Nghiên cứu hệ thống điều khiển các thiết bị cấp nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt của lò hơi ở nhà máy nhiệt điện

Ở Việt Nam điện năng được sản xuất ở nhà máy nhiệt điện đốt than chiếm thị phần tới 35 tính tới ngày 31 5 2015 và dự kiến đến năm 2030 là 45 nối với lưới điện quốc gia theo thống kê của Cục Điều Tiết Điện Lực Bộ Công thương Nghiên cứu này được đề xuất nhằm đáp ứng nhu cầu thực tiển về vận hành bảo dưỡng và cải tiến trong nhà máy nhiệt điện đồng thời đưa ra biện pháp khắc phục sự cố tắc than tại vị trí giữa phểu than và máy cấp gây sự cố tăc máy nghiền có thể dừng lò đột ngột và ảnh hưởng tới sự tin cậy của lưới điện quốc gia Hệ thống điều khiển cấp nhiên liệu than nghiền là một trong những khâu quan trọng của hệ điều khiển lò hơi trong nhà máy nhiệt điện đóng vai trò trong tối ưu hóa quá trình cháy lò tăng hiệu suất lò và giảm chi phí sản xuất Trong luận văn sẽ giới thiệu tổng quan về nhà máy nhiệt điện đốt than các thiết bị đo và cơ cấu chấp hành sử dụng trong hệ thống cấp than nghiền Luận văn trình bày về các thuật toán điều khiển các thiết bị giải pháp khắc phục sự cố tắc than và mô phỏng các thao tác chạy dừng các thiết bị tăng tải giảm tải hệ thống mô phỏng sự cố và mô phỏng kết quả đạt được sau khi áp dụng giải pháp khắc phục sự cố

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẬU TRƯỜNG LÂM

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ CẤP NHIÊN LIỆU THAN NGHIỀN VÀO VÒI ĐỐT CỦA LÒ HƠI Ở NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

Đà Nẵng - Năm 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẬU TRƯỜNG LÂM

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ CẤP NHIÊN LIỆU THAN NGHIỀN VÀO VÒI ĐỐT CỦA LÒ HƠI Ở NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử

Mã số: 60.52.01.14

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: TS Lưu Đức Bình

Đà Nẵng - Năm 2017

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được công

bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác

Tác giả

Đậu Trường Lâm

NGHIỀN VÀO VÒI ĐỐT CỦA LÒ HƠI Ở NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

Học viên: Đậu Trường Lâm Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ điện tử

Mã số: 60520114 Khóa: 33 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt – Ở Việt Nam, điện năng được sản xuất ở nhà máy nhiệt điện đốt than chiếm thị

phần tới 35% tính tới ngày 31/5/2015 và dự kiến đến năm 2030 là 45% nối với lưới điện quốc gia (theo thống kê của Cục Điều Tiết Điện Lực- Bộ Công thương) Nghiên cứu này được đề xuất nhằm đáp ứng nhu cầu thực tiển về vận hành, bảo dưỡng và cải tiến trong nhà máy nhiệt điện, đồng thời đưa ra biện pháp khắc phục sự cố tắc than tại vị trí giữa phểu than và máy cấp gây sự cố tăc máy nghiền, có thể dừng lò đột ngột và ảnh hưởng tới sự tin cậy của lưới điện quốc gia Hệ thống điều khiển cấp nhiên liệu than nghiền là một trong những khâu quan trọng của hệ điều khiển lò hơi trong nhà máy nhiệt điện, đóng vai trò trong tối ưu hóa quá trình cháy lò, tăng hiệu suất lò và giảm chi phí sản xuất Trong luận văn sẽ giới thiệu tổng quan về nhà máy nhiệt điện đốt than, các thiết bị đo và

cơ cấu chấp hành sử dụng trong hệ thống cấp than nghiền Luận văn trình bày về các thuật toán điều khiển các thiết bị, giải pháp khắc phục sự cố tắc than và mô phỏng các thao tác chạy, dừng các thiết

bị, tăng tải, giảm tải hệ thống, mô phỏng sự cố và mô phỏng kết quả đạt được sau khi áp dụng giải pháp khắc phục sự cố

Từ khóa - Hệ thống điều khiển cấp nhiên liệu than nghiền; giải pháp khắc phục sự cố tắc

than (2 từ khóa)

RESEARCH OF CONTROL SYSTEM FOR A PULVERIZED COAL BOILER IN

COAL-FIRED POWER PLANT Abstract - Summary - In Vietnam, electricity generated at coal-fired power plants accounts

for 35% of market share as on May 31, 2015, and will be targeted 45% to reach the national grid by

2030 (Referred to Statistics of the Electricity Regulatory Bureau - Ministry of Industry and Trade) This research has been proposed to meet the practical needs of operation, maintenance and improvement in coal-fired power plants, and to take measures to overcome the clogging accident at the location between the raw coal bunker and the Coal feeder The malfunctioning of the mills can stop the furnace suddenly and affect the reliability of the national grid

The control system for a pulverized coal boiler is one of the most important steps of the boiler control system in a coal-fired power plant, which plays a role in optimizing the burning process, increasing the efficiency of burning and reducing the cost of production

The thesis will introduce an overview of coal-fired power plants, measuring devices and actuators used in pulverized coal boiler systems The thesis presents the algorithms that control the devices, the solution of the clogging of coal problem and simulation of the running, stopping of the equipment, the increase of the load, the reduction of the system load, the simulation of the fault and the simulation The results obtained after applying the solution to resolve the problem

Keywords - The control system for a pulverized coal boiler; the solution of the clogging of

coal problem (2 keywords)

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2

6 Cấu trúc luận văn 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 4

1.1 Giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện 4

1.2 Hệ thống cấp than nghiền vào vòi đốt của lò hơi 7

1.3 Thiết bị trường 9

1.3.1 Thiết bị đo 9

1.3.2 Tấm chắn (Damper) 10

1.3.3 Máy cấp than 11

1.3.4 Máy nghiền 13

CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 18

2.1.Cơ sở lý thuyết 18

2.1.1 Bộ điều khiển PID 18

2.1.2 Chọn bộ điều khiển PID 19

2.1.3 Chỉnh định bộ điều khiển PID 20

2.2.Vòng điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi đốt của lò hơi 21

2.2.1 Lưu đồ P&ID cho điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi đốt của lò hơi 24

2.2.2 Thuật toán điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi đốt của lò hơi 24

2.3 Vòng điều khiển mức than trong thùng nghiền của máy nghiền 25

2.3.1 Lưu đồ P&ID cho điều khiển mức than trong thùng nghiền của máy nghiền 25

2.3.2 Thuật toán điều khiển mức than trong thùng nghiền của máy nghiền 26

CHƯƠNG 3 LẬP TRÌNH VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ CẤP THAN NGHIỀN 28

