›
›

Nguyên lý và thiết bị trong nhà máy điện

ppt 92 trang vanle 3080
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Nguyên lý và thiết bị trong nhà máy điện", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptnguyen_ly_va_thiet_bi_trong_nha_may_dien.ppt

Nội dung text: Nguyên lý và thiết bị trong nhà máy điện

  1. NGUYÊN LÝ VÀ THIẾT BỊ TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN Dương Trung Kiên Khoa_Quản lý năng lượng Trường_ĐH Điện lực
  2. NỘI DUNG n Phần I: Cơ sở lý thuyết của máy năng lượng q Chương 1: Cơ sở nhiệt động kỹ thuật q Chương 2 : Cơ sở trao đổi nhiệt q Chương 3: Cơ sở thuỷ khí động lực học n Phần II: Các thiết bị năng lượng nhiệt q Chương 1: Lò hơi và nhiên liệu q Chương 2 : Là phản ứng và thiết bị sinh hơi của nhà máy điện nghiên tử q Chương 3:Tua bin hơi và tua bin khí q Chương 4: Nhà máy điện và điện nguyên tử n Phần III: Thuỷ điện q Chương 1: Tua bin thuỷ điện q Chương 2: Nhà máy thuỷ điện và cơ sở xác định công suất nhà máy thuỷ điện n Phần IV: Vận hành các thiết bị năng lượng 2
  3. Chương 1: Cơ sở nhiệt động kỹ thuật I. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ ĐỊNH LUẬT THỨ NHẤTCỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC￿ n Nhiệt động học là khoa học về quy luật biến đổi năng lượng mà trong đó chỉ xem xét những biến đổi cơ năng và nhiệt năng. n Hệ nhiệt động học: Là hệ các vật nằm trong mối tương tác với nhau và với môi trường xung quanh. n Ví dụ: Khí được nén hoặc giãn nở trong xi lanh có pittông chuyển động n Các thông số nhiệt động học cơ bản biểu diễn trạng thái của hệ: Nhiệt độ T, thể tích riêng v, áp suất tuyệt đối p. Các thông số này có mối quan hệ phụ thuộc vào nhau và thể hiện bằng phương trình trạng thái của môi chất 3
  4. Khí lý tưởng n Khí lý tưởng được hiểu là một tập hợp (chất khí) gồm các phần tử vật chất đàn hồi có thể tích không đáng kể và không có lực tương tác giữa chúng. n Phương trình trạng thái đối với 1kg khí lý tưởng (Phương trình Clapayron): pv=RT q R: Hằng số chất khí,nó là công có thể thực hiện được bởi 1kg khí khi nung nóng lên 1K (J/kg.K) 4
  5. Chất khí bất kỳ n Theo định luật Avôgađrô: 1Kmol chất khí bất kỳ P=760 mmHg=1,01325.105 kPa => v=22,4m3 T=273,16K n Hằng số chất khí: n Đối với Mkg chất khí phương trình trạng thái pv=MRT 5
  6. Quá trình nhiệt động học n Quá trình nhiệt động học là quá trình thay đổi liên tục trạng thái của môi chất được gây ra bởi sự tương tác của nhiệt hoặc cơ học hoặc kết hợp nhiệt -cơ với môi trường xung quanh. n Biểu diễn quá trình nhiệt động học bằng biểu đồ p-v P 1 q Trạng thái môi chất biểu P1 thị bằng một điểm 2” P2 3 2 q Quá trình thay đổi trạng thái biểu diễn bằng các đường 1’ 2’ v1 v2 v 6
  7. Công thay đổi thể tích chất khí n Khi thông số chất khí thay đổi có nghĩa là đã có sự thực hiện hoặc tiêu thụ một công nào đó. Khi 1kg chất khí giãn nở trong xilanh có bittông => Nó sẽ thực hiện một công gian nở (công thay đổi thể tích) F dl=pFdS=pdv Trong đó: p-là áp suất tuyệt đối chất khí ds F-Tiết diện của pittông dS-Độ dài pittông đi được dv-Số gia thể tích chất khí khi giãn nở n Khi thay đổi trạng thái từ 1=>2 đơn vị công thay đổi thể tích được xác định.(diện tích 1-2-2’-1’) 7
  8. Nhiệt năng n Nhiệt năng: là dạng năng lượng liên quan đến sự chuyển động của các phân tử và tương tác giữa các phân tử. Một sự thay nhiệt lượng dQ của một khối lượng vật chất M sẽ tỷ lệ với khối lượng và sự thay đổi nhiệt độ của vật dQ=cMdT Trong đó: C-nhiệt dung riêng khối lượng, được tính bằng lượng nhiệt năng cần thiết để đưa một đơn vị khối lượng vật chất thay đổi 1K trong một quá trình nhiệt động nào đó, đơn vị J/kg.K Khi nhiệt dung riêng có giá trị không đổi c=const Q=cM(T2-T1) 8
  9. Nội năng và hàm trạng thái n Nội năng vật thể bẳng tổng nội động năng và nội thế năng q Trong quá trình cung cấp nhiệt năng nếu không sinh ra công thì toàn bộ lượng nhiệt năng cung cấp sẽ tiêu dùng để làm tăng năng nội năng U(J). q Nội năng được xác dịnh bởi các thông số trạng thái, không phụ thuộc vào việc nó đạt trạng thái đó bằng cách nào. Nói cách khác nó là hàm trạng thái. n Hàm trạng thái: q Sự thay đổi của hàm trạng thái khi chuyển từ trạng thái có giá trị cácthông số trạng thái P0,v0,T0=> giá trị P1,v1,T1 không phụ thuộc vào cách thức chuyển. q Nếu vật chất tham gia lần lượt vài quá trình và cuối cùng quay lại trạng thái ban đầu thì hàm trạng thái không thay đổi. 9
  10. Định luật nhiệt động học thứ nhất n Trong một quá trình môi chất được cung cấp một lượng nhiệt năng dQ => làm thay đổi nội năng dU và thực hiện một công dL. => Theo định luật bảo toàn: dQ=dU+dL dQ=dU+pdV (1) => Đối với 1kg môi chất: dq=du+pdv (2) (1) và (2) là biểu diễn toán học của định luật nhiệt động học thứ nhất. Định luật nhiệt động học thứ nhất thực chất là trường hợp riêng của định luận bảo toàn và chuyển hoá năng lượng ứng với quá trình nhiệt 10
  11. II. CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG . ĐỒ THỊ T,s VÀ i,s. CHU TRÌNH TUẦN HOÀN Các quá trình nhiệt động học: q Quá trình đẳng tích (v=const) q Quá trình đẳng áp (p=const) q Quá trình đẳng nhiệt (T=const) q Quá trình đoạn nhiệt (dq=0)-là quá trình xẩy ra không có sự trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh. q Quá trình đa biến (dl/dq= )-quá trình xẩy ra ở bất cứ tỷ lệ nào giữa công sinh ra bởi vật chất và nhiệt năng cung cấp cho nó. 11
