tổng quan về lò hơi công nghiệp

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP
Trong nền công nghiệp Việt Nam hiện nay có rất nhiều nhà máy hóa chất, thuốc
lá, dệt, đường, rượu, bia, nước giải khát, chế biến thực phẩm . . . đó được xây dựng lân
để sản xuất ra sản phẩm cung cấp đến người tiêu dựng. Để chế biến và tạo ra các sản
phẩm này các nhà máy đó phải tiến hành thu mua các nguyên liệu thụ đầu vào, rồi biến
đổi thông qua các chu trình công nghệ các công đoạn trong quá trình công nghệ hầu
hết đều sử dụng nhiệt như nấu, thanh trùng, chưng cất các dung dịch, cô đặc và sấy sản
phẩm…, nhiệt cung cấp ở đây là hơi bão hòa của lò hơi cung cấp.
1.Đặc điểm của lò hơi công nghiệp
1.1 Sơ đồ sử dụng hơi điển hình trong công nghiệp.
Lò hơi trong công nghiệp là thiết bị trong đó xẩy ra quá trình đốt cháy nhiên liệu,
nhiệt lượng tỏa ra từ quá trình cháy sẽ truyền cho nước trong lò để biến nước thành
hơi. Nghĩa là thực hiện quá trình biến đổi hoá năng của nhiên liệu thành nhiệt năng của
dòng hơi. Hơi ở đây thường là hơi bão hòa, áp suất hơi thấp thường phổ biến từ 6÷10
bar, sản lượng nhỏ để phục vụ cho quá trình công nghệ .
Hình 1.1 Hệ thống sử dụng hơi điển hình trong công nghiệp

1
1.2 Phân loại lò hơi trong công nghiêp
 Theo nguyên lý hoạt động, lò hơi có 2 loại chính
– Lò hơi ống lò ống lửa. Khói sinh ra khi đốt nhiên liệu trong buồng đốt được
đi qua hệ thống ống để đun nóng nước bên ngoài
– Lò hơi ống nước. Các ống chứa nước bao quanh buồng lửa hoặc bố trí thành
cụm để nhận nhiệt từ khói ở phía bên ngoài.
 Theo nguyên lý đốt của buồng lửa lò hơi thể phân loại như sau
– Buồng lửa đốt ghi (ghi cố định hoặc ghi xích chuyển động) theo đó nhiên
liệu rắn được phân bố và đốt trên ghi lò để cung cấp nhiệt cho lò
– Buồng lửa phun theo đó nhiên liệu (rắn, lỏng hoặc khí) được phun vào buồng
lửa, hỗn hợp với không khí trong đó và cháy
– Buồng lửa tầng sôi theo đó các hạt nhiên liệu rắn với kích cỡ xác định ở

trạng thái giống như hiện tượng “sôi” trong buồng lửa khi bị không khí thổi lên ở một
tốc độ nhất định.
1.3 Các đặc tính kỹ thuật cơ bản của lò hơi
1.3.1 Sản lượng hơi của lì:
Sản lượng hơi của lì là lượng hơi mà lì sản xuất ra được trong một đơn vị thời
gian (kg/h hoặc t/h hoặc kg/s). Thường dùng 3 khái niệm sản lượng.
● Sản lượng hơi định mức (D
đm
): là sản lượng hơi lớn nhất lị có thể đạt được,
đảm bảo vận hành trong thời gian lâu dài, ổn định với các thông số hơi đó cho
mà không phá hủy hoặc gây ảnh hưởng xấu đến chế độ làm việc của lì.
●Sản lượng hơi cực đại (D
max
): là sản lượng hơi lớn nhất mà lò có thể đạt được,
nhưng chỉ trong một thời gian ngắn, nghĩa là lò không thể làm việc lâu dài với
sản lượng hơi cực đại được. Sản lượng hơi cực đại bằng:
D
max
= (1,1 - 1,2) D
đm

● Sản lượng hơi kinh tế là sản lượng hơi mà ở đó lì làm việc với hiệu quả kinh tế
cao nhất. Sản lượng hơi kinh tế bằng: D
kt
= (0,8 - 0,9) D
đm
1.3.2 Thông số hơi
Áp suất (đo bằng kg/cm
2
) và nhiệt độ (đo bằng