3.1 Giới thiệu về phần mềm DCS Centum VP của hãng Yokogawa 28

3.2 Mô phỏng hệ thống điều khiển các thiết bị cấp than nghiền 28

CHƯƠNG 4 GIẢI PHÁP XỬ LÝ HIỆN TƯỢNG TẮC THAN TỪ PHỂU THAN XUỐNG MÁY CẤP THAN GÂY DỪNG MÁY NGHIỀN 39

4.1 Vấn đề tắc than và ảnh hưởng tới sự làm việc của tổ máy 39

4.2.1 Thuật toán giải pháp điều khiển xử lý sự cố tắc than 42

4.2.2 Mô phỏng chương trình xử lý sự cố tắc than 46

4.2.3 Hiệu quả của giải pháp xử lý sự cố tắc than 57

KẾT LUẬN VÀ TRIỂN VỌNG 58 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (Bản sao)

1 Danh mục các ký hiệu

P&ID Piping and Instrumentation Diagram

DCS Distributed Control System

CPU Central Processing Unit

PC Personal Computer

FCS Field Control Station

FCU Field Control Unit

FIO Field Network Input Output

Số hiệu

2.1 Bảng tính giá trị K p, K i, K d theo ZN-1 20 2.2 Bảng tính giá trị K p, K i, K d theo ZN-2 21

1.7 Cách đấu nối thiết bị đo chênh áp với hệ thống điều khiển 10 1.8 Cơ cấu điều khiển lưu lượng gió bằng tấm chắn 10

1.10 Đường đặc tính tấm chắn [5,tr.211] 11

1.12 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển máy cấp 12 1.13 Mạch cầu Wheatstone tính tải trọng 13 1.14 Máy nghiền loại tiêu hao của hãng Riley Stocker 14

1.15 Máy nghiền kiểu con lăn và Máy nghiền kiểu bi và vòng ổ bi của

2.8 Lưu đồ P&ID cho điều khiển mức than trong thùng nghiền của

2.9 Thuật toán điều khiển mức than trong thùng nghiền của máy nghiền 27 3.1 Tổng quan hệ thống điều khiển DCS Yokogawa của nhà máy nhiệt

hình

3.3 Mô phỏng Graphic hệ thống than nghiền 31 3.4 Graphic dừng máy nghiền do sự cố 32 3.5 Đồ thị đáp ứng của vòng điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi

3.6 Đồ thị đáp ứng của vòng điều khiển mức máy nghiền khi giảm tải 35 3.7 Đồ thị đáp ứng của vòng điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi

3.8 Đồ thị đáp ứng của vòng điều khiển mức máy nghiền khi tăng tải 38

4.2 Tổng lưu lượng than vào và yêu cầu vào lò hơi 41 4.3 Tổng lưu lượng than vào và ra máy nghiền 42 4.4 Thuật toán xác định tắc than máy cấp A1 43 4.5 Thuật toán xác định tắc than máy cấp A2 43 4.6 Thuật toán giảm lưu lượng than nghiền của máy nghiền A đi vào

vòi đốt của lò khi tắc than từ phểu xuống máy cấp 44

4.7 Thuật toán điều khiển mức than nghiền của máy nghiền A khi tắc

4.8 Màn hình dừng đột ngột hệ thống khi tắc than 47

4.9 Đồ thị đáp ứng của mức than máy nghiền vào vòi đốt khi xãy ra

tắc than máy cấp gây dừng đột ngột máy nghiền 48

4.10 Đồ thị đáp ứng của lưu lượng than nghiền vào vòi đốt khi xãy ra

tắc than máy cấp gây dừng đột ngột máy nghiền 49 4.11 Màn hình xuất hiện cảnh báo khi tắc than 51

4.12 Đồ thị đáp ứng của lưu lượng than nghiền khi xãy ra tắc than máy

4.13 Đồ thị đáp ứng của mức than khi xãy ra tắc than máy cấp A1 53

4.14 Đồ thị đáp ứng của lưu lượng than nghiền vào vòi đốt khi xãy ra

4.15 Đồ thị đáp ứng của mức than trong máy nghiền khi xãy ra tắc than

Công nghệ sản xuất điện năng ở nhà máy nhiệt điện đốt than là quá trình phức tạp đòi hỏi độ tin cậy và tính ổn định cao Nên các nhà máy phải có mức độ tự động hóa rất cao với hệ thống điều khiển DCS mới nhất của các hãng nổi tiếng: Yokogawa, ABB, Siemens, Honeywell Điều đó đòi hỏi những người kỹ sư vận hành, bảo trì, bảo dưỡng phải có kiến thức chuyên môn cao để vận hành tốt nhà máy và trong quá trình vận hành đưa ra các cải tiến kỹ thuật nâng cao chất lượng làm việc của nhà máy Việc nghiên cứu hệ thống điều khiển lò hơi là một yêu cầu cần thiết trong nhà máy nhiệt điện Trong đó hệ thống điều khiển cấp nhiên liệu than nghiền là một trong những khâu quan trọng của hệ điều khiển lò hơi, đóng vai trò trong tối ưu hóa quá trình cháy lò, tăng hiệu suất lò và giảm chi phí sản xuất

Trong quá trình vận hành tại nhà máy hay xãy ra tắc than từ phểu than xuống máy cấp than do than xấu, than có cục to gây dừng máy nghiền, có thể gây dừng tổ máy, cần phải đưa ra giải pháp để giải quyết vấn đề

Để đáp ứng nhu cầu thực tiễn sản xuất, cải tiến kỹ thuật tại nhà máy nhiệt điện, người nghiên cứu đề xuất đề tài “Nghiên cứu hệ thống điều khiển các thiết bị cấp nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt của lò hơi ở nhà máy nhiệt điện”

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu hệ thống điều khiển các thiết bị cấp nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt của lò hơi ở nhà máy nhiệt điện phục vụ cho quá trình khai thác vận hành và chuẩn đoán khắc phục sự cố, bảo trì bảo dưỡng hệ thống

- Xây dựng thuật toán điều khiển các thiết bị cấp nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt của lò hơi ở nhà máy nhiệt điện

- Lập trình và mô phỏng với phần mềm trên máy tính

- Đưa ra giải pháp điều khiển xử lý vấn đề trong qua trình vận hành hệ thống, than cấp vào bị ướt, hoặc kích thước than có những cục than to, gây hiện tượng tắc than từ phểu than xuống máy cấp than gây dừng (trip) máy nghiền do sự cố

