bằng trên bánh động và qua khe hở giữa thân tuốc bin và đỉnh cánh. Ngoài ra, do áp suất hơi phía đầu của tuốc bin lớn hơn áp suất khí quyển nên sẽ có một l−ợng hơi chảy từ trong tuốc bin ra ngoài khí quyển qua lỗ xuyên trục ở phía đầu tuốc bin. L−ợng hơi này sẽ không tham gia quá trình biến nhiệt năng thành động năng và đ−ợc gọi là l−ợng hơi rò rỉ. Ngoài sự rò rỉ hơi nêu trên, vì áp suất hơi phần cuối của tuốc bin nhỏ hơn áp suất khí quyển nên sẽ có một phần không khí lọt vào khoang hơi ở cuối tuốc bin theo khe hở giữa trục và thân. Để giảm bớt l−ợng hơi rò rỉ từ tầng này qua tầng khác, rò rỉ từ tuốc bin ra ngoài hoặc không khí lọt từ ngoài vào trong tuốc bin ng−ời ta đặt bộ chèn. Bộ chèn đ−ợc chỉ ra trên Hình 8.4, đ−ợc đặt vào khe hở cần chèn sẽ làm tăng trở lực của khe do đó giảm đ−ợc l−ợng hơi rò rỉ qua đó. Có 2 loại bộ chèn: chèn răng l−ợc và chèn cây thông, hiện nay dùng phổ biến nhất là chèn răng l−ợc. Bộ chèn răng l−ợc gồm một số răng l−ợc gắn vào thân tạo nên những khe hở hẹp và những buồng dãn nở hơi giữa răng chèn và roto (trục). Khi hơi đi qua khe hẹp, áp suất giảm và tộc độ tăng, khi vào buồng dãn nở động năng dòng hơi bị mất hoàn toàn do tạo nên chuyển động xoáy và biến thành nhiệt năng. Hơi tiếp tục đi qua khe hở tiếp theo, một lần nữa lại tăng tốc độ rồi lại bị mất động năng trong buồng dãn nở tiếp theo đó, quá trình cứ lặp lại liên tiếp do đó l−ợng hơi qua khe hở chèn giảm xuống. Số răng chèn càng lớn thì l−ợng hơi rõ rỉ qua bộ chèn càng nhỏ. 8.2. THIếT Bị PHU 8.2.1. Bình ng−ng Ta biết rằng công suất tuốc bin tăng lên khi tăng thông số đầu hoặc giảm thông số cuối của hơi. Nhiệt độ của hơi ra khỏi tuốc bin bị hạn chế bởi nhiệt độ n−ớc làm mát nó (n−ớc tuần hoàn) và th−ờng cao hơn nhiệt độ của của n−ớc làm mát từ 8 đến 100C. N−ớc làm mát lấy từ ao, hồ, sông, suối, có nhiệt độ khoảng 20-250C tùy thuộc vào mùa và điều kiện địa lý của nhà máy, nghĩa là hơi bão hòa khi ra khỏi tuốc bin chỉ có thể ng−ng tụ ở nhiệt độ khoảng từ 30-350C, t−ơng ống với áp suất cuối tuốc bin từ 0,03-0,04 bar. Để đảm bảo đ−ợc trạng thái này, ng−ời ta nối ống thoát hơi của tuốc bin với bình ng−ng, độ chân không trong bình ng−ng đ−ợc tạo nên nhờ hơi ng−ng tụ thành n−ớc và nhờ các thiết bị đặc biệt nh− êjectơ hoặc bơm chân không. Các thiết bị này sẽ liên tục hút không khí ra khỏi bình ng−ng. Trong nhà máy điện, để đảm bảo chất l−ợng n−ớc ng−ng ng−ời ta chỉ áp dụng bình ng−ng kiểu bề mặt. Sơ đồ cấu tạo bình ng−ng bề mặt đ−ợc biểu diễn trên Hình 8.8. 1-ống n−ớc ra; 2-nắp; 3, 5-thân; 4-Mặt sàng; 6-cổ bình ng−ng; 7-ống đồng; 8-Bồn chứa n−ớc ng−ng; 8-ống n−ớc vàolàm mát. Hơi đi trên xuống bao bọc xung quanh bề mặt ngoài ống đồng, nhả nhiệt cho n−ớc làm mát đi trong ống đồng và ng−ng tụ thành n−ớc. N−ớc chuyển động từ phía d−ới lên trên ng−ợc chiều dòng hơi. Bình ng−ng có sơ đồ chuyển động của n−ớc làm mát thành 2 chặng nh− vậy thì đ−ợc gọi là bình ng−ng 2 chặng. T−ơng tự nh− thế có 91
thể có bình ng−ng 3 chặng, 4 chặng. Sau khi nhả nhiệt cho n−ớc làm mát, hơi đ−ợc ng−ng tụ lại rơi chảy xuống bình chứa ở d−ới đáy bình ng−ng và từ đó đ−ợc bơm đi bằng bơm n−ớc ng−ng, còn n−ớc làm mát đi trong hệ thống ống đồng gọi là n−ớc tuần hoàn đ−ợc lấy từ sông, hồ và đ−ợc cung cấp bởi bơm tuần hoàn. Hình 8.8. Bình ng−ng kiểu bề mặt Bình ng−ng phải đảm bảo thật kín, nếu không kín, không khí bên ngoài lọt vào sẽ làm giảm độ chân không, nghĩa là làm tăng áp suất cuối tuốc bin và có thể làm giảm một cách đột ngột khả năng truyền nhiệt trên các bề mặt ống làm mát, làm giảm công suất tuốc bin. Mặt khác các ống đồng trong bình ng−ng cũng phải thật kín để tránh sự rò rỉ của ng−ớc tuần hoàn vào n−ớc ng−ng, làm giảm chất l−ợng n−ớc ng−ng. Để bảo đảm độ chân không sâu, ng−ời ta tìm cách giảm trở lực của bình ng−ng đối với hơi và tổ chức việc rút không khí ra khỏi bình ng−ng một cách liên tục. Nhiệt l−ợng hơi nhả ra khi ng−ng tụ thành n−ớc trong bình ng−ng: Qbn = Gh(i''bn - i'bn), (KW) (8-1) Nếu coi hiệu suất bình ng−ng bằng 1 thì nhiệt l−ợng đó chính bằng nhiệt l−ợng n−ớc tuần hoàn nhận đ−ợc: Qbn = GnCn(t''th -t'th), (KW) (8-2) Trong đó: Gh, Gn (kg/s) là l−u l−ợng hơi và n−ớc tuần hoàn vào bình ng−ng, i''bn , i'bn (KJ/kg) là entanpi của hơi vào và ra khỏi bình ng−ng, 0 t''bn , t'bn ( C) là nhiệt độ n−ớc tuần hoàn vào và ra khỏi bình ng−ng, Từ (8-1) và (8-2) ta có: Qbn = Gh(i''bn - i'bn) = GnCn(t''th -t'th), (8-3) G n Hay: (i''bn - i'bn) = Cn(t''th -t'th), (8-4) G h G n = m gọi là bội số tuần hoàn (kg n−ớc/kg hơi) G h Từ (8-4) ta thấy nhiệt độ của n−ớc trong bình ng−ng tức là áp suất trong bình ng−ng phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ ban đầu của n−ớc tuần hoàn và bội số tuần hoàn. 92
8.2.2. Êjectơ Để duy trì độ chân không cần thiết trong bình ng−ng cần hút liên tục không khí ra khỏi bình ng−ng, muốn vậy ng−ời ta dùng các thiết bị thải không khí đặc biệt, phổ biến nhất là các êjectơ hơi. Êjectơ gồm ống phun hơi A đặt trong buồng thu nhận B, buồng này đ−ợc nối với ống khuếch tán C. Nguyên lý cấu tạo của Êjectơ đ−ợc biểu diễn trên Hình 8.8. Hỗn hợp bị nén không khí - hơi B 1 2 3 Hơi Hình 8-8: Sơ đồ A nguyên lý êjectơ 2 3 C Hơi đ−ợc dãn nở trong ống phun đến áp suất bằng với áp suất trong buồng thu nhận. áp suất này gần bằng (nhỏ hơn) áp suất ở điểm rút hỗn hợp không khí-hơi n−ớc. Khi ra khỏi ống phun A, hơi cótốcđộ lớn và cuốn theo hỗn hợp không khí-hơi n−ớc từ buồng B vào ống khuếch tán. Vì thế buồng B (giữa tiết diện 1-1 và 2-2) đ−ợc gọi là buồng hỗn hợp. ở ống khuếch tán, hỗn hợp hơi và không khí bị nén đến 1 áp suất đủ để thải nó ra khỏi êjectơ. áp lực hơi vào ống phun của êjectơ th−ờng là 6 hoặc 12 at. Hơi vào 6 ejectơ ejectơ cấp 1 cấp 2 1 3 5 4 2 7 7 Hình 8-9: Sơ đồ ejectơ hai cấp 1, 3-ống khếch tán; 2, 4-bình làm lạnh; 5đ−ờng xả; 6-khí không ng−ng+hơi; 7-n−ớc ng−ng 93
Trong nhà máy điện, theo nhiệm vụ êjectơ đ−ợc chia thành thành 2 loại: ejectơ khởi động và ejectơ chính. ejectơ khởi động dùng để tăng tốc độ tạo chân không khi khởi động tuốc bin và trong thời gian khởi động tuốc bin thì nó làm việc song song với êjectơ chính. Khi khởi động xong thì êjectơ này ngừng hoạt động, còn ejectơ chính vẫn liên tục làm việc liên tục từ khi khởi động cho đến khi dừng tuốc bin. Vì ejectơ một cấp th−ờng không thể tạo thành độ chân không sâu, nên ejectơ chính đ−ợc chế tạo hai cấp hoặc ba cấp. Ngoài ra để nâng cao độ kinh tế, ng−ời ta th−ờng làm thêm bình làm lạnh để làm lạnh hỗn hợp không khí hơi do ejectơ thải ra nhằm giữ lại l−ợng n−ớc ng−ng đọng từ hơi qua ejectơ. Hơi thoát 1 3 II I 2 4 Hình 8-10: Sơ đồ nối ejectơ với bình ng−ng 1-bình ng−ng; 2-bơm n−ớc ng−ng; 3-ejjectơ; 4-đ−ờng tái tuần hoàn 94
8.3. điều chỉnh tuốc bin 8.3.1. Khái niệm về điều chỉnh tuốc bin hơi Tuốc bin hơi trong nhà máy điện dùng để kéo máy phát điện sản xuất điện năng. Chất l−ợng dòng điện càng cao khi tần số dòng điện càng ổn định, nghĩa là tốc độ quay của máy phát càng ổn định, vì vậy tuốc bin-máy phát phải làm việc với số vòng quay không đổi để đảm bảo cho tần số của dòng điện luôn luôn ổn định. Mô mem quay của roto tuốc bin do công của dòng hơi sinh ra, còn mô men cản của máy phát do phụ tải điện sinh ra trên các cực của máy phát. Công suất của tuốc bin đ−ợc tính theo công thức: Ni = GHi , [kw] (8-5) Hoặc: Ni = GH0ηtd (8-6 ở đây: H0 nhiệt dáng lý thuyết của tuốc bin (không kể đến tổn thất) (kJ/kg) Hi là nhiệt giáng thực tế của tuốc bin ηtd là hiệu suất trong t−ơng đối của tuốc bin. Từ (8-5) ta thấy công suất tuốc bin tỉ lệ thuận với l−u l−ợng hơi và nhiệt dáng. Sự cân bằng giữa công suất hiệu dụng trên khớp trục tuốc bin với phụ tải điện đ−ợc biểu diển bằng ph−ơng trình: dω N = N + N + (I + I )ω (8-7) hd d tt t mf dτ It, Img là momen quán tính của rô to tuốc bin và máy phát, Nhd là công suất hiệu dụng trên khớp trục tuốc bin, Nđ là công suất điện trên các cực của máy phát (phụ thuộc vào phụ tải của hộ tiêu thụ bên ngoài), Ntt là tổn thất công suất trên các ổ trục và tổn thất nhiệt trong máy phát. Từ (8-7) ta thấy: Phụ tải trên các cực của máy phát điện Nđ phải luôn luôn cân bằng với công Nhd trên trục tuốc bin. Nghĩa là sự thay đổi phụ tải trên các cực của máy phát phải phù hợp với sự thay đổi công suất trên trục tuốc bin. Mỗi giá trị phụ tải xác định trên cực của máy phát t−ơng ứng với một giá trị mômen quay trên trục tuốc bin, nghĩa là t−ơng ứng với một l−u l−ợng hơi qua tuốc bin. Khi phụ tải thay đổi sẽ tạo ra sự mất cân bằng giữa mô men cản và mômen quay, do đó dẫn đến số vòng quay của rô to thay đổi. Khi đang ở trạng thái cân bằng, nếu phụ tải Nđ của máy phát thay đổi trong khi momen quay của tuốc bin ch−a thay đổi (tức Nhd ch−a thay đổi) sẽ tạo ra sự mất cân bằng giữa công suất của tuốc bin và công suất của máy phát, theo (8-5) thì tốc độ ω tuốc bin-máy phát sẽ thay đổi . Rõ ràng khi Nđ tăng thì số vòng quay ω giảm đi. Để duy trì ω =const, cần phải tăng l−ợng hơi vào tuốc bin để tăng công suất Nhd của tuốc bin lên t−ơng ứng. Tóm lại, bất kỳ một sự thay đổi nào của phụ tải điện cũng sẽ kéo theo sự thay đổi số vòng quay của tuốc bin (tốc độ quay của rô to tuốc bin-máy phát). Số vòng quay sẽ thay đổi đến chừng nào mà cơ cấu phân phối hơi ch−a làm thay đổi l−u l−ợng hơi vaò tuốc 95
