114
PhÇn 3. Nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn
Ch−¬ng 10. HiÖu qu¶ kinh tÕ
trong s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt n¨ng
10.1. HiÖu qu¶ kinh tÕ cña nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn ng−ng h¬i
Nh− ®· tr×nh bµy ë môc 1.2. nhµ m¸y ®iÖn ng−ng h¬i thuÇn tóy lµm viÖctheo
chu tr×nh Renkin ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 10.1.
H×nh 10.1. S¬ ®å thiÕt bÞ nhµ m¸y ®iÖn H×nh 10.2. §å thÞ T-s cña
chu tr×nh NM§
HiÖu qu¶ kinh tÕ nhiÖt cña nhµ m¸y ®iÖn ®−îc biÓu thÞ b»ng hiÖu suÊt nhiÖt ηnm
-lµ tØ sè gi÷a n¨ng l−îng ®iÖn nhËn ®−îc vµ l−îng nhiÖt tiªu hao:
lv
ttt
d
cc
d
th
nm QB
N
Q
N==η (10-1)
N
® - C«ng suÊt ®iÖn cña nhµ m¸y, KW
B
tt - l−îng nhiªn liÖu tiªu hao trong mét gi©y, (kg/s)
Q
t
lv - NhiÖt trÞ nhiªn liÖu (kj/kg),
ηth
nm - HiÖu suÊt th« cña nhµ m¸y ®iÖn (khi ch−a kÓ ®Õn l−îng ®iÖn tù dïng),
Møc ®é kinh tÕ cña cña nhµ m¸y phô thuéc vµo hiÖu suÊt cña chu tr×nh nhiÖt,
hiÖu suÊt c¸c thiÕt bÞ trong nhµ m¸y nh−: lß h¬i, tuèc bin, b×nh ng−ng vµ mét sè thiÕt
bÞ phô. Trong qu¸ tr×nh biÕn ®æi tõ nhiÖt n¨ng thµnh ®iÖn n¨ng lu«n cã c¸c tæn thÊt
sau:
- Tæn thÊt nhiÖt ë lß h¬i
- Tæn thÊt nhiÖt trong tuèc bin,
- Tæn thÊt nhiÖt trong b×nh ng−ng,
- Tæn thÊt c¬ cña tuèc bin-m¸y ph¸t do ma s¸t,
- Tæn thÊt nhiÖt däc c¸c ®−êng èng, gäi lµ tæn thÊt truyÒn t¶i nhiÖt.
BiÕn ®æi c«ng thøc (10-1) ta cã:
cc
qn
qn
T
v
T
v
T
i
T
i
co
co
d
lv
ttt
d
th
nm Q
Q
Q
Q
Q
N
N
N
N
N
QB
N==η (10-2)
N®
Qq
N
i
T
Nc¬
Qc
QvT
P2
3
s
T
2
2,
4 5 1
P1
115
Trong ®ã: N® - C«ng suÊt ®iÖn cña nhµ m¸y,
Nc¬ - C«ng suÊt c¬ trªn trôc m¸y ph¸t,
Ni
T - C«ng suÊt trong thùc tÕ cña tuèc bin,
Qv
T - L−îng nhiÖt cung cÊp cho tuèc bin,
Q
qn = Gqn (iqn
- inc)-nhiÖt l−îng h¬i qu¸ nhiÖt,
Q
c = BttQt
lv - l−îng nhiÖt do nhiªn liÖu mang vµo,
Gqn - l−îng h¬i tiªu hao trong mét gi©y,
Tõ (10-2) ta thÊy:
ηmp =
co
d
N
N lµ hiÖu suÊt cña m¸y ph¸t,
ηco = T
i
co
N
N lµ hiÖu suÊt c¬ khÝ,
T
v
T
i
TB
td Q
N
=η lµ hiÖu suÊt trong t−¬ng ®èi cña tuèc bin,
ηtt =
qn
T
v
Q
Q lµ hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh truyÒn t¶i nhiÖt n¨ng,
ηlo =
cc
qn
Q
Q lµ hiÖu suÊt cña lß h¬i,
HiÖu suÊt th« cña nhµ m¸y cã thÓ viªt:
qn
d
tho
nm Q
N
=η = ηmp ηco ηTB
t® ηtt ηlo (10-3)
C«ng suÊt ®iÖn sinh ra trªn c¸c cùc cña m¸y ph¸t lµ:
N
® = GH0 TB
td
η ηco ηmp (10-4)
ë ®©y: G lµ l−u l−îng h¬i vµo tuèc bin, (kg/s),
H0 lµ nhiÖt d¸ng lý thuyÕt cña tuèc bin,
