hệ thống điều chỉnh mức nước bao hơi

Trường đại học bách khoa Hà Nội

LỜI NÓI ĐẦU
Với nhu cầu nâng cao chất lượng điều khiển quá trình công nghệ, các hệ
điều khiển nhiều vòng được áp dụng rộng rãi. Chất lượng điều chỉnh của hệ nhiều
vòng đã đem đến kết quả rất khả quan trong điều chỉnh công nghiệp đặc biệt là
trong các quá trình nhiệt, khi đối tượng điều khiển có quán tính lớn và chịu ảnh
hưởng mạnh của tác động nhiễu. Từ khi kỹ thuật vi xử lý và điều khiển số ra đời
người ta càng quan tâm nhiều hơn đến việc tổng hợp hệ thống điều khiển số nhiều
vòng, song vì tính phức tạp của đối tượng (nhất là đối tượng nhiệt) cho nên lời giải
nhận được của hệ thống không đem lại kết quả mong muốn hoặc kết quả không tối
ưu do đó khi đặt tham số hệ thống người ta phần lớn dựa trên kinh nghiệm là
chính. Trong bối cảnh đó quan điểm tổng hợp cấu trúc bền vững cao ra đời là cơ sở
lý luận để tổng hợp hệ thống điều chỉnh liên tục. Theo phương pháp này cho phép
thiết kế bộ điều chỉnh có độ ổn định rất cao, sai số điều chỉnh nhỏ, quá trình quá độ
đảm bảo hệ số tắt cao trong trường hợp đối tượng có sự thay đổi. Đối với bộ điều
chỉnh số, chúng ta cũng có thể áp dụng được quan điểm trên, song chúng ta cần
phát triển một số vấn đề cho phù hợp với đặc điểm của bộ điều khiển số.
Xuất phát từ thực tế đó chúng em chọn “hệ thống điều chỉnh mức nước bao
hơi”,làm đề tài nghiên cứu cho đồ án của mình.Đề tài đã giải quyết được những
vấn đề sau:
Chương I :Tổng quan về phương pháp điều chỉnh
Chương II :Các sơ đồ tự động điều chỉnh mức nước bao hơi
Chương III:Mô hình điều chỉnh mức nước

Hệ thống điều khiển mức nước bao hơiPage 1


Trường đại học bách khoa Hà Nội

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH.

1.) VAI TRÒ VÀ NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH CẤP NƯỚC
LÒ HƠI.

Hệ thống điều chỉnh cấp nước vào lò hơi đóng vai trò rất quan trọng trong
các hệ thống điều chỉnh của lò hơi. Nhiệm vụ của hệ thống tự động điều chỉnh cấp
nước vào lò hơi là đảm bảo sự cân bằng vật chất giữa lưu lượng hơi ra khỏi lò hơi
và lưu lượng nước cấp vào lò.
Trong quá trình hoạt động của lò hơi, sự cân bằng vật chất giữa lưu lượng
hơi ra khỏi lò và lưu lượng nước cấp vào lò bị phá vỡ do nhiều nguyên nhân. Một
trong những nguyên nhân chính như sau: sự thay đổi lưu lượng hơi cấp vào
TuaBin; sự thay đổi nước cấp vào lò; sự thay đổi áp suất bao hơi; sự thay đổi lượng
nhiệt sinh ra trong buồng lửa, v.v…Những lý do trên dẫn đến làm thay đổi mức
nước trong bao hơi. Mức nước tăng hoặc giảm quá mức quy định sẽ ảnh hưởng đến
chất lượng hơi hoặc sự cố lò hơi.
Khi mức nước bao hơi tăng quá mức quy định sẽ ảnh hưởng đến chất lượng
hơi. Vì khi đó ảnh hưởng tới quá trình phân ly hơi trong bao hơi, các giọt ẩm sẽ
theo hơi tràn sang bộ quá nhiệt, làm giảm quá trình truyền nhiệt giữa hơi và khói,
dẫn đến những tầng cuối của TuaBin sẽ có độ ẩm cao sẽ làm hỏng tầng cánh
TuaBin. Còn khi mức nước bao hơi thấp hơn mức yêu cầu làm mất sự tuần hoàn tự
nhiên của nước trong hệ thống. Trong khi đó lượng nhiệt sinh ra trong buồng lửa
vẫn không đổi dẫn đến có thể làm biến dạng hoặc phình nổ các ống sinh hơi.

