Chương 3 Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD PGS TSKH VS Nguyễn Văn Mạnh LỜI NÓI ĐẦU Trong quá trình sản xuất điện năng của nhà máy nhiệt điện , lò hơi là một khâu quan trọng có nhiệm vụ biến đổi năng lượng[.]
Trang 1LỜI NÓI ĐẦU
Trong quá trình sản xuất điện năng của nhà máy nhiệt điện , lò hơi là một khâu quan trọng có nhiệm vụ biến đổi năng lượng tàng trữ của nhiên liệu thành nhiệt năng của hơi Hơi bão hòa sau khi ra khỏi bao hơi sẽ được đưa tới các bộ quá nhiệt , tại đây hơi được nâng lên tới nhiệt độ rất cao trở thành hơi quá nhiệt đưa vào trong tuabin quay máy phát Hơi quá nhiệt là một trong những chỉ tiêu rất quan trọng của lò hơi Việc duy trì nhiệt độ hơi quá nhiệt trong dải không đổi khi tải lò thay đổi luôn được đặt lên hàng đầu nhằm cải thiện hiệu quả chuyển đổi từ nhiệt năng thành cơ năng , tránh phá hủy các vật liệu kim loại , đảm bảo chất lượng hơi trước khi đưa vào tuabin Điều này chỉ
có thể thực hiện được nếu hệ thống điều chỉnh hơi quá nhiệt hoạt động tốt , ổn định chất lượng cao
Trong quá trình điều chỉnh , độ trễ và quán tính lớn trong hệ thống một vòng là nguyên nhân cơ bản làm giảm sự tác động nhanh và do đó làm giảm
độ chính xác của quá trình điều chỉnh Do đó trong thực tế để nâng cao chất lượng điều chỉnh người ta thường áp dụng sơ đồ hai vòng với các thiết bị chế tạo theo các luật điều chỉnh đơn giản
Mặt khác việc tổng hợp hệ thống điều chỉnh gặp khó khăn cũng bởi tính phức tạp của đối tượng nhiệt , vì đối tượng nhiệt có độ trễ vận tải lớn , tính chất phi tuyến và thường là đối tượng bất định cho nên việc áp dụng những phương pháp tổng hợp kinh điển kém hiệu quả Trong bối cảnh đó quan điểm tổng hợp cấu trúc bền vững cao ra đời là cơ sở để tổng hợp hệ thống điều chỉnh với độ ổn định rất cao , sai số điều chỉnh nhỏ , quá trình quá độ đảm bảo hệ số tắt dần cao trong trường hợp có sự thay đổi tải
Thực tế hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt ở nhà máy sau một thời gian làm việc thì biên độ dao động lớn , thời gian điều chỉnh kéo dài khi
Trang 2có bất cứ sự thay đổi đáng kể nào về phụ tải , nhiễu …Độ quá điều chỉnh lớn có thể dẫn tới nhiệt độ hơi quá nhiệt vượt ngoài khoảng cho phép , gây nguy hiểm , thiệt hại về kinh tế lớn khi phải dừng tổ máy Một trong những nguyên nhân đó là quá trình hiệu chỉnh thông số điều chỉnh không tốt Đồ án này sẽ trình bày về việc tổng hợp hệ thống điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt tại nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2 trên cơ sở quan điểm tổng hợp bền vững tối ưu chất lượng cao áp dụng với
sơ đồ điều khiển hệ thống điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt Đề tài “Tối ưu hóa
hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt ở nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2” giải quyết những vấn đề sau :
- Chương 1 : Tổng quan hệ thống điều khiển của nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2
- Chương 2 : Giới thiệu về hệ thống điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt của nhà máy Phả Lại II
- Chương 3: Các phương pháp mô hình hóa và tổng hợp hệ thống
bộ điểu chỉnh công nghiệp.
