BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
LÊ THÀNH TRUNG
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN MỨC
NƯỚC BAO HƠI TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Hà Nội – 10/2016
Prepare for your exams
Study with the several resources on Docsity
Earn points to download
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
Guidelines and tips
Prepare for your exams
Study with the several resources on Docsity
Earn points to download
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
Community
Ask the community
Ask the community for help and clear up your study doubts
University Rankings
Discover the best universities in your country according to Docsity users
Free resources
Our save-the-student-ebooks!
Download our free guides on studying techniques, anxiety management strategies, and thesis advice from Docsity tutors
Nghiên cứu, thiết kế hệ điều khiển mức nước bao hơi trong nhà máy điện.pdf, Thesis of Electrical Engineering
Nghiên cứu, thiết kế hệ điều khiển mức nước bao hơi trong nhà máy điện.pdf
Typology: Thesis
2021/2022
1 / 99
This page cannot be seen from the preview
Don't miss anything!
Related documents
Partial preview of the text
Download Nghiên cứu, thiết kế hệ điều khiển mức nước bao hơi trong nhà máy điện.pdf and more Thesis Electrical Engineering in PDF only on Docsity!
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LÊ THÀNH TRUNG
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN MỨC
NƯỚC BAO HƠI TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Hà Nội – 10/
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LÊ THÀNH TRUNG
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN MỨC
NƯỚC BAO HƠI TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Bùi Đăng Thảnh
Hà Nội – 10/
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình và bạn bè. Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý thầy cô giáo Viện Điện – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian học tập tại trường. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Bùi Đăng Thảnh người đã trực tiếp hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Nhờ sự giúp đỡ và hướng dẫn nhiệt tình của thầy em đã có được những kiến thức quý báu về cách thức nghiên cứu vấn đề cũng như nội dung của đề tài, từ đó em có thể hoàn thành tốt khoá luận tốt nghiệp của mình. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 09 năm 2016 Học viên thực hiện Lê Thành Trung
MỤC LỤC
- LỜI CAM ĐOAN
- LỜI CẢM ƠN
- MỤC LỤC
- MỞ ĐẦU
- 1.1. Tổng quan nhà máy nhiệt điện tuabin hơi................................................
- 1.1.1. Giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện............................................
- 1.1.2. Nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện.................................
- 1.1.3. Chu trình nhiệt của nhà máy nhiệt điện...........................................
- 1.2. Lò hơi nhà máy nhiệt điện tuabin hơi.....................................................
- 1.2.1. N hiệm vụ của lò hơi.........................................................................
- 1.2.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của lò hơi........................................
- 1.2.3. Các thiết bị phụ của lò.....................................................................
- 1.2.4. Giới thiệu về tuabin hơi...................................................................
- 1.2.5. Giới thiệu sơ lược các hệ thống điều khiển lò hơi...........................
- 1.3. Hệ thống điều khiển và giám sát nhà máy..............................................
- 1.4. Tổng kết chương 1..................................................................................
- 1.1. Tổng quan nhà máy nhiệt điện tuabin hơi................................................
- HƠI CHƯƠNG II. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC BAO
- 2.1. Vai trò và nhiệm vụ của bộ điều khiển mức nước bao hơi.....................
- 2.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới bộ điều khiển mức nước bao hơi...................
- 2.2.1. Ảnh hưởng của sự thay đổi lưu lượng nước cấp vào lò...................
- 2.2.2. Ảnh hưởng của lượng nhiệt sinh ra trong buồng lửa.......................
- 2.2.3. Ảnh hưởng của sự thay đổi áp suất..................................................
- 2.2.4. Ảnh hưởng của sự thay đổi lưu lượng hơi ra khỏi lò.......................
- 2.3. Động học quá trình trong bao hơi...........................................................
- 2.3.1. Phương trình cân bằng khối lượng và bảo toàn khối lượng............
- 2.3.2. Mô hình hóa bộ điều khiển mức nước bao hơi................................
- 2.4. Các cấu trúc cơ bản của điều khiển mức nước bao hơi..........................
- 2.4.1. Sơ đồ điều khiển một tín hiệu..........................................................
- 2.4.2. Sơ đồ điều khiển hai tín hiệu...........................................................
- 2.4.3. Sơ đồ điều khiển ba tín hiệu............................................................
- 2.5. Các phương thức điều chỉnh...................................................................
- 2.5.1. Cấu trúc điều khiển mức nước 3 tín hiệu.........................................
- 2.5.2. Chế độ điều khiển theo độ chênh áp hai đầu van điều khiển...........