  12. Quá trình đẳng tích (v=const) n Phương trình trạng thái p1/T1= p2/T2 n Môi chất không thực hiện công ngoài nên phương tình nhiệt động học thứ nhất : dq=du+pdv dq=du P n Theo khái niệm nhiệt dung riêng: dq=cvdT 2 Þ du=cvdT Þ Sự thay đổi nội năng trong quá trình 1 đẳng tích có thể được xác định qua P1 2’ nhiệt dung riêng chất khí và nhiệt P’2 P2 độ đặc trưng cho quá trình v 12
  13. Quá trình đẳng áp (P=const) P 1 2 n Phương trình trạng thái P v1/T1= v2/T2 v1 v2 v n Phương trình nhiệt động học thứ nhất trong quá trình đẳng áp: dq=du+dl Biểu thức tính nội năng: u=cv(T2-T1) Công ngoài : 13
  14. Phương trình Meier và Entanpi n Phương trình Meier: Nhiêt dung riêng khí lý tưởng trong quá trình đẳng áp cp,với 1kg chất khí: qp=cp(T2-T1) => cp=cv+R  cp-cv=R Phương trình Meier thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt dung riêng khi thể tích không đổi và khi áp suất không đổi n Entanpi Thêm vdp vào 2 vế của pt nhiệt động học thứ nhất dq+vdp=du+pdv+vdp=du+d(pv) =d(u+pv) Đặt u+pv=i => dq=di-vdp Đại lương i (J/kg) được gọi là Entanpi. Entanpi là thông số trạng thái vì nó chỉ phụ thuộc vào u,p,v. n Quan hệ Entanpi và quá trình đẳng áp: dq=di => Như vậy trong quá trình đẳng áp nhiệt lượng cung cấp bằng sự thay đổi Entanpi. Entanpi còn có thể biểu diễn qua sự thay đổi nhiệt độ: i2-i1=cp(T2-T1) 14
  15. Quá trình đẳng nhiệt (T=const) n Phương trình trạng thái với quá trình đẳng nhiệt (Phương trình Bôi-Mariôt): P pv=const 1 pv=const 2 Sự thay đổi nội năng chất khí và P sự thay đổi Entanpi đều bằng không: k pv =const 2’ du=0 và di=0 v1 v n Phương trình nhiệt động học thứ nhất trong quá trình đẳng nhiệt: dq=du+dl=> dq=dl 15
  16. Quá trình đoạn nhiệt n Quán trình đoạn nhiệt là quá trình trong đó không có sự trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh. dq=0 n Phương trình nhiệt động học thứ nhất P 1 trong quá trình đoạn nhiệt: dq=du+dl pu=const 2 du+dl=cvdT+pdv=0 P dl=-du hay pdv=-cvdT Công trong quá trình được thực hiện nhờ puk=const 2’ sự thay đổi nội năng chất khí. v1 v Ký hiệu k=cp/cv 16
  17. Quá trình đa biến n Xét đại lượng thể hiện mối quan bởi mối quan hệ công thực hiên của môi chất và nhiệt năng cung cấp trong quá trìnhđa biến n Quá trình đa biến là quá trình trong đó công thực hiện bởi môi chất tỷ lệ với nhiệt năng cung cấp, và tỷ lệ đó không đổi trong toàn bộ quá trình. n Định luật nhiệt động học thứ nhất đối với quá trình đa biến: dq=du+dl Thay và hoặc (*) 17
  18. Các phương trình đa biến n Tích phân phương trình (*) Đặt gọi là chỉ số đa biến P n Áp dụng phương trình Clapayron ta được pum=const m=const v 18
  19. Entropi n Entropi dq=cvdT+pdv => Đặt Đại lượng s (J/kg.K) được gọi là Entropi. T>0 nên dấu (chiều) của Entropi xác định dấu (chiều) thay đổi nhiệt năng. ds>0 nhiệt năng cung cấp cho vật thể và ngược lại. n Tính Entropi Chọn điểm đầu có thông số T0,p0,v0 Entropi bằng không. 19
  20. Sự thay đổi Entropi n Sự thay đổi Entropi trạng thái 1-2: n Quá trình đẳng tích: n Quá trình đẳng áp: n Quá trình đẳng nhiệt: n Quá trình đoạn nhiệt:dp=0 và ds=0 =>s=const. Nên quá trình này còn được gọi là quá trình đẳng Entropi n Quá trình đa biến: 20
  21. Xác xuất nhiệt động học n Xác suất nhiệt động học là số trạng thái vi tinh thể (tế vi) của hệ thống tạo nên trạng thái vĩ mô của nó (trạng thái nhiệt động học hệ thống). n Entropi và xác suất nhiệt động học là những đại lượng tương quan. S= (w) Biểu thức quan hệ: S=k lnW Trong đó: k hàng số Bolsman 21
  22. Đồ thị nhiệt năng n Diện tích dưới các đường thay đổi trạng thái môi chất trong đồ thị T,s tương ứng với nhiệt năng cung cấp: T m=const p=const v=const s=const T=const s Đồ thị T-s đối với khí lý tưởng 22
  23. Chu trình tuần hoàn n Chu trình tuần hoàn là quá trình đường tròn. Ví dụ như quá trình A-1-B-2-A như hình vẽ q Trên đoạn A-1-B entropi tăng=> nhiệt năng cung cấp T cho môi chất một lượng: q 1 l=q1-q2 1 q Trên đoạn B-2-A entropi giảm=> nhiệt năng toả ra từ môi chất một lượng: A B 2 q2 q Tổng đại số lượng điện năng nhận được và toả ra được biến thành công của quá trình: sa sb s Đồ thị T-s đối với chu trình tuần hoàn q Tỷ lệ giữa công sinh ra của môi chất trong quá trình và lượng nhiệt cung cấp gọi là hệ số nhiệt ích (hiệu suất nhiệt) của chu trình: 23
  24. 1.3 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG HỌC THỨ HAI n Định luật: Trong động cơ nhiệt hoạt động theo chu trình không thể chuyển toàn bộ nhiệt năng cấp từ nguồn nóng tới môi chất thành công năng, một phần nhiệt năng đó sẽ thất thoát tới nguồn lạnh. n Chu trình Karno: Chu trình được thực hiện với hai nguồn nóng và lạnh.Trong chu trình gồm có hai quá trình đẳng nhiệt (1-2 và 3-4) và hai quá trình đoạn nhiệt (2-3 và 4-1) P T 1 q1 2 T =const 1 q1 1 2 ls=q1-q2 T l 1 4 s q 3 s1 2 4 3 T2 s2 q2 T2=const v s Chu trình Karno trong đồ thị p,v và T,s 24