SuÊt tiªu hao h¬i cña tuèc bin lµ l−îng h¬i tiªu hao ®Ó s¶n xuÊt ra 1Kwh ®iÖn,
b»ng:
d
d =
d
N
G =
mpco
TB
td0
H
1
ηηη , (kg/Kj); (10-5)
d
d =
d
N
G =
mpco
TB
td0
H
3600
ηηη , (kg/Kwh); (10-6)
SuÊt tiªu hao nhiÖt cña tuèc bin lµ l−îng nhiÖt tiªu hao ®Ó s¶n xuÊt ra 1Kwh
®iÖn, b»ng:
q
d = )(
)(
21d
d
2
1
d
diid
N
iiG
N
Q−=
−
= , (kj/Kwh) (10-7)
SuÊt tiªu hao nhiÖt cña nhµ m¸y lµ l−îng nhiÖt tiªu hao ®Ó s¶n xuÊt ra 1Kwh
®iÖn cã kÓ ®Õn tæn thÊt trong lß vµ tæn thÊt truyÒn dÉn h¬i ®i, b»ng:
116
q
nm =
ttlo
d
ttlod
d
d
qn q
N
Q
N
Q
ηη
=
ηη
=, (kj/Kwh) (10-8a)
q
nm = =
ηηηηη
−
=
ηη
−
mpco
TB
tdttlo0
2
1
ttlo
2
1d
H
iiiid )()( , (kj/Kwh) (10-8b)
q
nm = =
ηηηηη mpco
TB
tdttlo
1, (kj/Kwh) (10-8c)
SuÊt tiªu hao nhiªn liÖu cña nhµ m¸y lµ l−îng nhiªn liÖu tiªu hao ®Ó s¶n xuÊt ra
1Kwh ®iÖn, b»ng:
b = =
d
N
B=
lv
thd
qn
QN
Q lv
thnm
lv
th
nm
QQ
q
η
=1, (kg/Kwh) (10-9)
SuÊt tiªu hao nhiªn liÖu tiªu chuÈn:
b =
nmnm
.
η
=
η
1230
29330
1, (kg/Kwh) (10-10)
10.2. HiÖu qu¶ kinh tÕ cña trung t©m nhiÖt ®iÖn
10.2.1. S¬ ®å s¶n xuÊt phèi hîp ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt n¨ng
Trong trung t©m nhiÖt ®iÖn cã nhiÒu ph−¬ng ¸n bè trÝ ®Ó s¶n xuÊt phèi hîp ®iÖn
n¨ng vµ nhiÖt n¨ng.
Khi cung cÊp nhiÖt cho mét lo¹i hé tiªu thô nhiÖt (c¸c hé tiªu thô nhiÖt cã cïng
mét ¸p suÊt h¬i) cã thÓ dïng tuèc bin ®èi ¸p vµ tuèc bin ng−ng h¬i thuÇn tóy nh− ë
h×nh 10.3. hoÆc tuèc bin ng−ng h¬i cã mét cöa trÝch ®iÒu chØnh nh− ë h×nh 10.4.
Khi cung cÊp nhiÖt cho hai lo¹i hé tiªu thô nhiÖt, cã thÓ dïng tuèc bin ®èi ¸p cã
mét cöa trÝch ®iÒu chØnh vµ tuèc bin ng−ng h¬i thuÇn tóy nh− ë h×nh 10.5a. hoÆc tuèc
bin ng−ng h¬i cã hai cöa trÝch ®iÒu chØnh nh− ë h×nh 10.5b.
117
H×nh 10.3. Dïng tuèc bin ®èi ¸p H×nh 10.4. Dïng tuèc bin
vµ tu«c bin ng−ng h¬i thuÇn tóy ng−ng h¬i cã mét cöa trÝch
H×nh 10.5a. Dïng tuèc bin ®èi ¸p cã H×nh 10.5b. Dïng tuèc bin
mét cöa trÝch vµ tuèc bin ng−ng h¬i ng−ng h¬i cã hai cña trÝch
10.2.2. HiÖu qu¶ cña viÖc s¶n xuÊt phèi hîp ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt n¨ng
H×nh 10.6. tr×nh bµy c¸c ph−¬ng ¸n s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt n¨ng. §Ó cã thÓ
so s¸nh hiÖu qu¶ cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt n¨ng theo hai ph−¬ng ¸n
riªng rÏ vµ phèi hîp ta cÇn tÝnh to¸n l−îng h¬i tiªu thô cho hai ph−¬ng ¸n ®ã khi
cung cÊp cho hé tiªu thô mét l−îng ®iÖn N® vµ l−îng nhiÖt Q nh− nhau.