bin, nghĩa là ch−a thiết lập đ−ợc sự cân bằng mới giữa mô men cản của phụ tải điện và mômen quay, tức là giữa công suất của tuốc bin và công suất của máy phát. Việc phục hồi lại sự cân bằng của ph−ơng trình (8-7) với bất kỳ sự thay đổi nào của phụ tải Nđ là nhiệm vụ của bộ điều chỉnh tốc độ (tức là điều chỉnh số vòng quay). Bộ điều chỉnh tốc độ đ−ợc nối liên động với cơ cấu tự động điều chỉnh van phân phối hơi của tuốc bin để điều chỉnh l−ợng hơi vào tuốc bin phù hợp với phụ tải điện. Khi phụ tải điện thay đổi, cần phải thay đổi l−u l−ợng hơi vào tuốc bin để thay đổi công suất tuốc bin cho phù hợp với sự thay đổi phụ tải điện. L−u l−ợng hơi đ−ợc thay đổi nhờ hệ thống phân phối hơi và hệ thống điều chỉnh của tuốc bin. Hệ thống phân phối hơi gồm có các van và các ống dẫn hơi vào tuốc bin Hệ thống điều chỉnh gồm có bộ phận điều chỉnh và các cơ cấu để truyền tác động đến các van phân phối hơi (nh−: cam, tay đòn ) 8.3.2. Các ph−ơng pháp điều chỉnh l−u l−ợng hơi vào tuốc bin Khi phụ tải điện thay đổi, muốn tốc độ quay của tổ tuốc bin-máy phát không đổi thì cần phải điều chỉnh l−u l−ợng hơi vào tuốc bin thay đổi phù hợp với phụ tải. Để điểu chỉnh l−u l−ợng hơi vào tuốc bin, ng−ời ta th−ờng áp dụng 3 ph−ơng pháp phân phối hơi vào tuốc bin: - Phân phối hơi bằng tiết l−u (h 8.9a), - Phân phối hơi bằng ống phun (h 8.9b), - Phân phối hơi đi tắt (h 8.9c), Khi phân phối bằng tiết l−u, toàn bộ hơi đ−ợc đ−a vào tầng đầu của tuốc bin qua một van đặc biệt, van này thực hiện việc điều chỉnh l−u l−ợng hơi đi qua nó, đồng thời làm cho dòng hơi bị tiết l−u hơi, nghĩa là áp suất hơi qua đó sẽ giảm đi nh−ng entanpi không thay đổi (h 8.9a). Khi phân phối bằng ống phun thì hơi đi qua một số van điều chỉnh đặt song song, những van này sẽ lần l−ợt mở hoặc đóng để điều chỉnh l−u l−ợng hơi vào các ống phun của tuốc bin (h 8.9b) Khi phân phối bằng đi tắt thì hơi không những đ−ợc đ−a vào tầng đầu mà còn đ−a vào một (hoặc một số) tầng trung gian qua các van tiết l−u (h 8.9c) 8.3.2.1. Phân phối hơi bằng tiết l−u Khi phân phối hơi bằng tiết l−u, hơi mới đ−ợc đ−a vào tuốc bin qua một van điều chỉnh tiết l−u chung, sau đó đi vào toàn bộ ống phun của tầng thứ nhất (e =1). Với các tuốc bin công suất lớn thì l−u l−ợng hơi lớn, ng−ời ta cho hơi qua đồng thời hai van đặt song song theo hai đ−ờng dẫn hơi riêng biệt. ứng với công suất kinh tế của tuốc bin thì van điều chỉnh tiết l−u sẽ mở hoàn toàn và quá trình dãn nở của hơi có thể biểu diễn bằng đ−ờng a- b trên hình 8.10. Nhiệt dáng thực tế của tầng sẽ bằng Hi. Khi cần giảm công suất của tuốc bin, tức là giảm l−u l−ợng hơi vào tuốc bin, ng−ời ta thay đổi độ mở của van điều chỉnh, khi đó xảy ra quá trình tiết l−u với i = const. Nh− vậy, sự thay đổi l−u l−ợng hơi qua van điều chỉnh bằng ph−ơng pháp tiết 96
l−u có liên quan đến sự thay đổi áp suất của hơi ở sau van, nghĩa là áp suất hơi giảm đi và do đó nhiệt giáng cũng giảm đi, quá trình đ−ợc biểu diễn bằng đoạn cd, nhiệt dáng của tầng sẽ là H'i. Hiệu suất của quá trình cũng sẽ giảm đi a) b) Hình 8.10. Phân phối bằng tiết l−u a- So đồ nguyên lý; b- Quá trình tiết l−u hơi 1- Van Stop; 2-Van tiết l−u, 3-Tuốc bin Khi phụ tải của tuốc bin càng giảm thì l−u l−ợng hơi vào càng giảm, nghĩa là tổn thất tiết l−u càng tăng. Nh− vậy, nếu tuốc bin làm việc ở chế độ non tải mà thực hiện việc điều chỉnh bằng ph−ơng pháp tiết l−u là không kinh tế. Vì thế việc phân phối hơi bằng tiết l−u chỉ áp dụng cho những tuốc bin th−ờng vận hành ở chế định mức và ít thay đổi phụ tải (tuốc bin mang phụ tải gốc). 8.3.2.2. Phân phối hơi bằng ống phun Khi phân phối hơi bằng ống phun thì hơi đi vào các ống phun của tầng đầu qua một số (từ 4 đến 10) van gọi là van điều chỉnh (còn gọi là xupáp điều chỉnh). Mỗi van điều chỉnh đ−ợc nối với một cụm ống phun. ứng với phụ tải định mức (công suất định mức) thì tất cả các van điều chỉnh mở hoàn toàn, độ phun hơi có thể bằng hoặc nhỏ hơn 1 (e ≤ 1). Khi thay đổi phụ tải thì các van điều chỉnh sẽ lần l−ợt đ−ợc đóng bớt hoặc mở thêm (tuỳ theo phụ tải giảm đi hoặc tăng lên). Ví dụ khi bắt đầu khởi động tuốc bin thì van 1 mở tr−ớc, khi van 1 đã mở hoàn toàn đến l−ợt van 2, cứ thế cho đến khi tất cả các van đã mở hoàn toàn thì công suất sẽ đạt giá trị định mức, lúc cần giảm công suất thì các van sẽ lần l−ợt đóng bớt lại để giảm l−ợng hơi vào tuốc bin cho phù hợp với công suất yêu cầu. Vì vậy độ phun hơi của của tầng điều chỉnh thay đổi tuỳ theo số van mở. Trong giới hạn mở (độ mở) của một van sẽ xảy ra quá trình tiết l−u, do đó sinh ra tổn thất. Nh−ng không phải toàn bộ l−u l−ợng hơi qua tuốc bin đều bị tiết l−u mà chỉ có một phần hơi đi qua van nào không mở hoàn toàn mới bị tiết l−u, còn các van đã mở hoàn toàn thì không bị tiết l−u, do đó tổn thất tiết l−u trong tr−ờng hợp phân phối hơi bằng ống phun nhỏ hơn khi phân phối hơi bằng tiết l−u. Hiệu suất của tuốc bin khi thay đổi phụ tải cũng ổn định hơn. 97
a) b) Hình 8.9. Sơ đồ nguyên lý phân phối hơi trong tuốc bin a. Phân phối bằng ống phun; b. Phân phối tắt 8.3.2.3. Phân phối hơi đi tắt ở các tuốc bin thực hiện phân phối hơi bằng tiết l−u, th−ờng áp dụng ph−ơng pháp phân phối đi tắt bên ngoài và đặc biệt th−ờng áp dụng cho các tuốc bin phản lực. Van tiết l−u chính đ−a hơi vào toàn bộ ống phun của tầng đầu (e =1). Khi van tiết l−u chính mở hoàn toàn thì tuốc bin đạt công suất kinh tế, khi đó áp suất hơi tr−ớc ống phun của tầng đầu đạt tới trị số giới hạn. Việc tăng công suất tuốc bin tới giá trị định mức đ−ợc thực hiện bằng cách đ−a hơi mới vào các tầng trung gian qua các buồng A gọi là các buồng quá tải. Khi đ−a hơi mới vào buồng A thì áp suất ở đó tăng lên do đó l−u l−ợng hơi qua các tầng sau sẽ tăng lên bởi vì tiết diện truyền hơi của tầng quá tải (tầng ở ngay sau buồng A) lớn hơn so với tầng đầu, khi đó công suất của tuốc bin tăng lên, mặc dù l−u l−ợng hơi qua các tầng ở phía tr−ớc buồng quá tải có giảm đi chút ít. Nếu tuốc bin chỉ có một van đi tắt 2 thì khi nó mở hoàn toàn, áp suất ở buồng A sẽ đạt giá trị giới hạn và công suất của tuốc bin đạt tới định mức. Nếu trên tuốc bin đặt 2 van tắt thì việc tăng công suất đến định mức sẽ đ−ợc thực hiện bằng cách đ−a hơi vào buồng quá tải thứ hai A1. L−u l−ợng hơi qua tất cả các tầng ở sau buồng A1 sẽ tăng lên, còn qua các tầng ở tr−ớc buồng A1 giảm. Tuy nhiên sự tăng công suất ở các tầng sau buồng A1 xảy ra nhanh hơn là sự giảm công suất ở các tầng tr−ớc buồng A1, do đó vẫn bảo đảm tăng công suất của tuốc bin tới định mức ở công suất định mức, áp suất hơi trong buồng A phải nhỏ hơn áp suất ở tr−ớc ống phun của tầng đầu, còn áp suất ở buồng A1 thì phải nhỏ hơn ở buồng A. Có nh− vậy mới đảm bảo có đ−ợc một l−ợng hơi vừa đủ l−u thông qua những tầng đầu để làm mát những tầng này khi chúng làm việc không tải. Khi điều chỉnh tắt thì hiệu suất cao nhất của tuốc bin đạt đ−ợc ở chế độ phụ tải kinh tế, bởi vì khi đó hơi không bị tiết l−u. ở những tuốc bin hiện đại, điều chỉnh bằng tiết l−u th−ờng chỉ có một tầng quá tải, ít khi ng−ời ta làm 2 và 3 tầng quá tải. 98
8.4. Các sơ đồ điều chỉnh tuốc bin hơi 8.4.1. Sơ đồ điều chỉnh trực tiếp Nh− đã phân tích ở trên, bất kỳ một sự thay đổi nào của phụ tải điện đều kèm theo sự thay đổi số vòng quay của tổ tuốc bin-máy phát do sự mất cân bằng giữa mô men quay của rô to và mô men cản của máy phát. Để hồi phục lại sự cân bằng giữa lực cản và mô men quay cuat tuốc bin, thì cần có bộ điều chỉnh tốc độ để điều chỉnh số vòng quay của tổ tuốc bin-máy phát. Bộ điều chỉnh tốc độ đ−ợc nối liên động với cơ cấu điều chỉnh tự động phân phối hơi vào tuốc bin. Hiện nay bộ điều chỉnh tốc độ kiểu li tâm đ−ợc dùng nhiều trong điều chỉnh tuốc bin hơi. ở đây lực li tâm của bộ điều chỉnh tốc độ sẽ tác động lên cơ cấu phân phối hơi (van điều chỉnh l−u l−ợng hơi) để thay đổi l−u l−ợng hơi vào tuốc bin nhằm thay đổi công suất của tuốc bin và do đó thay đổi số vòng quay. Sơ đồ nguyên lý của bộ điều chỉnh trực tiếp vẽ ở hình 8.11 Hình 8.11. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh trực tiếp 1. van hơi 2. quả văng 3. cánh tay đòn 4. bộ truyền động 5. trục tuốc bin Ta thấy khớp tr−ợt C của bộ điều tốc ly tâm có tay đòn liên hệ trực tiếp với van điều chỉnh 1. Khi phụ tải điện của máy phát tăng lên, sự cân bằng giữa phụ tải và công suất bị phá vỡ do đó số vòng quay giảm đi. Trục tuốc bin liên hệ với bộ điều tốc ly tâm bằng bánh răng truyền động, khi số vòng quay tuốc bin giảm thì tốc độ quay của trục bộ điều tốc cũng giảm, các quả tạ của bộ điều tốc ly tâm cụp xuống, đẩy khớp tr−ợt C di chuyển xuống d−ới làm cho điểm A dịch chuyển lên phía trên. Khi ấy van điều chỉnh 1 sẽ đ−ợc mở, l−u l−ợng hơi vào tuốc bin tăng lên, công suất của tuốc bin tăng lên, đồng thời tuốc bin sẽ làm việc với số vòng quay mới cao hơn. Khi phụ tải giảm thì các tác động xẩy ra ng−ợc lại, số vòng quay tăng lên van điều chỉnh sẽ đóng bớt lại làm giảm l−u l−ợng hơi vào tuốc bin. Sơ đồ này có −u điểm là đơn giản nh−ng lực di chuyển của bộ điều tốc ly tâm nhỏ nên lực đóng mở van điều chỉnh l−u l−ợng hơi 1 nhỏ, do đó chỉ áp dụng đối với tuốc bin công suất nhỏ (50-60 KW), có van điều chỉnh nhỏ, nhẹ, không đòi hỏi lực di 99
