Đồ Án Tốt Nghiệp: Tính Toán Kiểm Tra Nhiệt Nhà Máy Nhiệt Điện Chu Trình Hỗn Hợp
Lời nói đầu
Để đáp ứng tăng trưởng kinh tế cao trong giai đoạn hiện nay củng như đảm bảo
an ninh năng lượng cần phát triển mạnh việc sản xuất điện nói chung và các nhà máy
nhiệt điện nói riêng
Nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp (Combined cycles power plant – CCPP) ra
đời trong những năm gần đây, với công nghệ tiến nó đã phát triển nhanh chóng và được
chuyển giao khắp thế giới. Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2006 –2015
có xét đến 2025, Chính phủ củng đã ưu tiên phát triển loại nhà máy điện này.
Vì vậy cần phải đánh giá một cách toàn diện về Nhà máy nhiệt điện chu trình
hỗn hợp để xây dựng hợp lý và khai thác tối đa hiệu quả của nó. Xuất phát từ yêu cầu
đó tôi được giao nhiệm vụ cho đồ án Tốt nghiệp là “ Tính Toán Kiểm Tra Nhiệt Nhà
Máy Nhiệt Điện Chu Trình Hỗn Hợp” để đánh giá hiệu suất nhiệt của nó.
Bằng nổ lực bản thân cùng với sự hướng dẫn tận tình của TS Trần Thanh Sơn và
các Kỹ sư ở các nhà máy điện Cà Mau 1, Phú Mỹ 3, tôi đã hoàn thành đề tài với các
phần chính sau:
- Chương 1: Khái quát chung
- Chương 2: Nguyên lý nhiệt động chu trình hỗn hợp trong nhà máy nhiệt điện
- Chương 3: Các thành phần thiết bị chính của nhà máy nhiệt điện CCPP
- Chương 4: Tính toán kiểm tra nhiệt nhà máy nhiệt điện Cà Mau 1
Do thời gian hạn chế, củng như kiến thức còn khiếm khuyết nên không thể tránh
khỏi sai sót. Rất mong được sự chỉ dạy, góp ý của thầy cô và các anh chị để tôi ngày
một hoàn thiện hơn
Lời cuối tôi chân thành cảm ơn thầy Trần Thanh Sơn, cùng các thầy cô giáo
trong khoa Công Nghệ Nhiệt-Điện Lạnh đã giúp tôi hoàn thành Đồ án này!
Đà Nẳng, tháng 5 năm 2008
Sinh viên: Lý Hoàng Minh
SVTH:Lý Hoàng Minh - Lớp 03N1 – Khoa Công Nghệ Nhiệt-Điện Lạnh
GVHD: TS Trần Thanh Sơn Trang 1
Đồ Án Tốt Nghiệp: Tính Toán Kiểm Tra Nhiệt Nhà Máy Nhiệt Điện Chu Trình Hỗn Hợp
Chương 1

1.2 Phân loại nhà máy nhiệt điện
Nhà máy nhiệt điện đốt nhiên liệu hưu cơ có thể chia ra các loại sau:
• Phân loại theo nhiên liệu sử dụng:
- Nhà máy đốt nhiên liệu rắn
- Nhà máy đốt nhiên liệu lỏng
- Nhà máy đốt nhiên liệu khí
- Nhà máy đốt hai hoặc ba laoi nhiên liệu trên (hỗn hợp)
• Phân loại theo tuabin máy phát:
- Nhà máy nhiệt điện tuabin hơi
- Nhà máy nhiệt điện tuabin khí
- Nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp tuabin khí-hơi
• Phân loại theo dạng năng lượng được cấp đi:
- Nhà máy nhiệt điện ngưng hơi: chỉ sản xuất điện
- Trung tâm nhiệt điện: cung cấp cả điện và nhiệt
• Phân loại theo kết cấu công nghệ
- Nhà máy nhiệt điện kiểu khối
- Nhà máy nhiệt điện kiểu không khối
• Phân loại theo tính chất mang tải
- Nhà máy nhiệt điện phụ tải gốc, có số giờ sử dụng công suất đặt hơn
5.10
3
giờ
- Nhà máy nhiệt điện phụ tải giữa, có số giờ sử dụng công suất đặt
khoảng (3 – 4).10
3
giờ
- Nhà máy nhiệt điện phụ tải đỉnh, có số giờ sử dụng công suất đặt
khoảng 1500 giờ
SVTH:Lý Hoàng Minh - Lớp 03N1 – Khoa Công Nghệ Nhiệt-Điện Lạnh
GVHD: TS Trần Thanh Sơn Trang 4

