Tối Ưu Hóa Hệ Thống Điều Chỉnh Nhiệt Độ Hơi Quá Nhiệt Ở Nhà Máy Nhiệt Điện Phả Lại 2
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.91 MB, 107 trang )
Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
LỜI NÓI ĐẦU
Trong quá trình sản xuất điện năng của nhà máy nhiệt điện , lò hơi là một
khâu quan trọng có nhiệm vụ biến đổi năng lượng tàng trữ của nhiên liệu
thành nhiệt năng của hơi . Hơi bão hòa sau khi ra khỏi bao hơi sẽ được đưa tới
các bộ quá nhiệt , tại đây hơi được nâng lên tới nhiệt độ rất cao trở thành hơi
quá nhiệt đưa vào trong tuabin quay máy phát . Hơi quá nhiệt là một trong
những chỉ tiêu rất quan trọng của lò hơi . Việc duy trì nhiệt độ hơi quá nhiệt
trong dải không đổi khi tải lò thay đổi luôn được đặt lên hàng đầu nhằm cải
thiện hiệu quả chuyển đổi từ nhiệt năng thành cơ năng , tránh phá hủy các vật
liệu kim loại , đảm bảo chất lượng hơi trước khi đưa vào tuabin . Điều này chỉ
có thể thực hiện được nếu hệ thống điều chỉnh hơi quá nhiệt hoạt động tốt , ổn
định chất lượng cao.
Trong quá trình điều chỉnh , độ trễ và quán tính lớn trong hệ thống một
vòng là nguyên nhân cơ bản làm giảm sự tác động nhanh và do đó làm giảm
độ chính xác của quá trình điều chỉnh . Do đó trong thực tế để nâng cao chất
lượng điều chỉnh người ta thường áp dụng sơ đồ hai vòng với các thiết bị chế
tạo theo các luật điều chỉnh đơn giản.
Mặt khác việc tổng hợp hệ thống điều chỉnh gặp khó khăn cũng bởi tính
phức tạp của đối tượng nhiệt , vì đối tượng nhiệt có độ trễ vận tải lớn , tính
chất phi tuyến và thường là đối tượng bất định cho nên việc áp dụng những
phương pháp tổng hợp kinh điển kém hiệu quả .Trong bối cảnh đó quan điểm
tổng hợp cấu trúc bền vững cao ra đời là cơ sở để tổng hợp hệ thống điều
chỉnh với độ ổn định rất cao , sai số điều chỉnh nhỏ , quá trình quá độ đảm
bảo hệ số tắt dần cao trong trường hợp có sự thay đổi tải.
Thực tế hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt ở nhà máy sau một
thời gian làm việc thì biên độ dao động lớn , thời gian điều chỉnh kéo dài khi
Kỹ thuật năng lượng _K 51
Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
có bất cứ sự thay đổi đáng kể nào về phụ tải , nhiễu …Độ quá điều chỉnh lớn có
thể dẫn tới nhiệt độ hơi quá nhiệt vượt ngoài khoảng cho phép , gây nguy hiểm ,
thiệt hại về kinh tế lớn khi phải dừng tổ máy . Một trong những nguyên nhân đó là
quá trình hiệu chỉnh thông số điều chỉnh không tốt . Đồ án này sẽ trình bày về việc
tổng hợp hệ thống điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt tại nhà máy nhiệt điện Phả
Lại 2 trên cơ sở quan điểm tổng hợp bền vững tối ưu chất lượng cao áp dụng với
sơ đồ điều khiển hệ thống điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt . Đề tài “Tối ưu hóa
hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt ở nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2” giải
quyết những vấn đề sau :
- Chương 1 : Tổng quan hệ thống điều khiển của nhà máy nhiệt điện
Phả Lại 2
- Chương 2 : Giới thiệu về hệ thống điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt
của nhà máy Phả Lại II
- Chương 3: Các phương pháp mô hình hóa và tổng hợp hệ thống
bộ điểu chỉnh công nghiệp.
- Chương 4 : Nội dung tính toán và đánh giá chất lượng
Trong đồ án này, do kiến thức còn hạn chế và thời gian có hạn, nên em
chỉ có điều kiện nghiên cứu một nhánh trong hệ thống điều khiển nhiệt độ hơi
quá nhiệt đầu lò . Cùng với sự góp ý , giúp đỡ tận tình của các thầy trong bộ
môn hệ thống và tự động hóa quá trình nhiệt , nhất là thầy giáo
PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh, nên em đã hoàn thành được đồ án này.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình thực hiện đồ án nhưng vẫn không
tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự quan tâm chỉ bảo của
các thầy để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Sinh viên
Kỹ thuật năng lượng _K 51
Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
CỦA NHÀ MÁY
1.1. Giới thiệu tổng quan hệ thống điều khiển DCS nhà máy điện Phả lại 2:
1.1.1 Tổng quan về hệ DCS:
DCS là chữ viết tắt của Distributed Control System – hệ thống điều
khiển phân tán – và nó được dùng để chỉ lớp các hệ thống điều khiển sử dụng
phương pháp điều khiển phân tán.Khác với PLC,DCS là giải pháp tổng thể kể
cả phần cứng phần mềm cho toàn hệ thống được phát triển từ các ứng dụng
điều khiển của ngành công nghiệp hóa chất với các bộ điều khiển ban đầu sử
dụng kỹ thuật tương tự.Giải pháp thiết kế của các hệ DCS thương phẩm là
hướng vào các ứng dụng điều khiển phân tán nên nó thường được thiết kế
theo hệ thống mở,khả năng tích hợp cao kể cả tích hợp với các PLC khác
nhau điều khiển máy và công đoạn sản xuất độc lập.Mục tiêu tạo thuận lợi
cao nhất cho người kỹ sư thiết kế và tích hợp hệ thống điều khiển.