- Chương 4 : Nội dung tính toán và đánh giá chất lượng
Trong đồ án này, do kiến thức còn hạn chế và thời gian có hạn, nên em chỉ có điều kiện nghiên cứu một nhánh trong hệ thống điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt đầu lò Cùng với sự góp ý , giúp đỡ tận tình của các thầy trong bộ môn hệ thống và tự động hóa quá trình nhiệt , nhất là thầy giáo
PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh, nên em đã hoàn thành được đồ án này
Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình thực hiện đồ án nhưng vẫn không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự quan tâm chỉ bảo của các thầy để đồ án của em được hoàn thiện hơn
Sinh viên
Trang 3CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
cả phần cứng phần mềm cho toàn hệ thống được phát triển từ các ứng dụng điều khiển của ngành công nghiệp hóa chất với các bộ điều khiển ban đầu sử dụng kỹ thuật tương tự.Giải pháp thiết kế của các hệ DCS thương phẩm là hướng vào các ứng dụng điều khiển phân tán nên nó thường được thiết kế theo hệ thống mở,khả năng tích hợp cao kể cả tích hợp với các PLC khác nhau điều khiển máy và công đoạn sản xuất độc lập.Mục tiêu tạo thuận lợi cao nhất cho người kỹ sư thiết kế và tích hợp hệ thống điều khiển
Thế mạnh của DCS là khả năng xử lý các tín hiệu tương tự và thực hiện các chuỗi quá trình phức tạp,khả năng tích hợp dễ dàng.Các hệ thống DCS thương phẩm hiện nay thường bao gồm các bộ điều khiển (controller) ,hệ thống mạng truyền thông và phần mềm điều hành hệ thống tích hợp.Các
hệ DCS có thể quản lý được từ vài nghìn điểm đến vài chục nghìn điểm vào /ra.Nhờ cấu trúc phần cứng và phần mềm,hệ điều khiển có thể thực hiện đồng thời nhiều vòng điều chỉnh,điều khiển nhiều tầng,hay theo các thuật toán điều khiển hiện đại,nhận dạng hệ thống,điều khiển thích nghi,tối ưu,bền vững,điều khiển theo mô hình dự báo (MPC),Fuzzy,Neutral,điều khiển chất lượng (QCS)
Trang 4Để phục vụ cho việc trao đổi thông tin,các hệ DCS thương phẩm ngày nay hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông từ cấp trường đến cấp quản lý.Hiện nay các giao thức này đã được chuẩn hóa (Profibus,Foundation FieldBus,Ethernet).
Các hệ DCS thương phẩm ngày nay có độ tin cậy rất cao : nhờ có khả năng dự phòng kép ở tất cả các thành phần trong hệ (controller,modul I/O,bus truyền thông),khả năng thay đổi chương trình (sửa chữa và download) ,thay đổi cấu trúc của hệ , thêm bớt các thành phần mà không làm gián đoạn ,không cần khởi động lại quá trình (thay đổi online)
Cơ sở dữ liệu quá trình trong các hệ DCS thương phẩm cũng được thiết
kế sẵn và là cơ sở dữ liệu lớn có tính toàn cục và thống nhất,thời gian bảo hành hỗ trợ dài
Tất cả những đặc điểm trên cho thấy các hệ DCS hoàn toàn đáp ứng yêu cầu về 1 giải pháp tự động hóa tích hợp tổng thể.Thị trường DCS toàn cầu tăng trưởng 2-3%/năm Tới nay,DCS vẫn là không thể thay thế được trong các ứng dụng lớn như:ứng dụng trong các nhà máy nhiệt điện…
Hệ thống điều khiển phân tán DCS điều khiển các quá trình công nghệ trong nhà máy (gồm lò hơi và các thiết bị phụ như bơm cấp, máy nghiền ),
hệ thống điều khiển PLC (gồm hệ thống xử lý nước, nước thải, than, lọc bụi, khử lưu huỳnh ) và hệ thống điều khiển MarkV để điều khiển Tuabin, máy phát Tất cả các hệ thống này đều được nối với hệ thống DCS qua các đường truyền dữ liệu tốc độ cao, tạo thành 1 mạng điều khiển phân cấp Người vận hành sẽ vận hành nhà máy thông qua các giao diện vận hành Người - Máy (HIS) của hệ thống DCS đặt tại phòng điều khiển trung tâm, hoặc thông qua các màn hình máy tính PC hay Panel điều khiển tại chỗ
Trang 5Hệ thống điều khiển DCS dây chuyền 2 nhà máy điện Phả Lại là hệ thống điều khiển CS3000 do hãng YOKOGAWA cung cấp.
