Mô phỏng hệ thống tuốc bin nhà máy nhiệt điện đông triều bằng matlab simulink

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

4
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết này tiến hành nghiên cứu về các quá trình nhiệt động học trong các nhà máy nhiệt điện và xây dựng một mô hình mô phỏng cho hệ thống tuốc bin. Kết quả mô phỏng cho thấy sự tương thích giữa các thông số thiết kế và mô phỏng. Mô hình cũng cho thấy khả năng mô phỏng quá trình động của hệ thống khi điều chỉnh công suất của nhà máy bằng cách điều chỉnh lưu lượng hơi nước.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Mô phỏng hệ thống tuốc bin nhà máy nhiệt điện đông triều bằng matlab simulink

CƠ KHÍ, CƠ ĐIỆN MỎ NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TUỐC BIN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐÔNG TRIỀU BẰNG MATLAB SIMULINK Khổng Cao Phong, Phan Thị Mai Phương Trường ĐH Mỏ - Địa chất E - mail: khongcaophong@humg.edu.vn TÓM TẮT Nâng cao hiệu suất năng lượng của các nhà máy nhiệt điện đang hoạt động nổi lên như một giải pháp chính để dần dần giảm thiểu khí thải CO2. Bài báo này tiến hành nghiên cứu về các quá trình nhiệt động học trong các nhà máy nhiệt điện và xây dựng một mô hình mô phỏng cho hệ thống tuốc bin. Kết quả mô phỏng cho thấy sự tương thích giữa các thông số thiết kế và mô phỏng. Mô hình cũng cho thấy khả năng mô phỏng quá trình động của hệ thống khi điều chỉnh công suất của nhà máy bằng cách điều chỉnh lưu lượng hơi nước. Từ khóa: mô phỏng, nhiệt điện, hiệu suất năng lượng, tuốc bin hơi. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ tích các thông số kỹ thuật, dải hoạt động, hiệu Kể từ hội nghị COP26 của Ủy ban Biến đổi Khí suất nhà máy nhiệt điện; phân tích ảnh hưởng hậu Liên hiệp quốc (UNFCCC), Việt Nam đã cam của đặc tính của bình ngưng, tháp làm mát, lưu kết tham gia vào các nỗ lực toàn cầu để giảm phát lượng nước làm mát đến áp suất đầu ra đến công thải CO2 và ứng phó với biến đổi khí hậu. Một trong suất và hiệu suất năng lượng. Từ đó các tác giả những biện pháp giảm phát thải là cải thiện hiệu thực hiện tính toán phân tích lựa chọn chế độ làm suất năng lượng. Việc nghiên cứu nâng cao hiệu việc để nâng cao hiệu suất nhà máy. Kết quả phân suất cho các nhà máy nhiệt điện nằm trong nhóm tích cho trường hợp nhà máy nhiệt điện Rayapati giải pháp này. ở Rajnandagon, Ấn Độ cho kết quả là nếu chọn Nhiệt điện chiếm một tỉ trọng lớn trong lưới điện chế độ lưu lượng nước làm mát 1.800 m3/h thay quốc gia của Việt Nam và là các nguồn phát thải vì 1.536,45 m3/h có thể tiết kiệm được 7.326.048 lớn lượng khí CO2. Rupee/năm [3]. Các nhà máy nhiệt điện có thể nâng cao hiệu Một trong những giải pháp tìm chế độ làm việc suất, giảm lượng phát thải CO2 thông qua các tối ưu cho nhà máy nhiệt điện là việc mô hình hóa, giải pháp về loại nhiên liệu, công nghệ sản xuất, mô phỏng được nhiệt động lực học của quá trình các biện pháp kiểm soát ô nhiễm… Đối với các biến đổi năng lượng trong hệ thống. Để thực hiện nhà máy đang hoạt động, nhiệt độ hay lưu lượng các mô phỏng này thường đòi hỏi phải có các phần dòng nước làm mát tạo ra sự thay đổi áp suất tại mềm chuyên dụng phù hợp với giá thành cao. Dan bình ngưng. Sự thay đổi này tạo ra sự hay đổi về Hou cùng nhóm nghiên cứu đã thực hiện phân tích hiệu suất của nhà máy. Sử dụng phần mềm mô chu trình nhiệt cho nhà máy nhiệt điện dựa trên phỏng Engineering Equation Solver (EES), Omar J phần