nghiên cứu nâng cao chất lượng dây truyền cấp than cho lò hơi nhà máy nhiệt điện

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP





`
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT




NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DÂY TRUYỀN
CẤP THAN CHO LÒ HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN




NGÀNH : TỰ ĐỘ NG HÓ A
HỌC VIÊN : DƯƠNG MẠNH LINH
NGƯỜI HD KHOA HỌC: PGS.TS VÕ QUANG LẠP



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

THÁI NGUYÊN 2011

DƯƠNG MẠNH LINH

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP






LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

TỰ ĐỘ NG HÓ A

NGÀNH: TỰ ĐỘ NG HÓ A


NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DÂY TRUYỀN CẤP
THAN CHO LÒ HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN



DƯƠNG MẠNH LINH





TN
2011

THÁI NGUYÊN 2011








Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và nghiên cứu.
Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nêu trong phần tài
liệu tham khảo.

Tác giả luận văn




Dương Mạnh Linh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

AC Altemating Current
DC Direct Current
EDM Electrocdischarge machining
MCU Machine Control Unit
CPU Central processing Unit
DAC Digital Analog Convert
PM Permanent Motor
VR Variable – Reluctance steper motor
PWM Pulse Width Modulation
PID Proportional Intergal Derivative
FLC Fuzzy Logic Control
MRAFC Model Reference Adaptive Fuzzy Controller
DCS Distributed Control System
LCS Local Control Station
PS Process Station
ES Engineering Station
OS Operator Station
CPU Central Processing Unit,
FCS Field Control Station
RAM Random Access Memory







Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình vẽ
Tên hình vẽ
Trang
Hình 1.1
Các bước chuần bị trước khi đưa than vào buồng đốt .
1
Hình 1.2
Sơ đồ hệ thống nghiền than và vận chuyển than nghiền
5
Hình 1.3
Máy cấp đo trọng lượng.
6
Hình 1.4
So sánh ảnh hưởng không khí thừa đối với máy cấp thể tích và
máy cấp trọng lượng.
7
Hình 1.5
a- Máy nghiền kiểu bi
b- Máy nghiền kiểu trục lăn
8
Hình 1.6
ĐKdòng nhiên liệu than với hệ thống sử dụng máy nghiền kiểu
trục quay và máng với lượng tích trữ nhiên liệu thấp
12
Hình 1.7
Sơ đồ ĐK dòng than có bù lượng than cấp và điều khiển song
song lưu lượng gió cấp một và nhiệt độ hỗn hợp than – gió
14

Hình 1.8
Sơ đồ điều khiển nhiên liệu than dùng máy cấp than thể tích
dung lượng lớn
17
Hình 1.9
Hệ thống điều khiển song song than và gió
18
Hình 1.10
Sơ đồ điều khiển tỷ lệ than gió
19
Hình 1.11
Sơ đồ logic bù BTU cho tổng nhiệt năng tỏa ra
20
Hình 1.12
Sơ đồ tổng hợp hệ điều khiển nhiên liệu của lò hơi
22
Hình 2.1
Sơ đồ nguyên lý hệ thống cân băng cảu trạm trộn bê tông
26
Hình 2.2
Sơ đồ đo hệ thống cân băng phối liệu nhiều thành phần
27
Hình 2.3
Sơ đồ khối chức năng của cân băng định lượng
28
Hình 2.4
Sơ đồ nguyên lý đo lường của hệ thống cân băng định lượng
28
Hình 2.5
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống cân than

31
Hình 2.6
Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động cân băng
32
Hình 2.7
Đồ thị công suất và momen cản tĩnh
33
Hình 2.8
Giản đồ phụ tải
34
Hình 2.9
Sơ đồ động học
35
Hình 2.10
Hệ thống điều khiển kín dùng Loadcell
37
Hình 2.11
Hệ thống điêu khiển kín dùng phản hồi số
37
Hình 2.12
Hệ thống điều chỉnh tốc độ có đảo chiều Thyristor - động cơ
39
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình 2.13
Sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định hệ thống điều chỉnh tốc độ hai
mạch vòng kín
40
Hình 2.14
Đường đặc tĩnh tĩnh của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch

vòng kín
40
Hình 2.15
Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống điều chỉnh tốc độ
hai mạch vòng kín
41
Hình 2.16
Sơ đồ khối hệ thống truyền động điều chế độ rộng xung một
chiều
42
Hình 2.17
Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi PWM dạng H
43
Hình 2.18
Đồ thị điện áp của bộ biến đổi PWM dạng H
43
Hình 2.19
Sơ đồ khối của mạch tạo xung điều khiển
45
Hình 2.20
Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động cơ KĐB bằng thiết
bị biến tần
46
Hình 2.21
Sơ đồ cấu tạo của thiết bị cân áp lực theo nguyên tắc hiệu
chỉnh bù
48
Hình 2.22
Giới thiệu hình ảnh một số thiết bị đo lực có trong thực tế
48