  25. Hiệu suất nhiệt trong chu trình Karno n =1-q2/q1=1-T2/T1 Hiệu suất chu trình Karno chỉ phụ thuộc nhiệt độ nguồn nóng và nguồn lạnh, không phụ thuộc tính chất của môi chất. q Đối với quá trình thuận nghịch: OaK T =T1-T2/T1 q Đối với quá trình không thuận nghịc bất kỳ HS T =Q1-Q2/Q1 HS OaK  n Có T Q1/T1 Þ Trong hệ cô lập Entropi của hệ không thể giảm: dscuct 0 Dấu bằng với quá trình thuận nghịch và dấu lớn hơn với quá trình không thuận nghịch. 25
  26. 1.4 TÍNH CHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC CỦA NƯỚC VÀ HƠI NƯỚC n Xem xét quá trình đun nóng nước ở áp suất không đổi có thể chia thành 3 khoảng đặc trưng. q Khoảng AB tương ứng quá trình làm nóng tới p nhiệt độ (th)có sự tạo hơi.(Gọi là nhiệt độ sôi hay nhiệt độ bão hoà) p>pKP q Khoảng BC diễn ra quá trình sinh hơi. K -Hơi sinh ra được gọi là hơi bão hoà và PKP đặc trưng bởi độ khô x: x=MR/(MR+MB) p A” B” 3 C” D”’ MR,MB Khối lượng hơi và nước trong hơi ẩm p -Nhiệt độ cần biến đổi 1kg nước sôi=>hơi A’ B’ 2 C’ D’ gọi là nhiệt hoá hơi:r p -Tại điểm C kết thúc qúa trình bày hơi, hơi A B 1 C D tại đây gọi là hơi bão hoà M L q Khoảng CD. Lúc này sự cấp nhịêt sẽ làm tăng nhiệt độ hơi. v Đồ thị p,v đối với hơi nước - t>tbh hơi gọi là hơi quá nhiệt 26
  27. Đường giới hạn và điểm tới hạn n Đường KM nối tất cả các điểm bắt đầu sự sôi gọi là đường giới hạn dưới, đường KL nối tất cả các điểm kết thúc quá trình tạo hơi gọi là đường giới hạn trên. n Điểm K nằm trên đường đẳng áp p=22,129MPa, là điểm cắt của đường KM và KL, gọi là điểm tới hạn.Tại K: 0 3 tK=374,15 C, PK=22,129MPa, vK=0,00326m /kg n Thể tích riêng, entropi, nội năng và entanpi của nước sôi ký hiệu là: v’,s’,u’,i’. Của hơi bão hoà là: v”,s”,u”,i”. Nội năng với mọi thông số: u=i-pv n Mối quan hệ giữa hơi ẩm, nước sôi và hơi bão hoà vh.a=v”x+v’(1-x) sh.a=s”x+s’(1-x) ih.a=i”x+i’(1-x) 27
  28. Xác định lượng nhiệt năng cung cấp trong quá trình n Quá trình đẳng áp p=const: q=i-10 n Quá trình đẳng tích v=const: q=u-u0=(i-pv0)-(i0-p0v0)= i-i0-v0(p-p0) n Nhiệt năng cung cấp trong quá trình sinh hơi q=r=i”-i’=Tbh(s”-s’) 28
  29. 1.5 CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ NHIỆT n Chu trình động cơ đốt trong: Nhiệt năng được lấy trong quá trình v=const (đường 1-4), còn cấp nhiệt khi p=const hoặc v=const (đường 2’-3) v=const p p=const T 3 3 p=const 2 v=const 2 4 2’ 4 2’ 1 v=const 1 v Đồ thị T,s s Đồ thị p,v Quá trình lý tưởng động cơ đốt trong 29
  30. 1.5 CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ NHIỆT d 2 n Chu trình thiết bị tuốc bin khí: Nhiệt năng 4 được thực hiện ở áp suất không đổi. 1 3 q Quá trình nén đoản nhiệt tương ứng sự nén không khí trong máy nén (đường1-2) a B q Quá trình cấp nhiệt đẳng áp tương ứng quá T trình cháy nhiên liệu trong buồng đốt ở áp suất T 3 không đổi (đường 2-3) 3 p=const q1 q Quá trình giãn nở đoản nhiệt tương ứng sự T4 4 giãn nở sản phẩm cháy trong tuốc bin khí T 2 2 p=const (đường 3-4) q2 T q Quá trình đẳng áp cuối cùng toả nhiệt từ môi 1 1 chất (đường 4-1) q Hiệu suất nhiệt của chu trình s Chu trình và sơ đồ thiết bị tuốc bin khí a-cấp không khí; d-cấp nhiên liệu; =p1/p2-Độ tăng áp suất trong thiết bị tuốc bin khí; e=v /v -Độ én không khí B-thoát khí; 1-máy nén khí; 2- 1 2 buồng đốt; 3-tuốc bin; 4-máy phát 30
  31. Chu trình Renkin n Các giai đoạn của chu trình Renkin q Đoạn 4-5 cấp nhiệt đẳng áp trên. Tương ứng với đun nước tới nhiệt độ bão hoà T q Đoạn 5-6 sự sinh hơi 1 T1 q Đoạn 6-2’ giãn nở hơi trong tuốc bin đẳng entropi q Đoạn 2’-3 dẫn nhiệt năng tới nguồn lạnh (Ngưng 5 6 hơi) T4 4 q Đoạn 3-4 quá trình nén đoạn nhiệt (bơm nước) T2 n Tổn thất nhiệt năng trong nguồn lạnh: 3 3’ 2’ 2 q2=T2 s’=i2’-i3 n Nhiệt năng cung cấp trong chu trình: q =i -i 1 6 4 s’ n Công thưc hiện bởi tuốc bin: l=i6-i2’ s Chu trình động lực hơi n Hiệu suất của chu trình: trong đồ thị T,s 31
  32. CHƯƠNG 2 - CƠ SỞ TRAO ĐỔI NHIỆT 2.1 CÁC DẠNG TRAO ĐỔI NHIỆT n Trao đổi nhiệt là quá trình truyền nội năng thuận nghịch trong không gian và được quy ước bằng chênh lệch giá trị nhiệt độ. n Điều kiện cần để truyền nhiệt năng là có sự chênh lệch nhiệt độ (nhiệt chỉ có thể chuyền từ vùng có nhiệt độ cao hơn tới vùng có nhiệt độ thấp hơn) n Nhiệt có thể truyền bằng 3 cách: Dẫn nhiệt, đối lưu, và bức xạ 32
  33. Dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt và bức xạ nhiệt n Dẫn nhiệt là quá trình di chuyển các phân tử nhiệt trong môi trường đặc và được đặc trưng bởi trường nhiệt độ (građien nhiệt độ) n Đối lưu nhiệt là quá trình truyền nhiệt từ một phần không gian này tới phần khác bằng cách di chuyển các thể tích chất lỏng hoặc chất khí trong trường hợp không gian sự phân bố nhiệt là không đồng nhất. (Quá trình đồng thời đối lưu nhiệt và dẫn nhiệt được gọi là quá trình trao đổi nhiệt đối lưu) n Bức xạ nhiệt là quá trình biến đổi nội năng, nhiệt năng của vật chất thành năng lượng các tia (năng lượng bức xạ) và truyền vào môi trường xung quanh. 33
  34. 2.2 ĐỘ DẪN NHIỆT n Khi truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt, giá trị nhiệt độ tức thời tại tất cả các điểm trong không gian khảo sát được gọi là trường nhiệt độ. n Nếu nhiệt độ chỉ là hàm số của các toạ độ không gian thì gọi là trường nhiệt độ dừng hay trường xác lập (ổn định). Nếu nhiệt độ còn phụ thuộc thời gian thì là trường nhiệt độ không dừng hay không xác lập (không ổn định) n Xét hai mặt đẳng nhiệt t và t+ t x n Giới hạn tỉ lệ thức giữa sự thay đổi nhiệt độ t x với khoảng cách giữa các mặt đẳng nhiệt theo n t phương pháp tuyền n là Gradien nhiệt độ. t+ o Gradien nhiệt độ là một đại lượng véc tơ t hướng trùng với phương pháp tuyến bề mặt đẳng nhiệt, chiều dương là chiều tăng nhiệt độ 34
