Luận văn nghiên cứu khảo sát hệ thống điều khiển mức nước trong bao hơi của lò hơi bao hơi nhà máy nhiệt điện

luận văn

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học nông nghiệp hà nội

Hà Nội - 2011

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… i

Lời cam đoan

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

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Hạnh

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… ii

Lời cảm ơn

Trong thời gian học và làm đề tài tốt nghiệp của mình, được sự giúp đỡ

tận tình của các thầy cô trong bộ môn “Điện kỹ thuật” và đặc biệt là PGS-TS

Nguyễn Mạnh Tường cùng các kỹ sư, kỹ thuật viên tại Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại đ! giúp tôi hoàn thành luận văn của mình Qua đây cho phép tôi được bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến PGS-TS Nguyễn Mạnh Tường, người đ! trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ, khuyến khích tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành bản luận văn này

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các kỹ sư, kỹ thuật viên tại phân xưởng tự động hòa nhà máy Nhiệt điện Phả Lại đ! giúp đỡ tôi tìm hiểu

và tham khảo tài liệu của Nhà máy

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy giáo, cô giáo trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn Điện kỹ thuật đ! giúp tôi hoàn thành khóa học này

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Hạnh

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… iii

MỤC LỤC Lời cam ủoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục hỡnh v

1.4.1 Giới thiệu cấu tạo và nguyên lý làm việc của lò hơi : 5

1.6.1 Các chế độ và thông số kỹ thuật của hệ thống chế biến than 10

1.6.2 Động cơ máy cấp than nguyên là động cơ điện một chiều kích từ

Chương 2 Phân loại lò hơi và tổng quan hệ thống điều khiển lò hơi 12

2.1.3 Các hệ cân bằng khối lượng và năng lượng trong lò hơi 15

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… iv

2.1.5 Cân bằng khối lượng nhiên liệu và gió với khói thải và tro xỉ 16

Chương 3: khảo sát hệ thống và các bộ điều chỉnh hiện có để điều chỉnh

3.1 Chức năng và nhiệm vụ bộ điều khiển mức nước bao hơi 33

3.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển mức nước bao hơi 34

3.3 Sơ đồ điều khiển và nhiệm vụ của các phần tử trong hệ điều khiển

3.4 7 Đát trích đo lưu lượng nước cấp và đát trích đo lượng hơi sang tua bin 55

3.6 Hoạt động của sơ đồ hệ thống điều chỉnh mức nước bao hơi lò

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… v

Chương 4 nâng cấp bộ điều chỉnh nước cấp cho bao hơi nhà máy điện

4.3.2 Tính toán hàm truyền của khâu đo lưu lượng hơi và lưu lượng

4.3.4 Tính toán tham số của mạch vòng điều chỉnh lưu lượng nước 69

4.3.5 Tính toán tham số của mạch vòng mức nước bao hơi 70

4.3.6 Tổng hợp bộ điều chỉnh lưu lượng hơi bằng phương pháp bù

4.4.1 Chọn sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại tổng hợp thay thế sơ đồ cũ И04 73

4.4.2 Xây dựng công thức tính hệ số khuếch đại của khâu U04 - dùng vi

4.4.3 Sơ đồ nguyên lý mạch tạo đặc tính thay thế khối điều chỉnh Rơ le P21 78

4.4.4 Thay thế khởi động từ có tiếp điểm ΠΜΕ-211 bằng khởi động từ

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… vi

DANH MỤC HèNH

Hình 2.2: Cân bằng về khối lượng giữa nhiên liệu, gió và khói thải, tro xỉ 16

Hình 2.3: Cân bằng thành phần hóa học trong nước cấp và hơi 17

Hình 2.4: Cân bằng hoá học giữa đầu vào và đầu ra của quá trình cháy 17

Hình 2.6: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển độ mở cánh hướng van 25

Hình 2.7: Điều khiển phân li áp suất buồng đốt và lưu lượng gió 27

Hỡnh 3.1 Sơ đồ hệ thống điều chỉnh mức nước bao hơi 35Hỡnh 3.2 Sơ đồ khối điều khiển mức nước bao hơi 37

Hình 3.9 Sơ đồ thiết bị lấy mẫu bằng nghẽn tiêu chuẩn 56

Hình 3.10 Sơ đồ điều khiển van ba pha khởi động từ ПME - 221 58

Hình 4.2: Đặc tính của đát trích đo mức nước trong bao hơi 65

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… vii

Hình 5.1 Sơ ñồ khối cấu trúc ñiều chỉnh mức nước bao hơi một mạch vòng 87

Hình 5.2 Sơ ñồ khối cấu trúc ñiều chỉnh mức nước bao hơi hai mạch vòng 88

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 1

Chương 1 giới thiệu chung về nhà máy điện phả lại

1.1 Giới thiệu chung

Nhà máy điện Phả Lại được xây dựng tại Thị trấn Phả Lại - Huyện Chí Linh - Tỉnh Hải Dương, cách Thủ đô Hà Nội 60 Km về phía Đông Bắc, phía Tây và phía Bắc nhà máy là sông Lục Đầu Giang nơi hội tụ của 6 con sông rất thuận tiện cho việc chuyên chở than bằng đường thuỷ cũng như việc cung cấp nguồn nước tuần hoàn cho nhà máy, phía Đông rất gần với các mỏ than Đông Triều, Mạo Khê của tỉnh Quảng Ninh Nhiệm vụ chính của nhà máy là sản xuất điện năng từ nguyên liệu chính là than đá

Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại là nhà máy Nhiệt điện lớn nhất nước ta xây dựng với tổng công suất thiết kế đợt một là 440 MW Từ tháng 10- 1983 đến nay nhà máy đ! sản xuất và hoà vào lưới điện quốc gia hơn 20 tỷ KWh điện Hiện nhà máy đang được mở rộng với hai tổ máy có công suất 300MW/1tổ

Đưa Phả Lại thành trung tâm nhiệt điện lớn có công suất trên 1000MW

Nhà máy đ! góp phần đáng kể vào công cuộc điện khí hoá toàn quốc và cùng với quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước Gián tiếp góp phần thúc đẩy nghành than phát triển tạo thêm công ăn việc làm cho công nhân Nhà máy điện Phả Lại hiện tại cũng như trong tưong lai cùng với hai tổ máy Phả Lại II đáp ứng nhu cầu phụ tải của khu vực phía Đông Bắc Bộ và tham gia vào lưới điện quốc gia

Với quy mô và tầm vóc to lớn như vậy hiện nay nhà máy với gần 2400 công nhân viên chức được biên chế thành hơn 30 Phòng, Ban, Phân xưởng và

5 kíp vận hành theo 3 ca liên tục 24/24h trong ngày

Hiện nay nhà máy có hơn 200 kỹ sư và gần 500 cán bộ có trình độ trung cấp cao đẳng kỹ thuật Nhà máy Điện Phả Lại có 4 tổ máy vận hành theo khối

độc lập với nhau, mỗi khối gồm có 2 lò hơi và một tua bin máy phát với công suất 110 MW

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 2

Nhiên liệu chủ yếu của nhà máy là than đá được khai thác từ các mỏ than

ở Hòn Gai, Cẩm Phả, Mạo Khê Từ các mỏ than được vận chuyển về nhà máy bằng hai đường, đường sông và đường sắt

- Đường sông : Than được trở về nhà máy bằng các xà lan có trọn tải lớn

được hệ thống cẩu cảng bốc lên thông qua các hệ thống băng tải để đưa về lò hoặc kho dự trữ

- Đường sắt :Than đực vận chuyển về nhà máy bằng đường tàu hoả và được quang lật toa rót vào hệ thống băng tải để đưa vào lò hoặc kho than kín

Ngoài nguyên liệu chính là than đá còn có dầu nhiên liệu (FO) được sử dụng khi đốt lò và để duy trì quá trình cháy của lò, dầu này được nhập ngoại ở cảng vật cách và đưa về nhà máy bằng đường thuỷ Lượng dầu FOtiêu thụ hàng năm khoảng 150.000 tấn

Về phần điện nhà máy có 3 trạm phân phối: 1 trạm 110 KV và 2 trạm 220 KV(trạm 220KV của Phả Lại I và II được liên lạc với nhau qua hệ thống thanh góp), các tổ máy số I và II được nối với cả hai hệ thống thanh góp qua các máy biến áp tự ngẫu 3 pha, các máy phát của tổ máy số III và IV được nối vào thanh cái 220 KV qua các máy biến áp 3 pha 3 dây quấn, tổ máy số V và VI (thuộc Phả Lại II) được nối lên thanh cái 220KV qua 2 máy biến áp 3 pha 2 dây quấn Mỗi một tổ máy được bố trí một máy biến áp tự dùng lấy điện từ

