Nghiên cứu, thiết kế hệ thống đo lường điều khiển trong công đoạn lò hơi ở công ty cổ phần nhiệt điện phả lại i

Hệ thống điều khiển DCS ra đời đã đáp ứng nhu cầu cấp thiết đó, với các ưu điểm nổi trội của hệ thống điều khiển phân tán với công nghệ mới nhất của các nhà sản xuất đặc biệt là phần mềm

-

PHẠM CÔNG TẢO

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN

TRONG CÔNG ĐOẠN LÒ HƠI Ở CÔNG TY CỔ PHẦN NHIỆT ĐIỆN PHẢ LẠI I

Mục lục

Trang phụ bìa

Lời cam đoan Mục lục Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ, đồ thị Mở đầu Trang Chương 1- Giới thiệu chung về nhà máy- lò hơi 1

1.1 Chu trình nhiệt trong nhà máy nhiệt điện 1

1.1.1 Nguyên lý sản xuất điện năng trong nhà máy nhiệt điện 1

1.1.2 Chu trình nhiệt của nhà máy nhiệt điện ngưng hơi 1

1.1.3 Nguyên lí hoạt động của lò hơi 2 1.2 Quy trình sản xuất điện của Công ty cổ phần Nhiệt điện Phả Lại 4

1.3 Lò hơi và kết cấu của lò hơi 5

1.3.1 Cấu tạo lò hơi 7

1.3.2 Các thông số kĩ thuật của lò: 7

1.3.3 Chu trình chính của hơi và nước 8

1.3.4 Hệ thống đo lường điều chỉnh tự động- điều khiển lò 10

1.3.5 Các bộ tự động điều chỉnh sau: 10

1.4 Các thiết bị chính của lò : 11

1.4.1 Bao hơi 11

1.4.2 Bảngthống kê vị trí các điểm đo và thiết bị đo 14

1.5 Các thiết bị đo và phương pháp đo được ding 16

1.5.1 Mở đầu 16

1.5.2 Đo nhiệt độ 16

1.5.3 Đo áp suất và mức 18

1.5.4 đo lưu lượng 22

Chương 2- Hệ thống HTC Tổng hợp 26

2.1 Khái niệm chung 26

2.2 Hệ thống camac (1976-1986) 27

2.2.1 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống CAMAC 28

2.2.2 Chức năng của hệ thống CAMAC 29

2.2.3 Đặc điểm của hệ thống camac 29

2.2.4 ưu, nhược điểm của hệ thống CAMAC 29

2.3 Hệ thống SCADA (1986-1992) 29

2.3.1 Khái niệm chung 29

2.3.2 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống SCADA 30

2.3.3 Chức năng của hệ thống SCADA 31

2.3.4 Đặc điểm của hệ thống SCADA 31

2.3.5 ưu, nhược điểm của hệ thống SCADA 32

2.4 Hệ thống DCS (1992-2002) 32

2.4.1 Khái niệm chung 32

2.4.2 Sơ đồ cấu chúc của hệ thống DCS 33

2.4.3 Chức năng của hệ thống DCS 35

2.4.4 Đặc điểm của hệ thống DSC 35

2.4.5.Ưu, nhược điểm của hệ thống DCS 36

2.4.6 Một số hệ thống DCS 37

2.5 Hệ thống thông tin tích hợp (2002 - đến nay) 39

Chương 3- Hệ điều khiển DCS trong nhà máy nhiệt điện 41

3.1 Hệ thống điều khiển phân tán centum - cs3000 của Yokogawa 41

3.1.1 Tổng quan về hệ thống CENTUM- CS3000 41 3.1.2 Các đặc điểm nổi bật của hệ thống CENTUM CS 3000 42 3.2 Hệ thống điều khiển phân tán (Distribution Control System) 44

3.2.1 Chức năng hệ DCS 47

3.2.2 Truyền thông trong hệ DCS 50

3.3 Hệ DCS Centum CS3000 của Yokogawa 50

3.3.1 Cấu hình phần cứng 53

3.3.2 Phần mềm Centum CS 3000 59

3.4 Phần mềm CENTUM CS3000 59 3.4.1 Cấu hình phần mềm hệ thống 59

3.4.2 Định nghĩa vào/ra quá trình 66

Chương 4- Hệ thống điều khiển mức nước bao hơI và kết quả 72 4.1 Hệ thống cung cấp và lưu thông nước trong lò hơi 72 4.1.1 Cấu trúc của hệ thống 72

4.1.2 Quá trình bơm nước và khử khí 74 4.1.3 Quy định về lưu lượng nước cấp 74 4.1.4 Quá trình co lại sôi bồng và lưu thông nước trong bao hơi 75

4.2 Hệ thống điều khiển nước cấp 78 4.2.1 Hệ thống đo lường và hiển thị mức bao hơI 78

4.2.4.Hệ điều khiển mức nước bao hơi hiện đại 91 4.3 Thiết kế hệ thống điều khiển sử dụng phần mềm centum cs 3000 94

4.4 Phân tích vòng điều chỉnh mức nước bao hơi và kết quả đạt được 114

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Ngoài phần tài liệu tham khảo đã đ−ợc liệt kê đầy đủ, các số liệu và kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực và ch−a từng đ−ợc công bố trong trong bất kỳ một công trình nào khác

Tác giả luận văn

Phạm Công Tảo

-

Lời cảm ơn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS- TS Phạm Thượng Hàn, người đã hướng dẫn, giúp đỡ, khuyến khích và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành bản luận văn này

Tôi xin cảm ơn sự chân tình hỗ trợ của Ban giám hiệu, các bạn đồng nghiệp

đang công tác tại trường Cao Đẳng Công Nghiệp Sao Đỏ

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các kỹ sư, kỹ thuật viên tại phân xưởng tự động điều khiển- Nhà máy nhiệt điện Phả Lại đã giúp đỡ tôi có điều kiện tham quan tìm hiểu và tham khảo tài liệu của nhà máy

Tôi xin bày tỏ các thày, cô giáo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt là các thày cô trong bộ môn Đo Lường và Tin Học Công Nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành khoá học này

Tác giả luận văn

Phạm Công Tảo

Danh môc c¸c ký hiÖu vµ c¸c ch÷ viÕt t¾t

camac Compuer Application for Measuremen And Control

DCS Distributed Control System

§TCN §èi t−îng c«ng nghiÖp

EWS Engineering Work Station

ERP Entorprise Resource Planning

ETS Enterprise Technology Solution

FCS Field Control Station

FA Factory Automation

GNC Gia nhiÖt cao ¸p

HTC HÖ thèng th«ng tin c«ng nghiÖp

HP B×nh gia nhiÖt cao ¸p

HIS Humun Interface Station

IIT Industrial Information Technolog

ICS Information and Command Station

IIS Integrated Information System

IP Internet Protocol

LP B×nh gia nhiÖt h¹ ¸p

MES Manufacturing Execution System

OS Operating station

PLC Programmable Logic Control

TIA Totally Integrated Automation

SCADA Supervisory Control And Data Acquisition

TIA Totally Integrated Automation

TIA Totally Intergrated Automation

TCP Transmission Control Protocol

Mở đầu

Ngày nay thế giới đang chứng kiến sự thay đổi to lớn của nền sản xuất công nghiệp do việc áp dụng những thành tựu của cuộc cách mạng khoa học công nghệ Cùng với sự thay đổi của nền sản xuất công nghiệp, ngành khoa học công nghệ về đ6 lường điều khiển tự động hoá cũng có những bước phát triển vượt bậc và trở thành ngành mũi nhọn của thế giới