Hệ thống điều khiển mức nước bao hơiPage 2


Trường đại học bách khoa Hà Nội
Chính vì vậy, hệ thống điều chỉnh tự động cấp nước bao hơi có vai trò rất
quan trọng trong hệ thống điều chỉnh của lò hơi. Có nhiệm vụ đảm bảo mức nước
bao hơi thay đổi trong một giới hạn cho phép hay nói cách khác là đảm bảo sự cân
bằng vật chất giữa lưu lượng hơi ra khỏi lò và lưu lượng nước cấp vào lò.

2.) CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ THAY ĐỔI MỨC NƯỚC BAO HƠI.
Quá trình thay đổi mức nước trong lò có bao hơi là một quá trình rất phức
tạp. Không những bị thay đổi do cân bằng vật chất bị phá vỡ (ảnh hưởng của sự
thay đổi lưu lượng hơi ra khỏi lò, của sự thay đổi lưu lượng nước cấp vào lò…) mà
còn bị thay đổi do ảnh hưởng của sự thay đổi áp suất trong bao hơi, ảnh hưởng của
hiện tượng sôi bồng…Những ảnh hưởng này lại có tác động tương hỗ lẫn nhau và
làm cho quá trình thay đổi mức nước càng trở nên phức tạp.
Sự ảnh hưởng đó có thể được biểu diễn bằng phương trình sau:

 ∂ρ'  ∂ρ
dH
W−D
1
∂ρ"

=
−
( V − Vn )
+ Vn 
+
dτ (ρ'−ρ" )Fbh  (ρ'−ρ" )Fbh
∂p
 ∂p  ∂τ

1  dVh 0 dVhbh 
+


F  dτ
dτ 

(1.1)

Trong đó:
W, D: Lưu lượng nước cấp và sản lượng của lò, kg/s.
Vn, Vh: Thể tích phần chứa nước và hơi của lò, m3.
ρ’, ρ”: Mật độ của nước và hơi trong lò,
Vh0: Thể tích hơi trong hệ thống ống lò, m3.
Vhbh: Thể tích hơi trong bao hơi, m3.
V = Vh + Vn: Tổng thể tích chứa môi chất trong lò, m3.
Fbh: Diện tích mặt bốc hơi trong bao hơi, m2.
Thành phần thứ nhất vế phải phương trình (1.1) thể hiện ảnh hưởng của việc
phá huỷ cân bằng vật chất; thành phần thứ hai là ảnh hưởng của sự thay đổi áp suất

Hệ thống điều khiển mức nước bao hơiPage 3


Trường đại học bách khoa Hà Nội
còn thành phần thứ ba kể đến ảnh hưởng của sôi bồng mức nước. Phương trình
(1.1) còn có thể viết dưới dạng sau:
dH
1 dVh 0
= a1Q + a 2 W − a 3 D +
.
dτ
Fbh dτ

(1.2)

Trong đó:

a1 =

 ∂ρ'
1
∂ρ" 
V
+
(
V
−
V
)
n
n
Fbh (ρ'−ρ" )QT  ∂p
∂p 

a2 =

a3 =

  ∂i'
 ∂i"
∂t  
1
∂ρ' 
∂ρ'
 + V − Vn ρ'
+ (i"−i nc )

+ G kl C kl kl  
Vn  ρ' + ∆i
Fbh (ρ'−ρ" )QT   ∂p
∂p 
∂p
∂p  
 ∂p

  ∂i'
∂t
1
∂ρ' 
∂i" 
 + (V − Vn )ρ"  + G kl C kl kl
Vn  ρ' − r
Fbh (ρ'−ρ" )QT   ∂p
∂p 
∂p 
∂p