Hệ thống CS3000 bao gồm: HIS (Human Interface Station) dùng để điều khiển các chức năng vận hành và giám sát, FCS (Field Control Station) thực hiện chức năng điều khiển, và mạng điều khiển (V net) kết nối giữa các trạm trên Các chức năng khởi tạo, định nghĩa của hệ thống làm việc trong HIS và các máy tính PC sử dụng cho mục đích chung
Hình 1.1: Cấu hình cơ bản hệ thống CS3000
1.1.2 Chức năng của hệ DCS
Chức năng chính và là quan trọng nhất của DCS là điều khiển toàn bộ các quá trình công nghệ trong nhà máy.Chức năng điều khiển do các bộ điều khiển đảm nhận,được đặt tại phòng điều khiển trung tâm hoặc trong các trạm điều khiển.Chức năng điều khiển của DCS được thể hiện trong sơ đồ sau:
Trang 6Hình 1.2: Sơ đồ chức năng DCS
-Chức năng điều khiển cơ bản
DCS thực hiện tất cả các chức năng điều khiển cơ bản của một nhà máy.Các thành phần thực hiện các chức năng điều khiển cơ bản trong DCS gọi là các “khối hàm” (Function Block).Mỗi khối hàm đại diện cho 1 bộ phận nhỏ nhất trong bài toán điều khiển.Việc thực hiện thiết kế chức năng điều khiển thực chất là cách kết hợp các khối hàm lại với nhau cho phù hợp
+Chức năng thực hiện các thuật toán điều chỉnh tự động
Chức năng điều chỉnh tự động thực hiện cho các vòng điều chỉnh phản hồi của các quá trình liên tục.Thành phần chính tham gia vào chức năng điều chỉnh tự động là các khối PID,các khối hàm chuyển đổi định dạng dữ liệu vào/ra và các khối hàm toán học
+Chức năng thực hiện thuật toán điều khiển tuần tự
Thuật toán điều khiển tuần tự thực hiện cho 1 số công đoạn làm việc theo chuỗi sự kiện nối tiếp trong nhà máy.Chức năng này vừa điều khiển từng
Chức năng điều khiển của DCSChức năng điều khiển cơ bảnThực hiện thuật toán điều khiển tự độngThực hiện thuật toán điều khiển tuần tựChức năng điều khiển liên độngThực hiện các thuật toán phức tạpChức năng quản lí theo khốiChức năng truyền thông với các hệ thống phụ
Trang 7công đoạn độc lập đồng thời quản lý toàn bộ chuỗi sự kiện xảy ra trong hệ thống.Có thể sử dụng chức năng này cho các bài toán liên động hoặc kết hợp thực hiện các công đoạn liên tục trong toàn nhà máy.
+Chức năng thực hiện các thuật toán phức tạp
DCS là hệ điều khiển ứng dụng cho các nhà máy có quy mô lớn,công nghệ liên tục và phức tạp,đòi hỏi phải sử dụng nhiều thuật toán tiên tiến để giải quyết các bài toán tối ưu và tiết kiệm nhiên- nguyên liệu.Các thuật toán cấp cao thường được ứng dụng cho các nhà máy bao gồm thuật toán điều khiển nối tầng (cascade),thuật toán điều khiển tiền định (feedforward),các thuật toán phân ly hệ đa biến,thuật toán điều khiển mờ,thích nghi,nơ ron…-Chức năng truyền thông,trao đổi thông tin với các hệ thống phụ - Subsystem
Trong các nhà máy lớn,bên cạnh hệ DCS ,luôn có các hệ PLC đảm nhận các công việc điều khiển cho từng công đoạn nhỏ như trạm bơm cấp nước,nước thải…và tất cả tham số này cũng cần phải được đưa vào hệ thống DCS chung của toàn nhà máy để tập trung cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát quản lý
Hầu hết hệ DCS không tích hợp sẵn các chương trình điều khiển truyền thống cũng như các module truyền thông với các PLC Mà thay vào đó ,DCS liên kết với các hệ PLC sao cho thiết bị chọn phù hợp và đỡ tốn kém
*Chức năng vận hành và giám sát hệ thống (chức năng SCADA)
-Hiện thị trạng thái hoạt động của toàn bộ nhà máy
Bằng các thư viện hình ảnh và các công cụ xây dựng đồ họa,DCS cho phép chúng ta biểu diễn toàn bộ các quá trình,thiết bị trong nhà máy lên màn hình 1 cách trực quan và sinh động,cung cấp các giao diện vận hành và giám sát
Trang 8Từ đó ta có thể nhận biết được trạng thái hoạt động của nhà máy thông qua các đối tượng đồ họa và các giao diện điều khiển – Instrument Faceplate-Chức năng hiển thị các biến quá trình dưới dạng đồ thị.