  35. Dòng nhiệt n Dòng nhiệt là lượng nhiệt năng Q đi qua bề mặt đẳng nhiệt F trong một đơn vị thời gian. n Dòng nhiệt q trên 1m2 bề mặt được gọi là dòng nhiệt riêng (W/m2).Hay mật độ dòng nhiệt, hoặc tải trọng nhiệt của bề mặt nung nóng. q=Q/F Q và q là các véc tơ có hướng theo hướng pháp tuyến tới bề mặt đẳng nhiệt, chiều dương là chiều giá trị nhiệt độ giảm. Định luật dẫn nhiệt cơ bản (Furie): Mật độ dòng nhiệt tỷ lệ với gradien nhiệt độ l-Hệ số tỷ lệ và được gọi là hệ số dẫn nhiệt.Có giá trị bằng nhiệt năng truyền bằng dẫn nhiệt trong 1s từ 1m2 một bền mặt đẳng nhiệt tới 1m2 bề mặt đẳng nhiệt khác cách đó 1m, khi độ chênh lệch nhiệt độ giữa hai bề mặt này là 1K. W/(m.K) Với các vật liệu khác nhau l xác định bằng thực nghiệm: lt=l0[1+b(t-t0) ] l0 và lt-hệ số dẫn nhiệt tại nhiệt độ t0 và t. b- hệ số xác định từ thực nhiệm 35
  36. Dẫn nhiệt của vách phẳng n Đối với vách phẳng đồng nhất các mặt đầu mút là cách nhiệt, còn các mặt phẳng kia là mặt đẳng nhiệt với nhiệt độ tct1 và tct2, công suất dòng nhiệt truyền qua vách theo phương pháp tuyến với bề mặt vách phẳng n Xét phương pháp tuyền trùng trục x và Với d là độ dầy vách n Mật độ dòng nhiệt khi truyền nhiệt qua vách phẳng bằng dẫn nhiệt tỷ lệ thuận với hiệu nhiệt độ và tỷ lệ nghịch với độ dầy của vách 36
  37. Nhiệt trở dẫn nhiệt của vách n Biểu thức nhiệt có thể viết dưới dạng định luật Ôm trong kỹ thuật điện: Trong đó R=d/- nhiệt trở dẫn nhiệt của vách n Đối với vách được tạo thành từ n lớp ép sát nhau và không có khe hở 37
  38. Sự thay đổi nhiệt vách phẳng khi có một lượng nhiệt năng truyền qua t n Đối với vách một lớp: tc1 t Q c2 dx 0 x t n Đối với vách nhiều lớp tc1 tc2 tc3 t Q c4    0 1 2 3 d1 d2 d3 x 38
  39. Truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt qua vách trụ n Theo định luật Furie: Trong đó: r-đường kính ống l-chiều dài hình trụ Dòng nhiệt hướng theo bán kính từ tâm tới mặt ngoài và bề mặt là z n Sự thay đổi nhiệt qua vách trụ tc1 Trong đó: r2-Bán kính mặt ngoài vách trụ r1 tc2 r1-Bán kính mặt trong vách trụ r2 x n Nhiệt trở dẫn nhiệt lớp trụ: dr Phân bố nhiệt độ trong vách trụ 39
  40. 2.3 TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU n Những nhân tố ảnh hưởng tới quá trình trao đổi nhiệt đối lưu q Nguyên nhân gây ra chuyển động: Tự nhiên, cưỡng bức q Chế độ chẩy rối hay chẩy tầng. Đặc tính chuyển động của chất lỏng thể hiện qua tiêu chuẩn Reynol: Re= v ddt/ n (v-vận tốc trung bình chất lỏng (m/s), ddt- đường kính tương đương của kênh chẩy, n-hệ số nhớt động học (m2/s), Re 1.104 Chẩy tầng Chẩy rối q Những đại lượng vật lý ảnh hưởng tới quá trình trao đổi nhiệt đối lưu: Hệ số dẫn nhiệt  (W/mk), nhiệt dung riêng C(J/kgK), khối lượng riêng (kg/m3), độ nhớt động học n(m2/s), nhiệt độ t, hệ số dãn nở vì nhiệt b(1/K) q Hình dáng kích thướng và vị trí của vách. 40
  41. Công thức Newton-Rikhman n Quá trình trao đổi nhiệt đối lưu được xác định qua công thức Newton: Q= .F. t Trong đó: - F-Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa vách rắn và chất lỏng - T=l tc-tcll - độ chênh nhiệt độ, nhiệt độ chất lỏng và nhiệt độ bề mặt vách rắn - -hệ số toả nhiệt (hệ số trao đổi nhiệt đối lưu) W/m2K. Trên thực tế việc xác định nó là rất khó khăn. 41
  42. Lý thuyết đồng dạng n Ví dụ về hai kênh: Các hiện tượng thuỷ động là đồng dạng nếu đối với các điểm tương l1 tự trong không gian được tuân theo quy luật tỷ lệ về vận tốc, các tính chất vật lý như mật độ, độ nhớt : l2 Trong đó các hằng số đồng dạng: 42
  43. Các tiêu chuẩn đồng dạng cơ bản trong trao đổi nhiệt đối lưu n Tiêu chuẩn Nusselt (Nu) đặc trưng cho cường độ trao đổi nhiệt n Tiêu chuẩn Reynolds (Re) n Tiêu chuẩn Grashof Gr n Tiêu chuẩn Prandtl (Pr) đặ trưng cho tính chất vật lý của chất lỏng. L(m)-Kích thước xác định bề mặt toả nhiệt; b(1/K)-Hệ số dãn nở vì nhiệt của chất lỏng, đối với khí lý tưởng b=1/T n Quan hệ giữa các tiêu chuẩn: C,m,n,p các hằng số xác định bằng thực nghiệm. 43
  44. 2.4 TOẢ NHIỆT KHI SÔI VÀ NGƯNG n Trao đổi nhiệt khi sôi là một quá tình quan trọng nó xẩy ra trong lò hơi, lò phản ứng hạt nhân. n Toả nhiệt khi sôi: Hệ số trao đổi nhiệt khi nước sôi trong điều kiện thể tích không hạn chế 44
  45. n Toả nhiệt khi ngưng: q Mật độ dòng nhiệt: q Độ dầy màng nước ngưng tại thiết diện x trong điều kiện dòng chẩy tầng q Hệ số toả nhiệt trung bình đối với chiều cao H của vách: Các hằng số vật lý l hệ số dẫn nhiệt của giọt nước ngưng tụ, mật độ chất lỏng,m hệ số độ nhớt động học lấy theo giá trị nhiệt trung bình: tCP=(tH- tC)/2 .a hệ số toả nhiệt a=l/d, x khoảng cách từ mép vách tới điểm xác định độ dầy màng, r nhiệt ngưng tụ hơi q Đối với ống nằm ngang có đường kính dn, thay m/g=v 45