Thế mạnh của DCS là khả năng xử lý các tín hiệu tương tự và thực
hiện các chuỗi quá trình phức tạp,khả năng tích hợp dễ dàng.Các hệ thống
DCS thương phẩm hiện nay thường bao gồm các bộ điều khiển (controller)
,hệ thống mạng truyền thông và phần mềm điều hành hệ thống tích hợp.Các
hệ DCS có thể quản lý được từ vài nghìn điểm đến vài chục nghìn điểm vào
/ra.Nhờ cấu trúc phần cứng và phần mềm,hệ điều khiển có thể thực hiện đồng
thời nhiều vòng điều chỉnh,điều khiển nhiều tầng,hay theo các thuật toán điều
khiển hiện đại,nhận dạng hệ thống,điều khiển thích nghi,tối ưu,bền vững,điều
khiển theo mô hình dự báo (MPC),Fuzzy,Neutral,điều khiển chất lượng
(QCS).
Kỹ thuật năng lượng _K 51
Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
Để phục vụ cho việc trao đổi thông tin,các hệ DCS thương phẩm
ngày nay hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông từ cấp trường đến cấp quản
lý.Hiện nay các giao thức này đã được chuẩn hóa (Profibus,Foundation
FieldBus,Ethernet).
Các hệ DCS thương phẩm ngày nay có độ tin cậy rất cao : nhờ có khả
năng dự phòng kép ở tất cả các thành phần trong hệ (controller,modul I/O,bus
truyền thông),khả năng thay đổi chương trình (sửa chữa và download) ,thay
đổi cấu trúc của hệ , thêm bớt các thành phần mà không làm gián đoạn ,không
cần khởi động lại quá trình (thay đổi online).
Cơ sở dữ liệu quá trình trong các hệ DCS thương phẩm cũng được thiết
kế sẵn và là cơ sở dữ liệu lớn có tính toàn cục và thống nhất,thời gian bảo
hành hỗ trợ dài
Tất cả những đặc điểm trên cho thấy các hệ DCS hoàn toàn đáp ứng
yêu cầu về 1 giải pháp tự động hóa tích hợp tổng thể.Thị trường DCS toàn
cầu tăng trưởng 2-3%/năm . Tới nay,DCS vẫn là không thể thay thế được
trong các ứng dụng lớn như:ứng dụng trong các nhà máy nhiệt điện…
Hệ thống điều khiển phân tán DCS điều khiển các quá trình công nghệ
trong nhà máy (gồm lò hơi và các thiết bị phụ như bơm cấp, máy nghiền...),
hệ thống điều khiển PLC (gồm hệ thống xử lý nước, nước thải, than, lọc bụi,
khử lưu huỳnh...) và hệ thống điều khiển MarkV để điều khiển Tuabin, máy
phát. Tất cả các hệ thống này đều được nối với hệ thống DCS qua các đường
truyền dữ liệu tốc độ cao, tạo thành 1 mạng điều khiển phân cấp. Người vận
hành sẽ vận hành nhà máy thông qua các giao diện vận hành Người - Máy
(HIS) của hệ thống DCS đặt tại phòng điều khiển trung tâm, hoặc thông qua
các màn hình máy tính PC hay Panel điều khiển tại chỗ.
Kỹ thuật năng lượng _K 51
Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
Hệ thống điều khiển DCS dây chuyền 2 nhà máy điện Phả Lại là hệ
thống điều khiển CS3000 do hãng YOKOGAWA cung cấp.
Hệ thống CS3000 bao gồm: HIS (Human Interface Station) dùng để
điều khiển các chức năng vận hành và giám sát, FCS (Field Control Station)
thực hiện chức năng điều khiển, và mạng điều khiển (V net) kết nối giữa các
trạm trên. Các chức năng khởi tạo, định nghĩa của hệ thống làm việc trong
HIS và các máy tính PC sử dụng cho mục đích chung.
