Điều khiển lưu lượng gió cấp 1 lò CFB

LỜI NÓI ĐẦU
Nhu cầu về năng lượng trong đời sống sản xuất cũng như trong đời sống là
rất lớn và đang càng ngày càng tăng, trong đó nhiệt năng chiếm tỷ trọng chủ yếu.
Trong quá trình sản xuất và sử dụng năng lượng dưới dạng nhiệt năng thì việc
sinh hơi và đưa tới nơi tiêu thụ có một vai trò quan trọng. Cùng với quá trình đó
hàng triệu lò hơi với rất nhiều kiểu dáng khác nhau đã được nghiên cứu và đưa
vào thực tế. Và cùng với hàng loạt chủng loại như vậy thì cũng đưa ra vấn đề vận
hành lò hơi một cách hiệu quả nhất.
Để hiểu rõ hơn về công nghệ này, chúng ta tìm hiểu sơ bộ về nguyên lý
làm việc, công suất, địa điểm, nhiên liệu sử dụng và các yếu tố ảnh hưởng đến
quá trình hoạt động của lò hơi tầng sôi trong các nhà máy nhiệt điện ở nước ta.
Thông qua báo cáo này em cũng hy vọng đem đến cho người đọc và người
nghe những hiểu biết cơ bản nhất về việc điều khiển áp suất gió cấp 1 cho lò
CFB một cách đơn giản thuận tiện và an toàn nhất.
Do sự hạn chế về dung lượng, thời gian thực hiện, kiến thức và kinh
nghiệm nên khó tránh khỏi những thiếu sót, nhầm lẫn. Em rất mong nhận được
sự đóng góp của các Thầy để bài báo cáo này được hoàn thiện hơn.
Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cùng toàn thể các
thầy cô giáo trong bộ môn Điều khiển và tự động hóa đã giúp đỡ em hoàn thành
bản đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 6 năm 2016
Sinh viên


MỤC LỤC
MỤC LỤC.....................................................................................................2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG CÔNG NGHỆ....................1
1.1. Tổng quan về nhà máy nhiệt điện ..........................................................1
1.2. Các bộ phận sản xuất điện năng trong nhà máy nhiệt điện.....................2
1.3. Cấu tạo chung của lò hơi:.......................................................................7

1.4. Phân loại lò hơi:......................................................................................7
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ VÒNG ĐIỀU CHỈNH........................................18
2.1 Những giải pháp điều khiển lưu lượng gió cấp 1..................................18
a) Các giải pháp hiện có...............................................................................18
b) Sơ đồ cấu trúc..........................................................................................19
c) Sơ đồ PID.................................................................................................20
2.2 Lựa chọn thiết bị....................................................................................20
a) Thiết bị đo................................................................................................20
b) Chọn động cơ...........................................................................................21
c) Thiết bị chấp hành...................................................................................22
d) Thiết bị điều khiển...................................................................................24
e) Sơ đồ kết nối thiết bị................................................................................25
f) Phương pháp thu thập dữ liệu..................................................................26
CHƯƠNG III: CƠ SỞ MÔ HÌNH HÓA ĐỐI TƯỢNG..............................27
3.1. Lý thuyết nhận dạng và mô hình hóa đối tượng...................................27
3.1.1 Mô hình quán tính bậc nhất có trễ......................................................27
3.1.2 Mô hình quán tính bậc hai có trễ........................................................28
3.2 Mô hình hóa đối tượng trong thực tế.....................................................29
3.3 Tổng hợp bộ điều chỉnh.........................................................................30


3.4 Đánh giá chất lượng hệ thống................................................................31
3.5 Đánh giá độ bất định của hệ thống........................................................33
Chương IV: MÔ HÌNH HÓA ĐỐI TƯỢNG, TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ
SỐ LIỆU..............................................................................................................34
4.1. Xác định mô hình điều chỉnh lưu lượng...............................................34
a) Đánh giá chất lượng của hệ thống điều chỉnh .........................................35
b) Xác định bộ điều chỉnh bền vững tối ưu cho vòng điều chỉnh lưu lượng:
..............................................................................................................................36
c) Bộ điều chỉnh tăng cường kháng nhiễu (Bộ điều khiển mới)..................40

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN..........................................................................44