Q: Lượng nhiệt sinh ra trong buồng lửa, J.
Hoặc công thức (1.2) cũng có thể biểu diễn dưới dạng sau:

dH
1  ∂Vh 0 dD ∂Vh 0 dp 

= a1Q + a 2 W − a 3 D +
.
+
. 

dτ
Fbh  ∂D dτ
∂p dτ 

(1.3)

Những ảnh hưởng cụ thể của các yếu tố tới mức nước bao hơi sẽ được trình
bày dưới đây:
2.1. Ảnh hưởng của sự thay đổi lưu lượng nước cấp vào lò.
Từ phương trình (1.2) ta thấy, khi thay đổi lưu lượng nước cấp vào lò nhưng
vẫn không thay đổi lượng nhiệt sinh ra trong lò thì lưu lượng hơi ra khỏi lò không
thay đổi và các thông số của nó cũng không thay đổi mà chỉ thay đổi mức nước
trong bao hơi. Khi lưu lượng nước cấp vào lò tăng thì mức nước trong bao hơi tăng
và ngược lại, khi lưu lượng nước cấp vào lò giảm thì mức nước trong bao hơi
Hệ thống điều khiển mức nước bao hơiPage 4


Trường đại học bách khoa Hà Nội
giảm. Về lý thuyết thì quan hệ này là tuyến tính nhưng thực tế do ảnh hưởng của
chiều dài đường ống từ van điều chỉnh tới bao hơi nên bị chậm trễ một khoảng thời
gian τ nào đó và đặc điểm của đối tượng nhiệt là quán tính lớn nên đặc tính động
của lò hơi khi đại lượng điều chỉnh là mức nước thường là một khâu tích phân
quán tính có trễ.

2.2. Ảnh hưởng của lượng nhiệt sinh ra trong buồng lửa.

Sự thay đổi lượng nhiệt sinh ra trong buồng lửa trong điều kiện lưu lượng
nước cấp vào lò không thay đổi cũng làm thay đổi mức nước trong bao hơi. Thực
vậy theo phương trình (1.2):
dH

1 dVh 0
= a1Q + a 2 W − a 3 D +
.
dτ
Fbh dτ
Ta thấy, khi lượng nhiệt sinh ra trong buồng lửa tăng lên thì mức nước trong
bao hơi tăng lên do khi lượng nhiệt sinh ra trong buồng lửa tăng trong khi đó áp
suất lò vẫn không thay đổi tương ứng nhiệt độ bão hoà của nước không thay đổi
đẫn đến lượng hơi sinh ra trong hệ thống tăng lên, dẫn đến việc tách tương ứng
một lượng nước đưa vào bao hơi dẫn tới mức nước bao hơi tăng. Mặt khác theo
phương trình tốc độ thay đổi áp suất:
dp (ε1 − ∆i hh ).D nc + Q − ε 2 D
=
dτ
ε 3Vn + ε 4 Vh + ε 5 G kl

(1.4)

Ta lại thấy khi Q tăng thì áp suất bao hơi sẽ tăng, để áp suất bao hơi không
đổi thì sản lượng hơi ra khỏi lò phải tăng (tức D tăng). Ta lại thấy khi D tăng trong
Hệ thống điều khiển mức nước bao hơiPage 5


Trường đại học bách khoa Hà Nội
điều kiện lưu lượng nước cấp vào lò không đổi dẫn đến cân bằng vật chất bị phá vỡ
làm giảm mức nước bao hơi.
Như vậy, khi lượng sinh ra trong lò thay đổi đột ngột trong điều kiện giữ lưu
lượng nước cấp không thay đổi thì nó ảnh hưởng tới thành phần sôi bồng làm tăng
mức nước đồng thời chúng lại ảnh hưởng tới sự phá vỡ cân bằng vật chất làm giảm
mức nước. Người ta chứng minh được rằng, ảnh hưởng tổng hợp của hai hiện

tượng như sau: lúc đầu mức nước tăng (khoảng 30 giây) sau đó giảm dần.

