Tuabin hơi và thiết bị phụ trợ
Trong nhà máy nhiệt điện ngưng hơi, cùng với lò hơi, tuabin là thiết bị chính đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất điện của nhà máy. Cũng như lò hơi, sự an toàn và tính kinh tế trong vận hành tua bin sẽ quyết định đến hiệu quả hoạt động của toàn nhà máy. » Xem thêm
Tóm tắt nội dung tài liệu
- NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VŨNG ÁNG 1 (1.200MW) CHƢƠNG 5
Tuabin hơi và thiết bị phụ trợ
1. Tổng quan
Trong nhà máy nhiệt điện ngƣng hơi, cùng với lò hơi, tuabin là thiết bị chính đóng vai trò
quan trọng trong quá trình sản xuất điện của nhà máy. Cũng nhƣ lò hơi, sự an toàn và tính
kinh tế trong vận hành tua bin sẽ quyết định đến hiệu quả hoạt động của toàn nhà máy. Vì
vậy, công nghệ tuabin đƣợc lựa chọn phải đảm bảo có hiệu suất cao, tính khả dụng lớn, bảo
dƣỡng dễ dàng và chi phí vận hành và bảo dƣỡng thấp. Bên cạnh đó, thiết bị tuabin đƣợc
chọn cũng phải đảm bảo không có bất kỳ vấn đề gì về vận hành ở mọi chế độ tải mà hệ
thống yêu cầu. Để đảm bảo đƣợc các yêu cầu nêu trên, cần lựa chọn các thiết bị tiên tiến đã
đƣợc kiểm nghiệm qua thực tế.
Với quy mô công suất 1.200MW nhà máy nhiệt điện Vũng Áng 1 là một nguồn nhiệt
điện quan trọng trong hệ thống điện quốc gia. Do đó không chỉ thiết bị tuabin mà toàn bộ các
hạng mục trong nhà máy phải đƣợc thiết kế trên cơ sở đáp ứng đƣợc các yê cầu nghiêm ngặt
về:
- Hiệu suất nhiệt cao
- Thiết bị có độ tin cậy cao
- Linh hoạt trong vận hành
Dƣới đây trình bày chi tiết việc lựa chọn thiết bi tuabin cho nhà máy.
2. Lựa chọn thiết bị tuabin cho nhiệt điện Vũng Áng 1
Tuabin dùng cho nhà máy nhiệt điện Vũng Áng 1 là loại tuabin ngƣng hơi, có gia nhiệt
hồi nhiệt nƣớc cấp, có quá nhiệt trung gian. Đặc tính kỹ thuật của tuabin đƣợc lựa chọn trên
cơ sở phân tích, so sánh tối ƣu các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật.
Dƣới đây sẽ trình bầy cụ thể các nhân tố liên quan đến việc chọn lựa thiết bị tuabin cho
Dự án nhiệt điện Vũng Áng 1 trên cơ sở thông số hơi đƣợc chọn.
2.1. Lựa chọn cấu hình tuabin
DỰ ÁN ĐẦU TƢ P1-T1
- NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VŨNG ÁNG 1 (1.200MW) CHƢƠNG 5
Với công suất định mức của tuabin là 600MW, trên thế giới hiện nay có rất nhiều loại
tuabin do các hãng khác nhau chế tạo. Về mặt cấu hình tuabin có thể tham khảo một số dạng
sau (hình vẽ số 1 và số 2).
Thông thƣờng, các tổ máy có công suất cỡ ≥300MW thì bản thể tuabin đƣợc chia thành:
Thân tuabin cao áp, Thân tuabin trung áp, Thân tuabin hạ áp. Đây cũng là xu hƣớng chung
trong việc chế tạo tuabin của các hãng nổi tiếng thế giới hiện nay. Với triết lý thiết kế nhƣ
vậy cho phép chế tạo tuabin keo từng môđun đảm bảo phù hợp giữa lợi ích kinh tế và vận
hành. Thông số hơi chính và hơi tái nhiệt, số cửa trích hơi, áp suất hơi trích, v.v có thể đƣợc
chọn trong một dải rộng.