Hình 3.1
Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển cân băng
49
Hình 3.2
Sơ đồ cấu trúc của hệ thống tự động điều khiển cân băng
50
Hình 3.3
Sơ đồ cấu trúc khi từ thông không đổi
50
Hình 3.4
Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện
53
Hình 3.5
Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng dòng điện
54
Hình 3.6
Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ
55
Hình 3.7
Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng khối lượng
57
Hình 3.8
Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh khối lượng
59
Hình 3.9
Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển bằng bộ điều khiển PID kinh
điển
60
Hình 3.10
Kết quả mô phỏng với các chỉ tiêu tốc độ, dòng điện và khối

lượng
61
Hình 4.1
Quan hệ giữ a


và



Hình 4.2
Cấu trúc phương pháp điều khiển thích nghi trực tiếp
67
Hình 4.3
Cấu trúc của phương pháp điều khiển thích nghi gián tiếp
67
Hình 4.4
Điều khiển thích nghi có mô hình theo dõi
68
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình 4.5
Cấu trúc cơ bản của hệ điều khiển mờ hai đầu vào
69
Hình 4.6
Định nghĩa hàm liên thuộc cho các biến vào/ ra
71
Hình 4.7
Luật hợp thành tuyến tính
71

Hình 4.8
Quan hệ vào ra của luật hợp thành tuyến tính
72
Hình 4.9
Sự hình thành ô suy luận từ luật hợp
72
Hình 4.10
Các vùng trong ô suy luận
73
Hình 4.11
Bộ điều khiển mờ với hệ số khuếch đại đầu ra K
76
Hình 4.12
MRAFC điều chỉnh hệ số khuếch đại đầu ra
76
Hình 4.13
MRAFC điều chỉnh hệ số khuyếch đại đầu ra và hệ số tích
phân sai lệch đầu vào
78
Hình 4.14
Định nghĩa các biến vào ra của bộ điều khiển mờ thích nghi
79
Hình 4.15
Xây dựng các luật điều khiển cho bộ điều khiển mờ thích nghi
79
Hình 4.16
Bề mặt đặc trưng cho quan hệ vào ra của bộ điều khiển mờ
thích nghi
79
Hình 4.17

Quan sát tín hiệu vào ra của bộ mờ thích nghi
80
Hình 4.18
Sơ đồ mô phỏng với khâu tích phân mắc đầu vào bộ điều khiển
mờ
80
Hình 4.19
Kết quả mô phỏng với lượng đặt khối lượng là 10
81
Hình 4.20
So sánh khâu khối lượng giữa bộ điều khiển mờ thích nghi và
PID với khâu tích phân mắc đầu vào bộ điều khiển mờ
81
Hình 4.21
Kết quả mô phỏng khâu tốc độ ứng với 2 trường hợp sử dụng
bộ điều khiển mờ thích nghi và PID
82
Hình 4.22
MRAFC điều chỉnh hệ số khuyếch đại đầu ra và hệ số đạo hàm
đầu vào
82
Hình 4.23
Sơ đồ mô phỏng với khâu tích phân mắc đầu vào bộ điều khiển
mờ
83
Hình 4.24
Kết quả mô phỏng với lượng đặt khối lượng là 20
83
Hình 4.25
So sánh khâu khối lượng giữa bộ điều khiển mờ thích nghi và

PID với khâu đạo hàm mắc đầu vào bộ điều khiển mờ
83
Hình 5.1
Cấu hình cơ bản của một hệ điều khiển phân tán
88
Hình 5.2
Các thành phần chức năng chính của một PLC
91
Hình 5.3
Sơ đồ tổng quan hệ thống điều khiển phân tán DCS CENTUM
CS 3000 của nhà máy nhiệt điện Phả Lại
98
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

MỤC LỤC

Nộ i dung
Trang
Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt
Danh mụ c hì nh vẽ

Mục lục

Lời nói đầ u

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẤP LIỆU CHO LÒ HƠI

NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

1.1 Các yêu cầu về nhiên liệu
1
1.1.1. Các yêu cầu về nhiên liệu than
1
1.1.2. Sự trộn nhiên liệu than - dầu, than – nước
2
1.1.3. Các loại thiết bị lò đốt
2
1.2. Hệ thống nghiền và vận chuyển than nghiền
3
1.2.1. Hệ thống cấp và nghiền than
4
1.2.2. Hệ thống vận chuyển và cấp than nghiền
9
1.3. Hệ thống điều khiển nhiên liệu than
9
1.3.1. Hệ thống điều khiển dòng than nghiền
11
1.3.2. Hệ thống điều khiển song song than và gió
16
1.3.3 Hệ thống điều khiển sử dụng hệ thống phụ phân tích O2 trong khói
19
1.3.5 Tổng hợp hệ thống điều khiển nhiên liệu trong lò hơi
20
CHƯƠNG 2: NHỮNG VẤN ĐỀ KỸ THUẬT TRONG CÂN BĂNG ĐỊNH
LƯỢNG THAN CUNG CẤP CHO LÒ HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

