Nghiên cứu ảnh hưởng bộ truyền nhiệt đến hiệu suất hệ thống máy phát MHD

Nội dung text: Nghiên cứu ảnh hưởng bộ truyền nhiệt đến hiệu suất hệ thống máy phát MHD

1. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG BỘ TRUYỀN NHIỆT ĐẾN HIỆU SUẤT HỆ THỐNG MÁY PHÁT MHD Huỳnh Quang Phúc TÓM TẮT: Bộ trao đổi nhiệt ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất của hệ thống máy phát MHD. Khi có sử dụng bộ trao đổi nhiệt thì nhiệt độ vào bộ làm mát nhỏ dẫn đến công suất nhiệt thải ra ở bộ làm mát nhỏ tiết kiệm được năng lượng và tổn thất nhiệt độ thấp nên lượng công suất nhiệt tạo ra buồng đốt nhỏ. Kết quả tính toán mô phỏng trong bài báo này cho thấy rằng hiệu suất của hệ thống được nâng lên đáng kể so với hệ thống không sử dụng bộ trao đổi nhiệt. Từ khóa: Lò phản ứng ICF, hệ thống hiệu suất cao, máy phát MHD, hệ thống kết hợp. ABSTRACT: The heat transfer huge impact on the efficiency of the MHD generator system. When using the heat transfer, the temperature in the small cooling power resulting waste heat in small coolers are energy saving and low temperature damage, the amount of heat generated power small combustion chamber. Simulation calculation results in this paper shows that the system transfer is improved considerably compared with the system is not use a heat transfer. Key words: ICF reactor, high efficiency system, MHD generation, combined system. 1. GIỚ I THIÊỤ Nguồn năng lượng nhiệt sinh ra từ lò phản ứng của hệ thống máy phát MHD cần tận dụng tối đa để tái sử dụng nhằm giảm chí phí vận hành nâng cao hiệu suất của hệ thống. Giảm thiểu chi phí vận hành và nâng cao hiệu của hệ thống máy phát là mục tiêu quan trọng mà bất cứ hệ thống phát điện loại nào cũng được đặt lên hàng đầu. Trong đó, bộ trao đổi nhiệt đóng vai trò rất quan trọng để tận dụng nguồn nhiệt này. Trong bài báo này sẽ phân tích , tính toán ảnh hưởng của bộ trao đổi nhiệt đến hiệu suất của hệ thống máy phát MHD. 1
2. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Để đánh giá ảnh hưởng của bộ truyền nhiệt đến hiệu suất của hệ thống máy phát MHD như thế nào ta khảo xác hai hệ thống (Hình 2.1 và Hình 2.2).[4] Hình 2.1: Hệ thống sử dụng bộ trao đổi nhiệt. Hình 2.2: Hệ thống không sử dụng bộ trao đổi nhiệt. Công thức tính toán và các đại lượng qua từng bộ phận của hệ thống (Hình 1.2 và Hình 2.2) Máy phát MHD Khai thác enthalpy Q EE eMHD (1) QMHDin Áp suất ngõ ra   1 EE PMHDout PMHDin 1 (2) iMHD 2
3. Nhiệt độ ngõ ra TMHDout 1 EE LMHD TMHDin (3) Nhiệt lượng ngõ ra . QMHDout cp mTMHDout (4) Với m lưu lượng khối lượng . Q m MHDin (5) C p .TMHDin Bộ trao đổi nhiệt Tổn thất áp suất là 1% PRout (PMHDin 1%PMHDin ) (6) Hiệu suất truyền nhiệt TMHDout TN 1 (7) TGASin Tổn thất nhiệt ngõ ra T3 TCout TMHDout TRout (8) Với TCout nhiệt độ ra sau khi qua máy nén  1  n 1 PCout PCin 1 TCout 1 TCin (9) iC Bộ làm mát Áp suất ngõ ra bộ làm mát Tổn thất áp suất là 1% PCin (PRout 1%PRout) (10) Nhiệt lượng ngõ ra bộ làm mát . QCin cp mTCin (11) 3