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG CÔNG NGHỆ
1.1. Tổng quan về nhà máy nhiệt điện .
a. Khái niệm và phân loại.
Khái niệm: Nhà máy nhiệt điện là nhà máy sử dụng nguồn nguyên liệu hóa
thạch, biến đổi thành nhiệt năng sau đó thành cơ năng để làm quay máy phát
điện, nguyên liệu chủ yếu để phục vụ cho nhà máy là than. Than được nghiền
nhỏ đến khi đủ tiêu chuẩn thì được đưa vào buồng đốt. Hơi nóng được dẫn tới
các thiết bị để được làm nóng và để chuyển hóa nước cấp vào thành hơi nước
bão hòa. Từ đó hơi bão hòa lại được gia nhiệt một lần nữa để thành hơi quá nhiệt
rồi được đưa tới turbine và làm quay turbine như vậy đã làm chạy máy phát điện.
Một số nhà máy nhiệt điện lớn như Phả Lại,Uông Bí,Mông Dương…
- Phân loại các nhà máy nhiệt điện
Các nhà máy nhiệt điện có sự phân loại khác nhau phụ thuộc vào nhiều yếu tố.
Theo dạng năng lượng tạo thành có thể phân loại thành nhà máy nhiệt điện
turbine hơi với sự ngưng tụ hơi ra khỏi turbine chỉ để sản xuất điện, đó là nhà
máy nhiệt điện nhưng hơi thuần túy và nhà máy nhiệt điện vừa sản xuất điện
năng, đó là nhà máy điện đồng phát.
Theo dạng thiết bị điện để làm quay máy phát người ta phân thành nhà máy điện
turbine hơi và nhà máy điện turbine khí hoặc kết hợp giữa turbine hơi và turbine
khí tạo thành nhà máy điện turbine khí hỗn hợp.
Theo dạng nguyên liệu sơ cấp được phân loại thành nhà máy nhiệt điện dùng
nhiên liệu hóa thạch và nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hạt nhân đó là nhà
máy điện nguyên tử và nhà máy điện nguyên tử sản xuất nhiệt.
b.Vai trò của nhà máy điện:
Điện năng có một vai trò quan trọng đổi với sự phát triển của con người
Nó là nguồn năng lượng được con người tạo ra thông qua các thiết bị máy móc
và nguồn năng lượng thiên nhiên khác. Tùy theo từng loại năng lượng sử dụng

mà người ta chia ra các loại nhà máy chính như sau:
* Nhà máy nhiệt điện.
1


* Nhà máy thủy điện.
* Nhà máy điện nguyên tử.
Ngoài ra người ta còn khai thác nguồn năng lượng khác để sản xuất điện
năng như: nguồn năng lượng mặt trời, sức gió nhưng với quy mô nhỏ hơn.
Hiện nay trên thế giới và cả ở nước ta các nhà máy điện vẫn tiếp tục được xây
dựng và không ngừng được hiện đại hóa về kỹ thuật công nghệ nhằm khai thác
tối đa về công suất và giảm tối thiểu sự ô nhiễm môi trường.
Các nguồn nhiên liệu được khai thác từ thiên nhiên như than đá, dầu mỏ,
được sử dụng để tạo nhiệt năng cho các nhà máy nhiệt điện.
Hiện nay có 2 loại hình nhà máy nhiệt điện cơ bản:
* Nhà máy nhiệt điện tuabin hơi.
* Nhà máy nhiệt điện tuabin khí.
Với nhà máy nhiệt điện tua bin hơi, các nhiên liệu hữu cơ chủ yếu là than
bột được đốt trong lò hơi tạo nhiệt làm hóa hơi nước trong các gian ống sinh
hơi.Hơi sinh ra được vận chuyển qua các hệ thống phân ly, quá nhiệt.Để đảm
bảo công suất thiết kế.Sau đó hơi bão hòa được đưa vào các tầng cánh tuabin
để sinh công tạo mô men quay.Hệ thống máy phát đổi nối đồng trục với tuabin.
Sau tuabin hơi nước được thu hồi tuần hoàn lại.
Với các nhà máy nhiệt điện tuabin khí, không khí ngoài trời sau khi được
làm sạch, loại bỏ hơi nước được hệ thống ống dẫn đưa vào một máy nén khí để
nâng áp suất khí lên. Khi áp suất cao được đưa vào hệ thống buồng đốt và được
đốt với nhiên liệu (thƣờng là khí gas). Chất khí sau khi đốt có nhiệt độ và áp suất
cao được đưa vào các tầng tuabin khí để sinh công, tuabin quay máy phát điện
và ở đầu cực các máy phát ta cũng thu được năng lượng dưới dạng điện năng.
- Các lợi ích khác