2.1 Vai trò của hệ thống cân băng trong dây chuyền nhà máy

24
2.2 Xây dựng nguyên lý làm việc của cân băng định lượng
25
2.2.1 Nguyên lý đo theo năng suất
25
2.2.2 Nguyên lý đo theo khối lượng
25
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2.3 Các yêu cầu kỹ thuật trong hệ thống cân băng định lượng
33
2.3.1 . Cấu trúc của một hệ thống cân băng định lượng
33
2.3.2 . Đặc điểm công nghệ và yêu cầu đối với hệ truyền động băng tải phối liệu
34
2.4 Các phương án thiết kế điều khiển cân băng định lượng
38
2.4.1 Hệ điều khiển tương tự
38
2.4.2. Hệ điều khiển số
39
2.5 Các hệ thống truyền động cho cân băng
40
2.5.1 Hệ thống truyền động chỉnh lưu thyristor - động cơ một chiều
40
2.5.2 Hệ thống truyền động điều chỉnh xung áp –động cơ một chiều (XA-Đ)
44
2.5.3 Hệ thống truyền động vecto biến tần – động cơ KĐB
45
CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP HỆ THỐNG

3.1. Sơ đồ khối và sơ đồ cấu trúc của hệ thống
49
3.2. Hàm số truyền các khâu trong sơ đồ
50
3.2.1. Hàm số truyền của động cơ
50
3.2.2. Hàm số truyền của bộ biến đổi PWM
50
3.2.3. Hàm truyền của máy phát tốc một chiều
51
3.2.4. Hàm truyền của thiết bị lấy tín hiệu dòng điện
52
3.2.5. Hàm truyền của cảm biến áp lực
52
3.3. Tổng hợp hệ điều khiển
52
3.3.1. Tổng hợp bộ điều khiển dòng RI
53
3.3.2. Tổng hợp bộ điều chỉnh tốc độ R
3.3.3. Tổng hợp mạch vòng khối lượng R
3.4. Mô phỏng hệ truyền động cân băng khi sử dụng bộ điều khiển PID
55
57
59
3.4.1. Tính toán các thông số hệ truyền động
59
3.4.2. Xây dựng sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển cân băng định lượng sử dụng bộ
điều khiển PID
59

3.4.3. Kết quả mô phỏng
60
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG BỘ ĐK MỜ THÍCH NGHI ĐỂ NÂNG CAO
CHẤT LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

4.1 Tính phi tuyến của bộ điều khiển khối lượng
63
4.2.Tổng hợp hệ thống sử dụng bộ điều khiển mờ thích nghi
64
4.2.1. Khái niệm
64
4.2.1. Định nghĩa
64
4.2.2. Phân loại
66
4.2.3. Các phương pháp điều khiển mờ thích nghi
67
4.3. Thiết kế bộ điều khiển mờ thích nghi theo mô hình mẫu song song.
69
4.3.1. Đặt vấn đề
69
4.3.2. Mô hình toán học của bộ điều khiển mờ
70
4.3.3. Xây dựng bộ điều khiển mờ thích nghi theo mô hình mẫu song song
74
4.4. Ứng dụng bộ điều khiển mờ thích nghi để nâng cao năng suất cho hệ điều
khiển cân băng
78

KẾ T LUẬN VÀ KIẾ N NGHỊ
85
PHẦN CHUYÊN ĐỀ: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ DCS VÀ ỨNG DỤNG
DCS CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHẢ LẠI
86
5.1. Tổng quan về DCS.
86
5.2. Giới thiệu tổng quan về hệ thống DCS và ứng dụng của DCS tại nhà máy
nhiệt điện Phả Lại.
93
5.3. Ứng dụng của DCS trong nhà máy nhiệt điện phả lại.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
98
113
PHỤ LỤC :TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ HỆ TRUYỀN ĐỘNG
115







Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc xây dựng đất nước bước vào thời kỳ công nghiệp hoá
hiện đại hoá. Nguồn điện năng đóng một vai trò quan trọng. Trong đó nhà máy
nhiệt điện cung cấp một lượng điện đáng kể vào lưới điện quốc gia. Trong nhà

máy nhiệt điện có nhiều khâu chứa đựng những kỹ thuật mới và phức tạp. Một
trong những khâu đó là hệ thống cân băng cấp liệu cho lò hơi. Vì vậy tôi chọn
luận văn với đề tài: “Nghiên cứu nâng cao chất lượng dây truyền cấp than cho
lò hơi nhà máy nhiệt điện”.
Trong phạm vi đề tài này sẽ đi giải quyết 2 vấn đề đó là:
- Khảo sát, nâng cao chất lượng điều khiển trong dây truyền cấp than cho
nhà máy nhiệt điện nói chung và các nhà máy có dây truyền cấp liệu tương tự
bằng bộ điều khiển mờ thích nghi.
- Vấn đề điều khiển phân tán DCS và tìm hiểu ứng dụng DCS trong nhà
máy nhiệt điện Phả Lại.
Trong quá trình hoàn thành luận văn tôi đã có được sự giúp đỡ và chỉ dẫn
rất tận tình của các thầy, cô giáo. Qua đây tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới
thầy PGS.TS Võ Quang Lạ p và các thầ y cá c cô ở khoa sau đạ i họ c, khoa điện và
khoa điện tử- Trườ ng ĐHKT Công n ghiệ p Thá i Nguyên . Đã giúp đỡ tôi hoàn
thành bản luận văn này. Tuy vậy với kinh nghiệm và trình độ thực tế của tôi còn
bị hạn chế nên trong quá trình thiết kế tôi không tránh khỏi những thiếu sót. Nên
bản luận văn của tôi vẫn còn có chỗ chưa được hoàn thiện. Tôi rất mong được
sự chỉ dẫn chân thành của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp để bản luận văn
của tôi đạt chất lượng tốt.
Tôi xin chân thành cám ơn!


