tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG dây CHUYỀN cấp THAN CHO lò hơi NHÀ máy NHIỆT điện

Trong nhà máy nhiệt điện có nhiều khâu chứa đựng những kỹ thuật mới vàphức tạp.1 trong những khâu đó là hệ thống cân băng cấp liệu cho lò hơi.. Trong phạm vi đề tài này sẽ đi giải quyết

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Cán bộ HDKH : PGS.TS Võ Quang Lạp

Phản biện 1 : PGS.TS Lại Khắc Lãi

Phản biện 2 : PGS.TS Nguyễn Như Hiển

Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp tại: Phòng caohọc số 2, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Vào 13 giờ 30 phút ngày 25 tháng 10 năm 2011

Có thể tìm hiển luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại học Thái Nguyên vàThư viện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

MỞ ĐẦU

Tại Việt Nam nhà máy nhiệt điện cung cấp 1 lượng điện đáng kể vào lưới điệnquốc gia Trong nhà máy nhiệt điện có nhiều khâu chứa đựng những kỹ thuật mới vàphức tạp.1 trong những khâu đó là hệ thống cân băng cấp liệu cho lò hơi Vì vậy tôichọn đề tài: “Nghiên cứu nâng cao chất lượng dây truyền cấp than cho lò hơi nhà máynhiệt điện” Trong phạm vi đề tài này sẽ đi giải quyết 2 vấn đề đó là:

- Khảo sát, nâng cao chất lượng điều khiển trong dây truyền cấp than cho nhàmáy nhiệt điện nói chung và các nhà máy có dây truyền cấp liệu tương tự

- Vấn đề điều khiển phân tán DCS và tìm hiểu ứng dụng DCS trong nhà máynhiệt điện cụ thể

Kết quả của đề tài là m tài liệu quý giúp cho việc tìm hiểu nghiên cứu cũng nhưứng dụng để điều khiển các thiết bị điện trong nhà máy nhiệt điện nói riêng và nhàmáy công nghiệp nói chung

Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Võ Quang Lạp

đã hướng dẫn tận tình và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn thạc sỹ này

Tôi xin chân thành cám ơn Khoa sau Đại học, xin chân thành cám ơn Ban GiámHiệu Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất vềmọi mặt để tôi hoàn thành khóa học

Tôi xin chân thành cám ơn!

Thái Nguyên, ngày 22 tháng 11 năm 2011

Người thực hiện

Dương Mạnh Linh

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẤP LIỆU CHO LÒ HƠI NHÀ

MÁY NHIỆT ĐIỆN 1.1 Các yêu cầu về nhiên liệu.

1.1.1 Các yêu cầu về nhiên liệu than.

Than là nhiên liệu chính sử dụng cho quá trình cháy trong lò hơi nhà máy nhiệtđiện chạy than Ngoài đốt than người ta còn kèm đốt dầu FO hoặc đốt dầu FO lúc khởiđộng, ngưng lò hay khi phụ tải thấp Lượng nhiệt tỏa ra lớn nhất khi chỉ đốt dầu làtương đương với 30% công suất định mức của lò hơi Lò hơi khi đốt than nếu vậnhành ở chế độ lớn hơn 60% công suất định mức thì sẽ không cần đốt dầu hỗ trợ

Hình 1.1: Các bước chuần bị trước khi đưa than vào buồng đốt

1.1.2 Sự trộn nhiên liệu than - dầu, than – nước

Ngoài việc sử dụng than khô làm nhiên liệu cháy thì trong một số nhà máyngười ta còn dùng nhiên liệu than – dầu và than – nước Đó là sự kết hợp của cácnhiên liệu khác nhau để giảm giá thành của nhiên liệu

Nhiên liệu than – dầu là sự hòa trộn giữa than nghiền và dâù trở thành hỗn hợpkeo Trong hỗn hợp này thì than chứa khoảng xấp xỉ 50% Hỗn hợp này tạo nên thểvẩn (thể lỏng với những hạt chất rắn bay lơ lửng) Nhiên liệu đốt là than – dầu có giá

rẻ hơn giá nhiên liệu đốt chỉ là than Với cùng một lượng như nhau thì nhiên liệu than– dầu sẽ tỏa ra nhiệt lượng cao hơn nhiên liệu chỉ là than khô.

