Nghiên cứu xây dựng thư viện phần mềm đối tượng phục vụ điều khiển tự động nhà máy nhiệt điện than

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI -Xây dựng được thư viện phần mềm các đối tượng cơ sở phục vụ điều khiển một số hệ thống trong nhà máy nhiệt điện than để góp phần tiến tới làm chủ thiết kế, xây dựng

Trang 1

BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA

X W Y Z X W

BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN

ĐỀ TÀI NCKH&PTCN CẤP BỘ NĂM 2011

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THƯ VIỆN PHẦN MỀM ĐỐI TƯỢNG PHỤC VỤ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN

Cơ quan chủ trì:

Chủ nhiệm đề tài: VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓATRỊNH HẢI THÁI

9170

HÀ NỘI – 2011

Trang 2

BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA

X W Y Z X W

BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN

ĐỀ TÀI NCKH&PTCN CẤP BỘ NĂM 2011

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THƯ VIỆN PHẦN MỀM ĐỐI TƯỢNG PHỤC VỤ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN

Trang 3

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 5

1.1 CƠ SỞ PHÁP LÝ/XUẤT XỨ ĐỀ TÀI 5

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 5

1.3 TÍNH CẤP THIẾT 5

1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC 6

1.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC 11

1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12

1.7 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 13

CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ 14

2.1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN 14

2.1.1 Lò hơi tầng sôi tuần hoàn 15

2.1.2 Lò hơi đốt than phun 16

2.1.3 Các hệ khác 17

2.2 HỆ THỐNG SẢN XUẤT HYDRO (Electrolytic Hydrogen Plant) 19

2.3 HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THÔ (Raw Water Treatment System) 27

2.4 HỆ THỐNG KHỬ KHOÁNG (Demineralization System) 29

2.5 HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI (Waste Water Treatment Plant) 37

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG THƯ VIỆN PHẦN MỀM 42

3.1 ĐỐI TƯỢNG BÌNH ĐIỆN PHÂN: G_ELECTROLYZER 42

3.1.1 Mô tả đối tượng thực 42

3.1.2 Hàm đối tượng 46

3.2 ĐỐI TƯỢNG MÁY NÉN: G_COMPRESSOR 52

Trang 4

3.3 ĐỐI TƯỢNG BỘ CHỈNH LƯU CẦU 3 PHA: G_RECTIFIER 56

3.4 ĐỐI TƯỢNG BÌNH GASHOLDER: G_GASHOLDER 58

3.5 ĐỐI TƯỢNG VALVE CÓ ĐIỀU KHIỂN: G_SGL_COIL_VALVE 64

3.6 ĐỐI TƯỢNG BÌNH LƯU : G_GAS_STOR_TANK 67

3.7 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN RECTIFIER:G_CTRL_RECTIFIER 72

3.7.1 Mô tả bộ điều khiển 72

3.8 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN MÁY NÉN KHÍ:G_CTRL_COMPRESSOR 79

3.9 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN MÁY SẤY KHÔ: G_CTRL_DRYER 85

3.9.1 Mô tả bộ điều khiển: 85

3.10 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN DÒNG ĐIỆN CHỈNH LƯU: G_CTRL_DC_CURRENT_REC 90

3.11 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN HAI MÁY :G_CTRL_2_MACHINE 92

3.12 ĐỐI TƯỢNG BÌNH LỌC GRAVITYFILTER : G_GRAVITYFIL_TANK 94

Trang 5

3.13 ĐỐI TƯỢNG BÌNH LỌC TRỌNG LỰC: G_CLARIFIER_TANK 95

3.14 ĐỐI TƯỢNG BƠM ĐƠN: G_PUMP 97

3.15 ĐỐI TƯỢNG pH 103

3.15.1 Bài toán và phương pháp giải 103

3.16 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN BƠM ĐƠN:G_CTRL_SGL_PUMP 103

3.17 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN HAI BƠM LUÂN PHIÊN: G_CTRL_TIME_ON_PUMP 105

3.18 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN VAN: G_CTRL_VALVE 107

3.18.1 Mô phỏng đối tượng 107

3.18.2 Hàm điều khiển 107

3.19 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN MÁY KHUẤY :G_CTRL_MIXER 110

3.20 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN KHỬ KHOÁNG: G_STEP_CTRL_CARBON 111

3.21 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN TRAO ĐỔI ANION: G_STEP_CTRL_ANION 113

3.22 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN TRAO ĐỔI CATION: G_STEP_CTRL_CATION 115

3.22.1 Mô tả hàm đối tượng 115

Trang 6

3.23 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN BÌNH LỌC HỖN HỢP :G_STEP_CTRL_MIXED

118

3.24 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN pH: G_CTRL_pH 120

CHƯƠNG 4 THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 122

4.1 PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM 122

4.2 KẾT LUẬN 122

Trang 7

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 CƠ SỞ PHÁP LÝ/XUẤT XỨ ĐỀ TÀI

Đề tài “Nghiên cứu xây dựng thư viện phần mềm đối tượng phục vụ điều khiển tự động nhà máy nhiệt điện than” được thực hiện theo Hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số 130.11.RD/HĐ-KHCN giữa Bộ Công Thương (Bên A) và Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin Học, Tự động hóa (Bên B) ký ngày 08 tháng 04 năm 2011

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

-Xây dựng được thư viện phần mềm các đối tượng cơ sở phục vụ điều khiển một số hệ thống trong nhà máy nhiệt điện than để góp phần tiến tới làm chủ thiết kế, xây dựng nhà máy nhiệt điện than tại Việt Nam

-Góp phần giảm giá thành các hệ thống điều khiển tự động trong nhà máy nhiệt điện, tiết kiệm cho đất nước

-Đào tạo các cán bộ chuyên môn trong lĩnh vực nhiệt điện.

1.3 TÍNH CẤP THIẾT

Tốc độ tiêu thụ điện năng của Việt Nam có xu hướng tăng gấp đôi tốc độ GDP trong điều kiện nguồn cung sản xuất thủy điện và nhiệt điện không đáp ứng đủ đang tạo áp lực cho ngành Điện Việt Nam cần có chiến lược phát triển dài hạn: Theo quyết định số 110/2007/QĐ-TTg của thủ tướng chính phủ kí ngày 18 tháng 07 năm 2007 “Đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế- xã hội của cả nước với mức tăng GDP khoảng 8,5%-9% năm giai đoạn 2006-2010 và cao hơn ,dự báo nhu cầu điện nước ta tăng ở mức 17% năm (phương án

cơ sở), 20% (phương án cao) trong giai đoạn 2006-2015”

Một nền kinh tế phát triển phải gắn với sự phát triển của ngành năng lượng quốc gia, nhằm đảm bảo cung cấp đủ nguồn điện cho các hoạt động sản xuất, kinh doanh và phát triển kinh tế Việt Nam cũng không nằm ngoài quy luật đó, khi ngành điện luôn được coi là một ngành then chốt, trọng điểm và nhận được rất nhiều sự quan tâm của nhà Nước

Số liệu theo báo cáo của Tập đoàn Điện lực Việt Nam( EVN) , tổng điện thương phẩm

cả nước năm 2010 đạt 85,59 tỷ kWh, tăng 14,4% so với năm 2009.Trong khi đó tổng công suất khả dụng của nguồn điện trong năm 2010 dao động trong khoảng 15.000-17.600MW Tình hình cung ứng điện năm 2010 đã gặp rất nhiều khó khăn, đặc biệt, ở các tháng mùa khô, do tình hình hạn hán nghiêm trọng kéo dài làm suy giảm công suất và sản lượng các nhà máy thuỷ điện, nhu cầu điện tăng cao do nắng nóng, một số nhà máy nhiệt điện than mới (Hải Phòng, Quảng Ninh, Uông Bí 2, Phả Lại 2, Cẩm Phả và Sơn Động) vận hành không ổn định thường xảy ra sự cố, dẫn đến hệ thống điện quốc gia bị mất cân đối cung - cầu về điện Để đảm bảo an ninh vận hành hệ thống điện, việc cắt giảm phụ tải điện đã phải thực hiện với tổng sản lượng điện cắt giảm vào mùa khô 2010 ước tính khoảng 1,4 tỷ kWh Tổng nhu cầu điện sản xuất toàn quốc năm 2011 là 117,63 tỷ kWh, tăng 17,63% so với tổng sản lượng điện thực hiện năm 2010 (100,1 tỷ kWh), trong đó tổng nhu cầu điện sản xuất 6 tháng mùa khô 2011 là 56,14 tỷ kWh tăng 18,3% so với thực hiện 6 tháng mùa khô

2010, tổng nhu cầu điện sản xuất 6 tháng cuối năm 2011 là 61,49 tỷ kWh tăng 16,8% so với thực hiện 6 tháng cuối năm 2010

Trang 8

Theo quyết định số 0152/QĐ-BCT phê duyệt Kế hoạch cung cấp điện và vận hành hệ thống điện năm 2011 làm cơ sở pháp lý cho điều hành cung ứng điện, tính toán với khả năng phát điện tối đa các nhà máy điện trong hệ thống, tổng điện năng sản xuất và nhập khẩu của hệ thống điện quốc gia năm 2011 sẽ ở mức 115,56 tỷ kWh, trong đó mùa khô là 54,06 tỷ kWh

Theo ông Phạm Lê Thanh, Tổng Giám đốc Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) từ nay đến 2020, EVN sẽ phải gấp rút xây dựng thêm 44 nhà máy nữa Dự kiến, tổng lượng vốn đầu tư cho 44 nhà máy này là 690.000 tỷ đồng (tương đương 40 tỷ USD)

Nếu ta có thể nội địa hóa được 30% tức khoảng 12 tỷ USD thì sẽ tạo ra rất nhiều công

ăn việc làm cho lao động trong nước đồng thời đào tạo được đội ngũ cán bộ kỹ thuật giỏi trong lĩnh vực này Do vậy việc nội địa hóa mang tính cấp thiết, cần phải làm và làm bắt đầu từ phần dễ là các subsystem

Hiện nay các dự án xây dựng nhà máy nhiệt điện phần lớn do nước ngoài tổng thầu ( ví

dụ như: Nhà máy nhiệt điện Mạo Khê do Trung Quốc tổng thầu, nhà máy nhiệt điện than Mông Dương 2 có công suất 1.200MW do tập đoàn AES(tập đoàn chuyên đầu tư phát triển các nguồn điện và phân phối điện của Mỹ) ,nhà máy Điện 1 –Hải Phòng với công suất 600MW do tổ hợp nhà thầu Trung Quốc và Nhật Bản làm tổng thầu) trong chuỗi công việc: Thiết kế - Cung cấp lắp đặt cơ khí – Cung cấp lắp đặt thiết bị công nghệ - Cung cấp lắp đặt

hệ thống điều khiển (bao gồm phần cứng và phần mềm), ta chủ yếu làm các công việc cơ khí, còn phần mềm và điều khiển chủ yếu của nước ngoài Thực tế ta có thể chủ động phần thiết kế, lắp đặt cơ khí; thiết bị công nghệ và phần cứng điều khiển mua sẵn còn phần mềm

có thể tự viết.