mềm Aspen Plus [4]. Kết quả mô phỏng và Khaleel cùng nhóm nghiên cứu đã chỉ ra việc tăng dữ liệu thực tế có sai lệch đều nhỏ hơn 10% cho áp suất bình ngưng từ 0,03 bar lên 0,2 bar sẽ làm thấy độ tin cậy của phần mềm. Phân tích kết quả giảm hiệu suất biến đổi của nhà máy nhiệt điện từ mô phỏng cũng chỉ ra hiệu suất nhiệt tổng hợp của 44% xuống 31% [5]. Bằng cách xây dựng mô hình toàn hệ thống là 21% với tổn thất cao nhất nằm toán học của hệ thống và phần mềm Matlab R12, ở nồi hơi và tuốc bin. Trong [6], C. Yang và cộng S. Bekdemir, R. Öztürk, Z. Yumurtac đã phân tích sự sử dụng phần mềm Dymola mô phỏng được được ảnh hưởng của áp suất bình ngưng tới chi đặc tính hệ thống điều khiển tự động phát điện phí và giá thành năng lượng thu được [1] . Vikram cho nhà máy 300MW. Để bỏ qua hạn chế của các Haldkar cùng nhóm nghiên cứu đã thực hiện phân phần mềm chuyên dụng với giá thành cao, thiếu 32 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 3 - 2024
NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI CƠ KHÍ, CƠ ĐIỆN MỎ chủ động trong việc phát triển các module tích hợp, hơi của Nhà máy nhiệt điện Đông Triều Công suất trong [8], Marius Zoder cùng cộng sự đã nghiên 440 MW. cứu phát triển chương trình mô phỏng phân tích 2. PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG chu trình nhiệt cho nhà máy nhiệt điện dựa trên hệ NGHIÊN CỨU thống mã nguồn mở miễn phí. Mô hình mô phỏng bằng Python của nhóm nghiên cứu đã phân tích Để thực hiện mô phỏng cho hệ thống tuốc bin, được quá trình nhiệt động học của hệ thống cho nhóm tác giả thực hiện phương pháp phân tích lý kết quả thu được tương thích với dữ liệu ghi nhận thuyết, phương pháp mô hình hóa, mô phỏng hệ từ hệ thống thực. thống bằng Matlab Simulink về chu trình nhiệt theo Với định hướng nghiên cứu tối ưu hiệu suất làm cấu trúc tuốc bin của nhà máy nhiệt điện. Sử dụng việc của các nhà máy nhiệt điện Việt Nam, giảm bộ tham số của Nhà máy nhiệt điện Đông Triều, lượng phát thải khí CO2, bài báo này trình bày việc nhóm tác giả đã thực hiện mô phỏng và lấy kết quả xây dựng mô hình mô phỏng cho hệ thống tuốc bin để so sánh với tham số vận hành của nhà máy. a. Sơ đồ nhiệt nguyên lý nhà máy nhiệt điện c 3.246P 538.0T d 0.259P 3538.7H 593460G 513100G e a 16.67P 538.0T 2397.6H 3397.2H 695492G 466206G K K 1 Lò hơi Turbine cao áp 1 Turbine trung áp Turbine hạ áp L K A 2 3 2 A K K A 2 A K K E E K 3365.1H 452.1T 3178.5H 358.7T 3124.7H 373.0T 267.4T 3402.3H 289.5T 8.00KPa 2889.0H 210.6T 3036.6H 323.0T b 26306H 84.4T 2808.9H 168.6T Bình ngưng 28914G 16448G 33695G 1169.5H 1796P 16491G 0.919P 15726G 52807G 5.308P 0.531P 0.263P f 3.607P 25151G 22199G 0.056P 0.167P 3405.0H h 1 3117G g DTR 3238.8H B 580G 2129.6H 3369.4H K 3 3285.0H 1222G 3404G 2 6533G o o o o o o o TD -1.7 C TD 0 C TD 0 C TD 2.8 C TD 2.8 C TD 2.8 C TD 2.8 C DC 10 oC DC 10 oC DC 10 oC DC 10 oC DC 10 oC DC 10 oC DC 10 oC G – Kg/h; P – Mpa; H – KJ/Kg; T - oC Hình 1. Sơ đồ nhiệt nguyên lý của nhà máy nhiệt điện Đông Triều. Trên Hình 1 là sơ đồ nguyên lý Nhà máy3.246P 538.0T giãn nở ở các thông số, nhiệt độ, áp suất hơi nhiệt đoạn Lò hơi điện Đông Triều. Trong đó hơi nước với áp suất 593460G nhau. 3538.7H khác 0.259P và nhiệt độ cao được sinh ra tại lò hơi sẽ cấp vào Mục tiêu mô phỏng trong nghiên cứu này được 513100G 210.6T cho tuốc bin hơi. Tại tuốc bin hơi, hơi nước được giới hạn là tính toán, phân tích các thông số hoạt 3.607P 323.0T Turbine hạ áp giãn nở xuống