đầu cực máy phát và cấp cho thanh cái 6 KV tự dùng

- Các phụ tải 110KV: Phả Lại, Bắc Giang, Uông Bí, Hải Dương, Đông Anh

- Các phụ tải 220KV: Mai Động, Hà Đông, Đồng Hoà, Sóc Sơn, Bắc Giang

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 3

1.2 Các thông số kỹ thuật của nhà máy và 1 tổ máy

Lò hơi Kiểu

Năng suất hơi Nhiệt độ hơi quá nhiệt

áp suất hơi Hiệu suất thô của lò

БKZ-220-100-10C

220 T/h

540oC

100 ata 86.05 % Tua bin Kiểu

Công suất Tốc độ

Điện áp đầu cực máy phát

T- 120

120 MW

3000 vòng / phút 10.5 KV

1.3 Giới thiệu chung về sơ đồ nhiệt một tổ máy

Nhà máy điện phả lại có 4 tổ máy, mỗi tổ máy gồm 2 lò hơi và một tua bin các lò hơi vận hành độc lập với nhau

Nước ngưng từ bình ngưng tụ A và B được hai bơm ngưng bơm qua qua

2 ejectơ chính I và II sau đó được đưa qua các bình gia nhiệt từ số 1 đến số 5 tại đây nước ngưng được gia nhiệt bởi hơi nước trích ra từ các cửa trích hơi của tua bin

Các bình từ số 1 ữ5 được gọi là các bình gia nhiệt hạ Sau khi đi qua gia nhiệt hạ nước ngưng được đưa lên bình khử khí 6 ata ở đây nước được khử hết các bọt khí có trong nước để chống ăn mòn kim loại

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 4

Nước sau khi khử khí được các bơm cấp nước bơm qua thiết bị bình gia nhiệt cao từ số 6ữ8 tại đây nước ngưng tiếp tục được gia nhiệt bởi hơi nước trích ra từ các cửa trích hơi ở xi lanh cao áp của tuabin Sau khi được gia nhiệt bởi gia nhiệt cao nước được đưa qua hai bộ hâm nước ở đuôi lò để hâm nóng thêm trước khi vào bao hơi

Nước ở bao hơi theo vòng tuần hoàn tự nhiên, nước chảy xuống các giàn ống sinh hơi, nhận nhiệt năng từ buồng đốt của lò biến thành hơi nước và trở về bao hơi Trong bao hơi phần trên là hơi b!o hoà ẩm, phía dưới là nước ngưng

Hơi b!o hoà ẩm trong bao hơi không được đưa ngay vào tua bin mà

được đưa qua các bộ xấy hơi, tại đây hơi được xấy khô thành hơi quá nhiệt có nhiệt độ 540oC và áp suất P =100 ata

Hơi quá nhiệt được đưa vào tua bin, tại tua bin động năng của dòng hơi

được biến thành cơ năng quay tua bin máy phát để sản xuất ra điện năng

Hơi sau khi sinh công ở các tầng cánh của tuabin được ngưng tụ thành nước ở bình ngưng tụ Công do tua bin sinh ra làm quay máy phát điện Như vậy nhiệt năng của than đá đ! biến đổi thành cơ năng và điện năng, còn hơi nước là môi chất được biến đổi theo một vòng tuần hoàn kín Nước ở đây là môi chất trung gian để chuyển nhiệt năng của than đá, dầu thành cơ năng và điện năng

Hình 1.1 Sơ đồ nhiệt 1 tổ máy

Hơi

Cơ năng

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 5

được đưa ra hệ thống kênh thải và thải ra sông Một phần nước thải được đưa

đi phục vụ cho nông nghiệp

Bình ngưng của tua bin gồm có 2 ngăn A và B mỗi ngăn có tới 1570 ống đồng cho cho nước làm mát chảy qua Hơi nước ở ngoài ống và bị nước làm mát lấy nhiệt và ngưng tụ lại thành nước

1.4 Giới thiệu lò hơi và các thiết bị của lò

1.4.1 Giới thiệu cấu tạo và nguyên lý làm việc của lò hơi :

Mỗi tổ máy của nhà máy gồm có hai lò và một tua bin Lò hơi loại 110-220-10C do Liên Xô chế tạo Là loại lò hơi một bao hơi, ống nước đứng, tuần hoàn tự nhiên, nguyên liệu cung cấp cho lò là than đá lấy từ các mỏ than Mạo Khê, Hòn Gai, Cẩm Phả, Quảng Ninh

БKZ-Lò có cấu tạo hình “Π” Buồng đốt chính là nhánh đi lên đầu tiên, tại đây nước được gia nhiệt thành hơi.Trên đường khói nằm ngang trên lò có đặt các

bộ quá nhiệt để xấy khô hơi trước khi đưa sang tua bin Trên đường khói thoát người ta đặt xen kẽ các bộ hâm nước và bộ xấy không khí nhằm tận dụng lượng nhiệt của khói thoát để tăng hiệu suất của lò

Buồng đốt của lò kiểu hở cấu tạo bởi các đường ống sinh hơi hàn sẵn, các giàn ống sinh hơi ở vách trước và vách sau phía dưới tạo với nhau thành mặt nghiêng của phễu lạnh với góc nghiêng là 50°

Buồng đốt được lắp đặt bốn vòi đốt chính kiểu xoáy lắp tại 2 vách bên của lò ở

độ cao 9.85m và 12.7 m, có 4 vòi đốt gió cấp 3 đặt ở 4 góc lò, vòi đốt này tận dụng gió sau khi than mịn được phân ly và được đẩy vào lò qua quạt tải bột máy nghiền

Để khởi động và duy trì sự cháy cho lò hơi người ta lắp đặt một vòi phun dầu mazut bên cạnh vòi đốt chính có công suất 2 tấn/ giờ

Nhằm có được hơi với chất lượng cao lò sử dụng sơ đồ bốc hơi 2 cấp, cấp bốc hơi thứ nhất đặt ngay trong bao hơi, gồm tổ hợp các xyclon trong thiết bị rửa

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 6

hơi, cửa chớp và mặt sàng cấp bốc hơi thứ 2 là 4 xyclon ngoài, đặt thành từng khối ở bên phải và bên trái lò

Bao hơi của lò có cấu tạo hình trụ có đường kính trong là 1600 mm, chiều dài là 12.7 m và độ dầy là 88 mm Mức nước trung bình ở trong bao hơi thấp hơn trục hình học của bao hơi là 200 mm trong quá trình vận hành lò mức nước trong bao hơi có thể cho phép giao động ± 50 mm so với mức trung bình 0

Trong quá trình khởi động lò bao hơi của lò được sấy nóng bằng hơi b!o hoà lấy từ các lò khác, ngoài ra trong bao hơi còn đặt các đường ống xả sự

cố, ống đưa phốt phát vào lò để chống đóng cáu cặn

Sự tuần hoàn của lò được phân chia theo các giàn ống, thành 14 vòng tuần hoàn nhỏ độc lập nhằm tăng độ tin cậy của quá trình tuần hoàn

Bộ quá nhiệt của lò là bộ quá nhiệt hỗn hợp nửa bức xạ, nửa đối lưu, dọc theo đường hơi gồm 4 bộ quá nhiệt từ bộ quá nhiệt cấp I ữ IV Việc điều chỉnh nhiệt độ của hơi quá nhiệt được thực hiện nhờ bộ phun giảm ôn cấp I và cấp II Nước đi phun giảm ôn "Làm mát hơi" là nước ngưng lấy từ bình ngưng phụ đặt trên đỉnh lò khi khởi động lò dùng nước cấp để đi phun Để làm sạch khói thoát trước khi thải ra ngoài trời, khói được đưa qua bộ lọc bụi tĩnh điện, tại đây 99% lượng bụi bay theo khói được giữ lại

Trong quá trình vận hành các bề mặt trao đổi nhiệt của lò thường xuyên bị bám bẩn, để làm sạch ống sinh hơi người ta bố trí các vòi thổi bụi Dùng hơi b!o hoà có áp lực 30 ữ 40 KG/cm2 Để làm sạch ống sinh hơi, sử dụng các máy thổi nông OM - 35, với bộ quá nhiệt dùng các máy thổi sâu OΓ