Để vận hành và giám sát được toàn bộ nhà máy với nhiều thiết bị,tham
số và trạng thái DCS đã phân chia,sắp xếp và biểu diễn các tham số,trạng thái dưới nhiều hình thức khác nhau nhằm tạo thuận lợi tối đa cho người vận hành.-Chức năng cảnh báo quá trình
Bên cạnh các chức năng điều khiển ,giám sát trạng thái,việc đưa ra các cảnh báo cho người vận hành và các gợi ý xử lý cũng là 1 yêu cầu không thể thiếu đối với bất cứ 1 hệ DCS nào
Các cảnh báo trong hệ thống được chia thành nhiều cấp độ khác nhau:+Cảnh báo nguy cơ
+Báo động
+Báo lỗi
-Chức năng lập báo cáo
Để hỗ trợ cho công tác giám sát và quản lý,DCS cung cấp các báo cáo cho từng biến quá trình,các khu vực quan trọng theo định kỳ hoặc theo yêu cầu nhằm:Thu thập,hiển thị và in ra các thông tin về trạng thái hoạt động của hệ thống.Báo cáo về các cảnh báo,thông điệp liên quan đến thiết bị,tín hiệu vào/ra
và cả trạng thái của các function block
Báo cáo về lịch sử làm việc,các lỗi,sự kiện xảy ra trong hệ thống
-Chức năng an toàn hệ thống
Để ngăn chặn các lỗi trong vận hành và đảm bảo an toàn cho hệ thống,DCS cung cấp khả năng phân chia quyền quy nhập hệ thống cụ thể đến từng thiết bị và từng functionblock
Trang 9Có thể đặt nhiều mức độ bảo mật an toàn khác nhau từ cấp các khu vực,đến từng thiết bị trong nhà máy.
Mỗi người vận hảnh sẽ có một tên và mật khẩu riêng và chỉ có quyền truy cập hệ thống trong một khu vực đã được định trước và phải chịu trách nhiệm hoàn toàn với khu vực đó Điều này một mặt tránh được các nguy cơ,ngăn chặn lỗi vận hành mặt khác cũng là để thuận lợi cho các nhà quản lý trong việc tìm ra người có trách nhiệm cho mỗi một sự kiện và kiểm soát tốt hơn tình trạng hoạt động của toàn nhà máy
1.1.3 Các phần trong hệ thống DCS
- Phần 1 : Điều khiển khối 1
- Phần 2 : Điều khiển khối 2
- Phần 3 : Điều khiển phần chung
Các phần được liên kết với nhau bằng Bus Converter sao cho các giao diện HIS của mạng điều khiển phần chung có thể điều khiển được các tổ máy, nhưng các HIS của tổ máy này không thể điều khiển được tổ máy khác Mặt khác, các BUS Converter sẽ cách ly về điện giữa các mạng điều khiển của tổ máy và phần chung
Giám sát toàn bộ quá trình hoạt động của nhà máy, gồm:
- SUPERVISORS PC : Giám sát chung
Trang 10- HISTORIAN : Là các máy tính có dung lượng lớn dùng để lưu trữ các thông tin vận hành của nhà máy, sử dụng phần mềm quản lý dữ liệu PI (Plant Information) Các HISTORIAN lấy thông tin từ các FCS thông qua các OPC SERVER, từ bộ ghi tuần tự SOE.
- OPC SERVER : là các máy tính quản lý truyền dữ liệu qua các giao thức mạng khác nhau, từ FCS qua VNET đến OPC SERVER rồi qua mạng ETHERNET và đưa đến HISTORIAN ở mỗi phần có 2 máy OPC SERVER , một cho thu nhập tín hiệu tương tự , một cho tín hiệu số
Giao diện OPC:
Hình 1.3 : Giao diện OPC
Giao diện OPC cung cấp bởi YOKOGAWA cho phép người sử dụng truy cập
dữ liệu trên các HIS hoặc FCS thông qua OPC SERVER chạy trên trạm Exaopc
Giao diện OPC là một giao diện chuẩn cho việc điều khiển quá trình sử dụng kết và nhúng đối tượng (OLE) Nó bao gồm các SERVER mà cung cấp cho các HIS hoặc FCS cùng với các giao diện dùng để truy cập tới các SERVER đó
Trang 11Việc kết nối các ứng dụng trong môi trường Window, để điều khiển quá trình mà dữ liệu quá trình có thể được chuyển đổi giữa các chương trình ứng dụng.