Sự ảnh hưởng đến môi trường ít hơn so với nhà máy thủy điện
Giá thành để sản xuất 1kW điện không quá cao.
1.2. Các bộ phận sản xuất điện năng trong nhà máy nhiệt điện.
a. Lò hơi
2


Lò k20-3 dùng để sản sinh ra hơi có áp lực 100kG/cm 2 và nhiệt độ 540°C.
Năng suất định mức của lò là 110 t/h khi nhiệt độ nước cấp đạt 215°C. Nếu nhiệt
độ nước cấp thấp thì năng suất lò cũng giảm theo. Nhiệt độ nước cấp giảm 10°C
thì năng suất lò giảm 2t/h. Lò có dạng hình П trong đó phần đi lên là buồng đốt,
phần nằm ngang đặt bộ sấy hơi, còn phần đi xuống đặt bộ hâm nước, bộ sấy
không khí xen kẽ. Lò có một nồi hơi đường kính trong 1500 mm dày 88mm, bao
hơi có 3 ngăn sạch ở giữa và hai ngăn mặn hai bên trong một bao hơi có đặt các
thiết bị rửa nước, phân ly, các ống dẫn khói, nước, phốt phát. Bao hơi còn đƣợc
nối với Xyclon ngoài tạo thành 3 cấp bốc hơi hoàn chỉnh.Than đưa vào lò để đốt
là than bột được chuẩn bị trong hai hệ thống chế biến than độc lập có chung kho
than bột trung gian. Việc vận hành hệ thống chế biến than có quy trình riêng.
b. Các giàn ống sinh hơi
Lò có 296 ống sinh hơi, có đường kính ống Φ = 75 x6 làm bằng thép 20
các ống sinh hơi được chia đều thành 4 vách. Mỗi vách 74 ống với bước ống s =
90 mm (trừ các ống ở góc buồng đốt có bước ống lớn hơn).Bốn vách ống nối
trên hợp thành buồng đốt.Bên ngoài đước bao bọc bởi lớp gạch chịu lửa và cách
nhiệt.Ngoài cùng được hàn tôn kín vào các khung sường lò.Tại cốt 9m ở hai
vách hai bên bố trí 4 vòi phun than (vòi đốt). Hình trụ kiểu VT9 cốt 12m của 4
góc bố trí vòi đốt phụ (gió từ quạt máy nghiền tới).
Các vòng tuần hoàn: các ống được chia thành 18 vòng tuần hoàn riêng biệt bố trí
như sau:
Vách trước, vách sau, mỗi vách chia làm 3 khối.
Vách phải, vách trái mỗi vách có 3 khối, mỗi khối chia thành 2 phân đoạn.

Các dàn ống sinh hơi cùng với bao hơi và xyclon ngoài tạo thành 3 cấp bốc
hơi. Cấp bốc hơi thứ nhất đƣợc thực hiện ở hai ngăn sạch của bao hơi gồm 13
vách trước, vách sau, các khối trước, sau của các vách bên.Hơi của cấp bốc hơi
thứ nhất được đưa vào khoang hơi của bao hơi.cấp bốc hơi thứ hai được thực
hiện ở hai ngăn mặn, được thực hiện ở khối sau của các vách bên. Hơi của cấp
bốc hơi nƣớc thứ hai được đưa vào Xyclon trong bao hơi. Cấp bốc hơi thứ ba
được thực hiện ở 2 xyclon ngoài gồm các phân đoạn trước của khối giữa các
3