các áp suất thấp hơn và sinh công động của hệ thống tuốc bin ở các chế độ làm việc 16.67P 538.0T trên trục tuốc bin. Sau khi giãn nở hơi nước được khác nhau và công suất cơ học tương ứng cung 3397.2H 695492G hệ thống bình ngưng thu gom và chuyển đổi về cấp cho hệ thống máy phát điện. Với mục tiêu này, dạng lỏng. Nước ngưng và nước bổ sung (do hao giả thiết hệ thống tuốc bin được cung cấp hơi nước hụt trong chu trình) sẽ được bơm vào bình ngưng cao áp từ lò hơi với nhiệt độ được ổn định bởi hệ và bơm cấp đưa qua hệ thống trao đổi nhiệt, bình thống điều khiển lò hơi là không đổi (538 0C), lưu Turbine cao áp tách khí và cấp trở lại vào lò hơi. Turbine trung ápkhối lượng hơi được điều chỉnh thông qua lượng Trong sơ đồ nhiệt nguyên lý của nhà máy, hệ van hơi 2397.6H thống điều chỉnh công suất phát. khi hệ 8.00KPa thống được phân tích, mô phỏng trong bài báo này Tương ứng với các chế độ công suất phát khác 466206G là hệ thống tuốc bin hơi được thể Bình ngưngtrên nhau áp suất và lưu lượng khối lượng của hơi hiện như Hình 2 với 03 tầng cánh tuốc bin, thực hiện 03 giai nước cấp vào cũng như ở các tầng tuốc bin sẽ 600 Do thi Nhiêt do (T) vs Entropy (s) a c CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 3 - 2024 33 500 Cao áp 400 Trung áp (oC)
TD -1.7oC TD 0oC TD 0oC TD 2.8oC 16.67P TD 2.8oC 538.0T TD 2.8oC TD 2.8oC 3397.2H 695492G K DC 10 oC DC 10 oC DC 10 oC DC 10 oC DC 10 oC DC 10 oC DC 10 oC K 1 Lò hơi Turbine cao áp 1 Turbine trung áp Turbine hạ áp G – Kg/h; P – Mpa; H – KJ/Kg; T - oC CƠ KHÍ, CƠ ĐIỆN MỎ L K A 2 3 2 A K NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI K A 2 A K K E 3365.1H 452.1T 3178.5H 358.7T 3124.7H 373.0T 3402.3H 267.4T 289.5T 2889.0H 210.6T 3036.6H 323.0T b 26306H 84.4T 2808.9H 168.6T 28914G 16448G 33695G 1169.5H 1796P 16491G 0.919P 15726G 52807G 5.308P 0.531P 0.263P 3.246P 538.0T 3.607P 25151G 22199G Lò hơi 0.056P 0.167P 3538.7H 593460G h 1 3405.0H 0.259P 3117G DTR 3238 513100G 210.6T B 58 3369.4H 3285.0H Turbine hạ áp 3 3.607P 323.0T 3404G 2 6533G 16.67P 538.0T TD -1.7oC TD 0oC TD 0oC TD 2.8oC TD 2.8oC TD 2.8oC DC 10 oC DC 10 oC DC 10 oC DC 10 oC DC 10 oC DC 10 oC 3397.2H 695492G G – Kg/h; P – Mpa; H – KJ/Kg; T - oC Turbine cao áp Turbine trung áp 3.246P 538.0T Lò hơi 3538.7H 593460G 0.259P 8.00KPa 2397.6H 513100G 210.6T 466206G Bình ngưng 3.607P 323.0T Turbine hạ áp 16.67P 538.0T 3397.2H 695492G Hình 2. Sơ đồ cấu trúc hệ thống mô phỏng turbine hơi. 600 Do thi Nhiêt do (T) vs Entropy (s) thay đổi giảm về áp suất ở đầu ra. Áp suất đầu ra a c (g) và (h). Lò hơi sau đó tiếp tục hóa hơi và gia này được ổn 500định bởi hệ thống điều khiển của bình nhiệt tới Turbine độ của điểm (a), hoàntrung áp một nhiệt cao áp Turbine thành ngưng. Để nâng cao hiệu suất của chu trình nhiệt chu trình Rankine. Trong đó năng 8.00KPa đưa vào lượng Cao áp 2397.6H 400 tuốc bin, hệ thống tái gia nhiệt cho hơi nước được chu trình Rankine thông qua các quá trình bơm và Trung áp 466206G T – Nhiet do (oC) Bình ngưng sử dụng giữa tầng caoh áp và hạ áp. Hơi nước ở 300 gia nhiệt. Năng lượng được chuyển đổi thành cơ đầu ra của tầng cao áp được đưa trở lại lò hơi năng trên trục tuốc bin cao/trung/hạ áp thông qua b Bơm d thông qua bộ quá nhiệt trung gian để gia nhiệt tăng quá trình giãn nở hơi nước. 200 trở lại 530 0C. Bơm g 600 áp Do thi Nhiêt do (T) vs Entropy (s) Hạ 100 a c b. Giản đồ giãn nở tuốc bin hơi f e 500 Dựa trên 0lý thuyết nhiệt động học với chu