Thái nguyên, ngày 30 tháng 08 năm 2011
Tác giả luận văn




Dương Mạnh Linh

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 1 - Chuyên ngành Tự động hoá


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẤP LIỆU CHO
LÒ HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
1.1 Các yêu cầu về nhiên liệu.
1.1.1 Các yêu cầu về nhiên liệu than.
Than là nhiên liệu chính sử dụng cho quá trình cháy trong lò hơi nhà máy
nhiệt điện chạy than. Ngoài đốt than người ta còn kèm đốt dầu FO hoặc đốt dầu FO
lúc khởi động, ngưng lò hay khi phụ tải thấp. Lượng nhiệt tỏa ra lớn nhất khi chỉ đốt
dầu là tương đương với 30% công suất định mức của lò hơi. Lò hơi khi đốt than nếu
vận hành ở chế độ lớn hơn 60% công suất định mức thì sẽ không cần đốt dầu hỗ trợ.
Than được nghiền trước khi được thổi vào buồng đốt của lò hơi, đặc tính
điều khiển thiết bị đốt than của hệ thống than nghiền khác nhau thì cũng khác nhau.
Một điều khác nhau cơ bản giữa các thiết bị đốt lò là thời gian lưu giữ than trong
buồng đốt cho quá trình cháy.

Hình 1.1: Các bước chuần bị trước khi đưa than vào buồng đốt .
Buồng đốt
Boongke
Boongke
Boongke
Buồng đốt
Buồng đốt
Kho chứa than
Kế hoạch chuẩn bị cấp than
Vận chuyển than
Kho chứa than
Thùng chứa theo kế hoạch đốt
Xử lý than nghiền
Làm sạch
Nghiền
Phân loại

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 2 - Chuyên ngành Tự động hoá


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Nhiên liệu than trước khi được đưa vào lò hơi phải đảm bảo các yếu tố, tiêu
chuẩn đặt ra để quá trình cháy trong lò hơi là tối ưu. Đánh giá chất lượng than bởi
các yếu tố:
- Độ ẩm của than
- Tro chứa trong than
- Nhiệt trị của than
- Độ mịn của than
1.1.2 Sự trộn nhiên liệu than - dầu, than – nƣớc

Ngoài việc sử dụng than khô làm nhiên liệu cháy thì trong một số nhà máy
người ta còn dùng nhiên liệu than – dầu và than – nước. Đó là sự kết hợp của các
nhiên liệu khác nhau để giảm giá thành của nhiên liệu.
Nhiên liệu than – dầu là sự hòa trộn giữa than nghiền và dâù trở thành hỗn
hợp keo. Trong hỗn hợp này thì than chứa khoảng xấp xỉ 50%. Hỗn hợp này tạo nên
thể vẩn (thể lỏng với những hạt chất rắn bay lơ lửng). Nhiên liệu đốt là than – dầu
có giá rẻ hơn giá nhiên liệu đốt chỉ là than. Với cùng một lượng như nhau thì nhiên
liệu than – dầu sẽ tỏa ra nhiệt lượng cao hơn nhiên liệu chỉ là than khô.
Bên cạnh đó, hỗn hợp than – nước có thể được sử dụng (hỗn hợp gồm 70%
than nghiền), hỗn hợp này phải đảm bảo than ở thể vẩn. Ưu điểm của loại nhiên liệu
này là khắc phục được giá thành của nhiên liệu dầu. Nhưng nhược điểm lớn là làm
giảm hiệu suất lò bởi vì sự tăng lượng ẩn nhiệt mất cần cung cấp cho nước bốc hơi
trong khói.
Tuy nhiên, cho dù dùng loại nhiên liệu than – dầu hay than – nước đều cần
hệ thống nghiền than, hệ thống trộn nhiên liệu, hệ thống trữ nhiên liệu.
1.1.3 Các loại thiết bị lò đốt
Các lò đốt được chia làm 3 loại chính
- Lò cháy lan
- Lò cấp dưới (underfeed)
- Lò cấp trên (overfeed)

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 3 - Chuyên ngành Tự động hoá


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Các thông số kỹ thuật của lò hơi Nhà máy nhiệt điện Phả Lại.
- Kiểu lò : БKZ – 220 – 100 – 10C.
- Năng suất hơi quá nhiệt D = 220T/h.
- Nhiệt độ hơi quá nhiệt: T

qn
= 5400C.
- Áp suất hơi quá nhiệt: P
qn
= 100 ata.
- Áp suất hơi bão hòa: P
bh
= 112,6 ata.
- Nhiệt độ nước cấp: t
0
= 230
0
C.
- Nhiệt độ khói thoát: t
0kt
= 133
0
C.
- Hiệu suất thô của lò: η
Thô
= 86,05%.
- Tổn thất do khói thoát q
2
= 5,4%.
- Tổn thất do tỏa ra môi trường q
5
= 0,54%.
- Tổn thất do cơ giới: q
4
= 8%.