0
C) của hơi sản xuất ra. Trong
nhà máy nhiệt điện, các trị số áp suất và nhiệt độ hơi quá nhiệt được lựa chọn trên cơ
sở kinh tế - kỹ thuật của chu trình nhiệt. Trong công nghiệp, lò hơi được dựng để sản
xuất hơi bão hòa thì có thể chỉ cần đặc trưng thống số hơi là áp suất.
2
1.3.3 Nhiệt thế thể tích của buồng lửa
Nhiệt thế thể tích của buồng lửa là số lượng nhiệt sinh ra trong một đơn vị thể
tích buồng lửa:
q
v
= , kW/m
3
Trong đó: B
lv
- lượng nhiệt tiêu hao, kg/s;
Q
t
lv
– nhiệt trị của nhiên liệu, kJ/kg;
V – thể tích buồng lửa, m
3
1.3.4 Nhiệt thế diện tích trên ghi: là số lượng nhiệt sinh ra trên một đơn vị diện
tích mặt cháy của ghi:
q
r
= , kW/
trong đó R – diện tích mặt cháy của ghi,
1.3.5 Năng suất bốc hơi của lò hơi: là khả năng bốc hơi của một đơn vị diện
tích bề mặt đốt trong một đơn vị thời gian (kg/

2
h). Đặc tính này thường dùng cho các
lò hơi nhỏ trong công nghiệp
1.3.6 Hiệu suất của lò hơi: là tỷ số giữa lượng nhiệt mà môi chất hấp thu được
có ích với lượng nhiệt đưa vào lò hơi.
η =
Trong đó; : là ượng nhiệt có ích;
d
: là lượng nhiệt đưa vào lò hơ
1.4 Các hệ cân bằng khối lượng và năng lượng trong lò hơ
Đầu vào và đầu ra của lò hơi có mối quan hệ chặt chẽ với nhau dựa trên hai định
3
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 s
:
- Cân bằng về khối lượng giữa nước cấp và hơi nư
;
- Cân bằng khối lượng giữa nhiên liệu, gió với khối lượng khói thải và tro
;
- Cân bằng thành phần hóa học chứa trong nước cấp và h
;
- Cân bằng thành phần hóa học giữa nhiên liệu cộng gió thứ cấp với khói thải
cộng tro
;
- Cân bằng năng lượng của lò h
.
1.4.1 Cân bằng về khối lượng giữa hơi và nước
p
Nước được cấp đến bao hơi, ở bao bơi nước nhận nhiệt năng từ quá trình cháy

trong lò hơi và chuyển hóa thành hơi nước bão 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 bão hòa qua bộ phận lọc hơi. Mặc dù
năng lượng mang đi bởi lượng nước này không phải là năng lượng có ích từ quan điểm
của hiệu suất lò nhưng năng lượng đó là không đáng kể bởi vì lò hơi hầu như truyền
nhiệt toàn bộ từ nhiệt chứa trong nhiên liệu cho nước cấp để trở thành hơi bão hòa.
Trong cân bằng này thì thông thường lượng hơi sẽ chiếm khoảng 90% - 99% khối
lượng
4
Lò hơi
Nước cấp
Hơi bão hoà
Nước đi xuống
Hình 1.2 Cân bằng về khối lượng giữa nước cấp
à hơi
1.4.2 Cân bằng khối lượng nhiên liệu và gió với khói thải và
ro xỉ
Nhiên liệu được đưa vào lò cộng với không khí để cuncấp O 2 cho quá trình cháy
của lò hơi. Không khí đưa vào lò thường lớn hơn rất nhiều so với nhiên liệu (gấp
khoảng 12 - 1 lần). s au 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 cân bằng giữa đầu vào là nhiên
liệu, gió với đầu ra là khói thả
ình 1.3 . Cân bằng khối lượng giữa nhiên liệu, gió và khói thải
o xỉ
1.4.3 Cân bằng thành phần
5
Lò hơi
Hỉa chất trong

nước cấp
Hoá chất trong
hơi chính
Hoá chất trong
lắng cặn
Lò hơi
Nước cấp
Khúi
Tro, xỉ
Giú
Hình 1.4 Cân bằng thành phần hóa học trong nước cấp
hơi
Nước cấp đưa vào lò bao gồm rất nhiều các thành phần hóa học khác nhau
hư
Ca
2
,
Mg 2 Na
+
, K +
,
K
O -
S
4 2, Cl - v v ngoài ra còn có các chất keo
Hình 1.5 Cân bằng hóa học giữa đầu vào v
đầu ra
Hình 1. 5 biểu diễn cân bằng hóa học đầu vào và đầu ra của quá trình cháy của lò
hơi. Cũng như cân bằng hóa học của nước cấp và hơi bão hòa thì sơ đồ này cũng cho
thấy cân bằng của mỗi thành phần hóa học. Nhiên liệu và gió đưa vào lò cũng bao gồm