  46. 2.5 TRAO ĐỔI NHIỆT BỨC XẠ n Khi nung nóng một vật, nhiệt năng chuyển thành năng lượng bức xạ => năng lượng bức xạ đập vào (được hấp thụ) một vật phụ thuộc vào bản chất vật đó, hình dạng và trạng thái bề mặt của nó. Q QR QR Q=QR+QA+QD Hay QR/Q+QA/Q+QD/Q=R+A+D=1 QA QA R-Hệ số phản xạ của vật Q A-Hệ số hấp thụ D D-Hệ số xuyên qua (thẩm thấu) của vật n Vật phản xạ hoàn toàn các tia bức xạ (vật trằng):R=1;A=D=0 n Vật hấp thụ hoàn toàn năng lượng bức xạ ( vật đen tuyệt đối):A=1;R=D=0 n Vật cho hoàn toàn các tia đập tới xuyên qua (vật thẩm thấu): D=1;A=R=0 46
  47. Các định luật cơ bản của bức xạ nhiệt n Định luật Plank: Sự phân bổ năng lượng bức xạ bởi vật đen tuyệt đối. Trong đó: 2 E0-Cường độ phổ bức xạ của vật đen tuyệt đối, W/m ;-chiều dài bước sóng, -16 2 2 m; T-Nhiệt độ tuyệt đối của vật, K; C1=3,68.10 W/m ; C2=1,67.10 m.K n Định luật VinK: MAXT=2,9 mm.K n Định luật Stefan-Bozmann.Toàn bộ năng lượng bức xạ bởi 1m2 bề mặt vật đen tuyệt đối E0 đối với tất cả các bước sòng (l=0 ) được xác định: Với hệ số bức xạ vật đen tuyệt đối 47
  48. Các định luật cơ bản của bức xạ nhiệt n Định luật Stefan-Bozmann đối với vật xám 8 Hệ số bức xạ: của vật đen tuyết đối C0=o.10 và độ đen vật bất kỳ e=E/E0 n Định luật Kirchkoff tỉ số giữa năng suất bức xạ và hệ số hấp thụ của các vật đục chỉ phụ thuộc và nhiệt độ và luôn bằng năng suất bức xạ của vật đen tuyệt đối có cùng nhiệt độ: Đối với bức xạ đơn sắc Độ đen của vật có trị số bằng hệ số hấp thục của nó e=A 48
  49. Trao đổi nhiệt bức xạ giữa hai bề mặt n Trao đổi nhiệt giữa hai bề mặt song song diện tích F xác định bẳng biểu thức: Trong đó: Độ đen qui dẫn T1,T2 nhiệt độ các tấm phẳng 49
  50. Trao đổi nhiệt bức xạ của chất khí n Năng lượng bức xạ của chất khí Trong đó với các bon n=3,5 và với nước n=3 n Khả năng bức xạ chất khí so với bức xạ của vật đen tuyệt đối ek-độ đen của chất khí P-Áp suất chung bình của chất khí S-Chiều dầi trung bình của tia bức xạ k-Hệ số biểu thị đặc tính bức xạ đơn sắc (Phụ thuộc bản chất từng chất khí) n Lượng nhiệt trao đổi bức xạ giữa khí với bề mặt bao quanh. Trong đó e’c=(ec+1) - độ đen hiệu dụng bề mặt vách -hệ số hiệu chỉnh(Với khí bụi =1); Tk-nhiệt độ trung bình chất khí; Nhiệt độ trung bình bề mặt vách 50
  51. 2.6 TRUYỀN NHIỆT n Truyền nhiệt qua vách phẳng nhiều lớp q Lượng nhiệt truyền từ môi chất nóng tới bề mặt bên trong khi không có bức xạ được tính t1 q= 1(t1-tc1)= (t1-tc1)/R1 A -Hệ số toả nhiệt từ môi chất nóng t 1 c1 tc2 tới bề mặt trong vách tc3 R -Nhiệt trở tc4 1 Q q Mật độ dòng nhiệt q Giá trị nhiệt trở tổng cộng    0 1 2 3 d d d3 x R=R1+R’2 +R’’2 +R’’2 + +Rn 1 2 t2 Trong đó: R1=1/ 1-Nhiệt trở khi truyền nhiệt từ môi chất nóng tới bề mặt trong vách.R’2=d1/1-Nhiệt trở của lớp đầu tiên của vách K, W/(m2.k) là hệ số truyền nhiệt 51
  52. Truyền nhiệt qua vách trụ n Đối với vách trụ có chiều dài l, đường kính trong d1, đường kính ngoài d2, phương trình mật độ dòng điện 1m: z q Truyền nhiệt đối lưu: t q Truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt c1 r1 t c2 r x 2 d => r Trong đó hệ số truyền nhiệt tuyến tính Nghịch đảo k1ta có R1=1/k1 là nhiệt trở tuyến tính. 52
  53. CHƯƠNG 3 CƠ SỞ THUỶ VĂN VÀ THUỶ LỰC CỦA THUỶ NĂNG 53
  54. 3.1 THUỶ TĨNH HỌC n Thuỷ tĩnh học là một bộ phận của thuỷ lực học nghiên cứu các quy luật cân bằng của chất lỏng không chuyển động và xem xét ứng dụng thực tế các qui luật này. n Tại mỗi điểm của thể tích chất lỏng ở trạng thái cân bằng quan sát thấy một áp suất cố định và được gọi là áp suất thuỷ tĩnh. q Tính chất: Hướng theo phương pháp tuyển trong tới diện tích nó tác động và không phụ thuộc vào vih trí diện tích này trong không gian q Áp suất thuỷ tĩnh toàn phần: p=p0+ gh P0-Áp suất ngoài tác động nên bền mặt tự do chủa chất lỏng,Pa. R-Tỷ trọng của chất lỏng, kg/m3. H-Độ sâu nhúng,m. g-gia tốc rơi tự do,m/c2. gh- là áp suất dư, hay áp suất cột chất lỏng. (Khi P0 là áp suất khí quyển thì áp suất dư gọi là áp lực) 54
  55. Áp suất thuỷ tĩnh tại một điểm Giả sử: Có bình chứa nước áp suất p0. P0 Đặt trên mặt phẳng 0-0. h Bề mặt chất lỏng cách mặt phẳng z0. Z Với điểm A ở độ sâu h, 0 A và cách bề mặt chất lỏng z. Z q Áp suất toàn phần tại A: p=p + g(z -z) => 0 0 0 0 p/ g + z= p0/ g + z0= Hc=const q p/ g-Chiều cao đo áp, chiều cao cột chất lỏng trên điểm đang xét,m. q Hc-Áp lực thuỷ tĩnh,m. 55
  56. Áp lực chất lỏng lên bề mặt phẳng Xét trường hợp tổng quát: Một mp tiết diện v, lệch so với phương ngang 1 góc và trùng với trục toạ độ y.Với một phần tử diện tích dv// trục x. q Áp lực lên toàn bộ diện tích:dp=(p + gh)dv 0 0 h h0 yc hc y0 y q Trong đó là mômen tĩnh của tiết v dv diện v ứng với trục x. dT x (y0 khoảng cách tới trọng tâm tiết diện) y q Áp lực chất lỏng lên bề mặt phẳng bằng tích giá trị diện tích với áp suất thuỷ tĩnh ở trọng tâm H0-Độ sâu của trọng tâm diện tích 56
  57. Một số khái niệm khi nghiên cứu dòng chảy n Diện tích tiết diện thực (sống) của dòng chảy là diện tích tiết diện dòng chảy v nằm vuông ngóc với vách dọc của dòng chảy (vuông góc với hướng chuyển động của chất lỏng)  n Chu vi ướt  là chiều dài đoạn chu vi tiết diện thực mà dòng chảy tiếp xúc với vách ngăn giới hạn. v n Bán kính thuỷ lực R là tỷ lệ tiết diện thực và chu vi ướt R=v/ . Nó cho biết độ lớn tiết diện thực trên một  đơn vị chiều dài chu vi ướt. n Lưu lượng dòng chảy Q là lượng chất lỏng chảy qua v một tiết diện ngang trong một đơn vị thời gian,L/s;m3/s. n Vận tốc trung bình dòng chảy v(m/s) là tỷ lệ giữa lưu lượng chất lỏng trên tiết diện thực; v=Q/v 57