1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC

Xu hướng lập trình phần mềm điều khiển các hệ thống tự động hóa hiện nay đã chuyển sang sử dụng phương pháp hướng đối tượng, phương pháp này được cụ thể hóa rõ nhất trong phần mềm (engineering software/tools) của các hệ điều khiển phân tán (DCS) Có hai phương pháp lập trình: phương pháp hướng chức năng và phương pháp hướng đối tượng (object-oriented programming viết tắt là OPP)

Phương pháp hướng chức năng là lối tiếp cận truyền thống trong lĩnh vực công nghệ thông tin Theo lối tiếp cận này, ta quan tâm chủ yếu tới những thông tin mà hệ thống sẽ lưu giữ Ta hỏi xem người dùng cần những thông tin nào, rồi thiết kế cơ sở dữ liệu để chứa những thông tin đó, cung cấp biểu mẫu (forms) để nhập thông tin và in báo cáo để trình bày các thông tin Nói một cách khác, chúng ta tập trung vào thông tin và không mấy để ý đến những gì có thể xảy ra với những hệ thống đó và cách hoạt động (ứng xử) của hệ thống Đây là lối tiếp cận xoay quanh dữ liệu và đã được áp dụng để tạo nên hàng ngàn hệ thống trong suốt nhiều năm qua Lối tiếp cận xoay quanh dữ liệu là phương pháp tốt cho việc thiết

kế cơ sở dữ liệu và nắm bắt thông tin, nhưng nếu áp dụng cho việc thiết kế ứng dụng lại có thể khiến phát sinh nhiều khó khăn Một trong những thách thức lớn là yêu cầu đối với các

hệ thống thường xuyên thay đổi Một hệ thống xoay quanh dữ liệu có thể dể dàng xử lý việc thay đổi cơ sở dữ liệu, nhưng lại khó thực thi những thay đổi trong nguyên tắc nghiệp

vụ hay cách hoạt động của hệ thống

Trong lĩnh vực tự động hóa, ngoài các hệ DCS (đã có sẵn thư viện các hàm đối tượng điều khiển) phương pháp hướng chức năng vẫn được áp dụng phổ biến Nguyên do có thể

là ứng dụng quá đơn giản hoặc người lập trình điều khiển thường tập trung chủ yếu vào

Trang 9

logic thực thi các chức năng mà công nghệ đòi hỏi nên ít quan tâm đến phương pháp lập trình Mặt khác ngôn ngữ viết chương trình điều khiển không phải là ngôn ngữ hướng đối tượng nên ý tưởng lập trình hướng đối tượng ít được chú ý

Theo phương pháp hướng chức năng, mỗi một chức năng thường được đóng gói thành các hàm (function/subroutine), trong đó cấu trúc phần cứng hệ thống công nghệ, đặc điểm điều khiển của các thiết bị (van, bơm, quạt, bình chứa, ) và sự liên kết/tương tác giữa các đối tượng vật lý không thể hiện một cách rõ ràng và tách biệt trong logic điều khiển nên phương pháp này sẽ gặp nhiều khó khăn trong xử lý lỗi hay khi cần sửa đổi/nâng cấp công nghệ, thay đổi chủng loại thiết bị, và không tận dụng được đặc điểm điều khiển giống nhau của nhiều đối tượng trong hệ thống để nhân bản/kế thừa Phương pháp hướng đối tượng sẽ giải quyết được vấn đề đó

Tiếp cận hướng đối tượng là một lối tư duy về vấn đề theo cách ánh xạ các thành phần trong bài toán vào các đối tượng ngoài đời thực Với lối tiếp cận này, chúng ta chia ứng dụng thành các thành phần nhỏ, gọi là các đối tượng, chúng tương đối độc lập với nhau Sau đó ta có thể xây dựng ứng dụng bằng cách chắp các đối tượng đó lại với nhau Xét ví dụ: một hệ thống khử khoáng trong nhà máy nhiệt điện gồm các loại đối tượng sau: valve, bơm, bình lọc thô, bình lọc cacbon, công tắc báo mức, thiết bị đo pH, độ dẫn, mức, Đối với mỗi loại hoặc một nhóm loại đối tượng có đặc điểm giống nhau (xét từ góc nhìn của điều khiển) ta sẽ xây dựng một hàm đối tượng điều khiển tương ứng và sau đó ghép chúng lại thành hệ thống điều khiển tổng thể hoàn chỉnh Nếu theo phương pháp hướng chức năng thì thông thường người lập trình sẽ phân tách theo công đoạn điều khiển như: lắng trọng lực, cấp hóa chất, lọc carbon, lọc cation, lọc anion, và tập trung vào nghiên cứu, phân tích logic điều khiển trong mỗi công đoạn để lập trình

Trong lĩnh vực công nghệ thông tin, khái niệm về các đối tượng và thực thể trong khoa học máy tính được nhiều người biết đến từ hệ thống PDP-1 của đại học MIT Một bằng chứng sớm khác của OOP được tìm thấy qua Sketchpad viết bởi Ivan Sutherland trong năm

1963, tuy nhiên, đây chỉ là một ứng dụng chứ không là một mẫu hình lập trình

Ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng đầu tiên là Simula, ngôn ngữ này được thiết kế để dùng trong các việc mô phỏng, được sáng tạo bởi Ole-Johan Dahl và Kristen Nygaard thuộc Trung tâm Máy tính Na Uy ở Oslo Các kiến thức trong ngôn ngữ này sau đó đã được dùng trong nhiều ngôn ngữ khác, bắt đầu từ Lisp và Pascal cho đến họ ngôn ngữ Smalltalk Lập trình hướng đối tượng đã được phát triển như là phương pháp lập trình chủ đạo từ giữa thập niên 1980 nguyên do đáng kể là việc ảnh hưởng của C++, một ngôn ngữ mở rộng của

C Địa vị thống trị của OOP đã được củng cố vững chắc bởi sự phổ biến của các GUI dành cho ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng ngày càng tiện lợi Một thí dụ về quan hệ gần gũi của thư viện GUI động và ngôn ngữ OOP là phần mềm Cocoa, nó là khung cơ sở của Mac

OS X dược viết bằng Objective C (Objective C là một loại ngôn ngữ hướng đối tượng mở rộng của C với việc thông báo động) Công cụ cho OOP cũng được nâng cao phần "lập trình điều khiển theo sự kiện" (mặc dù khái niệm này không chỉ dành cho OOP) Trong lĩnh vực tự động hóa không có ngôn ngữ lập trình điều khiển hướng đối tượng, tuy nhiên ta hoàn toàn có thể áp dụng ý tưởng hướng đối tượng trong lập trình điều khiển hệ thống tự động hóa

Trên thế giới việc tính toán, thiết kế, chế tạo nhà máy nhiệt điện đã đạt đến đỉnh cao về

kỹ thuật và công nghệ Một số hãng nổi tiếng trong lĩnh vực này có thể kể đến như:

Trang 10

Marubeni, Sumimoto, Deawoo, Alstom, Invelt, Metso, Power Machine, Harbin Chương trình điều khiển cho nhà máy nhiệt điện phức tạp, số lượng biến đến hàng chục ngàn, công việc kiểm tra, sửa lỗi, thay đổi chương trình và bảo trì sẽ khó hơn rất nhiều so với trường hợp số lượng biến ít Câu hỏi đặt ra là dùng phương pháp gì để thiết kế và xây dựng chương trình điều khiển lớn như vậy? Các hãng tự động hoá nổi tiếng như ABB, SIEMENS, YOKOGAWA, EMERSON đã sử dụng phương pháp hướng đối tượng Mỗi một hãng đưa ra các hàm điều khiển đối tượng trong đó “nhúng” sẵn các hiểu biết/kinh nghiệm (know-how) của mình về điều khiển đối tượng đó Các thư viện đối tượng (object libraries) giá cao, không mở và chủ yếu bán kèm theo các hệ DCS giá vài trăm ngàn đến hàng triệu USD

Những phần mềm điều khiển hiện đại đang được ứng dụng trong các nhà máy nhiệt điện có thể kể tới như: COMPOSER (ABB), CENTUM (YOKOGAWA), OVATION (EMERSON), PCS7 (SIEMENS), Các hàm đối tượng điều khiển có sẵn được phân loại như sau:

• Các khối điều khiển điều chỉnh (Regulatory Control Blocks): Các khối này chủ yếu

sử dụng cho điều khiển quá trình liên tục

• Các khối trình tự (Sequence Blocks): Các khối này chủ yếu dùng cho khóa liên động

và điều khiển theo mẻ

• Các khối tính toán (Calculation Blocks): Sử dụng cho các phép tính toán

• Các khối bản mặt (Faceplate Blocks): Sử dụng cho giao diện người máy

• Các khối điều khiển thiết bị chuyển mạch và động cơ ( MC/Switch Instrument Blocks): Các khối này bao gồm điều khiển và liên động điều khiển ON/OFF, điều khiển động cơ, thiết bị chuyển mạch,

• Các khối điều khiển đối tượng chuyên dụng cho một lĩnh vực cụ thể như nhiệt điện,

xi măng, dầu khí, hóa chất, cán thép, chế biến,

• Các khối điều khiển truyền thông (Communication Blocks): Thực hiện truyền thông trên các giao thức khác nhau

• Các khối khác: Tùy theo từng hãng cụ thể

Các đối tượng đóng gói kín nên ta không thể sửa đổi mã, nâng cấp, cải tiến cho phù hợp với ứng dụng cụ thể của mình được Thông thường mỗi hàm đối tượng chiếm hàng kylobytes bộ nhớ, do đó đòi hỏi cấu hình phần cứng phải mạnh (hầu hết phải sử dụng các dòng sản phẩm có cấu hình mạnh nhất của hãng) thì mới đủ tài nguyên để chạy chương trình Điều này làm giảm khả năng tùy chọn cấu hình phù hợp với yêu cầu từng ứng dụng

cụ thể tại Việt Nam Tại Việt Nam phần lớn hệ thống tự động hóa sử dụng cấu hình phần cứng ở mức thấp và trung bình Ngoài ra, các đối tượng mà hãng cung cấp có rất nhiều I/O

để người sử dụng có thể tùy chọn, thiết kế tương đối tổng quát này cho phép ứng dụng được trong nhiều trường hợp khác nhau nhưng đôi khi lại thừa quá nhiều I/O cho một ứng dụng cụ thể nào đó, điều này dẫn đến chương trình sẽ “nặng hơn” và người sử dụng khó dùng hơn do phải hiểu ý nghĩa của quá nhiều I/O Có thể lấy ví dụ như sau một hàm đối tượng điều khiển valve (VALVE_CONTROL) của PCS7 có 62 I/O và cần 3kbytes bộ nhớ, trong khi trong ứng dụng xử lý nước khử khoáng của nhà máy nhiệt điện hàm đối tượng điều khiển valve chỉ cần 16 I/O với đòi hỏi bộ nhớ vài trăm bytes là đủ

Một số ví dụ các hàm đối tượng trong thư viện phần mềm của PC S7

Đối tượng Motor

Trang 12

Hình 3: : Các giao diện IN_OUT của đối tượng Motor

Đối tượng Valve

Hình 4: Các giao diện IN của đối tượng valve

Trang 13

Hình 5: Các giao diện OUTPUT của đối tượng valve

Hình 6: Các giao diện IN_OUT của đối tượng valve

1.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC

Trong 5-10 năm lại đây ngành năng lượng được đầu tư phát triển với tăng trưởng 15%/năm Nhiệt điện than luôn chiếm 40% tổng công suất nguồn điện quốc gia Các nhà máy nhiệt điện than đang liên tục được xây dựng như: Nhiệt điện Hải Phòng; Quảng Ninh; Mông Dương 1,2; Vũng Áng 1; Thăng Long; Ninh Bình mở rộng 1; Uông Bí mở rộng 2;

12%-… Trong các công trình này hệ thống điều khiển tự động hầu hết do nước ngoài cung cấp

Trang 14

hoặc công ty trong nước tích hợp dựa trên phần cứng và phần mềm của nước ngoài Nếu chỉ tính riêng phần cứng điều khiển (PLCs, HMI devices) và phần mềm điều khiển (engineering software/tools, HMI software/tools, control programs, HMI programs) trong

hệ thống tự động hóa thì phần mềm chiếm giá trị khoảng 60-70%, thậm chí lớn hơn Phần mềm điều khiển có giá trị gia tăng cao, tuy nhiên các đơn vị trong nước chưa tập trung nghiên cứu xây dựng các module phần mềm cho hệ thống điều khiển tự động Mảng thị trường này có thể coi còn bỏ ngỏ và có tiềm năng lớn Các công ty trong nước còn đang trong giai đoạn nghiên cứu thiết kế chế tạo, thử nghiệm ứng dụng từng phần của nhà máy nhiệt điện than Có một số hệ điều khiển do đơn vị trong nước thiết kế chế tạo đã đưa vào

sử dụng nhưng bộc lộ nhiều nhược điểm: hoạt động kém ổn định, khó bảo trì, nâng cấp Chương trình điều khiển tự động xây dựng theo phương pháp hướng chức năng nên khó bảo trì, nâng cấp, sửa lỗi; ít khả năng thương mại hoá