2.3. Ảnh hưởng của sự thay đổi áp suất.
Khi áp suất thay đổi thì mức nước bao hơi cũng thay đổi theo. Từ phương
trình (1.2) ta thấy rằng: khi áp suất bao hơi tăng lên thì mức nước bao hơi giảm, vì
khi áp suất bao hơi tăng thì đồng thời nhiệt độ nước bão hoà trong lò tăng trong khi
đó nhiệt lượng sinh ra trong buồng lửa vẫn không thay đổi dẫn đến lượng hơi sinh
ra trong hệ thống giảm, điều này dẫn đến mức nước trong bao hơi sẽ giảm. Còn khi
áp suất bao hơi giảm thì hiện tượng xảy ra nguợc lại làm cho mức nước bao hơi
tăng lên. Khi áp suất thay đổi thì không những ngoài chính bản thân nó làm thay
đổi mức nước nó còn gây ra hiện tượng sôi bồng làm thay đổi mức nước.
2.4. Ảnh hưởng của sự thay đổi lưu lượng hơi ra khỏi lò.
Khi thay đổi sản lượng hơi ra khỏi lò tốc độ quy dẫn của hơi và tốc độ tuần
hoàn trong vòng tuần hoàn (ω0”,ω0) sẽ thay đổi dẫn đến ảnh hưởng tới chế độ tuần
hoàn của môi chất trong hệ thống lò.
Theo phương trình (1.4) ta thấy: khi tăng đột ngột sản lượng hơi ra khỏi lò
áp suất bao hơi sẽ giảm, điều này dẫn đến xảy ra hiện tượng sôi bồng làm tăng mức
nước bao hơi. Mặt khác theo phương trình (1.2) thì khi tăng sản lượng hơi ra khỏi
lò lại làm cân bằng vật chất bị phá huỷ về phía sản lượng hơi. Do đó làm giảm mức
Hệ thống điều khiển mức nước bao hơiPage 6


Trường đại học bách khoa Hà Nội
nước. Đặc tính động của lò hơi khi sản lượng hơi thay đổi đột ngột được biểu diễn
như hình 1.1 sau:

D

t

T

H

H2
t
H3 = H1+H2
H1
Hình 1.1: Sơ đồ biểu diễn mức trong hiện tượng sôi bồng

Trong đó: H1 - đường nước giảm; H2 - đường sôi bồng; H3 - đường thực tế,
H3=H1+H2
Ta thấy lúc đầu mức nước tăng do hiện tượng sôi bồng (khoảng 30 giây) sau
giảm tuyến tính do ảnh hưởng của hiện tượng sôi bồng tạo mức nước giả.

Hệ thống điều khiển mức nước bao hơiPage 7


Trường đại học bách khoa Hà Nội

CHƯƠNG II: CÁC SƠ ĐỒ TỰ ĐIỀU CHỈNH MỨC NƯỚC BAO
HƠI.
Quá trình thay đổi mức nước trong bao hơi là một quá trình rất phức tạp.
Trong thực có thể sử dụng các loại sơ đồ điều chỉnh khác nhau, tuỳ theo năng suất
lò hơi cũng như yêu cầu công nghệ mà người sử dụng đặt ra. Người ta có thể chia
các sơ đồ điều khiển mức nước bao hơi thành ba dạng cơ bản sau:
1.) HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH MỘT XUNG.
Sơ đồ nguyên lý được thể hiện ở hình 1.2 sau:
BQN

H

BH

Định trị
H
BĐC

BHN

Nước cấp

Hình 2.1. Hệ thống điều chỉnh 1 xung

D
Hình 2.2. Đặc tính tĩnh hệ 1 xung

Trong đó: BH – bao hơi; BQN - bộ quá nhiệt; BĐC - bộ điều chỉnh; BHN - bộ hâm
nước;
Hệ thống điều khiển mức nước bao hơiPage 8


Trường đại học bách khoa Hà Nội
Hệ thống điều chỉnh này có một tín hiệu vào bộ điều chỉnh, đó là mức nước
bao hơi (H), nó phụ thuộc vào giá trị đặt và dấu của độ sai lệch mức nước bao hơi,
bộ điều chỉnh sẽ thay đổi độ mở của van cấp nước để thay đổi lưu lượng nước cấp
vào lò.
Từ đường đặc tính tĩnh biểu diễn trên hình 1.3 cho ta thấy quan hệ giữa mức
nước bao hơi với độ không đồng đều dương của phụ tải hơi D. Phụ tải hơi D tăng
thì mức nước bao hơi ở trạng thái ổn định giảm.