chuyển lớn. Đối với tuốc bin công suất trung bình và lớn thì đòi hỏi lực di chuyển phải đủ lớn để nâng van do đó phải sử dụng sơ đồ điều chỉnh gián tiếp. 8.4.2. Sơ đồ điều chỉnh gián tiếp Hình 8.12. trình bày nguyên lý sơ đồ điều chỉnh gián tiếp có xecvômôtơ kiểu piston. Hình 8.124. Sơ đồ điều chỉnh gián tiếp. 1- Van điều chỉnh. 2-Piston 3- Xecvômotơ 4- Ngăn kéo phân phối dầu 5- Bơm dầu. 6- Đ−ờng dầu. 7- Piston của ngăn kéo 8- Thanh truyền. 9- Bộ điều chỉnh ly tâm Khi tuốc bin làm việc ở một chế độ ổn định, piston 7 của ngăn kéo phân phối dầu 4 và xecvômôtơ 3 ở vị trí trung bình, đồng thời đóng kín các đ−ờng dẫn dầu nối giữa thân ngăn kéo phân phối dầu 4 với xecvômotơ 3. Van điều chỉnh 1 khi ấy ở một vị trí xác định. Sự di chuyển của khớp tr−ợt sẽ gây nên sự chuyển dời của piston 7. Tuỳ theo h−ớng di chuyển của piston 7 mà dầu d−ới áp lực của bơm dầu 5 sẽ theo đ−ờng phía trên (K1) hoặc đ−ờng phía d−ới (K2) đi vào xecvômôtơ 3. Nếu phụ tải điện giảm, tốc độ tuốc bin tăng, các quả tạ văng ra xa hơn, kéo điểm tr−ợt C dịch lên trên làm cho điểm B chuyển động lên phía trên, dầu đi theo đ−ờng K1 vào phía trên piston 2 của xecvomotơ 3 đẩy piston đi xuống, đóng bớt van 1 lại, giảm l−u l−ợng hơi vào tuốc bin làm giảm công suất tuốc bin, đồng thời dầu từ xecvômôtơ 3 theo đ−ờng K2 sẽ chảy qua thân ngăn kéo phân phối dầu 4 xả đi. Nếu dầu đi theo h−ớng K2 vào xecvômôtơ 3 thì van 1 sẽ mở ra đồng thời dầu từ xecvômtơ 3 lại theo đ−ờng K1 chảy qua thân ngăn kéo phân phối dầu 4 xả đi. ở sơ đồ này chỉ cần 1 lực không lớn lắm để di chuyển piston 7, bởi vì ngoài lực di chuyển của bộ điều tốc nh− ở sơ đồ điều chỉnh trực tiếp, còn có thêm lực do áp suất dầu tạo nên. Lực tác động để mở van 1 chỉ phụ thuộc vào kích th−ớc của pistons 2 và áp lực dầu tạo bởi bơm 5. áp lực dầu trong hệ thống điều chỉnh th−ờng từ 3 đến 7 bar. Trong các tuốc bin hiện đại, ng−ời ta dùng áp lực cao hơn, vào khoảng 12 - 20 bar. 100
8.5. Hệ THôNG DầU tuốc BIN HơI Việc điều khiển các cơ cấu điều chỉnh công suất tuốc bin nh− đã trình bày đ−ợc thực hiện bằng áp lực dầu, khi đó hệ thống điều chỉnh đ−ợc nối với hệ thống bôi trơn. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống cung cấp dầu cho tuốc bin đ−ợc trình bày trên hình 8.13. 6 5 7 11 4 4 10 4 8 1 2 3 9 Hình 8.13. Sơ đồ nguyên lý cung cấp dầu cho tuốc bin. 1-Bơm dầu chính; 2-bơm dầu phụ; 3-bơm điện; 4-van một chiều; 5-Van giảm áp; 6-dầu đến cơ cấu điều chỉnh; 7-dầu từ cơ cấu điều chỉnh về 8-các ổ đỡ; 9-bể dầu; 10-vVan an toàn ; 11-bình làm mát dầu. Trục tuốc bin truyền động cho bộ điều chỉnh ly tâm qua bộ truyền động trục vít. Bơm dầu chính hút dầu từ bể dầu rồi bơm vào hệ thống dầu với áp lực 10-20 bar. Dầu đi vào ngăn kéo phân phối dầu 4 và xecvômôtơ 3 của hệ thống điều chỉnh, đồng thời qua van giảm áp để giảm áp suất dầu xuống 1,4 - 1,8 bar cung cấp cho hệ thống bôi trơn các ổ trục. Để đề phòng tr−ờng hợp dầu đi bôi trơn có áp lực quá lớn, ng−ời ta đặt van an toàn, khi áp suất dầu v−ợt quá trị số qui định, van an toàn mở để xả dầu về lại bể chứa. Tr−ớc khi đi bôi trơn các ổ trục, dầu đ−ợc qua bình làm mát dầu và đ−ợc làm mát bằng n−ớc tuần hoàn đến nhiệt độ không v−ợt quá 400C. L−ợng dầu đi bôi trơn cho mỗi ổ trục phụ thuộc vào đ−ờng kính của các vòng chắn phân phối. Sau khi bôi trơn các ổ trục, dầu lại chảy vào bể chứa. Bơm dầu chính đ−ợc gắn trực tiếp trên trục tuốc bin nên chỉ đảm bảo đ−ợc áp suất và sản l−ợng dầu cần thiết khi số vòng quay của tuốc bin không nhỏ hơn một nửa số vòng quay định mức. Vì vậy khi khởi động hoặc ngừng tuốc bin, tốc độ quay còn thấp, ch−a đảm bảo đ−ợc áp lực dầu thì bơm dầu phụ sẽ hoạt động để cung cấp dầu cho toàn hệ thống, bơm này đ−ợc dẫn động bằng một tuốc bin phụ và đ−ợc đặt trên bể dầu. Sau khi tuốc bin đạt đ−ợc số vòng quay đủ để bơm dầu chính đảm bảo cung cấp dầu cho toàn hệ thống theo thông số định mức, d−ới tác dụng của áp suất do bơm dầu chính tạo ra, van một chiều của bơm dầu phụ sẽ tự động đóng lại, đồng thời tuốc bin phụ cũng tự động cắt ra, bơm dầu phụ ngừng làm việc. Khi ngừng tuốc bin, tốc độ 101
giảm xuống d−ới 50% tốc độ định mức thì bơm dầu phục tự động khởi động làm việc lại, trừ tr−ờng hợp nếu bơm dầu phụ bị sự cố thì bơm dầu dự phòng chạy bằng điện sẽ khởi động và làm việc để cung cấp dầu cho hệ thống bôi trơn. Ngoài các van điều chỉnh để điều chỉnh l−u l−ợng hơi vào tuốc bin của hệ thống phân phối hơi, ng−ời ta còn đặt một van tự động trên đ−ờng dẫn hơi vào tuốc bin gọi là van stop. Nhiệm vụ của van stop là cắt hơi khi tuốc bin sự cố, nghĩa là dừng hoàn toàn việc đ−a hơi vào tuốc bin. Van stop chịu tác động trực tiếp của các cơ cấu trong hệ thống bảo vệ tuốc bin. Hệ thống bảo vệ tuốc bin gồm có : - Bảo vệ v−ợt tốc: Bộ bảo vệ v−ợt tốc có nhiệm vụ bảo vệ tuốc bin khi tốc độ tuốc bin v−ợt quá 11-12% tốc độ định mức. Khi tốc độ tuốc bin tăng lên thì lực li tâm cũng tăng lên, d−ới tác dụng của lực li tâm, các chi tiết của roto có thể bị rung hoặc gãy, khi đó cần thiết phải cắt hơi vào để ngừngtuốc bin. Bộ bảo vệ v−ợt tốc sẽ tác động lên cơ cấu bảo vệ để đóng van stop, cắt hơi vào tuốc bin. - Bảo vệ áp lực dầu: Bộ bảo vệ áp lực dầu có nhiệm vụ bảo vệ tuốc bin khi áp lực dầu trong hệ thống điều chỉnh giảm xuống còn 5 bar. Khi áp lực dầu trong hệ thống điều chỉnh giảm xuống còn 5 bar thì cơ cấu điều chỉnh sẽ không hoạt động do đó không thể điều chỉnh đ−ợc công suất tuốc bin cho phù hợp với phụ tải điện, do đó bộ bảo vệ áp lực dầu sẽ tác động lên cơ cấu bảo vệ để đóng van stop, cắt hơi vào tuốc bin. - Bảo vệ di trục: Bộ bảo vệ v−ợt tốc có nhiệm vụ bảo vệ tuốc bin khi độ di trục của tuốc bin v−ợt quá trị số cho phép. Khi roto của tuốc bin dịch chuyển dọc trục quá trị số cho phép có thể làm cho rôto và stato cọ sát với nhau gây sự cố. Khi đó bộ bảo vệ sẽ tác động lên cơ cấu bảo vệ để đóng van stop, cắt hơi vào tuốc bin. 102
Ch−ơng 9. THIếT Bị Tuốc bin KHí 9.1. chu trình nhiệt của thiết bị tuốc bin khí 9.1.1. Khái niệm về thiết bị tuốc bin khí Thiết bị tuốc bin khí là động cơ nhiệt trong đó hoá năng của nhiên liệu đ−ợc biến đổi thành nhiệt năng rồi thành cơ năng. Quá trình chuyển đổi năng l−ợng trong động cơ này có thể thực hiện bằng những chu trình nhiệt động khác nhau. Ngày nay thiết bị tuốc bin khí đ−ợc sử dụng rộng rãi trong vận tải (ngành hàng không, đ−ờng sắt và đ−ờng thuỷ); ngành năng l−ợng; ngành vận chuyển dầu và khí đốt; ngành công nghiệp hoá học và luyện kim; trong các lĩnh vực mới nh− năng l−ợng hạt nhân; kỹ thuật tên lửa; thiên văn và vũ trụ học. Thiết bị tuốc bin có những −u, nh−ợc điểm sau: Ưu điểm: - Bố cục gọn, - Tính cơ động vận hành cao, nh− khả năng mở máy nhanh, thay đổi tải lớn, - Vận hành không cần có n−ớc hay yêu cầu cần n−ớc rất ít - Thời gian xây dựng nhanh Nh−ợc điểm: - Công suất giới hạn nhỏ hơn so với thiết bị hơi n−ớc - Giá thành nhiên liệu cao - Giá thành vật liệu chi phí sản xuất cao hơn - Khó sữa chữa 9.1.2. Phân loại các thiết bị tuốc bin khí Có nhiều cách phân loại tuốc bin, có thể phân chia theo lĩnh vực sử dụng, theo chi phí cho sự thay đổi phụ tải, theo loại nhiên liệu đốt . . . 1. Thiết bị tuốc bin dùng cho máy bay: trong đó theo cách truyền công suất lại phân chia thành loại dùng năng l−ợng dòng khí và loại tuốc bin quay cánh quạt. 2. Thiết bị tuốc bin công nghiệp: đ−ợc phân thành tuốc bin có số vòng quay không đổi (tuốc bin sản xuất điện năng mang phụ tải gốc, trong trạm cấp nhiệt sấy, s−ởi, làm việc trong các quá trình công nghệ nhất định ) và tuốc bin có số vòng quay thay đổi (dùng trong tàu hoả, tàu thuỷ, máy nén bơm, quạt ) 3. Theo loại nhiên liệu đ−ợc sử dụng có thể chia thành tuốc bin khí dùng nhiên liệu khí, nhiên kiệu lỏng nhẹ, nhiên liệu lỏng nặng và tuốc bin dùng nhiên liệu rắn. 9.1.3. Những chu trình nhiệt thiết bị Tuốc bin khí th−ờng dùng 9.1.3.1. Chu trình hở không dùng bộ trao đổi nhiệt 103
ở chu trình này, quá trình cháy nhiên liệu là quá trình cháy đẳng áp, máy nén K hút không khí từ ngoài vào và nén đến áp suất yêu cầu rồi đ−a vào buồng đốt BĐ. Tại đây nhiên liệu đ−ợc bơm nhiên liệu bơm vào buồng đốt qua vòi phun. Sau đó nhiên liệu hỗn hợp cùng với không khí và bốc cháy, sản phẩm cháy đ−ợc đ−a vào Tuốc bin khí dãn nở sinh công. i 3 4 qv BĐ 2 44 3 5 k T 2 6 M 7 1 5 MP 1 qr s Hình 9.1- Sơ đồ khối và chu trình nhiệt không có bộ trao đổi nhiệt K- Máy nén, BĐ- Buồng đốt, T-Tuốc bin khí, M-Động cơ điện, qv- nhiệt dẫn vào chu trình, qr- nhiệt dẫn ra, MP- Máy phát điện, 1-2-3-4-5-1: chu trình nhiệt biễu diễn trên đồ thị i-s. Để đảm bảo đốt cháy nhiên liệu hoàn toàn và quá trình cháy xẩy ra mạnh nhất thì nhiệt độ trong buồng đốt phải đ−ợc giữ ở mức 1800-20000K, vì vậy ở chu trình này chỉ có 20-40% l−ợng không khí cần thiết đ−ợc máy nén nén đến áp suất cao đ−a vào buồng đôt để tham gia vào quá trình cháy chủ động của nhiên liệu ở tropng buồng đốt BD, l−ợng không khí này gọi là không khí sơ cấp. Còn phần không khí còn lại (60-80%) đ−ợc đ−a bổ sung thêm vào sau vùng cháy chủ động gọi là không khí thứ cấp hay không khí làm mát. Bộ phận không khí này sau khi pha trộn với sản phẩm cháy sẽ làm giảm nhiệt độ của hỗn hợp chất khí tr−ớc Tuốc bin tới giá trị cần thiết. Khi đó nhiệt độ cho phép của hỗn hợp khí vào Tuốc bin nằm trong khoảng từ 900 đến 14000K, tuỳ thuộc vào điều kiện của độ tin cậy, tuổi thọ của các dãy cánh và loại nhiên liệu sử dụng. Công suất sinh ra của Tuốc bin một phần dùng để truyền động cho máy nén, phần còn lại cấp cho hộ tiêu dùng nh− chuyển thành năng l−ợng điện trong máy phát điện. Khi khởi động thiết bị tuốc bin khí cần dùng động cơ điện khởi động, việc đốt cháy nhiên liệu đ−ợc thực hiện nhờ bộ đánh lửa bằng điện đặt trong buồng đốt và chỉ thực hiện khi khởi động thiết bị. Ưu điểm của chu trình này là đơn giản, tính cơ động trong vận hành cao, độ tin cậy tốt. Nh−ợc điểm là hiệu suất t−ơng đối thấp, công suất nhỏ 25 MW - 50 MW 9.1.3.2. Chu trình hở có trao đổi nhiệt Một ph−ơng pháp nổi bật để nâng cao hiệu suất là dùng bộ trao đổi nhiệt, trong đó một phần nhiệt của khí thải đ−ợc truyền cho không khí nén tr−ớc khi vào buồng đốt. Sơ 104