Các thư viện phần mềm đối tượng điều khiển đã làm đơn giản hoá quá trình xây dựng chương trình điều khiển các hệ thống phức tạp trong nhà máy nhiệt điện Thiết kế hướng đối tượng là xu hướng mới trong lĩnh vực tự động hoá trên thế giới nhưng ít được áp dụng tại Việt Nam

Chưa có đơn vị nào nghiên cứu xây dựng thư viện thư viện phần mềm đối tượng phục

vụ điều khiển tự động nhà máy nhiệt điện than Để tiến đến mục tiêu lâu dài là làm chủ công nghệ thiết kế chế tạo các nhà máy nhiệt điện thì không thể không tự xây dựng chương trình điều khiển trên cơ sở thư viện đối tượng do các chuyên gia trong nước thiết kế, lập trình Thư viện của nước ngoài giá cao, không thể cải tiến chỉnh sửa cho phù hợp với ứng dụng cụ thể Chủ động trong việc xây dựng phần mềm điều khiển là bước đầu tiến tới làm chủ công nghệ điều khiển các nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam Điều này có ý nghĩa rất lớn

về mặt kinh tế- xã hội, an ninh –quốc phòng của đất nước

1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Trước hết nhóm thực hiện sẽ khảo sát thực tế các hệ thống điều khiển sau:

- Hệ thống điều khiển tự động sản xuất hydro (Electrolytic Hydrogen Plant)

- Hệ thống điều khiển tự động khử khoáng (Demineralization System)

- Hệ thống điều khiển tự động xử lý nước thô (Raw Water Treatment System)

- Hệ thống điều khiển tự động xử lý nước thải (Waste Water Treatment Plant)

Các hệ thống trên sẽ được khảo sát tại một trong những công trình hiện đại, mới xây dựng tại Việt Nam Nhóm sẽ nghiên cứu tìm hiểu công nghệ điều khiển từng hệ thống, tìm hiểu các chương trình điều khiển từng hệ thống

Trên cơ sở khảo sát, nhóm sẽ thống kê các đối tượng điều khiển, phân tích các đặc trưng của đối tượng trong sự tương tác với môi trường bên ngoài, từ đó thiết kế các giao diện của đối tượng Sau đó nhóm sẽ lập trình, tối ưu thuật toán điều khiển từng đối tượng và test chúng Các đối tượng sẽ được xây dựng trên cơ sở ngôn ngữ bậc thấp để tăng hiệu năng thực hiện và có tính khả chuyển cao giữa các hệ thống phần cứng khác nhau Mã code có thể dễ dàng chuyển sang platform vi điều khiển, PLC (Omron, ABB, Rockwell, Siemens, ), PAC, PC Cuối cùng nhóm sẽ ghép nối các đối tượng theo yêu cầu công nghệ điều khiển và kiểm tra các chức năng làm việc của từng đối tượng trong liên động điều khiển chung

Trang 15

1.7 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Nội dung 1: Nghiên cứu, khảo sát công nghệ điều khiển một số hệ thống trong nhà máy

nhiệt điện than sau đây:

Nội dung 2: Thiết kế xây dựng thư viện phần mềm các đối tượng cơ sở phục vụ điều khiển

các hệ thống trong nhà máy nhiệt điện than sau :

Nội dung 3: Thử nghiệm và đánh giá

Nội dung 4: Viết báo cáo tổng kết KHKT và báo cáo nghiệm thu đề tài

Trang 16

CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ

2.1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN

Sản xuất điện năng là một ngành quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Nó phản ánh tình trạng chung của sức sản xuất của một quốc gia.Trên thế giới phần lớn điện năng được sản xuất ra ở các nhà máy nhiệt điện

Ở nước ta trong gian đoạn đổi mới hiện nay đang cần phát triển mạnh các nhà máy nhiệt điện đốt nhiên liệu hữu cơ (than đá, dầu khí….) Việt Nam có nguồn nhiên liệu truyền thống là than Nguồn nhiên liệu than ở nước ta là rất dồi dào.Nguồn nhiên liệu này nằm rải rác ở các nơi Trữ lượng than ở Quảng Ninh ước chừng chiếm khoảng trên 10 tỷ tấn, phẩm chất tốt, đa số là các loại than như than antraxit có nhiệt trị cao vào khoảng 7000Kcal/kg,

độ tro bình quân từ 14/15%, chất bốc 4.5%/9%

Hình 7: Các công đoạn chính nhà máy nhiệt điện than

Nhiên liệu chính để sản xuất điện là than Một số nguyên liệu khác được sử dụng là nước đã khử khoáng và một số phụ gia cần thiết như hygen và chất tẩy gỉ Nước khử khoáng được đốt nóng ở nhiệt độ cao trở thành hơi nước áp suất cao, sau đó hơi nóng chuyển động sẽ đẩy tua bin máy phát điện quay đạt vận tốc xác định Điện năng sẽ được cấp vào lưới điện

220KV nối với các trạm biến thế sau đó tải vào đường dây 22KV để cung cấp điện cho các nhà máy

Trang 17

Hình 8: Sơ đồ nhà máy nhiệt điện than

Hiện nay trên thế giới chủ yếu sử dụng những công nghệ sau:

2.1.1 Lò hơi tầng sôi tuần hoàn

Lò hơi tầng sôi tuần hoàn CFB (Circulating Fluidizing Bed ) :

- Lò CFB cho phép đốt được các loại nhiên liệu khó cháy, thành phần nhiên liệu có thể thay đổi trong dải rất rộng, hàm lượng lưu huỳnh trong than cao mà vẫn đảm bảo được các Tiêu chuẩn về môi trường( than nâu, than antraxit, than non, cốc dầu, vỏ trấu, gỗ vụn, phế thải nhà máy giấy, nhà máy đường, rác thải, lốp ô tô…)

- Than không cần có độ mịn cao như lò than phun

- Công nghệ đốt phù hợp với cả loại than xấu có nhiệt trị thấp, hàm lượng chất bốc thấp, phù hợp với đặc tính của than antraxit

- Nhiệt độ trong buồng đốt thấp và được kiểm tra chặt chẽ nên ngăn cản được quá trình tạo

1 Lò hơi có bộ phân ly bên trong (Compact)

2 Lò hơi có bộ phân ly ngoài (Separator Cyclone)

Trang 18

Với lò hơi phân ly ngoài có 2 loại cấu trúc:

a Lò hơi có bộ phân ly nóng (Hot cyclone Separator)

b Lò hơi làm mát bộ phân ly bằng nước (water cool cyclone separator)

- Khi các hạt than cháy và tỏa nhiệt làm cho nước ở các vách lò hóa hơi, các hạt than cháy

sẽ mất dần khối lượng để bay lên cùng với khói thải, đến bộ phân ly, những hạt nặng hơn sẽ được bộ phân ly tách xuống, những hạt nhẹ không được tách thì theo khói thoát khỏi buồng đốt

- Các hạt nặng được tách bởi bộ phân lý rơi xuống dưới và được cấp thêm gió để bay trở lại buồng đốt để đốt lại

Phản ứng khử SOx

Bước 1: S cháy trong buồng đốt tạo ra SO2

S + O2 - > SO2 (Với nhiệt độ cao cần đủ)

Bước 2: Các Phản ứng khử SO2

CaCO3 (Đá vôi) -> CaO (Vôi sống) + CO2

SO2 + 1/2 O2 + CaO -> CaSO4

2.1.2 Lò hơi đốt than phun

Lò hơi đốt than phun là công nghệ đã rất phát triển và đang là nguồn sản xuất điện năng chủ yếu trên thế giới Than được nghiền mịn và được đốt cháy trong buồng lửa lò hơi Nhiệt từ quá trình đốt cháy sẽ gia nhiệt cho nước và hơi trong các dàn ống và thiết bị bố trí trong lò hơi Công nghệ này trong tương lai vẫn sẽ là một lựa chọn ưu thế cho các nhà máy điện Hiệu suất phát điện dự kiến khoảng 50-53% vào năm 2020 và 55% vào năm 2050 Các nhà máy nhiệt điện đốt than phun phổ biến với thông số cận tới hạn và thông số trên tới hạn Thông số hơi sẽ quyết định hiệu suất sản xuất điện năng của nhà máy Nhiệt độ và áp suất hơi càng cao thì hiệu suất nhà máy càng cao Do đó, hiệu suất của nhà máy đốt than dưới tới hạn sẽ không thể nâng cao hơn nữa ngoại trừ các cải tiến nhằm hoàn thiện quá trình chuyển hóa năng lượng Xu hướng áp dụng thông số hơi trên tới hạn đang chiếm ưu thế vì có thể nâng cao nhiệt độ và áp suất hơi nhờ những tiến bộ trong công nghệ vật liệu Vấn đề cơ bản là khi tăng nhiệt độ và áp suất, lò hơi phải sử dụng kim loại chịu nhiệt đặc biệt có chi phí cao Trong tương lai, sự phát triển của ngành luyện kim sẽ cho phép thông

số hơi tăng hơn nữa đồng thời giá thành cũng sẽ giảm, tạo điều kiện thuận lợi để nâng cao hiệu suất các nhà máy điện

Như vậy, để nâng cao hiệu suất nhà máy, tăng hiệu quả kinh tế đồng thời đảm bảo các tiêu chuẩn môi trường ngày càng nghiêm ngặt, lò hơi đốt than phun vẫn sẽ là lựa chọn hiệu quả khi xây dựng nhà máy nhiệt điện đốt than ở Việt Nam

Công nghệ lò hơi tầng sôi gần như công nghệ đốt than phun Sự khác biệt là than đốt trong lò tầng sôi có kích thước lớn hơn và được đốt cùng chất hấp thụ lưu huỳnh (đá vôi) trong buồng lửa, hạt than được tuần hoàn trong buồng lửa cho tới khi đủ nhỏ Công nghệ này cho phép đốt các nhiên liệu xấu có chất lượng thay đổi trong khoảng rộng, nhiên liệu

Trang 19

có hàm lượng lưu huỳnh cao Các lò hơi tầng sôi tuần hoàn hiện nay có công suất dưới 300

MW Than antraxit sau sàng tuyển có phụ phẩm chất lượng xấu, tính thương mại thấp, nhưng hoàn toàn có thể sử dụng trong lò hơi tuần hoàn tầng sôi Do vậy, với lò hơi loại này,

sẽ tận dụng được các phụ phẩm cấp thấp cho cung cấp điện, mà vẫn đảm bảo các yếu tố môi trường

2.1.3 Các hệ khác

¾ Hệ thống sản xuất Hydro: Có ba phương pháp cơ bản để sản xuất hydro)

- Sản xuất Hydro bằng phương pháp chuyển hóa hydrocacrbon ( nhiên liệu hóa thạch, sinh khối) bằng nhiệt

- Sản xuất hydro bằng phương pháp điện phân nước (Electrolysis)

- Sản xuất hydro bằng phương pháp sinh học (Biological method)

Trong nhà máy nhiệt điện hiện nay thường dùng phương pháp sản xuất Hydro bằng điện phân nước,và dùng hydro để làm mát máy phát

a) Hóa nhiệt nhiên liệu hydrocarbon:

• Hóa nhiệt khí thiên nhiên với hơi nước (Natural gas steam reforming)

Quá trình này gồm hai bước chính:

Trước hết, khí thiên nhiên (với thành phần chủ yếu là methane) được tách carbon và chuyển hóa thành hydrogennhờ hơi nước dạng siêu nhiệt dưới áp suất cao, xúc tác thích hợp ở nhiệt