nhiều thành phần hóa học khác n
a
như O
2
, C, N
2
, S, H 2 , oxit
n
itơ, CO 2 v v Sản
phẩm của quá trình cháy là khói và lượng tro xỉ. Những hạt xỉ lỏng lớn, rơi xuống phía
đáy buồng lửa, ở đó có thể được là 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
hí uyển.
1.4 .4 Cân bằng năng lượng
ủa 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
dự cháy O 2 ). 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
hời 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 chứa trong lượng nước thừa đi
xuống. Ngoài ra còn mụt phần năng lượng bị mất đi do có tổn thất trong lò (lượng tổn
thất này là tất yếu do quá trình cháy và tr
6
Lò hơi
Nhiờn liệu H
2
, C,
S, N

2
, O
2
, H
2
O
Khối CO
2
, CO, O
2
,
N
2
, NO
X
, SO
x
Tro, xi, C
Giú N
2
, H
2
O, O
2
Lò hơi
Năng lượng từ
nhiờn liệu
Năng lượng từ
sự cháy của giú
Năng lượng từ

nước cấp
Năng lượng hơi
chính
Năng lượng ở
khói lị
Năng lượng ở xỉ
lì
Bức xạ nhiệt
Hình 1.6 Cân bằng năng lượng bên tron
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
ư sau:
Tổng năng lượng đầu vào=Tổng năng lượng hữu ích đầu ra+Tổng
n thất
Trong đó năng lượng tổn thất
o gồm:
- Tổn thất nhiệt do nước trong quá tr
h cháy;
- Tổn thất nhiệt để làm khô khí
nhiên;
- Tổn thất nhiệt do nước có trong nh
n liệu;
- Ẩn nhiệt cấp cho nước có trong nh
n lệu;
- Ẩ n nhiệt cấp cho nước hình thành bởi
ự
c
y O 2 ;
- Tổn thất nhiệt do cacbon kh

g cháy;
- Tổn thất nhiệt do gió thừa mang đi tr
g khói;
- Tổn thất nhiệt d
7
bức xạ;
Chính các đòi hỏi trên đặt ra yêu cầu đối với bài toán điều khiển cho lò hơi phải
đảm bảo đầu vào 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 l
ệ
u, lượng O 2 để
sao cho hệ thống đạt hiệu suất cao, mang lại hiệu
ảkinh tế.
1 .5 Một số loại nồi hơi thường dùng trong
ng ghiệp
1.5 .1. Nồi hơi ống lửa (Fire
b Boiler)
Với loại lò hơi này khói sinh ra khi đốt nhiên liệu trong buồng đốt được đi qua hệ
thống ống để đun nóng nước bên ngoài.sẽ được chuyển thành hơi. Lò hơi ống lửa
thường được sử dụng với công suất hơi tương đối thấp cho đến áp suất hơi trung bình.
Do đó, sử dụng lò hơi dạng này là ưu thế với tỷ lệ hơi lên tới 12tấn/giờ và áp suất
l
n tới
18 kg/cm 2 . Các lò hơi này có thể sử dụng với dầu, ga hoặc các nhiên liệu lỏng. Vì
các lý do kinh tế, các lò hơi ống lửa nằm trong hạng mục lắp đặt “trọn gói” (tức là nhà
sản xuất sẽ lắp đặt) đối với tất cả các
hiên liệ.
8
Hình 1.7 . Mặt cắt của mộ