Hình 1.1: Cấu hình cơ bản hệ thống CS3000
1.1.2 Chức năng của hệ DCS
Chức năng chính và là quan trọng nhất của DCS là điều khiển toàn bộ
các quá trình công nghệ trong nhà máy.Chức năng điều khiển do các bộ điều
khiển đảm nhận,được đặt tại phòng điều khiển trung tâm hoặc trong các trạm
điều khiển.Chức năng điều khiển của DCS được thể hiện trong sơ đồ sau:
Kỹ thuật năng lượng _K 51
Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
Chức năng điều khiển của DCS
Chức năng điều khiển cơ bản
Thực hiện thuật toán điều khiển tự động
Thực hiện thuật toán điều khiển tuần tự
Chức năng điều khiển liên động
Thực hiện các thuật toán phức tạp
Chức năng quản lí theo khối
Chức năng truyền thông với các hệ thống phụ
Hình 1.2: Sơ đồ chức năng DCS
-Chức năng điều khiển cơ bản.
DCS thực hiện tất cả các chức năng điều khiển cơ bản của một nhà
máy.Các thành phần thực hiện các chức năng điều khiển cơ bản trong DCS
gọi là các “khối hàm” (Function Block).Mỗi khối hàm đại diện cho 1 bộ phận
nhỏ nhất trong bài toán điều khiển.Việc thực hiện thiết kế chức năng điều
khiển thực chất là cách kết hợp các khối hàm lại với nhau cho phù hợp.
+Chức năng thực hiện các thuật toán điều chỉnh tự động.
Chức năng điều chỉnh tự động thực hiện cho các vòng điều chỉnh phản
hồi của các quá trình liên tục.Thành phần chính tham gia vào chức năng điều
chỉnh tự động là các khối PID,các khối hàm chuyển đổi định dạng dữ liệu
vào/ra và các khối hàm toán học.
+Chức năng thực hiện thuật toán điều khiển tuần tự.
Thuật toán điều khiển tuần tự thực hiện cho 1 số công đoạn làm việc theo
chuỗi sự kiện nối tiếp trong nhà máy.Chức năng này vừa điều khiển từng
Kỹ thuật năng lượng _K 51
Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
công đoạn độc lập đồng thời quản lý toàn bộ chuỗi sự kiện xảy ra trong hệ
thống.Có thể sử dụng chức năng này cho các bài toán liên động hoặc kết hợp
thực hiện các công đoạn liên tục trong toàn nhà máy.
+Chức năng thực hiện các thuật toán phức tạp.
DCS là hệ điều khiển ứng dụng cho các nhà máy có quy mô lớn,công
nghệ liên tục và phức tạp,đòi hỏi phải sử dụng nhiều thuật toán tiên tiến để
giải quyết các bài toán tối ưu và tiết kiệm nhiên- nguyên liệu.Các thuật toán
cấp cao thường được ứng dụng cho các nhà máy bao gồm thuật toán điều
khiển nối tầng (cascade),thuật toán điều khiển tiền định (feedforward),các
thuật toán phân ly hệ đa biến,thuật toán điều khiển mờ,thích nghi,nơ ron…
-Chức năng truyền thông,trao đổi thông tin với các hệ thống phụ Subsystem.
Trong các nhà máy lớn,bên cạnh hệ DCS ,luôn có các hệ PLC đảm nhận
các công việc điều khiển cho từng công đoạn nhỏ như trạm bơm cấp
nước,nước thải…và tất cả tham số này cũng cần phải được đưa vào hệ thống
DCS chung của toàn nhà máy để tập trung cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát
quản lý.
Hầu hết hệ DCS không tích hợp sẵn các chương trình điều khiển truyền
thống cũng như các module truyền thông với các PLC .Mà thay vào đó ,DCS
liên kết với các hệ PLC sao cho thiết bị chọn phù hợp và đỡ tốn kém.
*Chức năng vận hành và giám sát hệ thống (chức năng SCADA)
-Hiện thị trạng thái hoạt động của toàn bộ nhà máy
Bằng các thư viện hình ảnh và các công cụ xây dựng đồ họa,DCS cho
phép chúng ta biểu diễn toàn bộ các quá trình,thiết bị trong nhà máy lên màn
hình 1 cách trực quan và sinh động,cung cấp các giao diện vận hành và giám sát.
Kỹ thuật năng lượng _K 51
Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
Từ đó ta có thể nhận biết được trạng thái hoạt động của nhà máy thông
qua các đối tượng đồ họa và các giao diện điều khiển – Instrument Faceplate
-Chức năng hiển thị các biến quá trình dưới dạng đồ thị.
Để vận hành và giám sát được toàn bộ nhà máy với nhiều thiết bị,tham
số và trạng thái DCS đã phân chia,sắp xếp và biểu diễn các tham số,trạng thái
dưới nhiều hình thức khác nhau nhằm tạo thuận lợi tối đa cho người vận hành.
-Chức năng cảnh báo quá trình.
Bên cạnh các chức năng điều khiển ,giám sát trạng thái,việc đưa ra các
cảnh báo cho người vận hành và các gợi ý xử lý cũng là 1 yêu cầu không thể
thiếu đối với bất cứ 1 hệ DCS nào.
Các cảnh báo trong hệ thống được chia thành nhiều cấp độ khác nhau:
+Cảnh báo nguy cơ.