độ khoảng 900°C

CH4 + H2O => CO + 3 H2 Carbon mono-oxide sinh ra lại tiếp tục được phản ứng với hơi nước và xúc tác chuyển hóa thành khí carbonic và tạo ra thêm khí hydrogen

CO + H2O => CO2 + H2 Đây là phương pháp công nghiệp phổ biến hiện nay để sản xuất hydrogen Tuy nhiên phương pháp này không được áp dụng để tạo một nguồn năng lượng mà chỉ để cung cấp nguyên liệu cho các ngành hóa chất, phân bón, tinh lọc dầu mỏ v.v

• Khí hóa hydrocarbon nặng (Gasification heavy hydrocarbon)

Thuật ngữ hydrocarbon nặng là để nói đến dầu mỏ và than đá Than đá trước khi khí hóa phải được nghiền thành dạng bột rồi hòa trộn với nước Thông thường, nhiên liệu được hóa nhiệt ở khoảng 1400 0C với oxygen hay không khí (oxygen hóa không hoàn toàn), tạo ra hỗn hợp gồm hydrogen, carbon mono oxide (CO) và vài sản phẩm phụ CO sinh ra lại tiếp tục được phản ứng với hơi nước và xúc tác chuyển hóa thành khí carbonic và tạo ra thêm khí hydrogen, tương tự như bước thứ hai của quá trình hóa nhiệt khí thiên nhiên

Rõ ràng đây không phải là phương pháp tối ưu Bất lợi lớn nhất của nó là sử dụng nhiên liệu hóa thạch làm nguyên liệu và đồng thời cũng làm nhiên liệu cung cấp nhiệt lượng cho quá trình Nhiên liệu hóa thạch là nguồn tài nguyên hữu hạn, thêm vào đó, việc đốt chúng tạo ra khí carbonic gây hiệu ứng nhà kính Do đó phương pháp này xét về lâu dài không bền vững Tuy vậy, phương pháp sản xuất khí hydrogen từ nhiên liệu hóa thạch đã và sẽ còn chiếm

ưu thế trong tương lai gần Lý do chính yếu là do trữ lượng nhiên liệu hóa thạch còn tương đối dồi dào, nhất là đối với khí thiên nhiên Hơn nữa, những công nghệ này (phương pháp sản xuất hydrogen công nghiệp từ khí thiên nhiên nói riêng và nhiên liệu hóa thạch nói chung) đã khá quen thuộc trong công nghiệp hóa chất, trong khi cơ sở hạ tầng cho việc phát triển sản xuất hydrogen từ các nguồn khác còn thiếu thốn Vì vậy, một khi nhiên liệu hóa

Trang 20

thạch vẫn còn rẻ thì phương pháp này vẫn có chi phí thấp nhất Thêm vào đó, để hạn chế mặt tiêu cực này của nhiên liệu hóa thạch, ta có thể dùng công nghệ tách khí carbonic rồi thu hồi

và chôn lấp chúng

• Quy trình hiện đại tạo ra hydrogen từ khí thiên nhiên mà không thải ra CO2

Từ những năm 1980, Kværner - một tập đoàn dầu khí của Na Uy đã phát triển công nghệ mang tên "Kværner Carbon Black and Hydrogen Process" (KCB&H) Nhà máy đầu tiên dựa trên quy trình Kværner hiện đại này đặt ở Canada và bắt đầu sản xuất vào tháng 6 năm 1999 Quy trình cung plasma - Kværner ở nhiệt độ cao (1600 0C) tách hydrogen và than hoạt tính

từ hợp chất hydrocarbon như dầu mỏ hay khí thiên nhiên mà không thải ra CO2

Than đen tinh khiết này được dùng trong sản xuất vỏ xe hơi và dùng như chất khử trong công nghiệp luyện kim Nhờ một số tính chất đặc biệt mà chúng còn có thể dùng để lưu trữ hydrogen (ống carbonnano)

• Khí hóa sinh khối và nhiệt phân (biomass gasification and pyrolysis)

Sinh khối có thể được sử dụng để sản xuất hydrogen Đầu tiên, sinh khối được chuyển thành dạng khí qua quá trình khí hóa ở nhiệt độ cao có tạo ra hơi nước Hơi nước chứa hydrogen được ngưng tụ trong các dầu nhiệt phân và sau đó có thể được hóa nhiệt để sinh ra hydrogen Quá trình này thường tạo ra sản lượng hydrogen khoảng từ 12%-17% trọng lượng hydrogen của sinh khối Nguyên liệu cho phương pháp này có thể gồm các loại mảnh gỗ bào vụn, sinh khối thực vật, rác thải nông nghiệp và đô thị v.v Do các chất thải sinh học được sử dụng làm nguyên liệu như vậy, phương pháp sản xuất hydrogen này hoàn toàn tái tạo được (renewable) và bền vững

b) Phương pháp sinh học

Một số tảo và vi khuẩn chuyên biệt có thể sản sinh ra hydrogen như là sản phẩm phụ trong quá trình trao đổi chất của chúng Các sinh vật này thường sống trong nước, phân tách nước thành khí hydrogenvà oxygen Hiện tại, phương pháp này vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu

Ví dụ của phương pháp này là việc ứng dụng một loại tảo đơn bào có tên Chlamydomonas reinhardtii Các nghiên cứu cho thấy loại tảo này chứa enzyme hydrogenase có khả năng tách nước thành hai thành phần hydrogen và oxygen Các nhà khoa học đã xác định được cơ chế quá trình, điều này có thể giúp mang lại một phương pháp gần như vô hạn để sản xuất hydrogen sạch và tái sinh Cơ chế này đã phát triển qua hàng triệu năm tiến hóa giúp tảo tồn tại trong môi trường không có oxygen Một khi ở trong chu trình này, tảo "thở" bằng oxygen lấy từ nước và giải phóng ra khí hydrogen

Trang 21

Gần đây, các nhà khoa học tại trung tâm năng lượng hydrogen của trường ĐH tiểu bang Pennsylvania cũng đã nghiên cứu thành công phương pháp tạo ra hydrogen từ quá trình vi khuẩn phân hủy các chất thải hữu cơ sinh học, như nước thải sinh hoạt, nước thải nông nghiệp v.v Ứng dụng nghiên cứu này sẽ mở ra triển vọng to lớn đầy hữu ích, vừa kết hợp xử

lý nước thải và vừa sản xuất hydrogen cung cấp cho pin nhiên liệu vi khuẩn (micro-fuel cell), tạo ra điện năng

- Hệ thống khử khoáng

Nước cấp cho lò hơi phải được khử khoáng thành nước khử khoáng (Demiwater), vì vậy, trong nhà máy nhiệt điện phải có nhà máy xử lý nước, trong vấn đề xử lý nước, phải khử các Cation và Anion trong nước Dựa vào độ dẫn đo được để đưa ra chất lượng nước khử khoáng cho lò hơi (độ dẫn<10µsiemens cm/ 2)

Có các phương pháp khử sau:

- Phương pháp hạt trao đổi ion: công suất lớn, hoàn nguyên dùng axit và bazo, thải ra môi trường gây ô nhiễm nặng Phương pháp này có ưu điểm: rẻ tiền, vật liệu thay thế dễ dàng, nhưng điện dẫn chỉ duy trì tốt trong thời gian tương đối ngắn là lại phải hoàn nguyên

- Phương pháp R/O (thẩm thấu ngược): Nguyên lý hoạt động theo một cơ chế ngược lại với các cơ chế lọc thẩm thấu thông thường, nhờ lực hấp dẫn của trái đất để tạo ra sự thẩm thấu của các phân tử nước qua các mao mạch của lõi lọc (chẳng hạn như lõi lọc dạng gốm Ceramic) Màng lọc RO hoạt động trên cơ chế chuyển động của các phần tử nước nhờ

áp lực nén của máy bơm cao áp tạo ra một dòng chảy mạnh (đây có thể gọi là quá trình phân ly trong chính dòng nước ở môi trường bình thường nhờ áp lực) đẩy các thành phần hóa học, các kim loại, tạp chất có trong nước chuyển động mạnh, văng ra vùng có áp lực thấp hay trôi theo dòng nước ra ngoài theo đường thải.Trong khí ấy các phân tử nước thì lọt qua các mắt lọc cỡ kích cỡ 0,001 micromet nhờ áp lực dư, với kích cỡ mắt lọc này thì hầu hết các thành phần hóa chất kim loại, các loại vi khuẩn đều không thể lọt qua

Các công đoạn thẩm thấu ngược:

÷ PP (Polipropylen): kích thước của cặn lọc được, từ 1 µm đến 5 µm; Lọc giữ lại tạp chất dạng như: cát, rong rêu, gỉ sắt

÷ Carbon (UDF): Hấp thụ ion kim loại nặng, khử hóa chất, độc tố

÷ Carbon (CTO): Khử màu, khử mùi, làm trong nước, cân bằng độ pH

÷ Màng lọc R.O (R.O membrane): Kích thước của cặn lọc được là 0,001 µm; Lọc thải

vi khuẩn, làm giảm độ TDS, tạo ra nguồn nước tinh khiết

÷ Carbon T/33: Làm từ than hoạt tính dừa, có tác dụng làm cho nước uống có vị ngọt mát tự nhiên

- Phương pháp EDI (Electric de-iONIZE) còn gọi là "Continuous Electric De-ionize" - khử ion hoàn nguyên liên tục bằng điện cực, phương pháp này ra nước có điện dẫn siêu thấp, tuy nhiên, hệ thống yêu cầu nước đầu vào phải là đã qua RO, hoặc điện dẫn ≤20 sµ(nếu không, tấm trao đổi ion bên trong sẽ bị bám bẩn nhanh, dẫn đến phải thay tấm trao đổi ion), đầu tư thì đắt gấp đôi phương pháp R/O Ưu điểm là điện dẫn cực kỳ ổn định, không phải hoàn nguyên bằng hóa chất, không làm ô nhiễm môi trường

2.2 HỆ THỐNG SẢN XUẤT HYDRO (Electrolytic Hydrogen Plant)

- Hệ thống sản xuất khí hydro bằng phương pháp điện phân khảo sát tại nhà máy nhiệt điện Uông Bí:

Hệ thống sản xuất khí hydro bao gồm hai hệ thống, năng suất sản xuất của mỗi bộ là:

Trang 22

4m3H2/1giờ và 2m3O2/1giờ đo ở trạng thái khô nhiệt độ tại thời điểm 00C (320 F) và áp lực

760 mm thuỷ ngân

Mỗi hệ thống sản xuất khí bao gồm: 1 bộ chỉnh lưu điện Silic làm mát bằng không khí

và một máy biến áp, 6 ngăn điện phân được liên kết về điện thành một chuỗi, 1 bộ chặn nước 1 thiết bị khử điểm sương, tất cả nối chung vào đường ống, các thiết bị bảo vệ khác nhau và thiết bị điều khiển

Nguồn điện xoay chiều cung cấp cho mỗi bộ chỉnh lưu và các máy biến áp cung cấp cho bộ chỉnh lưu, điện áp được giảm áp qua biến áp vào bộ chỉnh lưu biến thành nguồn điện một chiều Đầu ra bộ chỉnh lưu được điều chỉnh bằng một biến trở và đo bằng đồng hồ Vôn - Ampe một chiều, tất cả được lắp đặt trong bảng điều khiển của bộ chỉnh lưu điện

Nguồn điện một chiều từ bộ chỉnh lưu cung cấp tới các ngăn điện phân qua thanh dẫn bằng đồng, khi dòng một chiều chạy qua các ngăn điện phân, nước ở các ngăn được biến đổi thành H2 và O2 Tỷ lệ điện ly khí tỷ lệ thuận với dòng điện một chiều, khi dòng điện ở 1600A (dòng dự định theo thiết kế) 6 ngăn sẽ sản xuất 4m3 H2 và 2m3 O2mỗi giờ khi đo ở trạng thái khô T 0là 0 0C (320 F) và 760mm thuỷ ngân