i ốg lửa
Hìn h 1.8 Lò ống l
9
lửa ngang
Hình1.9 Lò ốnò
ng ửa đứ n g
1.5 .2. Nồi hơi ống nước (Wate
Tube Boiler)
Lò hơi ống nước. Các ống chứa nước bao quanh buồng lửa hoặc bố trí thành cụm
để nhận nhiệt từ khói ở phía bên ngoài,nước cấp qua các ống đi vào tang lò hơi. Nước
được đun nóng bằng khí cháy và chuyển thành hơi ở khu vực đọng hơi trên tang lò
hơi. Lò hơi dạng này được lựa chọn khi nhu cầu hơi cao đối vớ
nhà máy phát điện.
Phần lớn các thiết kế lò hơi ống nước hiện đại có công suất nằm trong khoảng 4.5
– 120 tấn/giờ hơi, ở áp suất rất cao. Rất nhiều lò hơi dạng này nằm trong hạng mục lắp
đặt “trọn gói” nếu nhà máy sử dụng dầu và/hoặc ga làm nhiên liệu. Hiện cũng có loại
thiết kế lò hơi ống nước sử dụng nhiên liệu rắn nhưng với loại này, thiết kế trọn gói kh
g thông dụng bằng.
Lò hơi ống nước
• các đặc điểm sau:
Sự thông gió cưỡng bức, cảm ứng, và cân bằng sẽ giúp nâng
• ao hiệu suất cháy.
Yêu cầu chất lượng nước cao và cần phải có
• thống xử lý nước.
Phù hợp với
10
uất nhiệt cao .
Hình
11
Nồi hơi ống nước

Hình 1.11
12
hơi ống nước đứng
Hình 1.12 Lò
ơi ng nước nghiêng
1.5 .3. Nồi hơi trọn
ộ (Package Boiler)
Loại lò hơi này có tên gọi như vậy vì nó là một hệ thống trọn bộ. Khi được lắp
đặt tại nhà máy, hệ thống này chỉ cần hơi, ống nước, cung cấp nhiên liệu và nối điện
để có thể đi vào hoạt động. Lò hơi trọn bộ thường có dạng vỏ sò với các ống lửa được
thiết kế sao cho đạt được tốc độ truyền nhiệt bức xạ
13
lưu cao nhất.
Hình
.4. Nồi hơi trọn bộ
Nồi hơi trọn bộ c
•những đặc điểm sau:
Buồng đốt nhỏ,tốc độ truyền nhiệt cao dẫn đến h
• hoá hơi nhanh hơn.
Quá trình truyền nhiệt do đối lưu tốt hơn do đư
• lắp một số lượng lớn.
Các ống truyền nhiệt có dường kính nhỏ dẫn tới t
•yền nhiệt đối lưu tốt.
Hiệu suất cháy cao do có sử dụng hệ th
•g thông gió cưỡng bức.
Quá trình truyền nhiệt tốt hơn nhờ
•ố lần khí đ qua lò hơi.
Hiệu suất n hiệt cao hơn so
•i các loại lò hơi khác.
Những lò hơi này được phân loại dựa trên số lần số lần khí đốt nóng đi qua nồi

14
hơi. Buồng đốt sẽ là lần đi qua thứ nhất,sau đó có thể hai hoặc ba bộ ống lửa.Loại nồi
hơi phổ biến nhất của loại này là nồi hơi bậc 3 (3 lần khí đi qua lò hơi) với hai bộ ống
đốt và với khí thải đi qua
phận phía sau nồi hơi.
2. Các hệ thống điề
khiển của lò hơi đốt dầu
Trong một hệ thống ò hơi đốt dầu nóichung h ệ thống điều kiể n lòhơi phải thực
hiệ n được 6
 hức năng điều khiển sau:
Chức năng tự
 ng cấp nướ c cho lò hơi.
Chức
 ăng tự động hâm dầu đốt.
 hức năng tự động đốt lò.
Chức năngtự động điều chỉnh
 suấ t hơi trong lò hơi.
Chức năng tự động kiểm tra
 o động và bảo vệ lò hơi.
thống tự động xả đáy lò
2.
Tự động cấp nước nồi hơi
Nhờ có chức năng t động cấp nước mà mực nướ c trong lò hơi luôn giữ ở một
mức độ nhất định,không xảy ra các sự cố như cháy lò do mức nước trong nồi hơi quá
thấp hoặc bị ràn nước ra ngoài do mức nướ c trong lò hơi quá cao. Để thực hiện chức
năng này người ta dựng hai bơm cấp nước (một bơm làm việc còn một bơm dự tr).
Ngoài ra trong một số hệ thố ng lò hơi còn được trang bị thêm cả bơm tăng cường và
bơm tuần hoàn nước. Bơm tăng cưòng nhằm mục đích tăng áp lực của nước ơm vào
lò hơi để thắng được áp lự c hơi trong lò còn ơm tuần hoàn có mục đích là bơm nướ c
vào lò tuần hoàn heo một ch trình thời gian đặt trướ c Mứ