+Báo động.
+Báo lỗi.
-Chức năng lập báo cáo.
Để hỗ trợ cho công tác giám sát và quản lý,DCS cung cấp các báo cáo cho
từng biến quá trình,các khu vực quan trọng theo định kỳ hoặc theo yêu cầu nhằm:
Thu thập,hiển thị và in ra các thông tin về trạng thái hoạt động của hệ thống.
Báo cáo về các cảnh báo,thông điệp liên quan đến thiết bị,tín hiệu vào/ra
và cả trạng thái của các function block.
Báo cáo về lịch sử làm việc,các lỗi,sự kiện xảy ra trong hệ thống.
-Chức năng an toàn hệ thống.
Để ngăn chặn các lỗi trong vận hành và đảm bảo an toàn cho hệ
thống,DCS cung cấp khả năng phân chia quyền quy nhập hệ thống cụ thể đến
từng thiết bị và từng functionblock.
Kỹ thuật năng lượng _K 51
Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
Có thể đặt nhiều mức độ bảo mật an toàn khác nhau từ cấp các khu
vực,đến từng thiết bị trong nhà máy.
Mỗi người vận hảnh sẽ có một tên và mật khẩu riêng và chỉ có quyền
truy cập hệ thống trong một khu vực đã được định trước và phải chịu trách
nhiệm hoàn toàn với khu vực đó . Điều này một mặt tránh được các nguy
cơ,ngăn chặn lỗi vận hành mặt khác cũng là để thuận lợi cho các nhà quản lý
trong việc tìm ra người có trách nhiệm cho mỗi một sự kiện và kiểm soát tốt
hơn tình trạng hoạt động của toàn nhà máy.
1.1.3 Các phần trong hệ thống DCS
- Phần 1 : Điều khiển khối 1
- Phần 2 : Điều khiển khối 2
- Phần 3 : Điều khiển phần chung.
Các phần được liên kết với nhau bằng Bus Converter sao cho các giao
diện HIS của mạng điều khiển phần chung có thể điều khiển được các tổ máy,
nhưng các HIS của tổ máy này không thể điều khiển được tổ máy khác. Mặt
khác, các BUS Converter sẽ cách ly về điện giữa các mạng điều khiển của tổ
máy và phần chung.
1.1.4 Các cấp trong hệ thống DCS
- Cấp quản lý, giám sát
- Cấp giao diện vận hành
- Cấp điều khiển
- Cấp chấp hành
Cấp quản lý giám sát:
Giám sát toàn bộ quá trình hoạt động của nhà máy, gồm:
- SUPERVISORS PC : Giám sát chung.
Kỹ thuật năng lượng _K 51
Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
- HISTORIAN : Là các máy tính có dung lượng lớn dùng để lưu trữ các
thông tin vận hành của nhà máy, sử dụng phần mềm quản lý dữ liệu PI (Plant
Information). Các HISTORIAN lấy thông tin từ các FCS thông qua các OPC
SERVER, từ bộ ghi tuần tự SOE.
- OPC SERVER : là các máy tính quản lý truyền dữ liệu qua các giao
thức mạng khác nhau, từ FCS qua VNET đến OPC SERVER rồi qua mạng
ETHERNET và đưa đến HISTORIAN. ở mỗi phần có 2 máy OPC SERVER ,
một cho thu nhập tín hiệu tương tự , một cho tín hiệu số.
Giao diện OPC:
Hình 1.3 : Giao diện OPC
Giao diện OPC cung cấp bởi YOKOGAWA cho phép người sử dụng truy cập
dữ liệu trên các HIS hoặc FCS thông qua OPC SERVER chạy trên trạm
Exaopc.
Giao diện OPC là một giao diện chuẩn cho việc điều khiển quá trình sử
dụng kết và nhúng đối tượng (OLE). Nó bao gồm các SERVER mà cung cấp
cho các HIS hoặc FCS cùng với các giao diện dùng để truy cập tới các
SERVER đó.
Kỹ thuật năng lượng _K 51
Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
Việc kết nối các ứng dụng trong môi trường Window, để điều khiển
quá trình mà dữ liệu quá trình có thể được chuyển đổi giữa các chương trình
ứng dụng.
Các khối chức năng của Exaopc:
+ Chức năng truy cập dữ liệu (DA): Đọc và ghi giá trị hiện thời của dữ liệu
quá trình.
+ Chức năng báo động và các sự kiện (A&E): Báo cáo các báo động và sự
kiện xảy ra không đồng bộ từ các trường quá trình .
+ Chức năng truy cập dữ liệu đã lưu trước đó(HDA): Đọc dữ liệu quá trình
theo trình tự thời gian thông qua các định danh của dữ liệu (tagname).
- EWS (Engineering WorkStation): Trạm thực hiện các công việc kỹ
thuật như :
+ Phân quyền cho các trạm giao diện.
+ Lập và sửa đổi chương trình cho các trạm điều khiển khu vực.