  58. 3.2 THUỶ ĐỘNG HỌC n Thuỷ động học là một bộ phận của thuỷ lực học nghiên cứu các quy luật chuyển động của chất lỏng. n Trạng thái chất lỏng được xác định bởi: q Vận tốc chuyển động của các phần tử: Bức tranh vận tốc vào một thời điểm trong không gian chất lỏng gọi là trường vận tốc. q Áp suất thuỷ động : Bức tranh áp suất gọi là trường áp suất. Áp suất thuỷ động được xác định như lực tác động giữa các phần tử của chất lỏng trên một đơn vị diện tích. 58
  59. Chuyển động xác lập và không xác lập n Chuyển động xác lập là chuyển động của chất lỏng với vận tốc và áp suất tại mỗi điểm trong chất lỏng không đổi theo thời gian. v=v(x,y,z) p=p(x,y,z) Chuyển động chất lỏng trong hình trụ với lưu lượng không đổi, dòng chảy của nước trong kênh có tiết diện cố định và độ sâu dòng chẩy không đổi n Chuyển động không xác lập là chuyển động của chất lỏng với tiết diện thực và vận tốc thay đổi v=v(x,y,z,t) p=p(x,y,z,t) Chuyển động chất lỏng từ bể ra khi có độ cao thay đổi, chuyển động nước trong hạ lưu nhà máy thuỷ điện khi chế độ làm việc thay đổi 59
  60. Các phương trình cơ bản của thuỷ lực n Phương trình liên tục (pt cơ bản thứ nhất): Khảo sát một số tiết diện theo chiều dài dòng chảy với lưu lượng không đổi: Q=v1.v1= v2.v2= =const => v1 /v2=v2/v1 vận tốc trung bình tỷ lệ nghịch với diện tích tiết diện n Phương trình Becnuli (pt cơ bản thứ hai):là phương trình thiết lập sự phụ thuộc giữa áp suất và vận tốc tại các tiết diện khác nhau của dòng chảy. Trong đó: z1,z2-độ cao trên mp so sánh của các điểm có áp suất p1,p2; p1/ g và p2/ g-độ cao đo áp hay năng lượng áp lực; v1/2g và v2/2g-cường độ động năng của chất lỏng tại các điểm khảo sát (độ chênh vận tốc); Hd-Áp lực thuỷ động. (Phương trình này chỉ đúng với chất lỏng lý tưởng) 60
  61. Phương trình Becnuli đối với dòng chảy chất lỏng thực Khi chất lỏng thực có độ nhớt, lực ma sát => Hd sẽ giảm theo hướng chuyển động. q Tại tiết diện 2 áp lực giảm một lượng h1-2. 1 2 q Ngoài ra cần đưa thêm hệ số độ chênh vận tốc (hệ số Kriôlis) . C C a thường trong khoảng 1,045-1,10 B => Khi đó phương rình Becnuli dòng B A chẩy chất lỏng thực có dạng: v1 v1 v2 z1 A v2 z 0 2 0 61
  62. Độ nghiêng thuỷ lực n Độ nghiêng thuỷ lực đặc trưng cho sự thay đổi tương đối độ chênh toàn phần trên một đơn vị chiều dài dòng chảy. Giá trị trung bình của độ nghiêng thuỷ lực trên một đoạn dòng chảy l là: Trong đó: n Độ nghiêng hình học: n Độ nghiêng đo áp: 62
  63. Mối tương quan tổn hao độ chênh, vận tốc chuyển động chất lỏng và thông số ống dẫn n Công thức Vaixơbát: Xác định tổn hao cục bộ n Công thức Darsy: Xác định tổn hao theo chiều dài trong ống trụ Tổn hao theo chiều dài ống ,-hệ số tổn hao dọc ống và cục bộ V2/2g- độ chênh vận tốc V-vận tốc trung bình của dòng chảy trên tiết diện Tổn hao cục bộ d,R-đường kính ống và bán kính thuỷ lực. 63
  64. 3.3 MỘT SỐ VẤN ĐỀ THUỶ VĂN SÔNG NGÒI n Lưu lượng nước Q là lượng nước chảy Q trong 1 giây qua một tiết diện ngang Qmax dòng chảy, đơn vị m3/s. n Dòng chảy W là tổng thể tích nước chảy qua một tiết diện ngang của dòng chảy QTB được tính từ thời điểm ban đầu t0 đến thừi điểm 3 3 Q cuối tk và được đo bằng m hoặc km min t I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII n Định mức dòng chảy W0 là dòng chảy trong một năm được tính trung bình qua nhiều năm và đo bằng m3 hoặc km3: n Định mức lưu lượng nước Q0 là lưu lượng tính trung bình qua nhiều năm được đo bằng m3/s và liên hệ với định mức dòng chảy theo biều thức 64
  65. 3.3 MỘT SỐ VẤN ĐỀ THUỶ VĂN SÔNG NGÒI n Môđun dòng chảy M là lượng nước chảy qua một tiết diện ngang trong một giây (l/s) trên một đơn vị diện tích nước, đơn vị l/s.km2. n Hệ số môđum Ki là tỷ số dòng chảy sao một thời gian nào đó Wi (hay lưu lượng nước trong khoảng thời gian đó Qi) trên một mức dòng chảy W0 (hay định mức lưu lượng) tương ứng. 65
  66. 3.4 CÔNG CỦA DÒNG CHẢY, SƠ ĐỒ TẬP TRUNG CỘT ÁP n Công suất thế năng của dòng nước là công sinh ra bởi nước chảy với lưu lượng Q trong thời gian 1 giây. Đơn vị W hoặc J/s. -Khối lượng riêng của nước, kg/m3; g-gia tốc rơi tự do, m/s2;Q-lưu lượng nước, m3/s; H-cột áp (độ chênh), m. n Khi có tính đến tổn hao lưu lượng và cột áp thì công suất được tính -Hiệu suất của các thiết bị thuỷ năng. n Năng lượng của dòng E (kW.h) được xác định bằng công nhân thời gian t 66
  67. Tập trung cột áp II I Zthl H Đường Hđs I tích Hnm nước Hạ lưu Đáy sông Zhl Mực nước tự nhiên II Sơ đồ tập trung cột áp bằng độ chênh 67
  68. PHẦN II THIẾT BỊ NĂNG LƯƠNG CHƯƠNG 4 LÒ HƠI VÀ NHIÊN LIỆU 68
  69. 4.1 LÒ HƠI n Lò hơi kiểu tuần hoàn tự nhiên q 1- bơm; 2- bộ phận hâm nhiệt; 3- 3 thùng chứa; 4- ống hạ xuống (dẫn 7 nước); 5- cổ góp; 6- ống sinh hơi 2 (bay hơi); 7- thiết bị quá nhiệt hơi 4 6 q Bội số tuần hoàn là tỷ số giữa lượng nước Gn(kG) và lượng hơi 1 5 sinh ra Gh(kG) K=Gn/Gh Trong lò hơi tuần hoàn tự nhiên K=530 69
  70. 4.1 LÒ HƠI n Lò hơi kiểu tuần hoàn cưỡng 3 bức 7 1- bơm; 2- bộ phận hâm nhiệt; 3- thùng chứa; 4- ống hạ xuống (dẫn 2 4 nước); 5- cổ góp; 6- ống sinh hơi 6 8 (bay hơi); 7- thiết bị quá nhiệt hơi; 8 - bơm tuần hoàn cưỡng bức. 1 5 Trong lò hơi tuần hoàn cưỡng bức K=310 70