trình 0 1 2 3 4 5 s - Entropy (J/K) 6 7 8 9 10 Cao áp Clausinus-Rankine, hơi nước trong mỗi tầng tuốc 400 Trung áp T – Nhiet do (oC) bin sẽ giãn nở từ nhiệt độ cao Tin, áp suất lớn pin 300 h b xuống nhiệt độ thấp Tout, áp suất nhỏ pout. Quá trình 200 Bơm d này sẽ làm giảm năng lượng khả biến của hơi nước, Bơm g Hạ áp enthalpy, một lượng ∆h=hin-hout. Công suất nhiệt Ph = n&(hin - hout) = n&x∆h 100 động lực học của tầng tuốc bin tương ứng sẽ là: 0 0 f 1 2 3 4 5 6 7 e 8 9 10 (1) s - Entropy (J/K) Trong trường hợp lý tưởng quá trình giãn nở Hình 3. Chu trình Clausinus-Rankine Nhà máy nhiệt điện được coi là đẳng entropi, entropi không thay đổi. Đông Triều. Sử dụng module tính toán Xteam của Holmgren c. Xây dựng mô hình mô phỏng tính toán thông số hơi theo tiêu chuẩn IAPWS Để thực hiện mô phỏng quá trình nhiệt động IF97, đồ thị giãn nở hơi nước tuốc bin (T-s) được của hệ thống tuốc bin, cấu trúc của tuốc bin được biểu diễn như trên H.3. Trong đó, điểm (a)/(b) chia thành các module: Cao áp; Bộ quá nhiệt; tương ứng nhiệt độ, entropi đầu vào/ra tầng tuốc Trung áp và Hạ áp. Mỗi module đều được coi là bin cao áp. (c) tương ứng với thông số hơi đầu ra một cấu trúc nhiệt động học. Các đầu vào của của bộ quá nhiệt trung gian được cấp cho tầng module là nhiệt độ (Tin), lưu lượng khối lượng hơi tuốc bin trung áp. Hơi nước tiếp tục được giãn nở (n&-in), áp suất đầu vào (pin) và lưu lượng nhiệt trong tầng tuốc bin trung áp và hạ áp lần lượt về cấp (Q&-) Cho trường hợp bộ quá nhiệt). Các đầu điểm (d) và (e). Tại (e) hơi nước được bình ngưng ra của module là nhiệt độ (Tout), lưu lượng khối chuyển về trạng thái lỏng và giảm entropi về (f). lượng (n&out), áp suất đầu ra (pout) và Công suất cơ Hai bơm tuần hoàn cùng với các hệ thống trao học sinh ra do quá trình biến đổi nhiệt năng thành đổi nhiệt lần lượt đưa thông số nước lên điểm cơ năng (P). 34 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 3 - 2024
NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI CƠ KHÍ, CƠ ĐIỆN MỎ Quan hệ giữa đầu vào và đầu ra của các module theo Stodola xác định như [2]. Giả thiết sự giãn nở được thể hiện thông qua mối quan hệ khối lượng hơi nước ở trong hệ thống tuốc bin là đẳng entropi, áp suất hơi và các phương trình đặc trưng của hơi thì nhiệt độ của hơi khi thực hiện quá trình giãn nở lý tưởng pV/T. Trong đó: (1). Khối lượng hơi nước có thể được coi như quan hệ nhiệt độ và áp suất tích trữ trong mỗi module được xác định theo [7]; của hơi lý tưởng; (5). Công suất cơ sinh ra do quá Chênh lệch áp suất đầu ra của module tỉ lệ với khối trình giãn nở được xác định bằng tích của chênh lượng hơi tích trữ Kpm; (3). Lưu lượng khối lượng lệch enthalpi đầu vào (hin) và enthalpi đầu ra (hout) đầu vào của mỗi module được xác định gần đúng và lưu lượng khối lượng hơi chạy qua tuốc bin (6). m (t ) = ∫ ( m (τ ) − m (τ ) )dτ & in & out m (t ) = ∫ ( m (τ ) −(1) (τ ) )dτ & in & m out m ( t ) = ∫ ( min (τ ) − mout (τ ) )dτ p (t )  = K pm ⋅ m ( t )  p (1) ( t )= K pm ⋅ m ( t ) () () = K ∫ ( min (τ ) − mout (τ ) )dτ pm & & = K ∫ ( min ((2) − mout (τ ) & τ) & (2) = K ∫ ( min (τ ) − mout (τ ) )dτ   2 2 2 2 pin − pout pin − pout & =K m −p 2 2 & min = K mp (3) p in mp Tin min = K mp  in out Tin (3) Tin  k −1   k −1    T  k −1  p    k   Tout  pout  (4)  k  Tout  pout  =  out  out k     (4) =  = T  p Tin  pin  Tin  pin in  in  P = m ( hin − hout m ( hin − hout ) = )&  P = m ( hin − hout ) (5) P & (5) Trong đó: k là hệ số giãn nở được xác định bằng tỉ số giữa nhiệt dung riêng đẳng áp Cp và nhiệt dung riêng đẳng tích Cv (k=Cp/Cv). 