4. Máy nén Nhiệt độ ngõ ra máy nén  1  n 1 PCout PCin 1 TCout 1 TCin (12) iC Nhiệt lượng ngõ ra máy nén . QCout cp mTCout (13) Buồng đốt Công suất nhiệt từ lò phản ứng đi ra Qrout Qrin Qf (14) Công suất nhiệt cung cấp thêm để công suất nhiệt ra ổn định 3003MW Qf Qrout Qrin (15) Bảng 1: Các thông số tính toán trong hệ thống Sản lượng điện đầu ra của máy phát 900MW Sản lượng điện cung cấp máy nén 545MW Năng lượng điều khiển hiệu quả 30% Độ lợi Blanket 1.1 Tổn thất qua mỗi thành phần 1 Áp suất ra lò phản ứng 4atm Nhiệt dung riêng của chất làm mát 5193 J/kgK Tỷ lệ nhiệt dung riêng của chất làm mát 1.667 Chiết enthalpy MHD 15-30 % Hiệu suất đẳng entropy MHD 85 % Tổn thất nhiệt qua MHD 0.5 % Hiệu suất máy nén đẳng entropy 85 % Nhiệt độ đầu vào máy nén 300K Số đơn vị máy nén 4 4
5. 3. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG Trong bài báo này ta khảo xác nhiệt độ đi ra từ buồng đốt, nhiệt độ từ 1700 đến 2400K cho hai trường hợp: Khi có và không sử dụng bộ trao đổi nhiệt. Dựa vào các công thức toán áp dụng cho từng bộ phận của hệ thống ta tính toán được các số liệu sau: Bảng 2: Các thông số tính toán hệ thống khi có bộ trao đổi nhiệt TRout (K) (nhiệt TGASin (K) (nhiệt QGAS (MWt) ∆T (K) (tổn Qf (MWt) (công độ ra từ buồng độ vào bộ làm (công suất nhiệt thất nhiệt độ của suất nhiệt buồng đốt) mát) thải ra từ bộ làm hệ thống ) đốt tạo ra) mát) 1700 302 4 1126 1607 1800 331 45 1196 1707 1900 360 86 1267 1807 2000 387 125 1335 1905 2100 410 166 1410 2016 2200 444 207 1477 2108 2300 472 247 1546 2207 2400 503 290 1620 2312 Bảng 3: Các thông số tính toán hệ thống khi không có bộ trao đổi nhiệt TRout (K) TGASin1 QGAS1 ∆T1 (K) Qf1 (nhiệt độ ngõ (K) (nhiệt độ (MWt) (công (tổn thất nhiệt (MWt) (công ra buồng đốt) vào bộ làm suất nhiệt thải độ của hệ suất nhiệt mát) ra từ bộ làm thống ) buồng đốt tạo mát) ra) 1700 1063 1091 1425 1892 1800 1163 1232 1524 2035 1900 1264 1378 1624 2178 2000 1360 1515 1719 2321 2100 1460 1658 1818 2465 2200 1560 1801 1917 2607 2300 1658 1941 2014 2750 2400 1754 2093 2119 2893 5
6. Kết quả mô phỏng so sánh hai hệ thống trên: Hình 3.1 Kết quả mô phỏng nhiệt độ vào bộ làm mát khi hệ thống có và không có sử dụng bộ trao đổi nhiệt Hình 3.2 Kết quả mô phỏng công suất nhiệt thải ra ở bộ làm mát khi hệ thống có và không có sử dụng bộ trao đổi nhiệt 6
7. Hình 3.3 Kết quả mô phỏng tổn thất nhiệt độ của hệ thống có và không có sử dụng bộ trao đổi nhiệt Hình 3.4 Kết quả mô phỏng công suất nhiệt tạo ra từ buồng đốt của hệ thống có và không có sử dụng bộ trao đổi nhiệt KẾT LUẬN Qua kết quả tính toán và mô phỏng trên cho ta thấy được tầm quan trọng của bộ trao đổi nhiệt trong hệ thông trên. Vì nó ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất của công suất nhiệt và hiệu suất điện của hệ thống. Khi ta khảo sát nhiệt độ vào máy phát MHD từ 1700 đến 2400K khi hệ thống không sử dụng bộ trao đổi nhiệt thì nhiệt độ vào bộ làm mát lớn dẫn đến công suất nhiệt thải ra ở bộ làm mát lớn không tiết kiệm được năng lượng. Tổn thất nhiệt độ cao nên lượng công suất nhiệt tạo ra buồng đốt lớn. 7