ở phía đuôi lò có lắp đặt bộ thải xỉ liên tục đ! được cơ giới hoá

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 7

1.4.2 Các thông số kỹ thuật chính của lò hơi

Năng suất hơi của lò : Dx = 220 T/h

Nhiệt độ hơi quá nhiệt : tqn = 540oC

áp suất hơi quá nhiệt : Pqm = 100 ata

áp suất bao hơi : Pbh = 112.6 ata

Nhiệt độ nước cấp : to = 230oC

Nhiệt độ khói thoát : to

KT = 133oC Hiệu suất thô của lò : ηthô = 86.05%

Tổn thất do khói thoát : q2 = 5.4%

Tổn thất do toả ra môi trường : q5 = 0.54%

Tổn thất do cơ giới : q4 = 8%

Tổn thất do xỉ mang đi :q6 = 0.06%

1.4.3 Các thiết bị phụ của lò

1.4.3.1 Quạt gió

Để cung cấp không khí cho quá trình cháy của lò và quá trình chế biến than, vận chuyển than bột người ta lắp đặt một động cơ và quạt gió có các thông số như sau:

- Quạt gió kiểu ДA -30-2-17-44-8T1

- Động cơ: Pđm = 630 KW: Iđm =73,5 A: η= 0.93: Uđm =6KV: cosϕ = 0,88

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 8

1.5 Giới thiệu về tua bin

1.5.1 Cấu tạo của tua bin

Tua bin của nhà máy là loại tua bin hơi kiểu K-100-90-7 được chế tạo tại Liên Xô với công suất là 110 MW dùng để quay máy phát điện ΤΒΦ-120-

250 là một tổ máy một trục được cấu tạo từ hai xi lanh: cao áp hạ áp

Roto cao áp được đúc kiêủ khối bằng thép chịu nhiệt gồm 20 tầng cánh động trong đó có một tầng điều chỉnh và 19 tầng áp lực, các tầng cánh động được rèn liền khối với trục.Trên xi lanh cao áp có 5 cửa trích hơi từ số 1 đến số 5 Hơi trích được đưa đến các hình gia nhiệt cao và khử khí

Tua bin được trang bị hệ thống phân phối hơi gồm 4 cụm vòi phun gọi là 4 van điều chỉnh được đặt trong các hộp hơi hàn liền với vỏ xi lanh cao áp hai van đặt phía trên, hai van đặt phía dưới

Roto hạ áp được chế tạo kiểu thoát hơi về hai phía mỗi phía có 5 tầng cánh, cánh động hạ áp được chế tạo riêng rẽ và lắp ép vào trục, xi lanh hạ áp

có hai đường thoát hơi nối với hai bình ngưng A và B kiểu bề mặt “nước làm mát đi bên trong hơi đi bên ngoài” Trên xi lanh hạ áp có 3 cửa trích hơi từ số

6 đến số 8, trích hơi đi gia nhiệt nước cấp ở các hình gia nhiệt hạ

Hơi quá nhiệt được đưa từ hai lò sang bằng hai nhánh qua van STOP vào hộp hơi sau đó và 4 ống chuyển tiếp vào van điều chỉnh vào xi lanh cao

áp, sau khi sinh công ở đây hơi sẽ theo hai ống liên thông sang xi lanh hạ áp,

từ xi lanh hạ áp dòng hơi đi xuống bình ngưng tụ A và B

1.5.2 Các thông số kỹ thuật của tua bin

Kiểu : K100-90-7

áp suất hơi trước van STOP : 90 ata

Nhiệt độ hơi vào tua bin : 535 oC

Lưu lượng nước làm mát : 16000 m3/h : to = 23oC

Nhiệt độ nước làm mát : to = 23o C

Chân không bình ngưng : PCK =- 0.062 ata

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 9

1.5.3 Thông số của các cửa trích hơi

1.6 Giới thiệu hệ thống chế biến than

Nhiên liệu chính của nhà máy điện Phả Lại là than đá, được vận chuyển

từ các mỏ than ở Quảng ninh về nhà máy bằng đường sông và đường sắt Than

từ kho than, từ cảng sông, đường sắt, được chuyển vào lò bằng hệ thống băng tải đưa tới các máy nghiền than thông qua các máy cấp than nguyên

Việc xấy than được thực hiện trong các máy nghiền than bằng gió nóng có nhiệt độ 400oC Gió này được lấy từ quạt gió thổi qua hai bộ xấy không khí ở

đuôi lò.Trên đường gió nóng đến máy nghiền có lắp một lá chắn không khí lạnh thông với khí quyển

Trong thùng nghiền, than được nghiền nhỏ, hỗn hợp than và không khí nóng được quạt tải bột hút về bộ phân ly than thô, tại đây những hạt to trọng lượng lớn được đưa trở lại máy nghiền để nghiền lại, những hạt than nhỏ đủ tiêu chuẩn được đưa lên phân ly than mịn (xyclon) Xyclon có nhiệm vụ tách

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 10

than ra khỏi hỗn hợp than và không khí, từ đây than bột được đưa vào kho chứa than bột hoặc được đưa vào vít truyền than bột để đưa đến lò khác

Không khí nóng được tách ra sau khi phân ly vẫn còn lẫn một lượng khoảng

10 % than nhỏ mịn được quạt tải bột đưa vào các vòi gió cấp 3 ở 4 góc lò để tiết kiệm lượng than này

Than bột trong kho than bột được đưa vào ống dẫn than nhỏ nhờ các máy cấp than bột, mỗi ống cấp than bột dùng hai máy cấp than bột Việc vận chuyển than bột từ kho than bột đến các vòi đốt chính bằng đường không khí cấp i Có nhiệt độ tới 4000C

1.6.1 Các chế độ và thông số kỹ thuật của hệ thống chế biến than

+ Máy nghiền than:

Đường kính thùng nghiền : d= 3.7 m

Chiều dài thùng nghiền : l=8.5 m

Năng suất nghiền than : Dth = 33.1 tấn / giờ

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 11

1.6.3 Thµnh phÇn ho¸ häc cña than

NhiÖt trÞ cña than Qtblv =5.035 Kcal/Kg

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 12

Chương 2 Phân loại lò hơi và tổng quan hệ thống

điều khiển lò hơi

Việc phân loại lò hơi thường được thực hiện căn cứ theo một đặc tính nào đó của lò do vậy kết quả phân loại mang tính chất tượng đối

Nếu dựa vào thông số hơi:

- Lò hơi thông số thấp, thường được quy ước áp suất p<15bar, nhiệt độ t<3500C, thường dungfhowi b!o hòa;

- Lò hơi thông số trung bình, thường được quy ước áp suất từ 15bar đến 60bar, nhiệt độ từ 350-4500C;

- Lò hơi thông số cao, áp suất trên 60bar, nhiệt độ từ 450 đến 5400C;

- Lò hơi thông số siêu cao, áp suất trên 140bar (trong loại này, có thể chia thành lò hơi thông số dưới tới hạn hoặc trên thông số tới hạn)

Nếu dựa vào chế độ chuyển động của nước trong lò hơi (nước là môi chất dẫn nhiệt):

- Lò hơi đối lưu tự nhiên, môi chất chỉ chuyển động đối lưu tự nhiên do

sự chênh lệch về mật độ trong nội bộ môi chất mà không tạo được vòng tuần hoàn tự nhiên, thường gặp ở các lò hơi công suất nhỏ;

- Lò hơi tuần hoàn tự nhiên, thường gặp nhất là trong phạm vi công suất trung bình và lớn, khi vận hành, môi chất tạo được vòng tuần hoàn tự nhiên nhờ sự chênh lệch về mật độ trong nội bộ môi chất, tuy nhiên cũng chỉ có lò hơi thông số dưới tới hạn mới có thể có vòng tuần hoàn tự nhiên;

- Lò hơi tuần hoàn cưỡng bức, dưới tác dụng của bơm, môi chất chuyển

động theo quỹ đạo khép kín, thường gặp trong lò hơi thông số cao, còn với lò hơi siêu tới hạn chỉ có thể có vòng tuần hoan cưỡng bức;

- Lò hơi đối lưu cưỡng bức, đây là loại lò hơi trực lưu hoặc đơn lưu, trong loại lò hơi này, dưới tác dụng của bơm, môi chất chỉ đi theo một chiều,

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 13

nhận nhiệt, biến dần thành hơi đưa ra sử dụng mà không có tuần hoàn đi lại, tuy nhiên cũng có thể xếp loại lò hơi này thành loại tuần hoàn cưỡng bức Nếu dựa theo cách đốt nhiên liệu:

- Lò hơi đốt theo lớp, nhiên liệu rắn (than, củi, b! mía…) được xếp thành lớp trên ghi để đốt, trong đó có loại cố định, có loại ghi chuyển động thường được gọi là ghi xích, có loại ghi xích thuận chiều, có loại ghi xích ngược chiều;

- Lò hơi đốt phun, nhiên liệu khí, nhiên liệu lỏng phun thành bụi, nhiên liệu rắn nghiền thành bột được phun vào buồng lửa, hỗn hợp với không khí và tiến hành các giai đoạn của quá trình cháy trong không gian buồng lửa

- Lò hơi đốt đặc biệt, thường gặp lại buồng lửa xoáy và buồng lửa tầng sôi Buồng lửa xoáy có thể đốt than cám nguyên khai hoặc nghiền sơ bộ Nhiên liệu và không khí được đưa vào buồng lửa hình trụ theo chiều tiếp tuyến với tốc độ cao Dưới tác dụng của lực ly tâm, xỉ lỏng và các hạt nhiên liệu có kích thước lớn bám sát thành lớp vào tường lò, rồi đến cá hạt có kích thước nhỏ hơn, những lớp này chát hoàn toàn theo lớp, còn các hạt tham nhỏ cùng với chất bốc chuyển động ở vùng trung tâm và cháy trong không gian Buồng lửa tầng sôi (tầng lỏng), nhiên liệu rắn nguyên khai hoặc nghiền sơ bộ sau khi

được đưa vào, dưới tác dụng của gió có tốc độ đủ lớn, dao động lên xuống trong một khoảng không gian nhất định của buồng lửa và tiến hành các giai

đoạn của quá trình cháy

Ngoài ra người ta còn có thể phân loại lò hơi theo các đặc điểm sau:

- Dựa theo trạng thái xỉ ra, chia thành hai loại xỉ khô và thải xỉ lỏng;

- Dựa theo áp suất của không khí và sản phẩm chát trong buồng lửa, có loại buồng lửa áp suất âm, có loại buồng áp suất dương, trong lò hơi áp suất dương có loại đốt cao áp, có loại đốt dưới áp suất bình thường

- Dựa theo cách lắp đặt, có loại di động, loại tĩnh và loại nửa di động;

- Dựa theo công dụng có loại lò hơi cấp nhiệt, có loại động lực;

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 14

- Dựa theo đặc điểm bề mặt truyền nhiệt, có loại hơi ống lò, có loại hơi ống lửa, có loại nằm, có loại đứng

2.1 Chỉ tiêu cơ bản của lò hơi

2.1.1 Chỉ tiêu sản lượng hơi D

Sản lượng hơi là lượng hơi sản xuất ra trong một đơn vị thời gian, đo bằng T/h, kg/h hoặc kg/s Thường chú ý ba loại sản lượng:

- Sản lượng hơi định mức D 0 : là do sản lượng lớn nhất mà lò hơi có thể

làm việc lâu dài với thông số hơi quy định, thường ghi trên nh!n hiệu lò hơi;

- Sản lương hơi kin tế D kt : Là sản lượng hơi màm lò hơi làm việc với hiệu suất cao nhất, thường bằng 75% đến 90% sản lượng định mức;

- Sản lượng hơi cực đại: là sản lượng hơi lớn nhất cho phép lò hơi làm việc tạm thời trong thời gian ngắn, vượt sản lượng định mức từ 10% đến 20%

2.1.2 Hiệu suất lò hơi

Xác định các loại tổn thất trên cho ta tính toán được hiệu suất của lò, hay hiệu suất lò là một thông số đánh giá hiệu quả của lò hơi Xác định được hiệu suất lò cho phép ta tính được chính xác lượng nhiên liệu cần thiết phải cung cấp cho lò từ lượng hơi ra yêu cầu Bài toán điều khiển lò luôn quan tâm

đến việc nâng cao hiệu suất lò nhằm tiết kiệm năng lượng đầu vào một cách tối đa

Ta có:

Trong đó H là hiệu suất của lò, Q ra , Q vao lần lượt là tổng năng lượng đầu ra,

đầu vào của lò

Từ yêu cầu đặt công suất điện của nhà máy, ta có được yêu cầu về sản lượng hơi Năng lượng do hơi mang đi đến tuabin là năng lượng có ích Vì vậy năng lượng có ích này là hoàn toàn xác định với yêu cầu của hơi Dựa theo công thức trên tính toán được hiệu suất của lò hơi tức là xác định được năng lượng cần thiết cấp vào lò hơi để có được năng lượng hữu ích ở đầu ra mong muốn Có hai phương pháp cơ bản để tính hiệu suất lò đó là:

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 15

Phương pháp vào/ra:

Trong phương pháp này cần tính đến lưu lượng hơi nước, lưu lượng nước cấp đến lò, và lượng nước đi xuống từ lò, lưu lượng nhiên liệu cấp vào Ngoài ra năng lượng của mỗi thành phần đó phải được tính đến

Nếu biết được áp suất nhiệt độ, độ ẩm của hơi nước thì năng lượng của hơi sẽ được xác định bởi đặc tính nhiệt động lực học

Hiệu suất lò sẽ được tính bởi công thức:

Trong đó Q nuoc là năng lượng được cấp thêm vào nước

Phương pháp này có ưu điểm là cách tính khá đơn giản nên hay được sử dụng Phương pháp tổn thất:

2.1.3 Các hệ cân bằng khối lượng và năng lượng trong lò hơi

Đầu vào và đầu ra của lò hơi có mối quan hệ chặt chẽ với nhau dựa trên hai

định luật cơ bản là: định luật bảo toàn năng lượng và định luật bảo toàn khối lượng, tức là tổng năng lượng và khối lượng đầu vào của lò phải cân bằng với tổng năng lượng và khối lượng đầu ra của lò Kết luận lại, trong lò bao gồm các cân bằng sau:

- Cân bằng về khối lượng giữa nước cấp và hơi nước;

- Cân bằng khối lượng giữa nhiên liệu, gió với khối lượng khói thải và tro xỉ;

- Cân bằng thành phần hóa học chứa trong nước cấp và hơi;

- Cân bằng thành phần hóa học giữa nhiên liệu cộng gió thứ cấp với khói thải cộng tro xỉ;

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 16

- Cân bằng năng lượng của lò hơi

2.1.4 Cân bằng về khối lượng giữa hơi và nước cấp

Nước được cấp đến bao hơi, ở bao hơi nước nhận nhiệt năng từ quá trình cháy trong lò hơi và chuyển hóa thành hơi nước b!o hòa Ngoài lượng hơi chính thoát ra từ bao hơi được dẫn tới tuabin thì còn có một lượng nước đi xuống quay trở lại bao hơi Đây chính là lượng nước được tách ra từ hơi b!o hòa qua bộ phận lọc hơi Mặc dù năng lượng mang đi bởi lương nước này không phải là năng lượng có ích từ quan điểm của hiệu suất lò nhưng năng lượng đó là không đàn kể bởi vì lò hơi hầu như truyền nhiệt toàn bộ từ nhiệt chứa trong nhiên liệu cho nước cấp để trở thành hơi b!o hòa Trong cân bằng này thì thông thường lượng hơi sẽ chiếm khoảng 90% - 99% khối lượng đầu ra

Hình 2.1: Cân bằng về khối lượng giữa nước cấp và hơi

2.1.5 Cân bằng khối lượng nhiên liệu và gió với khói thải và tro xỉ

Nhiên liệu được đưa vào lò cộng với không khí để cung cấp O2 cho quá trình cháy của lò hơi Không khí đưa vào lò thường lớn hơn rất nhiều so với nhiên liệu (gấp khoản 12-18 lần) Sau quá trình cháy, những chất rắn không cháy được sẽ tạo thành tro xỉ Tro là những chất rắn không cháy được nhưng không bị nóng chảy còn xỉ chính là tro nóng chảy tạo thành Đồng thời một lượng khói thải lớn được đưa ra ngoài trời qua ống khói Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có cần bằng giữa đầu vào là nhiên liệu, gió với đầu ra là khói thải, tro xỉ

Hình 2.2: Cân bằng về khối lượng giữa nhiên liệu, gió và khói thải, tro xỉ

Lò hơi Nước cấp

Hơi bão hòa Nước đi xuống

Lò hơi

Tro, xỉ Gió

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 17

2.1.6 Cân bằng thành phần hóa học

Hình 2.3: Cân bằng thành phần hóa học trong nước cấp và hơi

Nước cấp đưa vào lò bao gồm rất nhiều các thành phần hoá học khác nhau như Ca2+, Mg2+, Na+, K+, HCO32-, SO42-, Cl-, v.v ngoài ra còn có các chất keo, chất bùn Hơi quá nhiệt đi vào tuabin phải đảm bảo sạch chứa ít hoá chất, điều này là cần thiết để tránh hư hại ăn mòn đường ống và làm hỏng cánh của tuabin