nư
ớ c lò h
i l
15
được giữ ở mứ c h min <
< h max
2.2 Tự động hâm dầu đt
Với mt số loại lò hơi đốt dầu FO ( dầ nặ ng) vì dầu nặng thường có độ nhớ t cao
quá trình phun sương kó khăn, bắt lửa kém. Chính vì vậy trướ c khi phun vào lò dầu
cần phải được âm n
n
, nhiệt độ hâm thường từ 7 tớ i 90 0 C. Để hâm dầu ban đầu ngườ i
thường dùng nng lượng điện sau đó dựng chính hơi củ a lò để sấy. Đ
đả
m bảo th
nh
t độ cần thoả mãn
t min < t < t max
2.3 Tự động đốt lò
Ngày nay các lò hơi trong quá trình đốt ,các phần tử đảm nhiệm chức năng đó
gọi là thiết bị chương trình, chương trình đốt này phải được thực hiện tuần tự mà
không thể đảo thứ tự được v
o thiết bị đó có thể thuộc các loại sau:
Thiết bị chương trình này có thể là cam chương trình : là trục cam được lai bằng
các động cơ điện đồng bộ,trên trục cam có các ti,vấu đó có đường kính và hình dáng
nhất định,được đúng
o theo một chương trình điều khiển đốt.
Rơ le chương trình dựng vi mạch bán dẫn : Thông thường dựng rơ le thời
gian,mỗi
o le tương

ng với một nhiệm vụ cụ thể.
Dựng PLC.
Thuật toán cho quá trình t động đốt,dự đốt bằng tay hoặc đốt tự độ ng thìcác qú
trình đốt lò cũng xảy ra
c bướ c sau:
* Giai đoạn chuẩn bị đốt
Khi các điều kiện sau
 ảm bảo thì mới tiến hành công việc đốt:
16
Mức nước trong nồi hơi phỉa đảm bảo đủ do mạch
 ự động hay cấp nước bằng tay thực hiện.
Nhiệt độ dầu đốt phải đả
 bảo thực hiện với mạch hâm sấy dầu đốt.
Áp suất dầu đ
 phải đảm bảo do bơm dầu đốt thực hiệ
 Quạt gió phải đảm bảo không có sự cố.
Toàn bộ các phần tử
og hệ thồng phả
đảm bảo không có sự cố.
* Giai đoạn đốt:
Giai đoạn đốt lò được thực hiện theo một chương trình định trước và được quyết
định bởi thiết bị
 ương trình .Các
ước
c
a q
á trình đốt lò:
Phát lệnh đốt (P hơi P min ): thực hiện bằng cách bật công tắc hoặc ấn nút điều
khiển tự động để cấp nguồn cho mạ
 pha sau,thiết bị chưn

 trình hoạt động.
 ạ t thông gió cho lò .
Mở cửa gió hợp lí.
Biến áp đánh lửa hoạt động,dầu mồi hoặc dầu đốt đã được hâm nóng đến nhiệt
độ cần thiết phun vào lò.Từ đây ngườ ta bắt đ
 kiểm soát thời gian hoạt động củ a lò hơi.
T
đây xảy ra quá trình cháy hoặc không cháy.
+,Nếu cháy thành công : kết quả quá trình đốt lò là ngọn lửa xuất hiện,qua phần
tử cảm bién nhận lửa và qua rơ le quang điện sẽ phản hồi về để ngắt điện áp đánh
lửa,rồi ngắt phun dầu mồi và chuyển sang dầu đốt. Báo cháy thành công bằng đèn trên
bảng đồng thời mở thêm le gió để đưa thêm gió vào lò.Khi đó thiết bị chương trình
dừng lại ở vị trí nhất đị
17
sau khi đã thực hiện xong các bước ở trên.
+,Nếu cháy không thành công: Tự động dừng đốt lò.Tắt phun dầu đểcắt dầu vào
buồng đốt,tắt biến áp đánh lửa và duy trì quạt gió hoạt động t
ê
một thời gian nữa để iếp
tục thổi khí CO 2 ,CO ra khỏi lò để chuẩ n bị cho lần đốt sau và thiết bị chương trình
có điện để quay về trạng thái ban đầu để thực hin cho lần đốt sau .Sau khoảng 3 đến 4
lần đố t không thành công thì lò hơi có sự cố ,tự động ngưng đốt và báo động bằng còi
và đèn để cho người vận hành biết .Hệ thống có sự cố phải khắc phục xong sự
ố và ấn nút hoàn nguyên thì mới
ốt lại được.
2.4 ự động duy trì áp suất hơi
Trong quá trình vậ n hành lò hơi,áp suất hơi là một thông số rất quan trọng cần
được điều khiển,yêu cầu đặt ra là phải duy
r
áp