đồ của chu trình Hình 15-2- Sơ đồ chu trình hở với Tuốc bin dùng bộ trao đổi nhiệt. 7 BT 3 BĐ 2 4 6 M MP 1 5 Hình 9.2. Sơ đồ chu trình hở có bộ trao đổi nhiệt K- Máy nén, BĐ- Buồng đốt, T-Tuốc bin khí, M-Động cơ điện, qv- nhiệt dẫn vào chu trình, qr- nhiệt dẫn ra, MPG- Máy phát điện, Ưu điểm của chu trình này là đơn giản, rẻ tiền trong việc cấp n−ớc làm mát và có hiệu suất cao và biến thiên hiệu suất với độ dốc nhỏ ở những chế độ non tải. Nh−ợc điểm là công suất riêng nhỏ, trọng l−ợng lớn và tốn nhiều diện tích. 9.1.3.3.Chu trình kín Hình 9.3. Sơ đồ 2 nguyên lý GT-750- 100.2 công suất 100MW 1 3 4 5 6 1.Máy nén cao áp, 2. Buồng đốt, 3. Tuốc bin cao áp, 4. Tuốc bin hạ áp, 5. Máy nén hạ áp, 7 Khờ thaới khọng khờ 6. Máy phát, 7. Bộ làm mát KK Chu trình là chu trình phối hợp hơi và khí với quá trình đốt cháy bổ sung. Để nâng cao hiệu suất và công suất riêng ng−ời ta kết hợp chu trình khí có nhiệt độ làm việc cao với chu trình hơi có nhiệt độ làm việc trung bình. Sản phẩm cháy sau khi ra khỏi tuốc bin khí, tiếp cho qua đ−ờng dẫn vào lò hơi, n−ớc trong lò hơi nhận nhiệt và bốc hơi thành hơi quá nhiệt và quay tuốc bin hơi. Ưu điểm của ph−ơng pháp này là tận dụng đ−ợc nhiệt l−ợng và nâng cao hiệu suất của toàn nhà máy, yêu cầu diện tích làm mát ít hơn hệ thống tuốc bin hơi, nh−ng khi vận hành phức tạp hơn. 105
BĐ M MP VP Hình 9.4. Chu trình hỗn hợp khí và hơi có đốt bổ sung; M-Độngcơ khởi động; K-Máy nén không khí; T1và T2- Tuốc bin khí; T3- Tuốc bin hơi; VP- Vòi phun nhiên liệu 9.2. Các phần tử chính của thiết bị tuốc bin khí. Những phần tử chính của thiết bị tuốc bin khí là máy nén, buồng đốt, tuốc bin khí và bộ trao đổi nhiệt. Cấu tạo chất l−ợng và cách sắp xếp của chúng trong một chu trình làm việc sẽ ảnh h−ởng trực tiếp tới hoạt động của toàn thiết bị tuốc bin khí. Hình 9.4. Sơ đồ thiết bị tuốc bin khí TH-bơm nhiên liệu; PM-động cơ khởi động; BK-buồng đốt GT-Máy nén không khí; BK-tuốc bin khí; GET-máy phát điện; 106
9.2.1. Máy nén. Trong thiết bị tuốc bin khí, máy nén đ−ợc dùng để nén môi chất làm việc (th−ờng là không khí) và nhiên liệu khí. Để nén môi chất làm việc ng−ời ta dùng những máy nén loại ly tâm hoặc dọc trục. Để nén các nhiên liệu khí có nhiệt trị 30.106 (Jm-3) phải chọn loại máy nén có thể tích tổn thất khoảng 3% thể tích của môi chất làm việc. Nh− vậy loại máy nén thích hợp chỉ có thể là loại pistông hay loại máy nén ly tâm có số vòng quay rất lớn. Những yêu cầu kỹ thuật đối với máy nén dùng để nén môi chất làm việc là: 1. Hiệu suất cao (ηk). 2. Độ nén từng cấp cao. 3. Có thể sử dụng tốc độ vòng lớn. 4. Vận hành ổn định trong toàn khoảng làm việc của thiết bị tuốc bin khí 5. Dễ điều khiển về mặt khí động học và cơ học. Máy nén không khí có những phần tử chính sau: 1. ống hút đảm bảo h−ớng dòng không khí từ một h−ớng nhất định vào h−ớng dọc trục. 2. Rôto dùng để chuyển cơ năng từ trục vào dòng không khí. 3. Stator để chuyển đổi động năng của dòng không khí thành thế năng áp suất. 4. ống thoát sẽ h−ớng dòng không khí ra khỏi máy nén và vào buồng đốt. 5. Các phụ kiện của máy nén (nh− khung đỡ trục, ổ đỡ, bộ phận điều chỉnh chống xoáy dòng, phân phối không khí, dầu ) 9.2.1.1. Máy nén ly tâm Máy nén ly tâm sử dụng tác nhân của lực ly tâm để nén, khi động năng của dòng này tăng lên nhờ chuyển động qua rôto. áp suất tĩnh giảm từ P0 xuống P1 tại lối vào rôto sẽ làm tăng tốc độ dòng ở đầu hút. Trong dãy cánh của rôto, không khí đ−ợc nén đến áp suất P12 và nén tiếp theo trong ống lọc tới P2. −u điểm của loại này là cấu trúc đơn giản và t−ơng đối nhẹ do độ nén ở mỗi tầng cao và có thể làm việc với số vòng quay cao. Nh−ợc điểm là diện tích phía tr−ớc lớn; công suất giới hạn của máy nén nhỏ; rôto đ−ợc sản suất từ thỏi thép hay hợp kim có giá thành cao. 9.2.1.2. Máy nén dọc trục Nguyên lý nén không khí trong máy nén dọc trục đ−ợc xây dựng dựa trên sự chuyển đổi động năng thành áp suất hoặc trong các dãy cánh tĩnh (stator) hoặc trong các dãy cánh động (rotor) hay trong cả hai dãy cánh của tầng, trong đó ở dãy cánh động năng l−ợng toàn phần tăng lên nhờ cơ công đ−ợc dẫn vào từ rôto. Độ nén của mỗi tầng cánh nhỏ hơn so với độ nén của máy nén ly tâm, nh− vậy ở thiết bị tuốc bin khí cần dùng máy nén nhiều tầng. Rôto của máy nén dọc trục có thể là loại tang trống giống dạng tang trống ở tuốc bin hơi loại phản lực hay loại trục có lắp đĩa ở tuốc bin dùng trong máy bay công nghiệp. 107
−u điểm của máy nén dọc trọc là công suất giới hạn lớn, có thể đạt đến hiệu suất cao hơn tới 0,9. Máy nén dọc trọc có diện tích mặt tr−ớc nhỏ nên lực cản phía tr−ớc và theo h−ớng ra của dòng nhỏ, vì vậy th−ờng đ−ợc dùng trong thiết bị tuốc bin máy bay. Nh−ợc điểm của máy nén dọc trục là giá thành cao và so với loại ly tâm thì loại này có trọng l−ợng lớn hơn. Tầng của máy nén theo nguyên lý khí động học có thể xét nh− tầng cánh ng−ợc với tầng cánh của tuốc bin, nhờ đó dòng không khí nhận đ−ợc cơ năng của rôto tuốc bin, làm động năng của nó tăng lên và sau đó chuyển động dần thành thế năng áp suất của dòng không khí. Dòng không khí nén sau khi ra khỏi tầng cuối, đi vào thiết bị cánh h−ớng, ở đó dòng khí có h−ớng dọc trục tr−ớc khi vào ống loe. Trong ống loe không khí còn tiếp tục đ−ợc nén một phần nhờ chuyển động năng của dòng thành áp suất, sau đó không khí ra ống ra 8 và đi vào ống dẫn khí tới buồng đốt. 9.2.2. Buồng đốt Trong buồng đốt, năng l−ợng liên kết hoá học trong nhiên liệu đuợc giải phóng vào không khí đ−ợc trộn đều đi vào tuốc bin khí nh− dòng khí truyền động (sinh công). Sơ đồ chức năng của buồng đốt đ−ợc vẽ trên hình. Dòng không khí sơ cấp đi vào không gian buồng đốt qua bộ tạo xoáy của ống phun, trong đó năng l−ợng áp suất đ−ợc biến thành động năng. Dòng không khí sơ cấp trong buồng đốt có thành phần tốc độ vòng quay này tạo nên trong buồng một dòng chảy phức tạp với sự giẩm áp suất ở những đ−ờng kính phía trong. Nhờ vòi phun, nhiên liệu lỏng đ−ợc phun mịn thành những giọt rất nhỏ và có tốc độ t−ơng đối lớn so với không khí. Nhờ hiệu số nhiệt độ lớn mà nhiên liệu bốc hơi mạnh và sau khi hỗn hợp này đạt đ−ợc nhiệt độ bốc cháy thì hỗn hợp bùng cháy. Do sự chênh lập áp suất giữa các vùng, sẽ có một phần sản phẩm cháy quay trở lại những chỗ áp suất thấp và sấy nóng hỗn hợp ch−a cahý, làm cho nhiệt độ của môi chất làm việc tăng lên. Khi phản ứng xảy ra ở nhiệt độ càng cao thì quấ trình cháy sẽ trở nên ổn định hơn. Để tăng nhanh quá trình cháy thì cần thiết phải tạo ra các dòng rối bằng cách đ−a thêm một bộ phận không khí vào phía tr−ớc buồng đốt. Quá trình cháy có hiệu suất cao nhất với hệ số không khí trong khoảng từ α1=1,3 đến 2,2. * Quá trình làm việc của buồng đốt Quá trình làm việc của buồng đốt đ−ợc xác định bởi cấu trúc của buồng đốt và bởi những tình trạng vận hành. Quá trình làm việc của buồng đốt bao gồm quá trình cháy đốt cháy nhiên liệu; quá trình hỗn hợp sản phẩm cháy với không khí; các điều kiện làm mát ống lửa; các điều kiện khi phụ tải thay đổi và khi mở máy. A. Quá trình cháy đốt cháy nhiên liệu Quá trình cháy đốt cháy nhiên liệu đ−ợc xác định bởi quá trình phun nhỏ nhiên liệu, trạng thái không khí vào buồng đốt, trạng thái sản phẩm cháy, tỉ lệ dòng nhiệt khí đốt nhiên liệu và dạng hình học của buồng đốt. Đối với chu trình đơn giản không có bộ trao đổi nhiệt, độ nén của máy nén th−ờng nằm trong khoảng từ 4 đến 8 và nhiệt độ không khí vào buồng đốt th−ờng từ 2000C đến 3200C. 108