vách bên.Hơi của cấp bốc hơi nước thứ 3 được đưa vào dưới mặt nước của ngăn
sạch. Tại hai xyclon ngoài có bố trí xả liên tục để giữ nồng độ muối trong lò.
Toàn bộ 4 vách ống được treo vào khung lò ở độ cao 18.500 mm. Phần ống
phía trên móc treo được kéo lạnh khi lắp ráp và được dẫn bù giãn nở nhờ các
phân đoạn trong ống cong. Từ điểm treo trở xuống toàn bộ giàn ống cùng các đai
xà ống tạo thành giỏ treo có thể tự do giãn nở xuống dưới khi khởi động lò.
Giữa phễu sỉ và thuyền sỉ có màng chắn nước để chống lại gió lạnh vào buồng
đốt.Tường lò đã được cải tiến: Phần từ giá treo xây bằng gạch chịu lửa, gạch
diaton. Phần từ giá treo lên nguyên cũ xây dựa vào khung lò.Gồm 3 lớp gạch
chịu lửa, diaton và xôvelit tấm. Nóc lò đổ bê tông sa mốt, bê tông nhẹ. Toàn bộ
bên ngoài tường được làm tôn kín nhằm bảo vệ tường lò và tránh ánh nắng của
thời tiết.
c. Bộ sấy sinh hơi
Là một trong những bộ phận chính và quan trọng nhất của lò.Dùng để sấy
hơi bão hòa đến nhiệt độ cho trước.Bộ sấy hơi nước kiểu đối lưu được đặt ở
đoạn đường khói nối bằng buồng đốt với đuôi lò gồm các phần sau.
Bộ sấy hơi tầng trần: gồm 76 ống Φ = 38x4.Làm bằng thép 20. Hơi vào là hơi
bão hòa từ bao hơi có nhiệt độ 317° C. Hơi ra khỏi tầng trần có nhiệt độ
328,5°C. Được tích lại trong ống góp thứ nhất (tính theo đường đi của hơi). Ống
góp này là bộ giảm ồn bề mặt.

Bộ sấy cấp 1: gồm 76 ống Φ = 38x4 làm bằng thép 20. Nhiệt độ hơi khi vào
là 328,5°C, khi ra là 374,5°C bộ sấy hơi cấp 1 được lắp theo sơ đồ hỗn hợp. Có
chỗ hơi và khói đi cùng chiều, có chỗ đi ngược chiều. Hơi ra khỏi bộ sấy hơi cấp
1 được tích lại trong ống góp số 2. Từ đây hơi theo 4 đường trao đổi chéo,có
đường kính Φ = 133 x 10 chuyển sang ống góp số 3 rồi vào bộ sấy hơi cấp 2.
Bộ sấy hơi cấp 2 được chia thành nhiều tầng: Tầng thứ 1 có 84 ống Φ = 42 x
3,5 bố trí ở 2 bên hơi vào có nhiệt độ 374,5°C. Hơi ra khỏi tầng 1 vào ống góp số
4. Ống góp số 4 làm giảm ồn kiểu phun từ đường hơi vào tầng 2. Tầng thứ hai có
66 ống Φ = 42 x 4,5 bố trí giữa ống góp số 4. Nhiệt độ vào 460,8°C nhiệt độ
ra là 540°C. Hơi ra được tích lại trong ống góp số 5, ống góp nối với ống dẫn

4


sang tuabin. Đường ống góp số 5 bố trí 2 van an toàn kiểu xung. Ống bộ sấy hơi
cấp 2 đều bằng thép hợp kim 12XIM
d. Các ống giảm ôn
Lò k 20 - 3 được lắp 2 bộ giảm ồn để điều chỉnh nhiệt độ hơi. Một bộ kiểu bề
mặt và một bộ kiểu phun.Bộ giảm ồn bề mặt chính là ống góp sổ 1. Bộ gồm 2
chùm ống chữ U lắp từ 2 đầu ống vào hơi đi xen kẽ giữa các ống xoắn còn nước
cấp đi trong ống.Hơi truyền nhiệt cho nước và giảm nhiệt độ hơi xuống. Nhiệt độ
hơi được điều chỉnh bằng cách thay đổi lưu lượng nước giảm ồn. Mỗi chùm của
giảm ồn có 17 ống chữ U. = 25 x 3 làm bằng thép 20, tổng diện tích các ống là
22m2. Bộ giảm ồn kiểu phun chính là ống góp số 4 tính theo đường hơi đi. Bộ
giảm ồn có 2 ống phun đặt ở 2 đầu ống để phun nước ngưng vào hơi. Nước bốc
hơi sẽ nhận một phần nhiệt và làm giảm nhiệt độ hơi. Phía trong ống góp ở hai
đầu có lắp áo bảo vệ có dạng venturi nhằm hai tác dụng: tăng cường hiệu quả
phun và bảo vệ ống không cho những giọt nước còn lạnh rơi thẳng vào thành
ống góp. Để phục vụ cho bộ giảm ồn phun, lò có bố trí sơ đồ giàn nước ngưng tụ
dùng gồm có:

Bình ngưng bình chứa nước ngưng và thiết bị trung gian.
Bình ngưng là một bộ lọc trao đổi nhiệt kiểu bề mặt làm mát bằng nƣớc cấp.
Bình ngưng làm việc với năng suất cố định phụ thuộc vào diện tích bề mặt làm
lạnh. Nhiệt độ và lưu lượng nước cấp - môi chất ngưng tụ lại là hơi bão hòa lấy
từ bao hơi. Nước ngưng tụ được tích lại trong ống góp rồi đưa vào bình chứa
nước ngưng tụ.
+ Bình chứa nước ngưng tụ là một ống góp đặt đứng. Nước ngưng được
dẫn đến thiết bị phun. Còn lượng nước thừa thì vào bao hơi theo đường nước
tràn nhờ chênh lệch mức nước trong bao hơi và bình ngưng
+ Thiết bị phun là hai ống phun đặt ở 2 đầu ống góp số 4. Trong mỗi ống
phun có khoan 3 lỗ đường kính 35 mm. Nước được phun vào hơi nhờ chênh lệch
áp lực và tác dụng của 2 ống lót bảo vệ dạng venturi. Hiệu áp phun cũng tăng
theo năng suất của lò.
e. Bộ hâm nước
5


Bộ hâm nước được đặt xen kẽ với bộ sấy không khí trong buồng đối
lưuphần đuôi lò nhằm tận dụng nhiệt của khói thoát.Bộ hâm nước kiểu không sôi
chia làm 2 cấp.
* Cấp 1: có 88 ống tách thành 2 tầng để tránh đụng trạm.
* Cấp 2: có 75 ống.
Các ống bộ hâm là ống trơn. Bằng thép 20 có đường kính Φ= 32 x 3,5 các
ống được sắp xếp chéo nhau theo kiểu ô bàn cờ. Nước cấp vào bộ hâm nước cấp
1 bằng 4 đường ống Φ= 70 x 5. Từ ống góp ra cấp 1 lên ống góp vào cấp 2 bằng
6 ống Φ = 76 x5 từ ống góp ra cấp 2 theo 1 ống Φ= 219 x14 đến gần bao
hơi.Từ đây có 8 ống Φ = 76 x 5. Vào máng nước cấp trong ngăn sạch của bao
hơi.
f. Bộ sấy không khí
Bộ sấy không khí chia làm 2 cấp xen kẽ bộ hâm.Ống bộ sấy là ống nhẵn -thép 3 (

CT3 ) Φ = 40 x 1,5 - không khí đi ngoài ống, khói đi trong ống. Không khí đi
theo 2 tuyến độc lập. Gồm 6 đoạn không khí nóng được dùng cho hệ thống chế
biến than.Vận chuyển than bột và cung cấp ôxi cho sự cháy.
g. Các vòi đốt
Có được trang bị vòi đốt tràn, loại xoáy kiểu YT9 đã được cải tiến theo Phương
án của viện năng lượng, lắp ở hai vách bên buồng đốt ,độ cao tim vòi đốt 9600
mm để tạo độ xoáy hỗn hợp của gió CI và CII đều được dẫn tiếp tuyến với vòi
đốt. Trên đường gió CII có đặt lá chắn lưỡi gà để điều chỉnh tốc độ gió CII và
nhờ đó để điều chỉnh vị trí ngọn lửa.Đầu vòi đốt (phía trong) có góc loe 60° làm
cho dòng chảy loe rộng ngọn lửa tán và dễ cháy.
h. Các van an toàn
Lò có 2 van an toàn kiểu xung lực đặt trên ống góp số 5. Tác động khi áp lực
hơi mới vượt quá 105 KG/Cm2.Van kiểm tra lấy xung tại bao hơi. Tác động khi
áp lực trong bao hơi vƣợt quá 118,8 KG/Cm2. Khi áp lực hơi vượt quá trị số cho
phép, van xung lực tác động mở hơi sang van an toàn chính. Trong van an toàn
chính, áp lực hơi ra ngoài, hơi từ van xuống đẩy ngược lại nhờ sự chênh lệch về
lực đẩy. Do sự chênh lệch về diện tích mặt chịu áp lực, nên ty van đẩy hơi thoát
6