1 1 -K- Kp 1 1 Dựa vào các công thức slý thuyết như ở p_out m.in các 1 -K- s Kp 1 m.in p_out công thức ở trên, sơ h2s cấu trúc mô Kmp đồ Integrator Limited phỏng bằng h2s Integrator Kmp Limited Matlab được xây dựng. Theo quan hệ giữa áp suất và lưu lượng khối vào ra của module ở (3) cấu trúc 2 2 m.out Simulink được thể hiện ở H.4. m.out H.4. Cấu trúc mô phỏng lưu lượng khối – áp suất 2 1 |u| u Km -K- 2 1 1 |u| P_in Math dm/dt DivideP_in Sqrt Kpm s2h Function Math up Divide 2 Function 2 u y |u| up P_out lo 2 P_out 2 u y |u| Saturation Math P_out lo Function1 P_out Dynamic Math 0 Saturation 2 Function1 Dynamic Constant 0 P Product1 Constant P_out Interpreted MATLAB Fcn 3 P_out T_in De_En T_in 3 T_in T_in Interpreted 4 3 MATLAB Fcn Q.in T_out 4 t_pio Q.in CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 3 - 2024 35
CƠ KHÍ, CƠ ĐIỆN MỎ NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI 172 p_out p_in p_out p_in p_out p_in 0.101 p_out p_in P_in P_in P_in1 p_1010kPa dm/dt m.in m_out -K- m.in m_out -K- m.in m_out -K- m.in m_out P_out 538 T_in Gain Gain1 Gain2 T_out T_in T_out T_in T_out T_in T_out T_in T_out h_val T_1 Valve 0 Q.in P 83800 Q.in P 0 Q.in P 0 Q.in P 1 Q. HP Q.Rh 73655 RH Q.1 IP Q.2 LP h_val Step Add F_Scope T_Scope P_Scope E_Sope 6.921e+05 328.4 168 8.08e+04 2.27e+05 5.95e+05 534.2 36.67 -9.611e+04 Turbine Power (kW) 5.117e+05 227.1 32.1 1.036e+05 4.707e+05 82.44 2.297 4.253e+04 Flow (Kg/h) Temperature (oC) Pressure (Bar) Power(kW) Hình 6. Cấu trúc mô phỏng hệ thống tuốc bin bằng Matlab Simulink Theo các công thức (4)x(5) và (6) sơ đồ cấu x − s ổn định sẽ được cấp thông qua một module van = d ×100% trúc mô phỏng việcetính toán các giá thị lưu lượng (6) (Valve). Đầu ra của hệ thống là áp suất của bình xd khối (dm/dt), nhiệt độ đầu ra (Tout), công suất cơ (P) ngưng (giả thiết được điều chỉnh ổn định áp suất được xây dựng như Hình 5. không đổi). Tổng hợp cấu trúc mô phỏng cho hệ thống Các khối hiển thị thể hiện các giá trị lưu lượng tuốc bin nhà máy nhiệt điện có cấu trúc như H.6 khối, nhiệt độ, áp suất, công suất ở đầu ra của mỗi với 04 module nhiệt động học: Cao áp (HP); Quá tầng tuốc bin. nhiệt (RH); Trung áp (IP); vàNHIET DOáp (LP). Đầu vào 600 QUA DO Hạ HOI 180 QUA DO AP SUAT HOI của hệ thống được liên kết bởi các khâu khuếch (b) 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN (b) (c) 160 (c) đại thể hiện lượng hơi suy hao sau mỗi module 500 (d) (e) Sử dụng mô hình được mô phỏng với các thông 140 (d) (e) (do tổn thất, hơi cấp cho module trao đổi nhiệt). số của Nhà máy nhiệt điện Đông Triều với các 400 120 Ở đầu vào của hệ thống hơi từ lò hơi có thông số thông số chính (Bảng 1): Nhiet do T (oC) Ap suat p (bar) 100 300 Bảng 1. Thông số chính hệ thống tuốc bin Nhà máy nhiệt điện Đông Triều 80 200 60 Hạng mục Đơn vị Thông số 40 100 N226- Mã hiệu tubin 20 16.7/538/538 0 0 Công suất định mức (TMCR) Thoi gian (s) MW 226 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Thoi gian (s) Công suất cực Quá trình quá độ nhiệt độ hơi turbine MW Hình 2. Quá trình quá độ áp suất hơi turbine Hình 1. đại (VWO) 236 Thông số hơi định mức MPa/OC 16,7/538 Thông số hơi tái nhiệt (trước van RSV) MPa/ C O 3,246/538 Áp suất hơi thoát về bình ngưng (thiết kế ở nhiệt kPa 8 độ nước làm mát tuần hoàn tại 30OC) Lưu lượng hơi mới định mức(TMCR) t/h 695,5 Lưu lượng hơi mới cực đại(VWO) t/h 716,4 Phân phối hơi trong tua-bin Điều chỉnh bằng các van điều tiết Tốc độ quay Vòng/ phút 3000 Hệ thống gia nhiệt 3 bộ gia nhiệt cao áp, 1 bình khử khí và 4 bình gia nhiệt hạ áp Bơm cấp Bơm điện động điều tốc bằng khớp nối thủy lực 3x50% B-BCR Phương thức liên kết tua-bin với bình ngưng Liên kết giãn nở 36 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 3 - 2024