1.2 Hệ thống nghiền và vận chuyển than nghiền.

Than cấp cho lò hơi được nghiền nhỏ bởi máy nghiền thành các dạng bột rồiđược thổi phun vào trong buồng đốt Đứng trên quan điểm điều khiển thì quá trình đốtbụi than nghiền tương tự như đốt nhiên liệu khí, nhiệt lượng tăng rất nhanh theo sựthay đổi của lưu lượng than cấp Tùy thuộc vào loại máy nghiền được sử dụng màdung lượng than chứa trong máy nghiền là nhiều hay ít trước khi được đưa vào buồngđốt Mỗi hệ thống nghiền than có thể phục vụ cho một hay nhiều lò đốt Thực hiệnđược điều đó thì các ống dẫn than chính vào mỗi lò có kích cỡ và các hệ thống lưuthông dòng than tương ứng với từng lò

- Hệ thống cấp và nghiền than bao gồm:

- Máy cấp than nguyên

- Máy nghiền và bộ phận phân li

1.2.1.1 Máy cấp than nguyên.

Than được vận chuyển theo băng tải lên đỉnh boongke than, ở đầu ra củaboongke than nguyên được cấp xuống đầu vào máy cấp than nguyên qua ống rót hìnhnón bởi một van điều khiển Thông thường mỗi lò hơi được trang bị 8 máy cấp thannguyên (2 máy cấp cho 1 máy nghiền) đặt ở đầu ra của boongke than nguyên.

Động cơ dẫn động máy cấp than nguyên có thể thay đổi tốc độ và được điềuchỉnh tải theo sự thay đổi của máy nghiền Khi yêu cầu tải tăng lên thì tốc độ máy cấpphải được điều chỉnh tăng lên để đáp ứng lượng than yêu cầu Trong máy cấp thannguyên có một hệ thống cân điện tử cung cấp chỉ số lưu lượng than tại chỗ, từ xa vàtổng lượng than qua máy nghiền Hệ thống cấp than được thiết kế để đảm bảo việccung cấp than từ boongke vào máy nghiền một cách chính xác, tin cậy và không bịgián đoạn Than từ boongke được cấp ở một tốc độ xác định được điều khiển trên băngchính của máy cấp than nguyên

Có 3 phương pháp nghiền:

- Phương pháp va chạm

- Phương pháp tiêu hao

- Phương pháp ép nhỏ

Phân loại máy nghiền:

- Máy nghiền kiểu bi

- Máy nghiền kiểu trục lăn

- Máy nghiền kiểu ống bi

1.2.2 Hệ thống vận chuyển và cấp than nghiền

Than sau được nghiền đạt độ mịn yêu cầu (than bột) sẽ được vận chuyền đếnbuồng đốt để phục vụ cho quá trình cháy trong lò hơi Than bột được vận chuyển bởi 1

hệ thống gió cấp 1 liên tục được thổi qua máy nghiền, đầu ra của máy nghiền là hỗnhợp than và gió sẽ được đưa đến các vòi đốt qua các đường ống kim loại

1.3 Hệ thống điều khiển nhiên liệu than

Hệ thống điều khiển nhiên liệu than là hệ thống quan trọng bậc nhất, nó đảmbảo cân bằng năng lượng giữa đầu ra và đầu vào Lượng đặt cho hệ điều khiển nhiênliệu là tổng năng lượng điện yêu cầu (MW) được tính toán quy đổi bằng tổng nhiệtnăng yêu cầu

Điều khiển lượng than đồng thời yêu cầu phải điều khiển luồng gió để vậnchuyển lượng than đó và hỗn hợp than – khí đưa vào buồng đốt đảm bảo quá trìnhcháy Than cấp vào buồng đốt được lấy từ đầu ra của máy nghiền Lượng than ở đầu racủa máy nghiền phụ thuộc vào một số yếu tố cơ bản sau:

- Tốc độ cấp than nguyên

- Lưu lượng gió cấp 1

- Chất lượng than nghiền

1.3.1 Hệ thống điều khiển dòng than nghiền

Với mỗi lò hơi cụ thể thì có những khối logic điều chỉnh riêng, những khốilogic này chứa các hàm chức năng, tính toán để điều khiển bao gồm: điều khiển hỗnhợp than – khí, điều khiển than cấp và điều khiển gió cấp 1

Đối với loại máy nghiền sử dụng quạt gió sơ cấp trước máy nghiền để vậnchuyển than nghiền, thì người ta có thể chỉ điều khiển máy nghiền riêng biệt và có tínhiệu về giới hạn tốc độ cấp than từ hệ thống gió vận chuyển