Đối với chu trình đơn giản có bộ trao đổi nhiệt độ nén th−ờng trong vòng 5, nhiệt độ không khí từ 3000 đến 4000C. Đối với những chu trình có độ nén nhiều cấp và qúa trình đốt nhiều lần th−ờng có độ nén là 12 tới 20. Buồng đốt cao áp làm việc với nhiệt độ không khí vào khoảng 2000C khi không có bộ trao đổi nhiệt và với nhiệt độ 3000C đến 3500C khi dùng bộ trao đổi nhiệt. Buồng đốt hạ áp làm việc với áp suất khoảng 5 bar và nhiệt độ vào buồng đốt tới 6000C. Đối với những buồng đốt phụ của những chu trình hơi, khi làm việc ở áp suất trong vòng 11 bar với nhiệt độ của sản phâm cháy từ 4000C tới 5000C. Nhiệt độ ra của các sản phẩm cháy từ các buồng đốt của thiết bị tuốc bin công nghiệp đạt tới 8500C ở máy bay tới 11000C. Những tính chất vật lý của các loại nhiên liệu có ảnh h−ởng mạnh tới qúa trình cháy. ảnh h−ởng này đ−ợc thể hiện rõ khi phun nhỏ nhiên liệu, khi tạo hỗn hợp. B. Những điều kiện làm việc của hỗn hợp các sản phẩm cháy và không khí Điều kiện hỗn hợp đ−ợc xác định bởi trạng thái các sản phẩm cháy sơ cấp, từ giải đốt ở nhiệt độ gần 20000C và bởi trạng thấi không khí thứ cấp với nhiệt độ thấp hơn nhiều (khoảng từ 2000 đến 6000C) và bởi trạng thái nhiệt độ của các sản phẩm cháy và của không khí tại điểm đầu tiên của hỗn hợp, bởi tr−ờng tốc độ tại điểm ra khỏi không gian đốt của buồng đốt và bởi dạng hình học của không gian hỗn hợp. Không khí hỗn hợp (thứ cấp) vào không gian hỗn hợp với áp suất d− vừa phải qua các lỗ đ−ợc bố trí phù hợp để có thể đạt đ−ợc tr−ờng nhiệt độ đều nhất của sản phẩm cháy tại cửa ra khỏi buồng đốt. Quá trình hỗn hợp xảy ra trong nhiều hàng lỗ, mà tại đó không khí hỗn hợp chảy qua với động năng cao và có h−ớng vuông góc với dòng chính của sản phẩm này. Quá trình hỗn hợp của hai dòng đ−ợc thực hiện nhờ dòng rối xuất hiện tại bề mặt các dòng không khí làm mát. Để đạt đ−ợc tr−ờng nhiệt độ đồng đều nhất với tổn thất áp suất thấp nhất, ng−ời ta dùng các bộ phận làm lệch dòng nhằm có thể rút ngắn chiều dài của không gian đốt. Độ không đều của tr−ờng nhiệt độ tại cửa ra buồng đốt th−ờng có thể là ±(5 đến 20)% giá trị nhiệt độ tuyệt đối trung bình của sản phẩm cháy. C. Các điều kiện làm mát ống lửa Điều kiện làm mát ống lửa đ−ợc xác định bởi dòng nhiệt qua phần ống lửa, bởi trạng thái không khí đóng vai trò là chất làm mát và bởi trạng thái sản phẩm cháy là chất truyền nhiệt và bởi dạng hình học buồng đốt. Trong không gian đốt của buồng đốt, nhiệt độ cao do đó có dòng nhiệt bức xạ với c−ờng độ rất lớn, còn trong phần hỗn hợp do nhiệt độ thấp hơn nên dòng nhiệt nhỏ hơn nhiều. Mặt ngoài của ống lửa có các cánh tản nhiệt và đ−ợc làm mát nhờ đối l−u của không khí, mặt trong của ống lửa có một dòng không khí hay sản phẩm cháy ở các buồng áp suất hoặc từ buồng đốt phụ đi vào làm mát. Nhờ làm mát nh− vậy nên ở phía trong bộ phận ống lửa dòng nhiệt sẽ giảm đáng kể, đồng thời không khí đi vào sẽ đ−ợc gia nhiệt mạnh bởi dòng sản phẩm cháy. Nhiệt độ ống lửa phụ thuộc nhiều vào các ph−ơng pháp dẫn không khí lạnh. ở những buồng đốt ng−ợc dòng, không khí đ−ợc dần theo các cánh tản nhiệt của ống lửa với tốc độ lớn. Để ngăn ngừa sự tạo thành xỉ hoặc những chất cáu trong buồng đốt, phải đảm bảo để nhiệt độ thành ống lửa trong các các chế độ tải lớn nằm trong khoảng 5000 đến 6000C. Nhiệt độ cho phép của các ống lửa làm việc với ứng suất thấp ở những thiết bị tuốc bin khí trong công nghiệp khoảng từ 10000 đến 11000C. 109
9.2.3. Tuốc bin khí Năng l−ợng nhiệt của sản phẩm cháy đ−ợc biến đổi thành cơ năng trong tuốc bin khí. Một phần lớn hơn của công suất tuốc bin đ−ợc dùng để truyền động máy nén không khí, một phần nhỏ hơn còn lại của công suất là công suất hữu ích cung cấp cho các máy móc hoạt động (nh− máy phát điện, bơm, quạt thổi khí). Công suất tuốc bin gấp khoảng 2,5 đến 3,5 lần công suất hữu ích. 9.2.3.1. Những yêu cầu kỹ thuật đối với tuốc bin Công suất cũng nh− các đặc tính của tuốc bin có ảnh h−ởng quyết định đến các đặc tính của toàn tổ máy. Để toàn bộ tổ máy tuốc bin khí làm việc đạt hiệu suất cao thì cần thiết phải đáp ứng d−ợc một số yêu cầu kỹ thuật quan trọng sau đây đối với tuốc bin là: 1. Hiệu suất của chuyển đổi năng l−ợng trong tuốc bin phải cao. 2. Cánh quạt của tuốc bin làm việc với nhiệt giáng lớn ở tốc độ vòng cao. 3. Phải đảm bảo các yêu cầu về khí động học và cơ học khi gia công các chi tiết bằng hợp kim chịu nhiệt khó gia công. Khi so sánh tuốc bin khí và tuốc bin hơi, có thể rút ra một số điểm khác nhau giữa chúng nh− sau: 1. Tỷ lệ giãn nở giữa áp suất vào và ra của chu trình tuốc bin ng−ng hơi th−ờng trong khoảng 2000 đến 6000, còn ở tuốc bin khí là 4 đến 16. 2.Tỷ số của nhiệt độ tuyệt đối vào và ra ở tuốc bin hơi là 2 đến 4, còn ở tuốc bin khí khoảng 1,4. 3. Tỷ số thể tích vào và ra ở chu trình tuốc bin hơi khoảng 1000, còn tuốc bin khí từ 3 đến 9. 4. Nhiệt giáng đẳng entropi của tuốc bin hơi có thể tới 1600KJ/kg, ở tuốc bin khí 300 đến 620 KJ/kg. 5. Nhiệt thế thể tích dòng ở tuốc bin hơi là 0,035 m3/KJ, ở tuốc bin khí là 0,011 tới 0,022 m3/KJ. 9.2.3.2. Những phần tử chính và phân loại tuốc bin khí Tuốc bin khí có những phần chính sau đây: 1. Cổ ống vào dẫn các sản phẩm cháy từ buồng đốt vào dãy cách tuốc bin. 2. Dãy cánh tĩnh (đứng yên) để chuyển nhiệt năng thành động năng. 3. Rôto (bộ phận quay) để nhận công suất (cơ công) từ động năng của dòng sản phẩm cháy. 4. Cổ ống ra dùng chuyển đổi một phần động năng thành thế năng áp suất và dẫn sản phẩm cháy vào ống thoát. 5. Các chi tiết làm mát phần vỏ tuốc bin. 6. Các phụ kiện của tuốc bin (t−ơng tự nh− ở máy nén). Theo cách bố trí kết cấu có thể chia tuốc bin thành: a) Theo hình dạng của rôto tuốc bin khí có thể chia thành loại rôto có đĩa và loại rôto tang trống. 110
b) Theo h−ớng dòng chia thành tuốc bin khí dọc trục và tuốc bin khí h−ớng trục (th−ờng là loại máy nhỏ hay quạt khí). c) Theo cách làm mát chia thành loại tuốc bin khí có làm mát (đối với các sản phẩm cháy nhiệt độ cao) và loại không làm mát (đối với sản phẩm cháy nhiệt dộ thấp) A. Cổ ống vào Hình dạng của nó đ−ợc xác định bởi ph−ơng án thiết kế tuốc bin. Có thể bố trí dòng sản phẩm cháy theo h−ớng dọc trục từ buồng đốt vào các cánh tĩnh của tầng tuốc bin đầu tiên (tuốc bin máy bay hay tuốc bin chạy tải ngọn) hay dẫn các sản phẩm cháy từ h−ớng vuông góc với trục quay sang h−ớng dọc trục. Về mặt khí động phải, cần đảm bảo cho dòng khí trong các rãnh có tổn thất thuỷ lực cực tiểu, có độ đồng đều cao về tr−ờng nhiệt độ và tốc độ và có sự biến đổi góc của dòng vào cánh tĩnh đầu tiên phù hợp. Về độ bền, cần đảm bảo tạo hình dạng thích hợp sao cho ngoại lực và lực áp suất trong ở các trạng thái chuyển tiếp, hoặc khi phụ tải biến đổi và khi mở máy không làm biến dạng hoặc phá vỡ hình dạng của chi tiết máy. Hình 9.5. Tuốc bin khí; 1-bộ phận an toàn; 2-bơm dầu của hệ thống điều khiển; 3-bơm dầu của hệ thống bôi trơn; 4-ổ đỡ; 5-chèn tr−ớc; 6-rôto; 7-thân; 8-ống ra; 9-chèn sau; 10-nối trục Đề tăng c−ờng độ cứng của cổ ống dẫn vào ng−ời ta dùng lớp cách nhiệt bên trong, do có nhiệt trở lớn nên nhiệt độ của t−ờng ngoài thấp đồng thời làm giảm độ không đều của nhiệt độ trong thân tuốc bin. Đôi khi ng−ời ta thiết kế khe rỗng để thổi gió vào giữa làm tách dòng sản phẩm cháy với thân thay cho lớp cách nhiệt. Để hạn chế các vết nứt bên trong thân thì yêu cầu tại cổ ống dẫn phải có phân bố nhiệt độ đều và tr−ờng nhiệt độ đối xứng qua trục với các lực cân bằng. 111
B. Stator Bộ phận này gồm thân và những bánh tĩnh. Thân tuốc bin khí phần lớn đ−ợc bảo vệ để chống tác dụng trực tiếp của sản phẩm cháy nhờ lớp vật liệu ngăn cách giữa bộ phận đặt các bánh tĩnh, thân trung gian và các vòng chèn phía trên dãy cánh động. Mục đích dùng thân trung gian là nhằm tạo đ−ợc sự phân bố nhiệt đồng đều quanh chu vi để giảm tác dụng của ứng suất nhiệt ở các chế độ chuyển tiếp khi vận hành. Thân trung gian cũng có tác dụng phân chia stato thành các phần chức năng nh− chịu lửa, giới hạn dòng sản phẩm cháy và phần áp suất với nhiệt độ thấp hơn dùng chuyển đổi những ngoại lực và nội lực áp suất nhằm tạo ra khả năng thích hợp cho quá trình biến đổi dòng nhiệt trong tuốc bin và cũng để thuận lợi khi mở máy. Đối với thiết kế máy bay để thay thế lớp ngăn bên trong nặng hơn của thân ng−ời ta dùng cánh thổi không khí áp suất thấp qua không gian giữa hai lớp lót bên trong và thân. ở bánh tĩnh, do nhiệt độ thay đổi nhiều nên đ−ợc chế tạo đảm bảo cho phép các cánh tĩnh hoặc các cụm cánh tĩnh có thể dãn nở đ−ợc. Ngoài ra để đạt đ−ợc hiệu suất cao, trên vành các cánh động có lắp vòng chèn h−ớng kính. C. Rôto của tuốc bin khí Cấu trúc của roto khác nhau tùy thuộc vào nhiệt độ của sản phẩm cháy vào tuốc bin. Khi sản phẩm cháy có nhiệt độ cao hơn, dùng rôto có đĩa thích hợp hơn, vì loại này làm mát dễ hơn. Rôto dạng tang trống có −u điểm hơn về mặt công nghệ nh−ng tất nhiên chỉ phù hợp đối với nhiệt độ sản phẩm cháy thấp. Rôto có đĩa đ−ợc làm nhờ bulông lắp ghép gắn đĩa vào các bích hay nhờ bulông siết ở tâm hay bằng vài bulông đặt theo chu vi. Đề các bánh động có thể biến dạng theo h−ớng kính một cách độc lập th−ờng nối trục với đĩa nhờ răng khía dọc trục. Rôto của tuốc bin nhiều tầng th−ờng đ−ợc đặt trong hai ổ đỡ, còn đối với loại có một đến hai tầng thì có thể lắp đĩa lên trục có một đầu tự do. ở các tuốc bin làm việc với tốc độ vòng cao, cánh đ−ợc gắn trên đĩa nhờ chân cánh dạng cây thông. Cánh quạt động luôn là loại xoắn đ−ợc hiệu chỉnh thích hợp với tiết diện nhỏ dần từ gốc đến đỉnh vừa làm giảm trọng l−ợng cánh vừa ít nguy hiểm khi đầu cánh chạm phải thân không gây tích tụ nhiệt cục bộ lớn, tạo hiệu quả vận hành tốt. D. Cổ ống ra Cách bố trí của từng loại thiết bị tuốc bin sẽ quyết định Hình dạng cổ ống ra. Cổ ống ra th−ờng h−ớng sản phẩm cháy từ h−ớng dọc trục thành h−ớng vuông góc với trục quay. Trong cổ ống ra là ống loe vành khăn dọc trục hay hình côn để chuyển đổi phần động năng của sản phẩm cháy thành áp suất ở lối ra từ tuốc bin. E. Làm mát tuốc bin khí Một ảnh h−ởng đáng kể đến hiệu suất và công suất riêng của tuốc bin khí là nhiệt độ sản phẩm cháy tr−ớc tuốc bin. Mức độ ảnh h−ởng của nó hiển nhiên bị giới hạn do sức bền của vật liệu giảm khi nhiệt độ tăng. Để vật liệu có thể chịu đ−ợc sản phẩm cháy có nhiệt độ cao thì cần làm mát các bộ phận bên ngoài của tuốc bin khí bẵng cách thổi không khí nén hay hơi hoặc n−ớc qua. Những yêu cầu làm mát là: 1. Giữ nhiệt độ kim loại các phần ngoài ở giá trị cho phép. 112