Ở hình dưới đây biểu diễn các đồ thị của quá trình quá độ quá trình điều
chỉnh được xây dựng không kể đến chậm trễ trong hệ thống và sự dao động của
quá trình.
Quá trình điều chỉnh như sau:
Trước thời điểm t1 là đang vận hành bình thường ở phụ tải giữ không đổi, D 1
tương ứng lưu lượng nước cấp W1 và mức nước ổn định trong bao hơi H1.
W, D

Wa
W1

W3

D3

W2

D1

D2
Wb

t(s)

Hb

H

H2
H1

H3
Ha
t(s)

Hình 2.3. Đặc tính động quá trình điều chỉnh hệ 1 xung

Hệ thống điều khiển mức nước bao hơiPage 9


Trường đại học bách khoa Hà Nội

Tại thời điểm t1 vì một lý do nào đó phụ tải hơi giảm đột ngột tới giá trị D 2,
điều này dẫn đến giảm mức nước bao hơi từ H 1 xuống Ha do giảm thể tích hỗn hợp
hơi và nước chứa trong bao hơi và hệ thống dàn ống sinh hơi trong buồng lửa của
lò. Nhận được tín hiệu về sự giảm mức nước bao hơi, bộ điều chỉnh bắt đầu tác
động tăng độ mở của van nước cấp và từ đó tăng lưu lượng nước cấp từ W 1 đến
Wa.
Sự tăng lưu lượng nước cấp vượt hơn sự tăng của lưu lượng hơi dẫn đến cân
bằng vật chất bị phá vỡ và từ đó làm tăng mức nước. Theo độ tăng dần của mức
nước mà bộ điều chỉnh giảm dần độ mở của van nước cấp tương ứng giảm lưu
lượng nước cấp vào lò từ giá trị Wa xuống W2, tương với phụ tải hơi mới ra D2. Khi
này phương trình cân bằng vật chất lại được xác lập và từ đó mức nước bao hơi lại
ổn định tại vị trí mới là H 2. Giá trị H2 này thường lớn hơn giá trị mức nước ổn định
ở chế độ xác lập trước H1.
Và ngược lại, giả sử khi lò đang làm việc ổn định ở chế độ xác lập mới ứng
với phụ tải hơi không đổi D2, tương ứng với lưu lượng nước cấp vào lò W 2 và mức
nước ổn định H2. Thì ở tại thời điểm t2 vì một lý do nào đó phụ tải hơi lại tăng đột
ngột từ giá trị D2 lên giá trị D3. Do đó dẫn đến sự giảm áp suất bao hơi, làm tăng
thể tích hỗn hợp hơi và nước trong bao hơi và hệ thống dàn ống sinh hơi, làm tăng

mức nước trong bao hơi từ H2 lên H3. Tín hiệu thay đổi mức nước này được đưa về
bộ điều chỉnh, từ đó bộ điều chỉnh cho tín hiệu đóng bớt độ mở van nước cấp giảm
lưu lượng nước cấp vào lò từ giá trị W 3 xuống Wb. Sự không tương úng giữa lưu
lượng nước cấp vào lò và lưu lượng hơi ra khỏi lò sẽ dẫn đến làm giảm mức nước
trong bao hơi. Tín hiệu hiệu giảm mức nước bao hơi này lại được truyền đến bộ
Hệ thống điều khiển mức nước bao hơiPage 10