1.3.2 Hệ thống điều khiển song song than và gió

Hệ thống điều khiển song song than và gió thường được áp dụng đối với các hệthống nghiền than rải nhiên liệu Hệ thống điều khiển mức than có trục liên kết với cơcấu cơ khí cấp than tại mỗi máy rải

1.3.3 Hệ thống điều khiển sử dụng hệ thống phụ phân tích O2 trong khói

Để quá tình cháy trong lò hơi xảy ra tối ưu thì lưu lượng gió đưa vào lò phảiphù hợp với lưu lượng than cấp vào Lưu lượng than và gió cấp vào lò luôn luông xácđịnh theo 1 tỷ lệ nhất định (nằm trong 1 dải cho phép).

1.3.4 Bù BTU cho than

Than được đốt tỏa lượng nhiệt nhiều hay ít tùy thuộc nhiều vào lượng BTUchứa trong than và tro cháy, chúng phụ thuộc vào độ ẩm và chất lượng của than Chính

sự thay đổi BTU dẫn tới thay đổi lượng nhiệt tỏa ra với cùng một khối lượng nhiênliệu như nhau đã tạo ra nhiều những vấn đề thách thức cho những nhà thiết kế hệ thốngđiều khiển

Kết luận:

Qua nội dung chương 1 ta thấy nổi lên hai vấn đề:

- Vấn đề điều khiển hệ thống cấp liệu cho lò hơi nhà máy nhiệt điện khá phứctạp Trong các nhà máy nhiệt điện hiện đại, người ta thường sử dụng bộ điềukhiển DCS để giải quyết các bài toán đặt ra Phần tìm hiểu về DCS trongbản luận văn này sẽ được trình bày ở phần chuyên đề

- Vấn đề cân băng than là một khâu quan trọng trọng nhất trong hệ thống cấpliệu cho lò hơi của nhà máy nhiệt điện Trong các chương tiếp theo của đềtài luận văn sẽ đi tìm hiểu sâu về vấn đề này

CHƯƠNG 2: NHỮNG VẤN ĐỀ KỸ THUẬT TRONG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG THAN CUNG CẤP CHO LÒ HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 2.1 Vai trò của hệ thống cân băng trong dây chuyền nhà máy

Vai trò của băng tải trong các nhà máy công nghiệp là vô cùng quan trọng, điềunày được thể hiện rõ nét trong các nhà máy nhiệt điện, xi măng, các nhà máy chế biếnthức ăn gia xúc, các nhà máy chế biến thực phẩm Các băng tải đóng vai trò vậnchuyển nguyên vật liệu, thành phẩm thay cho sức người và các phương tiện vậnchuyển cơ động khác

Vấn đề đặt ra là trong quá trình sản xuất đòi hỏi tính liên tục, pha trộn nguyênliệu có độ chính xác, phải thấy và cân được khối lượng nguyên vật liệu đã được vậnchuyển theo yêu cầu của thành phẩm Để giải quyết vấn đề trên ta sử dụng cân băngđịnh lượng Hệ thống cân băng định lượng là một trong những khâu quan trọng giúpcho nhà máy hoạt động một cách liên tục Cân băng định lượng là một khâu trong dâychuyền công nghệ nhằm cung cấp chính xác lượng nguyên liệu cần thiết cho nhà máy,lượng nguyên liệu này đã được người lập trình cài đặt một giá trị trước Khi mà lượngnguyện liêu trên băng tải ít đi thì đòi hỏi phải tăng tốc động cơ lên để băng tải chuyểnđộng nhanh hơn nhằm cung cấp đủ lượng nguyên liệu cần thiết Ngược lại khi lượngnguyên liệu trên băng tải vận chuyển với lưu lượng nhiều thì các thiết bị tự động sẻ tựđộng điều khiển cho động cơ quay với tốc độ chậm lại phù hợp với yêu cầu

2.2 Xây dựng nguyên lý làm việc của cân băng định lượng

Có 2 cách cơ bản để xây dựng nguyên lý đo và làm việc của cân băng

- Đo theo năng suất

- Đo theo khối lượng

2.2.1 Nguyên lý đo theo năng suất.

Ta có công thức:

Qt=m.v.t Trong đó: m: khối lượng (kg)

v: tốc độ băng tải (m/s)

t: thời gian đặt (ms)Với năng suất Q sau khoảng thời gian t1 (ms) ta tiến hành đo một lần và sẽ so

sánh với năng suất yêu cầu (Qyc).