Rôto thân tuabin cao áp và trung áp có thể cùng khối hay độc lập. Phần trung áp có thể có
cấu trúc một dòng xả hay hai dòng xả. Tuỳ thuộc vào đặc điểm cụ thể của từng dự án, tuỳ
thuộc vào công nghệ chế tạo của nhà sản xuất, phụ thuộc vào thông số hơi đầu và thông số
hơi cuối của tuabin hạ áp mà thân tuabin có thể gồm một hoặc hai phần, mỗi phần đều có
cấu trúc hai dòng xả.
Đối với các tổ máy có công suất cỡ 600MW, phổ biến áp dụng hai dạng cấu hình chính:
Cấu hình 1: 01 Thân cao áp/01 Thân trung áp/01 Thân hạ áp
Ƣu điểm chính của cấu hình này là diện tích chiếm chỗ nhỏ, thuận tiện trong bố trí
mặt bằng do chỉ có một thân hạ áp. Tuy nhiên cấu hình tuabin kiểu này đòi hỏi tiết diện phần
thoát hơi của tuabin lớn, chiều dài cánh tầng cuối lớn. Do đó nhiều yêu cầu về vật liệu chế
tạo cánh cũng nhƣ công nghệ chế tạo cánh. Mặt khác chiều dài cánh tuabin lớn không có lợi,
dễ gây ra các sự cố trong vận hành tuabin.
Cấu hình 2: 01 Thân cao áp/01 Thân trung áp/02 Thân hạ áp
Nhƣợc điểm cơ bản của cấu hình tuabin kiểu này là diện tích chiếm đất lớn, công tác
bố trí mặt bằng khó khăn hơn do thân tuabin hạ áp gồm hai phần. Tuy nhiên để khắc phục
đƣợc các bất lợi trong cấu hình tuabin 1 do sử dụng cánh tuabin có chiều dài lớn, ngƣời ta áp
dụng mẫu tuabin có cấu hình 2. Trong trƣờng hợp này, tiết diện thoát hơi của tuabin sẽ nhỏ
hơn, do đó chiều dài các cánh tầng cuối sẽ nhỏ hơn so với mẫu tuabin trong cấu hình 1.
DỰ ÁN ĐẦU TƢ P1-T1
- NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VŨNG ÁNG 1 (1.200MW) CHƢƠNG 5
Đối với dự án này, công suất tổ máy là 600MW, với điều kiện về thông số hơi mới dự
kiến áp dụng và thông số hơi thoát (tƣơng ứng với chân không bình ngƣng) có thể phù hợp
áp dụng cả hai dạng cấu hình tuabin trên. Tuy nhiên để tránh các bất lợi do sử dụng cánh
tuabin có chiều dài lớn, tƣ vấn kiến nghị áp dụng cấu hình 2.
Nhƣ vậy cấu hình tuabin dự kiến áp dụng cho nhiệt điện Vũng Áng 1:
- 01 Thân cao áp
- 01 Thân trung áp (một dòng xả hoặc hai dòng xả tuỳ nhà chế tạo)
- 02 thân hạ áp hai dòng xả
DỰ ÁN ĐẦU TƢ P1-T1
- NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VŨNG ÁNG 1 (1.200MW) CHƢƠNG 5
2.2. Lựa chọn số cấp quá nhiệt trung gian
Một nội dung khá quan trọng trong việc lựa chọn tuabin là số cấp quá nhiệt trung gian.
Việc quá nhiệt trung gian thực chất là làm tăng thêm nhiệt độ cho hơi để tăng khả năng sinh
công của nó. Sự hạn chế của việc nâng cao nhiệt độ đầu (bởi nhiều lý do), đƣợc bù lại một
phần là nhờ việc quá nhiệt trung gian. Quá nhiệt trung gian đối với các tuabin ngƣng hơi còn
làm giảm đƣợc độ ẩm của hơi ở các tầng cuối của tuabin (nhất là các tuabin có áp suất ban
đầu cao), làm tăng độ tin cậy và độ kinh tế của tuabin. Thông thƣờng ngƣời ta thực hiện quá
nhiệt trung gian một lần nhƣng riêng những khối lớn và sử dụng loại nhiên liệu đắt tiền thì
có thể thực hiện quá nhiệt trung gian hai lần. Khi thực hiện quá nhiệt trung gian có thể giảm
tiêu hao nhiên liệu 4-6%.