  71. 4.1 LÒ HƠI n Lò hơi kiểu thuận dòng 1- bơm; 2- bộ phận hâm nhiệt; 4- 7 5 ống hạ xuống (dẫn nước); 5- cổ góp; 6- ống sinh hơi (bay hơi); 7- 2 4 thiết bị quá nhiệt hơi; 6 Trong lò hơi tuần hoàn cưỡng bức K=1 1 5 71
  72. Các đặc tính cơ bản của lò hơi n Năng suất tạo hơi - hay công suất hơi D (t/h) là lượng hơi sinh ra bởi nồi hơi trong thời gian một giây. Tính toán nồi hơi được thực hiện với năng suất định mức Dđm, đây là giá trị tải trọng lớn nhất mà nồi hơi có thể thực hiện trong thời gian dài mà không bị giảm các chỉ tiêu kinh tế với loại nhiên liệu đã tính toán. n Thông số của hơi quá nhiệt đựơc đặc trưng bởi giá trị áp suất và nhiệt độ ở ống góp đầu ra của thiết bị quá nhiệt hơi. Nhiệt độ của hơi quá nhịêt cần phải giữ cố định trong quá trình vận hành 72
  73. 4.2 NHIÊN LIỆU Phân loại và thành phần nhiên liệu n Theo trạng thái của nhiên liệu có nhiên liệu rắn lỏng và khí.Theo phương thức khai thác có nhiên liệu tự nhiên và nhiên liệu nhân tạo. n Thành phần của nhiên liệu gồm: các bon C, hyđrô H, lưu huỳnh S, ôxy O và nitơ N. Ngoài ra còn có nước W, một số chất không cháy (chất khoáng) A mà khi cháy nó sẽ tạo thành tro. n Nhiên liệu cấp cho nhà máy điện có thành phần khối lượng sau: n Khí tự nhiên (hỗn hợp khí cháy và không cháy) có thành phần cơ bản: mê tan CH4 (90 -98 %) các hợp chất các bon nặng CmHn (1- 6 %). ni tơ N2 (1- 4 %). 73
  74. Các đặc trưng kỹ thuật của nhiên liệu n Nhiệt lượng cháy Là lượng nhiệt sinh ra khi cháy hoàn tòan 1 kg (đối với nhiên liệu rắn hoặc lỏng) hoặc 1 m3 (đối với khí) nhiên liệu Nhiệt lượng cháy càng lớn thì lượng nhiên liệu cần càng ít khi năng suất hơi của nòi hơi không đổi. n Độ tro: Nhiên liệu hóa thạch ở thể rắn hoặc lỏng có chứa một số chất khoáng không cháy (đát sét Al2O3. 2SiO2.2H2O, cát SiO2, pirit sắt FeO2) Khi nhiên liệu cháy các chất khoáng cặn này trải qua một loạt các biến đổi và biến thành tro. Độ tro càng lớn làm giảm nhiệt lượng cháy, tang chi phí n Độ ẩm. Độ ẩm cao của nhiên liệu sẽ ảnh hưởng : giảm nhiệt lượng cháy, tăng khối lượng nhiên liệu, tăng chi phí vận chuyển nhiên liệu, tăng thể tích sản phảm cháy và tổn thất nhiệt lượng qua khí thải, tăng năng lượng điện cho hoạt động của động cơ máy hút khói, n Các chất bay lên. Khi nung nóng không có không khí, nhiên liệu rắn sẽ phân chia thành phần khí gọi là các chất bay lên (hơi nước, hỗn hợp cháy CO, H2,CmHn , hỗ hợp không cháy CO2,N2 ) và phần chất rắn còn lại gọi là cốc. n Độ nhớt. Đối với nhiên liệu lỏng (dầu ma dút), đặc tính kỹ thuật quan trọng là độ nhớt. Độ nhớt phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ, độ nhớt tăng khi nhiệt độ giảm và nó liên quan tới độ đậm đặc kết dính của nhiên liệu. 74
  75. Các đặc tính cơ bản của khí tự nhiên n Khả năng phát nổ. Hỗn hợp khí cháy và không khí với một tỷ lệ phần trăm nhất định khi có ngọn lửa có thể phá nổ. Đối với khí tự nhiên, giới hạn bắt lửa dưới và trên là 4,5 và 13,5% theo thể tích. Giới hạn bắt lửa rộng nhất là hiđrô (từ 4,1 đến 74%), CO (12,5 đến 74%, axêtilen (2,5 đến 80%). n Độc tính. Là khả năng của khí cháy tạo ra sự nhiễm độc. Thành phần nguy hiểm nhất là CO và H2S. Nồng độ giới hạn cho phép CO trong không khí là 0,03 mg/l, với H2S là 0.01 mg/kg. n Nhiên liệu quy ước. Nhiên liệu quy ước là nhiên liệu mà nhiệt lượng cháy một khối lượng của nó bằng Qq.u = 29,33 MJ/kg (7000 KKal/kg). Nó là cơ sở để so sánh hiệu quả sử dụng nhiên liệu trong các nồi hơi khác nhau, để lập kế hoạch khai thác và tiêu thụ nhiên liệu trong tính toá. Mỗi loại nhiên liệu sẽ có tương đương nhiệt: Tiêu hao nhiên liệu quy ước Bq.u và nhiên liệu thực tế B được được thể 75
  76. 4.3 VẬN CHUYỂN NHIÊN LIỆU TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN n Cấp nhiên liệu nhà máy điện dùng than bột Kho nhiên liệu Máy nghiền Phễu than 3 nhiên liệu của lò hơi 1 4 5 6 Cung cấp nhiên liệu 2 Cơ cấu vận chuyển nhiên liệu Thiết bị nhận n Cấp nhiên liệu cho nhà máy điện chạy dầu-khí Thiết bị Bơm Chuẩn bị Bơm cấp nhận - rót Bể chính Đưa đến vòi mazut mazut đốt chạy mazut dầu (mazut) 2 1 3 4 5 Đường ống khí Trạm điều chỉnh khí Đưa đến vòi Chuẩn bị khí đốt chạy khí 6 7 8 76
  77. 4.4 SẢN PHẨM CHÁY TRONG QUÁ TRÌNH CHÁY NHIÊN LIỆU n Thành phần sản phẩm cháy: q Sản phẩm cháy: N2, RO2 (RO2 = SO2 +CO2), H2O, O2 dư q Hệ số dư không khí o =Vkk/V kk Trong đó: Vkk: lượng không khí thực tế o V kk:lượng không khí lý thuyết 0 0 0 =1 Thể tích sản phẩm cháy gồm: V N2, V RO2, V H2O 0 0 0 0 >1 Thể tích sản phẩm cháy gồm: V N2, V RO2, V H2O và V 02 77
  78. 4.4 SẢN PHẨM CHÁY TRONG QUÁ TRÌNH CHÁY NHIÊN LIỆU n Entanpi của sản phẩm cháy q Khí ba nguyên tử: q Nitơ q Hơi o o IRO2, I N2 và I H2O - entalpy của thể tích lý thuyết sản phẩm cháy 3 nguyên tử và 2 3 o o nguyên tử và hơi nước, MJ/kg hoặc MJ/m ; VRO2, V N2 và V H2O - thể tích lý thuyết sản phẩm cháy tương ứng, m3/kg hoặc m3/m3; - nhiệt độ sản phẩm cháy, oC; c- nhiệt dung theo thể tích của sản phẩm cháy với nhiệt độ đã cho, MJ/m 3.K q Nước c- nhiệt dung thể tích không khí khi nhiệt độ các sản phẩm cháy là , MJ/m3.K q Entalpy tổng của thể tích lý thuyết các sản phẩm cháy sẽ là q Entalpy thể tích thực tế các sản phẩm cháy ( >1) phụ thuộc, ngoài ra, vào hệ số dư không khí 78