2. Do ảnh h−ởng của l−ợng không khí đ−ợc trích ra để làm mát nên yêu cầu làm mát không v−ợt qui định. 3. Để giới hạn sức căng do biến dạng nhiệt gây nên, cần phải làm đồng đều tr−ờng nhiệt độ của kim loại ở những chỗ không thể dãn nở đ−ợc. 4. Hệ thống làm mát cần làm đơn giản, bền vững về hình dạng ở tất cả trạng thái vận hành và phải giữ đ−ợc độ tin cậy vận hành. 5. Cần phải đảm bảo đ−ợc quá trình công nghệ cho phép. Làm mát cần tập trung vào những bộ phận chính nh− cánh quạt động, rôto, các cánh tĩnh và thân tuốc bin. 113
Phần 3. Nhà máy nhiệt điện Ch−ơng 10. Hiệu quả kinh tế trong sản xuất điện năng và nhiệt năng 10.1. Hiệu quả kinh tế của nhà máy nhiệt điện ng−ng hơi Nh− đã trình bày ở mục 1.2. nhà máy điện ng−ng hơi thuần túy làm việctheo chu trình Renkin đ−ợc biểu diễn trên hình 10.1. T P Q 1 q N 1 đ 5 T Ncơ 4 Qv P2 Q c T 3 Ni , 2 2 s Hình 10.1. Sơ đồ thiết bị nhà máy điện Hình 10.2. Đồ thị T-s của chu trình NMĐ Hiệu quả kinh tế nhiệt của nhà máy điện đ−ợc biểu thị bằng hiệu suất nhiệt ηnm -là tỉ số giữa năng l−ợng điện nhận đ−ợc và l−ợng nhiệt tiêu hao: th Nd Nd ηnm = = lv (10-1) Qcc Btt Q t Nđ - Công suất điện của nhà máy, KW Btt - l−ợng nhiên liệu tiêu hao trong một giây, (kg/s) lv Qt - Nhiệt trị nhiên liệu (kj/kg), th η nm - Hiệu suất thô của nhà máy điện (khi ch−a kể đến l−ợng điện tự dùng), Mức độ kinh tế của của nhà máy phụ thuộc vào hiệu suất của chu trình nhiệt, hiệu suất các thiết bị trong nhà máy nh−: lò hơi, tuốc bin, bình ng−ng và một số thiết bị phụ. Trong quá trình biến đổi từ nhiệt năng thành điện năng luôn có các tổn thất sau: - Tổn thất nhiệt ở lò hơi - Tổn thất nhiệt trong tuốc bin, - Tổn thất nhiệt trong bình ng−ng, - Tổn thất cơ của tuốc bin-máy phát do ma sát, - Tổn thất nhiệt dọc các đ−ờng ống, gọi là tổn thất truyền tải nhiệt. Biến đổi công thức (10-1) ta có: T T th N d N d N co N i Q v Qqn ηnm = lv = T T (10-2) Btt Q t N co N i Q v Qqn Qcc 114
Trong đó: Nđ - Công suất điện của nhà máy, Ncơ - Công suất cơ trên trục máy phát, T Ni - Công suất trong thực tế của tuốc bin, T Qv - L−ợng nhiệt cung cấp cho tuốc bin, Qqn = Gqn (iqn - inc)-nhiệt l−ợng hơi quá nhiệt, lv Qc = BttQt - l−ợng nhiệt do nhiên liệu mang vào, Gqn - l−ợng hơi tiêu hao trong một giây, Từ (10-2) ta thấy: Nd ηmp = là hiệu suất của máy phát, Nco N co ηco = T là hiệu suất cơ khí, Ni T TB N i ηtd = T là hiệu suất trong t−ơng đối của tuốc bin, Q v T Q v ηtt = là hiệu suất của quá trình truyền tải nhiệt năng, Qqn Qqn ηlo = là hiệu suất của lò hơi, Q cc Hiệu suất thô của nhà máy có thể viêt: tho N d TB ηnm = = ηmp ηco η tđ ηtt ηlo (10-3) Qqn Công suất điện sinh ra trên các cực của máy phát là: TB Nđ = GH0 ηtd ηco ηmp (10-4) ở đây: G là l−u l−ợng hơi vào tuốc bin, (kg/s), H0 là nhiệt dáng lý thuyết của tuốc bin, Suất tiêu hao hơi của tuốc bin là l−ợng hơi tiêu hao để sản xuất ra 1Kwh điện, bằng: G 1 dd = = TB , (kg/Kj); (10-5) N d H 0ηtd ηco ηmp G 3600 dd = = TB , (kg/Kwh); (10-6) N d H 0ηtd ηcoηmp Suất tiêu hao nhiệt của tuốc bin là l−ợng nhiệt tiêu hao để sản xuất ra 1Kwh điện, bằng: G i i Qd ( 1 − 2 ) qd = = = d d (i1 − i 2 ) , (kj/Kwh) (10-7) N d N d Suất tiêu hao nhiệt của nhà máy là l−ợng nhiệt tiêu hao để sản xuất ra 1Kwh điện có kể đến tổn thất trong lò và tổn thất truyền dẫn hơi đi, bằng: 115
Q qn Q d q d qnm = = = , (kj/Kwh) (10-8a) N d N d ηlo ηtt ηlo ηtt d i i i i d ( 1 − 2 ) ( 1 − 2 ) qnm = = TB = , (kj/Kwh) (10-8b) ηloηtt H 0ηloηtt ηtd ηcoηmp 1 qnm = TB = , (kj/Kwh) (10-8c) ηloηtt ηtd ηcoηmp Suất tiêu hao nhiên liệu của nhà máy là l−ợng nhiên liệu tiêu hao để sản xuất ra 1Kwh điện, bằng: B Q qn q 1 b = = = nm = , (kg/Kwh) (10-9) lv lv lv N d N d Q th Q th ηnm Q th Suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn: 1 0.123 b = = , (kg/Kwh) (10-10) 29330ηnm ηnm 10.2. Hiệu quả kinh tế của trung tâm nhiệt điện 10.2.1. Sơ đồ sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt năng Trong trung tâm nhiệt điện có nhiều ph−ơng án bố trí để sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt năng. Khi cung cấp nhiệt cho một loại hộ tiêu thụ nhiệt (các hộ tiêu thụ nhiệt có cùng một áp suất hơi) có thể dùng tuốc bin đối áp và tuốc bin ng−ng hơi thuần túy nh− ở hình 10.3. hoặc tuốc bin ng−ng hơi có một cửa trích điều chỉnh nh− ở hình 10.4. Khi cung cấp nhiệt cho hai loại hộ tiêu thụ nhiệt, có thể dùng tuốc bin đối áp có một cửa trích điều chỉnh và tuốc bin ng−ng hơi thuần túy nh− ở hình 10.5a. hoặc tuốc bin ng−ng hơi có hai cửa trích điều chỉnh nh− ở hình 10.5b. 116
Hình 10.3. Dùng tuốc bin đối áp Hình 10.4. Dùng tuốc bin và tuôc bin ng−ng hơi thuần túy ng−ng hơi có một cửa trích Hình 10.5a. Dùng tuốc bin đối áp có Hình 10.5b. Dùng tuốc bin một cửa trích và tuốc bin ng−ng hơi ng−ng hơi có hai của trích 10.2.2. Hiệu quả của việc sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt năng Hình 10.6. trình bày các ph−ơng án sản xuất điện năng và nhiệt năng. Để có thể so sánh hiệu quả của quá trình sản xuất điện năng và nhiệt năng theo hai ph−ơng án riêng rẽ và phối hợp ta cần tính toán l−ợng hơi tiêu thụ cho hai ph−ơng án đó khi cung cấp cho hộ tiêu thụ một l−ợng điện Nđ và l−ợng nhiệt Q nh− nhau. Khi sản xuất riêng rẽ điện năng và nhiệt năng, điện năng sẽ đ−ợc đảm bảo bằng tuốc bin ng−ng hơi, còn nhiệt năng cấp cho hộ tiêu thụ đ−ợc đảm bảo bằng lò hơi riêng hoặc cùng một lò hơi nh−ng phải qua bộ giảm ôn giảm áp nh− trình bày trên hình 10.6a. Để đảm bảo cấp cho hộ tiêu thụ đ−ợc l−ợng điện Nđ cần phải tiêu tốn một l−ợng hơi là Gđ và cấp cho hộ tiêu thụ l−ợng nhiệt Q cần phải tiêu tốn một l−ợng hơi là Gn, tổng l−ợng hơi tiêu tốn khi sản xuất riêng rẽ là: Gr = Gđ + Gn (10-11) 117
Khi sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt năng thì cả điện năng và nhiệt năng đ−ợc cung cấp bằng tuốc bin ng−ng hơi có một cửa trích điều chỉnh nh− trình bày trên hình 10.6b. Để đảm bảo đồng thời đ−ợc l−ợng điện Nđ và l−ợng nhiệt Q cho hộ tiêu thụ cần phải tiêu tốn một l−ợng hơi là Gph. Để tính toán l−ợng hơi tiêu hao trong tr−ờng hợp này ta giả sử tuốc bin làm việc nh− một tuốc bin ng−ng hơi thuần túy, nghĩa là l−ợng hơi trích Gn = 0. Khi đó muốn sản xuất ra l−ợng điện Nđ thì theo (10-3) cần tiêu hao một l−ợng hơi là: N d Gõ = TB (10-12) (i 0 − i k )ηtd ηcoηmp Nếu trích đi một l−ợng hơi Gn cấp cho hộ dùng nhiệt nghĩa là l−ợng hơi Gn này không vào phần hạ áp, không tham gia sinh công để sản xuất điện năng trong phần hạ áp, vì vậy l−ợng điện sản xuất ra sẽ giảm đi một l−ợng là: TB ∆Nõ = Gn(in - ik) ηtd ηcoηmp (10-13) Để bù lại l−ợng điện đã giảm đi, cần phải tăng thêm vào tuốc bin một l−ợng hơi có thể sản xuất ra l−ợng điện đã bị thiếu ∆Nõ là: ∆N d ∆G = TB (10-14) (i 0 − i k )ηtd ηcoηmp Thay ∆Nõ từ (10-13) vào (10-14) ta đ−ợc: TB G n (i n − i k )ηtd ηcoηmp ∆G = TB (10-15) (i 0 − i k )ηtd ηcoηmp hay: (i n − i k ) ∆G = Gn = y Gn, (11-16) (i 0 − i k ) (i − i ) trong đó: n k = y đ−ợc gọi là hệ số năng l−ợng của dòng hơi trích. (i 0 − i k ) Nh− vậy l−ợng hơi tiêu tốn trong quá trình sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt năng là: Gph = Gđ + ∆G (10-17) Gph = Gđ + yGn (10-18) (i n − i k ) Rõ ràng (in - ik) < (i0 - ik), do đó : = y < 1 (i 0 − i k ) So sánh (10-17) với (10-18) và l−u ý (y < 1) ta thấy sản sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt năng tốn ít hơi hơn sản xuất riêng rẽ một l−ợng là: ∆Gtk = Gr - Gph = (Gđ + Gn) - (Gđ + yGn) ∆Gtk = (1 - y)Gn (10-19) L−ợng hơi đi vào bình ng−ng khi sản xuất phối hợp là: G'k = Gph - Gn = Gđ + yGn - Gn = Gđ - (1 - y)Gn (10-20) L−ợng hơi đi vào bình ng−ng khi sản xuất phối hợp nhỏ hơn khi sản xuất riêng rẽ một l−ợng là: 118
∆Gk = G'k - Gk = Gđ - [Gđ - (1 - y)Gn] (10-21) ∆Gk = (1 - y)Gn (10-22) Khi sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt năng trong tuốc bin có cửa trích, nhờ giảm đ−ợc l−ợng hơi Gk vào binh ng−ng nên giảm đ−ợc tổn thất nhiệt do nhả nhiệt cho n−ớc làm mát trong bình ng−ng. a) b) Hình 10.6. Các ph−ơng án sản xuất điện năng và nhiệt năng a-sản xuất riêng rẽ; b-sản xuất phối hợp L−ợng nhiệt tiết kiệm đ−ợc khi sản xuất điện bằng tuốc bin trích hơi là: ng tr ∆Qđ = Q - Q = ∆Gk(ik - i'k) (10-23) Trong đó: tr L−ợng nhiệt tiêu hao cho tuốc bin trích hơi là: Qtr = Nđ + Qk ng ng L−ợng nhiệt tiêu hao cho tuốc bin ng−ng hơi là: Q = Nđ + Qk thay ∆Gk từ (10-20) vào (10-21) ta đ−ợc: ∆Qđ = (1 - y)Gn (ik - i'k) (10-24) 10.3. các biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế của nhà máy điện 119