Valve 0 Q.in P 83800 Q.in P 0 Q.in P 0 Q.in P 1 Q. HP Q.Rh 73655 RH Q.1 IP Q.2 LP h_val NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI Step CƠ KHÍ, CƠ ĐIỆN MỎ Add F_Scope T_Scope P_Scope E_Sope 6.921e+05 328.4 168 8.08e+04 2.27e+05 Để có thể mô hình hóa hệ thống tuốc bin cho 172 5.95e+05 p_out p_in p_out p_in cho đầu534.2 gần giá trị tính toán nhất. Kết quả hiệu ra 36.67 p_out -9.611e+04 p_in 0.101 p_out p_in P_in Turbine Power (kW) nhàP_in1 máy, thông số trạng thái thiết kế của tuốc bin 5.117e+05 P_in dm/dt m.in m_out -K- m.in m_out chỉnh thu được các tham p_1010kPa ra của các module -K- 227.1 số đầu 32.1 1.036e+05 m.in m_out -K- m.in m_out 82.44 ở các chế độ khác nhau được sử Gain dụng. Sử dụng tương ứng với các điểm (Bar) toán trong sơ đồ nhiệt tính 4.707e+05 P_out 2.297 4.253e+04 538 T_in Gain1 Gain2 Flow (Kg/h) Temperature (oC) Pressure Power(kW) các T_1 thông số ở chế độ đầy tải (Thermal Maximum nguyên lý như ở trong Bảng 2. Trong đó sai số mô T_out T_in T_out T_in T_out T_in T_out T_in T_out h_val Valve Continous Rating – TMCR) để hiệu chỉnh các tham hình được xác định bằng sai lệch giữa giá trị thiết 0 Q.in P 83800 Q.in P 0 Q.in P 0 Q.in P 1 Q. HP Q.Rh 73655 RH Q.1 IP Q.2 LP số Kmp, Kpm của các module trong mô hình sao h_val kế (xd) và giá trị mô phỏng (xs). xd − xs Step =e ×100% (6) xd Add F_Scope T_Scope P_Scope E_Sope Cũng trong Bảng 2 là kết quả mô phỏng mô dụng để mô phỏng quá trình điều chỉnh công suất 6.921e+05 328.4 168 8.08e+04 2.27e+05 hình với các tham số xác định ở trên được kiểm của hệ thống tuốc bin. Bài1.036e+05 mô phỏng này thực toán 5.95e+05 534.2 36.67 -9.611e+04 Turbine Power (kW) 5.117e+05 227.1 32.1 chứng lại với các thông số tính toán của nhà máy hiện mô phỏng tuốc bin 4.253e+04 hoạt động ở 60% 4.707e+05 82.44 2.297 đang ở các chế độ làm việc 75%, 60%, 50% chế độ định TMCR, ở thời điểm t=30 s công suất được nâng Flow (Kg/h) Temperature (oC) Pressure (Bar) Power(kW) mức. Sai lệch thông số giữa chế độ mô phỏng và lên 100% TMCR và đến t=80 s công suất giảm về QUA DO NHIET DO HOI QUA DO AP SUAT HOI thông số tính toán của nhà máy được thể hiện ở 75%TMCR. 180 600 các cột tương ứng x − x (b) (c) Kết quả mô phỏng ghi lại quá trình thay đổi nhiệt 160 (b) (c) Kết quả thu được cho thấy100% ở các điểm (d) độ, áp suất, lưu lượng khối và công suất cơ ở các = e × sai lệch d s 500 (6) (d) xd (e) 140 (e) thông số trạng thái của hệ thống nhỏ hơn 10% nên đầu ra của mỗi module tương ứng với các điểm (b) có thể sử dụng để mô phỏng các trạng thái của hệ (c)(d) và (e) trên H.1. Ngoài ra ở H.10 có biểu diễn 400 120 Nhiet do T (oC) Ap suat p (bar) thống tuốc bin. kết quả tổng hợp công suất đầu ra của tuốc bin. Từ 100 300 Trên cơ sở kết quả đạt được, mô hình được sử H.7 đến H.10 là các đồ thị kết quả mô phỏng đó. 80 200 60 QUA DO NHIET DO HOI QUA DO AP SUAT HOI 600 180 40 (b) (b) 100 (c) 160 (c) 500 (d) 20 (d) (e) 140 (e) 0 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 400 120 Thoi gian (s) Thoi gian (s) Nhiet do T (oC) Ap suat p (bar) Hình 1. Quá trình quá độ nhiệt độ hơi turbine 300 100 Hình 2. Quá trình quá độ áp suất hơi turbine 80 200 60 40 100 20 0 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Thoi gian (s) Thoi gian (s) Hình 1. 