ra ngoài. Khi van xung lực ngoài tác động cắt hơi sang van chính thì lực đẩy
lên cao, hơi mới kết hợp với lò xo kéo đóng chặt van chính lại. Van xung lực tác
động theo sơ đồ cơ và sơ đồ điện.
Lò hơi là một thiết bị tạo ra hơi nước bão hòa hoặc hơi quá nhiệt . Hơi nước
quá nhiệt dùng để làm nguồn năng lượng cung cấp cho các thiết bị quay (roto) tại
các nhà máy sản xuất công nghiệp như turbine truyền động bơm hoặc máy nén
hay dẫn động turbine để quay các máy phát điện. Bên cạnh việc tạo ra động
năng, hơi quá nhiệt này còn có thể sử dụng trong một vài ứng dụng khác như làm
khô sản phẩm hay gia nhiệt chất xúc tác.
1.3. Cấu tạo chung của lò hơi:

Hệ thống cung cấp nhiên liệu và đốt cháy nhiên liệu: Trong lò thủ công gồm
các của cấp nhiên liệu, ghi lò, buồng lửa; Trong lò ghi xích gồm các phễu than,
ghi xích, buồng lửa; trong lò hơi đốt than phun gồm có hệ thống chế biến và cấp
than, vòi phun nhiên liệu và buồng lửa.
Hệ thống cung cấp không khí và sản phẩm cháy: bao gồm các cửa gió, quạt
gió, ống khói, quạt khói, nhiều trường hợp còn có bộ sấy không khí, hộp tro xỉ,
đôi khi còn có bộ khử bụi để giảm mài mòn cánh quạt khói và đảm bảo yêu cầu
bảo vệ môi trường.
Hệ thống cấp nước: gồm bơm nước cấp đủ lưu lượng và áp suất nước cho lò
hơi, nhiều khi còn nhiều bộ phận hâm nước để gia nhiệt cho nước trước khi đưa
vào.
Hệ thống sản xuất nước nóng, hơi bão hòa hoặc hơi quá nhiệt: thỏa mãn yêu
cầu của các hộ sử dụng, thường bao gồm các loại bề mặt truyền nhiệt như dàn
ống nước lên, dần ống nước xuống, ống góp dưới, ba lông và bộ quá nhiệt, nếu
sản xuất hơi quá nhiệt, bộ quá nhiệt trung gian của các lò hơi nhà máy nhiệt điện.
1.4. Phân loại lò hơi:
Tùy theo mục đích sử dụng mà cấu tạo lò hơi có thể khác nhau, do đó việc
phân loại chúng cũng khác nhau.

7


- Theo chế độ đốt nhiên liệu trong buồng lửa có các loại: lò ghi gồm lò thủ
công, lò ghi nửa cơ khí và lò ghi cơ khí, lò phun đốt với nhiên liệu lỏng
hay khí, đốt bột than..
- Theo chế độ tuần hoàn của nước gồm các loại: tuần hoàn tự nhiên, tuần
hoàn cưỡng bức, đối lưu tự nhiên.
- Theo lịch sử phát triển của lò có các loại: kiểu bình, ống lò, ống lửa, ống
nước.
- Theo thông số hay công suất của lò có lò hơi công suất thấp, trung bình,

cao…
- Theo công dụng của lò tĩnh tại, lò hơi nửa di động và di động, lò hơi công
nghiệp, lò hơi phát điện.
Những phương pháp phân loại lò hơi như trên chỉ thể hiện một vài đặc tính
nào đó của lò hơi, vì vậy trong thực tế khi gọi tên lò hơi người ta thường kết hợp
nhiều kiểu phân loại, ví dụ như lò đốt than phun có bao hơi, lò ghi cố định ống
nằm nghiêng, lò hơi tầng sôi tuần hoàn…
a) Lò hơi tầng sôi tuần hoàn ( lò CFB)
• Khái niệm:
Kỹ thuật tầng sôi được phát minh lần đầu tiên vào thế kỷ 20 ở nước Anh áp
dụng cho các công nghệ xúc tác, chọn quặng, sấy… Cùng với thời gian, kỹ thuật
này đã phát triển và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Sự nỗ lực sử dụng kỹ
thuật tầng sôi trong việc sản xuất hơi nước bắt đầu vào những năm 1960. Giáo sư
Douglas Elliott được coi là cha đẻ của lò hơi tầng sôi. Đây là một công nghệ
được phát triển từ công nghệ đốt trên ghi cố định. Gió cấp được thổi từ dưới ghi
lên. Khi tốc độ gió đủ lớn sẽ tạo ra một lực cuốn thắng được trọng lực của hạt và
khi đó, các hạt sẽ bắt đầu dịch chuyển lên trên tạo ra một lớp hạt lơ lửng giống
như một lớp chất lỏng. Các chế độ tương tác giữa khí và hạt phụ thuộc vào tốc
độ gió cấp vào bao gồm: lớp cố định, giả lỏng sôi đều, sôi bọt, soi dạng pít tông,
sôi rối, sôi chèn và sôi tuần hoàn.
• Ưu điểm lò CFB