Mỗi một ngăn điện ly được trang bị: Một khóa điều chỉnh mức dung dịch điện phân cao hoặc thấp, một đồng hồ nhiệt độ và một khoá (CM) nhiệt độ cao, khoá (CM).Mức dung dịch điện phân thấp và nhiệt độ cao là khoá liên động để ngừng bộ chỉnh lưu ở mức báo động, khí H2 và O2 thoát ra ở mỗi ngăn được làm mát bằng nước qua từng tháp lọc khí tương ứng

Chất lỏng trong các ngăn là 34% trọng lượng dung dịch Hyđroxit Kali trong nước, KOH không sử dụng hết như khí được tạo ra ngoại trừ mất mát cơ học do chảy tràn ra ngoài, chỉ nguyên liệu thô đã cung cấp cho các ngăn riêng, nguồn điện một chiều đi qua biến đổi nước tinh khiết này thành H2 và O2 Nước khử khoáng tinh khiết được bổ sung tự động theo yêu cầu hoạt động bằng một van phao tại mỗi ngăn

Khi đủ dòng định mức 6 ngăn, mỗi ngăn sẽ cần xấp xỉ 4 lít nước 1 giờ

Từ các ngăn điện ly, khí H2 và O2 bay vào các đầu ống góp khí tới van chặn nước van chặn nước làm nhiệm vụ cân bằng áp lực giữa H2và O2 trong các đầu ống góp khí và chống khí H2 thổi ngược trở lại từ bình chứa khi các ngăn này không vận hành

Áp kế được lắp trên bảng điều khiển tại van chặn nước để chỉ áp lực khi vận hành

Từ van chặn nước Oxy bay vào khí quyển từ đó nó không được thu hồi còn H2 bay vào

bộ khử hơi ẩm thoát ra ngoài tạo điều kiện thuận lợi cho người vận hành có thể điều tiết cho H2 bay vào khí quyển hoặc cho nó vào bình chứa theo yêu cầu

Một thiết bị kiểm tra độ tinh khiết khí lưu động Để liên tục đo H2 tinh khiết tại các ngăn điện ly

Một tín hiệu từ bộ phân tích này gửi tới một van điện từ van này sẽ điều khiển van khí để chuyển hướng H2 tới bình chứa nếu độ tinh khiết đạt >99% H2 hoặc xả ra ngoài nếu độ tinh khiết <99% Bộ chỉnh lưu được đặt cắt máy nếu độ tinh khiết của H2 duy trì 99% thời gian 5 phút

- Hệ thống điều chế khí Hydro

Từ 2 hệ thống sản xuất khí, khí H2 thổi về phía bình chứa H2 bình chứa H2 là loại bình chứa có độ kín chống ẩm với dung tích danh định 6m3 và áp lực làm việc xấp xỉ 125mm thủy ngân

Trang 23

Điều chỉnh tại bình chứa khí sẽ là 5 khoá chuyển mức độ bình chứa khí H2 để điều khiển

2 máy nén H2 cao áp (HP) Những khoá này nhận được hướng chuyển động của bóng khí với bình chứa

Để ngừng hoặc khởi động máy nén cao áp HP theo yêu cầu, máy nén HP bao gồm một

bộ được chọn để ở vị trí vận hành và một để vị trí dự phòng

Lưu lượng khí H2 vào bình chứa từ các ngăn điện ly bóng khí chuyển động nâng lên, khi nó nâng lên đủ cao sẽ cài khớp vào khóa chuyển mức, máy nén HP để ở vị trí vận hành sẽ khởi động và H2 sẽ được nén vào bình chứa

Nếu tổng thể tích của máy nén HP vượt quá trị số định mức cao nhất khi đó H2 có thể thổi nén vào bình chứa, bóng khí sẽ giảm xuống đến mức khoá bị tác động dừng máy nén Bóng khí sẽ bắt đầu nạp lại và chu kỳ sẽ lặp lại

Nếu máy nén HP hỏng dừng, khi khoá mức cân bằng bị tác động, điều này sẽ làm ngừng tất cả các máy nén và phát ra lệnh báo động

Nếu máy nén HP ở vị trí vận hành hỏng không khởi động khi bóng khí của bình chứa khớp hoặc dung lượng của máy nén ở vị trí vận hành thấp hơn định mức khi đó H2 đang nạp vào bình chứa bóng khí sẽ tiếp tục nâng lên đến khi được gắn vào Tại thời điểm đó máy nén dự phòng sẽ khởi động

Máy nén đang ở vị trí vận hành sẽ ngừng và sẽ xuất hiện 1 tín hiệu báo động

Nếu máy nén dự phòng khởi động hỏng hoặc dung lượng của máy nén dự phòng thấp hơn định mức khi H2 đang nạp, bóng khí sẽ tiếp tục nâng lên cho đến khi được gắn vào Tại thời gian đó tín hiệu báo động “Điểm xả bình chứa” sẽ phát ra âm thanh Người vận hành trạm phải kiểm tra và điều chỉnh đúng trạng thái Điều này để tránh máy nén khởi động Trong khi người vận hành kiểm tra, bóng khí bình chứa tiếp tục dâng lên cho đến khi nó chạm tới mức ở chỗ đó H2 có thể xả vào khí quyển an toàn

Trong những điều kiện vận hành bình thường, mức bình chứa khí duy trì ổn định ở mức xấp xỉ 50% độ cao Tại bình chứa khí được lắp 1 Bộ truyền tín hiệu nó dùng để theo dõi mức khí trong bình chứa và để điều khiển tự động thông số đầu ra của bộ chỉnh lưu điện

Bộ chỉnh lưu sẽ làm việc ở 100% khi mức khí tại điểm 50% hoặc thấp hơn khí ở bình chứa, khí dâng lên trên mức này, đầu ra bộ chỉnh lưu sẽ từ từ giảm tới giá trị cực tiểu 20% nếu lượng khí sử dụng không yêu cầu, bộ chỉnh lưu sẽ làm việc đầu ra 20% và khí sản xuất ra sẽ xả ra ngoài trời qua ống thông xả tại bình chứa H2 từ bình chứa thổi qua bộ làm lạnh, hai bộ sấy được lắp đặt, một bộ phận làm việc, một bộ dự phòng Nếu nhiệt độ khí xả ra ngoài của bộ sấy đang ở vị trí vận hành dần tăng lên cao, bộ sấy dự phòng sẽ tự động khởi động Bộ sấy ở vị trí vận hành sẽ ngừng và phát tín hiệu báo động

Một bộ phân tích liên tục số phần trăm O2 được lắp đặt để giám sát độ tinh khiết của H2

thường xuyên tại lối vào các máy nén cao áp Máy nén HP sẽ cắt khi Ôxy trong H2 bằng 1% hoặc lớn hơn

- Bộ truyền tín hiệu áp lực để giám sát áp lực và để đóng máy nén tại điểm áp lực thấp

Trang 24

- Van an toàn để bảo vệ qua máy nén áp lực van an toàn được xả ra ngoài trời

- Hệ thống dò tìm điểm bục màng ngăn cấp 1 và 2 của máy nén được sử dụng Nó sẽ ngừng máy nén khi phát hiện màng ngăn hỏng

- Khoá đặt vị trí mức dầu thấp ngừng máy nén khí khi mức dầu thấp

- Khoá đặt vị trí nhiệt độ và cao áp tại áp lực lối ra của máy nén để bảo vệ máy nén khi áp lực và nhiệt độ cao

- Khoá đặt vị trí lưu lượng nước bộ làm mát thấp

- Khoá đặt mức tại bình chứa để có chương trình xử lý sớm hơn về hoạt động điều khiển máy nén

- Từ máy nén khí HP Hyđrô đi qua Bộ truyền tín hiệu vào hệ thống tinh chế, máy nén

HP chạy liên tục, áp lực dư quay trở lại bình chứa qua van giảm tại đầu ra của máy nén khí và van điều chỉnh mức của bình chứa hoặc bằng áp lực chặn và các van giảm áp được điều chỉnh bằng áp lực trong hệ thống

- Hệ thống tinh chế H 2

H2 rời máy nén HP thổi qua bộ lọc Coalescing ở đó những hạt sương ẩm được lọc ra Phần sương ngưng tụ này được thu gom và được xả tự động qua khoang xả qua bình giảm

áp

Từ bộ lọc H2 thổi qua bộ tinh lọc chất xúc tác tại đó ôxy không tinh khiết ở trong H2

được loại bỏ H2 rời khỏi bộ tinh lọc cần phải chứa < 10/1.000.000 ôxy Công tắc nhiệt độ lắp tại bộ tinh lọc sẽ ngừng máy nén và đưa ra tín hiệu báo nếu nhiệt độ bộ tinh lọc quá cao Nhiệt độ của bộ tinh lọc cao là một chỉ thị nồng độ ôxy vượt quá ở trong H2 đi vào bộ tinh lọc

Từ bộ tinh lọc H2 qua bộ trao đổi nhiệt làm mát bằng nước và một bộ lọc nơi nước hình thành trong bộ tinh lọc được loại bỏ từ bộ lọc H2 đi vào bộ sấy H2 Bộ sấy H2 là bộ sấy tháp kép tự động hoàn toàn loại dùng chất khử ẩm “không nhiệt” dao động áp lực, khả năng sấy H2 tới điểm sương (At) – 700C Hai bộ sấy được lắp đặt và bố trí 1 bộ làm việc, 1 dự phòng và vận hành chuyển đổi bằng tay Bộ lọc khí qua bình giảm áp giãn nở trên lối vào của bộ làm lạnh

Từ bộ sấy H2 đi qua bộ lọc kiểu hạt và 1 van duy trì áp lực ngược Trên bể chứa HP

và tới quy trình Một van tái tuần hoàn khí tự động được lắp trước bộ điều chỉnh áp lực ngược Một bộ truyền tín hiệu áp lực theo dõi áp lực trong các bể chứa và van điện từ dùng để mở van tái tuần hoàn khi bể chứa đầy Khí tái sinh được quay lại bình chứa ra ngoài qua bình giảm áp giãn nở

Bảng phân tích khí: Bao gồm 1 Bộ truyền tín hiệu O2 và 1 Bộ truyền tín hiệu điểm sương được lắp đặt sau bộ sấy và trước ống góp Các cảnh báo sẽ được đưa ra 1 trong các trường hợp sau: hàm lượng nước bay hơi hoặc ôxy quá cao Máy nén HP sẽ cắt máy, một van điện từ tại bảng này cho phép khí dẫn vào hệ thống phân tích khí, khi máy nén

HP đang vận hành và khi có lưu lượng khí tới máy phát được chỉ thị ra bằng Bộ truyền tín hiệu lưu lượng, khi nhập khí qua bảng dẫn động Nghĩa là khi vị trí tại bảng này đi vào hoạt động Điều này chắc chắn rằng khí từ bình chứa HP không xả hết ra qua hệ thống phân tích khí khi hệ thống này dự phòng Van giảm áp lực giảm áp lực xuống thấp hơn 1kg/cm2 tại các bộ phân tích khí

Khí từ máy nén HP, H2 được nén vào 6 bình chứa HP , bình chứa HP được thiết kế chịu

áp lực165kg/cm2, áp lực vận hành 150kg/cm2 Khí dẫn từ các bình chứa HP qua 3 đường

Trang 25

van dẫn động những đường này dẫn trực tiếp tới qui trình hoặc qua ống thông thổi, hay nạp đầy tuyến ống dựa vào yêu cầu thực tế Trong trình tự thông thổi khí được đi trực tiếp tới qui trình qua van giảm áp lực Tại đó áp lực được giảm xuống 8,5kg/cm2 Một van an toàn được lắp đặt để bảo vệ ống thông thổi