Các khối chức năng của Exaopc:
+ Chức năng truy cập dữ liệu (DA): Đọc và ghi giá trị hiện thời của dữ liệu quá trình
+ Chức năng báo động và các sự kiện (A&E): Báo cáo các báo động và sự kiện xảy ra không đồng bộ từ các trường quá trình
+ Chức năng truy cập dữ liệu đã lưu trước đó(HDA): Đọc dữ liệu quá trình theo trình tự thời gian thông qua các định danh của dữ liệu (tagname)
- EWS (Engineering WorkStation): Trạm thực hiện các công việc kỹ thuật như :
+ Phân quyền cho các trạm giao diện
+ Lập và sửa đổi chương trình cho các trạm điều khiển khu vực
+ Backup/Restore
Cấp giao diện vận hành (HIS):
- Gồm 10 trạm giao diện HIS kiểu màn hình kép cho khối 1 và khối 2 mỗi khối 5 trạm
- Phần chung có 2 trạm giao diện
Giao diện HIS thực chất là các máy tính với bàn phím được thiết kế riêng cho việc điều khiển nhà máy Các máy tính này chạy trên hệ điều hành WindowsNT trên đó có cài đặt phần mềm điều khiển CENTUM CS3000 Trên màn hình vận hành sẽ cung cấp tất cả các sơ đồ công nghệ, thông số vận hành, cửa sổ điều khiển, các điểm đặt, đồ thị, báo động
Trang 12Cấp điều khiển:
Thực hiện điều khiển các quá trình của nhà máy, mỗi khối có 12 trạm điều khiển LFCS và 2 trạm PFCS
Phần chung có 3 trạm điều khiển kiểu LFCS và 6 trạm PFCS
Việc xử lý tính toán của hệ thống DCS được thực hiện thông qua các FCS Trên FCS có các khối vi xử lý, khối thông tin liên lạc, khối nguồn và các khối vào/ra Tín hiệu liên lạc giữa bộ vi xử lý và các khối vào/ra được thực hiện thông qua đường truyền dữ liệu RIO BUS có tốc độ truyền tin là 1Mb/s
Mạng Vnet:
Mạng Vnet sử dụng để kết nối giữa các trạm điều khiển FCS với nhau
và giữa các FCS với các giao diện HIS Mạng này sử dụng giao thức truyền
Trang 13tin Token passing với thời gian truyền tin là 100m/s và tốc độ truyền tin là 10Mb/s.
SOE (Sequence of Events) là một hệ thống thu thập dữ liệu dựa trên bộ
vi xử lý phân phối tốc độ cao được thiết kế để giám sát và ghi lại các thông số
và sự thay đổi trạng thái của các đầu vào từ các thiết bị trường theo thời gian thực với tốc độ quét là 1 ms
Thông tin các sự kiện bao gồm các báo động (Alarm) và trạng thái và mỗi đầu vào có 60 ký tự để viết lời ghi chú Thông tin của các sự kiện có thể được đưa ra màn hình, máy in hoặc truyền tới các máy tính ở xa hoặc tới hệ thonngs DCS thông qua các cổng liên kết ASCII RS-232
Hệ thống PI
SOE
Ethernet
Điều khiển chung
Điều khiển
scan
Trang 14+ Mô tả thiết bị:
Bao gồm hai hay nhiều khung treo kiểu giá có kích cỡ 19”, chứa một
bộ điều khiển chính (main control module), một bộ điều khiển phụ trợ tuỳ chọn hoặc một module thông tin liên lạc và một hoặc nhiều bộ Scanner cho phép giám sát 4096 điểm
Mỗi bộ SOE có thể chứa đến 6 cổng RS-232 để liên lạc với các thiết bị ngoại vi như màn hình, modem, máy in, đồng hồ chuẩn thời gian thực, bàn phím Nó có 8 rơle phụ điều khiển bằng phần mềm với tiếp điểm “C” rất có ích cho người dùng
- YNT511D-V là các bộ khuyếch đại tín hiệu dùng cáp quang, được sử dụng để truyền thông tin đi xa Việc sử dụng bộ lặp này có thể truyền thông tin qua cáp quang với khoảng cách lớn Với bộ YNT511D-V thì khoảng cách lớn nhất có thể truyền là 4Km