suất hơ
nằ
trong trạng thái cho phép.
P min < P < P max
Quá trình điều khiển áp suấ t hơi tong lò hơi được thực hiện bằng cách khi áp suấ
t hơi trong lò đt giá trị xác định thì dừng đốt,còn khi áp suấ t hơi trong lò giảm đế
một giá trị đặt thì nồi hơi tự hoạt động lại
•
2.5 Tự động kiểm tra,báo động ,bảo
o lò hơi
Các thông số báo động, bảo vệ lò hơi
Mức nước trong nồi hơi giảm quá th
o so với hmin, dẫn tới báo động và dừng đốt lò.
Áp suất dầu đốt khô
o đảm bảo cũng dẫn tới báo động và dừng đốt lò.
Nhiệt độ dầu đố
o không đảm bảo dẫn tới báo động và dừng đốt lò.
Qu
o gió có sự cố dẫn tới báo động và dừng đ
o lò.
18
Mất lửa dẫn tới báo động và dừng đốt lò.
Qu
o gió có sự cố dẫn tới báo động và dừng đốt lò.
Nhiệt độ kh
o xả lò quá cao dẫn tới báo động và dừng đốt lò.
Lò đốt không thành công dẫn tới báo động và dừng đốt lò. .Quá trình điều khiển
tắt lò là là tắt nhiên liệu cấp vào lò và quạt gió tiếp
• ục hoạt động sau một thời gian nữa rồi
o ới dừng.

Các thông số
o ỉ báo động,không bảo vệ
Mức nư
c g
mhơi thấp.
Mức nước trong nồi quá cao
> h max
2 .6 Chế độ làm việc thay đổi của lò hơi
Chế độ làm việc thay đổi của
ò hơi công suất nhỏ thường được biểu thị như sau:
+ Thay đổi phụ tải hơi và do đó thay đổi lượng nhiên liệu tiêu hao. Nếu quá trình
đạt được trạng thái ổn định tức là áp suất hơi bão hòa được giữ không đổi. Nếu phụ tải
hơi lớn hơn công suất đốt thì làm giảm áp suất hơi bão hòa trong lò hơi. Nếu phụ tải
nhỏ hơn công suất đốt thì làm tăng áp suất hơi bão hòa trong lò hơi. Đây là quá trình
mất ổn định không đạt được các ti
chuẩn ổn định, tiêu chuẩn chất lượng điều chỉnh.
+
ay đổi chất lượng nhiên liệu cung cấp vào lò hơi.
+ Thay đổi chất lượng nước cấp và
lò h
ơi (thể hiện sự thay đổi entanpi của nư
–I’ nước chủ yếu do nhiệt độ nước cấp thay đổi).
+ Thay đổi lượng không khí cung cấp cho quá trình
ốt (thể hiện ở sự thay đổi hệ số không khí thừa).
+ Ngoài các chế độ điều chỉnh trên còn có thể có các chế độ thay đổi sau: thay
19
đổi nhiệt độ không khí cung cấp, kích thước cấu tạo của một bề mặt đốt nào đó nhiệt
độ k
i ra khỏi ống khói khi công suất lò hơi thay đổi.
Trong quá trình lò hơi làm việc thì quá trình nhiệt là quá trình cơ bản nhất của lò