Trường đại học bách khoa Hà Nội
điều chỉnh và từ đó bộ điều chỉnh cho tín hiệu ra tăng dần độ mở của van nước cấp
và tương ứng tăng lưu lượng nước cấp vào lò cân bằng với lưu lượng hơi lấy ra.
Kết quả của quá trình điều chỉnh là: lò lại làm việc ổn định ở chế độ làm việc mới
ứng với phụ tải hơi được giữ không đổi D 3 ứng với lưu lượng nước cấp W3 và mức
nước ổn định H3. Giá trị H3 này thường khác với H1 và H2.
Như vậy, quá trình phân tích ở trên ta có thể kết luận rằng: Quá trình điều
chỉnh của hệ thống một xung luôn kèm theo dao động rất lớn của mức nước bao
hơi khi phụ tải hơi ra khỏi lò thay đổi đột ngột, do đó hệ thống điều chỉnh một
xung chỉ được sử dụng với các lò hơi có sản lượng hơi nhỏ. Thường dùng cho các
lò trung áp và hạ áp.
2.) HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH HAI XUNG:H,D.
Sơ đồ nguyên lý được thể hiện ở hình 1.5. Đặc tính tĩnh hệ điều chỉnh hai
xung thể hiệ ở hình 1.6.
Bộ điều chỉnh nước cấp có hai xung lượng có hai tín hiệu vào đó là tín hiệu
mức nước H và tín hiệu hơi ra khỏi lò D.
Đặc tính tĩnh của hệ thống điều chỉnh hai xung lượng được biễu diễn trên
hình1.6 nhận được bằng cách cộng tổng các đặc tính điều chỉnh tĩnh của bộ điều
chỉnh có độ không đồng đều với đặc tính của tín hiệu theo lưu lượng hơi. Tín hiệu
theo mức nước bao hơi có quan hệ bậc hai với phụ tải hơi của lò do đó đặc tính
tĩnh của quá trình điều chỉnh có dạng như trên.

Hệ thống điều khiển mức nước bao hơiPage 11


Trường đại học bách khoa Hà Nội

D

H

BQN
D
BH

H

BĐC

Định trị

Pmax

Pmin
BHN

Nước cấp

Hình 2.4. Hệ thống điều chỉnh hai xung

D
Hình 2.5. Đặc tính tĩnh hệ hai xung

Trong đó: BH – bao hơi; BQN - bộ quá nhiệt; BĐC - bộ điều chỉnh; BHN - bộ hâm
nước;
Bộ điều chỉnh hai xung lượng nhận được sự thay đổi về lưu lượng nước chỉ
qua sự thay đổi về mức nước trong bao hơi, vị trí mức nước trong bao hơi chủ yếu
phụ thuộc vào phụ tải, nhưng nó còn chịu ảnh hưởng của lưu lượng nước cấp vào
lò được xác định bằng độ chênh lệch áp suất trên van điều chỉnh nước cấp.
Do đó, trong những điều kiện như sau vị trí của mức nước phụ thuộc vào
giáng áp trên van điều chỉnh trên hình 1.6 biểu thị hai đường đặc tính ứng với
giáng áp ∆Pmax và ∆Pmin. Vùng mà vị trí mức nước có thể rơi vào nằm giữa hai
đường đặc tính này.
Như vậy, khi lưu lượng hơi từ lò thay đổi bộ điều chỉnh trên sẽ tác động
trước khi mức nước trong bao hơi thay đổi, vì vậy nâng cao được chất lượng của
quá trình điều chỉnh.
Hệ thống điều khiển mức nước bao hơiPage 12


Trường đại học bách khoa Hà Nội

Đặc tính động của hệ thống điều chỉnh hai xung được biểu diễn như hình 1.7
sau:

t

t
Hình 2.6. Đặc tính động của hệ thống điều chỉnh hai xung

Quá trình điều chỉnh như sau: Khi phụ tải của lò hơi thay đổi tăng đột ngột,
tín hiệu thay đổi lưu lượng hơi được truyền đến bộ điều chỉnh và từ đó tín hiệu ra
tăng độ mở của van nước cấp, tăng lưu lượng nước cấp vào lò. Điều này dẫn đến

làm tăng mức nước bao hơi vì ảnh hưởng của hiện tượng sôi bồng mức nước (khi
lưu lượng hơi tăng thì áp suất bao hơi giảm) và do lưu lượng nước cấp tăng. Mặt
khác khi tín hiệu mức nước tăng lên sẽ truyền đến bộ điều chỉnh, từ đó cho tín hiệu
ra giảm lưu lưọng nước cấp vào lò. Sự giảm lưu lượng nước cấp so với lưu lượng
hơi ra khỏi lò sẽ làm phá vỡ cân bằng vật chất càng làm giảm mức nước, tín hiệu
giảm mức nước này lại được truyền đến bộ điều chỉnh tăng lưu lượng nước cấp vào
lò tương ứng với sản lượng hơi ra khỏi lò và mức nước trong bao hơi lại ổn định ở
vị trí ban đầu. Quá trình điều chỉnh kết thúc.