DỰ ÁN ĐẦU TƢ P1-T1
- NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VŨNG ÁNG 1 (1.200MW) CHƢƠNG 5
Cấp quá nhiệt trung gian thứ hai làm tăng thêm hiệu suất do đó cũng tiết kiệm thêm
đƣợc một lƣợng nhiệt vào khoảng 1,5-2,5%. Đƣơng nhiên, khi có quá nhiệt trung gian sẽ
làm tăng thêm tiêu hao kim loại của thép hợp kim cao cấp và tƣơng ứng là tuabin sẽ đắt
thêm 10-12%. Cho nên đối với các khối công suất lớn, sử dụng loại nhiên liệu đắt tiền thì có
thể bù lại phần giá thành thiết bị phải tăng thêm do có bộ quá nhiệt trung gian cấp II.
Thông thƣờng chỉ áp dụng tuabin có hai cấp quá nhiệt trung đối với thông số hơi ban
đầu cao (có áp suất hơi mới trên tới hạn, đạt cỡ ≥ 250bar và nhiệt độ hơi mới đạt cỡ ~
568oC), và giá nhiên liệu than đắt, yêu cầu phát thải ngặt nghèo, v.v và thƣờng áp dụng cho
những nƣớc có khả năng chế tạo vật liệu đồng thời phải nhập nhiên liệu từ nƣớc khác.
Đối với dự án nhiệt điện Vũng Áng 1, dự kiến sử dụng thông số hơi dƣới tới hạn,
đồng thời giá than nhiên liệu trong nƣớc không quá đắt (theo tính toán sơ bộ vào khoảng
45USD/tấn), thiết bị phải nhập ngoại nên việc áp dụng tuabin có hai cấp quá nhiệt không
mang lại hiệu quả kinh tế. Do đó ở đây chỉ giới hạn phân tích các tuabin có 1 cấp quá nhiệt
trung gian.
2.3. Lựa chọn số cấp gia nhiệt hồi nhiệt nƣớc cấp
Việc làm nóng nƣớc cấp cho lò hơi của nhà máy điện bằng hơi trích từ tuabin đƣợc
gọi là gia nhiệt hồi nhiệt nƣớc cấp.
Độ kinh tế nhiệt và hiệu quả năng lƣợng của việc gia nhiệt hồi nhiệt nƣớc cấp đƣợc
xác định bởi sự giảm tổn thất nhiệt ở bình ngƣng của tuabin (so với nhà máy điện không có
gia nhiệt hồi nhiệt) do trích một phần hơi để gia nhiệt. Bởi vậy hiệu suất của nhà máy nhờ có
hồi nhiệt sẽ tăng lên.
Việc gia nhiệt hồi nhiệt có thể thực hiện bằng một cấp hoặc nhiều cấp liên tiếp. Với
một cấp gia nhiệt thì cho sự tăng về hiệu suất khá nhiều 5-7% tùy thuộc thông số hơi ban đầu
và cứ mỗi cấp tăng thêm cũng sẽ cho sự tăng thêm về hiệu suất nhƣng nhỏ dần. Với số cấp
gia nhiệt 4-5 cấp thì hiệu suất tăng đƣợc từ 12-13%, đến cấp thứ 8, thứ 9 thì hiệu suất tăng
không nhiều, chỉ vào khoảng 1%. Số cấp gia nhiệt càng nhiều thì mức tăng hiệu suất và độ
DỰ ÁN ĐẦU TƢ P1-T1
- NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VŨNG ÁNG 1 (1.200MW) CHƢƠNG 5
giảm tiêu hao nhiệt càng nhỏ. Thông thƣờng ở các khối ngƣng hơi công suất trung bình và
lớn có 6-8 cấp gia nhiệt, nhiều nhất là 9 cấp (rất ít áp dụng).
Đối với trƣờng hợp nhiệt điện Vũng Áng, Tƣ vấn kiến nghị chọn mẫu tuabin có 07 cửa trích
hơi cho gia nhiệt hồi nhiệt.