Khi s¶n xuÊt riªng rÏ ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt n¨ng, ®iÖn n¨ng sÏ ®−îc ®¶m b¶o b»ng
tuèc bin ng−ng h¬i, cßn nhiÖt n¨ng cÊp cho hé tiªu thô ®−îc ®¶m b¶o b»ng lß h¬i
riªng hoÆc cïng mét lß h¬i nh−ng ph¶i qua bé gi¶m «n gi¶m ¸p nh− tr×nh bµy trªn
h×nh 10.6a. §Ó ®¶m b¶o cÊp cho hé tiªu thô ®−îc l−îng ®iÖn N® cÇn ph¶i tiªu tèn mét
l−îng h¬i lµ G® vµ cÊp cho hé tiªu thô l−îng nhiÖt Q cÇn ph¶i tiªu tèn mét l−îng h¬i
lµ Gn, tæng l−îng h¬i tiªu tèn khi s¶n xuÊt riªng rÏ lµ:
G
r = G® + Gn (10-11)
118
Khi s¶n xuÊt phèi hîp ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt n¨ng th× c¶ ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt n¨ng
®−îc cung cÊp b»ng tuèc bin ng−ng h¬i cã mét cöa trÝch ®iÒu chØnh nh− tr×nh bµy
trªn h×nh 10.6b. §Ó ®¶m b¶o ®ång thêi ®−îc l−îng ®iÖn N® vµ l−îng nhiÖt Q cho hé
tiªu thô cÇn ph¶i tiªu tèn mét l−îng h¬i lµ Gph.
§Ó tÝnh to¸n l−îng h¬i tiªu hao trong tr−êng hîp nµy ta gi¶ sö tuèc bin lµm viÖc
nh− mét tuèc bin ng−ng h¬i thuÇn tóy, nghÜa lµ l−îng h¬i trÝch Gn = 0. Khi ®ã muèn
s¶n xuÊt ra l−îng ®iÖn N® th× theo (10-3) cÇn tiªu hao mét l−îng h¬i lµ:
G
â =
mpco
TB
tdk0
d
ii
N
ηηη− )( (10-12)
NÕu trÝch ®i mét l−îng h¬i Gn cÊp cho hé dïng nhiÖt nghÜa lµ l−îng h¬i Gn nµy
kh«ng vµo phÇn h¹ ¸p, kh«ng tham gia sinh c«ng ®Ó s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng trong phÇn h¹
¸p, v× vËy l−îng ®iÖn s¶n xuÊt ra sÏ gi¶m ®i mét l−îng lµ:
∆Nâ = Gn(in - ik)TB
td
ηηcoηmp (10-13)
§Ó bï l¹i l−îng ®iÖn ®· gi¶m ®i, cÇn ph¶i t¨ng thªm vµo tuèc bin mét l−îng h¬i
cã thÓ s¶n xuÊt ra l−îng ®iÖn ®· bÞ thiÕu ∆Nâ lµ:
∆G =
mpco
TB
tdk0
d
ii
N
ηηη−
∆
)( (10-14)
Thay ∆Nâ tõ (10-13) vµo (10-14) ta ®−îc:
∆G =
mpco
TB
tdk0
mpco
TB
tdknn
ii
iiG
ηηη−
ηηη−
)(
)( (10-15)
hay:
∆G = Gn)ii(
)ii(
k
kn
−
−
0
= y Gn, (11-16)
trong ®ã: )ii(
)ii(
k
kn
−
−
0
= y ®−îc gäi lµ hÖ sè n¨ng l−îng cña dßng h¬i trÝch.
Nh− vËy l−îng h¬i tiªu tèn trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt phèi hîp ®iÖn n¨ng vµ nhiÖt
n¨ng lµ:
G
ph = G® + ∆G (10-17)
G
ph = G® + yGn (10-18)
Râ rµng (in - ik) < (i0 - ik), do ®ã : )ii(
)ii(
k
kn
−
−
0
= y < 1
So s¸nh (10-17) víi (10-18) vµ l−u ý (y < 1) ta thÊy s¶n s¶n xuÊt phèi hîp ®iÖn n¨ng
vµ nhiÖt n¨ng tèn Ýt h¬i h¬n s¶n xuÊt riªng rÏ mét l−îng lµ:
∆Gtk = Gr - Gph = (G® + Gn) - (G® + yGn)
∆Gtk = (1 - y)Gn (10-19)
L−îng h¬i ®i vµo b×nh ng−ng khi s¶n xuÊt phèi hîp lµ:
G'k = Gph - Gn = G® + yGn - Gn = G® - (1 - y)Gn (10-20)
L−îng h¬i ®i vµo b×nh ng−ng khi s¶n xuÊt phèi hîp nhá h¬n khi s¶n xuÊt riªng
rÏ mét l−îng lµ: