Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển phân tán (dcs) cho nhà máy nhiệt điện na dương

Đo lường quá tải Các thao tác đo lường nhân đôi để giám sát độ lệch thông qua các biến quá trình hệ thống điều khiển phối hợp là: - Tần số của hệ thống - Tải đầu ra MW - Tải suất TSV trư

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Lã Xuân Hiệu

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN

(DCS) CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NA DƯƠNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Hà Nội - Năm 2017

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN

(DCS) CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NA DƯƠNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS ĐỖ MẠNH CƯỜNG

Hà Nội - Năm 2017

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn tốt nghiệp: “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển phân tán (DCS) cho nhà máy nhiệt điện Na Dương” do tôi tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS ĐỖ MẠNH CƯỜNG Các số liệu sử dụng

trong quá trình thiết kế luận văn được lấy từ tài liệu tại nhà máy nhiệt điện Na Dương

Trong quá trình thiết kế luận văn, tôi chỉ sử dụng những tài liệu đã được liệt

kê trong phần tài liệu tham khảo Nếu phát hiện có sử dụng các nguồn tài liệu khác tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

HỌC VIÊN

Trang 4

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

DANH MỤC CÁC BẢNG 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6

LỜI NÓI ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN, ĐẶCTRƯNG CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NA DƯƠNG 10

1.1 Giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện 10

1.1.1 Giới thiệu về nhà máy 10

1.1.2 Thông số kĩ thuật nhà máy 10

1.2 Quy trình sản xuất nhiệt điện 15

1.3 Điều khiển công nghệ cho phần chính nhà máy 18

1.3.1 Điều khiển kết hợp gió, nhiên liệu và máy phát 18

1.3.2 Điều khiển gió chính 19

1.3.3 Điều khiển dòng nhiên liệu và điều chỉnh lượng than cấp 21

1.3.4 Điều khiển áp suất hơi chính 22

1.3.5 Điều khiển nhiệt độ đầu ra của máy nghiền PF 24

1.3.6 Điều khiển lưu lượng máy nghiền PF 24

1.3.7 Điều khiển áp suất buồng đốt 25

1.3.8 Điều khiển gió sơ cấp 26

1.3.9 Điều khiển nhiệt độ nóng và lạnh 26

1.3.10 Điều khiển nhiệt độ nóng sơ cấp 27

1.3.11 Điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt 28

1.3.12 Điều khiển nhiệt độ bộ gia nhiệt bổ sung 29

1.3.13 Điều khiển các van cánh hướng 30

1.3.14 Điều khiển áp suất dầu cháy 31

1.3.15 Điều khiển tốc độ tuabin 31

1.3.16 Điều khiển bình ngưng/mức bình ngưng 32

Trang 5

1.3.17 Điều khiển mức nước bình thử khí 32

1.3.18 Điều khiển bộ hâm nước cấp thấp áp LP 33

1.3.19 Điều khiển bộ hâm nước cấp cao áp HP 33

1.3.20 Vòng điều khiển hệ thống phụ cho Tuabin 34

1.3.21 Điều khiển mực nước bao hơi 34

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN GIẢI PHÁP, CẤU HÌNH HỆ THỐNG DCS 36

2.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển phân tán 36

2.2 Chức năng của hệ DCS 38

2.3 Hệ thống DCS CS 3000 của Yokogawa 38

2.3.1 Cấp quản lý nhà máy 38

2.3.2 Cấp giám sát - chỉ huy 39

2.3.3 Cấp điều khiển 40

2.4 Hệ thống mạng của CS 3000 41

2.5 Tìm hiểu về phần mềm CS3000 - Yokogawa 43

2.5.1 Tổng quan về System View 43

2.5.2 Khởi động System View 43

2.5.3 Khởi tạo Project 45

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG, MÔ PHỎNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ DCS 49

3.1 Điều khiển quá trình 49

3.1.1 Điều khiển quá trình 49

3.1.2 Các đặc trưng của quá trình 50

3.1.3 Phương pháp nhận dạng đối tượng 52

3.2 Sách lược điều chỉnh 54

3.2.1 Khái niệm về sách lược điều chỉnh 54

3.2.2 Điều khiển phản hồi - Feedback 54

3.2.3 Điều khiển truyền thẳng - Feedforward 56

3.3 Phương pháp chỉnh định 60

Trang 6

3.3.1 Phương pháp đáp ứng bậc thang 61

3.3.2 Phương pháp dựa trên đặc tính dao động tới hạn 62

3.4 Công cụ thực hiện - phần mềm CS 3000 63

3.4.1 Phần mềm Graphics Builder 63

3.4.2 Phần mềm Control Drawing 64

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG GIAO DIỆN VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG KHÓI GIÓ 70

4.1.Tìm hiểu chung về công nghệ đối với hệ thống gió 70

4.1.1 Nghiên cứu tổng quan hệ thống khói gió 70

4.1.2 Vai trò của gió trong hệ thống điều khiển phụ tải nhiệt 72

4.2 Các phương pháp điều khiển lưu lượng gió 76

4.2.1 Điều khiển lưu lượng gió bằng độ mở cánh hướng Damper 76

4.2.2 Điều khiển bằng cách thay đổi tốc độ quạt 76

4.2.3 Điều khiển phối hợp cả hai phương pháp trên 77

4.3 Thiết kế vòng điều chỉnh cho hệ thống khói gió 77

4.3.1 Điều khiển nhiệt độ gió cấp 1 78

4.3.2 Điều khiển lưu lượng gió cấp 1 81

4.4 Tiến hành chạy mô phỏng phần mềm 83

KẾT LUẬN 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

PHỤ LỤC 89

Trang 7

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Thông số Tuabin 10

Bảng 1.2: Thông số hơi của các cửa trích: 11

Bảng 1.3: Thông số máy phát 11

Bảng 1.4: Thông số kĩ thuật của lò 11

Bảng 1.5: Thông số về hơi 12

Bảng 1.6: Thông số về nhiệt độ 12

Bảng 1.7: Thông số về lưu lượng mong muốn 13

Bảng 1.8: Quạt gió sơ cấp 13

Bảng 1.9: Quạt gió thứ cấp 14

Bảng 1.10: Quạt khói 14

Bảng 3.1: Xác định các tham số PID 61

Bảng 3.2: Lựa chọn kiểu bộ điều khiển 63

Bảng 4.1: Các dải tín hiệu trong vòng điều chỉnh 84

Bảng 4.2 Các thông số của bộ điều khiển (ta chọn mặc định) 84

Trang 8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Quy trình sản xuất nhiệt điện 15

Hình 1.2: Sơ đồ tổng quan hệ thống cung cấp nhiên liệu tới các vòi đốt 16

Hình 1.3: Sơ đồ tổng quan chu trình cháy 17

Hình 1.4: Chu trình nhiệt tổng quát 18

Hình 1.5: Điều khiển kết hợp gió, nhiên liệu và máy phát 18

Hình 1.6: Điều khiển gió chính 20

Hình 1.7: Vòng điều khiển lưu lượng - nhiên liệu 21

Hình 1.8: Sơ đồ mạch điều khiển lò hơi 23

Hình 1.9: Vòng điều khiển áp suất chân không buồng đốt 25

Hình 1.10: Vòng điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt 28

Hình 1.11: Điều khiển van cánh hướng 30

Hình 1.12: Điều khiển mức nước bao hơi 35

Hình 2.1: Sơ đồ phân cấp hệ thống tự động hóa quá trình sản xuất 36

Hình 2.2: Mô hình cấu trúc hệ điều khiển phân tán 36

Hình 2.3: Trạm giám sát, vận hành HIS 39

Hình 2.4: Cấu trúc mạng kết nối FCS với thiết bị trường 40

Hình 2.5: Cấu trúc hệ thống CS 3000 42

Hình 2.6: Cửa sổ System View 43

Hình 2.7: Khởi động System View từ nút [Start] 44

Hình 2.8: Trình đơn gọi cửa sổ 44

Hình 2.9: Cấu trúc Project 45

Hình 2.10: Hộp thoại Outline 46

Hình 2.11: Hộp thoại Create New Project 47

Hình 2.12: Hộp thoại tạo FCS 48

Hình 2.13: Hộp thoại tạo HIS 48

Hình 3.1: Hệ thống làm mát dầu 49

Trang 9

Hình 3.3: Quá trình xảy ra thời gian trễ vận chuyển 51

Hình 3.4: Hệ có yếu tố dung tích 51

Hình 3.5: Đáp ứng của hệ có yếu tố dung tích 51

Hình 3.6: Đáp ứng của hệ tự điều chỉnh (Self - regulation) 52

Hình 3.7: Quá trình đun nước 53

Hình 3.8: Đáp ứng quá trình đun nước 53

Hình 3.9: Cấu trúc điều khiển phản hồi 55

Hình 3.10: Ví dụ về điều khiển phản hồi 56

Hình 3.11: Điều khiển FeedForward - Cấu trúc song song 56

Hình 3.12: Điều khiển FeedForward - Cấu trúc nối tiếp 57

Hình 3.13: Điều khiển bộ hâm dầu sử dụng hơi - Cấu trúc Feedforward 57

Hình 3.14: Cấu trúc Feedforward kết hợp điều khiển phản hồi 58

Hình 3.15: Hệ thống hâm dầu bằng hơi - Cấu trúc điều khiển phản hồi 58

Hình 3.16: Điều khiển tầng - Cấu trúc nối tiếp 59

Hình 3.17: Điều khiển tầng - Cấu trúc song song 59

Hình 3.18: Hệ thống hâm dầu bằng hơi sử dụng điều khiển tầng 60

Hình 3.19: Đặc tính quán tính 62

Hình 3.20: Cấu trúc một Function Block 64

Hình 3.21: Cấu trúc Function Block PID 66

Hình 3.22: Đáp ứng khâu trễ bậc 1 66

Hình 3.23: Cấu trúc khâu trễ bậc 1 66

Hình 3.24: Cấu trúc khâu DLAY 67

Hình 3.25: Đáp ứng khâu DLAY - C 67

Hình 3.26: Function Block - INTEG 68

Hình 3.27: Cấu trúc mô phỏng một Actuator 68

Hình 3.28: Transmitter 69

Hình 3.29: Cấu trúc mô phỏng đường ống 69

Trang 10

Hình 4.1: Hệ thống khói gió trong lò hơi 71

Hình 4.2: Hệ thống gió cấp 1 72

Hình 4.3: Hệ thống gió cấp 2 73

Hình 4.4: Sơ đồ tổng quan về hệ thống gió trong nhà máy nhiệt điện 74

Hình 4.5: Sơ đồ tổng quan hệ thống điều khiển gió chính 75

Hình 4.6: Đặc tính của các loại Damper 76

Hình 4.7: Quan hệ giữa tốc độ quạt so với lưu lượng đầu ra 77

Hình 4.8: Điều khiển phối hợp Damper và tốc độ quạt 77

Hình 4.9: Sơ đồ điều khiển gió cấp 1 78

Hình 4.10: Sơ đồ khối bộ điều khiển nhiệt độ gió cấp 1 80

Hình 4.11: Sơ đồ hệ thống điều khiển tỷ lệ than /gió 81

Hình 4.12: Khối điều khiển lưu lượng gió cấp 1 82

Hình 4.13: Giao diện của bộ điều khiển trung tâm 84

Hình 4.14: Đồ thị Trend 85

Hình 4.15: Đồ thị nhiệt độ thực tế của hỗn hợp qua 4 giai đoạn điều khiển 85

Hình 4.16: Đồ thị lưu lượng nhiên liệu và lưu lượng gió qua 4 giai đoạn điều khiển 86

Trang 11

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp nhu cầu sử dụng điện của nước ta đang tăng mạnh mẽ qua từng năm Để đáp ứng nhu cầu đó và đảm bảo

an ninh năng lượng quốc gia, cùng với những ưu điểm về nguồn nguyên liệu sẵn có, thời gian xây dựng nhanh, hàng loạt các nhà máy nhiệt điện đã được xây dựng trong những năm gần đây như nhà máy nhiệt điện Vũng áng, nhà máy nhiệt điện Vĩnh tân, nhà máy nhiêt điện Sông hậu, nhà máy nhiệt điện Uông bí, nhà máy nhiệt điện

Na dương,…

Hiện nay, trong các nhà máy nhiệt điện, mức độ tự động hóa ngày càng được nâng cao Các nhà máy nhiệt điện luôn yêu cầu một hệ thống điều khiển phân tán để đảm bảo hoạt đông tin cậy và tối ưu Các quá trình có thể được giám sát và điều khiển hoàn toàn từ xa tại phòng điều khiển trung tâm Nhà máy nhiệt điện Na Dương đã được xây dựng và đưa vào hoạt động trong một thời gian dài, hiện nay đã được trang bị một hệ thống DCS, tuy nhiên cần có một hệ thống dùng để mô phỏng

và huấn luyện cho đội ngũ kỹ thuật, vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa Xuất phát từ

thực tế đó, tôi đã xin làm luận văn tốt nghiệp với đề tài : “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển phân tán (DCS) cho nhà máy nhiệt điện Na Dương”

Luận văn được thực hiện bao gồm các nội dung sau:

- Tổng quan về công nghệ nhiệt điện đốt than, đặc trung của nhà máy

nhiệt điện Na Dương

- Lựa chọn giải pháp, cấu hình hệ thống DCS

- Xây dựng, mô phỏng chương trình điều khiển cho hệ DCS

- Thiết kế giao diện

Trong thời gian thiết kế luận văn, tôi đã được thầy giáo TS Đỗ Mạnh Cường hướng dẫn tận tình và sự giúp đỡ nhiệt tình của các anh chị tại nhà máy

Nhiệt điện Na Dương Do kinh nghiệm hạn chế, giới hạn về mặt thời gian và kiến thức, luận văn này chắc chắn còn nhiều thiếu thiếu sót Tôi rất mong nhận được sự góp ý của Quý thầy cô và các bạn để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn

Trang 12

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN, ĐẶC

TRƯNG CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NA DƯƠNG 1.1 Giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện

1.1.1 Giới thiệu về nhà máy

Công ty nhiệt điện Na Dương đặt tại thị trấn Na Dương, huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn là doanh nghiệp nhà nước hoạch toán phụ thuộc Tập đoàn than - khoáng sản Việt Nam Nhiệm vụ của công ty là đầu tư xây dựng, quản lý, vận hành nhà máy nhiệt điện Na Dương và bán điện cho Tổng công ty điện lực Việt Nam

Nhà máy nhiệt điện Na Dương được thành lập theo quyết định số 172/2003/QĐ-BCN, ngày 24 tháng 10 năm 2003 của Bộ trưởng Bộ Công nghiệp Sau thời gian thi công, chạy thử nghiệm, ngày 01/11/2005, nhà máy chính thức được nghiệm thu và đưa vào vận hành thương mại vào ngày 1/11/2005

Nhà máy sử dụng than khai thác tại mỏ than Na Dương cung cấp cho 2 tổ máy với công suất phát thô mỗi tổ là 55,6MW/1 tổ Điện sản xuất ra từ nhà máy được hòa vào lưới điện quốc gia theo 3 tuyến: Lạng Sơn 1, Lạng Sơn 2, Tiên Yên (Quảng Ninh), một phần điện sản xuất ra được sử dụng làm điện tự dùng

1.1.2 Thông số kĩ thuật nhà máy

Nhà máy gồm 2 tổ máy, với thông số kĩ thuật chính mỗi tổ như sau:

Bảng 1.1: Thông số Tuabin

- Kiểu Ngưng hơi một thân

- Công suất định mức 55,6 MW

- Áp lực hơi tại đầu vào 126 kg/cm2

- Nhiệt độ hơi tại đầu vào 5350C

Trang 13

Bảng 1.2: Thông số hơi của các cửa trích:

- Công suất toàn phần 65420kVA

- Công suất hữu công 55600kW

- Điện áp đầu cực Stato 11000V  5%

- Dòng điện Stato 3434A

- Độ tăng nhiệt độ Stato 77 K do ETD

- Độ tăng nhiệt độ Roto 72 K do R

- Bộ cấp nhiệt 10.8kW (400V, 3 pha, 50Hz)

Bảng 1.4: Thông số kĩ thuật của lò

- Kiểu Tầng sôi tuần hoàn, tuần hoàn tự nhiên

Trang 14

- Hơi sau hệ thống quá nhiệt

41.7MW (75%)

33.36M

W (60%)

22.24MW (40%)

Lưu lượng nước giảm ôn - t/h 9.23 9.10 6.82 5.56 3.95

Áp suất nước giảm ôn - kg/cm2G 150.9 150.4 142.5 139.1 135.8

Nhiệt độ nước giảm ôn - 0C 223.5 222.7 209.5 200.0 184.3

Bảng 1.6: Thông số về nhiệt độ

CÔNG SUẤT BMCR 55.6M

(100%)

41.7MW (75%)

33.36MW (60%)

22.24MW (40%)

KHÓI

Nhiệt độ khói ra khỏi lò - 0

C 880 880 840 805 730

Ra khỏi Cyclone - 0C 865 865 815 775 690

Qua bộ quá nhiệt cấp III - 0C 670 670 625 595 540

Qua bộ quá nhiệt cấp II - 0C 470 470 440 420 400

Sau bộ Economizer - 0

C 280 275 255 240 220

Trang 15

Sau khi qua bộ sấy khí - 0C 145 140 130 125 125

HƠI

Trong nồi hơi - 0

C 337 337 333 331 330 Đầu ra bộ quá nhiệt sơ cấp - 0C 420 420 412 405 400 Primary De-Superheater Outlet -

Đầu ra bộ quá nhiệt thứ cấp - 0

C 480 480 485 480 465 Secondary De-Superheater Outlet -

33.36MW (60%)

22.24MW (40%) Nhiên liệu t/h 36.4 35.7 27.5 22.7 16.9

Đá vôi t/h 14.8 13.9 11.2 10.5 9.7

Bụi t/h 23.3 22.5 17.7 15.4 12.6

Gió đốt kNm3/h 181.6 178.3 136.6 112.3 93.6

Thông số về quạt sơ cấp, thứ cấp, quạt khói

Bảng 1.8: Quạt gió sơ cấp

Nhà chế tạo EBARA HAMADA BLOWER CO,

Trang 16

Áp suất đầu ra 2200mmAg

Áp suất đầu vào -50mmAg

Trang 17

Áp suất đầu vào -390mmAg

1.2 Quy trình sản xuất nhiệt điện

Hình 1.1: Quy trình sản xuất nhiệt điện

Hiện nay, nguồn điện năng của nước ta chủ yếu được sản xuất từ 2 nguồn: Thủy điện và nhiệt điện, trong đó công suất phát của thủy điện chiếm tỷ lệ lớn hơn Tuy nhiên, với tốc độ phát triển ngày nhanh của nền kinh tế nước ta kéo theo tình trạng thiếu điện ngày càng trầm trọng thì việc xây dựng các nhà máy nhiệt điện là một giải pháp hợp lý Thời gian xây dựng các nhà máy nhiệt điện nhanh, không ảnh hưởng nhiều tới dân cư khu vực xây dựng nhà máy và hệ thống thủy lợi như các nhà máy thủy điện

Nhà máy nhiệt điện hoạt động trên nguyên lý chuyển đổi từ nhiệt năng có được từ quá trình đốt cháy nhiên liệu sang cơ năng quay của tuabin và từ cơ năng quay chuyển thành điện năng phát lên lưới

Trang 18

Trong trường hợp khởi động hay nhiệt độ buồng đốt quá thập, hệ thống khởi động các vòi đốt dầu sử dụng dầu nặng FO (Startup burner) Dầu FO được mua về nhà máy, cất giữ trong 2 tank dầu, từ các tank này dầu FO được đưa qua hệ thống sấy điện, hệ thống sấy hơi trước khi được cấp vào lò

Hình 1.2: Sơ đồ tổng quan hệ thống cung cấp nhiên liệu tới các vòi đốt

Quá trình cháy

Hệ thống gió sơ cấp đưa vào hộp gió, từ đây gió sơ cấp được đưa vào phần đáy của lò nhờ các vòi phun dạng mũi tên Gió sơ cấp từ hộp gió sẽ thổi hỗn hợp các hạt rắn trong lò bay lên, ở trạng thái lơ lửng Hỗn hợp rắn sẽ bị đốt cháy ở trạng thái này bởi gió thứ cấp và một phần sơ cấp Hỗn hợp này sau khi cháy được sẽ được hút ra ngoài nhờ một quạt hút đặt ở sau hệ thống lọc bụi tĩnh điện

Trang 19

Khi ra khỏi buồng đốt, do sự đổi hướng của dòng khí, các hạt nặng (Bao gồm: than chưa cháy hết, đá vôi chưa phản ứng) sẽ bị rơi xuống, được hệ thống quạt cao áp thổi trở lại lò

Phần còn lại của luồng khói được hút qua phần đuôi lò Trong phần đuôi lò, khói có nhiệt độ cao lần lượt đi qua, thực hiện trao đổi nhiệt với các hệ thống quá nhiệt cấp I, cấp III, qua hệ thống hâm nước, hệ thống sấy khí Khi ra khỏi hệ thống sấy khí, khói được đưa qua hệ thống lọc bụi tĩnh điện trước khi được quạt hút hút ra ngoài qua ống khói nhà máy

Hình 1.3: Sơ đồ tổng quan chu trình cháy

Chu trình nhiệt trong nhà máy

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 hỗn hợp hơi nước, hỗn hợp này được đưa trở lại bao hơi

Từ bao hơi, hơi nước bão hòa được dẫn qua bộ lọc khô và bộ điều chỉnh hơi quá nhiệt để đảm bảo nhiệt độ, áp suất trước khi được đưa vào tuabin cao áp để sinh công Sau khi đã sinh công từ tuabin, hơi 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 nhanh chóng Sau đó nước từ bình ngưng sẽ được một hệ thống bơm ngưng bơm tới các bình khử khí để khử hết các bọt khí có lẫn trong nước Nước cấp được đưa qua các bình gia nhiệt hạ áp (LP Heater) Nước trong các bình này sẽ được gia nhiệt nhờ hơi trích từ tuabin hạ áp Sau khi rời khỏi hệ thống gia nhiệt hạ áp, nước tiếp tục được đưa tới các bình gia nhiệt cao áp (HP Heater) để gia nhiệt bởi hơi chích ra từ tuabin cao áp Sau đó, nước được đưa qua hệ thống hâm nước đặt tại đuôi lò trước khi đưa vào bao hơi

Trang 20

Hình 1.4: Chu trình nhiệt tổng quát

1.3 Điều khiển công nghệ cho phần chính nhà máy

1.3.1 Điều khiển kết hợp gió, nhiên liệu và máy phát

Hình 1.5: Điều khiển kết hợp gió, nhiên liệu và máy phát

1 Chức năng vòng điều khiển

Một tín hiệu yêu cầu sẽ tạo ra các tín hiệu điều khiển tương ứng để điều khiển gió, nhiên liệu và tải đầu ra MW Các nhu cầu sẽ được điều chỉnh tùy theo yêu cầu cần số và lượng ôxi Áp suất TSV và các thay đổi MW và sự cân bằng đầu

ra các máy nghiền PF (xem hình 1.5 )

Trang 21

2 Tính chất vòng điều khiển

a Thiết kế vòng điều khiển

Vòng điều khiển gồm lượng đặt chính là phụ tải MW, từ đó tính ra lượng nhiên liệu yêu cầu qua bộ điều khiển tỉ lệ ta tính được gió tỉ lệ với lượng nhiên liệu

Đo lường tải đầu ra của máy phát, đo lường lưu lượng hơi và áp suất để điều khiển tuabin

b Chiếm quyền và giới hạn

Các lệnh ưu tiên cho bảo vệ hệ thống sẽ tác động khi các giới hạn đặt bị vượt qua

3 Đo lường quá tải

Các thao tác đo lường nhân đôi để giám sát độ lệch thông qua các biến quá trình hệ thống điều khiển phối hợp là:

- Tần số của hệ thống

- Tải đầu ra MW

- Tải suất TSV trước và sau

- Áp suất đầu ra của tuabin

Cơ cấu chấp hành: Van cánh hướng của tuabin, máy nghiền và quạt gió

4 Các yêu cầu cho điều khiển phối hợp chung báo động

a Các cảnh báo, báo động sẽ xảy ra khi:

- Giảm tải của lò hơi và tuabin

- Giới hạn công suất của máy

- Thay đổi công xuất tự động

b Các điều khiện tuần tự

Các tín hiệu cho điều khiển tuần tự được ứng dụng trong các trường hợp sau:

- Thay đổi chế độ hoạt động

- Giảm tải tuabin hoặc lò hơi

5 Giao diện đồ họa điều khiển

Các giao diện đồ họa sẽ được hiển thị trên màn hình vận hành để có thể thay đổi các thông số và giám sát hoạt động của quá trình

1.3.2 Điều khiển gió chính

Mô tả dưới đây chỉ cho phương pháp đốt lò trực tiếp hoặc bán trực tiếp Nếu dùng phương pháp đốt lò giám tiếp thì cần điều chỉnh thích hợp với nhà máy

1 Chức năng phòng điều khiển

Sử dụng một vòng điều khiển cháy để duy trì luồng gió từ giá trị nhỏ nhất tới giá trị lớn nhất (giá trị quá tải lò hơi) Cấu trúc điều khiển được trình bầy trên hình

1.6

Vòng điều khiển này sẽ đảm bảo được:

a Luồng khói cháy sẽ luôn lớn hơn luồng khí cháy được đặt trước nhỏ nhất

Trang 22

b Lượng gió được duy trì phù hợp lượng nhiên liệu đặt đưa vào lò

c Giá trị “Điều chỉnh năng lượng cụ thể” được cập nhật liên tục để phù hợp với chất lượng của than đưa vào

d Duy trù đủ lượng gió cháy

Hình 1.6: Điều khiển gió chính

2 Phương pháp vận hành

Gió cháy tới lò hơi đi qua hai quạt FD Lưu lượng gió cấp một được đáp ứng

lại nhu cầu gió của máy nghiền than bột

Nhu cầu tốc độ lượng gió phụ thuộc vào nhu cầu gió của lò hơi, quạt gió FD

sẽ điều chỉnh để phù hợp với lượng gió yêu cầu

Đối tượng điều khiển chính là điều khiển lưu lượng gió cháy trong lò từ giá trị nhỏ nhất đến giá trị lớn nhất nhằm duy trì chế độ ổn định Để điều khiển gió và lượng gió và tương ứng là áp suất trong buồng đốt Các giá trị này được so sánh với nhau một cách liên lục và thông báo logic chọn giá trị phù hợp phản hồi cho mạch điều khiển Tín hiệu áp suất được xử lý được đưa vào bộ điều khiển gió lò để so sánh với giá trị đặt Tín hiệu ra của bộ điều khiển gió lò được kết hợp cùng tín hiệu vượt trước của quạt gió lò tạo thành tín hiệu điều khiển chính của van dẫn hướng gió và qua đó điều khiển lưu lượng gió và lò cung cấp cho quá trình cháy Tín hiệu điều khiển gió lò còn được nhận thêm tín hiệu bù trước (feedforward) của bộ ngắt nhiên liệu tự động để bảo vệ an toàn hoạt động của lò

Bộ chọn tín hiệu liên tục so sánh ba tín hiệu đo lường áp suất từ đó chọn lựa tín hiệu thông qua phương pháp trung bình để đưa ra tín hiệu áp suất lò chính xác nhất để so sánh với giá trị đặt Tín hiệu bù trước (feedforward) của hệ thống ngắt

Trang 23

nhiên liệu được sử dụng để quay ngược cánh dẫn hướng của quạt gió lò nhằm làm chậm quá trình tụt áp suất buồng đốt

4 Đo lường quá trình

Để nâng cao độ tin cậy khi đo lưu lượng gió cháy đòi hỏi phải có ít nhất hai đầu đo cho mỗi đệm đo (cặp tín hiệu đo) Các đầu đo đảm bảo độ chính xác cao Các cặp tín hiệu đo gió cấp 1 được gửi tới trạm vận hành và sử dụng trong hệ thống buồng đốt (BMS)

Các tín hiệu đo lường về ôxi cháy cũng được đo theo cặp để tăng cường độ tin cậy của các điều kiện cháy Các tín hiệu trung bình ở mỗi điểm đo phải được truyền về cùng với các giám sát về độ chênh lệch giữa các điểm đo

Cơ cấu chấp hành gồm: Quạt gió và cách hướng dẫn gió

1.3.3 Điều khiển dòng nhiên liệu và điều chỉnh lượng than cấp

Hình 1.7: Vòng điều khiển lưu lượng - nhiên liệu

Hệ thống điều khiển dòng nhiên liệu và điều chỉnh lượng than cấp nếu ở đây

chỉ đúng với máy nghiền PF loại cầu được trình bầy trên hình 1.7

Chức năng vòng điều khiển

Chức năng vòng điều khiển nhiên liệu để tự động duy trì lưu lượng nhiên liệu để đáp ứng nhu cầu Bao gồm cả việc đo lường dòng nhiên liệu từ các máy nghiền và phối hợp tại giữa các máy nghiền Điều chỉnh tự động các dòng nhiên liệu từ mỗi máy nghiền thông qua điều chỉnh dòng điện sơ cấp

Hệ điều khiển này gồm các điều khiển chiếm quyền và các ghép nối tới hệ quản lý buồng đốt

Trang 24

Mỗi hệ thống này được trang bị cho một nhóm máy nghiền với mỗi bộ điều khiển Dòng gió PF được điều khiển bởi các van cánh hướng dẫn gió cấp 1 đặt trong các ỗng dẫn sau khi qua các van cánh hướng gió nóng và gió lạnh

Thiết kế vòng điều khiển

Khi nhu cầu lò hơi thay đổi là nhu cầu dòng nhiên liệu PF của mỗi máy nghiền thay đổi theo Do vậy phải đảm bảo tính chất cân bằng lưu lượng giữa máy nghiền để đảm bảo tổng lưu lượng đầu ra của nhiên liệu theo yêu cầu

Chức năng chiếm quyền và giới hạn

Bộ đo mức được ứng dụng cho việc giám sát dòng nhiên liệu tổng

Hệ thống quản lý buồng đốt (BMS) được ghép nối với các tín hiệu của máy nghiền và tải cấp cho lò hơi

1.3.4 Điều khiển áp suất hơi chính

Điều khiển áp xuất hơi chính quan tâm tới những vấn đề sau:

1 Giá trị đặt áp suất hơi chính

Có hai chế độ để đặt giá trị cho áp suất hơi chính: chế độ đặt tự động và chế

độ đặt bằng tay Trong chế độ đặt bằng tay, áp suất hơi chính sẽ do người vận hành đặt theo đặc tính của lò Ở chế độ tự động, áp suất hơi chính sẽ được bộ điều khiển

áp suất hơi tính toán thay đổi trong dải từ áp suất min tới áp suất max

Điểm đặt của áp suất hơi chính sẽ được chấp nhận để ở chế độ tự động, ngoài điều kiện đó ra, áp suất hơi chính sẽ được đặt bằng tay nhưng phải bám theo áp suất thực tế của lò hơi chính

2 Tốc độ thay đổi áp suất hơi chính

Giá trị định mức cho tốc độ thay đổi áp suất hơi chính có thể được lựa chọn

từ giao diện vận hành khi ở chế độ bằng tay Trong chế độ tự động, tốc độ thay đổi

áp suất sẽ tự động được thay đổi theo dải áp suất đã được định trước Khi đó quá trình điều chỉnh hơi tăng lên hay giảm đi sẽ được giá trị áp suất đầu ra mong muốn

Giá trị định mức cho tốc độ thay đổi áp suất hơi chính và sau đó giá trị của

bộ hạn chế tốc độ thay đổi áp suất được so sánh với giá trị đo được của áp suất hơi chính để đưa ra độ sai lệch của áp suất hơi chính

3 Yêu cầu đầu vào điều khiển lò hơi

Trang 25

Lệnh đầu vào điều khiển lò hơi chính là tín hiệu để điều khiển lượng nhiên liệu là lưu lượng nhiên liệu và lưu lượng gió cấp vào lò Chúng được chọn từ hai tín hiệu “Generated Power Command + Pressure control” và “ Setting in boiler input mode”

Chế độ điều khiển theo điểm đặt đầu vào lò hơi "Setting in boiler input mode" được lựa chọn theo các điều kiện như trình bày ở phần trên Trong chế độ điều khiển bình thường (chế độ điều khiển phối hợp) Tín hiệu "Generated Power Command + Pressure control" sẽ được lựa chọn làm tín hiệu điều khiển với yêu cầu

về tải của máy phát làm cơ sở Còn độ sai lệch áp suất hơi chính được nhận từ giá trị đầu ra bộ điều khiển áp suất (khâu tỷ lệ tích phân PI) được dùng làm tín hiệu phản hồi về độ sai lệch

Trong chế độ lò vận hành ổn định, điểm đặt về công suất của máy phát sẽ được giữ ổn định và tỉ lệ thuận với lượng nhiên liệu đưa vào lò Nhưng khi trạng thái cân bằng bị phá vỡ như trường hợp thay đổi tải máy phát nó sẽ tác động tới lò bằng sự thay đổi của áp suất hơi chính Khi đó lệnh yêu cầu đầu vào lò hơi sẽ điều khiển tải lò không những đáp ứng theo sự thay đổi của tải máy phát mà còn điều khiển để giữ áp suất hơi chính

Trong chế độ lò khởi động và bộ điều khiển nhiên liệu đang ở chế độ bằng tay (Lò ở chế độ bằng tay) khi đó lệnh yêu cầu đầu vào lò hơi sẽ bám theo lưu lượng nhiên liệu thực tế vào lò để chuẩn bị sẵn sàng cho việc chuyển sang chế độ khác sau đó

Cấu trúc điều khiển được trình bày trên hình 1.8

Hình 1.8: Sơ đồ mạch điều khiển lò hơi

Trang 26

1.3.5 Điều khiển nhiệt độ đầu ra của máy nghiền PF

Hệ thống điều khiển nhiệt độ đầu ra của máy nghiền mô tả ở đây chỉ dùng cho máy nghiền PF loại cầu

Nhiệt độ đầu ra của máy nghiền được điều khiển do môđun của van cánh hướng dòng khí nóng và lạnh cấp một (sơ cấp) Nhiệt độ đặt được điều chỉnh bởi người vận hành

Các van cánh hướng của mỗi máy nghiền được thiết kế có thể đóng mở để điều chỉnh nhiệt độ thông qua hai dòng khí nóng và khí lạnh Tổng lưu lượng gió tới mỗi máy nghiền được điều khiển bởi van cánh hướng đầu ra

Nhiệt độ đầu ra của mỗi máy nghiền được điều khiển bởi việc điều chỉnh van cánh hướng gió nóng máy nghiền và van cánh hướng gió lạnh để hút gió sơ cấp từ bus dẫn tương ứng với lượng thích hợp để duy trì nhiệt độ đầu ra máy nghiền như mong muốn Van cánh hướng gió nóng điều chỉnh để điều khiển nhiệt độ đầu ra máy nghiền trong khi van cánh hướng gió lạnh được điều chỉnh vị trí đặt bám theo

vị trí của van cánh hướng gió nóng

Các đầu đo nhiệt độ phải đo theo cặp tại mỗi điểm đo và thực hiện giám sát

độ lệch để đảm bảo độ tin cậy cao

Cơ cấu chấp hành là các van cánh hướng

5 Ghép nối

Phải ghép nối hệ điều khiển nhiệt độ đầu ra của máy nghiền với hệ thống BMS và các hệ thống khác

1.3.6 Điều khiển lưu lượng máy nghiền PF

Hệ thống điều khiển lưu lượng máy nghiền mô tả ở đây chỉ cho máy nghiền

PF loại cầu

Vòng điều khiển này điều khiển lưu lượng than đầu vào cấp cho máy nghiền theo yêu cầu

Có hai mạch vòng điều khiển: mạch vòng lưu lượng cấp và mạch vòng tốc

Trang 27

Điều khiển lưu lượng đầu ra của máy nghiền sẽ được đặt bởi nhiên liệu yêu cầu trong chế độ tự động hoặc bởi người vận hành ở chế độ bằng tay Tốc độ máy cấp sẽ được điều khiển bởi bộ điều khiển lưu lượng nằm trong hệ ICMS Biến điều khiển quá trình là lưu lượng ra máy nghiền

Các lệnh chiếm quyền từ hệ BMS sẽ có tác dụng đối với các thao tác tuần tự

Cơ câu chấp hành là các cân bằng định lượng

5 Ghép nối

Thực hiện ghép nối từng máy cấp nhiên liệu với BMS

1.3.7 Điều khiển áp suất buồng đốt

Hình 1.9: Vòng điều khiển áp suất chân không buồng đốt

Các vòng điều khiển sẽ duy trì áp suất cháy trong giới hạn làm việc Hệ thống sẽ duy trì điểm đặt thông qua cơ chế điều khiển quạt hút khói ID Cấu trúc điều khiển được trình bày trên hình 1.9

Khí cháy được hút từ đỉnh của lò và đi qua bộ quá nhiệt trước khi đi tới đường dẫn khói của lò hơi Khói cháy tiếp tục được tái kết hợp trước khi đi tới khâu lọc bụi tĩnh điện rồi được xả ra ngoài qua ông khói

Vòng điều khiển áp suất chân không buồng đốt là vòng điều khiển tác động nhanh và kết hợp với vòng điều khiển lưu lượng gió tạo ra tín hiệu bù bù trước (feedforward) theo lượng gió

Vòng điều khiển phải giữ cho áp suất nhanh chóng quay về giá trị âm ổn định trước khi thay đổi quá nhiều Tín hiệu bù lưu lượng gió tạo ra được bộ điều khiển có thể giảm giá trị khuếch đại và tích phân do vậy để giảm được ảnh hưởng của nhiễu

Trang 28

Thực hiên đo áp suất tại nhiều điểm trong buồng đốt và tại đầu ra của quạt hút khỏi để đảm bảo độ tin cậy Kết hợp đo độ lệch giữa các đầu đo

5 Ghép nối

Thực hiện ghép nối từng máy cấp nhiên liệu với BMS

1.3.8 Điều khiển gió sơ cấp

Thực hiện việc điều chỉnh lưu lượng gió sơ cấp phù hợp với yêu cầu của các máy nghiền

Lò hơi có hai quạt đầu vào PA để dẫn dòng gió sơ cấp Các quạt gió này và các van dẫn hướng sẽ điều chỉnh các dòng gió nóng và gió lạnh sơ cấp để đưa vào máy nghiền để vận chuyển nhiên liệu và duy trì nhiệt độ đầu ra của máy nghiền theo yêu cầu

Việc điều chỉnh các quạt gió sơ cấp PA phải thỏa mãn các yêu cầu đầu ra của dòng gió cấp 1 Cho phép người vận hành có thể thay đổi áp suất đặt

Quá trình đo lường phải đảm bảo độ tin cậy cao Phải thực hiện đo dự phòng

và giám sát độ lệch Đặc biệt là đối với đường ống dẫn gió nóng cấp 1

Cơ cấu chấp hành là quạt gió và các van cánh hướng (Xem hình 1.7: Vòng điều khiển lưu lượng - nhiên liệu)

5 Ghép nối

Cần ghép nối các tín hiệu đo và giám sát tới hệ BMS như tín hiệu chỉ thị trạng thái làm việc của quạt gió PA, tín hiệu đo áp suất của ống dẫn gió cấp 1 Các tín hiệu báo áp suất quá thấp sẽ được truvền qua đường dây tín hiệu và cả đường truyền dữ liệu Các tín hiệu ghép nối sẽ được thực hiện trong hợp đồng

1.3.9 Điều khiển nhiệt độ nóng và lạnh

Các bộ gia nhiệt gió sơ cấp và thứ cấp kiểu quay độc lập:

Điều khiển các bộ gia nhiệt gió lò để duy trì ở nhiệt độ sao cho không bị đọng hơi và không tạo ra môi trường axit làm ăn mòn các thành phần của bộ gia nhiệt

Hai bộ gia nhiệt gió sơ cấp và hai bộ gia nhiệt gió thứ cấp sẽ gia nhiệt cho các dòng gió bằng khói thoát ra trong buồng đốt và qua bộ tiết kiệm

Trang 29

Nhiệt độ của bộ gia nhiệt thứ cấp được điều khiển nhờ van cánh hướng của

bộ gia nhiệt thứ cấp Nhiệt độ của bộ gia nhiệt sơ cấp được điều khiển nhờ van cánh hướng của bộ gia nhiệt sơ cấp

Nhiệt độ của bộ gia nhiệt được tính thông qua giá trị trung bình của nhiệt độ đầu ra và đầu vào Giá trị trung bình tính toán bởi hệ thống điều khiển thông qua các điểm đo sử dụng cặp nhiệt điện

Nhiệt độ đặt được xác định bởi hệ thống điều khiển, dựa trên nhiệt độ của bộ gia nhiệt gió cháy

Các van cánh hướng sẽ hoạt động tương tác với nhau để thay đổi vị trí của một van cánh hướng mà có thể tác động đến nhiệt độ của cả hai bộ gia nhiệt Khi tải nhỏ, có nhiều lựa chọn cho việc đặt vị trí các cánh hướng để điều chỉnh nhiệt độ đầu

ra Việc này cần thực hiện bởi vòng điều khiển

Cơ cấu chấp hành là các van cánh hướng

1.3.10 Điều khiển nhiệt độ nóng sơ cấp

Dòng khói chảy qua bộ gia nhiệt sơ cấp được điều khiển để duy trì nhiệt độ đầu ra của gió nóng sơ cấp theo giá trị đặt

Khói cháy được đưa tới các bộ gia nhiệt sơ cấp và thứ cấp thông qua các van cánh hướng Hệ thống các ống dẫn khói được đặt ờ đầu ra của buồng đốt Hoạt động của một van cánh hướng có thể ảnh hưởng tới các ống dẫn khói khác Ngoài ra khói nóng được dần qua bộ tiết kiệm để làm nóng nước tuần hoàn

Điều khiển nhiệt độ gió sơ cấp được kích hoạt ở ba giai đoạn:

- Van cách hướng phía trong dẫn dòng gió nóng sơ cấp được điều chỉnh để điều khiển dòng nhiệt trao đổi với gió sơ cấp

- Khi van cách hướng phía trong nằm ngoài dải điều chỉnh và nhiệt độ giảm dưới nhiệt độ đặt khoảng 5°C Khi đó van cánh hướng bypass của bộ hâm sẽ mở để điều khiển

- Khi các van trên không đủ điều chỉnh, các van cánh hướng thứ cấp sẽ dần đóng lại để tăng lưu lượng gió sơ cấp cháy qua các van cánh hướng sơ cấp

Nhiệt độ đặt của gió nóng cấp 1 có thể được đặt tự động Khi ở chế độ tự động, điểm đặt được điều chỉnh lên hoặc xuống để giữ ở vị trí trung bình của các van gió nóng tại vị trí thông thường là 70% trong quá trình làm việc Điều này làm tối ưu hoá lượng nhiệt phục hồi từ các bộ gia nhiệt khi giữ nhiệt độ bus dẫn gió thấp như có thể thực hiện

Trang 30

độ lệch để đảm bảo độ tin cậy cao khi đo nhiệt độ của gió và khói

5 Ghép nối

Các tín hiệu về độ mở của các van cánh hướng và đo lường được nối với hệ thống BMS để thỏa mãn các yêu cầu điều khiển

1.3.11 Điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt

Vòng điều khiển hơi quá nhiệt sẽ duy trì nhiệt độ đầu ra của bộ quá nhiệt trong giới hạn của điểm đặt Mạch vòng điều khiển cần phải đảm bảo ổn định khi tải thay đổi lớn hoặc có các nhiễu loạn

Hình 1.10: Vòng điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt

Điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt có thể chứa một hoặc nhiều vòng điều khiển phun giảm ôn liên tiếp, điều này phụ thuộc vào thiết kế của lò hơi (xem hình 1.10)

Hệ thống điều khiển phải thực hiện được các yêu cầu đề ra Các vòng lặp điều khiển phi tuyến và các lệnh đáp ứng và số lượng lớn các thông số sẽ ảnh hưởng trong quá trình điều khiển Phải ứng dụng các công nghệ điều khiển cao cấp để đạt được hiệu quả cao nhất Phải đáp ứng được ít nhất các tính chất sau:

- Nhiệt độ đầu ra của bộ quá nhiệt phải được điều khiển bằng vòng điều khiển nối tầng

- Điều khiển bù trước (feedforward) động được sử dụng khi có thay đổi tải hoặc quá nhiệt của lò hơi

- Điều khiển bù trước (feedforward) động được sử dụng khi có thay đổi áp suất hoặc dải thay đổi áp suất

- Hệ số khuếch đại và hằng số thời gian của bộ điều chỉnh phải thay đổi theo

sự biến động của quá trình

- Nhiệt độ đặt của các bộ giảm ôn được cố định theo yêu cầu công nghệ của

lò

Trang 31

- Vòng điều khiển phải kết hợp với chức năng đặt của các máy phát đảm bảo các hạt hơi của bộ giải quá nhiệt luôn nằm trong vùng kiểm soát

Các logic phải đảm bảo tính an toàn tới toàn bộ các thành phần liên quan Hệ thống BMS gửi các tín hiệu tới vòng điều khiển sự cháy và có thể đưa về chế độ điều khiển bằng tay và ghi các lệnh ưu tiên để đóng tất cả các van cánh hướng có liên quan để bảo vệ Tuabin cao áp HP

Hệ thống ICMS sẽ ngắt chế độ điều khiển tự động các van điều khiển hơi nước phun khi các van liên quan bị đóng lại

Các tín hiệu ghép nối giữa BMS và ICMS sẽ được xác định chi tiết trong quá trình thiết kế cụ thể

Các đầu đo nhiệt độ phải đo theo cặp tại mỗi điểm đo, thực hiện nhiều điểm

và thực hiện giám sát độ lệch đảm bảo độ tin cậy cao và có thể chọn lựa để cho quá trình điều khiển

Cơ cấu chấp hành và các van cánh hướng dẫn nước phun giảm ôn

4 Ghép nối

Hệ thống BMS sẽ được ghép nối để có thể thay đổi thông số vận hành của vòng điều khiển khi khởi động lò và chỉ thị quá trình của lò

1.3.12 Điều khiển nhiệt độ bộ gia nhiệt bổ sung

Vòng điều khiển sẽ duy trì nhiệt độ hơi đầu ra của bộ gia nhiệt trong giới hạn đóng của điểm đặt Vòng lặp có thể xử lý khi có sự thay đổi tải lớn hoặc có các nhiễu loạn

Nhiệt độ hơi đầu ra của bộ gia nhiệt được điều khiển hoặc bởi thay đổi vị trí

độ nghiêng của bộ gia nhiệt hoặc bởi sự điều chỉnh van cánh hướng dẫn khói Điều này phụ thuộc vào bản thiết kế lò hơi Các van điều khiển phun hơi nước để hạ nhiệt của bộ gia nhiệt sẽ được điều khiển trong trường hợp dự phòng khi cần thiết, ở chế

độ bình thường các van này được đóng lại

Hệ thống điều khiển phải thực hiện được các yêu cầu đề ra

Các công nghệ điều khiển tiên tiến đã được ứng dụng để đem lại hiệu quả điều khiển cao nhất Mạch vòng điều khiển đáp ứng các tính chất sau:

- Thông thường cấu trúc cần hai vòng điều khiển(Phụ thuộc vào thiết kế lò hơi)

- Nhiệt độ kim loại bộ gia nhiệt được coi như một thông số để nhận biết sự thay đổi nhiệt độ khói từ đó đưa tín hiệu bù trước (feedforward)

- Điều khiển bù trước (feedforward) động cơ liên quan khi có thay đổi tải hoặc nhiệt độ lò hơi

Trang 32

- Khi thay đổi các hệ số khuếch đại và hằng số thời gian của bộ điều khiển phải thay đổi theo

Các giám sát về độ lệch nhiệt độ của các đầu ra của bộ gia nhiệt để phục vụ cảnh báo quá nhiệt

Hệ thống BMS gửi các tín hiệu tới phòng điều khiển sự cháy và có thể đưa

về chế độ điều khiển bằng tay và ghi các lệnh ưu tiên để đóng tất cả các van cánh hướng có liên quan để bảo vệ tuabin thấp áp L.P

Hệ thống ICMS sẽ ngắt chế độ điều khiển tự động các van điều khiển hơi nước phun khi các van liên quan bị đóng lại

Các đầu đo nhiệt độ phải đo theo cặp tại mỗi điểm đo, thực hiện tại nhiều điểm và thực hiện giám sát độ lệch để đảm bảo độ tin cậy cao và có thể chọn lựa để cho quá trình điều khiển

5 Ghép nối

Hệ BMS sẽ gửi các tín hiệu để iều chỉnh hoạt động của vòng điều khiển khi khởi động lò Các tín hiệu ghép nối giữa BMS và vòng điều khiển

1.3.13 Điều khiển các van cánh hướng

Chức năng vòng điều khiển: Gió cấp hai được đưa vào lò sau khi qua các quạt FD vào các van cánh hướng dẫn gió cấp hai Có ba loại van cánh hướng: Loại dẫn gió, loại dẫn dầu và loại dẫn nhiên liệu than Van dẫn gió được điều chỉnh để duy trì lượng gió vào buồng đốt khi áp suất chênh lệch khỏi điểm đặt Van dẫn dầu được điều chỉnh để các đầu phun để cung cấp đủ lượng dầu cháy Khi súng phun dầu ngừng làm việc thì các van dẫn dầu này làm nhiệm vụ dẫn gió hỗ trợ

Các van dẫn than nghiền được điều khiển như chức năng điều khiển tốc độ của các máy cho than để sao cho lượng nhiên liệu và lượng gió vào buồng đốt là phù hợp với nhau

Van dẫn gió cấp 2 sẽ mở hoàn toàn khi nguồn điện hay nguồn khí nén gặp

sự cố Có thể gửi các tín hiệu ưu tiên đóng hoặc mở tới các van cánh hướng dẫn gió cấp hai từ hệ thống BMS

Hình 1.11: Điều khiển van cánh hướng

Trang 33

1.3.14 Điều khiển áp suất dầu cháy

Cần sử dụng hai vòng điều khiển tự động để duy trì áp suất dầu cháy:

- Trong quá trình mồi lửa

- Trong quá trình đốt dầu

Dầu cháy được bơm từ các bình chứa lân cận tới các trạm nguồn Quá trình mồi lửa sẽ dùng loại dầu nhẹ chứa trong các bình chứa dầu nhẹ và được bơm qua hai máy bơm Số lượng các bơm sẽ thay đổi tùy thuộc vào nhu cầu Quá trình đốt dầu sẽ dùng loại dầu nặng được cấp qua hai máy bơm dầu nặng Số bơm làm việc

có thể thay đổi tùy thuộc vào nhu cầu

Thực hiện đường truyền dự phòng và thực hiện giám sát độ lệch để đảm bảo

độ tin cậy cao và có thể chọn lựa để cho quá trình điều khiển

1.3.15 Điều khiển tốc độ tuabin

Mỗi vòng điều khiển quản lý Tuabin sẽ duy trì tải đầu ra theo yêu cầu để giữ tần số không đổi Mỗi một máy phát điện phát ra công suất theo bộ phân phối phụ tải chung của máy

Tuabin có hệ thống điều khiển truyền động thủy lực (EHG) Hệ thống này được điều khiểu bởi bộ điều khiển phối hợp quá trình

3 Đặc điểm vòng điều khiển

Tín hiệu ra từ bộ điều khiển công suất thực MW (ở chế độ tại chỗ hay từ xa)

và trước giá trị đặt của bộ điều khiển áp suất tuabin (ở chế độ theo tuabin) sẽ là yêu cầu tín hiệu cho vị trí van tiết lưu (van này sẽ có đặc tính tuyến tính) Nếu xung ra được gửi đến bộ điều tốc điện thủy lực thì hệ thống DCS sẽ tuyên tính hóa đầu ra của bộ điều khiển bằng cách thêm vào đó mạch điều khiển nhị thứ tác động nhanh nhằm điều chỉnh vị trí của bộ điều tốc đến vị trí đã được tính trước dựa trên tỷ số áp suất vào/ra của van tiết lưu, tính toán mở van tiết lưu như là thông số phản hồi

Các đầu đo về áp suất tuabin và áp suất hơi nước phải đo theo cặp tại mỗi điểm đo, thực hiện tại nhiều điểm và thực hiện giám sát độ chênh lệch phục vụ cho quá trình đo lường điều khiển

Trang 34

1.3.16 Điều khiển bình ngưng/mức bình ngưng

Vòng điều khiển sẽ duy trì mức nước bình ngưng trong dài làm việc khi có các nhiễu loạn tạm thời gian hoặc khí tài thay đổi bằng việc điều khiển lượng nước ngưng quay vòng và các van của bộ cấp nước (RFW)

Bình ngưng được đặt nay sau hai tuabin áp thấp Hơi nước sẽ được ngưng thành nước tại bình ngưng Bình ngưng có hệ thống nước làm mát tuần hoàn, và hệ thống hút chân không làm hơi nước ngưng tụ nhanh chóng Sau đó, nước từ bình ngưng sẽ được hệ thống bơm tới các bình gia nhiệt hạ áp

3 Tính chất điều khiển

Nước ngưng quay vòng các van điều khiển sẽ làm việc phối hợp để duy trì mực nước bình ngưng ở giá trị đặt trong giới hạn làm việc

Các đầu đo mức nước bình ngưng, lưu lượng phải đo theo cặp tại mỗi điểm

đo và thực hiện giám sát độ lệch để đảm bảo độ tin cậy cao và có thể chọn lựa để quá trình điều khiển

1.3.17 Điều khiển mức nước bình thử khí

Vòng điều khiển làm nhiệm vụ duy trì mức nước trong bình khử khí trong giới hạn làm việc

Nước trong bình khử khí được cấp từ bình ngưng thông qua các bơm ngưng Các bơm này có thể hoạt động độc lập hoặc song song cùng nhau Dòng nước cấp được điều khiển bởi van cấp nước được đặt giữa bình ngưng hơi với các bình gia nhiệt hạ áp

Điều khiển mức nước bình khử khi được thực hiện bởi vòng điều khiển đơn tác động tới độ mở của van tùy theo sai lệch giữa áp suất đặt và mức nước bình chứa Tuy nhiên, tùy thuộc vào số lương các nhiễu loạn và yêu cầu điều khiển có thể dùng các vòng điều khiển tuyến tính hóa và bù trước (feedforward)

Trang 35

Hệ thống phải có các điều khiển logic để bảo vệ Tuabin chống cự lại xâm nhập của nước từ bình khử khí

Cung cấp các tin hiệu ưu tiên chuyển về chế độ bằng tay và bảo vệ đóng các van phải phù hợp với logic bảo vệ đầu vào cấp nước

Phải sử dụng nhiều bộ phát tín hiệu báo mức để tăng độ tin cậy đo lường, thực hiện giám sát độ lệch để đảm bảo độ tin cậy cao Các đo mức phải được bù sự thay đổi về mật độ theo nhiệt độ

5 Ghép nối

Tín hiệu dừng bơm cấp khi mức nước quá cao sẽ được gửi đi thông qua liên kết dữ liệu từ hệ thống ICMS và các dây dẫn tới bộ đóng cắt mạch lực

1.3.18 Điều khiển bộ hâm nước cấp thấp áp LP

Vòng điều khiển làm nhiệm vụ duy trì mức nước trong bộ hâm nước hạ áp trong giới hạn đóng của mức làm việc

1.3.19 Điều khiển bộ hâm nước cấp cao áp HP

Vòng điều khiển làm nhiệm vụ duy trì mức nước trong bộ gia nhiệt cao áp trong giới hạn đóng của mức nước làm việc

Hệ thống gia nhiệt cao áp bao gồm các bộ gia nhiệt cho nước cấp đặt nối tiếp nhau Nhiệt năng cấp cho các bộ gia nhiệt cao áp bởi hơi được trích ra từ Tuabin cao áp

Các bộ gia nhiệt cấp nước HP có hai đường dẫn khác nhau:

- Đường dẫn thường: là một đường dẫn xếp tầng tới bộ cấp nhiệt thấp hơn HP5 sẽ được nối tầng với bộ khử khí

- Đường dẫn khẩn cấp: là đường dẫn trực tiếp tới bộ ngưng hơi

Trong chế độ bình thường mức nước ở mỗi bộ gia nhiệt được điều khiển bởi việc điều chỉnh các van của đường dẫn phân tầng, lúc đó các van của đường dẫn khẩn cấp ở trạng thái đóng Nếu mực nước tăng quá giá trị đặt của chế độ bình

Trang 36

thường thì van trên đường dẫn khẩn cấp sẽ mở để hỗ trợ với các van phân tầng duy trì mức nước trong giới hạn làm việc

Trang bị các bộ đo mức tín hiệu để giám sát sự chênh lệch áp suất giữa các

bộ gia nhiệt cao áp và bình khử khí Bất cứ khi nào sự chênh lệch áp suất này là nhỏ hơn giá trị đặt thì phải dừng các van đường dẫn phân tầng và tác động van đường dẫn khẩn cấp để điều chỉnh mực nước

Các logic điều khiển sẽ bảo vệ Tuabin chống lại sự xâm nhập của nước từ các bình gia nhiệt cao áp Các bộ báo tín hiệu mức sẽ được lắp đặt trên các bình chứa để dò các mực nước bất thường, từ đó cung cấp các tín hiệu bảo vệ hệ thống

Hệ thống điều khiển số sẽ điều khiển các thao tác tuần tự, các van dẫn nước

và hệ thống gia nhiệt cao áp

Phải sử dụng nhiều bộ phát tín hiệu báo mức nước để tăng độ tin cậy đo lường, thực hiện giám sát độ lệch để đảm bảo độ tin cậy cao Các đo mức được bù

sự thay đổi về mật độ theo nhiệt độ

1.3.20 Vòng điều khiển hệ thống phụ cho Tuabin

Các vòng điều khiển sẽ cung cấp các điều khiển của hệ thống phụ thuộc Tuabin sau:

- Điều khiển nhiệt độ dầu bôi trơn của Tuabin chính

- Điều khiển áp suất hơi đầu Tuabin

- Điền khiển nhiệt hệ thống nước làm mát stato máy phát

- Điều khiển áp suất hệ thống nước làm mát stato máy phát

- Điều khiển nước DP bộ làm mát H2

- Điều khiển nhiệt độ khi H2 máy phát

- Điều khiển nhiệt độ dầu máy phát

2 Đo lượng quá trình

Các tín hiệu đo nhiệt độ, áp suất hơi Tuabin chính phải được nhân đôi để nâng cao độ tin cậy

1.3.21 Điều khiển mực nước bao hơi

Vòng điều khiển làm nhiệm vụ duy trì mức nước của bao hơi trong giới hạn đóng của mức nước làm việc bằng việc điều khiển tốc độ cấp nước của bơm Hệ thống tự động có thể đảm nhiệm toàn bộ các thao tác vận hành