Tự động hoá quá trình trong các ngành công nghiệp xử lý, chế biến có một vai trò quan trọng trong những năm gần đây nhờ sự phát triển liên tục nhằm đưa ra những thay đổi về công nghệ Với mục đính thay thế một phần tiến tới hoàn toàn cho các dây truyền công nghệ ở nước ta phần lớn được đầu tư hơn 20 năm công nghệ với công nghệ lạc hậu và nhu cầu về hiện đại hoá công nghệ, tăng năng lực quản lý sản xuất, giảm nhân lực, nâng cao công suất của các nhà máy lớn, nhằm thực hiện quá trình hội nhập quốc tế ngày càng gia tăng Hệ thống điều khiển DCS ra đời đã đáp ứng nhu cầu cấp thiết đó, với các ưu điểm nổi trội của hệ thống điều khiển phân tán với công nghệ mới nhất của các nhà sản xuất đặc biệt là phần mềm CENTUM CS3000 của hãng Yokogawa là công cụ thiết kế và vận hành có tính năng thiết kế mạnh, dễ dàng cho thiết kế, vận hành ổn định.: Khả năng tự động hoá hoàn toàn hoạt động của nhà máy với hiệu suất độ tin cậy cao Hệ thống có khả năng dự báo sự cố Điều này cho phép người sử dụng biết trước các sự cố có thể hoặc sắp xảy ra để có phương án chuẩn bị giảm thiểu thời gian sửa chữa, bảo hành nếu cần thiết việc dừng một tổ máy hoặc một nhà máy sẽ chỉ xảy ra trong thời gian rất ngắn Trên cơ sở đó bản luận văn sẽ tập chung nghiên cứu, thiết kế hệ thống đo lường điều khiển ứng dụng hệ thống DCS sử dụng phần mềm CENTUM CS3000 của hãng Yokogawa Nhật Bản cho hệ điều khiển của nhà máy nhiệt điện đốt than nói chung nhà máy nhiệt điện Phả Lại I nói riêng

Nội dung của luận văn đề cập đến vấn đề nghiên cứu “Nghiên cứu, thiết kế cải tạo hệ thống đo lường điều khiển trong công đoạn lò hơi ở công ty cổ phần nhiệt điện Phả lại I ”

Luận văn được trình bày thành 4 chương:

Chương 1- Giới thiệu chung về nhà máy- lò hơi: Nội dung chủ yếu của chương này là

giới thiệu về quy trình công nghệ của nhà máy, chu trình nhiệt trong nhà máy nhiệt

điện ngưng hơi, giới thiệu về lò hơi như cấu tạo và các thông số cùa lò, các thiết bị và

các phương pháp đo được dùng

Chương 2- Hệ thống HTC Tổng hợp: Trong chương này giới thiệu những vấn đề lý

thuyết cơ bản của HTC tổng hợp như các hệ thống CAMAC, hệ thống SCADA, hệ thống DCS, hệ thống thông tin tích hợp về đặc điểm, chức năng và những ưu- nhược

điểm của từng hệ thống

Chương 3- Hệ điều khiển DCS trong nhà máy nhiệt điện: Chương này tìm hiểu, nghiên

cứu đặc điểm, chức năng, cấu hình phần cứng, phần mềm hệ thống điều khiển phân tán centum - cs3000 của Yokogawa

Chương 4- Hệ thống điều khiển mức nước bao hơi và kết qủa: Trong chương này

nghiên cứu hệ thống cung cấp và lưu thông nước trong lò hơi, hệ thống điều khiển nước cấp, từ đó thiết kế hệ thống điều khiển mức nước bao hơi và mô phỏng mức nước bao hơi trên phần mềm centum cs 3000

Tóm tắt nội dung của đề tài

Tên đề tài “Nghiên cứu, thiết kế cải tạo hệ thống đo lường điều khiển trong công đoạn lò hơi ở công ty cổ phần nhiệt điện Phả lại I ”

Học viên: Phạm Công Tảo

Thày hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phạm Thượng Hàn

Luận văn được trình bày thành 4 chương:

Chương 1- Giới thiệu chung về nhà máy- lò hơi: Nội dung chủ yếu của chương này là

giới thiệu về quy trình công nghệ của nhà máy, chu trình nhiệt trong nhà máy nhiệt

điện ngưng hơi, giới thiệu về lò hơi như cấu tạo và các thông số cùa lò, các thiết bị và

các phương pháp đo được dùng

Chương 2- Hệ thống HTC Tổng hợp: Trong chương này giới thiệu những vấn đề lý

thuyết cơ bản của HTC tổng hợp như các hệ thống CAMAC, hệ thống SCADA, hệ thống DCS, hệ thống thông tin tích hợp về đặc điểm, chức năng và những ưu- nhược

điểm của từng hệ thống

Chương 3- Hệ điều khiển DCS trong nhà máy nhiệt điện: Chương này tìm hiểu, nghiên

cứu đặc điểm, chức năng, cấu hình phần cứng, phần mềm hệ thống điều khiển phân tán centum - cs3000 của Yokogawa

Chương 4- Hệ thống điều khiển mức nước bao hơi và kết qủa: Trong chương này

nghiên cứu hệ thống cung cấp và lưu thông nước trong lò hơi, hệ thống điều khiển nước cấp, từ đó thiết kế hệ thống điều khiển mức nước bao hơi và mô phỏng mức nước bao hơi trên phần mềm centum cs 3000

Summary of the thesis

Title:

Studying, improving the measuring, control system in steaming furnace phase in Phalai Thermal Power Joint Stock Company I

By: Pham Cong Tao

Supervisor: Ass Prof Pham Thuong Han

The study includes 4 chapters

Chapter 1: General introduction of the steaming furnace

The chapter focuses on the technology process of the factory, thermal power cycles in the condense steam factory, introduces the steam furnace, its parameters, devices and methods

Chapter 2: The HTC system

The chapter presents the literature review of HTC system In the chapter are introduced the CACMAC system, SCADA system, DCS system, integrated information system of functions, advantages and disadvantages of each sub-system

Chapter 3: The DCS control system in the thermal Power Station

The chapter focuses on the features, functions, hardware configuration, software of the dispersed control system CENTUM-CS 3000 of YOKOGAWA

Chapter 4: The software controlling the steam level and result

The chapter focuses on water supply and water circulation in the furnace, the water supplying control system A control system of steam level is designed and emulated by the software CENTUM 3000

Danh mục các hình vẽ và đồ thị

Hình 1.1 Quá trình chuyển hóa năng lượng

Hình 1.2 Sơ đồ chu trình nhiệt tổng quát

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ

Hình 1.4 Tổng quan chu trình nhiệt chính nhà máy

Hình 1.5 Sự tuần hoàn của nước qua các bình gia nhiệt

Hình 1.6 Vẽ mô phỏng các bộ quá nhiệt lò hơi

Hình 1.7 Mô tả các dàn ống sinh hơi của lò hơi

Hình 1.8 Mô tả quá trình nước từ bao bơi xuống lò hơi

Hình 1.9 Các giàn ống sinh hơi

Hình 1.10 Cấu trúc của một cảm biến đo áp

Hình 1.11 Các thang áp suất

Hình 1.12 Thiết bị đo áp suất và mức EJA của Yokogawa

Hình 1.13 cấu tạo của cảm biến cộng hưởng

Hình 1.14 nguyên lý hoạt động của cảm biến cộng hưởng

Hình 1.15 Sự thay đổi tần số cộng hưởng

Hình 1.16 Lưu lượng kế kiểu xoáy YEWFLO

Hình 1.17 Sơ đồ nguyên lý làm việc

Hình 1.18 Quan hệ giữa trị số Reynolds và trị số Strouhal

Hình 1.19 cấu trúc của lưu lượng kế xoáy

Hình 1.20 Cấu tạo của cảm biến

Hình 1.21 Lưu lượng kế F US của siemens

Hình 3.3 Cửa sổ màn hình chính System View

Hình3.9 Cửa sổ System View

Hình 3.10 Khởi động System View từ nút[Start]