5 - Thiết bị ngưng tụ 6 - Cửa cấp nhiên liệu tuabin khí
SVTH:Lý Hoàng Minh - Lớp 03N1 – Khoa Công Nghệ Nhiệt-Điện Lạnh
GVHD: TS Trần Thanh Sơn Trang 6
Đồ Án Tốt Nghiệp: Tính Toán Kiểm Tra Nhiệt Nhà Máy Nhiệt Điện Chu Trình Hỗn Hợp
Những kiểu kết hợp khác có thể được ứng dụng như là quá trình bay hơi thủy
ngân, hoặc chu trình bay hơi , hấp thụ nước trong dung môi hấp phụ (dung dịch kim loại
Li/Br) hay hơi NH
3
.
- Quá trình bay hơi thủy ngân thi không còn ứng dụng nhiều kể từ khi nhà máy
nhiệt điện hơi đối lưu đã đạt được hiệu suất cao hơn nó.
- Môi chất hấp phụ hay hơi amoniac thì có những ưu điểm hơn so với nước ở
dải nhiệt độ thấp như thiết bị gọn hơn, không gây ẩm ướt. Tuy nhiên chúng
có nhược điểm là vốn đầu tư đắt, ảnh hưởng tới môi trường .v.v. là trở ngại
lớn để thay thế cho quá trình hơi trong chu trình hỗn hợp của nhà máy nhiệt
điện.
Chúng ta đi đến kết luận rằng phương án kết hợp một chu trình mở của tuabin
khí với một chu trình nước/hơi thì có hiệu quả nhất. Tất nhiên một số trường hợp áp
dụng đặc biệt có thể sử dụng riêng mỗi chu trình tuabin khí trong ngắn hạn.
Hai lý do chính để chu trình hỗn hợp tuabin khí/ tuabin hơi dược áp dụng rộng
rãi hơn so với các chu trình hỗn hợp khác trong nhà máy nhiệt điện.
- Sử dụng chính các thiết bị đã có sẳn trong nhà máy nhiệt điện vận hành chu
trình đơn. Vì thế tiết kiệm được vốn đầu tư
- Không khí là một môi chất tương đối an toàn, sạch và rẻ có thể được sử dụng
trong các tuabin khí hiện đại có mức nhiệt độ cao hơn (>1000
0
C). Vì thế cung cấp được
điều kiện tối ưu cho “chu trình đầu”.
Ngoài ra quá trình hơi sử dụng nước củng là môi chất kinh tế và dễ kiếm, nhưng
nên dùng ở phạm vi nhiệt độ trung bình và thấp. Nhiệt độ nhiệt thừa từ tuabin khí hiện

Đồ Án Tốt Nghiệp: Tính Toán Kiểm Tra Nhiệt Nhà Máy Nhiệt Điện Chu Trình Hỗn Hợp
2.1 Tiền đề cơ bản ( Hiệu suất chu trình Carnot )
Như đã biết, hiệu suất chu trình Carnot là hiệu suất lớn nhất của một chu trình
nhiệt lý tưởng:
W
W
T
TT
K
C
−
=
η
(1)
Ở đây:
η
C
_ Hiệu suất chu trình Carot
T
W
_ Nhiệt độ nguồn nhiệt cấp
T
K
_ Nhiệt độ môi trường
Trên thực tế hiệu suất các quá trình thực thấp hơn do các tổn thất. Lý do đựoc
đưa ra là do có sự khác biệt giữa năng lượng tổn thất và tổn thất execgy. Năng lượng tổn
thất là phần tổn thấ nhiệt chủ yếu (bức xạ nhiệt, trao đổi nhiệt đố lưu), và đó là năng
lượng mất cho quá trình. Mặt khác, tổn thất execgy là tổn thất bên trong bản thân của
quá trình không thuận nghịch theo nguyên lý nhiệt động II
Hai lý do chính dẫn đến hiệu suất quá trinh thực thấp hơn hiệu suất chu trình