hơi và trong suốt quá trình làm việc đó các chế độ làm việc thay đổi thường xuyên với
số lượng điểm thay đổi rất lớn, sự thay đổi các đặc tính nhiệt của lò hơi theo sự thay
đổi một chế độ làm việc nào đó xảy ra theo những quan hệ phi tuyến. Quá trình này
cũng rất khó mô tả một cách chính xác bằng toán học. Nếu chúng ta nắm rõ được vấn
đề này thì nó không chỉ có ý nghĩa lớn trong công tác thiết kế, chế tạo lò hơi mà nhờ đó
khi biết rõ đặc tính ta còn có thể tổng hợp nên những bộ điều chỉnh lò hơi có độ ổn định
cao, tin cậy, có bộ thông số điều chỉnh tối ưu và bền vững giúp ích rất lớn cho công tác
điều khiển, vận hành tối ưu lò hơi. Ngoài ra chúng ta thấy lò hơi là một đối tượng có yêu
cầu nghiêm ngặt về an toàn lao động, việc có một bộ điều chỉnh hợp lý, tốt, an toàn có
thể giúp tránh khỏi các trường hợp vi phạm thông số kỹ thuật, an toàn lao động, về mặt
nào đó
còn góp phần sử dụng hợp lý năng lượng, bảo vệ môi trường.
Cho đến bây giờ việc chú trọng, quan tâm đúng mực đối với bài toán điều chỉnh
tự động các đối tượng nhiệt công nghiệp mà đại diện là bài toán điều khiển lò hơi công
suất nhỏ vẫn là một vấn đề c
a + Chưa được quan tâm đúng mực, do sự thiếu hiểu biết ở các cơ sở sử dụng.
ược đặt ra và giải quyết triệt để do một số nguyên nhân sau:

+ Do điều kiện kinh tế, xã hội. (Bao gồm vấn đề đầu tư, chi
hí, tiết kiệm năng lượng, giảm chất thải và bảo vệ môi trường).
+ Do khó khăn về mặt kỹ thuật: do quá trình thiết kế bị điều chỉnh (cả phần cứng
và phần mềm). Đối với ở nước ta thì chủ yếu là phần mềm mà rõ hơn là bộ thông số
điều chỉnh tối ưu, muốn có được phải bám sát các đặc tính nhiệt của lò hơi ở các chế
dọ vận hành (do các đối tượng lò hơi công nghiệp là các đối tượng bất định). Dẫn đến
phải lập được quan hệ giữa các đặc tính nhiệt của lò hơi ở các chế độ làm việc thành
các đường đặc tuyến (hay các hàm toán học). Để xây dựng được đặc tuyến cần phải
chọn ra các chế độ làm việc thay đổi điển hình, cho tới nay người ta
20
- a ra hai phương pháp chủ yếu để xây dựng nên những đặc tuyến này:
Cách I: Dựa trên các quá trình nhiệt động, thủy động, dựa trên các phương trình

truyền nhiệt, truyền chất, các định luật bảo toàn người ta xây dựng nên các phương
trình toán học (phương trìn
- hệ phương trình vi phân) ràng buộc giữa các thông số của lò hơi.
Cách II: Tổ chức các thí nghiệm đo đạc lập thành các đường cong thể hiện sự
phụ thuộc của các thông số. Cách này được thực hiện chủ yếu khi đối tượng nhiệt đã
được chế tạo và vận hành, người ta mới tiến hành đo đạc các thông số ở các chế độ
vận hành khác nhau (những
điểm và khó khăn của 2 phương pháp sẽ được phân tích ở phần sau).
Tuy nhiên ở Việt Nam theo như tôi được biết thì ngay cả ở các cơ sở sử dụng lò
hơi, thiết bị nhiệt cũng như các cơ sở chế tạo, sản xuất đều không thực hiện việc lập
các đặc tính nhiệt cho lò hơi (trừ những lò hơi cỡ lớn như ở các nhà máy điện, nhà
máy đường lớn), cũng như không kiểm tra xây dựng lại các đường đặc tuyến cho lò
hơi sau khi vận hành lâu ngày gây rất nhiều khó khăn cho công tác của những người
làm điều khiển tự đ
g cũng như quá trình vận hành tối ưu thiết bị tại cơ sở sản xuất.
Để đảm bảo nồi hơi hoạt động an toàn và đúng công suất định mức,tiết kiệm tối
đa nhiên liệu với hiệu suất sử dụng cao nhất.Với yêu cầu công nghệ đề ra và trong
thực tế, ta sẽ lựa chọn phương pháp xây dựng bộ
21
giám sá
hệ thống lò hơi.
22
CHƯƠNG 3
TỔNG QUAN SƠ LƯỢC VỀ PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH BỀN VỮNG.
Các phương pháp tổng hợp hệ thống điều chỉnh đã trình bày ở trên có ưu điểm là
khá đơn giản dễ thực hiện. Tuy nhiên chất lượng điều chỉnh của hệ thống không cao
do không đánh giá đầy đủ các chỉ tiêu đánh giá chất lượng điều chỉnh và gặp khó khăn
khi đối tượng có trễ vận tải, có thành phần tích phân, đối tượng bất định. Để khắc phục
hạn chế trên, năm 1999 PGS. TSKH.VS.Nguyễn Văn Mạnh đã xây dựng phương pháp
tổng hợp bền vững tối ưu chất lượng c