- Dual RS422/485 Modbus là hệ thống liên lạc nối tiếp dự phòng kép thông qua cổng RS422/485 giữa hệ thống DCS với các hệ thống điều khiển phụ trợ khác như Mark V, PLC
- HUB hoặc System HUB ghép nối mạng Ethernet theo kiểu hình sao
Hệ thống điều khiển DCS được trang bị với độ tin cậy cao bởi hệ thống
dự phòng kép cho tất cả các bộ phận xử lý, thông tin liên lạc, nguồn cung cấp
- Master Clock là đồng hồ thời gian chuẩn lấy tín hiệu từ vệ tinh
để đặt thời gian chuẩn cho hệ thống điều khiển
Trang 15Tại phòng điều khiển trung tâm người vận hành có thể lựa chọn chế độ điều khiển AUT hoặc MAN Với bất kỳ chế độ điều khiển nào thì mọi thông số và tình trạng hiện thời của thiết bị đều có thể truy cập từ cả 2 nơi: Giao diện vận hành HIS tại phòng điều khiển trung tâm và giao diện vận hành tại chỗ.
Nói tóm lại, hệ thống điều khiển dây chuyền 2 của nhà máy điện Phả lại là một hệ thống điều khiển phân cấp dựa trên cơ sở các bộ vi xử lý có tốc
độ cao Hệ thống này sẽ đảm bảo việc điều khiển nhà máy một cách an toàn, chính xác, và có hiệu quả cao Ngoài chức năng điều khiển, hệ thống DCS còn có khả năng lưu trữ lâu dài cũng như truy cập các thông số và tình trạng của nhà máy để cho việc vận hành, bảo dưỡng nhà máy đạt hiệu quả cao nhất
Trang 17CHƯƠNG 2 CHI TIẾT CỤ THỂ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ HƠI
QUÁ NHIỆT 2.1 Giới thiệu về hệ thống điều khiển hơi quá nhiệt
Nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2 là nhà máy bố trí theo sơ đồ 2 khối : 1 lò tương ứng 1 máy.Bộ quá nhiệt của lò hơi Phả Lại 2 được chia làm 3 cấp chính:cấp 1,cấp 2 và cấp 3.Việc điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt 1 khối được thực hiện bởi 4 bộ giảm ôn nhánh A và B,2 bộ đặt giữ bộ quá nhiệt cấp 1 và cấp 2,2 bộ còn lại đặt giữa bộ quá nhiệt cấp 2 và cấp 3.Đây là bộ giảm ôn kiểu phun,phạm vi điều chỉnh nhiệt độ là :6oC.Nguồn nước làm lạnh là nước cấp vào lò (trước cụm van nước cấp).Lưu lượng nước giảm ôn lớn nhất cho mỗi
bộ giảm ôn là 20,55 t/h,nhiệt độ nước giảm ôn khoảng 259oC bằng nhiệt độ nước cấp
Trong hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt,đại lượng ra là nhiệt
độ hơi quá nhiệt.Khi nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi,bộ điều chỉnh nhận tín hiệu đó và tác động lên van điều chỉnh thay đổi lượng nước làm mát đi vào bình giảm ôn.Tác động điều chỉnh là độ đóng mở van điều chỉnh
Bộ điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt tác động lên van điều chỉnh lưu lượng nước giảm ôn để duy trì nhiệt độ hơi chính sau lò nằm trong dải định mức…
Bộ quá nhiệt bố trí làm 3 cấp,2 nhánh xen kẽ là các hệ thống nước phun giảm ôn mục đích duy trì nhiệt độ hơi quá nhiệt đồng đều trước khi vào tuabin
và tránh giãn nở ống
Trang 18Vì bộ quá nhiệt có 3 cấp với 4 van phun giảm ôn 1 khối , không làm mất tính tổng quát , ở đây ta chỉ tổng hợp đại diện 1 bộ điều chỉnh.Đó là bộ điều chỉnh van nước phun giảm ôn cho bộ quá nhiệt cuối ở 1 nhánh.