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu

- Các thiết bị hệ thống cấp nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt của lò hơi ở nhà máy nhiệt điện đốt than gồm có thiết bị đo, van, máy cấp và máy nghiền

- Hệ thống điều khiển DCS Centum VP Yokogawa

- Các cấu trúc, thuật toán điều khiển Than cấp cho lò hơi được cấp phểu than đổ xuống máy cấp vào máy nghiền rồi được gió cấp 1 thổi vào vòi đốt của lò Điều khiển nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt gồm những vòng điều khiển chính:

 Vòng điều khiển mức than trong thùng nghiền của máy nghiền

 Vòng điều khiển lưu lượng than nghiền đi vào vòi đốt của lò hơi

- Sự cố tắc than từ phểu than xuống máy cấp than gây dừng máy nghiền do sự cố

Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu hệ thống điều khiển các thiết bị cấp nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt của lò hơi ở nhà máy nhiệt điện bao gồm:

- Giới thiệu về các thiết bị chấp hành thiết bị đo, van, máy nghiền và máy cấp

- Nghiên cứu về các lưu đồ P&ID và thuật toán điều khiển

- Hệ thống điều khiển DCS Centum VP Yokogawa

- Đưa ra giải pháp xử lý hiện tượng tắc than từ phểu than xuống máy cấp than gây dừng máy nghiền

4 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực tế tại nhà máy nhiệt điện

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học

Đề tài nghiên cứu nguyên lý làm việc và cấu tạo các thiết bị cấp than nghiền vào vòi đốt nhà máy nhiệt điện, lý thuyết về phần mềm điều khiển DCS Centum VP Yokogawa, bộ điều khiển PID và khả năng ứng dụng điều khiển DCS, bộ điều khiển PID cho điều khiển hệ thống thiết bị cấp than nghiền vào vòi đốt nhà máy nhiệt điện

6 Cấu trúc luận văn

Đề tài được trình bày trong 4 chương, phần mở đầu và kết luận

- Phần mở đầu: giới thiệu về lý do chọn đề tài, mục đích nghiên cứu, đối tượng

và phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài, cấu trúc của luận văn

- Chương 1: giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện và cơ cấu chấp hành

- Chương 2: giới thiệu về lý thuyết điều khiển, bộ điều khiển PID, lưu đồ P&ID, thuật toán điều khiển các vòng điều khiển trong hệ thống điều khiển than nghiền

- Chương 3: lập trình và mô phỏng hệ thống điều khiển

- Chương 4: trình bày sự cố tắc than từ máy cấp than xuống máy nghiền và đưa

ra giải pháp điều khiển khắc phục sự cố

- Phần kết luận và triển vọng: trình bày kết quả mô phỏng, áp dụng thực tế và hướng phát triển đề tài

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

1.1 Giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện

Hiện nay các nhà máy nhiệt điện hiện đại thường có hai tổ máy, mỗi tổ máy gồm

1 lò hơi,1 tuabine, 1 máy phát với công suất 2x300 MW, 2x600 MW…

Sơ đồ công nghệ nhà máy nhiệt điện như hình dưới đây

Hình 1.1 Các hệ thống trong nhà máy nhiệt điện

Than được vận chuyển theo đường biển, bốc dỡ ở cảng than rồi đưa lên hệ thống vận chuyển than cấp vào máy nghiền, than nghiền mịn sau máy nghiền được gió cấp 1 vận chuyển và thổi vào các vòi đốt của buồng lửa, gió cấp 2 được quạt gió cấp 2 (FDF) thổi vào buồng đốt cho quá trình cháy của lò Sản phẩm cháy sinh nhiệt, khói và tro xỉ

Hình 1.2 Chu trình nhiệt trong nhà máy nhiệt điện

Tro xỉ được làm nguội trong phễu tro lạnh, đông đặc thải ra ngoài dưới dạng xỉ khô Những hạt tro xỉ bị cuốn theo dòng khói đi qua bộ khử bụi ESP bị tách ra và giữ lại, chỉ còn khói thải được xử lý tại FGD và ra ngoài theo đường ống khói

Nước cấp từ bộ hâm, được gia nhiệt rồi đưa vào bao hơi Sau đó nước sẽ đi xuống theo các ống xuống, qua ống góp dưới rồi đi lên theo dàn ống sinh hơi nhận nhiệt, trong các dàn ống này nước nhận nhiệt từ quá trình đốt trong buồng đốt biến thành hơi tạo thành hỗn hợp nước và hơi, rồi lại trở về bao hơi Ở đây, hơi được tách ra thành hơi bão hoà 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 Hơi bão hòa được dẫn qua các bộ quá nhiệt thành hơi quá nhiệt, đảm bảo ở nhiệt độ (538C), áp suất (16,67 MPa) vào tuabin cao áp để sinh công lần thứ nhất Sau đó lại được đưa vào

bộ gia nhiệt rồi lại tiếp tục được đưa vào tuabin trung áp (t = 538C, p = 40,11 MPa) để sinh công lần thứ 2 Từ tuabin trung áp hơi được dẫn thẳng tới 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 (CCCW), làm hơi được ngưng tụ Sau đó nước từ bình ngưng sẽ được hệ thống bơm ngưng, bơm tới các bình gia nhiệt hạ áp LP1, LP2, LP3 Tại đây nước sẽ được làm 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 có lẫn trong nước Qua

hệ thống bơm cấp, nước được tiếp tục đưa tới các bình gia nhiệt cao áp HP5, HP6, HP7 sẽ tiếp tục được nâng nhiệt độ bởi hơi trích ra từ các tuabin cao áp rồi đưa tới

bộ hâm

Hơi bão hòa vào tuabin, làm quay turbine Turbine làm quay máy phát và được kích thích bởi dòng điện kích từ sẽ sản sinh ra điện Điện áp phát ra đầu cực máy phát điện sẽ được đưa vào biến áp đưa lên mức điện áp thích hợp rồi đấu nối vào lưới điện quốc gia tại trạm điện

Nhà máy nhiệt điện thực hiện quá trình chuyển nhiệt năng từ quá trình đốt nhiên liệu với môi trường truyền dẫn là hơi nước và biến thành cơ năng tại turbine (quay turbine và máy phát) Cơ năng biến thành năng lượng điện trong máy phát

1.2 Hệ thống cấp than nghiền vào vòi đốt của lò hơi

Hình 1.3 Hệ thống cấp than nghiền

Than là nguyên liệu sử dụng chính cho quá trình cháy trong lò hơi nhà máy nhiệt điện chạy than Than được nghiền trước khi thổi vào buồng đốt và phải đảm bảo các tiêu chuẩn đặt ra để quá trình cháy là tối ưu:

- Độ ẩm của than

- Tro chứa trong than

- Nhiệt trị của than

- Độ mịn của than

Một hệ thống than nghiền được minh họa trong hình 1.3 Đây là hệ thống hiện nay được dùng rất phổ biến Phụ thuộc vào loại máy nghiền được sử dụng, mỗi máy nghiền sẽ cấp than cho một số vòi đốt nhất định

Một hệ thống cấp nhiên liệu than nghiền gồm các phần tử sau:

- Máy cấp than (Coal feeder)

- Máy nghiền và bộ phân ly (Pulverizer and classifier)

- Gió cấp 1 vận chuyển than vào vòi đốt

Than thô được vận chuyển bằng tàu biển, được bốc dỡ bởi cẩu trục (Ship unloading) Than được hệ thống băng tải (Coal conveyor system) vận chuyển vào kho than Than trong kho được đồng nhất bởi máy đánh đống và phá đống, sau đó theo băng tải đưa vào phểu than của máy cấp than

Máy cấp than cấp than vào thùng nghiền máy đảm bảo than trong thùng nghiền luôn ở một mức cố định đặt trước Than sẽ được máy nghiền nghiền mịn trong thùng nghiền Kích thước than đạt yêu cầu cỡ vài µm Than sau khi nghiền sẽ đi qua bộ phân

ly của máy nghiền đảm bảo đạt độ mịn yêu cầu trước khi đi vào vòi đốt Quạt gió cấp

1 PAF (Primary air fan) cung cấp gió cấp 1, đi theo 2 đường ống, 1 đường đi thẳng gọi

là đường gió lạnh và 1 đường đi qua hệ thống gia nhiệt (Airheater) gọi là đường gió nóng Sau đó gió từ 2 đường được điều chỉnh lưu lượng thích hợp đi chung vào một đường đảm bảo nhiệt độ yêu cầu và đi vào máy nghiền Than nghiền mịn từ máy nghiền sẽ được gió vận chuyển tới vòi đốt của lò hơi

Hình 1.4 Vị trí lắp đặt hệ thống cấp than nghiền

Hình 1.5 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điều khiển phản hồi

Sau đây giới thiệu về các thiết bị đo, thiết bị chấp hành thường được sử dụng trong hệ thống điều khiển điều khiển nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt

1.3.1 Thiết bị đo

Một thiết bị đo quá trình có nhiệm vụ cung cấp thông tin về diễn biến của quá trình kỹ thuật và cho đầu ra là một tín hiệu chuẩn Cấu trúc cơ bản của một thiết bị đo quá trình được minh hoạ như trên hình 1.6 Thành phần cốt lỏi của thiết bị đo là cảm biến Cảm biến (Sensor) có chức năng biến đổi một đại lượng vật lý (nhiệt độ, áp suất, mức, lưu lương…) sang tín hiệu điện hoặc khí nén Tín hiệu từ cảm biến sẽ được khuếch đại, chuyển đổi, lọc nhiểu và điều chỉnh dải, bù sai lệch và tuyến tính hóa bởi

bộ chuyển đổ chuẩn đo chuẩn (Transmitter) Đầu ra của bộ transmitter thường là tín hiệu điện 4-20mA

Hình 1.6 Cấu trúc một thiết bị đo

Nhà máy nhiệt điện thường sử dụng loại thiết bị đo có cảm biến đo áp suất, lưu lượng và mức của môi chất (khí, gió và chất lỏng) theo phương pháp chênh áp như dòng EJX, EJA của Yokogawa, dòng 3051 của Rosemount, dòng SITRANS P DS III của Siemens … Để đo nhiệt độ thông thường sử dụng các thiết bị đo loại RTD (Resistance Temperature Detectors) hoặc cặp nhiệt TC (Thermocouples)

Kết nối giữa thiết bị đo và hệ thống điều khiển

Hình 1.7 Cách đấu nối thiết bị đo chênh áp với hệ thống điều khiển

1.3.2 Tấm chắn (Damper)

Để điều khiển lưu lượng gió cấp vào máy nghiền người ta sẽ dùng cơ cấu điều khiển tấm chắn có gồm các thành phần tấm chắn và bộ điều khiên tấm chắn bộ điều khiển tấm chắn gồm một bộ điều khiển vị trí (Positioner) như bộ điều khiển sipart của Siemens, TZID của ABB, DVC6200 của Fisher… với các cơ cấu khí nén, thủy lực xi lanh-piston hoặc động cơ Độ mở của tấm chắn tỉ lệ với tín hiệu đặt xuống bộ điều khiển với tín hiệu điều khiển 4-20 mA

Hình 1.8 Cơ cấu điều khiển lưu lượng gió bằng tấm chắn

Hình 1.9 Bộ điều khiển van Auma

Hình 1.10 Đường đặc tính tấm chắn [5,tr.211]

1.3.3 Máy cấp than

Nguyên lý: Động cơ dẫn động máy cấp than nguyên có thể thay đổi tốc độ bằng

bộ biến tần và điều chỉnh tải theo sự thay đổi mức than của máy nghiền khi yêu cầu tải tăng lên thì tốc độ máy cấp phải điều chỉnh tăng lên để đáp ứng lượng than yêu cầu

Có 2 loại máy cấp than, máy cấp than thể tích và máy cấp than trọng lượng

Máy cấp than thể tích (Volummetric feeder) là loại lượng than cấp tới máy nghiền được xác định bởi thể tích than Khi tốc độ cấp tăng lên thì thể tích than được cấp tăng lên Nhược điểm của loại này là khi trọng lượng than thay đổi thì cùng một thể tích xác định thì khối lượng than cấp vào máy nghiền thay đổi là thay đổi năng lượng hóa năng đưa vào buồng đốt

Máy cấp than trọng lượng (Gravimetric feeder) là loại lượng than cấp tới máy nghiền đựa trên khối lượng than cấp khi trọng lượng than thay đổi thì thiết bị trọng lượng sẽ điều chỉnh vị trí thạnh điều chỉnh vị trí của thanh điều chỉnh mức than để duy trì mức than chuẩn Ưu điểm chính của máy cấp than trọng lượng so với máy câp than thể tích là nó bù được sự thay đổi về độ ẩm của than

Hiện nay các nhà máy nhiệt điện đều sử dụng loại máy cấp than trọng lượng của các hãng như Stock Equipment Company, Schenck process, Siemens…

Hình 1.11 Máy cấp than

Hình 1.12 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển máy cấp

Loadcell dung để đo tải trọng của than trên băng tải Loadcell gồm các điện trở R1, R2,R4 và Strain gauge RT kết nối thành một cầu điện trở Wheatstone Điện trở Strain gauge có đặc tính là khi loadcell bị tải trọng tác động lên làm điện trở Strain gauge biến dạng và gây rat thay đổi điện trở, dẫn tới điện áp đầu ra thay đổi