10.3.1. Thay đổi thông số hơi Hiệu suất nhiệt của chu trình Renkin cũng có thể biểu thị bằng hiệu suất chu trình Carno t−ơng đ−ơng: T2 max ηt = ηtcarno =1 − (10-29) T1 Từ (10-27) ta thấy: hiệu suất nhiệt của chu trình khi giảm nhiệt độ trung bình T2tb của quá trình nhả nhiệt trong bình ng−ng hoặc tăng nhiệt độ trung bình T1tb của quá trình cấp nhiệt trong lò hơi. 10.3.1.1. Giảm nhiệt độ trung bình của quá trình nhả nhiệt T2tb Hình 10.7 biểu diễn chu trình Renkin có áp suất cuối giảm từ p2 xuống p2o , khi nhiệt độ đầu t1 và áp suất đầu P1 không thay đổi. Khi giảm áp suất ng−ng tụ p2 của hơi trong bình ng−ng, thì nhiệt độ bão hòa ts cũng giảm theo, do đó nhiệt độ trung bình T2tb của quá trình nhả nhiệt giảm 1 xuống. Theo (10-29) thì hiệu suât T nhiệt ηt của chu trình tăng lên. Tuy nhiên, nhiệt độ ts bị giới hạn 5 bởi nhiệt độ nguồn lạnh (nhiệt độ n−ớc 4 làm mát trong bình ng−ng), do đó áp 3 suất cuối của chu trình cũng không 30 2 thể xuống quá thấp, th−ờng từ 2Kpa 2’ 2 x = 1 đến 5Kpa tùy theo điều kiện khí hậu x = 0 0 từng vùng. Mặt khác, khi giảm áp 0 s suất p2 xuống thì độ ẩm của hơi ở các tầng cuối tuốc bin cũng giảm xuống, sẽ làm giảm hiệu suất và tuổi thọ Tuốc Hình 10.7. ảnh h−ởngcủa áp suất cuối bin, do đó cũng làm giảm hiệu suất chung của toàn nhà máy. 10.3.1.2. Nâng cao nhiệt độ trung bình của quá trình cấp nhiệt T1tb Theo (10-29) ta thấy khi nhiệt độ trung bình T1 của quá trình cấp nhiệt 3451 tăng lên, thì hiệu suất ηt chu trình sẽ tăng lên. Để nâng nhiệt độ trung bình của quá trình cấp nhiệt T1tb, có thể tăng áp suất đầu p1 hoặc nhiệt độ đầu t1. Nếu giữ nguyên áp suất hơi quá nhiệt p1 và áp suất cuối p2, tăng nhiệt độ đầu t1 (hình 10.8) thì nhiệt độ trung bình T1tb của quá trình cấp nhiệt 3451 cũng tăng lên. Nếu giữ nguyên nhiệt độ hơi quá nhiệt t1 và áp suất cuối p2, tăng áp suất đầu p1 (hình 10.9) thì nhiệt độ sôi của quá trình 4-5 tăng, do đó nhiệt độ trung bình T1tb của 120
quá trình cấp nhiệt 3451 cũng tăng lên trong khi T2tb giữ nguyên, dẫn đến hiệu suất nhiệt ηt của chu trình tăng lên. T 1 T 0 10 1 1 50 5 40 4 4 5 3 3 2’ x= 1 2’ x = 1 2 20 2 2 x = 0 x = 0 0 0 0 s Hình 10.8. ảnh h−ởng của nhiệt độs đầu Hình 10.9. ảnh h−ởng của áp suất đầu Khi tăng nhiệt độ đầu thì độ ẩm giảm, nh−ng tăng áp suất đầu thì độ ẩm tăng. Do đó trên thực tế ng−ời ta th−ờng tăng đồng thời cả áp suất và nhiệt độ đầu để tăng hiệu suất chu trình mà độ ẩm không tăng, nên hiệu suất của chu trình Renkin thực tế sẽ tăng lên. Chính vì vậy, ứng với một giá trị áp suất đầu ng−ời ta sẽ chọn nhiệt độ đầu t−ơng ứng, hai thông số này gọi là thông số kết đôi. 10.3.2. Chu trình trích hơi gia nhiệt n−ớc cấp Một biện pháp khác để nâng cao hiệu suất chu trình Renkin là trích một phần hơi từ tuôc bin để gia nhiệt hâm n−ớc cấp tr−ớc khi bơm n−ớc cấp cho lò. Sơ đồ thiết bị chu trình gia nhiệt hâm n−ớc cấp đ−ợc biểu diễn trên hình 10-.10. Chu trình này khác chu trình Renkin ở chỗ: Cho 1kg hơi đi vào tuốc bin, sau khi dãn nở trong phần đầu của Tuốc bin từ áp suất p1 đến áp suất pt, ng−ời ta trích một l−ợng hơi g1 và g2 để gia nhiệt n−ớc cấp, do đó l−ợng hơi đi qua phần sau của tuốc bin vào bình ng−ng sẽ giảm xuống chỉ còn là gk: gk = 1 - g1 - g2 (10-30) L−ợng nhiệt nhả ra trong bình ng−ng cũng giảm xuống chỉ còn: hn q 2 = (i 2 − i 2' )(1 − g1 − g 2 )< i 2 − i 2' (10-31) Hiệu suất chu trình có trích hơi hâm nóng n−ớc cấp là: hn tr q1 − q 2 l ηct = = (10-32) q1 q1 Lợng hơi vào bình ng−ng giảm, nghĩa là l−ợng nhiệt q2 mà hơi nhả ra cho n−ớc làm mát trong bình ng−ng cũng giảm. Từ (10-32) rõ ràng ta thấy hiệu suất nhiệt chu trình có trích hơi gia nhiệt hâm n−ớc cấp tăng lên. 1k Gọi công của dòng hơi g ng−ng sinh ra trong tuốc bin là: l = g (i - i ) = g h II k k 0 k k 0 II công của dòng hơi trích 121 sinh ra trong tuốc bin là: g1 g I g ltr = gtr (i0 - itr) = gtr htr 2 và nhiệt l−ợng cấp cho 1kg hơi trong lò là: q0k = i0 - inc IV V V V
l0k k = ηct là hiệu suất của chu trình ng−ng hơi thuần túy (không có trích hơi), q ok n n ∑l tr ∑g tr h tr 1 1 = = Atr là hệ số năng l−ợng của dòng hơi trích, lok g k h ok Khi đó ta có hiệu suất của chu trình có trích hơi gia nhiệt n−ớc cấp là: ⎛ n ⎞ ⎛ n ⎞ ⎜ ∑g tr h tr ⎟ ⎜ ∑g tr h tr ⎟ ⎜1+ 1 ⎟ ⎜1+ 1 ⎟ n ⎜ g h ⎟ ⎜ g h ⎟ g h + g h ⎜ k 0 ⎟ ⎜ k 0 ⎟ k 0 ∑ tr tr h h ηtr = 1 = 0 ⎝ ⎠ = 0 ⎝ ⎠ (10-33) ct n q ⎛ n ⎞ q ⎛ n ⎞ g q + g h ok ⎜ g h ⎟ ok ⎜ g h ⎟ k 0k ∑ tr tr ∑ tr tr ∑ tr tr g h 1 ⎜1+ 1 ⎟ ⎜1+ 1 k o ⎟ ⎜ g q ⎟ ⎜ g h g q ⎟ ⎜ k ok ⎟ ⎜ k o k ok ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ hay: tr k 1+ A tr ηct = ηct k (10-34) 1+ A tr ηct k k 1+ A tr vì ηct (1 + Atr) ηct , nghĩa là k > 1 1+ A tr ηct hay: tr k ηct > ηct , (10-35) Công thức (10-35) chứng tỏ hiệu suất của chu trình có trích hơi gia nhiệt n−ớc cấp luôn luôn lớn hơn hiệu suất của chu trình ng−ng hơi thuần túy (không có trích hơi gia nhiệt). 10.3.3. Quá nhiệt trung gian hơi Nh− đã phân tích ở trên, để nâng cao hiệu suất chu trình của nhà máy ta có thể tăng đồng thời cả áp suất và nhiệt độ đầu của hơi quá nhiệt. Nh−ng thực tế không thể 122
tăng nhiệt độ T0 lên mãi đ−ợc vì bị hạn chế bởi sức bền của kim loại chế tạo các thiết bị, nếu chỉ tăng áp suất p0 lên thôi thì độ ẩm của hơi cuối tuốc bin tăng lên, làm giảm hiệu suất tuốc bin, tăng khả năng mài mòn và ăn mòn các cánh tuốc bin. Để khắc phục tình trạng này, ng−ời ta cho hơi dãn nở sinh công trong một số tầng đầu của tuốc bin rồi đ−a trở lại lò hơi quá nhiệt một lần nữa (gọi là quá nhiệt trung gian hơi) để tăng nhiệt độ hơi, sau đó đ−a trở lại các tầng tiếp theo của tuốc bin và tiếp tục dãn nở sinh công đến áp suất cuối pk (QNTG). Hình 10.11. Sơ đồ nguyên lý của chu trình có quá nhiệt trung gian. 1- Bơm nuớc cấp; 2- Lò hơi; 3-Bộ quá nhiệt ; 4- Phần cao áp tuốc bin; 5- Bộ quá nhiệt trung gian; 6- Phần hạ áp tuốc bin; 7- Bình ng−ng Hình 10.11 biểu diễn sơ đồ nguyên lý của chu trình có quá nhiệt trung gian. Mục đích của quá nhiệt trung gian là giảm bớt độ ẩm cuối tuốc bin và tăng nhiệt độ hơi vào các tầng tiếp theo. Nhiệt độ hơi ra khỏi bộ quá nhiệt trung gian có thể lên đến bằng nhiệt độ hơi ban đầu (tr−ớc khi vào tuốc bin). Có thể xem chu trình quá nhiệt trung gian gồm hai chu trình, chu trình chính (chu trình ban đầu) và chu trình phụ. Chu trình ban đầu tiêu thụ một l−ợng nhiệt là q0 và sinh công là l0 , Chu trình phụ tiêu thụ một l−ợng nhiệt là ∆qtg và sinh công là ∆ltg. Hiệu suất chu trình có quá nhiệt trung gian có thể viết là: ∆l 1+ tg l + ∆l l l ηtg = 0 tg = 0 0 (10- 36) ct q + ∆q q ∆q 0 tg 0 1+ tg q 0 trong đó: l 0 k = ηct là hiệu suất chu trình ban đầu không có quá nhiệt trung gian, q 0 ∆l tg = A là hệ số năng l−ợng của chu trình phụ, có thể viết lại: l tg 123
∆l 1+ tg tg l l 1+ A η 0 0 k ct = = ηct k (10- 37) q 0 l0 ηct 1+ A , ∆l tg q η 1+ 0 ct l0 ∆l tg ∆q tg Từ (10-37) ta thấy: k qn k ηct k ηct > η ct khi (1+A) > (1+A ) nghĩa là ηct ηct tức là khi hiệu suất chu trình phụ lớn hơn hiệu suất chu trình ban đầu. Nh− vậy muốn nâng cao hiệu suất chu trình bằng quá nhiệt trung gian thì phải chọn giá trị áp suất hơi tr−ớc khi đi quá nhiệt trung gian và nhiệt độ hơi sau khi quá nhiệt trung gian hợp lý để nhiệt độ t−ơng đ−ơng của chu trình phụ lớn hơn chu trình ban đầu, thoả mãn k điều kiện η'ct > ηct Thực tế chứng tỏ rằng: Quá nhiệt trung gian đem lại hiệu quả tối đa chỉ khi áp suất hơi đi quá nhiệt trung gian bằng (0,25-0,3) áp suất hơi mới ptg. 10.3.4. Mở rộng nhà máy với thông số cao Việc xây dựng nhà máy điện tr−ớc hết nhằm đáp ứng yêu cầu về công suất hiện tại. Nh−ng nhu cầu về điện năng sẽ không ngừng tăng lên, do đó để có thể đáp ứng đ−ợc phần nào nhu cầu của những năm tiếp theo của sản xuất, ngay từ giai đoạn thiết kế nhà máy đã phải tính đến những điều kiện để có thể mở rộng nhà máy cho những năm tiếp theo nh−: nguồn n−ớc, vị trí và diện tích đất, h−ớng mở rộng . . . . Trong thựuc tế, song song với việc xây dựng mới các nhà máy có công suất và thông số lớn hơn, ng−ời ta còn tiến hành mở rộng các nhà máy cũ bằng cách đặt thêm các thiết bị có công suất và thông số lớn hơn. Việc mở rộng các nhà máy cũ có thể tiến hành theo hai ph−ơng án: 10.3.4.1. Mở rộng nhà máy điện bằng ph−ơng pháp đặt chồng Mở rộng nhà máy điện bằng ph−ơng pháp đặt chồng đ−ợc biểu diễn trên hình 10.12. Nội dung của ph−ơng pháp đặt chồng là đ−a một bộ phận hay toàn bộ nhà máy điện đang vận hành với thông số thấp lên nhà máy có thông số cao. Xây dựng chồng ngoài ý nghĩa mở rộng công suất còn bao hàm ý nghĩa hiện đại hóa một nhà máy có trình độ kỹ thuật còn thấp. Muốn xây dựng chồng ng−ời ta đặt thêm tuốc bin và lò hơi thông số cao. Tuốc bin cao áp thì có thể chọn loại đối áp hay loại trích hơi và đ−ợc cấp hơi từ lò hơi mới. ở đây ta chỉ xét ph−ơng án dùng tuốc bin đối áp để đặt chồng. 124
Hơi thoát của tuốc bin đặt chồng phải có áp suất bằng áp suất hơi mới của tuốc bin cũ đang vận hành, nhiệt độ hơi thoat nếu trùng thì tốt nhất, nếu nhỏ hơn thì phải áp dụng quá nhiệt trung gian tr−ớc khi đ−a vào tuốc bin cũ Thực hiện đặt chồng cao áp thì hiệu suất nhà máy sẽ tăng lên. Hình 10-12. Sơ đồ đặt 8 chồng 7 9 1, 2, 3, 4, 5-Bơm n−ớc cấp, lò hơi, tuốc bin, máy phát và bình ng−ng của hệ thống cũ. 4 3 6, 7, 8, 9-Bơm n−ớc cấp, 2 5 lò hơi, tuốc bin và máy 6 phát của hệ thống mới, 1 Đặt chồng có thể thực hiện một phần hoặc thực hiện hoàn toàn, nghĩa là tuốc bin cũ chỉ nhận một phần hoặc toàn bộ hơi từ tuốc bin đặt chồng, khi đặt chồng một phần thì lò hơi cũ vẫn phải làm việc, còn thực hiện hoàn toàn thì lò hơi cũ chỉ để dự phòng hoặc có thể tháo đi. Hiệu suất chu trình khi có đặt chồng không hoàn toàn sẽ bằng : l 1+ ch ch l0 + lch l0 l0 ηct = = q + l q l 0 ch 0 1+ ch q 0 ch k 1+ A ch ηct = ηct k (10-38) 1+ A ch ηct ch l0 Trong đó: ηct = là hiệu suất của chu trình ban đầu (thiết bị cũ). q 0 Ach là hệ số năng l−ợng của đặt chồng. α ch(ii ch − 0 ) A ch = (10-39) ii0 − K αch là tỷ lệ giữa l−ợng hơi mới đ−a vào so với l−ợng hơi của tuốc bin cũ ich, i0 và iK là Entanpi của hơi ở tr−ớc tuốc bin đặt chồng, tr−ớc tuốc bin cũ và sau tuốc bin cũ. Do đặt chồng nên hiệu suất của chu trình tăng lên đ−ợc một l−ợng là. 125