Hệ thống điều khiển mức nước bao hơiPage 13


Trường đại học bách khoa Hà Nội
Hệ thống điều chỉnh hai xung lượng có nhược điểm là: nó chỉ có thể nhân
biết được sự thay đổi lưu lượng nước cấp vào lò thông qua sự thay đổi mức nước
trong bao hơi nên quá trình điều chỉnh có sự dao động mức nước. Nhưng hệ thống
này lại khắc phục được sự dao động mức nước về phía thay đổi phụ tải hơi.
Bộ điều chỉnh hai xung này được sử dụng với các lò hơi mà trong đó sự thay
đổi mức nước xảy ra rõ rệt, còn dao động áp suất trong đường ống cấp nước là
không lớn (ít sử dụng trong các lò có bộ giảm ôn bề mặt).
3.) HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH BA XUNG.
Sơ đồ nguyên lý được thể hiện ở hình 1.8 sau:
D
BQN
D
H

BH

Định trị

BĐC

W

BHN

Nước cấp

Hình 2.7. Hệ thống điều chỉnh ba xung

Trong đó: BH – bao hơi; BQN - bộ quá nhiệt; BĐC - bộ điều chỉnh; BHN - bộ hâm
nước;
Bộ điều chỉnh ba xung lượng có ba tín hiệu vào đó là: tín hiệu mức nước
bao hơi H, tín hiệu lưu lượng hơi D, tín hiệu lưu lượng nước cấp vào lò W.
Hệ thống điều khiển mức nước bao hơiPage 14


Trường đại học bách khoa Hà Nội
Đây là bộ điều chỉnh tổng hợp có ba xung lượng đưa đến bộ điều chỉnh đó là
mức nước trong bao hơi (H), lưu lượng hơi ra khỏi lò (D), lưu lượng nước cấp vào
lò hơi (W).
Sơ đồ này khác với sơ đồ hai tín hiệu ở chỗ nó có thêm tín hiệu lưu lượng
nước cấp đưa trực tiếp vào bộ điều chỉnh, do đó khi lưu lượng nước cấp vào lò thay
đổi nó sẽ truyền tới bộ điều chỉnh tác động trước khi mức nước thay đổi, như vậy
sơ đồ điều chỉnh ba xung lượng đã khắc phục được nhược điểm của sơ đồ hai
xung.
Bộ điều chỉnh được hiệu chỉnh sao cho khi lưu lượng nước cấp và lưu lượng
hơi ra khỏi lò thay đổi một lượng như nhau thì chúng làm cho van điều chỉnh di
chuyển đi một lượng cũng như nhau nhưng ngược chiều nhau. Khi hiệu chỉnh như

vậy, sự thay đổi lưu lượng hơi sẽ dẫn đến sự thay đổi tương ứng một lượng nước
cấp và mức nước bao hơi sẽ không thay đổi cho tới khi quá trình điều chỉnh kết
thúc, trong trạng thái ổn định bộ điều chỉnh sẽ giữ mức nước không thay đổi và
không phụ thuộc vào phụ tải hơi của lò. Đó là ưu điểm của bộ điều chỉnh này. Với
hệ thống điều chỉnh ba xung đảm bảo chất lượng cao, chính xác trong quá trình
điều chỉnh.
Như vậy, từ đặc tính quá độ ta thấy: quá trình điều chỉnh mức nước bao hơi
bằng hệ thống ba xung luôn giữ mức nước trong bao hơi ổn định. Vì vậy trong các
lò bao hơi nó được sử dụng rất phổ biến.

CHƯƠNG III: MÔ HÌNH ĐIỀU CHỈNH MỨC NƯỚC.

Hệ thống điều khiển mức nước bao hơiPage 15


V

Trường
I–Van điều chỉnh

đại học bách khoa Hà Nội

II-T/b đo mức

III

H

IV
Bơm nước tuần hoàn

4

Bảng điều khiển

Phòng điều khiển

Hệ thống điều khiển mức nước bao hơiPage 16


Trường đại học bách khoa Hà Nội

Trong đó: 1 - cổng nguồn nuôi 12V DC; 2 - cổng tín hiệu đưa về từ thiết bị đo mức
(4÷20 mA); 3 - cổng tín hiệu điều chỉnh van (0÷10V DC); 4 - cổng RS485 kết nối
với PC; 5 - cổng PROFIBUS kết nối ET200 với CPU.

OP7

PC

S7-300

PROFIBUS

AI

AO

ET200M

4-20mA

Động cơ điều khiển van
Sensor đo mức
Van 20

Hệ thống điều khiển mức nước bao hơiPage 17

Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều chỉnh mức nước


Trường đại học bách khoa Hà Nội

Nguyên lý hoạt động:
Đường nước: nước từ bể chứa nước cấp (V) cấp cho bể nước cần điều chỉnh
nước (III), lưu lượng nước cấp vào (III) được điều chỉnh qua van điều chỉnh I.
Nước từ bể (III) chảy xuống bể chứa nước xả (IV). Lưu lượng nước xuống bể (IV)
đặc trưng cho tải tiêu thụ. Để bổ xung nước cho bể chứa nước cấp (V) ta sử dụng
bơm tuần hoàn.
Nguyên tắc điều chỉnh: khi mở van xả (đại diện cho tải) mức nước trong bể
chứa (III) thay đổi, đầu đo tín hiệu mức (II) đo và gửi thông tin về bộ điều chỉnh tại
đây bộ điều chỉnh xử lý tín hiệu ra tín hiệu điều chỉnh van (I) phù hợp với sự thay
đổi mức nước trong bể cần điều chỉnh.

Hệ thống điều khiển mức nước bao hơiPage 18


Trường đại học bách khoa Hà Nội

KẾT LUẬN

Sau một thời gian nghiên cứu thực hiện đề tài “Hệ thống điều khiển mức
nước bao hơi trong nhà máy nhiệt điện” ,với sự làm việc nghiêm túc em đã học hỏi
được thêm nhiều kiến thức sâu rộng về điều khiển tự động đặc biệt là điều khiển
các đối tượng nhiệt,cụ thể ở đây là điều khiển mức nước bao hơi trong nhà máy
nhiệt điện.Với đề tài này để có thể áp dụng vào thực tế cho quá trình điều khiển
mức nước bao hơi trong nhà máy nhiệt điện thì cần hoàn thiện hàng loạt vấn đề cả
về lý thuyết lẫn thực nghiệm.Do đó em rất mong được sự đóng góp ý kiến giúp đỡ
của các thầy trong bộ môn, khoa để em có thể tiếp tục hoàn thiện đề tài này sâu
hơn nữa.Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Đăng Thảnh đã tận tình
hướng dẫn giúp chúng em hoàn thành đề tài của mình.

Hệ thống điều khiển mức nước bao hơiPage 19


Trường đại học bách khoa Hà Nội

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. N.V.Mạnh. Phương pháp tối ưu hoá các hệ thống điều khiển bất định. Luận
án tiến sĩ khoa học. Trường năng lượng Moscow 1999. 300 tr.
2. N.V.Mạnh. Lý thuyết điều chỉnh quá trình nhiệt
3. Giáo trình Kỹ Thuật Lò Hơi - Pgs.Ts.Phạm Xuân Vượng
4. Tạp chí KHCN nhiệt, 3/2006. Số 3, tr 19 – 22.
5. Một số trang web khác.

Hệ thống điều khiển mức nước bao hơiPage 20


Trường đại học bách khoa Hà Nội

MỤC LỤC

Hệ thống điều khiển mức nước bao hơiPage 21