Hình 1.13 Mạch cầu Wheatstone tính tải trọng

Bộ encorder dùng để đo tốc độ của băng tải nhờ một máy phát xung đặt tại trục động cơ Số xung phát ra tỉ lệ với tốc độ của động cơ Để điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần Các tín hiệu tốc độ động cơ từ encorder, loadcell, yêu cầu đặt tải sẽ được đưa vào bộ điều khiển của máy cấp than (sử dụng thuật toán PID) thay đổi tốc độ động cơ bằng cách xuất tín hiệu điều khiển tới bộ biến tần

- Phương pháp tiêu hao: than được mài xát và cọ xát trong máy nghiền Kích thước than nhỏ dần và đi qua bộ phận phân ly của máy nghiền

- Phương pháp ép nhỏ: than được nghiền nhỏ giữa trục cán và một mặt phẵng Khi bề mặt tiếp xúc nhẵn thì than sẽ được nghiền nhỏ hơn và ngược lại

Có ba loại máy nghiền sử dụng trong nhà máy nhiệt điện:

Máy nghiền dạng tiêu hao là loại máy nghiền nghiền than theo phương pháp

tiêu hao và có tốc độ cao, được sử dụng ở những ứng dụng nhỏ Nó có ưu điểm là tiêu thụ điện năng lớn, chi phí bảo dưỡng cao và yêu cầu kiểm tra hàng năm

Hình 1.14 Máy nghiền loại tiêu hao của hãng Riley Stocker

Máy nghiền kiểu thẵng đứng (Vertical spindle mill) Có hai loại là máy nghiền

kiểu con lăn (Troller mill) và máy nghiền kiểu bi và vòng ổ bi (Ball and race mill) Đây là loại máy nghiền nghiền than theo phương pháp ép nhỏ Loại máy nghiền kiểu con lăn chiếm ưu thế vượt trội và được mong đợi sẽ sử dụng nhiều tại các nhà máy nhiệt điện lớn trong tương lai Loại này chi phi bảo dưỡng trung bình hoặc hơn và công suất thấp Cần thay thế bề mặt mài mòn của con lăn tần số từ 2-5 năm phụ thuộc vào đặc tính của than Xem hình 3.15 Loại máy nghiền kiểu bi và vòng ổ bi được sử dụng cho các ứng dụng loại nhỏ Xem hình 3.15

Hình 1.15 Máy nghiền kiểu con lăn và Máy nghiền kiểu bi và vòng ổ bi của hãng

Babcook & Wincox

Máy nghiền bi: Đây là loại máy nghiền tốc độ thấp được sử dụng phổ biến ở các

nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam Ưu điểm là chi phí bảo dưỡng thấp, công suất lớn Chu kỳ thay thế các bộ phận mài mòn là 10-15 năm, thay thế bi vài lần/năm Thùng nghiền của máy nghiền bi sẽ được nạp rất nhiều loại bi kích cỡ khác nhau, bi chuyển động trong thùng nghiền bởi lực ly tâm Than sẽ được nghiền nhỏ theo phương pháp

va chạm Máy nghiền các hãng Foster wheeler corperation, Babcook & Wincox, Asea Brown Boverni, Gebr-Pfeiffer…

Hinh 1.16 Máy nghiền bi

Hình 1.17 Mức máy nghiền

Hình 1.18 Đường đặc tính bộ đo mức và mức than trong thùng nghiền

Bộ phận phân ly: Than sau khi được nghiền trong máy nghiền được hỗn hợp gió

nóng và lạnh vận chuyển ra khỏi máy nghiền tới bộ phân ly Bộ phân ly sẽ loại bỏ than

có kích thước lớn ra khỏi than mịn trước khi cấp vào vòi đốt Than có kích thước lớn

sẽ quay trở về máy nghiền để nghiền lại Bộ phân ly làm việc theo kiểu ly tâm sẽ đập vào các màng lọc gồm các lỗ nhỏ, các hạt than lớn bị giữ lại, rơi xuống lại máy nghiền

và các hạt than nhỏ sẽ được đi qua Có hai loại phân ly:

Phân ly động: có hai thanh chuyển động nhanh gắn trên một trục xoay tròn Than

có kích thước lớn sẽ chuyển động chậm hơn hơn chuyển động hai thanh nên chúng bị cản lại, sự va chạm tạo ra lực cản đẩy than to quay lại máy nghiền Than có kích thước nhỏ sẽ đi qua

Phân ly tĩnh: Hiện nay loại này thường được sử dụng Hệ thống có các cánh bộ phân ly có thể điều chỉnh được góc mở Độ mịn của than sẽ do góc mở cánh bộ phân

ly điều chỉnh Than có kích thước lớn sẽ bị cản lại và trở về thùng nghiền, than có kích thước đạt yêu cầu sẽ được đi qua

Hình 1.19 Bộ phân ly

CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN

2.1 Cơ sở lý thuyết

2.1.1 Bộ điều khiển PID

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển PID

PID (Proportional-Integral-Derivative) là bộ điều khiển bao gồm khâu khuyếch đại (P), khâu tích phân (I) và khâu vi phân (D)

- Thuật toán PID được biểu diễn trên miền thời gian như sau:

dt

t de K dt t e K t e K t

Xét ảnh hưởng của ba tham số ta thấy:

- Khi K d = 0 và K i = 0 quy luật PID trở thành quy luật P

- Khi K d= 0 quy luật PID trở thành quy luật PI

- Khi K i= 0 quy luật PID trở thành quy luật PD

PID là một tập thể hoàn hảo gồm 3 tính cách khác nhau:

- Phục tùng và thực hiện chính xác nhiệm vụ được giao (tỉ lệ P)

- Làm việc có tích lũy kinh nghiệm để thực hiện tốt nhiệm vụ (I)

- Luôn có sáng kiến và phản ứng nhanh nhậy với sự thay đổi tình huống trong quá trình thực hiện nhiệm vụ (vi phân D)

- Bộ điều khiển PID được sử dụng rộng rãi để điều khiển đối tượng SISO theo nguyên tắc sai lệch Từ hơn sáu thập kỷ nay, PID là bộ điều khiển thông dụng nhất trong các hệ thống điều khiển quá trình bởi các lý do sau đây:

- Cấu trúc và nguyên lý hoạt động đơn giản, dễ hiểu và dễ sử dụng đối với những người làm thực tế