chênh lệch nhiệt độ ở quá trình trao đổi nhiệt giữa nhiệt thừa từ tuabin khí với chu trình
của hơi/nước là thực sự rất lớn. Vì thế có thể thấy được lý do tại sao khác biệt hiệu suất
thực tế đạt được của chu trình hỗn hợp với các chu trình khác củng không quá lớn.
Bảng 2.1: So Sánh nhiệt động của các chu trình nhiệt nhà máy nhiệt điện.
Nhiệt độ nhiệt
cấp (
0
K)
Nhiệt độ nhiệt
thải (
0
K)
Hiệu suất chu trình
Carnot (%)
Tuabin khí 950-1000 500-550 42-47
Nhiệt điện ngưng hơi
không gia nhiệt
550-630 320-350 37-50
Nhiệt điện ngưng hơi có
gia nhiệt
640-700 320-350 45-54
Nhiệt điện chu trình hỗn
hợp
950-1000 320-350 63-68
SVTH:Lý Hoàng Minh - Lớp 03N1 – Khoa Công Nghệ Nhiệt-Điện Lạnh
GVHD: TS Trần Thanh Sơn Trang 11
Đồ Án Tốt Nghiệp: Tính Toán Kiểm Tra Nhiệt Nhà Máy Nhiệt Điện Chu Trình Hỗn Hợp
2.2 Hiệu suất nhiệt nhà máy nhiệt điện tuabin khí-hơi.
Nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp tuabin khí-hơi là chu trình kết hợp gồm
chu trình mở tuabin khí với chu trình Renkin hơi nước.

K
QQ
+
+
=
WW
η
(2)
Nếu không cấp nhiệt bổ sung ở lò sinh hơi(Q
SF
= 0), thì công thức là:
GT
STGT
K
Q
WW
+
=
η
(3)
Trường hợp tổng quát, hiệu suất các chu trình đơn được định nghĩa là:
- Với chu trinh tuabin khí:
GT
GT
GT
Q
W
=
η
(4)

−+
=
1
(7)
Trong đó:
η
K
_ Hiệu suất chu trình hỗn hợp
η
GT
_ Hiệu suất tuabin khí
η
ST
_ Hiệu suất chu trình hơi
W
GT
_ Công suất điên tuabin khí, kW
W
ST
_ Công suất điện tuabin hơi, kW
Q
GT
_Nhiệt cấp của sản phẩm cháy cho tuanbin khí ( cho chu trình), kW
Q
EXH
_ Nhiệt cấp cho chu trình hơi từ tuabin khí, kW
Q
SF
_Nhiệt cấp bổ sung cho lò sinh hơi, kW
2.2.1 Tác động của nhiệt cấp bổ sung ở lò sinh hơi đến hiệu suất trên toàn

011
1
2
>



−⋅−+⋅








−
∂
∂
+
+⋅−+⋅










η
η
η
(10)
SVTH:Lý Hoàng Minh - Lớp 03N1 – Khoa Công Nghệ Nhiệt-Điện Lạnh
GVHD: TS Trần Thanh Sơn Trang 14
Đồ Án Tốt Nghiệp: Tính Toán Kiểm Tra Nhiệt Nhà Máy Nhiệt Điện Chu Trình Hỗn Hợp
Từ đó ta được:
( )( )
( )( )
SFGT
GTGTSFSTGTGT
STGTGTSF
SF
ST
QQ
QQQ
QQ
Q
+
−++⋅
>+−+
∂
∂
ηηη
ηη
η
1
1
(11)