Trong lúc thứ tự nạp đầy, khí được đi trực tiếp tới qui trình qua van giảm áp Định mức lưu lượng nạp đầy được theo dõi tại b ộ truyền tín hiệu lưu lượng Được lắp đặt để bảo vệ tuyến ống khí nạp đầy

Một kho chứa di động và bảng chuyển tiếp được cung cấp đầy đủ các ống linh hoạt, các van 1 chiều, chân không cũng như các đồng hồ cao áp cho mục đích nhập và xuất khí

H2

Một hệ thống bơm chân không lắp đặt để tạo chân không rút không khí hoặc Nitơ từ các bình chứa HP, kho di động và bảng chuyển tiếp

- Pha chế dung dịch/ dự trữ và hệ thống truyền dẫn

Qua thời gian vận hành các ngăn sẽ mất dần dung dịch điện ly vì nó bị cuốn theo khí và

bị rò rỉ Một hệ thống pha chế dung dịch/ chứa và dẫn dung dịch được lắp đặt để pha chế

và bổ sung dung dịch hyđroxit kali cho các ngăn: Hệ thống này cũng dùng để chứa dung dịch kiềm tiêu thụ từ các ngăn duy trì nó trong khi vận hành Hệ thống bao gồm những thành phần sau:

- 1 bể pha chế bằng thép không rỉ

- 1 bơm kiểu màng ngăn dẫn động bằng khí

- Hệ thống van, để bơm có thể dùng bơm đầy hoặc hút cạn ở ngăn điện phân

- 2 tỷ trọng kế để đo tỷ trọng dung dịch điện phân

- Hệ thống phát hiện khí dễ cháy

Hệ thống phát hiện khí dễ cháy đầy đủ có 1 bảng van và 3 đầu phát hiện khí được lắp đặt Nồng độ khí H2 sẽ được theo dõi tại nhiều vị trí khác nhau trong phòng điều chế và máy nén Hệ thống phát hiện khí được khoá liên động bằng bộ chỉnh lưu nó sẽ cắt khi có cảnh báo khí dễ cháy cao.

¾ Kiểm tra và bảo dưỡng

¾ Theo dõi vận hành và phán đoán trước sự cố

¾ Theo các điều kiện bình thường, H2 là loại khí không mầu, không mùi, H2 là chất khí nhẹ nhất, có trọng lượng riêng ( so với không khí) 0,069 Khí H2 thì không độc hại tuy nhiên nó không phải là dưỡng khí. Khi pha trộn H2 theo tỷ lệ thích hợp với không khí hoặc ôxy, H2 sẽ tạo thành hỗn hợp dễ cháy trong không khí, giới hạn nổ là 4,1% đến 74,2% mỗi đơn vị thể tích, trong ôxy giới hạn cháy là 4% tới 96% đơn vị thể tích Hỗn hợp dễ cháy có thể xảy ra khi có một năng lượng lối vào cực kỳ thấp Tia lửa không nhìn thấy

có thể là nguyên nhân gây ra nổ Bộ phận an toàn cơ bản để chống cháy nổ H2 giống như các biện pháp áp dụng cho tất cả các loại khí dễ cháy đó là tránh nồng độ gây nổ và

Trang 26

loại bỏ các nguồn gốc gây ra tia lửa. Khi H2 được chứa trong quá trình sản xuất và bình chứa, nồng độ cần được kiểm tra thường xuyên để dảm bảo H2 nằm ngoài mức gây nổ Trước khi H2 được dẫn vào quá trình hoặc bình chứa, quá trình tẩy rửa xả phải được thực hiện thổi sạch oxy

¾ Ôxy là một loại khí không mầu không mùi có trọng lượng riêng (so với không khí) 1,1 Đặc tính nổi bật của O2 là nó có khả năng duy trì sự sống và hỗ trợ sự cháy Mặc dù

O2 không phải là chất dễ cháy, vật chất mà nó cháy trong không khí sẽ cháy mạnh hơn và nhiệt độ cao hơn khi cháy trong O2 Một số vật liệu dễ cháy như dầu cháy trong O2 và rất

dễ nổ nếu phát ra tia lửa Ống dẫn các bình chứa, các chai chứa O2phải làm sạch kỹ lưỡng để tránh gây cháy hoặc phát sinh tia lửa cháy từ chất ô nhiễm trước khi đưa O2 vào các phương tiện này

¾ H2 là một loại khí nhẹ vì vậy nó bốc lên và khuếch tán rất nhanh vào không khí Nhà xưởng nơi sản xuất H2 phải đủ điều kiện thông gió, Thông gió phải đủ điều kiện sau: Thể tích phòng 600m2 tương đương với 1m2 lỗ thông gió, lỗ thông gió phải đặt ở điểm cao nhất của trần nhà cũng như bên ngoài các bức tường gần sát trần

¾ Thuật ngữ kiềm Potash là tên gọi của “Hyđroxit kaly” và “KOH” được sử dụng thay thế lẫn nhau khi cần thay thế chất điện phân Dung dịch chất điện phân trong các ngăn là 34% Hyđroxit kaly (KOH), công việc chuẩn dung dịch hoặc là pha loãng dung dịch từ một dung dịch đặc hoặc là hoà tan KOH dạng cứng bằng nước.Kiềm Potash là một trong những kiềm mạnh nhất, nó có khả năng phản ứng nhanh với độ ẩm, toả nhiệt và hoà tan tất cả các loại mô động vật, làm cho việc xử lý nó nguy hiểm

¾ An toàn điện: Quan sát tốt các công việc thực tế ở trong phòng điện phân để tránh

bị thương vong không để các vật bằng kim loại ở gần các ngăn điện phân để tránh chạm đất nguy hiểm qua tiếp xúc

¾ Môi trường khí quyển thiếu dưỡng khí: Thiếu dưỡng khí là nguy hiểm nghiêm trọng đến các chức năng sinh lý của cơ thể Tuỳ mức độ thiếu những ảnh hưởng có thể thay đổi

từ trạng thái thay đổi cơ quan chức năng tới ốm, thậm chí chết bởi ngạt (chết ngạt)

Trang 27

Hình 9: Hệ thống bình điện phân

Hình 10: Hệ thống lọc và khí nén

Trang 28

¾ Một số hình ảnh tại hiện trường:

Trang 29

Hình 13: Thiết bị giám sát khí hydro bị rò rỉ

2.3 HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THÔ (Raw Water Treatment System)

9 Quy trình công nghệ hệ thống xử lý nuớc thô như sau

Hệ thống xử lý nuớc thô nhận nuớc ngọt từ sông qua Hồ nước ngọt (ở Việt Nam các nhà máy điện nguồn nước cung cấp chủ yếu lấy từ sông), nguồn nước này được xử lý trước trong hệ thống lắng lọc với mục đích sản xuất nước trong theo yêu cầu và chứa trong bể chứa nước trong Trong bể lắng phèn, kiềm và polymer được cấp cho mục đích keo lắng và kết tủa Kiềm NaOH xử lý dể điều chỉnh pH Bùn tạo ra được lắng đều xuống dưới đáy bể lắng NaOCL được cấp vào đường ra của lọc Cacbon (nước sinh hoạt) cho mục đích xử lý bằng Clo Khi tổng lượng chất rắn giữ lại trong lớp lọc tăng lên, tính chất xốp của lớp lọc giảm và nhất là ở phần trên của lớp lọc và sự biến dạng của các hạt lọc tăng Trước khi lớp trên cùng bị bít kín ở mức không thể chấp nhận được, hoặc độ đục xuất hiện ở mức nguy hiểm, thì quá trình xới ngược sẽ được kích hoạt để xới rửa những tạp chất bám vào hạt lọc

Xử lý sự keo tụ tối ưu của nước thô là tiêu biểu cho quá trình đạt được của sự cân bằng rất phức tạp trong đó có rất nhiều biến đổi Như vậy, căn cứ vào một loại nước, sẽ có tơng quan tối ưu trong điều kiện như độ pH, độ đục, thành phần hoá chất của nước, loại chất keo tụ, các nhân tố tự nhiên như các điều kiện nhiệt độ và sự khuấy trộn Mối tương quan tại một thời điểm hiện tại là phức tạp nó không thể dự đoán được hoàn toàn như lý thuyết cơ bản liều lượng chất keo tụ tốt nhất cho đặc thù của từng loại nước

Sự làm mất ổn định của các phần tử xảy ra trong nước như là một kết quả của việc thêm hoá chất Xuất hiện sự keo tụ trong các bể lắng (RWTS) và bể điều chỉnh pH trong khi

có sự xuất hiện bông bùn trong các bể lắng (RWTS) và bể khuấy trộn

Bể lắng (RWTS) là kiểu tiếp xúc tạp chất rắn với lớp bùn bao phủ trên bề mặt của thiết bị đó là những kết hợp keo tụ, bông bùn, và sự đóng cặn trong một kiểu bể đơn lẻ để cung cấp bông bùn có hiệu quả hơn và tốt nhất cho hạt nhỏ tiếp xúc giữa lớp phủ, vấn đề

đó cũng như việc lọc cục bộ Theo lý thuyết cơ bản của thiết bị này là tiếp xúc của các hạt keo tụ có hình dạng mới với cụm bông bùn trước đây làm tăng sự hình thành của cụm bông bùn đó, tạo cơ hội cho các huyền phù được tiếp xúc, cho phép cụm bông bùn phát triển lớn nên và tốc độ lắng xuống cao hơn

Bể lọc trọng lực là bể hình trụ thẳng đứng, nước đi qua bể nhờ trọng lực của nó Hệ thống xả phía dưới có tác dụng thu nước đã lọc trong và phân chia nước xới ngược cũng

Trang 30

như xục khí nén Nó là một hệ thống ống nối với các ống nhánh có khoan các lỗ nhỏ dọc theo phía mặt dưới các ống nhánh

Lọc nước là một quá trình lý hoá để tách các tạp chất gây bẩn, các hạt keo lơ lửng ra khỏi nước bằng cách cho chúng đi qua tháp có lớp vật liệu lọc Hai cơ cấu này sẽ tách ra khỏi nước những chất rắn nhỏ hơn:

Sục ngược bằng thiết bị sục khí: Khi tổng lượng tạp chất giữ lại trong lớp lọc tăng lên, khả năng lọc giảm xuống Để phục hồi khả năng làm việc của bể lọc người ta phải xới rửa hạt lọc để tách các tạp chất bám vào bề mặt và khe hở giữa các hạt lọc Việc xới rửa hạt lọc được thực hiện bằng nước Để tăng hiệu quả của việc xới rửa, trước khi xới nước người ta dùng không khí nén để xới với mục đích tạo chấn động để các tạp chất bám vào hạt lọc dễ dàng rời ra và làm tơi hạt lọc (quá trình làm việc các hạt lọc bị nén chặt lại với nhau Việc xới khí nén và nước không thể tiến hành cùng một lúc vì như vậy lớp hạt lọc

sẽ bị phân tầng Vì vậy sau khi xới bằng không khí nén xong mới

được xới bằng nước

Thời gian vận hành giữa hai lần sục là thời gian làm việc của bể lọc Việc sục ngược phụ thuộc vào 3 yếu tố sau:

1 Mực nước trên bề mặt bể lọc dâng cao hơn giới hạn cho phép

2 Khả năng lọc bắt đầu giảm, chất lượng nước xấu hoặc các chỉ tiêu cao hơn mức cho phép

3 Đạt tới thời gian vận hành đã cài đặt

Có hai dạng lọc cho hệ thống này bao gồm:

Trang 31

Hình 14: Bể lắng và bể lọc thô

2.4 HỆ THỐNG KHỬ KHOÁNG (Demineralization System)

9 Quy trình công nghệ hệ thống khử khoáng như sau:

Nước đã lọc trong từ bể chứa nước lọc trong được đã vào xử lý trong hệ thống khử khoáng, trong hai dãy, để sản xuất nước khử khoáng theo yêu cầu của tổ máy Mỗi dãy gồm có: Tháp lọc carbon, hệ thống 2B3T (trong hệ thống 2B3T bao gồm: tháp trao đổi Cation, tháp khử khí và tháp trao đổi Anion ) và tháp trao đổi hỗn hợp Đầu tiên nước trong được đi qua tháp lọc carbon để loại bỏ mùi và vị các tạp chất hữu cơ tự nhiên, và chất Clo còn dư Thứ hai trong tháp trao đổi Cation để loại bỏ các Cation muối cứng và các Cation khác, thứ ba trong tháp khử khí để khử khí CO2 đến mức thấp nhất trước khi

đi vào tháp trao đổi Anion Thứ t trong tháp trao đổi Anion là loại bỏ các ainon trong nước như các M-hữu cơ, gốc axit clo (Cl-) sunfat (SO4-2) và silica ( SiO32) Cuối cùng còn lại các Cation và các Anion mà hệ thống 2B3T không loại bỏ được trong tháp trao đổi hỗn hợp sẽ giải quyết được vấn đề này để sản xuất nước khử khoáng đạt chất lượng theo yêu cầu Nước đã khử khoáng được dự trữ trong bể chứa nước khử khoáng khi khả năng trao đổi của hạt lọc giảm, hoàn nguyên sẽ được khởi động để phục hồi dung tích của lớp hạt trao đổi Chất thải của quá trình hoàn nguyên sẽ được gom lại trong bể trung hoà để khuấy trộn riêng biệt trước khi đưa sang phần xử lý nước thải chung

Xới ngược sẽ được kích hoạt để loại bỏ các tạp chất trong thiết bị lọc Trước khi lớp

Trang 32

trên cùng bị bít kín ở mức không thể chấp nhận được, đó chính là nguyên nhân phá bỏ trở ngại có tính như bùn

Hệ thống khử khoáng là một hệ thống 2B3T nó xắp xếp lớp hạt và thực hiện trao đổi các ion một cách tự động Phục vụ xuôi dòng (thực hiện trao đổi các ion, nước được cấp theo chiều từ trên xuống) Và hoàn nguyên ngược dòng Nó ngồm có trao đổi cation, khử khí và trao đổi anion, tất cả được sắp xếp theo một thứ tự quy định, nó sử dụng loại hạt trao đổi đặc biệt để hấp thụ và trao đổi điều đó đáp ứng được hiệu suất làm việc cũng như tiết kiệm về mặt kinh tế trong hoàn nguyên nó không gây cản trở quá trình hoàn nguyên sớm (force regeneraton).Trao đổi cation nhằm mụch đích loại bỏ độ cứng trong nước, khử khí loại bỏ HCO3 cũng nh CO2, và trao đổi Anion cũng nhằm mục đích loại bỏ các anion cũng như sulfate, chloride đó là sự cần thiết của một quá trình, nó không đòi hỏi phức tạp trong việc thiết kế tháp trao đổi mà cũng không phức tạp về kĩ thuật, các tháp trao đổi ion hầu hết được điền đầy đủ với hạt lọc, phần trống còn lại trong tháp là rất nhỏ Hạt trao đổi trực tiếp ở phía trên đáy hệ thống phân phối Một lớp hạt trơ nổi xung quanh đỉnh hệ thống phân phối Chất liệu hạt trơ này cho phép các huyền phù còn sót lại sau bước lọc cácbon bám ở xung quanh bề mặt của hạt và phân tán đều lượng nước cấp vào trên bề mặt của tháp nó có thể chịu được nén, hoàn nguyên và thải các chất rắn lơ lửng cũng như các hạt lọc nhỏ mịn bị vỡ trong quá trình làm việc đi qua, trong khi đó nó giữ lại các hạt lọc có kích cỡ bình thường Nước được cấp tự do vào tại đỉnh của phần trên hệ thống phân phối: đi qua một lớp hạt lọc có trạng thái trơ và sau đó qua lớp hạt trao đổi, cuối cùng thoát ra khỏi tháp qua hệ thống phân phối ở đáy

- Hệ thống khử khoáng hệ thống khử khoáng bao gồm hai dãy làm việc cho quá trình lọc

1 Dãy khử khoáng A

2 Dãy khử khoáng B

- Dãy khử khoáng A bao gồm:

1 Tháp lọc các bon A

2 Tháp trao đổi cation A

3 Tháp trao đổi anion A

4 Tháp trao đổi hỗn hợp A

- Dãy khử khoáng B bao gồm:

1 Tháp lọc các bon B

2 Tháp rao đổi cation B

3 Tháp trao đổi anion B

4 Tháp trao đổi hỗn hợp B

Trong thời gian vận hành bình thường của hệ thống ở chế độ tự động Dãy khử khoáng

A và B thay đổi luân phiên cho nhau , trong đó chỉ một dãy làm việc còn dãy kia ở chế độ

dự phòng (stand- by) Trước khi khởi động vận hành hệ thống khử khoáng, người vận hành sẽ khởi động hệ thống qua MMI (giao diện người máy)

- Quá trình tinh lọc

Nước sau khi được lọc qua hệ thống 2B3T vẫn còn một số lượng lớn các cation và anion, để đáp ứng yêu cầu chỉ tiêu chất lợng kĩ thuật của nước khử khoáng trước khi cấp vào lò Nớc sau 2B3T sẽ được cho qua tháp trao đổi hỗn hợp để loại bỏ các cation và anion còn sót lại trong nước, trao đổi hỗn hợp gồm có xử lý cation và anion được giới hạn trong một tháp làm việc

Trang 33

- Quá trình hoàn nguyên

Kết thúc một chu kỳ làm việc (phục vụ) thì quá trình hoàn nguyên sẽ được khởi động đầu tiên nước khử khoáng được bơm vào bộ phận chia nước ở đáy bình (xới ngược) để hoàn nguyên và trao đổi ion, nước được cấp qua hệ thống phân phối ở đáy của bình chảy ngược lên để nâng lớp hạt lọc tì vào lớp hạt trơ tại đỉnh của bình, ngay lập tức sau khi nâng lớp hạt thì hoàn nguyên được tiến hành theo kiểu ngược dòng với tốc độ vừa đủ để phá vỡ các liên kết, các kiểu hoàn nguyên này được sử dụng cho hạt lọc cation và anion dùng dung dịch axít HCL 35% cho hoàn nguyên hạt cation, còn dung dịch kiềm NaOH 50% dùng cho hoàn nguyên hạt anion, tiếp là thải bỏ hoá chất theo đường hoàn nguyên ngược dòng, sau đó lớp hạt được phép tự lắng, cuối cùng là rửa xuôi

Nếu hạt trao đổi ion được đặt trong một cột lọc thuỷ lực với một tốc độ nhất định, sự hình thành một vùng nén áp vào đỉnh có thể quan sát được sự lớn lên đó đi xuống với tốc

độ tăng dần Những khoảng giữa của lọc thuỷ lực là vượt quá giá trị mà tại đó chứa đầy hạt lọc đã no (căng phồng) khoảng trống có sẵn ở trên đỉnh của lớp hạt Điều đó có thể hiểu là sự căng phồng của hạt lọc bị gây cản trở hoặc bị nén lại Nó rất là quan trọng để tiếp tục bắt đầu nén hạt từ một lớp hạt đã tự lắng và để áp dụng cho điểm cài đặt cuối cùng của bơm ở lưu lượng yêu cầu

” Từ vị trí hiện tại này, hạt trao đổi tại phần đấy bắt đầu “rơi xuống” Bắt đầu khởi động hiện tượng tự lắng nó bị ảnh hưởng rất nhiều bởi các các tình huống không đạt tiêu chuẩn, giống như tính làm việc không ổn định của thiết bị hoặc vị trí đặt thiết bị không cố định Do vậy, trong thực tế, một phạm vi các tốc độ khi chưa tiến hành nén hạt được tuân thủ Một vùng cấp độ nhỏ chống lại độ nén lưu lượng chất lỏng chảy qua là cần thiết

để hoàn thành chu kỳ khởi động từ tự lắng, nén hạt, sự tăng dần của vận tốc, và tổng vùng chưa nén, đưa ra một đồ thị đường cong biểu diễn một pha đường cong giữa nén hạt

và không nén hạt

Năm bước tuần tự của quá trình hoàn nguyên:

1 Nén hạt

2 Cấp hoá chất hoàn nguyên

3 Thải hoá chất theo đường hoàn nguyên

4 Tự lắng

5 Rửa nhanh

Giữ nguyên ranh giới làm sạch trong các bước của quá trình là điều cần thiết để đạt được chất lượng nước cao trong các hệ thống thiết bị đo đếm lưu lượng nước Trong các điều kiện phục vụ, lưu lượng đầy hoặc tạm ngừng, lớp hạt trao đổi được tì vào đáy hệ

Trang 34

thống phân phối và nó không xảy ra như vậy đối với hạt trao đổi hỗn hợp, trong suốt thời gian hoàn nguyên, một số xáo trộn cần phải tránh theo đường cong hoàn nguyên

Các mục đích của quá trình hoàn nguyên :

- Thực hiện trao đổi các ion và phục hồi khả năng hấp thụ trao đổi cho vòng làm việc kế tiếp

- Làm sạch hạt trao đổi từ việc lọc các tạp chất rắn và các hạt trao đổi bị vỡ vụn trong thời gian làm việc

Nén hạt (compaction):

Mục đích của nén hạt là nâng lớp hạt đã được phân loại của các lớp hạt và chuẩn bị cho cấp hoá chất để hoàn nguyên, và thải ra ngoài những cáu cặn hoặc gom các hạt lọc bị vỡ vụn ở trên đỉnh của lớp hạt lọc Với tốc độ lưu lượng được thực hiện để lựa trọn một cấp độ, việc nén hạt nó phụ thuộc vào tổng số khoảng trống, kiểu hạt lọc và nhiệt độ của nước

Hình 15: Nén hạt

Mục đích để đạt được độ nén tối thiểu 95%, trong tổng số tốc độ tuyến tính từ 25 đến 40 m/hr cho các hạt trao đỏi Cation và 20 ~ 30 m/hr cho các hạt trao đổi Anion tương ứng Quy định này là rất quan trọng không để dưới tốc độ tói thiểu cho mỗi loại hạt trao đổi riêng biệt Chất lượng nước và việc thực hiện cài đặt nén hạt không đảm bảo, dẫn tới phần dung tích bị giảm Một thời gian 3 phút không đủ để đạt tới độ nén yêu cầu Lưu lượng đầy đủ nên được tiếp xúc trong khoảng thời gian là 5 ~ 10 giây để sự làm xáo trộn các hạt trao đổi chắc chắn là nhỏ nhất Nước khử khoáng hoặc nước khử Cation đợc sử dụng cho Cation Và nước khử khoáng cho Anion để ngăn cản sự nhiễm bẩn của vùng đã làm sạch Một kính nhìn ở trên đỉnh của tháp để giám sát phần trống, và một kính nhìn ở đáy để giám sát sự nén hạt đã được quy

định

 Cấp hoá chất hoàn nguyên (regenerant injection):

Bắt đầu tiến hành hoàn nguyên khi, lưu lượng nén hạt giảm và hoá chất để phục vụ hoàn nguyên sẽ được cấp vào tại thời điểm được lựa trọn thích hợp, lưu lượng cấp vào phù hợp với yêu cầu của từng loại hạt trao đổi Việc đó rất quan trọng để lựa trọn những điều kiện tốt bởi vì nó xẽ tác động vào phần đặc tính và chất lượng của hạt lọc Các điều kiện ảnh hưởng đó sẽ phụ thuộc vào những loại hạt trao đổi được sử dụng