- Có rất nhiều phương pháp và công cụ mạnh hỗ trợ chỉnh định các tham số của

bộ điều khiển

- Các luật điều khiển P, PI và PID thích hợp cho một phần lớn các quá trình công nghiệp Nhiều báo cáo đã đưa ra các con số thống kê rằng hơn 90% bài toán điều khiển quá trình công nghiệp được giải quyết với các bộ điều khiển PID, trong số đó khoảng trên 90% thực hiện luật PI, 5% thực hiện luật P thuần tuý và 3% thực hiện luật PID đầy đủ, còn lại là những dạng dẫn suất khác

- Ưu điểm của quy luật PID là tốc độ tác động nhanh và có khả năng triệt tiêu sai lệch tĩnh Về tốc độ tác động, quy luật PID còn có thể nhanh hơn cả quy luật tỷ lệ Điều đó phụ thuộc vào thông số K i, K d

2.1.2 Chọn bộ điều khiển PID

Nếu như quá trình có đặc tính của một khâu bậc hai và hằng số thời gian của một khâu tương đối nhỏ Một trường hợp tiêu biểu là bài toán điều khiển nhiệt độ với một hàng số thời gian của quá trình truyền nhiệt và một hằng số thời gian của cảm biến Thành phần D đặc biệt có tác dụng khi hai hằng số thời gian khác nhau nhiều Lưu ý rằng tác động vi phân rất nhạy cảm với nhiễu đo, vì thế nên hạn chế sử dụng nếu không có biện pháp lọc nhiễu thích hợp Đối với các bài toán điều khiển quá trình thông dụng, ta có thể lựa chọn kiểu bộ điều khiển dựa trên các chỉ dẫn đơn giản sau:

- Vòng điều khiển lưu lượng: Quá trình và cảm biến lưu lượng đều khá nhanh và thời gian trễ rất nhỏ, đặc tính động học của đối tượng phụ thuộc chủ yếu vào van điều khiển Vì thế, ta hầu như chỉ cần sử dụng luật PI Phép đo lưu lượng chịu ảnh hưởng nhiều của nhiễu cao tần, vì thế ta không nên sử dụng thành phần vi phân

- Vòng điều khiển mức: Đặc tính động học của cảm biến và của thiết bị chấp hành rất nhanh so với quá trình Quá trình có đặc tính tích phân nên sử dụng luật P cho điều khiển lỏng và luật PI cho điều khiển chặt Thành phần vi phân ít khi được sử dụng bởi thực sự không cần thiết, hơn nữa phép đo mức thường bị ảnh hưởng của nhiễu rất mạnh

- Vòng điều khiển áp suất chất khí: Quá trình và cảm biến nói chung đều nhanh hơn thiết bị chấp hành Quá trình cũng có đặc tính tích phân tương tự như bài toán điều khiển mức, tuy nhiên yêu cầu cao hơn về độ chính xác vì lý do an toàn Luật PI được

sử dụng là chủ yếu, trong đó thành phần tích phân được đặt tương đối nhỏ

- Vòng điều khiển nhiệt độ: Đặc tính động học của quá trình và của cảm biến nhiệt độ thường chậm hơn của thiết bị chấp hành Đối với một số bài toán quá trình còn có thể có đặc tính dao động hoặc thậm chí không ổn định Phép đo nhiệt độ chậm nhưng thường ít chịu ảnh hưởng của nhiễu Vì thế, ta nên sử dụng luật PID để cải thiện tốc độ đáp ứng, đồng thời giúp ổn định hệ thống dễ dàng hơn

2.1.3 Chỉnh định bộ điều khiển PID

Có rất nhiều phương pháp chỉnh định (Tunning) hệ số K p, K i, K d của bộ PID Các phương pháp tunning thường dùng sau đây:

- Phương pháp sử dụng các công cụ của phần mềm: Rất nhiều các phần mềm lập trình chương trình điều khiển đều tích hợp sẵn các công cụ chỉnh định các hệ số PID Như trong Centum VP có Self-Tuning PID Controller Block (PID-STC)…

- Chuyển hệ thống sang chế độ điều khiển tự động với bộ điều khiển P Đặt hệ số khuếch đại kc tương đối bé

- Tăng dần kc cho tới trạng thái dao động điều hòa => hệ số khuếch đại tới hạn (ku) và chu kỳ dao động tới hạn (Tu)

- Chọ các hệ số K p, K i, K d của bộ PID theo bảng sau:

2.2 Vòng điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi đốt của lò hơi

Điều khiển nhiên liệu than nghiền vào buồng đốt là một trong những vòng điều khiển quan trọng bậc nhất của lò hơi, nó sẽ đảm bảo cân bằng giữa năng lượng đầu vào

và đầu ra Công suất phát điện của của tổ máy tỉ lệ với lưu lượng và áp suất hơi quá nhiệt đưa vào turbine Điều khiển công suất của tổ máy chính là điều khiển lưu lượng và

áp suất hơi vào turbine Lưu lượng hơi quá nhiệt vào turbine có thể được đo khá chính xác tại đầu vào turbine hoặc tầng cánh thứ nhất của turbine Sản lượng hơi sinh ra phụ thuộc vào nhiệt năng cung cấp cho nước Nhiệt năng cung cấp cho nước càng lớn thì lương hơi sinh ra càng nhiều và ngược lại Do vậy sản lượng hơi sinh ra phụ thuộc vào quá trình cháy của lò hơi, tức là phụ thuộc vào lượng nhiên liệu, gió đưa vào lò cho quá trình cháy và lượng nước cấp từ bơm cấp lên bao hơi Mặt khác lưu lượng hơi là đại lượng có quan hệ chặt chẽ với áp suất hơi, mỗi thay đổi của lưu lượng hơi đều dẫn tới sự thay đổi của áp suất hơi Khi có sự thay đổi về lưu lượng hơi đáp ứng yêu cầu tải thì yêu cầu đặt ra với hệ thống điều khiển là phải giữ cho áp suất hơi không đổi

NướcNhiên liệu

Như vậy lưu lượng hơi và các thông số như lưu lượng nhiên liệu, lưu lượng nước cấp vào bao hơi, lưu lượng gió có mối quan hệ chặt chẽ với nhau, tác động qua lại với nhau Để điều chỉnh lưu lượng hơi thì phải điều chỉnh các thông số trên

Giá trị đặt cho tổng lưu lượng nhiên liệu là tổng năng lượng điện yêu cầu MW được tính toán quy đổi trong vòng điều khiển Boiler Master bằng tổng lượng nhiệt yêu cầu Thông thường, một tổ máy của nhà máy nhiệt điện có 4 máy nghiền, mỗi máy nghiền có 2 máy cấp than Yêu cầu tải đặt xuống vòng điều khiển Boiler Master, từ vòng điều khiển Boiler Master sẽ tính toán lưu lượng nhiên liệu cần cấp vào lò, và sẽ đặt yêu cầu xuống vòng điều khiển Coal Master (xem hình 2.7)