Hơi b!o hoà từ bao hơi vào bộ quá nhiệt mang theo những hạt nước có nồng độ tạp chất khá cao Khi qua bộ quá nhiệt nước bốc hơi dần còn cáu cặn thì một phần bám lại trên bề mặt ống bộ quá nhiệt phần còn lại bay theo hơi

và các thiết bị phía sau như ống dẫn hơi, tuabin v.v

Hình 2.4: Cân bằng hoá học giữa đầu vào và đầu ra của quá trình cháy Hình 1.5 biểu diễn cân bằng hoá học đầu vào và đầu ra của quá trình cháy lò

hơi Nhiên liệu và gió đưa vào lò bao gồm nhiều thành phần hoá học khác nhau như: O2, C, N2, S, H2, oxit nito, CO2, v.v Sản phẩm của quá trình cháy là khói và lượng tro xỉ Những hạt xỉ lỏng lớn, rơi xuống đáy buồng lửa, ở đó có thể thải ra dạng thể lỏng gọi là phương pháp thải xỉ lỏng, cũng có thể được làm nguội, đông đặc lại rồi thải ra ngoài theo phương pháp thải xỉ khô Những hạt quá nhỏ không tách ra được đi theo khói ra ngoài khí quyển

C Gió

N2, H2O, O2

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 18

2.1.7 Cân bằng năng lượng của lò hơi

Năng lượng đầu vào của lò được xác định bởi tổng năng lượng chứa trong nhiên liệu cấp vào lò (gồm năng lượng từ than và dầu, năng lượng từ nước cấp, năng lượng do sự cháy O2) Tổng năng lượng cấp vào lò được tính bởi lưu lượng nhiên liệu đầu vào nhân với năng lượng của mỗi đơn vị chuẩn trong một đơn vị thời gian

Năng lượng đầu ra của lò bao gồm năng lượng hữu ích được tích trữ trong hơi nước, năng lượng chứa trong khói lò và năng lượng bị mất đi do có tổn thất trong lò như tổn thất nhiệt cho nước trong quá trình cháy, do gió thừa mang đi trong khói, do bức xạ, ẩn nhiệt cấp cho nước hình thành bởi sự cháy O2

Hình 2.5: Cân bằng lượng bên trong lò hơi

Từ định luật cân bằng năng lượng ta có phương trình thể hiện mối quan

hệ giữa năng lượng đầu vào và đầu ra của lò như sau:

Tổng năng lượng đầu vào = Tổng năng lượng hữu ích đầu ra + Tổng tổn thất

Chính các đòi hỏi trên đặt ra yêu cầu đối với bài toán điều khiển cho lò hơi phải đảm bảo đầu vào và đáp ứng yêu cầu của đầu ra Ngoài ra để đảm bảo tính chính xác, ổn định của lò hơi, hệ thống điều khiển còn phải đảm bảo chất lượng hơi quá nhiệt về lưu lượng, nhiệt độ, áp suất và chất lượng của quá trình cháy về nhiên liệu, lượng O2 để sao cho hệ thống đạt hiệu suất cao, mang lại hiệu quả kinh tế

Lò hơi

Bức xạ nhiệt

Năng lượng hơi chính Năng lượng

ở khói lò Năng lượng

ở xỉ lò

Năng lượng

từ nhiên liệu Năng lượng

từ sự cháy của gió

Năng lượng

từ nước cấp

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 19

2.2 Tổng quan hệ thóng điều khiển lò hơi

2.2.1 Lò hơi là một đối tượng điều khiển

Đầu ra của hệ thống điều khiển lò hơi là điện năng, được cung cấp lên lưới điện tiêu thụ quốc gia Chính vì vậy, giá trị công suất phát của nhà máy

điện thay đổi tuỳ thuộc nhu cầu sử dụng điện Giá trị công suất này được yêu cầu từ trung tâm điều độ quốc gia Đối với hệ thống điều khiển lò hơi, công suất điện phát ra phụ thuộc vào lưu lượng hơi đưa tới tuabin của máy phát, lưu lượng hơi dẫn vào tuabin nhiều thì nhiệt được truyền theo và sinh công càng nhiều, do vậy điện năng sản xuất ra càng lớn (chuyển hoá năng lượng từ nhiệt năng thành cơ năng và thành điện năng) làm cho công suất của máy phát tăng lên và ngược lại Nên khi yêu cầu về công suất điện phát ra thay đổi thì phải thay đổi lưu lượng hơi đưa vào tuabin, kéo theo đó là yêu cầu nhiệt năng tăng lên, nhiên liệu đưa vào lò phải tăng lên và nước cấp vào bao hơi cũng phải tăng lên để có được sản lượng hơi yêu cầu

Lò hơi là một hệ thống có nhiều đầu vào và nhiều đầu ra Đầu vào của

lò hơi bao gồm nhiên liệu (than, dầu), gió đảm bảo cung cấp O2 cho quá trình cháy và lượng nước cấp xuống từ bao hơi Đầu ra của lò bao gồm hơi nước b!o hoà thoát ra từ bao hơi, lượng nước thừa đi xuống, lượng khói thải và xỉ (tro)

từ quá trình cháy Như vậy năng lượng đưa vào lò chính là hoá năng có chứa trong nhiên liệu Năng lượng hữu ích đầu ra của lò được mang đi bởi hơi nước b!o hoà (nước là môi chất truyền nhiệt năng) Đầu vào và ra có quan hệ mật thiết với nhau, với mỗi yêu cầu thay đổi đầu ra là công suất máy phát điện thì cần phải điều khiển nhiên liệu vào như than, gió đáp ứng được sản lượng hơi mong muốn

2.2.2 Giới thiệu chung hệ thống điều khiển lò hơi

Hệ thống điều khiển lò hơi trong nhà máy nhiệt điện là một hệ thống

điều khiển có cấu trúc phức tạp với hàng trăm mạch vòng điều khiển khác nhau, giám sát và điều khiển hàng trăm tham số Trong lò hơi các quá trình

điều khiển gió vào lò, nhiên liệu, quá trình cháy, hơi, nước cấp đều có tác

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 20

động và ảnh hưởng lẫn nhau, để đạt được hiệu suất tối đa, đáp ứng yêu cầu tải thì cùng lúc phải phối hợp điều khiển nhiều đối tượng với nhiều thông số

Điều này yêu cầu một hệ thống điều khiển tổng thể, điều khiển giám sáy và làm giảm được sự sen kênh giữa các hệ điều khiển của các đại lượng trong hệ thống

Các hệ điều khiển đó bao gồm nhiều mạch vòng điều khiển khác nhau nhưng chúng được xếp vào hai loại điều khiển thực hiện hai nhiệm vụ chính sau:

- Các mạch vòng điều khiển đảm bảo quá trình chuyển hoá năng lượng;

- Các mạch vòng điều khiển đảm bảo chất lượng

Các mạch vòng điều khiển đảm bảo quá trình chuyển hoá năng lượng

Quá trình chuyển đổi năng lượng trong nhà máy nhiệt điện như ta đ! đề cập ở phần trên bao gồm nhiều quá trình: từ hoá năng thành nhiệt năng, nhiệt năng chuyển hoá thành hoá năng và cơ năng, từ cơ năng chuyển hoá thành

điện năng Tuy nhiên trong điều khiển thì quá trình thường đi theo hướng ngược lại, từ yêu cầu của tải quyết định công suất máy phát; từ công suất máy phát tính toán ra tổng nhiệt năng yêu cầu Tổng nhiệt năng yêu cầu sẽ là lượng

đặt điều khiển lượng than cấp vào và điều khiển lượng khói cần thiết để đảm bảo quá trình cháy cung cấp nhiệt năng Ngoài ra, công suất máy phát là lượng

đặt điều khiển lượng hơi cấp vào tuabin, đồng thời cũng phải điều khiển nước cấp đảm bảo mức nước cân bằng trong bao hơi Tờt cả các quá trình điều khiển đó đều nhằm mục đích là đảm bảo quá trình chuyển hoá năng lượng trong lò hơi

Các mạch vòng điều khiển đảm bảo chất lượng

Để hiệu suất lò hơi cao nhất, đem lại hiệu quả kinh tế cao nhất cũng nhu tuổi thọ của nhà máy và chất lượng điện phát ra thì phải đảm bảo được hai yêu cầu:

- Chất lượng của quá trình cháy: nhiên liệu cấp vào lò đủ mịn, lượng không khí cấp vào đảm bảo nhiên liệu cháy hết tạo ra nhiệt năng lớn nhất;

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 21

- Chất lượng của hơi: hơi có nhiệt độ, áp suất ổn định và lưu lượng đáp ứng đúng theo yêu cầu tải, ngoài ra hơi nước không được phép lẫn bụi hay các hạt nước li ti tránh gây rỗ và hỏng cánh tuabin

2.2.3 Hệ thống điều khiển phụ tải nhiệt

Làm nhiệm vụ điều khiển lượng than bột cấp cho lò Đây là vùng nhậy cảm nhất của hệ thống điều khiển lò hơi, khi phụ tải nhiệt thay đổi sẽ làm cho một loạt các tham số khác của hệ thống thay đổi theo Các tín hiệu vào chủ

đạo để điều khiển phụ tải nhiệt của lò là áp lực bao hơi, lưu lượng, áp lực, nhiệt độ của hơi tươi và tín hiệu công suất phát điện từ bộ điều khiển chính Trên cơ sở các tín hiệu này, bộ điều khiển cấp than bột sẽ điều chỉnh lại vân tốc băng tải cấp than nguyên, năng suất của máy nghiền than và tốc độ của băng tải câp than bột Khi điều chỉnh phụt tải nhiệt, quá trình cháy trong lò, quá trình hoá hơi trong bao hơi sẽ bị thay đổi theo, do đó, các vị trí của lá chắn quạt gió, quạt khói và các van nước cấp, nước làm mát cũng đồng loạt thay đổi theo

2.2.4 Các yêu cầu về nhiên liệu

Than là nhiên liệu sử dung chính cho quá trình cháy trong lò hơi nhà máy nhiệt điện chạy than còn dầu là nhiên liệu dùng trong quá trình khởi động, ngừng lo hay khi phụ tải thấp hoặc để đôt kèm than Than được nghiền trước khi thổi vào buồng đốt của lò hơi và phải đam bảo các tiêu chuẩn để quá trình cháy trong lò hơi được tối ưu, đó là các yếu tố về độ ẩm, tro chứa trong than, nhiệt trị và độ mịn của than

• Độ ẩm của than: độ ẩm của than được định nghĩa là phần trăm nước có

chứa trong một đơn vị khối lượng chuẩn Than có độ ẩm cao sẽ khó vận chuyển từ máy nghiền đến buồng đốt, dễ vón cục khi nghiền và ứ đọng ở thành ống vận chuyển, tiêu tốn nhiệt để làm bốc hơi, làm tăng nhiệt độ đọng sương của khói Than quá khô dễ gây cháy trong máy nghiền Vì vậy than cấp vào lò cần đam bảo yêu cầu về độ ẩm cần thiết, thông thường là 9%

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 22

• Tro chứa trong than: tro là thành phần không cháy được ở thể rắn,

thường quy định là tỉ lệ phần trăm còn lại khi đốt nhiên liệu rắn ở 8000C Tro

có tác dung xấu làm giảm nhiệt lượng phát ra của nhiên liệu, gây hiện tượng bám bẩn, mài mòn các bề mặt truyền nhiệt, các đường ống dẫn, quạt khói v.v… Trong công nghệ đốt ta thường quan tâm đến nhiệtd dộ biến dạng, nhiệt

độ mềm và nhiệt độ nóng chảy của tro

• Nhiệt trị của than: nhiệt trị của than là nhiệt lượng sinh ra khi cháy

hoàn toàn 1kg than Nhiệt trị của than có thể xác định trực tiếp bằng nhiệt lượng kế hoặc dùng công thức kinh nghiệm theo các thành phần của than Năng lượng chứa trong nhiên liệu biến đổi tuỳ thuộc loại than Việc nhiệt trị than biến đổi làm ảnh hưởng đến quá trình cháy trong lò hơi, nhiệt năng tôả ra

sẽ không ổn định dẫn đến lưu lượng hơi ra bị thay đổi nhiều Khi nhiệt trị tham giảm đi tức la lượng gió cháy cần thiết giảm, nếu lưu lượng gió đưa vào

lò cố định thì sẽ co một lượng gió thừa cùng khói thoát ra khỏi lò, làm giảm hiệu suất của hệ thống Năng lượng chứa trong một đơn vị chuẩn than cũng thay đổi do sự thay đổi về trọng lượng riêng của than Với thể tích than không

đổi, việc biến đổi tọng lượng riêng của than dẫn tới sự chênh áp ở miệng lỗ vòi phun bị thay đổi Lượng gió cần vận chuyển than cũng thay đổi, làm sai lệch tỉ

lệ than gió cấp vào lò Nó cũng làm thay đổi áp suất hơi và cũng là nguyên nhân gây ra sự thay đổi của yêu cầu nhiên liệu Việc không xác định chính xác nhiệt trị của than gây nên điều chinh không chính xác gió cháy đưa vào lò

Để khắc phục vấn đề này thì viêc điều khiển phân tích cắt giảm khói lò là cần thiết để định lại chính xác lưu lượng gió Khi nhiệt trị thay đổi ngay lập tức tín hiệu bộ điều khiển phân tích khói thay đổi Và tín hiệu này sẽ xác định lại lưu lượng gió phù hợp

• Độ mịn của than: độ mịn của than là kích thước của các hạt than cám

Than cục cấp từ kho than phải được nghiền nhỏ trong hệ thống cấp nhiên liệu

đến một kích thước nhỏ phù hợp, than chưa đạt kích thước yêu cầu sẽ qua bộ

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 23

phân loại than để quay lại máy nghiền Than càng mịn thì vận chuyển than

đến vòi đốt dễ dàng hơn, hiệu suát cháy càng cao, lượng tro xỉ thải ra càng ít Tóm tại yêu cầu của hệ thống cấp nghiên liệu phải đáp ứng nhanh, chính xác

Sự thay đôi các nhân tố trên sẽ gây ảnh hưởng đến quá trình cháy trong lò hơi

Từ việc phân tích thay đổi của chất lượng than sẽ đưa tới vấn đề điều khiển

để bù lại sự thay đổi đó

Ngoài việc sử dụng than khô làm nhiên liệu cháy thì nghiều nhà máy còn dùng nhiên liệu than – dầu, than – nước Sự kết hợp các nhiên liệu khác nhau

đó để làm giảm giá thành hệ thống Tuy nhiên dù dùng bất cứ loại nhiên liệu nào cũng cần hệ thống nghiền than, trộn nhiên liệu, hệ thông trữ nhiên liệu

2.2.4.1 Hệ thống nghiền than và vận chuyển than nghiền

Hệ thống nghiền than bao gồm bốn bộ phận cơ bản: cấp than; nghiền và phân loại than; hệ thống quạt thổi hút luồng không khí; sấy than nghiền

Các boongke than nguyên liệu được cấp đầy liên tục bằng hê thống băng tải Than nguyên sẽ từ boongke qua ống dẫn than tới máy cấp than và tiếp tục vào máy nghiền Than nghiền nhỏ sẽ được hỗn hợp gió cấp một (hỗn hợp gió nóng và gió lạnh) vận chuyển qua bộ phân ly Gió cấp một là hỗn hợp gió nóng từ bộ gia nhiệt của lò hơi và không khí lạnh từ ngoài vào Tỉ lệ của hai luồng khí này sẽ được điều chỉnh tuỳ thuộc vào độ ẩm của than Bộ phân

ly có nhiệm vụ phân ly than thô ra khỏi than mịn Các hạt than thô không đạt tiêu chuẩn về kích thước sẽ quay lại máy nghiền còn các hạt than thô không

đạt tiêu chuẩn về kích thước sẽ quay lại máy nghiền còn các hạt mịn sẽ được gió cấp một thổi vào các đường ống than bột tới các vòi đốt tương ứng Hỗn hợp than – gió ở đầu ra của máy nghiền được hâm nóng trước khi vào buồng

đốt Mỗi một hệ thống nghiền than có thể phục vụ cho một hay nhiều lò đốt

2.2.4.2 Tổng hợp hệ thống điều khiển nhiên liệu trong lò hơi

Hệ thống điều khiển nhiên liệu than là hệ thống quan trọng bậc nhất, nó

đảm bảo cân bằng năng lượng giữa đầu vào và đầu ra Lượng đặt vào cho hệ

điều khiển nhiên liệu là tổng năng lượng điện yêu cầu (MW) đượ tính toán

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 24

quy đổi bằng tổng nhiệt năng yêu cầu Yêu cầu nhiên liệu từ lò hơi được gửi

đến hệ thống như điểm đặt cho mọi quá trình điều khiển nhiên liệu than, điều khiển gió Tín hiệu yêu cầu nhiên liệu từ lò đưa tới hệ thống điều khiển tỉ lệ than/ gió và từ tỉ lệ đó sẽ xác định yêu cầu cụ thể từng tín hiệu cho bộ điều khiển than và bộ điều khiển gió