- 2.6. Sơ đồ nguyên lý chung của bộ điều khiển mức nước bao hơi................
- 2.6.1. Thiết bị đo........................................................................................
- 2.6.2. Thiết bị chấp hành............................................................................
- 2.6.3. Bình bao hơi.....................................................................................
- 2.6.4. Bộ điều khiển...................................................................................
- 2.7. Tổng kết chương 2..................................................................................
- CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC BAO HƠI
- 3.1. Tính toán mô phỏng bộ điều khiển
- 3.1.1. Hàm truyền của các đối tượng thực tế.................................................
- 3.1.2. Tính toán bộ điều khiển
- 3.2. Thiết kế phần cứng
- 3.2.1. Sơ đồ P&ID của phần điều khiển mức nước bao hơi
- 3.2.2. Thống kê các điểm vào/ra của phần điều khiển mức nước bao hơi
- 3.2.3. Lựa chọn thiết bị trường cho phần điều khiển mức nước bao hơi
- 3.2.4. Cấu hình bộ điều khiển AC 800M của ABB.......................................
- 3.2.5. Lựa chọn máy tính điều khiển giám sát
- 3.3. Thiết kế phần mềm
- 3.3.1. Lưu đồ thuật toán điều khiển 1 tín hiệu
- 3.3.2. Lưu đồ thuật toán điều khiển 2 tín hiệu:
- 3.3.3. Lưu đồ thuật toán điều khiển 3 tín hiệu
- 4.1. Kết quả mô phỏng
- 4.2. Giao diện điều khiển thực tế
- 3.1. Tính toán mô phỏng bộ điều khiển
- Kết luận và hướng phát triển của đề tài
- Tài liệu tham khảo
MỞ ĐẦU
Bao hơi là thiết bị đặc biệt quan trọng của Lò thu hồi nhiệt, có thể được xem như quả tim cùa Lò thu hồi nhiệt. Bao hơi đóng vai trò vị trí trung gian trong quá trình chuyển đổi pha của nước/hơi trong quá trình biến đổi nước thành hơi. Nước cấp từ bộ tiết nhiệt cấp vào trong bao hơi, nước từ bao hơi vào bộ sinh hơi trở ngược lại bao hơi và hơi từ bao hơi đi vào các bộ siêu nhiệt. Trong quá trình vận hành của Lò thu hồi nhiệt, mực nước trong bao hơi phải luôn được duy trì ở một mức ổn định. Mực nước trong bao hơi bị giảm thấp quá mức sẽ gây hư hỏng các bộ sinh hơi, bộ siêu nhiệt do bị quá nhiệt trên đường ống. Ngược lại, mực nước bao hơi tăng cao quá mức có thể làm nước đi vào các bộ quá nhiệt gây ra hiện tương thủy kích đường ống, trường hợp xấu hơn, nước đi vào đến tuabin sẽ gây hư hỏng cánh tuabin. Do đó, các yêu cầu liên quan đến việc điều khiển mực bao hơi đặt ra rất khắt khe. Điều khiển mực bao hơi phải đảm bảo đáp ứng mọi trạng thái làm việc khác nhau của Lò thu hồi nhiệt từ khởi động, tăng giảm lượng nhiệt cấp vào Lò, sự biến đổi áp suất trong bao hơi cũng như những thay đổi tải của tuabin hơi. Chính vì những lý do trên, em lựa chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển mức nước bao hơi”.
Các thành phần chính trong quá trình chuyển hóa năng lượng trong nhà máy nhiệt điện bao gồm: Lò hơi : thực hiện chuyển đổi năng lượng sơ cấp (than, dầu) thành nhiệt năng, chuyển nước thành hơi nước. Tuabin : tuabin thực hiện chuyển đổi năng lượng từ nhiệt năng sang cơ năng. Máy phát : máy phát thực hiển chuyển đổi năng lượng từ cơ năng sang điện năng. Trạm biến áp : trạm biến áp thực hiện nâng điện áp từ đầu cực máy phát lên điện áp cao để đáp ứng truyền tải điện năng. Ngoài các thành phần chính, nhà máy nhiệt điện chứa các hệ thống phụ trợ cho các thành phần chính như: Hệ thống chế biến và cung cấp nhiên liệu: Nhiên liệu là than được nghiền mịn (R90) rồi được gió nóng thổi vào lò thực hiện quá trình cháy sinh ra nhiệt. Trạm bơm tuần hoàn: Trạm bơm tuần hoàn làm nhiệm vụ cung cấp nước làm mát bình ngưng với lưu lượng nước làm mát bình ngưng là 38580 m^3 /h. Trạm bơm nước ngọt: Cung cấp nước ngọt cho quá trình vận hành và làm mát, chèn… Hệ thống xử lý nước: Xử lý nước ngọt (nước thô) trước khi cung cấp cho quá trình vận hành. Hệ thống khử bụi – Khử lưu huỳnh: Đây là hai hệ thống quan trọng đảm bảo môi trường được sạch – Hệ thống khử tro bụi và chất độc hại lưu huỳnh trong khói trước khi thải ra môi trường. Hệ thống thải xỉ: Thải xỉ lò ra khỏi nhà máy. Hệ thống cung cấp dầu đốt lò, dầu bôi trơn làm mát gối trục.