Unit Master Control

Máy nghiền A

Máy nghiền B

Máy nghiền C

Máy nghiền D

BoilerMaster Control

TurbineMaster Control

Coal Master Control

Combustion Air Control

Hình 2.4 Điều khiển phối hợp giữa lò hơi, turbine và nhiên liệu than

Với mỗi lò hơi cụ thể thì có những thuật toán điều khiển riêng để điều khiển nhiên liệu than nghiền Đối với loại máy nghiền bi sử dụng quạt gió trước máy nghiền

để vận chuyển than như hệ thống điều khiển loại máy nghiền của hang Foster Wheeler Các máy nghiền bi của tổ máy sẽ được điều khiển độc lập từ Coal Master

Coal Master

Máy nghiền A

Máy nghiền B

Máy nghiền C

Máy nghiền D

K I

K I

Lưu lượng than các máy nghiền (Mill fuel flow)

Hình 2.5 Vòng điều khiển than Coal Master

Điều khiển lưu lượng than từ một máy nghiền đi vào vòi đốt bằng cách điều khiển lưu lượng gió cấp 1 đi vào máy nghiền từ quạt gió cấp 1 PAF, gió cấp 1 này

có chức năng vận chuyển than vào lò Lưu lượng than đưa vào lò sẽ tương ứng với lưu lượng gió cấp 1 Lượng than đầu ra của máy nghiền phụ thuộc vào các yêu tố

cơ bản sau:

- Tốc độ cấp than nguyên để đảm bảo mức than yêu cầu trong thùng nghiền của máy nghiền

- Lưu lượng gió cấp 1 thổi vào máy nghiền

Khi yêu cầu tải MW (công suất tổ máy) thay đổi, thì lưu lượng nhiên liệu đưa vào lò cũng thay đổi dẫn tới lưu lượng gió cấp 1 đi vào máy nghiền được điều khiển bởi tấm chắn điều khiển lưu lượng cũng thay đổi Lưu lượng than đi ra khỏi thùng nghiền thay đổi, dẫn tới mức than ở máy nghiền thay đổi, bắt buộc tốc độ máy cấp than thay đổi để đảm bảo mức than trong thùng nghiền sẽ được duy trì một mức không đổi Với một mức than trong thùng nghiền thì lưu lượng than đi ra máy nghiền sẽ tỉ lệ với lưu lượng gió cấp 1 thổi vào máy nghiền Tóm lại để điều khiển nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt của lò hơi, cần điều khiển:

- Điều khiển mức than trong thùng nghiền của máy nghiền

- Điều khiển lưu lượng gió cấp 1 đi vào máy nghiền

2.2.1 Lưu đồ P&ID cho điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi đốt của lò hơi

Máy nghiền

Tới vòi đốt

FT

FT

Tấm chắn điều khiển gió cấp 1

Bộ đo lưu

lượng

Tới vòi đốt

TT

Bộ đo nhiệt độ

Hình 2.6 Lưu đồ P&ID cho điều khiển lưu lượng than nghiền

Gió cấp 1 từ quạt gió cấp 1 (PAF), được gia nhiệt đến nhiệt độ thích hợp thổi vào máy nghiền để vận chuyển than vào vòi đốt Để đo lưu lượng gió cấp 1, người ta dùng

2 thiết bị đo lưu lượng loại chênh áp và một thiết bị đo nhiệt độ có thể là loại RTD hoặc cặp nhiệt để bù trong tính toán lưu lượng gió cấp 1 Tín hiệu quá trình đo được đưa vào hàm PID tính toán đưa ra điều khiển tấm chắn điều khiển lưu lượng gió cấp 1 Xem hình 2.9

2.2.2 Thuật toán điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi đốt của lò hơi

Để điều khiển lưu lượng than nghiền đi vào vòi đốt người ta dùng bộ điều khiển PID Vòng điều khiển Coal Master sẽ đưa ra giá trị đặt yêu cầu SV (Setpoint demand) điều khiển lưu lượng than cấp vào lò hơi theo từng máy nghiền riêng lẽ bằng cách điều khiển tấm chắn điều khiển lưu lượng gió cấp 1 đi vào máy nghiền Tín hiệu lưu lượng than đi vào vòi đốt được tính toán từ tín hiệu đo được bởi hai bộ

đo lưu lượng theo phương pháp chênh áp có bù tín hiệu nhiệt độ được đo từ bộ đo nhiệt độ được phản hồi về hệ thống điều khiển (giá trị phản hồi PV) Bộ đo lưu lượng và nhiệt độ được lắp đặt tại vị trí trước tấm chắn điều khiển lưu lượng Lưu lượng nhiên liệu với một mức than trong thùng nghiền cố định sẽ tỉ lệ với độ mở của van điều khiển lưu lượng gió cấp 1, được xác định theo hàm f(x)1, f(x)2 và f(x)3 bằng thực nghiệm

Yêu cầu lưu lượng than từ Coal

-Master

X

A T

A

Y

3 Cặp vòi đốt đang làm việc

Lưu lượng gió cấp 1 mill A 2

1

2

7.5

+

Tấm chắn điều khiển lưu lượng gió cấp 1 mill A

Hình 2.7 Thuật toán điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi đốt của lò hơi

2.3 Vòng điều khiển mức than trong thùng nghiền của máy nghiền

Yêu cầu công nghệ của quá trình điều khiển mức máy nghiền là duy trì mức than trong thùng nghiền của máy nghiền một giá trị cố định

2.3.1 Lưu đồ P&ID cho điều khiển mức than trong thùng nghiền của máy nghiền

Than nguyên được cấp vào mỗi bộ phân ly bởi các máy cấp than (FDR) Có 2 máy cấp than cho mỗi máy nghiền Than được nghiền mịn trong thùng nghiền Gió cấp 1 thổi vào máy nghiền vận chuyển than mịn vào vòi đốt Bốn tín hiệu đo mức từ bốn thiết bị đo mức loại chênh áp phản hồi mức than nghiền trong thùng nghiền đưa vào bộ PID để điều khiển mức than trong máy nghiền thông qua điều khiển tốc độ cấp than của 2 máy cấp Xem hình 2.11