ST
W
Q
ηη
η
η
−〉⋅
∂
∂
(13)
Phương trình (13) cho thấy nhiệt cấp bổ sung cho thiết bị sinh hơi sẽ làm tăng
hiệu suất chu trình hỗn hợp chỉ khi nó làm tăng hiệu suất chu trình hơi. Hơn nữa hiệu
suất chu trình hỗn hợp khác với chu trình hơi, và nhiệt độ nhiệt lượng cấp vào chu trình
hơi càng thấp thì hiệu suất càng tăng. Vì thế nhiệt cấp bổ sung tác dụng giảm dần và ít
hiệu quả: bởi hiệu suất toàn bộ chu trình tăng rất nhanh trong khi hiệu suất chu trình hơi
chỉ tăng trong phạm vi (η
K
-η
ST
).
Như đã đề cập trên, nhìn chung thì toàn bộ nhiên liệu nên đốt trong tuabin khí
hiện đại, vì nhiệt độ của nhiệt lượng cấp cho chu trình ở mức cao hơn so với cấp tại chu
trình hơi.
2.2.2 Hiệu suất nhà máy chu trình hỗn hợp không có đốt bổ sung nhiệt ở
lò sinh hơi
Không bổ sung nhiệt thì phương trình (8) có thể được viết như sau:
( )
( )
GTSTGT
GT

∂
∂
+=
∂
∂
11
(15)
Tăng hiệu suất tuabin khí sẽ làm tăng hiệu suất toàn chu trình chỉ khi:
0
〉
∂
∂
GT
K
η
η
(16)
Từ phương trình (15) ta có:
GT
ST
GT
ST
η
η
η
η
−
−
〈
∂

đi kèm với loại có tỉ số nến vừa phải lại hoạt động có hiệu suất cao hơn vì nhiệt
độ nhiệt thừa từ tuabin khí cấp cho quá trình hơi cao hơn, và tạo được công suất
ra cao hơn.
Đồ thị 2.2a biểu diễn hiệu suất của riêng tuabin khí bởi hàm số theo thông số
nhiệt độ vào, ra tuabin. Ta thấy rằng hiệu suất cao nhất của tuabin khí ở nhiệt độ khói
khá thấp (nghĩa là tỉ số nén của tuabin cao)
Đồ thị 2.2b biểu diễn hiệu suất toàn chu trình củng theo hàm số với các thông số
trên. So sánh với đồ thị 2.2a thì điểm tối ưu theo chiều hướng tăng nhiệt độ khói từ
tuabin khí. Tuỳ theo mục đích kinh tế, ngày nay tuabin khí khá tối ưu hoá, không quá
chú trọng đến hiệu suất riêng mà nó quan tâm nhiều đến tỷ trọng lớn nhất điện năng sản
xuất được. Hầu hết tuabin khí hiện nay đều phù hợp lắp đặt cho nhà máy điện chu trình
hỗn hợp.
SVTH:Lý Hoàng Minh - Lớp 03N1 – Khoa Công Nghệ Nhiệt-Điện Lạnh
GVHD: TS Trần Thanh Sơn Trang 17
Đồ Án Tốt Nghiệp: Tính Toán Kiểm Tra Nhiệt Nhà Máy Nhiệt Điện Chu Trình Hỗn Hợp
Đồ thị 2.2: Hiệu suất của tuabin khí trong nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp
theo hàm số của nhiệt độ vào, ra tuabin khí
a) Riêng tuabin khí
b) Nhà máy điện chu trình hỗn hợp
t
1
_ nhiệt độ cháy trong buồng đốt tuabin khí
t
2
_ nhiệt độ khói ra khỏi tuabin khí
SVTH:Lý Hoàng Minh - Lớp 03N1 – Khoa Công Nghệ Nhiệt-Điện Lạnh
GVHD: TS Trần Thanh Sơn Trang 18
Đồ Án Tốt Nghiệp: Tính Toán Kiểm Tra Nhiệt Nhà Máy Nhiệt Điện Chu Trình Hỗn Hợp
Tóm lại ta có thể nói:
Hiệu suất tuabin khí không phải là yếu tố quyết định hiệu suất toàn chu trình