- Tổn thất do xỉ măng đi: q
6
= 0,06%.
1.2 Hệ thống nghiền và vận chuyển than nghiền.
Than cấp cho lò hơi được nghiền nhỏ bởi máy nghiền thành các dạng bột rồi
được thổi phun vào trong buồng đốt. Đứng trên quan điểm điều khiển thì quá trình
đốt bụi than nghiền tương tự như đốt nhiên liệu khí, nhiệt lượng tăng rất nhanh theo
sự thay đổi của lưu lượng than cấp. Tùy thuộc vào loại máy nghiền được sử dụng
mà dung lượng than chứa trong máy nghiền là nhiều hay ít trước khi được đưa vào
buồng đốt. Mỗi hệ thống nghiền than có thể phục vụ cho một hay nhiều lò đốt. Thực
hiện được điều đó thì các ống dẫn than chính vào mỗi lò có kích cỡ và các hệ thống
lưu thông dòng than tương ứng với từng lò.
Hệ thống nghiền than bao gồm có bốn bộ phận cơ bản:
(1) Hệ thống cấp than.
(2) Hệ thống nghiền và phân loại than.
(3) Hệ thống luồng không khí và quạt thổi hút.
(4) Hệ thống sấy than nghiền.

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 4 - Chuyên ngành Tự động hoá


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.2.1 Hệ thống cấp và nghiền than.
Hệ thống nghiền than cho 1 lò gồm 4 máy nghiền, mỗi máy nghiền gồm 2
boongke than nguyên, 2 máy thứ cấp than nguyên, máy nghiền có cấu tạo đầu ra
kép, 2 bộ phận phân ly than thô, hệ thống thông gió cấp 1 và các hệ thống liên quan
để sấy và cấp than được nghiền tới 32 rãnh vòi đốt than bột. Các boongke than
nguyên liệu liên tục được cấp đầy bằng hệ thống băng tải. Ở máy nghiền, than được
nghiền nhỏ với kích cỡ đạt yêu cầu (tới độ mịn yêu cầu). Sau đó than nghiền được

hệ thống gió cấp 1 (hỗn hợp gió nóng và gió lạnh) vận chuyển qua bộ phân ly than
thô và bộ phân ly xyclone tới các rãnh và vòi đốt.
Hệ thống cấp và nghiền than bao gồm:
- Máy cấp than nguyên.
- Máy nghiền và bộ phận phân li.
1.2.1.1 Máy cấp than nguyên.
Than được vận chuyển theo băng tải lên đỉnh boongke than, ở đầu ra của
boongke than nguyên được cấp xuống đầu vào máy cấp than nguyên qua ống rót
hình nón bởi một van điều khiển. Thông thường mỗi lò hơi được trang bị 8 máy cấp
than nguyên (2 máy cấp cho 1 máy nghiền) đặt ở đầu ra của boongke than nguyên.
Động cơ dẫn động máy cấp than nguyên có thể thay đổi tốc độ và được điều
chỉnh tải theo sự thay đổi của máy nghiền. Khi yêu cầu tải tăng lên thì tốc độ máy
cấp phải được điều chỉnh tăng lên để đáp ứng lượng than yêu cầu. Trong máy cấp
than nguyên có một hệ thống cân điện tử cung cấp chỉ số lưu lượng than tại chỗ, từ
xa và tổng lượng than qua máy nghiền. Hệ thống cấp than được thiết kế để đảm bảo
việc cung cấp than từ boongke vào máy nghiền một cách chính xác, tin cậy và
không bị gián đoạn. Than từ boongke được cấp ở một tốc độ xác định được điều
khiển trên băng chính của máy cấp than nguyên.




Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 5 - Chuyên ngành Tự động hoá


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống nghiền than và vận chuyển than nghiền
Có 2 loại máy cấp:
- Máy cấp thể tích
- Máy cấp trọng lượng
- Máy cấp thể tích:
Với loại máy này thì lượng than cấp được xác định bởi thể tích than. Khi tốc
độ cấp tăng lên thì thể tích than được cấp tăng lên. Nhưng nhược điểm của loại
này là khi trọng lượng than thay đổi với cùng một thể tích xác định thì trọng
lượng than cấp vào máy nghiền thay đổi. Vì vậy nó cũng làm thay đổi năng lượng
hóa năng đưa vào buồng đốt lò, điều này cũng dẫn đến sai lệch về tỉ lệ than gió
do vậy hiệu suất lò giảm.
- Máy trọng lượng:
Than được cấp tới máy nghiền dựa trên cơ sở khối lượng than cấp. Khối
lượng than cấp tới lò tỷ lệ với tín hiệu điều khiển tới máy cấp. Than được vận
chuyển trong máy cấp bởi hệ thống dây chuyền. Tốc độ cấp than được thay đổi
bởi hệ thống dây chuyền. Khi trọng lượng than thay đổi thì thiết bị trọng lượng sẽ

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 6 - Chuyên ngành Tự động hoá


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

điều chỉnh vị trí của thanh điều chỉnh mức than (thanh chắn than trên dây chuyền)
để duy trì mức than chuẩn.