Trang 35

Hình 16: Cấp hóa chất hoàn nguyên

Nó có tính chất quyết định tới chi tiết tốc độ tối thiểu riêng biệt để ngăn cản “rơi xuống” đáy lớp hạt trao đổi Nó cũng có tính chất quyết định để có được một sự ngối đầu từng phần giữa lưu lượng (tốc độ) nén và lưu lượng cấp hoá chất, nếu bất kỳ tình huống mất ổn định nào của lớp hạt trao đổi, thì hoàn nguyên phải bắt đầu lại từ bước nén hạt,

và nếu tiến hành phân loại lại một loại hạt trao đổi đã bị nghi ngờ thì phải tăng ngấp đôi

số lượng hoàn nguyên đã quy định Nước khử khoáng hoặc nước khử Cation được sử dụng cho trao đổi Cation, và nước khử khoáng được sử dụng cho Anion

Thải hoá chất theo đường hoàn nguyên (displacement(slow rinse):

Ngay sau bước cấp hoá chất hoàn nguyên là bước thải hoá chất hoàn nguyên và các sản phẩm của hoàn nguyên, cũng như việc kiểm soát lưu lượng để thải bỏ hoá chất theo đường hoàn nguyên Mụch đích là thúc đẩy hoạt động hoàn nguyên từ đáy tới đỉnh của lớp hạt lọc

& bắt đầu rửa các hoá chất ra ngoài giống như minh hoạ hình 17:

Trang 36

dần dần được nới nỏng và trong giai đoạn tự lắng từ 5-15 phút, nhìn qua phần trống dưới cùng của tháp sau khi nén hạt, các loại hạt có trọng lượng nhỏ thì chuyển động lên trên và các lớp hạt khác thì “rơi xuống” bên trong vùng có thể tiếp xúc và tự lắng theo lớp ở đáy của tháp Điều đó cho phép làm xốp lớp hạt lọc và chuyển những hạt lọc bị vỡ vụn lên phía trên lớp hạt trao đổi Tham khảo minh hoạ hình 18

Hình 18: Hạt trao đổi tự lắng

Bước súc rửa cuối cùng (final rinse):

Hoàn nguyên sẽ kết thúc sau khi tự lắng cùng với rửa nhanh hoặc một vòng tuần hoàn của nước rửa giữa các tháp Cation và Anion một cách hợp lệ để tiết kiệm nước, vòng tuần hoàn được cho là thích hợp bất cứ lúc nào cũng có thể hực hiện được Lưu lượng nước được sử dụng đồng bộ một cách bình thường để vận hành sản xuất nước phục vụ Nước thô

sẽ được sử dụng bình thường cho Cation Và khử Cation hoặc nước khử khoáng cho Anion.tham khảo minh hoạ hình 19:

Hình 19: Sục rửa sau cùng

Trang 37

Hình 20: Bể lọc carbon

Hình 21: Bể lọc cation và anion

Trang 38

Hình 22: Bể chứa và bể trung hòa nước thải hóa chất

¾ Một số hình ảnh tại hiện trường:

Hình 23: Các bể lọc Cation và Anion

Trang 39

2.5 HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI (Waste Water Treatment Plant)

9 Quy trình công nghệ hệ thống xử lý nước thải như sau:

Các nguồn nước thải từ các khu vực sau được xử lý trong phần xử lý nước thải: hồ chung hoà (hệ thống nước khử khoáng), bể gom bùn, tháp lọc các bon (phần xử lý nước thải WWTP), nước rửa sàn tua bin và sàn lò, nước xả rửa tổ máy,và bể nước thải không thường xuyên về cơ bản, hệ thống này chỉ có thể xử lý TSS, dầu, và pH

Sản phẩm thải hoàn nguyên được hoà trộn thích hợp trong bể chung hoà (hệ thống khử khoáng) sau đó được bơm vào bể chứa nước thải chính Bể gom bùn tiếp nhận phần bùn đã đặc từ các bể lọc và bể bùn của phần xử lý nước thải sinh hoạt cho quá trình đặc hơn, nơi sản phẩm bùn đặc là ở dưới đáy của bể cuối cùng được bơm tới hố chứa xỉ trong khi phần nước trong tràn qua máng gom chảy qua ống vào bể chứa nước thải chính Nước thải nhiễm dầu từ khu vực lò hơi và nước xả sàn tua bin được chuyển qua bể tách dầu (giữ dầu) để xử lý dầu trước khi đưa sang bể chứa nước thải chính Nước thải không thường xuyên trước khi được xử lý trong bể để làm giảm TDS và COD chứa đựng các mức giá trị có thể chấp nhận trước khi nó từ từ chảy vào bể chứa nước thải chính Tất cả các nước thải trong bể chứa nước thải chính, cùng với phần nước thải của tổ máy, chúng được điều chỉnh hợp lý hơn trong phần xử lý

Phần xử lý nước thải bao gồm bể điều chỉnh pH, bể khuấy trộn, bể lắng nước thải WWTP , tháp lọc các bon và bể trung hoà Các hoá chất nhôm 10%, NaOH50%, và HCl 30% chúng được cấp vào bể điều chỉnh pH cho quá trình keo tụ và để điều chỉnh pH trong khi đó polymer được cấp vào trong bể khuấy trộn cho các quá trình kết bông Sản phẩm bùn trong bể lắng nước thải được bơm quay trở lại bể gom bùn để bùn lắng xuống phần nước trong chảy tràn vào bể lắng và được lọc trong tháp lọc các bon (A/C filter) trước khi chảy qua bể chung hoà, ở đó NaOH50% và HCl 30% được cấp vào cho lần điều chỉnh pH cuối cùng trước khi thải ra bể nước sạch

- Có một chương trình lọc cho hệ thống này: Lọc các bon WWTP

- Thứ tự khởi động vận hành hệ thống của phần xử lý nước thải , người vận hành sẽ kích hoạt “phần xử lý nước thải” qua MMI

- Điều chỉnh pH

PH là một điều kiện được sử dụng rất phổ biến nhằm phản ánh cường độ của axít hoặc

độ kiềm của một dung dịch Nó là một đường biểu diễn cường độ của ion-hydro, hoặc đúng hơn là sự hoạt động của ion-hydro Nó rất quan trọng trong hầu như tất cả các giai đoạn thực tiễn của công nghệ môi trường Hệ thống xử lý nước này, điều phải quan tâm đến là hệ số trong chất keo tụ và chất tẩy trùng Chất Al(OH)3 đặc trưng cho khả năng keo tụ, độ PH tối ưu là ở từ 6,8 - 8,2, với chất tẩy độ PH cao sẽ làm giảm cường độ hoạt động oxy hóa của Ca(OCL)2 Điện cực hydro là thiết bị thích hợp để đo phạm vi hoạt động của ion-hydro điều đó đã được áp dụng để phân tích độ tinh khiết của nước, nó nhường cường độ của các ion-hydro tới xấp xỉ ~10 -7mol/l

Từ phương trình: H2O ↔ H+ + OH –

Các phân ly từ một sản phẩm ion-hydroxyt cho một ion-hydro nó ở trong khoảng 10-7 mol/l, ion- hydro được sản xuất cùng một lúc, bằng sự thay đổi các ion mà chúng ta đạt được:

{ H +} {OH-}/{H 2O}= K Nhưng nồng độ của nước trước đây cũng vô cùng lớn và cũng vô cùng nhỏ bởi mức độ không đáng kể ion hoá của nó có thể coi như không thay đổi (sự hoạt động của nó tương

Trang 40

đương ở 1.0) và phương trình có thể viết như sau:

{ H +} {OH-}= = KW Với nước sạch ở nhiệt độ 25 0C

{ H +} {OH-}= 10-7 x 10-7 = KW = 10-14 Điều đó cũng được hiểu như là sản phẩm của ion hoặc ion hoá không thay đổi cho nước Khi axít được cấp vào nước, nó ion hoá trong nước và làm cho tính hoạt động ion- hydrogen tăng lên trong khi đó độ hoạt động của ion- hydroxyt phải giảm thích ứng với

sự không thay đổi của ion hoá.ví dụ: nếu axít được cấp vào để tăng H+ tới 10-11 mol/l, ion OH- phải giảm tới 10 -13mol/l

10-1 = KW =10-14

Cũng giống như vậy, nếu bagiơ được cấp vào trong nước thì ion {OH-}xẽ tăng tới10

-3mol/l, ion{ H +} xẽ giảm xuống 10 -11mol/l, số lượng ion {OH-}hoặc ion {OH+}không bao giờ có thể giảm xuống tới 0 ( zero) Không có dung dịch axít hoặc bagiơ nào có thể đạt tới

Sự tăng nhanh cường độ hoạt động của ion hydro trong giới hạn nồng độ phân tử gam

là chậm và không hiệu quả, trong trật tự đó khắc phục là rất khó Kí hiệu được thay thế bởi quy định đơn giản PH, điều kiện đó

có thể tương ứng với: PH = - log{ H +}

Và sự chia độ của PH thường được xắp xếp theo dãy từ 0 tới 14 với độ PH = 7 ở nhiệt

độ 25 0C là tương ứng với độ trung tính tuyệt đối

- Kiểm soát chất thải:

Chất thải hữu cơ là nguyên nhân tạo ra sự bán và tích tụ của lớp bùn trên bề mặt của thiết

bị Vấn đề đã được đề cập ở trước, bởi vi sinh vật hỗn hợp giống như các vi khuẩn, các nấm, các tảo, chúng xẽ tăng khả năng phân huỷ các chất dinh dưỡng có trong nước, với các chất vô cơ giống như bùn, cát và đất

Như một kết quả chất thải hữu cơ không chỉ là những nguyên nhân phá vỡ hiệu xuất nhiệt hoặc trao đổi nhiệt mà còn làm giảm lưu lượng dòng chảy của nước và nó cũng ngây

ra sự ăn mòn tại chỗ trong thiết bị và các đường ống

Có ba phương pháp xử lý thường được sử dụng để kiểm soát chất thải đó là:

1) Xử lý hoặc khử trùng bằng khí clo: là phương pháp kiểm soát vi sinh vật phổ biến nhất Clo trước đây là chất ăn mòn kim loại trong hệ thống nước làm mát, nồng độ dư của clo trong nước xẽ được kiểm soát ở 1ppm hoặc ít hơn

2) Kiểm soát chất thải không có oxy hoá sinh học: những vi sinh oxy hoá là có hiệu quả nhưng thỉnh thoảng chúng lại ăn mòn vật liệu một cách nhanh chóng, vì thế cho nên những

vi sinh không có khả năng oxy hoá chúng được sử dụng cùng với tác nhân oxy hoá

3) Lọc dòng chảy phụ (side stream filtration): chất rắn lơ lửng được thải đi nhờ hệ thống nước xuống, tuy nhiên việc thải chất rắn lơ lửng trở nên khó khăn trong hệ thống nước làm mát đang vận hành ở số chu kỳ cao nguyên nhân là bởi khối lượng dòng xả nhỏ Vì thế việc loại bỏ chất rắn lơ lửng với sự lọc dòng chảy phụ cần phải có Nó là công nghệ khó khăn để ngăn ngừa cáu cặn liên kết và bùn đặc tích tụ với nhau, chỉ xử lý hoá chất xẽ không loại bỏ được tắc nghẽn từ hệ thống, vì thế sự kết hợp của sự lọc dòng chảy phụ và xử lý hoá chất được yêu cầu sử dụng

- Xử lý bằng Cl

Nhiều đặc tính của clo lấy nó làm chất tẩy trùng lý tưởng Nó hoà tan ở mức độ cao trong

Tiêu đề	Nghiên Cứu Xây Dựng Thư Viện Phần Mềm Đối Tượng Phục Vụ Điều Khiển Tự Động Nhà Máy Nhiệt Điện Than
Tác giả	Trịnh Hải Thái, Nguyễn Thế Truyện
Người hướng dẫn	P.T.S. Nguyễn Văn A
Trường học	Viện Nghiên Cứu Điện Tử, Tin Học, Tự Động Hóa
Chuyên ngành	Điều Khiển Tự Động
Thể loại	Báo cáo kết quả thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học & phát triển công nghệ cấp bộ
Năm xuất bản	2011
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	203
Dung lượng	8,38 MB