2.2 Bộ quá nhiệt và các thiết bị liên quan trong hệ thống
2.2.1 Mô tả chung
Hình 2.1 : Sơ đồ bố trí bộ quá nhiệt
Trang 19Bộ quá nhiệt của lò hơi thuộc loại nửa bức xạ, nửa đối lưu Theo đường hơi ra, bộ quá nhiệt bao gồm các bề mặt chịu nhiệt sau đây:
• Dàn quá nhiệt trần
• Bộ quá nhiệt hộp
• Vách phân cách đầu vào bộ quá nhiệt cấp 1
• Bộ quá nhiệt cấp 1
• Bộ quá nhiệt cấp 2 (quá nhiệt mành)
• Bộ quá nhiệt cuối cùng
2.2.2 Giảm ôn ở nhà máy điện
Thực tế nếu không có sự điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt thì nhiệt độ hơi quá nhiệt sẽ lớn hơn nhiệt độ yêu cầu do đó quá trình điều chỉnh thực chất
là giảm nhiệt độ hơi quá nhiệt xuống.Vì vậy người ta dùng các bộ giảm ôn để điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt
* Phương pháp bố trí
-Khi đặt bộ giảm ôn ở cuối thì thời gian điều chỉnh nhanh chóng nhưng
có 1 đoạn ống phải chịu nhiệt độ > nhiệt độ yêu cầu làm ảnh hưởng đến sự làm việc của bộ quá nhiệt
Trang 20-Nếu đặt bộ giảm ôn ngay đầu vào:
+Lợi bảo vệ được bộ quá nhiệt
+Nhược quán tính của quá trình điều chỉnh lớn => chậm trễ suy ra chất lượng quá trình điều chỉnh không tốt.Mặt khác nếu phun nhiều quá gây ra hiện tượng ngưng tụ trong bộ quá nhiệt
Hình 2.3 : Bố trí bộ giảm ôn ở đầu vào
-Vì vậy ta đặt bộ giảm ôn ngay lúc nhiệt độ quá nhiệt lên đến thời gian yêu cầu tức là đặt ở giữa
-Thực tế ở nhà máy Phả lại 2 dùng nhiều bộ giảm ôn
Trang 21Hình 2.4 : Giảm ôn bề mặt
Điều chỉnh lượng nước đi vào bộ giảm ôn tức là bộ điều chỉnh tác động vào van 4 nhưng khi thay đổi độ mở van 4 thì áp suất sau 2 van thay đổi gây trở lực làm thay đổi lượng nước vào lò ,ảnh hưởng đến điều kiện cấp nước giữa lượng nước điều chỉnh và nước cấp ảnh hưởng lẫn nhau.Thường để điều chỉnh ∆T= 15 đến 20oC suy ra ∆W=30 đến 40% W.Quán tính quá trình điều chỉnh lớn ,chất lượng điều chỉnh kém
Hơi quánhiệt
Nước làm mát
Trang 22Thường phun 5 ÷ 6% Dmax điều chỉnh được T= 50 ÷ 60oC(vòng nhỏ làm giảm thời gian điều chỉnh).Sơ đồ này nói chung có đặc tính động tốt nên hay dùng,tách hẳn 2 hệ thống nước cấp và nhiệt độ hơi quá nhiệt.