2.2.4.3 Hệ điều khiên khói gió

Làm nhiệm vụ duy trì trạng thái làm việc tối ưu của buồng lửa (nhiên liệu phải làm được cháy hết và nhiệt lượng cung cấp cho bao hơi phải đủ) Trên cơ sở các tín hiệu về áp lực buồng lửa, nồng độ ô-xy trong khói, nhiệt độ khói, lưu lượng gió và tín hiệu phụ tải nhiệt, các bộ điều khiển sức hút buồng lửa và điều khiển gió chung sẽ điều chỉnh góc mở của lá chắn quạt gió và lá chắn quạt khói sao cho phù hợp để áp lực luôn nằm trong giải -0.1 ữ1.5% Trong trường hợp có sự cố “tắt lửa lò”, bộ điều khiển tự động phun dầu sẽ làm việc để duy trì cưỡng bức quá trình cháy trong buồng lửa

2.2.4.4 Hệ thông cung cấp gió

Hệ thống cung cấp gió phải đảm bảo được yêu cầu:

- cung cấp đủ oxy để đốt cháy hết nhiên liệu:

- Đảm bảo hiệu suất cháy của lò và ổn định quá trình cháy: cung cấp lượng oxy vừa đủ theo hệ số không khí thừa nhất định và phân bố áp suất theo một luật phân bố nhất định

Nguyên lý hoạt động:

Gió tự nhiên được quạt gió hút vào rồi chia hai đường, phần lớn gió qua bộ gia nhiệt không khí, phần còn lại đến quạt gió sơ cấp cung cấp gió lạnh cho máy nghiền Gió sau khi qua bộ gia nhiệt lên khoảng 1000C hầu hết đi thẳng vào lò gọi là gió cấp 2, một phần đến quạt gió sơ cấp gọi là gió nóng cấp 1 Khói ra khỏi lo có nhiệt độ rất cao khoảng 2150C được dẫn qua bộ tiết kiệm để hâm nóng nước tuần hoan, sau đó sẽ qua bộ gia nhiệt không khí để làm tăng nhiệt độ cho gió vào Sau đó khói qua bộ lọc bụi tĩnh điện để loại bỏ các chất bẩn rồi được quạt khói hút ra khí quyển

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 25

Gió bị thay đổi áp suất, lưu lượng trên đường lưu thông do kết cấu của các ống dẫn và bộ gia nhiệt co nhiệm vụ bù sự tổn hao năng lượng này ống khói cũng cần phải đu độ cao và đường kính đủ lớn đảm bảo sự chênh lệch áp suất với khí quyển để khói thoát tốt và giảm tổn hao do ma sát với thành lò

2.2.4.5 Hệ thống điều khiển gió

Hệ thống điều khiển gió là một hệ thống rất quan trọng ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng hoạt động và hiệu suất của lò hơi Trong hệ thống điều khiển khói gió thì gió vào được điều khiển khá độc lập, tín hiệu điều khiển chỉ phụ thuộc chính vào yêu cầu về nhiên liệu Việc điều khiển lưu lượng gió vào thực hiện bằng cách điều khiển tốc độ quạt hút vào độ mở cánh hướng van theo một trong ba cách sau:

• Giữ nguyên tốc độ quạt hút và điều khiển độ mở cánh hướng van: phương pháp này khá đơn giản nhưng lại không phải hiệu quả nhất Thiết bị sử dụng phổ biến là van chắn kiêu cánh hướng, hệ có thể sử dụng một hay nhiều van cánh hướng được điều chỉnh cùng hướng quay và cùng góc mở Phương pháp đơn giản để điều khiển cánh hướng là dựa vào khớp nối và góc quay của khớp Góc mở của cánh hướng thay đổi làm thay dổi lưu lượng gió Nguyên tắc điều khiển là sử dụng đặc tính phi tuyến của vị trí cơ cấu điều khiển van cánh hướng là hệ thống khí nén hoặc điện nhưng việc sử dụng động cơ điện để

điều khiển vị trí sẽ linh hoạt hơn

động cơ

Động cơ và cơ cấu chuyển động

F(x) Phản hồi vị trí cánh hướng

Quay phải Quay trái

Điều khiển bằng tay

Điều khiển cánh hướng Tín hiệu đặt

Hình 2.6: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển độ mở cánh hướng van

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 26

• Giữ độ mở cánh hướng van có độ mở cực đại rồi điều khiển tốc độ quạt hút: Ưu điểm của phương pháp này là rất có lợi về mặt năng lượng, có thể tối ưu hoá công suất yêu cầu của quạt, hiệu suất làm việc cao Nhược điểm là phạm vi điều khiển hẹp do khi tốc độ quạt giảm xuống còn 1/3 thì áp lực quạt tạo ra để hút gió giảm rất nhanh dẫn đến lưu lượng gió giảm nhanh không đáp ứng được yêu cầu oxy cho quá trình cháy

• Điều khiển cả tốc độ quạt và độ mở cánh hướng của van: để khắc phục nhược điểm và kết hợp ưu điêm của hai phương pháp trên thì dùng phối hợp cả

điều khiển cánh hương van và điều khiển quạt gió Phương pháp này thường dùng lò hơi công suất trung bình và cao

2.2.4.6 Hệ thống điều khiển chân không buồng đốt

Để đảm bảo quá trình cháy trong lò hiệu quả, ổn định và đảm bảo an toàn cho thiết bị và cho người vận hành thì áp suất chân không buồng đốt

đóng một vai trò rất quan trọng Điều khiển lưu lượng khói hút ra và lưu lượng gió cấp vao để áp suất âm (chân không buồng đốt) luôn được giữ cố định trong lò Đối với quạt gió Trong đó, điều khiển khói thoát đóng vai trò quyết

định tới giá trị áp suất chân không buồng đốt

Tuỳ theo yêu cầu về chất lượng và phù hợp với kinh tế sẽ có những phương pháp điều khiển chân không buồng đốt khác nhau:

• Hệ thống điều khiển đơn giản nhất là sử dung mạch vòng đơn để điều chỉnh khói thoát Với hệ thống này điều khiển gió cấp theo yêu cầu phụ tải còn điều khiển khói thoát sẽ quyết định áp suất chân không buồng đốt Sai lệch giữa tín hiệu đặt và áp suất buồng đốt thực tế sẽ được đưa vào bộ điều khiển cánh hướng quạt hút khói để điều chỉnh lưu lượng khói thoát đưa áp suất

về giá trị đặt Phương án này có nhược điểm khi tải thay đổi áp suất khó ổn

định, độ trễ của bộ điều khiển lớn do cần hằng số thời gian tích phân lơn để làm giảm ảnh hưởng của nhiễu

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 27

• Hệ thống điều khiển sử dụng mạch vòng điều chỉnh áp suất có bù lưu lượng gió: lưu lượng gió cấp vào thay đổi theo nhu cầu tải, quạt hút gió không

đáp ứng kịp sẽ làm áp suất dao động Lúc này lưu lượng gió vào đóng vai trò

là tín hiệu nhiễu với hệ thống điều khiển quạt Do đó sẽ xây dựng một khâu bù lưu lượng gió Phương pháp này loại bỏ được thời gian trễ giữa điều khiển quạt gió và quạt hút khói, giảm ảnh hưởng của nhiễu, giảm thời gian tác động, quạt hút khói và quạt gió được tác động song song nên giảm được sự tác động qua lại đột ngột giữa chúng

Hình 2.7: Điều khiển phân li áp suất buồng đốt và lưu lượng gió

• Hệ thống điều khiên sử dụng cấu trúc phân li hai hệ điều khiển áp suất buồng đốt và lưu lượng gió: tín hiệu phản hồi theo lưu lượng gió và tín hiệu

đầu ra của bộ điều khiển PI được đưa vào hai bộ cộng tín hiệu của mạch điều khiển quạt gió và quạt hút Khi lưu lượng thay đổi, trở lực tác động lên dòng khói và gió, làm mất cân bằng dòng lưu thông này Hệ thống sử dụng mạch

liên động ở Hình 2.4 với sự phối hợp chặt chẽ giữa tín hiệu điều khiển gió cấp

và khói cháy sẽ tự động bù sự sai lệch do trở lực đó gây ra Hệ thống điều

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 28

khiển này có ưu điểm là ổn định, nhanh đạt trạng thái cân bằng hơn đối với mỗi sự thay đổi của hệ thống, giảm được ảnh hưởng của nhiễu quá trình