7. Quátrìnhquá độđộ nhiệt độ hơi turbine Hình Quá trình quá nhiệt độ hơi tuốc bin Hình 2.Hình 8.trình quá độ áp suất hơi turbine Quá Quá trình quá độ áp suất hơi tuốc bin 5 5 x 10 QUA DO LUU LUONG KHOI LUONG x 10 CONG SUAT CO TREN TRUC TURBINE 7.5 2.5 (b) (b) 7 (c) (d) (d) (e) 6.5 2 (e) Turbine 6 Luu luong khoi luong (kg/h) Cong suat co P (Kw) 5.5 1.5 5 4.5 1 4 3.5 0.5 3 2.5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Thoi gian (s) Thoi gian (s) Hình 9. Quá trìnhtrình quá lượng khối lượng hơi tuốc bin Hình 3. Quá quá độ lưu độ lưu lượng khối lượng Hình 4.10. Quá trình quá độ công suấtsuất cơ trên trục Hình Quá trình quá độ công cơ trên trục tuốc bin hơi turbine turbine CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 3 - 2024 37
CƠ KHÍ, CƠ ĐIỆN MỎ NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI Kết quả giá trị mô phỏng hệ thống tuốc bin Nhà máy nhiệt điện Đông Triều trình bày trong Bảng 2. Bảng 2. Kết quả giá trị mô phỏng hệ thống tuốc bin Nhà máy nhiệt điện Đông Triều Sai số mô phỏng Giá trị Giá trị mô Vị trí Tham số Sai số e 75% 60% 50% thiết kế phỏng TMCR TMCR TMCR Tuốc bin Công suất (MW) 230.506 227.000 -1.5% 1.2% 3.2% 4.0% Nhiệt độ T(oC) 323.0 328.4 1.7% 2.9% 1.2% -8.6% Đầu ra tuốc bin Áp suất p (bar) 36.07 36.67 1.7% 1.6% 0.9% -0.1% cao áp (b) Lưu lượng khối lượng m&(kg/h) 695492 692100 -0.5% 1.3% 1.3% 1.4% Nhiệt độ T(oC) 538.0 534.2 -0.7% -0.3% 0.4% 0.7% Đầu ra hơi Áp suất p (bar) 32.4 32.1 -0.9% -1.1% -2.0% -2.8% tái nhiệt (c) Lưu lượng khối lượng m& (kg/h) 593460 595000 0.3% 0.5% -0.6% -1.3% Nhiệt độ T(oC) 210.6 227 7.8% 7.2% 7.3% -2.7% Đầu ra tuốc bin Áp suất p (bar) 2.59 2.397 -7.5% -7.5% -7.6% -6.5% trung áp (d) Lưu lượng khối lượng m& (kg/h) 513100 511700 -0.3% -1.4% -3.3% -4.7% Nhiệt độ T(oC) 84.4 82.49 -2.3% 3.9% 4.6% 2.4% Đầu ra tuốc bin Áp suất p (bar) 0.08 0.08 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% hạ áp (e) Lưu lượng khối lượng m& (kg/h) 466206 470700 1.0% -1.3% -4.1% -6.2% Ghi chú: Dấu chấm “ . “ là dấu thập phân Kết quả mô phỏng cho thấy quá trình quá độ các thông số của tuốc bin hơi trong quá trình điều chỉnh công suất thông qua việc điều chỉnh lượng hơi cấp. Trong đó:  Nhiệt độ tại các tầng tuốc bin thay đổi ít so với các thông số còn lại trong quá trình điều chỉnh;  Áp suất tầng cao áp lớn hơn nhiều so với tầng trung và hạ áp;  Lưu lượng khối lượng giảm dần qua các tầng cao áp, trung áp và hạ áp;  Công suất cơ sinh ra lớn nhất trên tầng trung áp; Đáp ứng của hệ thống tuốc bin hơi là tương đối nhanh. Tuy nhiên trong mô phỏng ở đây đã giả lập quá trình cấp hơi thay đổi đột ngột (hàm bước nhảy). Trong thực tế quá trình này được cấp với tốc độ chậm hơn nhiều do quán tính của van và để tránh các xung áp lực làm hỏng hệ thống. 