nó củng sử dụng dặc biệt thích hợp cho những nơi ít kinh nghiệm vận hành
- Ít tác động tới môi trường: Nhiên liệu khí tự nhiên đốt trong nhà máy thich
hợp với các nhà máy đặt ở nơi đông dân cư vì nó có hiệu quả đốt chay cao và
mức độ tro phát thải ra ngoài thấp, đặc biệt nồng độ NO
X
rất thấp và giảm
được 40 % lượng CO
2
thoát ra trên mổi kWh so với đốt than đá
- Công suất điện có thể tăng 40 % so với nhà máy điện ngưng hơi cùng áp suất
làm việc
SVTH:Lý Hoàng Minh - Lớp 03N1 – Khoa Công Nghệ Nhiệt-Điện Lạnh
GVHD: TS Trần Thanh Sơn Trang 20
Đồ Án Tốt Nghiệp: Tính Toán Kiểm Tra Nhiệt Nhà Máy Nhiệt Điện Chu Trình Hỗn Hợp
Chương 3
Thành Phần Thiết Bị Chính Trong
Nhà Máy Nhiệt Điện Chu Trình
Hỗn Hợp
SVTH:Lý Hoàng Minh - Lớp 03N1 – Khoa Công Nghệ Nhiệt-Điện Lạnh
GVHD: TS Trần Thanh Sơn Trang 21
Đồ Án Tốt Nghiệp: Tính Toán Kiểm Tra Nhiệt Nhà Máy Nhiệt Điện Chu Trình Hỗn Hợp
3.1 Thiết Bị Tuabin Khí
3.1.1 Khái niệm Tuabin khí
Tuabin khí là động cơ nhiệt trong đó biến đổi hoá năng của nhiên liệu thành nhiệt
năng rồi thành cơ năng. Quá trình biến đổi năng lượng trong tuabin khí có thể thực hiện
bằng nhưng chu trình khác nhau.
Tuabin khí là thành phần quan trọng nhất trong nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn
hợp tuabin khí/ tuabin hơi. Với sự phát triển nhanh chóng của tuabin khí ngày nay, nhiệt
độ đầu vào tuabin đạt được ngày càng lớn tạo điều kiện cho chu trình hỗn hợp chiếm ưu
thế và hiệu quả sẩn xuất điện so với các chu trình nhiệt khác.

- Tuabin khí bắt nguồn từ kỹ thuật động cơ đốt tong
- Tuabin khí từ ngành kỹ thuật hàn không, bao gồm một động cơ phản lực đi
kèm với một tuabin phát điện
SVTH:Lý Hoàng Minh - Lớp 03N1 – Khoa Công Nghệ Nhiệt-Điện Lạnh
GVHD: TS Trần Thanh Sơn Trang 23
Đồ Án Tốt Nghiệp: Tính Toán Kiểm Tra Nhiệt Nhà Máy Nhiệt Điện Chu Trình Hỗn Hợp
3.1.2 Các phần tử chính của thiết bị tuabin khí
Các phần tử chính của tuabin khí gồm: máy nén, buồng đốt, tuabin khí, và bộ trao
đổi nhiệt.
1) Máy nén
Dùng để nén môi chất làm việc (thường là không khí) và nhiên liệu. Người ta
thường dùng máy nén ly tâm hoặc dọc trục để nén môi chất làm việc, để nén nhiên
liệu khí có nhiệt trị 30.10
6
Jm
-3
trở lên phải chọn loại máy nén có thể tích tổn thất
khoảng 3% thể tích môi chất làm việc. Như vậy loại máy nén thích hợp chỉ có thể
dùng là máy nén piston hoặc ly tâm có số vòng quay rất lớn
Những yêu cầu kỹ thuật đối với máy nén dùng để nén môi chất làm việc:
- Hiệu suất cao (η)
- độ nén từng cấp cao
- Có thể sử dụng tốc độ vòng quay lớn
- Vận hành ổn định trong khoảng làm việc của tuabin
- Dễ điều khiển về mặt khí động học và cơ học
SVTH:Lý Hoàng Minh - Lớp 03N1 – Khoa Công Nghệ Nhiệt-Điện Lạnh
GVHD: TS Trần Thanh Sơn Trang 24
Đồ Án Tốt Nghiệp: Tính Toán Kiểm Tra Nhiệt Nhà Máy Nhiệt Điện Chu Trình Hỗn Hợp
2) Buồng đốt
Trong buồng đốt năng lượng liên kết hoá học được giải phóng vào không khí