8. Khi khảo sát nhiệt độ vào máy phát MHD từ 1700 đến 2400K khi hệ thống có sử dụng bộ trao đổi nhiệt thì nhiệt độ vào bộ làm mát nhỏ dẫn đến công suất nhiệt thải ra ở bộ làm mát nhỏ tiết kiệm được năng lượng. Tổn thất nhiệt độ thấp nên lượng công suất nhiệt tạo ra buồng đốt nhỏ. Kết quả cho thấy hiệu suất của hệ thống phát điện được nâng cao đáng kể khi có bộ trao đổi nhiệt. Ngoài ra việc khai thác enthapy và nhiệt độ đầu ra đầu tiên cả hai ảnh hưởng đến sản lượng điện nhiệt hạch và điều này ảnh hưởng đáng kể hiệu suất nhà máy. Khi tăng nhiệt độ đầu ra tăng cao hiệu suất của hệ thống tăng lên. Tuy nhiên nhiệt độ đầu ra không được cao hơn nhiệt độ cho phép (Nhiệt độ tăng không lớn hơn 2400K do bị giới hạn của vật liệu.) Tóm lại, kết quả thu được trong nghiên cứu này đánh giá được hiệu suất, nhiệt độ áp suất, công suất nhiệt và công suất nhiệt sinh ra từ buồng đốt của hệ thống khi có và không có bộ trao đổi nhiệt, có thể cung cấp hướng dẫn cho việc xác định thiết kế và điều kiện hoạt động tối ưu của một hệ thống phát điện MHD sử dụng một nguồn nhiệt từ lò phản ứng ICF. Các tính toán ở đây có thể được mở rộng đến một cân nhắc kinh tế, trong đó bao gồm các kích thước và chi phí của hệ thống phát điện. TÀI LIỆU KHAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1]. Nguyễn Công Hân, Nhà máy nhiệt điện, NXB khoa học và kỹ thuật, 2002, 200 trang. [2]. TS. Phạm Văn Hòa, Phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp, NXB khoa học và kỹ thuật, 2005, 520 trang [3]. Hoàng Đình Tín, nhiệt động lực học kỹ thuật, NXB khoa học và kỹ thuật, 2007, 482 trang. BÀI BÁO [4]. L C Kien and N Harada, Power generation system using two models for an inertial confinement fusion reator (keywords: ICF reactor, high efficiency system, MHD generation, combined system) 8
9. [5]. Harada N, Kien LC, Hishikawa M. Bacsic studies on closed cycle MHD power generation system for space application. 35th AIAA plasmadynamics and lasers conference 28 june-1 july 2004. Portland, Oregon [6]. Harada, N. and Tsunoda, study of a dis MHD generator for nonequilibrium plasma generator (NPG) system. Energy Convers. Manage, 1998, 39, 493-503. [7]. Kayukawa, N. Comparisons of MHD topping combined power generation system. Energy convers. Manage, 2000, 41, 1953-1974. [8]. Meier, W. R. and Morse, E. C. Blanket optimization studies for cascade. Fusion technol., 1985, 8, 1826-1831. [9]. Bourque, R. F. power conversion options for the cascade ICF power reactor. Fusion technol., 1985, 15, 1270-1274. [10]. J.S. Rao, Hari Sankar. Numerical simulation of MHD effects on convective heat transfer characteristics of flow of liquid metal in annular tube 20 April 2010 Giảng viên hướng dẫn Học viên thực hiện TS. Lê Chí Kiên Huỳnh Quang Phúc 9
10. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.