ch k k ch η − ηct A ch (1− ηct ) ∆η = k = k (10-40) ηct 1+ A ch .ηct k Qua đây ta thấy rằng hiệu quả của việc đặt chồng càng lớn nếu ηct càng thấp và Ach càng cao. Hệ số năng l−ợng Ach lớn nhất khi αch= 1 nghĩa là khi đặt chồng hoàn toàn. 10.3.4.2. Mở rộng nhà máy điện bằng ph−ơng pháp đặt kề Mở rộng nhà máy điện bằng ph−ơng pháp đặt kề đ−ợc biểu diễn trên hình 10.13. Nội dung của ph−ơng pháp này là đặt thêm một hệ thống lò, tuốc bin có đầy đủ các thiết bị phụ bên cạnh hệ thống cũ . Nếu hệ thống mới có thông số cao hơn thì nối với với hệ thống cũ phải qua bộ giảm ôn giảm áp. Hình 10-13 Sơ đồ đặt kề 12 1, 2, 3, 4, 5-Bơm n−ớc cấp, 8 lò hơi, tuốc bin, máy phát và 7 bình ng−ng của hệ thống cũ. 2 4 9 3 6, 7, 8, 9-Bơm n−ớc cấp, lò 5 hơi, tuốc bin và máy phát 1 6 của hệ thống mới, 1 1 10.4. Khử khí trong nhà máy điện Khử khí cho n−ớc cấp là loại trừ ra khỏi n−ớc những chất khí hòa tan trong n−ớc, chủ yếu là khí O2. Khí này có lẫn trong n−ớc sẽ gây ra hiện t−ợng ăn mòn bên trong các bề mặt đốt của lò và các thiết bị. Ph−ơng pháp thông dụng ở nhà máy điện là khử khí bằng nhiệt. Theo định luật Henry thì mức độ hoà tan trong n−ớc của một chất khí phụ thuộc vào: - Nhiệt độ của n−ớc. - áp suất riêng phần của chất khí ấy ở phía trên mặt n−ớc. Nếu gọi Gkh là l−ợng khí hoà tan trong n−ớc, kkh là hệ số hoà tan của chất khí trong n−ớc và pkh là áp suất riêng phần của chất khí ấy ở phía trên mặt thoáng thì: Gkh = kkh .pkh (10-41) Theo định luật Dalton thì áp suất của một hỗn hợp khí bằng tổng áp suất riêng phần của từng chất khí thành phần. Nếu coi khoảng không trên mặt n−ớc là buồng chứa hỗn hợp khí thì hơi n−ớc cũng là một chất khí thành phần trong hỗn hợp đó. Vì vậy ta có thể viết: 126
n p kh = p − p h − ∑ p i (10-42) 2 Trong đó: p là áp suất chung của hỗn hợp khí trên mặt n−ớc. ph là áp suất riêng phần của hơi n−ớc. pkh là áp suất riêng phần của một chất khí thành phần nào đó. Thay vào (10-41) ta sẽ tìm đ−ợc l−ợng oxy hoà tan trong n−ớc: n G = k (p − p − p ) (10-43) 02 02 h ∑ i 2 Hình 10.14. Bình khử khí 1-thùng chứa; 2-n−ớc cấp; 3-ống thủy; 4-đồng hồ áp suất; 5-khí thoát; 6-đĩa phân phối n−ớc; 7-n−ớc ng−ng từ hơi thoát; 8-van tín hiệu; 9-bình ng−ng tụ hơi; 10-khí thoát; 12-phân phối n−ớc; 13-cột khử khí;14-phân phối hơi; 15-hơi vào Mục đích của khử khí là loại trừ O2 hòa tan trong n−ớc ra khỏi n−ớc. Nếu áp suất riêng phần p02 của Oxy trong n−ớc nhỏ hơn p02 trong không gian trên bề mặt thoáng thì O2 không thể thoát ra khỏi n−ớc đ−ợc mà ng−ợc lại còn hòa tan thêm vào trong n−ớc. Nếu p02 trong n−ớc và ở ngoài bằng nhau thì n−ớc đã bão hòa oxy và không thể hòa tan thêm đ−ợc nữa. Nếu p02 ở không gian trên bề mặt thoáng nhỏ hơn ở p02 trong n−ớc thì O2 sẽ thoát ra khỏi n−ớc cho tới khi đạt tới trạng thái thăng bằng mới. Do đó, để cho O2 dễ dàng ra khỏi n−ớc phải làm cho áp suất p02 trên mặt n−ớc thật nhỏ bằng cách nâng cao áp suất riêng phần ph của hơi n−ớc trong không gian trên 127
bề mặt thoáng lên thật lớn, sao cho ph ≈ p. Muốn vậy, cần đun n−ớc đến sôi để tăng l−ợng hơi trên bề mặt thoáng. Bình khử khí gồm cột khử khí và thùng chứa. Trong bình khử khí, n−ớc đ−ợc đ−a vào phía trên cột khử khí đi qua các đĩa phân phối sẽ rơi xuống nh− m−a. Hơi đi từ phía d−ới cột lên chui qua các dòng n−ớc, trong quá trình chuyển động ng−ợc chiều nhau hơi sẽ truyền nhiệt cho n−ớc làm tăng nhiệt độ n−ớc đến nhiệt độ bão hoà t−ơng ứng với áp suất trong bình khử khí. Khi đó áp suất riêng phần của H2O tăng lên, còn áp suất riêng phần của các chất khí khác sẽ giảm xuống và chúng dễ dàng thoát ra khỏi n−ớc và đi lên phía trên và đ−ợc thải ra khỏi bình cùng với một l−ợng hơi n−ớc. N−ớc đã đ−ợc khử khí tập trung xuống thùng chứa ở phía d−ới đáy cột khử khí. Thể tích thùng chứa bằng khoảng 1/3 năng suất bình khử khí. Trong các nhà máy điện thông số cao và siêu cao ng−ời ta th−ờng dùng bình khử khí loại 6 ata. Nhà máy điện thông số trung bình và thấp th−ờng dùng loại khử khí 1,2 ata, gọi là bình khử khí khí quyển. Bình khử khí phải đặt cao hơn bơm n−ớc cấp để tránh hiện t−ợng xâm thực trong bơm. Độ cao từ bơm n−ớc cấp đến bình khử khí là 7 - 8m đối với bình khử khí 1,2 ata và 17 - 18m đối với bình khử khí 6 ata. 10.5. Tổn thất hơi và n−ớc ng−ng trong nhà máy điện- các biện pháp bù tổn thất Trong qúa trình vận hành nhà máy điện, luôn luôn có tổn thất hơi và n−ớc, gọi chung là tổn thất môi chất. Ng−ời ta phân biệt Tổn thất trong và tổn thất ngoài. 10.5.1. Tổn thất trong Tổn thất trong là tổn thất n−ớc do xả lò, do rò rỉ ở các chỗ hở trên đ−ờng ống, do mất mát hơi để sấy ống khi khởi động nhà máy, do các hộ tiêu thụ dùng hơi mà không trả lại n−ớc ng−ng đọng, hơi dùng cho thiết bị thổi sạch dàn ống sinh hơi của lò (để chống xỉ tro, xỉ), hơi để sấy dầu mazút, đ−a vào vòi phun phun mazút v.v. . . Để giảm tổn thất trong cần thay thế các mối nối mặt bích bằng mối nối bằng hàn, tăng c−ờng độ kín của tất cả ácc van, tận dụng lại n−ớc đọng trong các ống dẫn, trong các thiết bị vaqf các van, giảm tổn thất hơi và n−ớc ng−ng khi khởi động và khi ngừng máy. Có thể giảm tổn thất xả lò bằng cách dùng các thiết bị bốc hơi từ n−ớc xả lò. v. v. v. . . 10.5.2. Tổn thất ngoài Tổn thất ngoài là tổn thất do các hộ tiêu thụ nhiệt không hoàn trả lại n−ớc ng−ng đọng cho nhà máy hoặc trả lại không đầy đủ. Khi n−ớc ng−ng đọng ở các hộ tiêu thụ đ−ợc trả lại hoàn toàn thì tổn thất ngoài bằng không. Toàn bộ các tổn thất trong và ngoài của nhà máy điện đều đ−ợc liên tục bù lại bằng l−ợng n−ớc bổ sung đã đ−ợc xử lý. 128
Để xử lý n−ớc bổ sung bằng ph−ơng pháp bốc hơi, ng−ời ta dùng hơi trích từ tuốc bin để gia nhiệt cho n−ớc cần xử lý đến sôi và biến thành hơi trong một thiết bị đặc biệt gọi là bình bốc hơi. Bình bốc hơi là một thiết bị ttrao đổi nhiệt bề mặt trong đó hơi sơ cấp nhả nhiệt và ng−ng tụ thành n−ớc, làm bốc hơi n−ớc bổ sung tạo thành hơi thứ cấp. Hơi thứ cấp lại đ−ợc ng−ng tụ thành n−ớc cất trong bình làm lạnh (gọi là bình ng−ng hơi thứ cấp). N−ớc ng−ng tụ từ hơi thứ cấp (n−ớc cất) hầu nh− không có tạp chất và có chất l−ợng gần nh− chất l−ợng n−ớc ng−ng từ bình ng−ng sẽ đ−ợc cấp vào lò. 129
Ch−ơng 11. sơ đồ nhiệt và bố trí ngôi nhà chính của nhà máy điện 11.1. sơ đồ nhiệt của nhà máy điện 11.1.1. sơ đồ nhiệt nguyên lý Sơ đồ nhiệt nguyên lý của nhà máy điện thể hiện qui trình công nghệ, biến đổi và sử dụng năng l−ợng của môi chất trong nhà máy điện. Trong sơ đồ nhiệt nguyên lý gồm có: Lò hơi, tuabin, máy phát, bình ng−ng, các bình trao đổi nhiệt (bình gia nhiệt n−ớc ng−ng, bình khử khí, bình bốc hơi . . . ) ngoài ra còn có các bơm để đẩy môi chất nh− bơm cấp, bơm ng−ng, bơm n−ớc đọng của các bình trao đổi nhiệt, v.v. . . . Các thiết bị chính và phụ đ−ợc nối với nhau bằng các đ−ờng ống hơi, n−ớc, phù hợp với trình tự chuyển động của môi chất. Trên sơ đồ nhiệt nguyên lý không thể hiện các thiết bị dự phòng, không có các thiết bị phụ của đ−ờng ống. Thành lập sơ đồ nhiệt nguyên lý là một trong các giai đoạn quan trọng khi thiết kế nhà máy điện và phải dựa trên cơ sở yêu cầu phụ tải điện, nhiệt, yêu cầu về độ an toàn và kinh tế của nhà máy. Khi thành lập sơ đồ nhiệt nguyên lý, cần giải quyết các vấn đề sau: 1- Chọn loại nhà máy điện: ng−ng hơi hay có trích hơi cung cấp nhiệt. 2- Chọn thông số hơi ban đầu và dạng chu trình. Lựa chọn thông số hơi ban đầu và dạng chu trình liên quan tới loại và công suất đơn vị của lò hơi và tuabin. Tuabin lớn thì phải chọn thông số ban đầu cao hơn. 3- Chọn loại và công suất đơn vị của tuabin. 4- Chọn loại lò hơi t−ơng ứng với thông số của nhà máy. 5- Chọn sơ đồ hồi nhiệt hâm n−ớc cấp. 6- Chọn loại và chỗ nối bình khử khí và bơm n−ớc cấp. 7- Chọn ph−ơng pháp và sơ đồ xử lý n−ớc bổ sung cho lò. 8- Chọn sơ đồ cung cấp nhiệt. 9- Chọn sơ đồ sử dụng nhiệt năng của hơi từ các ezectơ, hơi chèn của tuabin, n−ớc xả lò, n−ớc xả của bình bốc hơi. . . Khi thành lập sơ đồ nhiệt nguyên lý cũng cần phải tính đến các chế độ làm việc của nhà máy điện, nhất là chế độ non tải. Để bảo đảm cho nhà máy làm việc bình th−ờng khi non tải thì hơi trích cho khử khí, cho bình bốc hơi phải lấy từ các cửa trích có áp lực cao hoặc lấy hơi mới cho qua bộ giảm ôn giảm áp. Sơ đồ nhiệt nguyên lý của nhà máy điện đ−ợc biểu diễn trên hình 11.1. Thành lập sơ đồ nhiệt nguyên lý khi mở rộng nhà máy, cần phải giải quyết đ−ợc các vấn đề sau: - Chọn ph−ơng pháp mở rộng (đặt kề hay đặt chồng). - Mở rộng sơ đồ gia nhiệt hồi nhiệt - Chọn sơ đồ nối các bình khử khí mới liên quan đến thiết bị cũ, chọn cách nối bơm cấp. Sau khi dựng xong sơ đồ nhiệt nguyên lý, tiến hành tính toán sơ đồ nhiệt nguyên lý, giải quyết các vấn đề sau: - Xác định các dòng hơi và dòng n−ớc. 130