  79. 4.5 HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU n Cân bằng nhiệt: Nhiệt phân bổ = nhiệt sử dụng + nhiệt tổn thất tt Q p=Q1+(Q2+Q3+Q4+Q5+Q6) Danh mục Tổn thất nhiệt tuyệt Tổn thất nhiệt Tổn thất đối, MJ/kg hoặc tương đối, % q, % MJ/m3 Tổn thất theo khói thoát Q2 q2 4-7 Tổn thất do không cháy hết nhiên liệu (hóa học) Q 3 q 3 0-1,5 Tổn thất do không cháy hết nhiên liệu (cơ học) Q4 q4 0,5-5 Tổn thất do lò hơi bị làm mát từ bên ngoài Q5 q5 0,2-0,5 Tổn thất từ nhiệt vật lý trong tro xỉ từ lò hơi Q6 q6 0-2 100= q1+q2+q3+q4+q5+q6 79
  80. Hiệu suất n Nhiệt năng sử dụng được tính Trong đó D- năng suất hơi của lò hơi, kg/h; Dq.nh.tg- Lưu lượng hơi qua thiết bị quá nhiệt trung gian, kg/h; Dx.n- Lưu lượng nước xả, kg/h; iq.nh, i', in.c - Entalpy riêng của hơi quá nhiệt, nước lò và nước cấp với nhiệt độ và áp ra vao suất tương ứng, MJ/kg; i q.nh.tg, i q.nh.tg - Entalpy riêng của hơi tại đầu vào và đầu ra của thiết bị quá nhiệt với nhiệt độ và áp suất tương ứng, MJ/kg; B - Tiêu hao nhiên liệu, kg/h (hoặc m3/h). n Hiệu suất thô của lò hơi có tính đến tổn thất n Hiệu suất tinh của lò hơi 80
  81. 4.6 SỰ ĐỐT CHÁY NHIÊN LIỆU VÀ TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG LÒ ĐỐT CỦA NỒI HƠI n Vòi đốt nhiên liệu 3.Xoắn không I.Hỗn hợp khí-bột than khí cấp 2 4.Ống lót 2.Xoắn không 5.Vòi phun khí cấp 1 II.Cấp không mazút khí cấp 2 1.Ống dẫn bột-khí Một số dạng bố trí các vòi đốt trên tường của buồng đốt Ở góc theo Bố trí chính 2 mặt trước Ở góc Trên trần 2 bên cạnh tiếp tuyến diện -sau đối nhau 81
  82. Buồng đốt nhiên liệu Lối ra sản phẩm cháy Các ống Vòi đốt treo H bột than b.đốt H Gờ khí b.đốt động học Hm.đốt Phễu lạnh m.đốt H Buồng đốt than (thải xỉ rắn) Buồng đốt dầu - khí 82
  83. Trao đổi nhiệt trong buồng đốt n Trong buồng đốt đồng thời diễn ra hai quá trình: cháy nhiên liệu sinh nhiệt và truyền nhiệt cho các vách. q Lượng nhiệt sinh ra: Qkk - lượng nhiệt không khí đem theo vào buồng đốt, kJ/kg; r.It.t.h - nhiệt lượng của khí tái tuần hoàn; It.t.h - entanpi của khí trích từ luồng khí để đi tái tuần hoàn, kJ/kg; r- lượng (tỷ lệ) khí trích để tái tuần hoàn. q Lượng nhiệt bức xạ: Qbx- nhiệt lượng thu bởi các vách nung nóng, KW; Fv- diện tích các mặt tường bao 2 buồng đốt, m ; T- nhiệt độ trung bình sản phẩm cháy trong buồng đốt, K; Tđn- nhiệt độ đoạn nhiệt, K; Tsph'' - nhiệt độ sản phẩm cháy ở lối ra buồng đốt, K; (VC)tb - nhiệt dung trung bình của sản phẩm cháy khoảng (Tdn - Tsph'' ), kJ/(kg.K); 2 4 Co - hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối, kW/(m .K ); bd- độ đen của buồng đốt; Bp- lưu lượng (tiêu hao) nhiên liệu trong một giây, kg/s; - hệ số giữ nhiệt. 83
  84. 4.7 BỀ MẶT MỨC XẠ VÀ TÍNH TOÁN THUỶ LỰC CÁC BỀ MẶT BỨC XẠ n Phân bố nhiệt giữa các bề mặt nung nóng Cấu trúc kiểu  Cấu trúc kiểu T 84
  85. TÍNH TOÁN THỦY LỰC VÁCH BUỒNG ĐỐT NỒI HƠI TUẦN HOÀN TỰ NHIÊN ith.chua = (i' - i''h.n)/K - sự thay đổi entanpi của nước sôi trên một đơn vị chiều cao, kJ/(kg.m); po.x - trở kháng thủy lực của ống dẫn hhoi xuống, Pa. H h hn Đoạn hâm nhiệt 85
  86. Nhiệt lượng trao đổi n Nhiệt lượng trao đổi trên đoạn hâm nhiệt Qt.hoan-Nhiệt lượng vòng tuần hoàn, kJ/kg; H-chiều cao được nung nóng của vòng tuần hoàn, m. n Nhiệt lượng cần truyền cho nước trong đoạn hâm nhiệt trong 1 đơn vị thời gian để đun nóng nó tới nhiệt độ sôi. => Chiều cao đoạn hâm nhiệt: 86
  87. TÍNH TOÁN THỦY LỰC VÁCH BUỒNG ĐỐT NỒI HƠI KIỂU THUẬN DÒNG Bố trí các ống vách nồi hơi kiểu thuận dòng Kiểu nối tiếp Kiểu song song Vách nồi hơi công suất lớn 1- các vách thẳng đứng; 2-các ống dẫn xuống; 3- cụm nút hỗn hợp 87
  88. Độ giảm áp ( p) n Độ giảm áp tuàn phần trong ống nung nóng: p= pm.s+ pc.bo+ pg.toc+ pth.chuan Trong đó:∆pm.s- trở kháng ma sát, Pa; ∆pc.bo - tổn thất áp suất do trở kháng cục bộ, Pa; ∆pg.toc- tổn thất áp suất do gia tốc dòng chảy; ∆pth.chuan- thành phần trở kháng thủy chuẩn (khi dòng chảy lên có giá trị dương, khi dòng chảy xuống có giá trị âm). q Độ giảm áp trong nồi hơi có ống nằm ngang: p= pm.s+ pc.bo= pth.luc q Độ giảm áp trong nồi hơi có ống lên xuống p= pth.luc pth.chuan 88
  89. Trở kháng toàn phần khi có độ hâm nhiệt Trở kháng toàn phần: vo,io v',i';x=0 vx,ix;x'' tvao<t' lhn lb.hoi l Thể tích riêng trên đoạn hâm nhiệt: Thể tích riêng hỗn hợp nước-hơi: Độ khô x ở tiết diện ra của ống: Chiều dài độ hâm nhiệt: 89
  90. 4.8 BỀ MẶT NUNG NÓNG ĐỐI LƯU VÀ BỨC XẠ n Thiết bị quá nhiệt hơi: 3 4 2 1 Bề mặt nung nóng Bề mặt nung nóng Bề mặt nhận nhiệt đối lưu kiểu thẳng đối lưu kiểu nằm bức xạ. 1-Hệ thống đứng ngang ống kiểu phẳng, 2-ống kẹp giữ, 3và4-Ống góp đầu vào và đầu ra 90
  91. Sơ đồ nối các thành phần của thiết bị hơi áp suất cao Vách trần Tấm nhận nhiệt bức xạ Nhóm đối lưu 91
  92. Thiết bị hâm nóng không khí n Thiết bị làm nóng không khí kiểu ống: 1-Đầu vào không khí lạnh 2-Đầu ra không khí nóng n Thiết bị nung nóng không khí kiểu hoàn nhiệt quay 1-Rôto; 2-Thân cố định; 3-Tấm đệm; 4- Bánh răng lớn; 5-Bánh răng nhỏ; 6-Độ giảm tốc; 7-Động cơ điện; BT và BD tấm phía trên và dưới ngăn cách dòng khí cháy và không cháy 92