Hệ thống sản xuất Hydrô: Cung cấp Hydro có chất lượng cao làm mát máy phát điện. Hệ thống cung cấp khí: Cung cấp khí cho các van khí nén. Hệ thống điều khiển ,đo lường... Các thành phần trong nhà máy hoạt động thông qua hệ thống tích hợp hoạt động của các thành phần với nhau, hệ thống đó là hệ thống điều khiển và giám sát tích hợp (ICMS) trong nhà máy. Mỗi hệ thống đều có các trạm điều khiển riêng và được tích hợp trong hệ thống ICMS. 1.1.2. Nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện Nhà máy nhiệt điện hoạt động trên nguyên lý chuyển hóa năng lượng hữu cơ thành nhiệt năng bằng việc đốt cháy các nhiên liệu đó trong lò hơi. Nhiệt năng làm thay đổi trạng thái của môi chất .Môi chất nhận nhiệt trở thành thế năng được dẫn truyền đến đến các tầng cánh tuabin tạo thành động năng làm quay tuabin. Tuabin quay làm quay máy phát điện, chuyển cơ năng của tuabin thành năng lượng điện trong máy phát điện. Môi chất là môi trường truyền tải năng lượng đi ,vì vậy phải đảm bảo chất lượng như: áp xuất, nhiệt độ, độ khô. Nhiệt năng cung cấp càng nhiều thì năng lượng điện phát ra càng lớn và ngược lại. Điện áp phát ra ở đầu cực máy phát điện sẽ được đưa qua hệ thống trạm biến áp để nâng lên cấp điện áp thích hợp trước khi hoà vào mạng lưới điện quốc gia. Quá trình chuyển hoá năng lượng của nhà máy nhiệt điện tua bin hơi. Hóa năng chứa trong nhiên liệu thành nhiệt năng bởi quá trình đốt cháy. Nhiệt năng cấp cho nước để tạo thành hơi bão hòa. Hơi bão hoà tích năng lượng chuyển thành động năng tác động vào cánh tua bin, tua bin quay tạo thành cơ năng quay máy phát và chuyển hoá thành điện năng. Quá trình chuyển hoá năng lượng đó có thể được thể hiện qua sơ đồ sau:
các giàn ống sinh hơi. Tại đây, nước sẽ nhận nhiệt năng từ quá trình đốt cháy nhiên liệu trong lò và trở thành hơi bão hòa. Hơi nước bão hòa được tách ẩm nhờ các xyclon và màng chắn ẩm. Hơi ra khỏi bao hơi gần đạt trạng thái khô hoàn toàn, được đưa vào các bộ quá nhiệt cấp 1, bộ quá nhiệt màng, bộ quá nhiệt cấp 2, trở thành hơi quá nhiệt có áp suất khoảng 170 bar và nhiệt độ khoảng 540. Hơi này sẽ được phun vào xylanh cao áp của tuabin, sinh công lần thứ nhất. Ra khỏi xylanh cao áp, hơi bị mất nhiệt (còn khoảng 400 ), đi qua đường tái lạnh vào bộ tái nhiệt để nâng nhiệt độ của hơi gần với nhiệt độ hơi mới (khoảng 540 ), theo đường tái nóng đi tới xylanh trung áp, giãn nở sinh công trong xy lanh trung áp. Hơi ra khỏi xy lanh trung áp tiếp tục được đưa vào xy lanh hạ áp để sinh công lần cuối. Hơi ra khỏi xylanh hạ áp sau khi sinh công sẽ được đưa tới bình ngưng để ngưng trở lại thành nước. Bình ngưng có hệ thống nước làm mát tuần hoàn và hệ thống hút chân không làm cho hơi nước được ngưng tụ nhanh hơn. Nước sau khi được ngưng tụ trong bình ngưng sẽ tiếp tục được bơm ngưng bơm đi theo chu trình khép kín của hơi và nước.