+ Backup/Restore
Cấp giao diện vận hành (HIS):
- Gồm 10 trạm giao diện HIS kiểu màn hình kép cho khối 1 và khối 2
mỗi khối 5 trạm
- Phần chung có 2 trạm giao diện.
Giao diện HIS thực chất là các máy tính với bàn phím được thiết kế
riêng cho việc điều khiển nhà máy. Các máy tính này chạy trên hệ điều hành
WindowsNT trên đó có cài đặt phần mềm điều khiển CENTUM CS3000.
Trên màn hình vận hành sẽ cung cấp tất cả các sơ đồ công nghệ, thông số vận
hành, cửa sổ điều khiển, các điểm đặt, đồ thị, báo động...
Kỹ thuật năng lượng _K 51
Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
Cấp điều khiển:
Thực hiện điều khiển các quá trình của nhà máy, mỗi khối có 12 trạm
điều khiển LFCS và 2 trạm PFCS.
Phần chung có 3 trạm điều khiển kiểu LFCS và 6 trạm PFCS.
Việc xử lý tính toán của hệ thống DCS được thực hiện thông qua các FCS.
Trên FCS có các khối vi xử lý, khối thông tin liên lạc, khối nguồn và các khối
vào/ra. Tín hiệu liên lạc giữa bộ vi xử lý và các khối vào/ra được thực hiện thông
qua đường truyền dữ liệu RIO BUS có tốc độ truyền tin là 1Mb/s.
Cấp chấp hành:
Bao gồm toàn bộ các thiết bị của hai khối và các hệ thống điều khiển
khác như:
- Hệ thống điều khiển Mark V.
- Các trạm điều khiển PLC
- Các trạm điều khiển tại chỗ
- Các cơ cấu chấp hành khác.
1.1.5 Mạng truyền thông trong hệ thống DCS
- Mạng Ethernet
- Mạng Vnet
Mạng Ethernet:
Hệ thống mạng Ethernet dùng để kết nối thông tin giữa các thiết bị của
cấp giám sát và cấp giao diện vận hành sử dụng giao thức truyền tin TCP/IP.
Các hệ thống điều khiển PLC cũng được nối với hệ thống DCS thông qua
mạng Ethernet sử dụng cáp đồng trục hoặc cáp quang.
Mạng Vnet:
Mạng Vnet sử dụng để kết nối giữa các trạm điều khiển FCS với nhau
và giữa các FCS với các giao diện HIS. Mạng này sử dụng giao thức truyền
Kỹ thuật năng lượng _K 51
Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
tin Token passing với thời gian truyền tin là 100m/s và tốc độ truyền tin là
10Mb/s.
1.1.6 Các phần tử của hệ thống:
- SOE (Sequence of Event): Là hệ thống thu thập số liệu trình tự của
các sự kiện, sau đó được gửi về hệ thống PI cứ 1 ms quét một lần. Mỗi khối
có một bộ ghi tuần tự.
Điều khiển
chính
Hệ thống
Điều khiển
chung
Máy
scan
PI
SOE
Ethernet
Hình 1.4 : Sơ đồ SOE
+ Chức năng:
SOE (Sequence of Events) là một hệ thống thu thập dữ liệu dựa trên bộ
vi xử lý phân phối tốc độ cao được thiết kế để giám sát và ghi lại các thông số
và sự thay đổi trạng thái của các đầu vào từ các thiết bị trường theo thời gian
thực với tốc độ quét là 1 ms.
Thông tin các sự kiện bao gồm các báo động (Alarm) và trạng thái và
mỗi đầu vào có 60 ký tự để viết lời ghi chú. Thông tin của các sự kiện có thể
được đưa ra màn hình, máy in hoặc truyền tới các máy tính ở xa hoặc tới hệ
thonngs DCS thông qua các cổng liên kết ASCII RS-232.
Kỹ thuật năng lượng _K 51
Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
+ Mô tả thiết bị:
Bao gồm hai hay nhiều khung treo kiểu giá có kích cỡ 19”, chứa một
bộ điều khiển chính (main control module), một bộ điều khiển phụ trợ tuỳ
chọn hoặc một module thông tin liên lạc và một hoặc nhiều bộ Scanner cho
phép giám sát 4096 điểm.
Mỗi bộ SOE có thể chứa đến 6 cổng RS-232 để liên lạc với các thiết bị
ngoại vi như màn hình, modem, máy in, đồng hồ chuẩn thời gian thực, bàn
phím. Nó có 8 rơle phụ điều khiển bằng phần mềm với tiếp điểm “C” rất có
ích cho người dùng.
- YNT511D-V là các bộ khuyếch đại tín hiệu dùng cáp quang, được sử
dụng để truyền thông tin đi xa. Việc sử dụng bộ lặp này có thể truyền thông
tin qua cáp quang với khoảng cách lớn. Với bộ YNT511D-V thì khoảng cách
lớn nhất có thể truyền là 4Km.