Hình 2.8 Lưu đồ P&ID cho điều khiển mức than trong thùng nghiền của máy nghiền

2.3.2 Thuật toán điều khiển mức than trong thùng nghiền của máy nghiền

Mục đích của điều khiển mức máy nghiền là duy trì mức than nghiền trong thùng máy nghiền với một giá trị được đặt trước cố định (giá trị SP, tùy thuộc vào từng loại máy nghiền) Giá trị này được duy trì tại tất cả các điểm với mọi mức tải trừ những trường hợp sự cố thoáng qua và độc lập với đầu ra của máy nghiền

Than nguyên được cấp vào mỗi bộ phân ly bởi các máy cấp than (raw fuel feeder) Có 2 máy cấp than cho mỗi máy nghiền Khi yêu cầu lưu lượng than nghiền từ vòng điều khiển Coal Master thay đổi, dẫn tới lượng than đi ra khỏi máy nghiền thay đổi, dẫn tới mức máy nghiền thay đổi Vòng diều khiển mức than của máy nghiền điều khiển máy cấp than bằng cách điều khiển tốc độ động cơ của máy cấp than với một giá trị tương ứng Sử dụng bộ điều khiểu PI để điều khiển mức than trong thùng nghiền

Sử dụng bộ điều khiển PID loại PI cho quá trình điều khiển mức máy nghiền Đầu vào

bộ PI là tín hiệu mức than trong thùng nghiền được đo từ 4 bộ đo mức theo phương pháp chênh áp Các bộ đo này sẽ đưa về giá trị chênh áp Lấy trung bình của 2 bộ đo mức thấp và 2 bộ đo mức cao ta được 2 giá trị trung bình mức thấp và mức cao Giá trị chênh áp của mức than trung bình này tỉ lệ với mức than trong máy nghiền và được xác định theo hàm f(x)1 và f(x)2 bằng thực nghiệm Người vận hành chọn giá trị trung bình mức thấp hoặc giá trị trung bình mức cao Đầu ra MV của bộ PI đồng thời gửi tới

2 máy cấp than đảm bảo mức của máy nghiền duy trì ở cố định

Máy cấp than A2

f(x)

∑/n Mức NDE mill A 1

2 Mức NDE mill A 2

T

Máy cấp than A1

Gain change & balance

A 178mm

Hình 2.9 Thuật toán điều khiển mức than trong thùng nghiền của máy nghiền

CHƯƠNG 3 LẬP TRÌNH VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

CÁC THIẾT BỊ CẤP THAN NGHIỀN

3.1 Giới thiệu về phần mềm DCS Centum VP của hãng Yokogawa

Hệ thống điều khiển phân tán DCS là một giải pháp tổng thể về phần cứng gồm các máy tính kỹ thuật, máy tính vận hành và các bộ điều khiển lập trình được FCS và phần mềm System view dùng cấu hình phần cứng, tạo biến, lập trình và tạo giao diện

đồ họa vận hành và giám sát Thế mạnh của hệ thống DCS là khả năng xử lý các tín hiệu tương tự và thực hiện các chuỗi quá trình điều khiển phức tạp, khả năng tích hợp

dễ dàng với độ tin cậy cao Nhờ cấu trúc phần cứng và phần mềm, hệ thống điều khiển

có thể thực hiện đồng thời nhiều vòng điều chỉnh, điều khiển tầng, hay theo các thuật toán điều khiển hiện đại như nhận dạng hệ thống, điều khiển thích nghi, điều khiển tối

ưu, điều khiển theo mô hình dự báo, điều khiển mờ…

Hình 3.1 Tổng quan hệ thống điều khiển DCS Yokogawa của nhà máy nhiệt điện

3.2 Mô phỏng hệ thống điều khiển các thiết bị cấp than nghiền

Để mô phỏng hệ thống điều khiển các thiết bị cấp than nghiền, ta sử dụng phần mềm DCS Centum VP của hãng Yokogawa lập trình chương trình điều khiển các thiết

bị và tạo giao diện đồ họa giám sát trạng thái thiết bị và thông số quá trình đồng thời

vận hành thiết bị

Thực hiện mô phỏng hệ thống điều khiển than nghiền vào vòi đốt của lò hơi của máy nghiền A với nhà máy nhiệt điện đốt than có 2 tổ máy, một tổ máy gồm một lò hơi và một turbine công suất 300 MW Hệ thống nghiền than cho mỗi tổ máy bao gồm 4 máy nghiền A,B,C,D loại thùng nghiền bi 2 đầu Một máy nghiền có 2 bộ phân ly than thô, 2 máy cấp than nguyên, 1 phểu chứa than nguyên, hệ thống gió cấp

1 và các đường ống vận chuyển than bột cấp cho 24 cụm vòi đốt Các hệ thống máy nghiền B,C,D hoàn toàn tương tự Mô phỏng hệ thống điều khiển than nghiền vào vòi đốt của lò hơi của máy nghiền A bao từ màn hình điều khiển có thể thực hiện được các nhiệm vụ:

- Giám sát tất cả các trạng thái của thiết bị và các thông số của quá trình

- Khởi động và dừng thiết bị theo chương trình đã được lập trình

- Mô phỏng các tín hiệu bảo vệ thiết bị và chuẩn đoán lỗi

- Tăng tải và giảm tải hệ thống ở chế độ tự động

- Mô phỏng hệ thống khi xãy ra tắc than gây dừng sự cố hệ thống

- Mô phỏng hệ thống khi xãy ra tắc than sau khi đã áp dụng các biện pháp xử lý hiện tượng tắc than

Để mô phỏng hệ thống điều khiển các thiết bị cấp than nghiên cần thực hiện:

- Xây dựng một cấu hình hệ thống điều khiển gồm các bộ điều khiển FCS và máy tính vận hành HIS

- Lập trình chương trình điều khiển các thiết bị trường như van, động cơ, tấm chắn…

- Lập trình các chương trình giả lập các tín hiệu phản hồi về của thiết bị trường

- Lập trình chương trình mô phỏng quá trình tắc than

- Lập trình chương trình mô phỏng quá trình sau khi áp dụng các biện pháp xử lý tắc than

- Tạo Graphic để vận hành và giám sát các thiết bị trường của hệ thống theo chương trình đã lập trình

Chương trình mô phỏng sẽ cho ta một cái nhìn trực quan về các quá trình vận hành, sự cố tắc than, biện pháp xử lý sự cố tắc than và hiển thị kết quả của các quá trình đó của hệ thống điều khiển than nghiền vào vòi đốt của lò hơi của máy nghiền Chương trình mô phỏng gần chính xác với thực tế, do đó sẽ kiểm chứng được tính hiệu quả của biện pháp xử lý sự cố Từ những kết quả thu được từ quá trình mô phỏng sẽ đưa vào áp dụng trong thực tế

Tạo mô phỏng với phần mềm Centum VP

Hình 3.2 Project mô phỏng