Hình 3.18 Tạo mô đun vào/ra

Hình 3.19 Định nghĩa chi tiết mô đun vào/ra

Hình 3.20 Định nghĩa Nest vào/ra số

Hình 3.21 Định nghĩa chi tiết vào/ra số

Hinh 4.1 Hệ thống lọc khí, hâm nước và bơm nước cấp

Hình 4.2 Các đường đặc tính ứng với tốc độ bơm không đổi

Hình 4.3 Đặc tính đầu ra của hệ nước cấp- bơm tốc độ không đổi

Hình 4.4 Lưu thông nước trong bao hơi

Hình 4.5 Chế độ nước cấp khi có hiện tượng sôi bồng và co lại

Hình 4.6 Cơ cấu đo và hiển thị mức nước dùng ống kính ngắm

Hình 4.7 Quan hệ lưu lượng hơi- lưu lượng nước cấp – mức nước bao hơi Hình 4.8 Đặc tính điều khiển nước cấp sử dụng bộ điều khiển kiểu on – off Hình 4.9 Bộ điều chỉnh nước cấp nhiệt thuỷ lực

Hình 4.10 Cấu chúc mạch vòng điều khiển một tín hiệu

Hình 4.11 Đặc tính điều khiển của bộ điều khiển một tín hiệu

Hình 4.12 Các đường đặc tuyến tính trong điều khiển van và bơm cấp nước Hình 4.13 Sơ đồ điều khiển hai tín hiệu

Hình 4.14 Đặc tính điều khiển của bộ điều khiển hai tín hiệu

Hình 4.15 Đặc tính điều khiển của bộ điều khiển hai tín hiệu khi xết ảnh hưởng của áp suất nước cấp

Hình4-16 Sơ đồ điều khiển mức nước bao hơi ba tín hiệu

Hình 4-17 Đặc tính điều khiển của bộ điều khiển hai tín hiệu

Hình 4.18 Sơ đồ điều khiển ba tín hiệu có hiệu chỉnh

Hình 4.19 Sơ đồ điều khiển ba tín hiệu có điều khiển thích nghi áp suất nước cấp Hình 4.20 Sơ đồ điều khiển có sử dụng tín hiệu áp suet bao hơi

Hình 4.21 Tạo Node

Hình 4.22 Tạo Node

Hình 4.23 Tạo IO Module

Hình 4.24 Cấu tạo chung PID

Hình 4.25 Sơ đồ khối tính toán điều khiển PID

Hình 4.26 Khởi động Graphic Builder

Hình 4.27 Ví dụ thiết kế một giao diện

Hình 4.28 Hộp thoại Properties

Hình 4.29 Sơ đồ logíc điều chỉnh lưu lượng nước cấp

Hình 4.30 Đo mức nước bao hơi cho điều khiển

Hình 4.31 Sơ đồ điều khiển điều khiển đo lưu lượng hơi chính

Hình 4.32 Sơ đồ điều khiển điều khiển đo lưu lượng nước cấp

Hình 4.33 Vòng điều chỉnh mức nước bao hơi một yếu tố

Hình 4.34 Đặc tính mức nước bao hơi một yếu tố

Hình 4.35 Đặc tính mức nước bao hơi một yếu tố đã có tác động nhầm

Hình 4.36 Vòng điều chỉnh mức nước bao hơi ba yếu tố

Hình 4.37 Đặc tính mức nước bao hơi ba yếu tố

Hình 4.38 Đường phản hồi của vòng điều chỉnh mức nước bao hơi ba yếu tố

Tài liệu tham khảo

1 PGS.TS Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Duy Bình, Phạm Quang Đăng, Phạm Hồng

Sơn, “ Hệ điều khiển phân tán cho nhà máy sản xuất điện năng”- Tập 1 NXB

7 PGS.TS Trần Văn Địch, TS Trần Xuân Việt, TS Nguyễn Trọng Doanh, ThS

Lưu Văn Nhang, “Tự động điều khiển quá trình” NXB khoa học và kỹ thuật

(2008)

8 Phạm Công Ngô, “Lý thuyết điều khiển tự động” NXB khoa học và kỹ thuật

(2006)

9 Phân xưởng tự động- điều khiển Nhà máy nhiệt điện Phả Lại, “Tài liệu đào tạo

hệ thống điều khiển DCS”, “Mạng truyền thông công nghiệp” Tài liệu lưu hành

nội bộ

10 Nhà máy điện Phả Lại, “Tài liệu kỹ thuật” Tài liệu lưu hành nội bộ

11 Yokogawa Yokogawa Elictric Coporation CENTUM CS 3000 Manuals

12 Yokogawa CS 3000 DCS Operation and Maintenance training coure

Chương 1 Giới thiệu chung về nhà máy- lò hơi

Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại nằm trên địa phận Huyện - Chí Linh, Tỉnh - Hải Dương, cách Hà Nội gần 60 Km về phía bắc nằm sát trục đường 18 ở tả ngạn sông Thái Bình

Nhà máy điện Phả Lại được xây dựng làm hai giai đoạn Giai đoạn I được khởi công xây dựng vào thập kỷ 80 do Liên Xô giúp ta xây dựng gồm 4 tổ máy, mỗi tổ máy 110 MW, được thiết kế với sơ đồ khối hai lò một máy Tổ máy số 1

được đưa vào vận hành vào ngày 10/3/1983 và hoàn thiện tổ máy số 4 vào năm

1986 Tổng công suất thiết kế là 440 MW Giai đoạn II (mở rộng) được khởi công xây dựng vào tháng 6/1996 do công ty MitSu của Nhật Bản làm chủ đầu tư xây dựng gồm 2 tổ máy, mỗi tổ máy 300 MW với sơ đồ một lò một máy Tổng công suất thiết kế của dây chuyền II là 600 MW Dây chuyền II được hoàn thành và phát điện vào tháng 3 năm 2003

Để kịp hòa nhập với nền kinh tế thế giới và chủ trương đổi mới của Đảng và nhà nước, tăng tính làm chủ của người lao động Đựơc sự chấp thuận và ủng hộ của Tổng Công Ty Điện Lực Việt Nam Nhà Máy Nhiệt Điện Phả Lại đã chính thức đổi tên thành Công Ty Cổ Phần Nhiệt Điện Phả Lại ngày 18 Tháng 01 Năm

2006 Nguồn nhiên liệu chính cấp cho Công ty là than từ mỏ than Mạo Khê, Vàng Danh, Uông Bí, được vận chuyển về Công ty bằng đường sông và đường sắt

Sau khi đưa tổ máy cuối cùng vào làm việc 14/03/2006 thì khả năng Công ty

có thể cung cấp cho lưới điện quốc gia khoảng 7,2 tỷ kWh/năm Cùng với thuỷ

điện Hoà Bình, Thác Bà, nhiệt điện Uông Bí và nhiệt điện Ninh Bình, Công ty nhiệt điện Phả Lại cung cấp cho hệ thống điện Miền Bắc qua 6 đường dây 220 KV

và 8 đường dây 110 KV, qua các trạm trung gian như Ba La, Phố Nối, Tràng Bạch, Đồng Hoà, Đông Anh, Bắc Giang Ngoài ra Phả Lại còn là một trạm phân phối điện lớn trong việc nhận điện từ thuỷ điện Hoà Bình về cung cấp cho khu vực

Đông Bắc tổ quốc ( Quảng Ninh -Hải Phòng)

Năm 1994 việc xây dựng đường dây truyền tải điện 500 kV Bắc-Nam, Công

ty Nhiệt điện Phả Lại đóng vai trò quan trọng thứ hai cung cấp điện cho hệ thống sau thuỷ điện Hoà Bình Công ty nhiệt điện Phả Lại được đặt đúng tầm của một Công ty nhiệt điện lớn nhất Tổ Quốc

1.1 Chu trình nhiệt trong nhà máy nhiệt điện

1.1.1 Nguyên lý sản xuất điện năng trong nhà máy nhiệt điện

Các nguồn năng lượng thiên nhiên được sử dụng để sản xuất điện năng Tùy theo việc sử dụng các nguồn năng lượng thiên nhiên mà người ta chia ra các loại nhà máy điện khác nhau, trong đó hai nguồn năng lượng thiên nhiên được sử dụng phổ biến là thủy điện và nhiệt điện Nhà máy nhiệt điện chủ yếu sử dụng than, thường được xây dựng gần các mỏ than hoặc gần các con sông lớn để thuận tiện cho việc cung cấp nguyên liệu

Nguyên lí sản xuất điện năng của nhà máy nhiệt điện là chuyển hóa nhiệt năng từ

đốt cháy các loại nhiên liệu trong lò hơi thành cơ năng quay tuabin, chuyển cơ

năng thành năng lượng điện trong máy phát điện Nhiệt năng được dẫn đến tuabin qua một môi trường dẫn nhiệt là hơi nước Mặc dù hơi nước chỉ là môi trường truyền tải nhiệt năng đi, nhưng hơi vẫn phải đảm bảo chất lượng (về áp suất, độ khô) trước khi đi vào tuabin để sinh công Nhiệt năng cung cấp càng nhiều thì điện năng phát ra càng lớn và ngược lại Điện áp phát ra ở đầu cực máy phát điện được

đưa qua hệ thống trạm biến áp nâng lên cấp điện áp thích hợp trước khi hòa vào mạng lưới điện quốc gia

Tóm lại quá trình chuyển hóa năng lượng trong nhà máy nhiệt điện như sau: Từ năng lượng hóa năng chứa trong nhiên liệu than thành nhiệt năng bởi quá trình đốt cháy nhiên liệu Hơi nước sẽ mang nhiệt năng tới tuabin và nhiệt năng

được chuyển hóa thành cơ năng tại tuabin, sau đó cơ năng biến thành điện năng thông qua máy phát Quá trình chuyển hóa năng lượng được tóm tắt như hình 1.1

1.1.2 Chu trình nhiệt của nhà máy nhiệt điện ngưng hơi

Như đã phân tích ở phần 1.1.1, hơi nước đóng vai trò là môi trường truyền nhiệt trong quá trình chuyển hóa năng lượng nên vòng tuần hoàn Nước - Hơi đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình hoạt động của nhà máy nhiệt điện

Nước từ ao hồ sau khi được lọc, xử lý hóa học sẽ được bơm vào bao hơi Nước từ bao hơi đi xuống các đường ống được bố trí xung quanh thành lò, nước sẽ nhận nhiệt năng từ quá trình đốt cháy nhiên liệu trong lò và trở thành hơi bão hòa Hơi nước bão hòa được dẫn qua bộ lọc khô và bộ điều chỉnh hơi quá nhiệt để đảm bảo nhiệt độ, áp suất vào tuabin cao áp để sinh công lần thứ nhất Sau đó hơi lại được

đưa vào bộ gia nhiệt rồi tiếp tục được đưa vào tuabin trung áp để sinh công lần thứ hai Từ tuabin trung áp hơi được dẫn thẳng đến tuabin hạ áp để sinh công lần cuối

Hơi sau khi đã sinh công từ tuabin hạ áp sẽ được đưa xuống bình ngưng để ngưng trở lại thành nước Bình ngưng có hệ thống nước làm mát tuần hoàn, và hệ thống hút chân không làm cho hơi nước được ngưng tụ một cách nhanh chóng Sau

đó nước từ bình ngưng sẽ được hệ thống bơm ngưng, đưa tới các bình gia nhiệt hạ

áp LP1 và LP2 Tại đây nước sẽ được hâm nóng lên bởi hơi trích ra từ tuabin hạ

áp Sau khi ra khỏi các bình gia nhiệt hạ áp, nước được đưa tới bình khử khí để khử hết các bọt khí lẫn trong nước Nước tiếp tục được đưa tới các bình gia nhiệt cao

áp HP5 và HP6, các bình gia nhiệt này sẽ dùng hơi trích ra từ tuabin cao áp để nâng nhiệt độ nước cấp lên lần thứ hai Và trước khi được đưa trở lại bao hơi hoàn thành chu trình khép kín, nước được đưa qua bộ hâm nước dùng khói nóng để nâng nhiệt độ nước lên một lần nữa Chu trình nhiệt được thể hiện bằng hình 1.2

Hình 1.2: Sơ đồ chu trình nhiệt tổng quát

1.1.3 Nguyên lí hoạt động của lò hơi

Cấu tạo chung của lò hơi là nhằm thực hiện hai mục tiêu chính: một là chuyển hóa năng lượng của nhiên liệu thành nhiệt năng của sản phẩm cháy, nghĩa

là đốt cháy nhiên liệu thành sản phẩm cháy có nhiệt độ cao và hai là đưa nước cấp vào lò, tiếp nhận nhiệt từ sản phẩn cháy, biến nước thành nước nóng, nước sôi, hơi bão hòa hoặc hơi quá nhiệt có áp suất và nhiệt độ thỏa mãn yêu cấu sử dụng Do

đó, cấu tạo của lò hơi gồm các hệ thống chính như sau:

Œ Hệ thống cung cấp và đốt cháy nhiên liệu

Œ Hệ thống cung cấp không khí và thải sản phẩm cháy

Œ Hệ thống xử lý nước và cấp nước làm mát

Œ Hệ thống sản xuất và cấp nước nóng cho quá trình sinh hơi

Œ Hệ thống đo lường, điều khiển

Œ Hệ thống an toàn

Œ Hệ thống: Khung lò, tường lò, cách nhiệt

Bột nhiên liệu được gió cấp một thổi qua vòi phun đưa vào buồng lửa, nhận nhiệt từ buồng lửa và sản phẩm cháy, được sấy nóng, sấy khô và bắt đầu cháy Mặt khác, dưới tác dụng của quạt gió, quạt khói, không được đưa vào đầy đủ, cháy kiệt các chất bốc và cốc, tạo thành sản phẩm cháy và tro xỉ ở nhiệt độ cao Tro xỉ bị chảy lỏng, một bộ phận kết lại với nhau thành hạt lớn rơi xuống đáy buồng lửa, có thể thải ra ngoài dưới dạng xỉ lỏng nếu như không làm nguội, tro xỉ có thể được làm nguội trong phễu tro lạnh, đông đặc lại rồi thải ra ngoài dưới dạng xỉ khô Những hạt tro xỉ bị dòng sản phẩm cháy cuốn theo, nguội dần do truyền nhiệt cho môi chất qua các dàn ống, đông đặc lại trước khi ra khỏi buồng lửa rồi theo sản phẩm cháy đi qua bộ lọc bụi bị tách ra hoặc thải ra ngoài qua ống khói Mặc dù vậy, vẫn còn một bộ phận bám lại trên bề mặt truyền nhiệt hoặc trên các đường ống dẫn khói Sản phẩm cháy khi ở trong buồng lửa có nhiệt độ khoảng 850 - 900

oC, qua các bề mặt truyền nhiệt cho môi chất, nhiệt độ giảm xuống 120 đến 180oC trước khi thải ra ngoài

Nước cấp sau khi được xử lý được đưa qua bộ hâm nước, được đốt nóng đến xấp xỉ nhiệt độ bão hòa rồi đưa vào bao hơi Sau đó nước sẽ đi xuống theo dàn ống xuống, tức là những dàn ống nhận nhiệt ít hoặc không nhận nhiệt, qua ống góp dưới rồi đi lên theo dàn ống sinh hơi (dàn ống nhận nhiệt nhiệt nhiều), biến thành hơi tạo thành hỗn hợp nước và hơi có khối lượng riêng nhỏ, rồi lại trở về bao hơi Trong bao hơi, bộ phận phân tách sẽ tách hơi ra, cho hơi đi qua bộ quá nhiệt sử dụng khói nóng để tiếp tục đốt nóng hơi trở thành hơi quá nhiệt trước khi vào

tuabin Phần nước còn lại chưa hóa hơi tiếp tục trở về dàn ống xuống cùng với nước cấp tạo thành vòng tuần hoàn tự nhiên

1.2 Quy trình sản xuất điện của Công ty cổ phần Nhiệt điện Phả Lại

Công ty cổ phần Nhiệt điện Phả Lại có quy trình sản xuất liên tục 24/24 giờ, quy trình công nghệ được khỏi quát như sau:

- Than được đưa về từ đường sông và đường sắt, được cho vào kho than nguyên hoặc chuyển thẳng lên hệ thống nghiền than bằng hệ thống băng tải

- Than bột được phun vào lò hơi bằng các ống phun Trong lò hơi, than

được đốt cháy làm nước bốc hơi và nóng nhiệt độ hơi nước lớn nhiệt độ quy định (hơi quá nhiệt), từ đó hơi quá nhiệt được đưa sang làm quay tua bin và tua bin kéo máy phát điện quay và phát ra điện

- Nước bơm từ trạm bơm tuần hoàn, một phần cung cấp cho hệ thống xử lý nước và hệ thống điện phân, nước còn lại sau khi làm mát bình ngưng được đưa

ra sông bằng kênh thải

Học viên: Phạm Công Tảo Khoa Điện

Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ

1.3 Lò hơi và kết cấu của lò hơi

1.3.1 Cấu tạo lò hơi

Lò hơi bên dây chuyền nhiệt điện Phả Lại I là loại lò BKZ-220-100-10C là loại

lò hơi một bao hơi ống nước đứng tuần hoàn tự nhiên Lò đốt than ở dạng bột thải xỉ khô, bố cục hình chữ Π Lò được thiết kế để đốt than ở mỏ Mạo Khê

Buồng đốt chính của lò kiểu hở được cấu tạo bởi các giàn ống sinh hơi là trung tâm buồng lửa và phần đường khói lên, phần đường khói ngang có bố trí các bộ quá nhiệt, phần đường khói đi xuống có bố trí xen kẽ các bộ hâm nước và bộ sấy không khí Kết cấu buồng đốt từ các ống hàn sẵn các giàn ống sinh hơi vách trước và vách sau ở phía dưới tạo thành mặt nghiêng phễu lạnh với góc nghiêng 500, phía trên của buồng

đốt các giàn ống sinh hơi của vách sau tạo thành phần lồi khí động học(dàn ống feston)

Buồng đốt được bố trí 4 vòi đốt than chính kiểu xoáy ốc ở hai vách bên, mỗi vách hai vòi ở độ cao khác nhau (9850mm và 12700mm), bốn vòi phun ma dút được bố trí cùng vòi đốt chính (Năng suất 2000kG/vòi/giờ) Bốn vòi phun gió cấp 3 được bố trí

ở 4 góc lò ở độ cao 14100mm Để tạo thuận lợi cho quá trình cháy, các ống sinh hơi ở vùng vòi đốt chính được đắp một lớp vữa cách nhiệt đặc biệt tạo thành đai đốt

Sơ đồ tuần hoàn của lò phân chia theo các giàn ống thành 14 vòng tuần hoàn nhỏ

độc lập nhằm tăng độ tin cậy của quá trình tuần hoàn

Xỉ ở phễu lạnh được đưa ra ngoài nhờ vít xỉ sau đó được đập xỉ nghiền nhỏ đưa xuống mương và được dòng nước tống đi ra trạm thải xỉ

Lò được bố trí hai van an toàn lấy xung từ bao hơi và ống góp ra của bộ quá nhiệt Để làm sạch bề mặt đốt (dàn ống sinh hơi) có bố trí các máy thổi bụi

1.3.2 Các thông số kĩ thuật của lò:

- Nhiệt độ hơi quá nhiệt : 5400C

- Nhiệt độ hơi bão hòa : 3190C

- Nhiệt độ đường khói ngang : 4500C

- Nhiệt độ khói thoát : 130oC

- Tæn thÊt do khãi tho¸t : q2 = 5,4 %

- Tæn thÊt do c¬ giíi : q4 = 8 %

- Tæn thÊt do to¶ ra m«i tr−êng xung quanh : q5 = 0,54 %

- Tæn thÊt do xØ mang ra ngoµi : q6 = 0,06 %

1.3.3 Chu tr×nh chÝnh cña h¬i vµ n−íc

Chu tr×nh nhiÖt ë nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn lµ mét chu tr×nh khÐp kÝn cña h¬i vµ n−íc H¬i n−íc sau khi ®−îc sinh c«ng song ë tÇng c¸nh cuèi Turbine h¹ ¸p ®−îc ®i xuèng b×nh ng−ng

turbine

2 van cÊp n−íc

bé qu¸

nhiÖt

Nước tuần hoàn đi trong các ống ( hình chữ U ) gia nhiệt bề mặt làm cho hơi trong bình ngưng tụ lại thành nước Nước sau khi ra khỏi bình ngưng sẽ vào đầu hút bơm ngưng và bơm ngưng bơm lên khử khí qua gia nhiệt hạ áp Khi nước đi trong

đường ống của bình gia nhiệt hạ áp nước sẽ được gia nhiệt bằng hơi cửa trích Turbine hạ áp Nước sau khi qua các bình gia nhiệt hạ áp đã được tăng nhiệt độ lên cao Nước sau khi qua các bình gia nhiệt hạ áp sẽ đến bình khử khí ở bình khử khí nước sẽ được khử đi các tạp khí có ảnh hưởng đến sự phá huỷ và ăn mòn kim loại Sau khi nước qua bình khử khí sẽ đến đầu hút bơm cấp, khi nước ra khỏi bơm cấp sẽ đi qua hai van điều chỉnh nó sẽ điều chỉnh lưu lượng nước sao cho phù hợp với tải của lò Nước sau khi qua van điều chỉnh sẽ đi qua gia nhiệt cao áp(GNC) ở đây nước lại được gia nhiệt một lần nữa để tăng nhiệt độ Về cấu trúc của gia nhiệt cao áp gần giống như gia nhiệt hạ áp, hơi cửa trích đến gia nhiệt cao áp lấy từ đầu ra của Turbine trung áp

nước tuần hoàn vào

nước ra kênh thải hơi từ turbine xuống

hơi cửa trích hơi

Hình 1.5: Sự tuần hoàn của nước qua các bình gia nhiệt

Sau khi đi qua gia nhiệt cao áp nước được đi đến bộ hâm tại đây người ta tận dụng nhiệt lượng của khói thoát để tăng nhiệt độ nước lên một cấp nữa tạo thành hơi và nước để đưa vào bao hơi Hơi và nước vào trong bao hơi ( hơi trên nước dưới) nước lại tiếp tục được đưa xuống các đường ống tường lò để đun chuyển tiếp từ nước sang hơi, tiếp tục đưa lên bao hơi tạo thành hơi bão hoà khô Hơi bão hoà khô này lại tiếp tục

được đưa sang bộ quá nhiệt tạo thành hơi quá nhiệt đưa sang Turbine để sinh công quay Turbine Turbine được nối đồng trục với máy phát điện khi Turbine quay máy phát cũng quay theo và tạo ra điện năng

1.3.4 Hệ thống đo lường điều chỉnh tự động- điều khiển lò

1 Để đo lường và vận hành các thiết bị nhiệt cũng như các tham số kỹ thuật công ty Nhiệt Điện Phả Lại dùng các bộ biến đổi tín hiệu không điện thành các tín hiệu điện để kiểm tra và vận hành hệ thống, dây chuyền sản xuất điện như:

- Các cặp pin nhiệt điện, nhiệt điện trở với các đồng hồ KCM1, KCM2

3 Hệ thống điều chỉnh và các cơ cấu điều khiển từ xa

• Các thiết bị của lò làm việc trong chế độ tự động điều chỉnh

• Tự động duy trì trị số của thông số cho trước

• Thay đổi bằng tay trị số chỉnh định cho từng bộ điều chỉnh bằng bộ chỉnh

định đặt ngoài

• Điều chỉnh từ xa từng cơ cấu điều chỉnh của hệ điều chỉnh

• Điều chỉnh bằng tay các cơ cấu điều chỉnh tại chỗ đặt cơ cấu thực hiện

1.3.5 Để tự động điều chỉnh an toàn sự làm việc của lò có các bộ tự động điều chỉnh sau:

• Bộ điều chỉnh phụ tải nhiệt

• Bộ điều chỉnh gió chung

• Bộ điều chỉnh sức hút buồng đốt

• Bộ điều chỉnh áp lực gió cấp 1

• Bộ điều chỉnh phụ tải máy nghiền

• Bộ điều chỉnh sức hút trước máy nghiền

• Bộ điều chỉnh cấp nước

• Bộ điều chỉnh xả liên tục

• Bộ điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt, giảm ôn cấp 1, cấp 2

Để lò hơi làm việc an toàn và tin cậy với các thông số nhiệt lò hơi được trang bị các mạch bảo vệ và liên động

1.4 Các thiết bị chính của lò :

1.4.1 Bao hơi

Mỗi lò có 1 bao hơi hình trụ có đường kính trong 1600mm, dài 12700mm, dày 88mm Mức nước trung bình trong bao hơi thấp hơn trục hình học của bao hơi 200mm Trong quá trình vận hành cho phép nước trong bao hơi dao động ± 50mm Để sấy nóng

đều bao hơi khi khởi động lò có đặt thiết bị sấy bao hơi bằng hơi bão hoà lấy từ nguồn bên ngoài Trong bao hơi còn có đường xả sự cố, ống đưa phốt phát vào phân phối đều theo chiều dài bao hơi Bao hơi còn được lắp đặt 3 ống thuỷ dùng để đo mức nước trực tiếp trên sàn bao hơi

Trên bao hơi còn có các ống góp hơi, nước vào bao hơi và các ống góp nước xuống Các đường nước cấp sau bộ hâm cấp 2 vào bao hơi và đường xả khí Đường xả

sự cố mức nước bao hơi, các van an toàn quá nhiệt, van an toàn bao hơi Van an toàn bao hơi và an toàn quá nhiệt khi tác động đều trực tiếp xả hơi trong ống góp hơi ra sau quá nhiệt, các van an toàn dùng để bảo vệ lò hơi khi áp suất trong bao hơi và áp suất trong ống góp hơi quá nhiệt tăng quá trị số cho phép

Khi bao hơi bị sôi bồng đột ngột, làm cho mức nước bao hơi ở các đồng hồ dao

động mạnh, nồng độ muối của hơi bão hoà, hơi quá nhiệt tăng cao, có thể xảy ra hiện tượng giảm đột ngột nhiệt độ hơi quá nhiệt, gây thuỷ kích đường ống dẫn hơi Khi đó cần phải nhanh chóng giảm phụ tải lò, hạ mức nước bao hơi và mở xả quá nhiệt

đến turbine trung áp

Đường khói thoát

H2O từ gia nhiệt cao đến

Buồng đốt được cấu tạo từ các dàn ống sinh hơi Các ống sinh hơi được hàn với nhau bằng các thanh thép dẹt dọc theo 2 bên vách ống tạo thành các dàn ống kín Các dàn ống sinh hơi tường trước và tường sau ở giữa tạo thành vai lò, phía dưới tạo thành các phễu tro lạnh Phía trên buồng đốt, các dàn ống sinh hơi tường sau tạo thành phần lồi khí động Trên bề mặt ống sinh hơi vùng rộng của buồng đốt từ dưới vai lò tới trên phễu lạnh được gắn gạch chịu nhiệt tạo thành vùng đai đốt bảo vệ bề mặt ống

* Theo chiều ra đường khói, phía trên buồng đốt và trên đường khói nằm ngang bố trí lần lượt các bộ quá nhiệt cấp 2, bộ quá nhiệt cuối cùng, và phần sau của bộ quá nhiệt trung gian Phần đường khói đi xuống được chia thành 2 đường, trước và sau, được phân cách bởi dàn ống phân cách đầu vào bộ quá nhiệt cấp 1 Đường trước đặt phần

đầu bộ quá nhiệt trung gian, đường sau đặt bộ quá nhiệt cấp 1 Lưu lượng khói đi vào 2

đường này có thể điều chỉnh được nhờ các tấm chắn điện - thuỷ lực trên đường khói ra sau bộ hâm nước

* Để ổn định tuần hoàn, các dàn ống sinh hơi được chia thành 20 vòng tuần hoàn nhỏ Từ bao hơi, nước theo 4 đường ống nước xuống, phân chia đi vào 20 ống góp dưới trước khi vào các dàn ống sinh hơi Hỗn hợp hơi nước bốc lên từ các dàn ống sinh hơi tường 2 bên lò tập trung vào các ống góp trên 2 bên sườn trần lò, từ các dàn ống sinh hơi tường trước tập trung vào các ống góp trên tường trước và từ các dàn ống sinh hơi tường sau tập trung vào các ống góp trên tường tường sau của lò Từ các ống góp này hỗn hợp hơi nước đi vào bao hơi bằng 50 đường ống lên

Hơi lên bao hơi

nước và hơi

nước lạnh

buồng lửa

nước từ bao hơi xuống

ống sinh hơi vách tường lò

tường lò

khe hở tường

lò

lớp vật liệu chịu lửa

Hình 1.7: Mô tả các dàn ống

từ bao bơi xuống lò hơi

Hình 1.9: Các giàn ống sinh hơi

* Phía dưới bộ quá nhiệt trung gian và bộ quá nhiệt cấp 1 là bộ hâm nước Bộ hâm nước thuộc loại chưa sôi, có cánh tản nhiệt và chia thành 2 phần Một phần đặt dưới bộ quá nhiệt trung gian còn phần kia đặt dưới bộ quá nhiệt cấp 1 Ra khỏi bộ hâm nước, dòng khói chia đều thành 2 đường đi vào 2 bộ sấy không khí kiểu quay, hồi nhiệt

* Hệ thống vòi đốt của mỗi lò hơi bao gồm:

- 4 vòi đốt dầu khởi động bố trí ở tường trước phía trên phễu tro lạnh Các vòi này chỉ sử dụng khi khởi động lò hơi từ trạnh thái lạnh

- 16 vòi đốt dầu chính bố trí xen kẽ với các vòi đốt than bột trên các vai lò, 8 vòi phía trước và 8 vòi phía sau Chúng được sử dụng để bắt cháy các vòi đốt than bột, hỗ trợ khi lò cháy kém, khi ngừng lò bình thường và khởi động lò hơi từ các trạng thái ấm, nóng và rất nóng

- 16 bộ vòi đốt than bột loại đặt chúc xuống (Downshot) bố trí đều trên các vai lò trước và sau, chúng bao gồm 16 bộ phân ly dạng cyclone, phân ly hỗn hợp than bột - gió cấp 1 Phần lớn dòng than bột được phân ly xuống dưới tới 32 vòi đốt chính phía trong vai lò, còn lại dòng hỗn hợp than bột quá mịn thoát ra khỏi bộ phân ly phía trên

sẽ tới 32 vòi đốt phụ phía ngoài vai lò

* Hệ thống nghiền than cho 1 lò hơi gồm 4 máy nghiền bi, loại 2 đầu kép, sấy và vận chuyển than bột bằng gió nóng cấp 1 Năng suất của máy nghiền đảm bảo đủ than bột cho lò hơi vận hành ở phụ tải cực đại, liên tục, kể cả trong trường hợp chỉ 3 máy nghiền làm việc

* Mỗi lò hơi được trang bị 2 bộ sấy không khí quay hồi nhiệt, 2 bộ sấy không khí dùng hơi, 2 quạt gió chính, 2 quạt gió cấp1 và 2 quạt khói Chúng được bố trí theo sơ

đồ hệ thống làm việc song song Mỗi thiết bị có công suất làm việc tối thiểu bằng 50% công suất của hệ thống

• Hai bộ lọc bụi tĩnh điện được trang bị cho mỗi lò, chúng được đặt sau bộ sấy không khí quay hồi nhiệt và phía trước quạt khói Chúng lọc bụi trong khói đảm bảo nồng độ bụi thấp hơn 100 mg/m3 trước khi thải ra môi trường

1.4.2 Bảng(1-1) thống kê vị trí các điểm đo và thiết bị đo

1 - Thiết bị đo nhiệt độ

N007P01 Mili vôn 0-600 0 c XA Lò hơi T 0 hơi quá nhiệt 14đ

h/hợp than k 2

ở buke than cám

h/hợp than k 2

sau máy nghiền

h/hợp than k 2

sau máy nghiền

h/hợp than k 2

sau máy nghiền

dầu maзút đến lò

2 – Thiết bị phân tích - đại lượng cơ

N200P01 Cầu tự ghi 0 – 10% O 2 Lò hơi Hàm lượng O 2 trong khói

N201P01 KCM 2 0-400mkg/kg Lò hơi Nông độ muối trong hơi quá

nhiệt W005P01 đến

W006P01

0-30mk г/lít khử khí Hàm lượng O 2 sau bình khử

khí

W010P01 8,5-11PH Lò hơi độ PH nước cấp vào lò

W027P01 W028P01 0-30mk г/kg Lò hơi Hàm lượng silicát hơi quá

nhiệt

3 –Thiết bị đo lưu lượng G

N185P01 đến

N188P01

0-10T/ h Lò hơi G nước ngưng fun cấp 1 cấp

2 N190P01 K п д1 0-250000m 3 / h Lò hơi G không khí đến lò

4- Thiết bị đo mức H

Bình ngưng

Chân không bình ngưng

Bình ngưng

Chân không trước eзttor

Bình ngưng

V104B01 -1 – 0,6 kg/cm 2

Bình ngưng

P nước tuần hoàn ra khỏi

bình ngưng

Bình ngưng

U100B01

0 – 1,6 kg/cm 2

Bình ngưng

P nước TH tới bình ngưng tụ U101B01 đến

U102B01

0 – 1,6 kg/cm 2

Bình ngưng

P nước TH tới bình ng tụ sau

van chặn R077B01 đến

R079B01

-1 – 1,5 kg/cm 2

gia nhiệt P hơi cửa trích 6,7,8 đến gia

nhiệt 3,2,1 U002B01 U003B01 -1 – 1,5 kg/cm 2

1.5 các thiết bị đo và phương pháp đo được dùng

1.5.1 Mở đầu

1 Khái niệm

Trong các hệ thống tự động hoá quá trình sản xuất, mọi quá trình công nghệ đều

được xác định bởi các đại lượng vật lý như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, mức Các đại

lượng này thường là các đại lượng không điện Để điều chỉnh điều khiển quá trình, ta

cần thu thập thông tin, đo đạc theo dõi sự biến thiên của các biến trạng thái của quá

trình Trtong công nghiệp, các thiết bị đo( cảm biến ) sẽ thực hiện chức năng này

2 Cơ cấu chấp hành

Thiết bị chấp hành được định nghĩa là thiết bị biến đổi tín hiệu đầu ra của bộ

điều khiển thành sự điều chỉnh vật lý để thực hiện việc thay đổi đầu vào của quá trình

Do tính chất của các thiết bị đo hay chấp hành thường phải nằm gần kề quá trình

công nghệ hay hiện trường nên các thiết bị này còn được gọi là thiết bị trường Các thiết

bị trường đóng vai trò quan trọng trong hệ thống tự động hoá

1.5.2 Đo nhiệt độ

1 Giới thiệu chung

Việc đo lường và điều khiển nhiệt độ là một trong những yếu tố quan trọng nhất

trong điều khiển quá trình.Trong tất cả các đại lượng vật lý, nhiệt độ được quan tâm

nhiều nhất vì nhiệt độ đóng vai trò quyết định đến nhiều tính chất của vật chất Dụng cụ

đo nhiệt độ đơn giản nhất là nhiệt kế sử dụng hiện tượng giãn nở nhiệt

Để đo được nhiệt độ, ta cần phải định nghĩa một thang đo nhiệt độ Đơn vị đo nhiệt

độ tuỳ thuộc theo thang đo nhiệt độ,có thể là K theo thang Kelvin, 0C theo thang Celsius, 0F theo thang Fahrenheit Thang Fahrenheit và Celsius dùng điểm đông lạnh và

điểm sôi của nước làm hai điểm tham khảo

K = 0C + 273,15 (1.2) Trong những ứng dụng công nghiệp, thang Celsius được sử dụng rộng rãi nhất

Để đo trị số chính xác của nhiệt độ là một vấn đề không đơn giản Đa số các đại lượng vật lý đều có thể xác định trực tiếp nhờ so sánh chúng với một đại lượng cùng bản chất Nhiệt độ là đại lượng chỉ có thể đo gián tiếp trên cơ sở tính chất của vật phụ thuộc vào nhiệt độ

Có 4 phương pháp đo nhiệt độ dựa trên các đặc điểm vật lý sau:

- Sự giãn nở của các vật liệu theo nhiệt độ tạo ra sự thay đổi về độ dài, thể tích hay áp suất, được ứng dụng trong các nhiệt kế thuỷ ngân

- Sự thay dổi điện trở theo nhiệt độ, được sử dụng trong các nhiệt điện trở

- Sự thay đổi nhiệt độ ở điểm tiếp xúc giữa hai thanh kim loại khác nhau, được dùng trong cặp nhiệt điện

- Sự thay đổi năng lượng phát ra do nhiệt độ, được ứng dụng trong cảm biến quang

2 Các phương pháp đo nhiệt độ và ứng dụng

a Phương pháp đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở với Platin và Nikel

b Phương pháp đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt

- Các loại cặp nhiệt điện theo tiêu chuẩn quốc tế

Có rất nhiều hỗn hợp kim loại được chọn lựa để chế tạo cặp nhiệt điện nhưng chỉ có một số ít được lựa chọn và được tiêu chuẩn hoá Việc tiêu chuẩn hoá được định hướng theo các đặc trưng kĩ thuật, đặc biệt là dải điện áp và sai số cho phép Bảng (1-2) dưới