Hình 1.3: Máy cấp đo trọng lượng.
Ưu điểm chính của máy cấp đo khối lượng so với máy cấp đo thể tích là nó
bù được sự thay đổi về độ ẩm của than, tuy nhiên nó không bù sự thay đổi về nhiệt
lượng cấp vào lò do có sự thay đổi về hàm lượng tro trong than. TÍn hiệu điều khiển
máy cấp sẽ phụ thuộc tín hiệu yêu cầu lượng than cấp vào lò. Đê than cấp cháy hết
thì cần có lượng không khí tương ứng, ảnh hưởng lượng không khó thừa khi sử
dụng máy cấp than loại thể tích và máy cấp than loại trọng lượng được biểu diễn
trên hình 1.4.









Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 7 - Chuyên ngành Tự động hoá

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên











Hình 1.4: So sánh ảnh hưởng không khí thừa đối với máy cấp thể tích và máy cấp
trọng lượng.
1.2.1.2 Máy nghiền và bộ phận phân li
*) Máy nghiền
Máy nghiền có nhiệm vụ nghiền than thô từ máy cấp đưa xuống thành than
bột với kích thước nhỏ cỡ µm rồi đưa vào buồng đốt. Hỗn hợp than – gió ở đầu ra
của máy nghiền được hâm nóng trước khi đưa vào buồng đốt.
Có 3 phương pháp nghiền:
- Phương pháp va chạm
- Phương pháp tiêu hao
- Phương pháp ép nhỏ
Phân loại máy nghiền:
- Máy nghiền kiểu bi
- Máy nghiền kiểu trục lăn
- Máy nghiền kiểu ống bi

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 8 - Chuyên ngành Tự động hoá


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên












Hình 1.5: a- Máy nghiền kiểu bi b- Máy nghiền kiểu trục lăn
*) Bộ phận phân li
Than sau khi được nghiền nhỏ được hỗn hợp gió nóng vào gió lạnh vận
chuyển ra khỏi máy nghiền tới 2 bộ phân ly thô. Bộ phân ly thô có nhiệm vụ phân
ly than thô ra khỏi than mịn. Các hạt than thô không đạt tiêu chuẩn về kích thước sẽ
đượcquay trở lại máy nghiền để nghiền lại, còn than mịn được gió cấp 1 thổi trong
các đường ống than bột tới các vòi đốt tương ứng. Độ mịn than cũng được xác định
bởi bộ phận phân li. Than có độ mịn đạt yêu cầu mới được qua bộ phận để tới các
vòi đốt.
Bộ phận phân li làm việc theo nguyên tắc li tâm. Sử dụng một bộ phần quay
tạo ra lực li tâm lớn, than chịu ảnh hưởng của lực li tâm sẽ đập vào màng lọc bao
gồm hơn 200 lỗ nhỏ. Ở đây than có kích thước lớn không qua được các lỗ nhỏ của
màng lọc sẽ rơi xuống quay trở laị máy nghiền.
Có 2 loại phân li:

- Phân li động.
- Phân li tĩnh.

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 9 - Chuyên ngành Tự động hoá


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.2.2 Hệ thống vận chuyển và cấp than nghiền
Than sau được nghiền đạt độ mịn yêu cầu (than bột) sẽ được vận chuyền đến
buồng đốt để phục vụ cho quá trình cháy trong lò hơi. Than bột được vận chuyển
bởi 1 hệ thống gió cấp 1 liên tục được thổi qua máy nghiền, đầu ra của máy nghiền
là hỗn hợp than và gió sẽ được đưa đến các vòi đốt qua các đường ống kim loại.
Có 2 dạng lực được dùng để vận chuyển than bột:
- Loại áp lực
- Loại lực hút
1.3 Hệ thống điều khiển nhiên liệu than
Hệ thống điều khiển nhiên liệu than là hệ thống quan trọng bậc nhất, nó đảm
bảo cân bằng năng lượng giữa đầu ra và đầu vào. Lượng đặt cho hệ điều khiển
nhiên liệu là tổng năng lượng điện yêu cầu (MW) được tính toán quy đổi bằng tổng
nhiệt năng yêu cầu.
Điều khiển lượng than đồng thời yêu cầu phải điều khiển luồng gió để vận
chuyển lượng than đó và hỗn hợp than – khí đưa vào buồng đốt đảm bảo quá trình
cháy. Than cấp vào buồng đốt được lấy từ đầu ra của máy nghiền. Lượng than ở đầu
ra của máy nghiền phụ thuộc vào một số yếu tố cơ bản sau:
- Tốc độ cấp than nguyên
- Lưu lượng gió cấp 1
- Chất lượng than nghiền
Khi có yêu cầu thay đổi nhiên liệu thì tốc độ máy cấp than sẽ thay đổi, do
vậy lượng than đưa xuống máy nghiền thay đổi. Tương ứng với quá trình điều khiển