cho các hệ thống điều chỉnh.
an điểm của phương pháp này như sau:
1.3.1 Cấu trúc chất lư
g
o
n tính có
đồ cấu trúc điển hình như hình 1.10:


23
-
y
g
R(s)
O(s)
L
B(s)
Hình 1.10: Sơ đồ cấu trúc điển hình của hệ thống điều khiển
rong đó:
g: Tác động điều k
ển hệ thống (hay giá trị đặt).
L
Tổ hợp các tác động nhiễu.
y: Đại lượng điều khiển đầu ra;
R(s), O(s
B(s): Lần lượt là các hàm truyền của bộ điều chỉnh, của đối tuợng

theo
ênh điều chỉnh và t
o

k
nh tác động nhiễu.
s: Biến số ph
c
Theo s ơ đồ, ta có:
W H (s) = R(s)O(s) – Hàm truyền của hệ hở. W K (s)
=
-
à
truyền hệ k
n
theo kênh
điều khiển. Ta có đáp ứng ra y = y g + y L , tronđó y g - Là đáp ứng thành phần gây ra
i
t
c động đ
ề
khi
;
y L - gây ra bởi tác
đ
ng nh
u L. Ta
ó
:
Y
z
(s)
=
zW K (s).

Y L (s = L
s)[1 – W K (s)].
Y(s) = Y g +
Y
L =g≡W K (s) + LB(s)[1 – W K (s)].
Từ đây dễ thấy rằ≡ng, nếu cho W K (s) 1, thì đại lượng ra sẽ là y = g.1 + LB(s)
[1-1] g. Điều này chứng tỏ rằng, nếu hàm truyền hệ thống bằng 1, thì đại lượng đầu ra
bám theo tín hiệu điều khiển đầu vào một cách chính xác tuyệt đối, đồng thời khử
hoàn toàn nhiễu tác động vào đối tượng. Để xây dựng một hệ thống lý tưởng như vậy,
theo sơ đồ điều khiể
24
h
n
1.8, đ
hỏi hệ số khuếch đại của bộ điều khiển lớn vô cùng, vì:
W H (s) = .
Điều này phi vật lý, trong thực tế không thể thực hiện được. Với khả năng tốt
nhất, chỉ
ó
thể≈xâ
dựng một hệ thống tiến gần đế
tưởng, tức là thực hiện: W K (s) 1.
1.3.2. Cấu trúc bền vững cao.
Có thể xây d
- g hệ gần lý tưởng như trên, nếu dựa trên cơ sở những luận cứ sau đây:
Xét về tính ổn định, hệ thống có dψự trữ ổn
đị
π
h
càng lớn, nếu chỉ số dao động m

hay độ tắt dần tương ứng = 1 – e -2 m càng lớn. Khi đó, các nghiệm của đa th→ứ∞c
ψđ→ặc tính của hệ thống nằm càng gần về phía phần âm trục thực. Nếu m ( 1), thì
các nghiệm trở thành các số thực âm và hệ thống trở thành quán tính thuần tuý. Xét
theo độ đo là chỉ số dao động, thì hệ thống như vậy sẽ nằm cách vùng không ổn định
một k
- ảng vô cùng lớn. Như vậy, hệ quán tính thuần tuý có cấu trúc bền vững nhất.
Xét về bản chất vật lý, thì quá trình động học xảy ra trong một hệ thống bất kỳ nà
- dều có tốc độ hữu hạn, tức là có quán tính với hằng số quán tính khác không.
Xét về khả năn
thực thi và độ tin cậy, v.v…thì hệ thống có cấu trúc càng đơn giản càng tốt.
Từ đó đi đến kết luận rằng,
h
điều khiển thực ổn định bền
ữ
g nh
và đơn giản nhất là khâu quán tính: W K (s) = . Hệ hở tương ứng là: W H (≤s)
25