Do dùng nước phun thẳng vào bộ quá nhiệt chất lượng nước phải cao phải thêm bình ngưng phụ
Nếu áp lực không đủ đưa nước vào thì sử dụng các bơm phụ (thường chiếm 10% so với công suất cực đại của lò)
2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ hơi quá nhiệt
Hơi bão hòa sau khi ra khỏi bao hơi sẽ được đưa tới các bộ quá nhiệt,tại đây hơi được nâng lên tới nhiệt độ rất cao (khoảng 5410C) và trở thành hơi quá nhiệt
- Có nhiều nhân tố dẫn tới sự thay đổi nhiệt độ hơi quá nhiệt là:
+Thay đổi phụ tải lò hơi
+Sự dao động áp suất trong đường hơi chung
+Sự thay đổi của chất lượng nhiên liệu
+Thay đổi nhiệt độ nước cấp
+Thay đổi hệ số không khí thừa
+Đóng xỉ dạng ống bức xạ dãy feston
+Bám bẩn các bề mặt đốt do máy cấp bột than làm việc không đều
+Do hiện tượng cháy lại trong vùng bộ quá nhiệt…
Thực tế các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ hơi quá nhiệt còn gọi là các chấn động.Chấn động bên trong là sự thay đổi nhiệt độ và áp suất của nước làm mát.Những yếu tố làm ảnh hưởng đến nhiệt độ hơi quá nhiệt,ví dụ như: Thay đổi phụ tải lò hơi,thay đổi lưu lượng hơi,nhiệt độ nước cấp,sự dao động
áp suất trong đường hơi chung ,sự thay đổi của chất lượng nhiên liệu nhiệt lượng tỏa ra trong buồng đốt,sự thay đổi hệ số truyền nhiệt, hệ số không khí
Trang 23thừa, bám bẩn các bề mặt đốt do máy cấp bột than làm việc không đều, do hiện tượng cháy lại trong vùng bộ quá nhiệt,đóng xỉ dạng ống bức xạ dãy feston …là các chấn động bên ngoài
Ta có thể đứng trên góc độ đặc tính của lò để xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ hơi quá nhiệt
- Đặc tính tĩnh: (Quan hệ nhiệt độ quá nhiệt với các thông số khác ở chế độ xác lập)
- Đặc tính động:Chính là sự thay đổi theo thời gian của nhiệt độ khi có các nhiễu P thay đổi,Q(t) thay đổi
Cụ thể:
- Đặc tính tĩnh:
* Ảnh hưởng của phụ tải đến nhiệt độ hơi quá nhiệt
D thay đổi (tăng) suy ra nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi (tăng) (nếu bộ quá nhiệt đối lưu hoàn toàn)
Còn ở bộ quá nhiệt bức xạ hoàn toàn thì D thay đổi (tăng) dẫn tới nhiệt
độ hơi quá nhiệt giảm
Vậy ra kết hợp khéo léo giữa bộ quá nhiệt bức xạ và đối lưu thì ra khử được ảnh hưởng của phụ tải đến nhiệt độ hơi quá nhiệt
Trang 24* Ảnh hưởng của sự bám cáu xỉ đến nhiệt độ hơi quá nhiệt.
Có đóng xỉ thì nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng
* Ảnh hưởng của nhiệt độ nước cấp
Nhiệt độ nước cấp giảm thì D giảm nếu cường độ hấp thụ bộ quá nhiệt không đổi thì nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm
* Ảnh hưởng của hệ số không khí thừa
Giống phụ tải tùy thuộc vào bộ quá nhiệt là đối lưu hay bức xạ
* Ảnh hưởng của than
Mịn suy ra nhiệt độ hơi quá nhiệt nhỏ
Thô ngọn lửa cao nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng
* Ảnh hưởng của phân ly hơi
Làm việc kém suy ra nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm
Vậy khi thay đổi:
+Nhiệt hàm của hơi
+Lượng nhiệt của nó hấp thụ
+Lưu lượng hơi
Thì nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi
- Đặc tính động:
Tức là sự thay đổi nhiệt hàm của hơi và nhiệt độ hơi quá nhiệt theo thời gian.Suy ra nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi theo hình vẽ bên.Khi chấn động đầu vào là lượng nhiệt mà bộ quá nhiệt hấp thụ được đặc tính có dạng sau:
Tô giảm nhiệt =10 đến 15s (thực chất độ quán tính này không phải là của bộ quá nhiệt mà là của quá trình)
Khi D thay đổi theo thời gian ta không xét vì không thể sử dụng nó để điều chỉnh vì D là đại lượng do tuabin quyết định
Trang 25Hình 2.7 : Đặc tính động
2.3 Các phương pháp điều chỉnh nhiệt đô hơi quá nhiệt ở nhà máy.
Nhiệt độ hơi quá nhiệt là một trong những chỉ tiêu rất quan trọng của lò hơi.Nhiệt độ hơi quá nhiệt luôn được điều chỉnh ở 1 giá trị không đổi khi tải
ra giảm,ngược lại đối với quá nhiệt do đối lưu nhiệt truyền sẽ tăng khi lưu lượng hơi ra tăng.Nhưng tốc độ tăng nhiệt độ sẽ giảm bớt khi lưu lượng hơi ra tiếp tục tăng lên.Khi nhiệt độ hơi quá nhiệt không được điều khiển thì nhiệt
độ sẽ cao nhất khi tải lò lớn nhất,và khi tải giảm thì nhiệt độ sẽ giảm