2.4. Lựa chọn kiểu truyền động bơm cấp nƣớc lò hơi
Trong nhà máy nhiệt điện, việc dẫn động bơm cấp nƣớc lò hơi có thể thực hiện theo
hai phƣơng thức:
- Dùng động cơ điện dẫn động
- Dùng tuabin hơi (phụ) dẫn động
Việc lựa chọn kiểu dẫn động bơm cấp phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, trong đó quan
trọng nhất phải kể đến:
- Công suất tổ máy
- Chế độ vận hành của nhà máy trong hệ thống điện
- Tính kinh tế về chi phí đầu tƣ, chi phí vận hành và bảo dƣỡng
- Tính linh hoạt cũng nhƣ độ tin cậy trong vận hành
Truyền động bơm cấp bằng động cơ điện
Khi truyền động bơm cấp bằng điện, quá trình truyền tải năng lƣợng từ tuabin chính
tới động cơ bơm kèm theo một số các tổn thất đƣợc tính đến trong: hiệu suất trong tƣơng đối
và hiệu suất cơ của tuabin; hiệu suất máy phát điện; hiệu suất máy biến áp và mạng điện tự
dùng; hiệu suất động cơ điện. Bên cạnh đó, hiện nay trong hầu hết các nhà máy nhiệt điện sử
dụng bơm cấp truyền động điện đều dùng khớp nối thuỷ lực, do vậy sẽ hao phí thêm tổn thất
do hiệu suất khớp nối thuỷ lực. Việc dùng khớp nối thuỷ lực sẽ góp phần làm cho chế độ vận
hành của bơm linh hoạt hơn, tiêu hao điện tự dùng ít hơn, tuy nhiên giá thành của khớp nối
thuỷ lực cũng khá cao (khoảng 250.000USD/chiếc).
DỰ ÁN ĐẦU TƢ P1-T1
- NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VŨNG ÁNG 1 (1.200MW) CHƢƠNG 5
Để đảm đạt đƣợc sự linh hoạt và kinh tế khi vận hành, các bơm cấp điện thƣờng đƣợc lắp
thêm khớp nối thủy lực.
Truyền động bơm cấp bằng tuabin phụ
Khi thay đổi phụ tải, bơm cấp hơi đƣợc điều chỉnh bằng thay đổi lƣu lƣợng hơi qua
tua bin bơm cấp, nên ở chế độ này bơm cấp hơi linh hoạt hơn và kinh tế hơn bơm cấp điện.
Do vậy nếu tổ máy thƣờng xuyên phải làm việc ở chế độ phụ tải hay thay đổi, hợp lý hơn là
dùng tuabin hơi truyền động bơm cấp vì công suất bơm cấp hơi tiệu thụ giảm bậc ba theo sự
giảm lƣu lƣợng nƣớc cấp.
Nhƣ vậy việc lựa chọn truyền động bơm cấp còn phụ thuộc vào chế độ làm việc của tổ
máy, giá thành nhiên liệu, chi phí đầu tƣ ban đầu, chi phí vận hành và bảo dƣỡng, v.v.
Hiện nay xu hƣớng chung trên thế giới là, đối với các tổ máy có công suất cỡ
200÷450MW phổ biến dùng bơm cấp dẫn động bằng động cơ điện có kết hợp sử dụng khớp
nối thuỷ lực để đảm bảo kinh tế vận hành. Tuy nhiên với công suất tổ máy cỡ ≥ 600MW, lựa
chọn bơm cấp truyền động tuabin phụ sẽ kinh tế và hiệu quả hơn hẳn. Hiệu quả của việc sử
dụng bơm cấp truyền động bằng tuabin phụ đã đƣợc kiểm chứng qua thực tế vận hành của
rất nhiều tổ máy có công suất ≥ 600MW trên thế giới. Do vậy đối với trƣờng hợp nhiệt điện
Vũng Áng 1, Tƣ vấn kiến nghị sử dụng tuabin hơi phụ để truyền động bơm cấp lò hơi.
Dƣới đây là bảng tóm lƣợc các ƣu nhƣợc điểm của từng loại truyền động bơm cấp lò hơi.
Nội dung so sánh Tuabin phụ Động cơ điện
Tổn thất năng lƣợng tự dùng Cơ sở Cao hơn
Chế độ làm việc của bơm khi phụ Cần lắp thêm khớp nối thủ
Linh hoạt hơn, kinh tế hơn
tải thay đổi lực để điều chỉnh linh hoạt
Chi phí đầu tƣ ban đầu Cơ sở Thấp hơn
Yêu cầu lắp đặt Phức tạp hơn Đơn giản hơn
DỰ ÁN ĐẦU TƢ P1-T1