- Nếu Q>Qyc thì vận tốc băng tải giảm

- Nếu Q<Qyc thì vận tốc băng tải tăng

2.2.2 Nguyên lý đo theo khối lượng.

Khối lượng của vật liệu được cơ cấu cân định lượng cân chính xác theo lượngđặt ban đầu Năng suất của băng tải được tính theo biểu thức:

Q = δ.v [ kg/s ] hay:

1000

.

Trong đó:

δ : khối lượng tải theo chiều dài [kg/m]

v : tốc độ di chuyển của băng [m/s]

2.3 Các yêu cầu kỹ thuật trong hệ thống cân băng định lượng.

2.3.1 Cấu trúc của một hệ thống cân băng định lượng.

Cân băng định lượng là cơ cấu tác động liên tục thuộc nhóm máy nâng vậnchuyển Là thiết bị vận tải liên tục dùng để chuyên chở hàng dạng hạt, cục (cát, đádăm, than, thóc gạo ) hoặc các vật liệu thể rắn (gỗ, hòm , thép thỏi) theo phương nằmngang hoặc theo mặt phẳng nghiêng Nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình sảnxuất, là cầu nối giữa các hạng mục, công trình sản xuất riêng biệt giữa các phân xưởngtrong một nhà máy, giữa các máy sản xuất trong một dây chuyền sản xuất

Hệ truyền động cân băng định lượng gồm có:

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động cân băng

2.3.2 Đặc điểm công nghệ và yêu cầu đối với hệ truyền động băng tải phối liệu

A Loại phụ tải

Đặc tính cơ của máy sản xuất thường có dạng:

Trong đó: Mco - Mômen ứng với tốc độ ω = 0

Mđm - Mômen ứng với tốc độ wđm

Mc - Mômen ứng với tốc độ ω

Với băng tải α = 0 Do đó ta có Mc = Mđm = const Ta thấy rằng tải của hệtruyền động băng tải phối liệu hầu như ít thay đổi trong quá trình làm việc Hệ truyềnđộng này là hệ làm việc ở chế độ dài hạn

B Chiều quay của băng

Băng tải nhận vật liệu từ phễu và vận chuyển đến nơi phối liệu nên chuyểnđộng của nó là theo một chiều bắt buộc và không có đảo chiều quay Nếu đảo chiềuquay của băng tải thì do quán tính nguyên vật liệu sẽ rơi vãi, không bảo đảm được yêucầu phối liệu

Ngoài ra khi đảo chiều thì có một số phần của vật liệu không chuyển qua đượcthiết bị cảm biến để cân chính xác

C Giản đồ phụ tải

Hình 2.2: Giản đồ phụ tải

- Đoạn 01 là đoạn băng tải được khởi động Vì băng tải làm việc ở chế độ dàihạn, số lần đóng cắt ít Các yêu cầu về khởi động động cơ là không nặng nề Ta có thểcho băng tải khởi động đến tốc độ làm việc và ổn định ở tốc độ đó rồi mới cho guyênvật liệu rơi xuống băng từ phễu

- Đoạn 12 là đoạn băng tải làm việc với tải Mc không đổi Biến thiên dw/dt chỉ

có trong giai đoạn tốc độ biến thiên tức đoạn 01 và 23

- Đoạn 23 là đoạn giảm tốc và dừng băng tải Ta cũng có thể cho băng tải dừng

tự do, hoặc dừng tự do có dùng thêm phanh hãm

D Các yêu cầu về khởi động và hãm

Hệ truyền động băng tải phối liệu khi khởi động với gia tốc lớn sẽ làm tăng lựcđàn hồi gây biến dạng băng và làm đứt băng Để hạn chế điều này ta phải sử dụngkhâu giảm tốc khi khởi động

Để động cơ có thể khởi động được sau khi mất điện trong quá trình làm việc thìchọn động cơ có mômen khởi động đủ lớn

Khi dừng thì không yêu cầu dừng chính xác, nhưng cũng tránh cho hệ dừng vớigia tốc lớn gây hỏng, đứt băng Hệ truyền động băng tải thường làm việc liên tục ít khiphải dừng nên không cần thiết kế bộ giảm tốc Cũng không cần thiết kế phanh hãm vìkhi kết thúc công việc ta sẽ để cho băng dừng tự do