4. KẾT LUẬN  Kết quả đạt được của việc mô hình hóa mô  Bài báo đã thực hiện nghiên cứu cơ sở lý phỏng hệ thống tuốc bin hơi sẽ là cơ sở cho việc thuyết về chu trình nhiệt của nhà máy nhiệt điện. tiến hành mô hình hóa mô phỏng toàn bộ chu trình Trên cơ cở lý thuyết về chu trình nhiệt nhà máy, đã nhiệt của nhà máy nhiệt điện. Dựa vào mô hình tiến hành phân tích nguyên lý nhiệt của hệ thống các nhà máy có thể tiến hành phân tích lựa chọn tuốc bin hơi để tiến hành mô phỏng quá trình nhiệt các chế độ vận hành tối ưu theo các điều kiện hoạt động trên tuốc bin. Mô hình mô phỏng đã được động cụ thể để từ đó nâng cao hiệu suất của hệ thực hiện với trường hợp nghiên cứu là tuốc bin thống, giảm phát thải khí CO2 trong quá trình sản hơi của Nhà máy nhiệt điện Đông Triều. Các kết xuất. Việc mô phỏng chính xác cũng sẽ là cơ sở để quả mô phỏng đã thực hiện phù hợp với các thông tiến hành xây dựng các mô hình số song sinh cho số tính toán thiết kế của nhà máy; nhà máy (Digital Twin)  38 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 3 - 2024
NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI CƠ KHÍ, CƠ ĐIỆN MỎ TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bekdemir, Ş., Öztürk, R. and Yumurtac, Z. (2003) ‘Condenser optimization in steam power plant’, Journal of Thermal Science, 12(2), pp. 176–178. doi: 10.1007/s11630-003-0062-4. 2. Chaibakhsh, A. and Ghaffari, A. (2008) ‘Steam tuốc bin model’, Simulation Modelling Practice and Theory. Elsevier B.V., 16(9), pp. 1145–1162. doi: 10.1016/j.simpat.2008.05.017. 3. Haldkar, V. et al. (2013) ‘An Energy Analysis of Condenser’, International Journal of Thermal Technologies, 3(4), pp. 120–125. 4. Hou, D. et al. (2012) ‘Exergy analysis of a thermal power plant using a modeling approach’, Clean Technologies and Environmental Policy, 14(5), pp. 805–813. doi: 10.1007/s10098-011-0447-0. 5. Khaleel, O. J., Basim Ismail, F. and Khalil Ibrahim, T. (2021) ‘Energy and exergy assessment of the Coal-Fired power plant based on the effect of condenser pressure’, Journal of Mechanical Engineering Research and Developments, 44(8), pp. 69–77. 6. Yang, C. et al. (2023) ‘Performance Analysis of a 300 MW Coal-Fired Power Unit during the Transient Processes for Peak Shaving’, Energies, 16(9). doi: 10.3390/en16093727. 7. Zimmer, G. (2008) ‘Modelling and simulation of steam tuốc bin processes: Individual models for individual tasks’, Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems, 14(6), pp. 469–493. doi: 10.1080/13873950802384001. 8.Zoder, M. et al. (2018) ‘Simulation and exergy analysis of energy conversion processes using a free and open-source framework-Python-based object-oriented programming for gas- and steam tuốc bin cycles’, Energies, 11(10). doi: 10.3390/en11102609. SIMULATE THE TURBINE SYSTEM FOR DONG TRIEU THERMAL POWER PLANT WITH MATLAB SIMULINK Khong Cao Phong, Phan Thị Mai Phuong Hanoi University of Mining and Geology ABSTRACT Improving the energy efficiency of operating thermal power plants has become a crucial strategy for gradually reduce CO2 emissions. The article conducts research on thermodynamic processes in thermal power plants and develops a simulation model for the turbine system. The Simulation results show a compatibility between the design and the simulation parameters. The model also shows the ability to simulate the dynamic process of the system when adjusting the plant capacity by adjusting the steam flow. Keywords: simulation, thermal power plant, energy efficiency, steam turbine Ngày nhận bài: 24/4/2024; Ngày gửi phản biện: 26/4/2024; Ngày nhận phản biện: 25/5/2024; Ngày chấp nhận đăng: 03/6/2024. Trách nhiệm pháp lý của các tác giả bài báo: Các tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm về các số liệu, nội dung công bố trong bài báo theo Luật Báo chí Việt Nam. CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 3 - 2024 39