Hình 1.3: Chu trình nhiệt nhà máy nhiệt điện 1.2. Lò hơi nhà máy nhiệt điện tuabin hơi 1.2.1. Nhiệm vụ của lò hơi Nhà máy nhiệt điện, lò hơi là thiết bị lớn nhất và vận hành phức tạp nhất. Đòi hỏi trình độ cơ khí hóa và tự động hóa cao, chế độ làm việc phải đảm bảo sao cho đạt hiệu suất cao nhất. Trong đó xảy ra quá trình đốt cháy nhiên liệu, nhiệ t lượng tỏa ra sẽ biến nước thành hơi, chuyển hóa năng lượng của nhiên liệu thành nhiệt năng của hơi. Lò hơi có các nhiệm vụ chính sau:
- Chuyển hóa năng lượng của nhiên liệu hữu cơ như than đá, dầu mỏ, khí đốt… trong buồng đốt thành nhiệt năng.
- Truyền nhiệt năng sinh ra cho môi chất bằng bức xạ, đối lưu, dẫn nhiệt và thông qua hệ thống dẫn đưa môi chất đi làm quay tua bin. Trong nhà máy nhiệt điện tuabin hơi môi chất l à nư ớc. Nước có nhiệt độ thông thường
Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của lò hơi có bao hơi 1-Buồng đốt nhiên liệu; 12- Quạt gió; 2- Bơm cấp; 13- Thùng nghiền than; 3- Bộ hâm nước; 14- Bộ sấy không khí; 4- Đường ống dẫn nước vào bao hơi (balông); 15- Vòi phun nhiên liệu; 5- Bao hơi; 16- Thuyền xỉ; 6- Dàn ống nước xuống; 17- Đường khói thải; 7- Dàn ống sinh hơi; 18-Khử bụi tĩnh điện 8- Ống hơi lên (dãy Pheston) cùng với bao hơi tạo thành vòng tuần hoàn tự nhiên của nước và hơi; 19- Quạt; 20- Ống khói; 21- Phễu đựng tro bay.
9- Đường ống dẫn hơi bão hoà tới bộ quá nhiệt; 10- Bộ quá nhiệt; 11- Van hơi chính đặt trên đường ống dẫn hơi tới turbine; Nguyên lý làm việc Lò hơi nhà máy máy nhiệt điện tua bin hơi dùng để sản xuất ra hơi quá nhiệt. Hơi quá nhiệt nhận được tạo thành nhờ các quá trình: đun nóng nước đến sôi, nước sôi chuyển trạng thái từ pha lỏng thành hơi bão hòa, qua bộ quá nhiệt để biến hơi bão hòa thành hơi quá nhiệt đưa tới tua bin. Công xuất của lò phụ thuộc vào lư u lượng, nhiệt độ và áp xuất hơi. Các giá trị này càng cao thì công xuất lò hơi càng lớn. Hiệu xuất trong quá trình trao đổi nhiệt giữa ngọn lửa và khói với môi chất trong lò hơi phụ thuộc vào tính chất vật lý của môi chất (nước hoặc hơi) và phụ thuộc vào hình dáng, cấu tạo, đặc tính của các phần tử lò hơi. Trên hình 1.3 trình bày nguyên lý cấu tạo của lò hơi tuần hoàn tự nhiên trong nhà máy điện tuabin hơi. Nhiên liệu (than bột) và không khí được phun qua vòi phun số 15, vào buồng đốt nhiên liệu (buồng lửa) số 1, tạo thành hỗn hợp cháy trong buồng lửa, nhiệt độ ngọn lửa có thể đạt tới 1900. Nhiệt lượng tỏa ra khi nhiên liệu cháy truyền cho nước trong dàn ống sinh hơi 7, nư ớc tăng dần nhiệt độ đến sôi, chuyển thành hơi bão hòa. Hơi bão hòa trong ống sinh hơi 7 đi đến dàn ống hơi lên 8 và tập trung vào bao hơi số 5. Trong bao hơi số 5, hơi được phân ly ra khỏi nư ớc, nước tiếp tục đi xuống theo ống xuống 6 đặt ngoài tường lò rồi lại sang ống sinh hơi 7 để tiếp tục nhận nhiệt. Hơi bão hòa từ bao hơi số 5 đi qua đường ống dẫn hơi tới bộ quá nhiệt số 9, đi vào các ống xoắn nhận nhiệt từ khói nóng chuyển động ở phía ngoài ống, chuyển hơi bão hòa thành hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao, áp xuất cao đi vào ống góp để sang tua bin. Hơi qua vòi phun chuyển thành động năng tác dụng lên cánh tuabin làm quay tuabin. Dàn ống sinh hơi số 7 đặt phía trong tường lò, nước trong ống nhận nhiệt và sinh hơi tạo ra trong ống sinh hơi 7 một hỗn hợp là hơi và nước. Ống xuống số 6 đặt
- Các thành phần thiết bị không bao gồm trong phạm vi cung cấp của nhà sản xuất (quạt khói, quạt gió .v.v..)