8


Công nghệ đốt lớp sôi là công nghệ được nghiên cứu phát triển từ những
năm 70 của thế kỷ trước dưới sức ép của các tiêu chuẩn khắt khe về phát thải độc
hại. Tuy vậy, chỉ đến những năm 80 công nghệ này mới được phát triển và dần
hoàn thiện thành công nghệ “Lớp sôi tuần hoàn”. Công nghệ lớp sôi tuần hoàn
ngày càng được hoàn thiện cả về mặt lý thuyết cháy và công nghệ chế tạo và từ

những năm 1990 đến nay mới thật sự được áp dụng rộng rãi trên thế giới (hiện
nay đã có khoảng 1.000 lò CFB) do có nhiều ưu điểm đã được công nhận như:
Đốt được nhiều loại nhiên liệu (riêng biệt hoặc hỗn hợp), rất phù hợp với các loại
than khó cháy, hàm lượng lưu huỳnh cao, nhiệt lượng thấp (có thể đốt được hỗn
hợp than nhiệt lượng khoảng 2.000 kcal/kg).
- Hiệu suất cháy cao do đặc điểm nhiên liệu trong lò hơi được tái tuần hoàn
cho đến khi cháy kiệt mới thải ra khỏi buồng đốt.
- Có thể khống chế chỉ tiêu phát thải SO2, NOx ngay trong quá trình đốt đảm
bảo đáp ứng tiêu chuẩn môi trường hiện hành mà không cần phải lắp thêm các
bộ khử SO2, NOx trong khói thải rất tốn kém.
- Lò hơi sử dụng công nghệ này vẫn làm việc ổn định ngay cả khi phụ tải lò
hơi giảm xuống còn 40% (cá biệt có trường hợp tới 25 - 30%) mà không phải đốt
kèm dầu (lò hơi dùng công nghệ PC, chỉ tiêu này thường trong khoảng 65 70%).
Hạn chế duy nhất của công nghệ này trong thời gian qua là gam công suất thông
dụng và được kiểm chứng mới chỉ dừng lại ở cỡ công suất tổ máy khoảng
300MW. Thế nhưng, việc này sẽ nhanh chóng được khắc phục bởi hiện nay, trên
thế giới đã có hàng chục lò CFB cỡ lớn hơn 300MW) đang vận hành và dự kiến
sẽ đưa vào vận hành trong những năm tới với công suất lên tới 600 đến 800MW.
• Nguyên lý làm việc:

9


Hình 1.1: Sơ đồ lò CFB
Nguyên lý làm việc của lò CFB, nhiên liệu sau khi sơ chế được đưa vào
buồng lửa, gió cấp 1 được cấp vào từ phía dưới buồng đốt làm nhiệm vụ tạo lớp
sôi. Gió cấp 2 được cấp vào buồng lửa ở độ cao nhất định. Các hạt nhiên liệu
chuyển động lên xuống trong buồng lửa và cháy. Khi cháy các hạt than nhẹ dần
và bay theo khói ra khỏi buồng lửa. Khi vào các bộ phân ly hạt than lắng lại và
được đưa về buồng lửa tiếp tục quá trình cháy. Chu trình được lặp lại đến khi hạt

than cháy kiệt. Để khử lưu huỳnh trong than người ta đưa thêm vào đá vôi.
Lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình cháy nhiên liệu được cấp cho các giàn
ống sinh hơi bố trí xung quanh buồng lửa, khói với nhiệt độ cao (800 °C- 900
°C) từ buồng lửa đi ra sẽ truyền nhiệt cho các bộ quá nhiệt, bộ hâm nước, bộ sấy
không khí… Khói thải ra khỏi lò hơi với nhiệt độ thấp (< 200°C) được đưa qua
hệ thống thiết bị khử bụi để lọc tro xỉ bay theo khói trước khi đi qua ống khói
vào môi trường.
10