E Sơ đồ động học

Sơ đồ động học của hệ truyền động cân băng định lượng có dạng đơn giản như sau:

Pc Mc

Wd

i n

puli chủ động kéo máy sản xuất

% 100

% 100

%

d

t d

w w w

3- Trục chớnh để lắp vào mỏy quay băng tải

G Hệ truyền động nhiều động cơ

Khi cú nhiều băng tải làm việc nối tiếp trong một dõy truyền đũi hỏi phải đồng bộ hoỏtốc độ của cỏc động cơ truyền động và đặt cỏc khoỏ liờn động cần thiết bảo đảm thứ tựtỏc động Khi đú tốc độ động cơ phải bằng nhau trong mọi trường hợp để trỏnh cỏc lựcđàn hồi trờn băng

2.4 Cỏc phương ỏn thiết kế điều khiển cõn băng định lượng

Từ những nguyờn lý đo và làm việc của cõn băng (mục 2.2) thấy cú 2 nguyờntắc điểu khiển cõn băng cơ bản đú là:

- Điều khiển theo năng suất

- Điều khiển theo khối lượng

Từ đú ta chọn nguyờn tắc điều khiển theo khối lượng (chiều dài) => ta sẽ thiết

kế hệ điều khiển

Sự khỏc nhau cơ bản giữa hệ thống điều khiển kớn và điều khiển hở là ở chỗtrong hệ thống điều khiển kớn cú mạch phản hổi Phần tử chuyển đổi của mạch phản

hồi thường sử dụng hai kiểu tương tự và số Do đó chúng ta có hệ điều khiển số vàđiều khiển tương tự:

2.4.1 Hệ điều khiển tương tự

Hình 2.4: Hệ thống điều khiển kín dùng Loadcell

2.4.2 Hệ điều khiển số

Hình 2.5: Hệ thống điêu khiển kín dùng phản hồi số.

=> Từ 2 hệ thống trên để phù hợp với yêu cầu ta chọn hệ điều khiển tương tự

2.5 Các hệ thống truyền động cho cân băng

Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kếtquả tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền động có thể thoảmãn yêu cầu đặt ra Bằng việc phân tích, đánh giá các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật các hệtruyền động này, kết hợp tính khả thi cụ thể mà ta có thể lựa chọn được mộtvài phương án hoặc một phương án duy nhất để thiết kế Lựa chọn phương án

truyền động tức là phải xác định được loại động cơ truyền động một chiều hayxoay chiều, phương pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộbiến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động.

Từ những phân tích về đặc điểm công nghệ, yêu cầu truyền động của cân băngthì ta có các phương án truyền động sau:

- Hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển thyristor- động cơ 1 chiều (Hệ Đ)

- Hệ thống điều chỉnh xung áp - động cơ 1 chiều (Hệ XA-Đ)

- Hệ thống truyền động vécto biến tần động cơ không đồng bộ ba pha

Ta thấy:

Hệ thống biến tần động cơ không đồng bộ ba pha, hệ thống thyristor động cơ

và hệ thống xung áp động cơ ta nhận thấy Cả ba hệ thống đều đáp ứng được yêu cầutruyền động của hệ thống điều tốc

Tuy nhiên, trong những năm gần đây, hệ thống điều chế độ rộng xung PWM docác linh kiện bán dẫn tạo thành sử dụng các transito GTO, GTR và P-MOSFET, chúng

có rất nhiều ưu điểm: (1) mạch điện chính đơn giản, các linh kiện công suất ít; (2) tần

số đóng mở cao, dòng điện dễ giữ được liên tục, sóng hài ít, tổn hao và phát nhiệt củađộng cơ khá nhỏ; (3) có khả năng vận hành ở tốc độ thấp, độ chính xác cao khi tốc độ

ổn định, vì vậy phạm vi điều tốc rộng; (4) dải tần của hệ thống rộng, tính thích nghinhanh nhậy rất tốt, khả năng chống nhiễu trạng thái động mạnh; (5) các linh kiện củamạch điện chính làm việc ở trạng thái đóng mở, tổn hao khi mở thông nhỏ, hiệu suấtthiết bị khá cao; (6) dòng điện một chiều khi sử dụng hệ thống chỉnh lưu ba pha khôngđiều khiển được, hệ số công suất của mạng cao Từ những ưu điểm nổi trội của hệthống xung điện áp do đó trong đề tài này chọn hệ thống xung điện áp làm hệ truyềnđộng cho hệ thống điều tốc