than thì gió cấp 1 cũng phải được điều khiển theo than. Khi lượng than tăng lên thì
lưu lượng gió cấp 1 đưa tới máy nghiền cũng tăng lên để đảm bảo vận chuyển lượng
than cần thiết đến buồng đốt. Nếu tốc độ cấp độ tăng lên mà lưu lượng gió cấp 1
không đủ để mang than than đi thì ở máy nghiền sẽ không cân bằng giữa lưu lượng
vào và lưu lượng ra. Đối tượng cần điều khiển sẽ thay đổi lưu lượng gió cấp 1 là
van điều chỉnh lưu lượng gió nóng vào máy nghiền. Giả sử khi yêu cầu cấp than

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 10 - Chuyên ngành Tự động hoá


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

tăng lên, lưu lượng than ra khỏi máy nghiền tăng, do vậy nhiệt để sấy than phải tăng
lên. Để đảo bảo nhiệt độ hỗn hợp than và gió thì khi điều khiển lưu lượng gió cấp 1
phải điều khiển lưu lượng gió nóng (nếu điều khiển lưu lượng gió cấp 1 bằng cánh
hướng điều chỉnh lưu lượng gió lạnh sẽ không đảm bảo nhiệt độ để sấy than)
Lưu lượng than được chuyển từ máy nghiền phụ thuộc vào: khối lượng than
nghiền, mức than trong máy nghiền, lưu lượng gió cấp 1. Mức than trong máy
nghiền được giữ không đổi, khi mức máy nghiền tăng lên thì yêu cầu tốc độ cấp
than từ máy cấp than sẽ giảm đi và ngược lại. Như vậy điều khiển cấp nhiên liệu là
điều khiển lưu lượng than và gió cấp 1.
Ngoài vấn đề điều khiển lưu lượng than và gió vận chuyển than thì nhiệt độ
hỗn hợp của nhiên liệu than và gió cũng được điều khiển để giữ ở mức cố định. Nếu
hỗn hợp nhiên liệu quá khô có thể gây cháy trong máy nghiền, gây hư hại thiết bị,
nếu hỗn hợp nhiên liệu qua ẩm thì dễ gây vón cục than trong quá trình vận chuyển
và gây giảm hiệu suất lò hơi
Tóm lại để điều khiển nhiên liệu nghiền đến vòi đốt bao gồm các hệ thống điều
khiển:
- Điều khiển tốc độ máy cấp than nguyên
- Điều khiển hệ thống vận chuyển than nghiền ( điều khiển lưu lượng gió

cấp một vào máy nghiền )
- Điều khiển nhiệt độ hỗn hợp dòng nhiên liệu than ( than + gió )
Trong đó hệ thống điều khiển tốc độ máy cấp than nguyên và điều khiển lưu
lượng gió cấp một ( điều khiển lưu lượng nhiên liệu tại đầu ra của máy nghiền ) là
cơ bản còn hệ thống điều khiển nhiệt độ hỗn hợp than và gió chỉ là để đảm bảo chất
lượng than trước khi vào buồng đốt.
Khi điều khiển nhiệt độ hỗn hợp nhiên liệu than và gió, thường chiến lược
điều khiển chỉ là điều khiển với 1 vòng điều chỉnh nhiệt độ do không cần yêu cầu về
điều khiển qua khắt khe như độ chính xác, đáp ứng không cần quá nhanh.


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 11 - Chuyên ngành Tự động hoá


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.3.1 Hệ thống điều khiển dòng than nghiền
Với mỗi lò hơi cụ thể thì có những khối logic điều chỉnh riêng, những khối
logic này chứa các hàm chức năng, tính toán để điều khiển bao gồm: điều khiển hỗn
hợp than – khí, điều khiển than cấp và điều khiển gió cấp 1.
Đối với loại máy nghiền sử dụng quạt gió sơ cấp trước máy nghiền để vận
chuyển than nghiền, thì người ta có thể chỉ điều khiển máy nghiền riêng biệt và có
tín hiệu về giới hạn tốc độ cấp than từ hệ thống gió vận chuyển.
Đối với loại máy nghiền hoạt động dưới 1 áp suất âm (do có 1 quạt hút gió
được đặt giữa máy nghiền và vòi đốt) thì cũng tùy thuộc vào đặc tính trữ của than
nghiền ta cũng có các chiến lưọc điều khiển khác nhau. Đối với loại máy nghiền có
thể tích bé, tích chữ nhiên liệu ít thì từ tín hiệu cơ bản yêu cầu nhiên liệu than được
đưa song song đồng thời tới điều khiển máy cấp và quạt hút. Còn đối với loại máy
nghiền có thể tích lớn và khả năng tích trữ than lớn, người ta có thể sử dụng tín hiệu
từ mức của máy nghiền như là tín hiệu của quá trình điều khiển. Còn tín hiệu đến

yêu cầu quạt hút được dùng như tín hiệu Feedforward cho điều khiển máy cấp. Mức
than sẽ thay đổi chậm không đáp ứng được quá trình điều khiển khi tải thay đổi
nhanh nên có tín hiệu feedfordward là cần thiết.
Hệ thống điều khiển máy nghiền trục quay và máng với lượng tích trữ nhiên
liệu thấp của hãng BabCock và Wilcock được trình bày trên hình 1.6










Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 12 - Chuyên ngành Tự động hoá


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình 1.6: Điều khiển dòng nhiên liệu than với hệ thống sử dụng máy nghiền kiểu
trục quay và máng với lượng tích trữ nhiên liệu thấp
Lưu lượng than cấp cho buồng đốt được điều khiển nhờ điều khiển tốc độ
máy cấp than vào máy nghiền và điều khiển lưu lượng gió cấp 1 qua máy nghiền để
vận chuyển than. Tín hiệu than nghiền yêu cầu (a) được tính toán từ tín hiệu yêu cầu
nhiên liệu. Bộ tính % phân bố tải (b) xác định yêu cầu phân bố tải của các máy
nghiền. Tín hiệu yêu cầu lượng than nghiền (c) được gửi tới điều khiển tốc độ máy
cấp than. Tín hiệu này cũng là điểm đặt cho hệ thống điều khiển gió cấp 1 (d). Tín
hiệu đo lưu lượng gió cấp 1 (e) được phản hồi về mạch điều khiển than cấp cân
băng với lượng đặt qua bộ điều khiển tỷ lệ (f) để điều chỉnh tốc độ cấp than phù hợp
với lượng gió. 1 tín hiệu tốc độ than cấp được gửi tới hệ thống điều khiển chung của
lò và được tính toán để phối hợp các máy nghiền khác trong hệ nhiều máy nghiền.

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 13 - Chuyên ngành Tự động hoá


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Khi tốc độ máy cấp tăng quá so với tín hiệu về yêu cầu gió tức là lưu lượng gió sẽ
không đủ để đốt cháy than, hiệu suất đốt lò sẽ giảm.
Điều khiển gió với vòng điều chỉnh áp suất gió, tín hiệu áp suất gió thực là
tín hiệu quá tình đưa về phản hồi về bộ điều khiển gió. Tín hiệu đo được của gió sơ
cấp là độ chênh áp giữa 2 đoạn ống, bộ khai căn có tác dụng tính ra lưu lượng gió.
Điều khiển nhiệt độ hỗn hợp than – gió trong máy nghiền với vòng điều
chỉnh nhiệt độ. Bộ điều khiển PI (h) là bộ điều khiển nhiệt độ hỗn hợp than – gió.
Đối tượng cần điều khiển là cánh hướng gió nóng và gió lạnh, vị trí tương quan

giữa 2 cánh này được điều chỉnh bởi bộ phân bố tải tỷ lệ (i). Nhiệt độ máy nghiền
được điều khiển để giữ ở mức cố định bởi giá trị đặt từ người vận hành.
Một mạch điều khiển bù than cấp và điều khiển song song gió cấp 1 và nhiệt
độ hỗn hợp than – gió được biểu diễn trên hình 1.7. Các khối chức năng tương tự
như sơ đồ trên hình 1.6. Tín hiệu điều khiển tốc độ than cấp được đưa sang như một
tín hiệu bù (feedforward) cho mạch điều khiển cánh hướng gió nóng qua bộ điều
khiển (d). Tín hiệu điều khiển cánh hướng gió nóng lại được đưa sang điều khiển
cánh hướng van gió lạnh như một tín hiệu bù để ổn định nhiệt độ hỗn hợp than – khí
qua bộ (k). Với sự phối hợp điều khiển hai cánh hướng thì ta điều chỉnh được cả lưu
lượng gió cấp một và nhiệt độ hỗn hợp than – gió. Vòng điều khiển này thường có
tín hiệu phản hồi là nhiệt độ hỗn hợp và lưu lượng gió cấp một.
Một tín hiệu tốc độ thực của máy cấp than được gửi tới khối điều khiển
Logic trong hệ thống điều khiển lò hơi. Chú ý rằng, ở trạng thái ổn định, gió cấp
một là không đổi với mọi tải, lưu lượng than nghiền căn cứ vào hàm quan hệ của
mức than trong máy nghiền.
Một loại máy nghiền than kiểu bi hay được sử dụng như thế đã được đề cập
ở phần trên. Với hệ thống nghiền này than nghiền sẽ có thời gian lưu lại một vài
phút trong máy. Nếu mức than nghiền không đổi thì độ nhạy của hệ thống là yêu
cầu đối với mỗi sự thay đổi của than cấp nhưng đáp ứng tốt với yêu cầu tải. Sơ đồ
điều khiển hệ thống này được biểu diễn trên hình 1.7