- Dual RS422/485 Modbus là hệ thống liên lạc nối tiếp dự phòng kép
thông qua cổng RS422/485 giữa hệ thống DCS với các hệ thống điều khiển
phụ trợ khác như Mark V, PLC.
- HUB hoặc System HUB ghép nối mạng Ethernet theo kiểu hình sao.
Hệ thống điều khiển DCS được trang bị với độ tin cậy cao bởi hệ thống
dự phòng kép cho tất cả các bộ phận xử lý, thông tin liên lạc, nguồn cung cấp.
-
Master Clock là đồng hồ thời gian chuẩn lấy tín hiệu từ vệ tinh
để đặt thời gian chuẩn cho hệ thống điều khiển.
RS232
MARK V
ANGTEN
PI
RG-59
DCS
18: 00:
00
TRUE TIMER
Hình 1.5 :Master Clock
Kỹ thuật năng lượng _K 51
Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
Tại phòng điều khiển trung tâm người vận hành có thể lựa chọn chế độ điều
khiển AUT hoặc MAN. Với bất kỳ chế độ điều khiển nào thì mọi thông số và tình
trạng hiện thời của thiết bị đều có thể truy cập từ cả 2 nơi: Giao diện vận hành HIS
tại phòng điều khiển trung tâm và giao diện vận hành tại chỗ.
Nói tóm lại, hệ thống điều khiển dây chuyền 2 của nhà máy điện Phả
lại là một hệ thống điều khiển phân cấp dựa trên cơ sở các bộ vi xử lý có tốc
độ cao. Hệ thống này sẽ đảm bảo việc điều khiển nhà máy một cách an toàn,
chính xác, và có hiệu quả cao. Ngoài chức năng điều khiển, hệ thống DCS
còn có khả năng lưu trữ lâu dài cũng như truy cập các thông số và tình trạng
của nhà máy để cho việc vận hành, bảo dưỡng nhà máy đạt hiệu quả cao nhất.
Kỹ thuật năng lượng _K 51
Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
Kỹ thuật năng lượng _K 51
Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
CHƯƠNG 2
CHI TIẾT CỤ THỂ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ HƠI
QUÁ NHIỆT
2.1 Giới thiệu về hệ thống điều khiển hơi quá nhiệt
Nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2 là nhà máy bố trí theo sơ đồ 2 khối : 1 lò
tương ứng 1 máy.Bộ quá nhiệt của lò hơi Phả Lại 2 được chia làm 3 cấp
chính:cấp 1,cấp 2 và cấp 3.Việc điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt 1 khối được
thực hiện bởi 4 bộ giảm ôn nhánh A và B,2 bộ đặt giữ bộ quá nhiệt cấp 1 và
cấp 2,2 bộ còn lại đặt giữa bộ quá nhiệt cấp 2 và cấp 3.Đây là bộ giảm ôn kiểu
phun,phạm vi điều chỉnh nhiệt độ là :6 oC.Nguồn nước làm lạnh là nước cấp
vào lò (trước cụm van nước cấp).Lưu lượng nước giảm ôn lớn nhất cho mỗi
bộ giảm ôn là 20,55 t/h,nhiệt độ nước giảm ôn khoảng 259 oC bằng nhiệt độ
nước cấp.
Trong hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt,đại lượng ra là nhiệt
độ hơi quá nhiệt.Khi nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi,bộ điều chỉnh nhận tín
hiệu đó và tác động lên van điều chỉnh thay đổi lượng nước làm mát đi vào
bình giảm ôn.Tác động điều chỉnh là độ đóng mở van điều chỉnh.
Bộ điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt tác động lên van điều chỉnh lưu
lượng nước giảm ôn để duy trì nhiệt độ hơi chính sau lò nằm trong dải định
mức….
Bộ quá nhiệt bố trí làm 3 cấp,2 nhánh xen kẽ là các hệ thống nước phun
giảm ôn mục đích duy trì nhiệt độ hơi quá nhiệt đồng đều trước khi vào tuabin
và tránh giãn nở ống.
Kỹ thuật năng lượng _K 51
Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
Vì bộ quá nhiệt có 3 cấp với 4 van phun giảm ôn 1 khối , không làm
mất tính tổng quát , ở đây ta chỉ tổng hợp đại diện 1 bộ điều chỉnh.Đó là bộ
điều chỉnh van nước phun giảm ôn cho bộ quá nhiệt cuối ở 1 nhánh.
2.2 Bộ quá nhiệt và các thiết bị liên quan trong hệ thống
2.2.1 Mô tả chung
Hình 2.1 : Sơ đồ bố trí bộ quá nhiệt
Kỹ thuật năng lượng _K 51
Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
Bộ quá nhiệt của lò hơi thuộc loại nửa bức xạ, nửa đối lưu. Theo đường
hơi ra, bộ quá nhiệt bao gồm các bề mặt chịu nhiệt sau đây:
• Dàn quá nhiệt trần.
• Bộ quá nhiệt hộp.
• Vách phân cách đầu vào bộ quá nhiệt cấp 1
• Bộ quá nhiệt cấp 1.
• Bộ quá nhiệt cấp 2 (quá nhiệt mành).
• Bộ quá nhiệt cuối cùng.
2.2.2 Giảm ôn ở nhà máy điện
Thực tế nếu không có sự điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt thì nhiệt độ
hơi quá nhiệt sẽ lớn hơn nhiệt độ yêu cầu do đó quá trình điều chỉnh thực chất
là giảm nhiệt độ hơi quá nhiệt xuống.Vì vậy người ta dùng các bộ giảm ôn để
điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt.
* Phương pháp bố trí
-Khi đặt bộ giảm ôn ở cuối thì thời gian điều chỉnh nhanh chóng nhưng
có 1 đoạn ống phải chịu nhiệt độ > nhiệt độ yêu cầu làm ảnh hưởng đến sự
làm việc của bộ quá nhiệt.
Hình 2.2 : Bố trí bộ giảm ôn ở cuối
Kỹ thuật năng lượng _K 51
Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
-Nếu đặt bộ giảm ôn ngay đầu vào:
+Lợi bảo vệ được bộ quá nhiệt
+Nhược quán tính của quá trình điều chỉnh lớn => chậm trễ suy ra chất lượng
quá trình điều chỉnh không tốt.Mặt khác nếu phun nhiều quá gây ra hiện
tượng ngưng tụ trong bộ quá nhiệt.
Hình 2.3 : Bố trí bộ giảm ôn ở đầu vào
-Vì vậy ta đặt bộ giảm ôn ngay lúc nhiệt độ quá nhiệt lên đến thời gian
yêu cầu tức là đặt ở giữa.
-Thực tế ở nhà máy Phả lại 2 dùng nhiều bộ giảm ôn.
* Phân loại:
-Có 2 loại giảm ôn:
+Giảm ôn bề mặt.
+Giảm ôn hỗn hợp.
-Cụ thể.
+Giảm ôn bề mặt:
Kỹ thuật năng lượng _K 51
Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
Hình 2.4 : Giảm ôn bề mặt
Điều chỉnh lượng nước đi vào bộ giảm ôn tức là bộ điều chỉnh tác động
vào van 4 nhưng khi thay đổi độ mở van 4 thì áp suất sau 2 van thay đổi gây
trở lực làm thay đổi lượng nước vào lò ,ảnh hưởng đến điều kiện cấp nước
giữa lượng nước điều chỉnh và nước cấp ảnh hưởng lẫn nhau.Thường để điều
chỉnh ∆T= 15 đến 20oC suy ra ∆W=30 đến 40% W.Quán tính quá trình điều
chỉnh lớn ,chất lượng điều chỉnh kém.
+Giảm ôn hỗn hợp:
Bộ quá
nhiệt
Bộ làm mát
Bộ quá
nhiệt
θ1 C
0
Hơi quá
θ 0C nhiệt
V
B
Nước làm
mát
Hình 3.5 : Giảm ôn hỗn hợp
Kỹ thuật năng lượng _K 51
Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
Thường phun 5 ÷ 6% Dmax điều chỉnh được T= 50 ÷ 60oC(vòng nhỏ làm
giảm thời gian điều chỉnh).Sơ đồ này nói chung có đặc tính động tốt nên hay
dùng,tách hẳn 2 hệ thống nước cấp và nhiệt độ hơi quá nhiệt.
Do dùng nước phun thẳng vào bộ quá nhiệt chất lượng nước phải cao
phải thêm bình ngưng phụ.
Nếu áp lực không đủ đưa nước vào thì sử dụng các bơm phụ (thường
chiếm 10% so với công suất cực đại của lò).
2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ hơi quá nhiệt
Hơi bão hòa sau khi ra khỏi bao hơi sẽ được đưa tới các bộ quá nhiệt,tại
đây hơi được nâng lên tới nhiệt độ rất cao (khoảng 541 0C) và trở thành hơi
quá nhiệt.
- Có nhiều nhân tố dẫn tới sự thay đổi nhiệt độ hơi quá nhiệt là:
+Thay đổi phụ tải lò hơi.
+Sự dao động áp suất trong đường hơi chung.
+Sự thay đổi của chất lượng nhiên liệu.
+Thay đổi nhiệt độ nước cấp.
+Thay đổi hệ số không khí thừa.
+Đóng xỉ dạng ống bức xạ dãy feston.
+Bám bẩn các bề mặt đốt do máy cấp bột than làm việc không đều.
+Do hiện tượng cháy lại trong vùng bộ quá nhiệt…
Thực tế các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ hơi quá nhiệt còn gọi là các
chấn động.Chấn động bên trong là sự thay đổi nhiệt độ và áp suất của nước
làm mát.Những yếu tố làm ảnh hưởng đến nhiệt độ hơi quá nhiệt,ví dụ như:
Thay đổi phụ tải lò hơi,thay đổi lưu lượng hơi,nhiệt độ nước cấp,sự dao động
áp suất trong đường hơi chung ,sự thay đổi của chất lượng nhiên liệu nhiệt
lượng tỏa ra trong buồng đốt,sự thay đổi hệ số truyền nhiệt, hệ số không khí
Kỹ thuật năng lượng _K 51
Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
thừa, bám bẩn các bề mặt đốt do máy cấp bột than làm việc không đều, do
hiện tượng cháy lại trong vùng bộ quá nhiệt,đóng xỉ dạng ống bức xạ dãy
feston …là các chấn động bên ngoài
Ta có thể đứng trên góc độ đặc tính của lò để xem xét các yếu tố ảnh
hưởng đến nhiệt độ hơi quá nhiệt.
- Đặc tính tĩnh: (Quan hệ nhiệt độ quá nhiệt với các thông số khác ở
chế độ xác lập)
- Đặc tính động:Chính là sự thay đổi theo thời gian của nhiệt độ khi có
các nhiễu P thay đổi,Q(t) thay đổi.
Cụ thể:
- Đặc tính tĩnh:
* Ảnh hưởng của phụ tải đến nhiệt độ hơi quá nhiệt.
D thay đổi (tăng) suy ra nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi (tăng) (nếu bộ
quá nhiệt đối lưu hoàn toàn).
Còn ở bộ quá nhiệt bức xạ hoàn toàn thì D thay đổi (tăng) dẫn tới nhiệt
độ hơi quá nhiệt giảm.
Vậy ra kết hợp khéo léo giữa bộ quá nhiệt bức xạ và đối lưu thì ra khử
được ảnh hưởng của phụ tải đến nhiệt độ hơi quá nhiệt.
Hình 2.6 : Ảnh hưởng phụ tải đến nhiệt độ hơi quá nhiệt
Kỹ thuật năng lượng _K 51
Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
* Ảnh hưởng của sự bám cáu xỉ đến nhiệt độ hơi quá nhiệt.
Có đóng xỉ thì nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng.
* Ảnh hưởng của nhiệt độ nước cấp.
Nhiệt độ nước cấp giảm thì D giảm nếu cường độ hấp thụ bộ quá nhiệt không
đổi thì nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm.
* Ảnh hưởng của hệ số không khí thừa.
Giống phụ tải tùy thuộc vào bộ quá nhiệt là đối lưu hay bức xạ.
* Ảnh hưởng của than.
Mịn suy ra nhiệt độ hơi quá nhiệt nhỏ.
Thô ngọn lửa cao nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng.
* Ảnh hưởng của phân ly hơi.
Làm việc kém suy ra nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm.
Vậy khi thay đổi:
+Nhiệt hàm của hơi.
+Lượng nhiệt của nó hấp thụ.
+Lưu lượng hơi.
Thì nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi.
- Đặc tính động:
Tức là sự thay đổi nhiệt hàm của hơi và nhiệt độ hơi quá nhiệt theo thời
gian.Suy ra nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi theo hình vẽ bên.Khi chấn động
đầu vào là lượng nhiệt mà bộ quá nhiệt hấp thụ được đặc tính có dạng sau:
Tô giảm nhiệt =10 đến 15s (thực chất độ quán tính này không phải là của bộ
quá nhiệt mà là của quá trình)
Khi D thay đổi theo thời gian ta không xét vì không thể sử dụng nó để
điều chỉnh vì D là đại lượng do tuabin quyết định.
Kỹ thuật năng lượng _K 51
Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
Hình 2.7 : Đặc tính động
2.3 Các phương pháp điều chỉnh nhiệt đô hơi quá nhiệt ở nhà máy.
Nhiệt độ hơi quá nhiệt là một trong những chỉ tiêu rất quan trọng của lò
hơi.Nhiệt độ hơi quá nhiệt luôn được điều chỉnh ở 1 giá trị không đổi khi tải
lò thay đổi.
Điều khiển để giữ nhiệt độ hơi quá nhiệt không đổi ở mọi tải lò để:
-Cải thiện hiệu quả của chuyển đổi từ nhiệt năng thành cơ năng.
-Tránh sự dãn nở hay co lại của các vật liệu kim loại khi nhiệt độ thay đổi.
-Đảm bảo chất lượng hơi trước khi đưa vào tuabin.
Nhiệt truyền cho hơi bão hòa để trở thành hơi quá nhiệt bằng phương
pháp bức xạ hay đối lưu,tùy thuộc dàn ống quá nhiệt đặt trong hay ngoài
buồng lửa.Đối với quá nhiệt do bức xạ thì nhiệt độ hơi tăng khi lưu lượng hơi
ra giảm,ngược lại đối với quá nhiệt do đối lưu nhiệt truyền sẽ tăng khi lưu
lượng hơi ra tăng.Nhưng tốc độ tăng nhiệt độ sẽ giảm bớt khi lưu lượng hơi ra
tiếp tục tăng lên.Khi nhiệt độ hơi quá nhiệt không được điều khiển thì nhiệt
độ sẽ cao nhất khi tải lò lớn nhất,và khi tải giảm thì nhiệt độ sẽ giảm.
Kỹ thuật năng lượng _K 51