đây cho ta các loại cặp nhiệt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC 584-3

Bảng 1-2: Các cặp nhiệt điện

Thành phần Kiểu Dùng liên

tục

Dùng ngắn hạn

Dây+ Dây-

PtRh10%-Pt13%

Hình 1.10: Cấu trúc của một cảm biến đo áp

- ứng dụng trong công nghiệp: Cặp nhiệt điện CM và CH của Yokogawa

Cặp nhiệt điện model CM và CH bao gồm một thành phần cặp nhiệt điện ( kiểu K, E, J hay T) với lớp cách ly bằng thuỷ tinh, chứa trong một ống vỏ bọc bảo vệ bằng kim loại Loại CM dùng cho các ứng dụng nói chung, loại CH dùng trong việc đo nhiệt độ ở nơi

có áp suất cao

Vật liệu Kiểu cặp nhiệt điện

một số lớn cảm biến áp suất hiện nay được chế tạo từ vật liệu silic với hiệu ứng

điện trở áp điện khác với thiết bị đo áp suất cơ học dùng lò xo và chỉ thị trực tiếp qua một hệ thống truyền động cơ học, các loại cảm biến áp suất bán dẫn biến đại lượng vật

lý " áp suất " thành tín hiệu điện Trong hầu hết các cảm biến áp suất đều có một phần

tử biến đổi trị số đo từ nâưng lượng cơ học thành năng lượng điện gắn trên một màng

đàn hồi Màng đàn hồi này có thể chế tạo với vật liệu kim loại, silic hay gốm Hình vẽ dưới cho ta cấu trúc nguyên tắc của một cảm biến đo áp suất

áp suất đưa về việc đo lực Tất cả lực tác dụng lên một mặt phẳng xác định là thước

đo áp suất Ta đo áp suất được hiểu là đo áp suất với một áp suất tiêu chuẩn, áp suất tiêu chuẩn có thể là:

- áp suất khí quyển: áp suất được ghi nhận cho biết là áp suất trên hay dưới áp suất khí quyển

- áp suất chân không: áp suất được ghi nhận là áp suất tuyệt đối

- áp suất khác: áp suất được ghi nhận cho biết hiệu số áp suất giữa hai áp suất gọi

là hiệu áp

3 Đo mức chất lỏng

a Đo mức chất lỏng bằng cách đo áp suất và hiệu áp

b Đo mức bằng phương pháp đo điện dung

c Đo mức chất lỏng bằng sóng siêu âm

Chức năng

Để đo áp suất, mức cũng như lưu lượng của các chất

lỏng và chất khí, Yokogawa cung cấp thiết bị đo và chuyển

đổi áp suất vi sai dựa trên các cảm biến cộng hưởng đo được

-p1

áp suất trên (áp suất khí quyển)

áp suất dưới (áp suất khí quyển)

12

baba

áp suất khí quyển Chân không

Hình 1.11: Các thang áp suất

1)Tấm vật liệu silicon

2)Cầu cộng hưởng hình chữ H đặt trên tấm silicon

3) Cầu cộng hưởng dao động với tần số 90 KHz khi không có áp suất đưa vào

4)áp suất đưa vào làm biến dạng bề mặt tấm silicon

5)Sự biến dạng của tấm silicon gây ra một sự thay đổi tần số đầu vào của cầu cộng hưởng tỷ lệ với áp suất đưa vào

đến 70 kHz Để nhận được hiệu áp đầu ra, bộ vi xử lý sẽ tính toán sự thay đổi tần số cảu

2 cầu và cho ra tín hiệu áp suất đầu ra tương ứng

Hình 1.16: Lưu lượng kế kiểu xoáy YEWFLO

Hình 1.17: Sơ đồ nguyên lý làm việc.

1.5.4 đo lưu lượng

a Giới thiệu chung

Một trong các tham số quan trọng của quá trình công nghệ là lưu lượng các chất chảy qua ống dẫn Lưu lượng vật chất là số lượng chất ấy chảy qua tiết diện ngang của ống dẫn trong một đơn vị thời gian muốn nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả của hệ thống điều khiển tự động các quá trình công nghệ cần phải đo được chính xác lưu lượng và thể tích các chất

Việc đo lưu lượng là một phần thiết yếu trong mọi quá trình công nghiệp và trong các ngành công nghệ Đo lưu lượng đóng một vai trò vô cùng quan trọng cũng như việc đo nhiệt độ, áp suất, mức chất lỏng

Trong quá trình sản xuất của các ngành công nghiệp hoá chất, chế biến,

điên lưu lượng tính bằng trọng khối cần biết nhưng cũng khó đo đạc hơn Trong một

hệ thống kép kín, lưu lượng tính bằng trọng khối, lưu lượng cố định trong khi đó lưu lượng tính bằng thể tích thay đổi theo nhiệt độ và áp suất

b Các phương pháp đo lưu lượng và ứng dụng

trong công nghiệp

- Phương pháp đo lưu lượng bằng tần số dòng

xoáy

ứng dụng trong công nghiệp:

lưu lượng kế kiểu xoáy- Vortex Flow Metter

YEWFLO của Yokogawa

+ Nguyên lý làm việc

Lưu lượng kế xoáy YEWFLO hoạt động

dựa trên hiện tượng tạo xoáy được biết đến như

hiệu ứng Von Karman Khi một thanh chắn tạo

xoáy (vortex sheder) được đặt trong lòng một

ống dẫn chất lỏng, các xoáy kiểu Karman sẽ

xuất hiện theo thanh chắn như hình vẽ

Giả sử tần số các xoáy được tạo ra bởi thanh chắn là f, vận tốc dòng chảy là v và độ rộng của thanh tạo xoáy là d, ta thu được công thức sau:

d

V S

Công thức này cũng được áp dụng cho lưu lượng kế YEWFLO được lắp trên một

đường ống

dD D

Q V

ư

=4

Từ đó ta tính được lưu lượng tỉ lệ:

t S

d dD

D f Q

)4

hình dưới minh hoạ mối quan hệ giữa trị số Reynolds và trị số Strouhal

Do vậy khi biết trị số Strouhal, có thể

tính được lưu lượng tỉ lệ bằng cách đo tần số xoáy

Cấu trúc

1-Bộ chuyển đổi

2-Miếng đệm

3-Thành phần cảm biến

4-Thanh tạo xoáy

5-Màn hình hiển thị tín hiệu đầu ra

6-Dây tín hiệu cảm biến

Hình 1.18: Quan hệ giữa trị

số Reynolds và trị số Strouhal

Hình 1.19: cấu trúc của lưu lượng kế xoáy

Hình 1.20: Cấu tạo của cảm biến

Thanh tạo xoáy là một thanh thép không rỉ

được nhấc lên lần lượt mỗi khi có xoáy được tạo

ra ứng suất tạo ra bởi chuyển động này được phát

hiện bởi các cảm biến ( thành phần áp điện ) dặt

bên trong thanh tạo xoáy

Có hai thành phần áp điện để phân biệt các lực tạo

ra bởi xoáy và các lực tạo ra bởi xoáy và các lực

được tạo ra do các yếu tố khác

Lưu lượng dòng chảy do đó sẽ được tính toán

bằng cách xử lý tín hiệu tương ứng với số dòng

xoáy được tạo ra

- Phương pháp đo lưu lượng bằng sóng siêu âm

+ Cảm biến và nguồn phát siêu âm bằng vật

Theo định luật cảm ứng điện từ của

Faraday, một dây dẫn điện phát sinh một điện

thế khi nó di chuyển trong một từ trường Điện

thế này tỷ lệ với vận tốc di chuyển của dây

dẫn và cường độ của từ trường