- Các vòi thổi bụi
- Các thiết bị rửa lò
- Bộ sấy không khí sơ bộ dùng hơi. 1.2.4. Giới thiệu về tuabin hơi a. Tổng quan về cấu tạo Tua bin hơi là một động cơ nhiệt chuyển hóa thế năng của hơi nước thành cơ năng làm quay roto. Tua bin hơi bao gồm hai thành phần chính đó là thành phần cố định (stato) và phần quay (roto). Dãy các vòi phun nằm cố định còn được gọi là dãy cánh tĩnh, dãy cánh được lắp trên trục roto gọi là dãy cánh động. Mỗi cặp dãy cánh tĩnh và dãy cánh động liền kề tạo thành một tầng của tuabin. Vì hơi nước đi vào ở tầng đầu tiên có áp suất cao và đi ra ở tầng cuối cùng có áp suất thấp là cho thể tích riêng của hơi tăng nhanh. Do đó, tiết diện rãnh của các dãy cánh tĩnh và dãy cánh động càng về cuối càng lớn. Đồng thời, đường kính cánh, đường kính trục roto và đường kính trung bình của tầng càng về cuối càng lớn. Phía hơi vào bao giờ cũng có thêm bộ phận an toàn ghép nối trên trục của roto nhằm mục đích cắt hơi đi vào tuabin khi số vòng quay thực tế quá số vòng quay định mức 10 – 12 %. Các đoạn trục ghép được làm mát và bôi trơn bằng bơm dầu. Roto của tuabin được nối với roto của máy phát bằng khớp nối trục nửa mềm. Stato bao gồm có thân tuabin, các hộp ống phun, hộp supap, vành chèn đầu cuối, vành bánh tĩnh, bánh tĩnh và các bộ chèn bánh tĩnh. Thân tuabin có hai mặt bích ngang và hai mặt bích đứng nhằm chia tuabin thành phần trước, phần giữa và ống thoát. Ngoài ra còn có ổ đỡ trước, sau dùng cho roto và máy phát.
b.Vận hành tua bin hơi Vận hành tua bin hơi nhằm mục đích cung cấp điện và nhiệt năng liên tục, đảm bảo chất lượng, an toàn, với độ tin cậy cao và hiệu quả kinh tế tối đa. Trình tự và các thao tác vận hành cụ thể được ghi trong quy trình vận hành lập riêng cho từng loại tua bin cụ thể. Nội dung quy trình vận hành có ba phần:
- Giới thiệu đặc điểm chung về cấu tạo thiết bị.
- Đặc tính kỹ thuật của thiết bị.
- Hướng dẫn vận hành. Vận hành tua bin là thực hiện các công việc chính như sau:
- Kiểm tra, chuẩn bị điều kiện vận hành.
- Chuẩn bị khởi động.
- Khởi động.
- Kiểm soát thiết bị khi làm việc bình thường.
- Ngừng thiết bị. Trong mục này chúng ta chỉ xem xét một số vấn đề cơ bản cần lưu ý khi khởi động và ngừng thiết bị. Đây là hai giai đoạn quan trọng trong vận hành tua bin vì lúc đó trạng thái cơ học và nhiệt của các bộ phận, chi tiết tua bin và đường ống dẫn thay đổi rất lớn. 1.2.5. Giới thiệu sơ lược các hệ thống điều khiển lò hơi Vận hành lò hơi là một công việc điều khiển phức tạp. Quá trình vận hành lò hơi không tách khỏi quá trình vận hành chung toàn nhà máy. Mỗi sự thay đổi của một khâu nào đó trong nhà máy đều dẫn đến sự thay đổi chế độ vận hành của lò hơi và đòi hỏi các thao tác điều khiển lò tương ứng. Quá trình vận hành sao cho lò hơi làm việc ở trạng thái kinh tế nhất, an toàn nhất trong một thời gian dài. Cụ thể trong quá trình vận hành lò hơi không để xảy ra sự cố mà phải bảo