Bộ cấp nước cho lò hơi là tổ hợp của 3 bơm điện, hoạt động phối hợp với nhau để điều khiển lượng nước cấp cho bao hơi

Trang 37

Tổng lượng nước cấp được điều chỉnh bởi lưu lượng ra của mỗi máy bơm do các bộ điều chỉnh tốc độ của mỗi máy bơm điều khiển

Sử dụng vòng điều khiển đơn để khởi động mỗi bơm cho tới khi đạt được lưu lượng hơi vượt quá 25% RO, sau đó hệ thống sẽ chuyển sang chế độ điều khiển 3 thành phần (3 bơm)

3.Tính chất vòng điều khiển

1 - Bộ điều khiển nước cấp

2 - Van điều khiển nước cấp

3 - Điểm đặt

4 - Bộ tiết kiệm

5 - Bao hơi

Hình 1.12: Điều khiển mức nước bao hơi

Điều khiển một thành phần: Ở chế độ này mức nước bao hơi là đầu vào để điều khiển mức nước bao hơi bằng cách điều khiển tốc độ bơm cấp nước Đầu ra của mỗi bơm sử dụng theo hệ thống phân tầng để nâng cao đáng kể chất lượng điều khiển trong quá trình khởi động

Điều khiển ba thành phần: Chế độ này hệ thống cấp nước được điều khiển bởi hệ thống điều khiển phân tầng sau

- Vòng điều khiển sơ cấp: Điều khiển mức sai lệch bao hơi

- Điều khiển feedfordward: Điều khiển theo lưu lượng hơi vượt trước

- Vòng điều khiển thứ cấp: Điều khiển lưu lượng tổng

- Vòng điều khiển thứ ba: Điều khiển lưu lượng mỗi bơm

Các giới hạn sẽ được tính toán theo thời gian thực, dùng cho các bộ điều khiển để đảm bảo các bơm hoạt động an toàn

Các lệnh ưu tiên cao sẽ được gửi tới các bơm khi các giới hạn đặt bị vượt qua

Trang 38

CHƯƠNG 2:

LỰA CHỌN GIẢI PHÁP, CẤU HÌNH HỆ THỐNG DCS

2.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển phân tán

Hệ thống điều khiển phân tán được viết tắt từ Distributed Control System (DCS) Hệ thống điều khiển phân tán là một giải pháp tổng thể cả phần cứng và phần mềm cho toàn quá trình công nghệ được phát triển từ các ứng dụng của ngành công nghiệp hóa chất Hệ thống DCS thường được phát triển theo hướng mở, khả năng tích hợp cao kể cả hệ thống PLC

Hình 2.1: Sơ đồ phân cấp hệ thống tự động hóa quá trình sản xuất

Thế mạnh của DCS là khả năng xử lý các tín hiệu tương tự, các chuỗi quá trình phức tạp, khả năng tích hợp dễ dàng Các hệ thống DCS ngày nay thường bao gồm các bộ điều khiển, mạng truyền thông và phần mềm hệ thống tích hợp Các hệ thống DCS có thể quản lý từ vài nghìn đến hàng chục nghìn điểm vào/ra Nhờ cấu trúc phần cứng và phần mềm, hệ DCS cho phép điều chỉnh đồng thời nhiều vòng điều khiển, điều khiển nhiều tầng và áp dụng các thuật toán điều khiển hiện đại

Hình 2.5: Mô hình cấu trúc hệ điều khiển phân tán

I/O

ĐIỀU KHIỂN KHU VỰC

I/O

ĐIỀU KHIỂN KHU VỰC

Hình 2.2: Mô hình cấu trúc hệ điều khiển phân tán

Trang 39

Về cấu trúc, hệ DCS thường có 4 cấp và thực hiện liên kết với một phần của cấp quản lý và điều hành sản xuất (MES - Manufacturing Execution System) thông qua hệ quản lý thông tin của MES

Cấp chấp hành - cảm biến

Cấp chấp hành cảm biến bao gồm các bộ phận vào/ra ghép nối với các sensor, các cơ cấu chấp hành, cấp này có chức năng kết nối với các tín hiệu vào/ra,

xử lý sơ bộ trước khi chuyển lên cấp điều khiển

Cấp chấp hành - cảm biến bao gồm các sensor đo lường, các PLC hoặc các máy tính công nghiệp điều khiển máy sản xuất hoặc công đoạn sản xuất độc lập

Cấp chấp hành bao gồm các giao diện sau:

- Giao diện kết nối trực tiếp với các tín hiệu vào ra tương tự như: áp suất, nhiệt độ, lưu lượng, … và các tín hiệu vào ra số, như các tín hiệu rơle, các tín hiệu liên động, …

- Giao diện bus trường: cho phép cấp trao đổi tín hiệu trực tiếp với các bộ điều khiển trên một đường truyền thông số duy nhất

- Giao diện kết nối với PLC: PLC có thể được nối vào hệ DCS thông qua các card truyền thông Các PLC được nối vào hệ DCS được gọi là các Subsystem

Cấp điều khiển

Cấp điều khiển bao gồm các bộ điều khiển FCS, là nơi thực hiện các chức năng điều khiển của một nhà máy Cấp điều khiển cũng cung cấp các chức năng truyền thông, cho phép giao tiếp với cả cấp chấp hành - cảm biến và cấp vận hành - giám sát chỉ huy Tín hiệu đo được từ cấp chấp hành - cảm biến sau khi được xử lý

sẽ được truyền lên cấp điều khiển Cấp điều khiển thực hiện các thuật toán điều khiển, sau đó truyền tín hiệu về các cơ cấu chấp hành thuộc cấp chấp hành - cảm biến Cấp điều khiển cũng có thể giao tiếp với các cấp điều khiển khác và giao tiếp với cấp giám sát - chỉ huy

Cấp vận hành - giám sát chỉ huy

Cấp vận hành, giám sát, chỉ huy bao gồm các trạm vận hành HIS (Human Interface System) Cấp này cung cấp các giao diện vận hành cho người vận hành, cho phép điều khiển, thay đổi các thông số của các cấp dưới Các đồ họa được xây dựng trực quan, sát với quá trình công nghệ, thuận lợi cho quá trình điều khiển

Cấp quản lý thông tin

Hệ thống quản lý thông tin là một phần trong cấp điều hành và quản lý sản xuất Hệ thống này bao gồm các OPC, các OPC này thực hiện các chức năng

- OPC Data Access: Cho phép trao đổi dữ dữ liệu thời gian thực từ DCS,

Trang 40

- OPC Data eXchange: Cho phép trao đổi giữa các máy chủ với nhau, chức

năng này cho phép trao đổi thông tin giữa các máy chủ của các hãng khác nhau Chức năng này cũng mở ra khả năng điều khiển, quản lý hệ thống từ xa

- Data Historical Data Acces: Chức năng này cho phép truy cập dữ liệu của

nhà máy đã được lưu trữ từ trước

- OPC Security: Chức năng này cho phép phân quyền giữa các máy trạm

khi truy cập vào máy chủ OPC Chức năng này rất quan trọng trong việc bảo mật dữ liệu nhà máy, đảm bảo dữ liệu được sử dụng đúng mục đích

2.2 Chức năng của hệ DCS

Chức năng của DCS được chia làm hai chức năng chính là chức năng điều khiển và chức năng giám sát

Chức năng điều khiển

Chức năng điều khiển là chức năng chính của hệ DCS, chức năng điều khiển được thực hiện tại các bộ điều khiển đặt tại các phòng điều khiển trung tâm hoặc tại các trạm điều khiển

Chức năng điều khiển có thể chia thành hai: một là chức năng điều khiển cơ bản, thực hiện các thuật toán điều chỉnh tự động, điều khiển tuần tự, điều khiển liên động hay các thuật toán điều chỉnh phức tạp khác, hai là chức năng truyền thông, trao đổi thông tin với các hệ thống phụ Subsystem

Chức năng vận hành và giám sát hệ thống

DCS cho phép biểu diễn toàn bộ các quá trình công nghệ của nhà máy cùng với các thông số thời gian thực trên các giao diện vận hành và giám sát DCS cũng cho phép biểu diễn các biến trên đồ thị Trend theo biến thời gian Ngoài ra còn các chức năng về cảnh báo nguy cơ, báo lỗi, báo động

PI (Plant Information: thông tin nhà máy)

OPC Server

Là các máy chủ sử dụng chuẩn OPC (OLE for Process Control) Hoạt động của các OPC Server cho phép các chương trình ứng dụng chạy trên các máy chủ các

Định dạng
Số trang	101
Dung lượng	3,21 MB