2.2.4.7 Hệ điều khiển mức nước bao hơi

Làm nhiệm vụ duy trì ổn định mức nước của bao hơi trong giải cho phép là 0 ±25mm Đây là vòng điều khiển tương đối độc lập với các vòng

điều khiển khác Nước cấp (đ! được xử lý tinh) từ bình chứa được bơm tiếp nước đẩy qua các giàn gia nhiệt để nâng nhiệt độ lên mức 2870C, sau đó qua van, màng đo lưu lượng hơi tươi và mức nước bao hơi, bộ điều chỉnh mức nước sẽ làm thay đổi độ mở van cấp nước một cách tương ứng để duy trì ổn

định mức nước trong bao hơi Nừu có sự cố tràn mức, các van xả sự cố sẽ tác

động để xả nước về bể chứa nước cấp Yếu tố tác động mạnh nhất gây ra sự mất ổn định của mức nước bao hơi là lưu lượng hơi tươi cấp cho turbine Do

đó, yêu cầu đối với bộ điều chỉnh mức nước tác động quá nhanh, van nước cấp

sẽ phải đóng mở liên tục, dẫn đến tình trạng mau bị hư hỏng

2.2.4.8 Hệ thống cung cấp và lưu thông nước trong lò hơi

Hệ thống cấp nước có 3 phần chính: Hệ thống bơm nước; hệ thống van, ống dẫn, vòi phun và hệ thông hâm nước Hệ thống thực hiện nhiệm vụ cung cấp nước vào bao hơi đam bảo quá trình tạo lượng hơi nước theo yêu cầu Hơi nước sau khi phun vào tuabin được ngưng tụ thành nước tại bình ngưng và

được đưa trở lại hệ thống cấp nươc cho bao hơi Nước cấp cho bao hơi đ! được

xử lý hoá học để đảm bảo chất lượng nước cấp, sau đó nước đươc hâm nóng tới gần nhiệt độ sôi rồi bơm vào bao hơi Hệ thống các ống dẫn, vòi phun nối liền các hệ thống cấp nước, hệ thống hâm nước, van và bơm với bao hơi

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 29

Lỗ thoát khí

Hình 2.8: Hệ thống lọc khí, hâm nước và bơm nước cấp

Trên Hình 2.8 biểu diễn sơ đồ những thành phần cơ ban của hệ thống

cấp nước Nước từ bộ ngưng hơi được đưa vào bộ phận lọc khí của bộ hâm nước, sau đó được chứa trong bình chứa của bộ hâm nước Bình chứa này đối với đầu vào của bơm nước cấp, đầu ra của bơm nước cấp nối với hệ vòi phun nước cấp Tại đầu ra của bơm nước cấp có đường nước hồi tiếp được đưa về bình chứa, trên đường nước này có đặt van điều khiển hay van đóng cắt (gọi là van hồi tiếp) Giữa bơm và hệ vòi phun nước vào lò hơi có van điều chỉnh và van kiểm tra Van kiểm tra sẽ đảm bảo áp lực nước để dòng nước không thể quay ngược lại từ hệ vòi phun về bơm cấp Với hệ thống có nhiều bơm cấp, van kiểm tra có thể bị khoá ở những bơm ngừng hoạt động

Trước khi đưa vào bao hơi nước cấp được hâm nóng đạt tới nhiệt độ nhất định Quá trình này diễn ra tại bình hâm nước sử dung luôn nhiệt năng của hơi nước để hâm nước Trong bình chứa nước có giàn ông hình “ruột ga” dẫn hơi qua tương tự như cấu tạo của ấm đun điện Ngoài ra quá trình hâm nước này cũng giúp cho quá trình khử khí trong nước hiệu quả hơn

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 30

Nước trước khi vào bộ khử khí thường chứa khí carbon dioxide (CO), oxy (O2) và một số tạp khí khác, nếu chúng không được lọc đi trong nước sẽ tạo thành axit gây ăn mòn kim loại Điều đó giảm độ bên của các đường ống dẫn, bình chứa, ảnh hưởng tới chất lượng hơi Chính vì vậy, tại bộ lọc khí, nước được hâm nóng tới nhiệt độ sôi và các khí lẫn trong nước bốc lên trên,

được lọc đi và thoát ra ngoài khí quyển qua ống dẫn khí Do nước được đun nóng tới điểm sôi nên tạo ra một hỗn hợp nước và hơi, tạo ra một áp suất trong bình chứa áp suất này lớn hơn áp suất khí quyển nên các khí sẽ bị đẩy ra ngoài khí quyển qua ống dẫn khí Như vậy, quá trình hâm nước và lọc khí có tác dung tích cực cân bằng hoá học cho nước cấp

Trong hỗn hợp nước và hơi ở ống dẫn, bao hơi có bong bóng hơi Hiện tượng này làm sai lệch mức nước đo được so với mức nước thực tế Do sự thay

đổi của lưu lượng hơi, do chất lượng nhiên liệu cháy không ổn định làm khói thoát không đều, tất cả là nguyên nhân dẫn đến kích thước của bong bóng hơi thay đổi, trong bao hơi xuất hiện hiện tượng sôi bồng khi kích thước bong bóng tăng hoặc hiện tượng co lại khi kích thước bong bóng giảm Đây cũng là một yếu tố cần quan tâm khi thiết kế bộ điều khiển

2.2.4.9 Hệ thống điều khiển nước cấp

Mức nước bao hơi được điều khiển giữ ở mức không đổi tại điểm đặt mức nước NWL (normal water level) Trong bộ điều khiên có mạch vòng đo lường bởi từ các sensor đo mức, giá trị đo được đưa qua bộ điều khiển dùng luật điều khiển tích phân – tỷ lệ hoặc luật điều khiển tỉ lệ Lưu lượng nước

được điều chỉnh bằng van

Các yêu cầu đối với hệ thống điều khiển mức nước bao hơi:

- Điều khiển mức nước ngang bằng với điêm đặt;

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 31

- Giảm thiểu tương tác hệ thống điều khiển cháy;

- Thay đổi mức nước bám nhanh theo sự thay đổi tải;

- Cân bằng lượng hơi ra và lượng nước cấp vào bao hơi;

- Bù thay đổi áp suất nước cấp không đảo lộn tuần hoàn nước và dịch

điểm đặt

Một số phương án điều khiển nước cấp:

• Hệ thống điều khiển một tín hiệu: sử dụng tín hiệu đo lường mức nước bao hơi để điều chỉnh nước cấp Bộ điều chỉnh bằng cơ cấu cơ khí loại nhiệt tĩnh hoặc nhiệt thuỷ lực là các bộ điều khiển tỷ lệ có giá trị đặt mức cố định tương ứng với vị trí của mỗi van điều khiển nước cấp Để chất lượng được tốt hơn có thể dùng bộ điều khiển tỷ lệ tích phân (PI) Thiêt bị được điều khiển là van điều khiển hay thiết bị điều khiển tốc độ bơm

• Hệ thống điều khiển hai tín hiệu: sử dụng tín hiệu đo mức nước và lưu lượng để điều khiển mức nước bao hơi

• Hệ thống điều khiển ba tín hiệu: sử dụng các tín hiệu đo là lưu lượng, mức nước bao hơi và lưu lượng nước cấp trong chiến lược điều khiển Phương

án này nước cấp được điều chỉnh trơn theo yêu cầu Sự thay đổi về áp suất nước làm lưu lượng nước cấp thay đổi ngay với độ quá điều chỉnh khá lớn nhưng trong thời gian rất ngắn nên không ảnh hưởng tới quá trình

Hệ điều khiển mức nước bao hơi hiện đại: sử dụng bộ điều khiển thích nghi có

hệ số khuếch đại thay đổi thích hợp với sự thay đổi áp suất nước (Hình 2.6)

Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 32

Hình 2.9: Sơ đồ điều khiển thích nghi áp suất nước cấp

Như vậy có rất nhiều phương án để điều khiển nước cấp, tuy nhiên chất lượng bộ điều khiển luôn đi kèm với giá thành do độ phức tạp của bộ điều khiển Do đó, tuỳ theo yêu cầu lò hơi và điều kiện làm việc để chọn lựa bộ

điều khiển phù hợp với hiệu quả kinh tế cao nhất