Nhược điểm của lò CFB, vấn đề thải tro xỉ cũng có những khó khăn, khó
chủ động trong việc điều chỉnh quá trình tạo và thải xỉ, nếu thải tro thì làm tăng
lượng bụi trong khói đòi hỏi phải nâng công suất thiết bị lọc bụi. Mài mòn bề
mặt truyền nhiệt lớn phải có biện pháp giảm thiểu.
Gió cấp 1 có áp suất cao tiêu tốn nhiều năng lượng
b) Nhiệm vụ của hệ thống khói gió
Nhiệm vụ của hệ thống gió chính là cung cấp gió cho hệ thống gió cấp 1 và
cấp 2, tham gia vào quá trình điều chỉnh áp lực buồng lửa.
Hệ thống gió cấp 2 cung cấp gió nóng cấp cho các vòi đốt than của từng
máy nghiền để duy trì quá trình cháy, hệ thống gió cấp 1 cung cấp gió nóng cho
hệ thống nghiền than để sấy than và vận chuyển than tới các vòi đốt than.
Hệ thống khói có nhiệm vụ vận chuyển khói và tro bụi ra khỏi buồng đốt,
cấp nhiệt cho hệ thống gió cấp 1 và cấp 2, điều chỉnh áp lực buồng lửa ở giá trị
thiết kế (-7 mmH2O). Ngoài ra nó còn tham gia vào quá trình điều chỉnh nhiệt độ
hơi quá nhiệt trung gian.
Dưới đây là các thông số làm việc và thông số bảo vệ thiết bị hệ thống khói
gió lò hơi.
Bảng 1.1: Thông số làm việc (Công ty nhiệt điện Phả Lại)
STT
1

Tên đại lượng
Quạt gió chính

Đơn vị

Giá trị

2

Loại quạt
Số lượng

Cái/lò

Hướng
trục
2

3
4

Tốc độ quay

Vòng/phút

1485

5
6

7

Năng suất quạt
Nhiệt độ gió vào
Nhiệt độ gió ra

m3/h
o
C
o
C

602280
39
44

8

Áp lực tĩnh của quạt kể cả tổn thấp
qua bộ giảm âm

mm H20

525,56

9

Độ dự phòng công suất

%

20

10

Độ dự phòng áp lực

%

30

11


STT

Tên đại lượng

11

Phương pháp điều chỉnh lưu lượng

12
13

Ổ trục
Bôi trơn
Nhiệt độ gió cực đại mà quạt có thể
làm việc được

14

Đơn vị

o

Giá trị
Thay đổi
bước cánh
động
Bi cầu
Bằng dầu

C

100

%

86

15

Hiệu suất quạt

16

Động cơ kéo quạt

17

Loại

Lồng sóc

18

Ký hiệu

TNCC450CC04B3BR

19
20
21

Công suất
Điện áp
Tốc độ quay

kW
kV
v/p

876
6,6
1485

22

Lưu lượng dầu bôi trơn lớn nhất

l/h

360

23

Áp lực dầu bôi trơn lớn nhất

bar

60

24

Dung tích bể chứa dầu bôi trơn

lít

125

25

Nhiệt độ dầu làm việc

26

Điện áp động cơ bơm dầu

27

Quạt khói

28

Loại quạt

Ly tâm

29

Ký hiệu

DYW TDIC - 246/3TD8A

30

Số lượng

Cái/lò

2

31

Tốc độ quay lớn nhất

v/p

745

32

Tốc độ quay nhỏ nhất

v/p

308

33

Năng suất quạt

m3/h

855036

34

Nhiệt độ khói vào

o

130

35

Nhiệt độ khói vào lớn nhất

o

400

36

Nhiệt độ thiết kế vỏ quạt

o

200

37

Nhiệt độ khói ra

o

120 - 135

o

C

30÷60

V

400

C

C
C
C

12


STT

Tên đại lượng

Đơn vị

Giá trị

38

Áp lực tĩnh của quạt

mm H20

324.27

39

Nồng độ bụi đầu vào

g /Nm3

38.6

40

Độ dự phòng công suất

20%

41

Độ dự phòng áp lực

30%

42

Phương pháp điều chỉnh lưu lượng

Thay đổi tốc độ động cơ,
kết hợp điều chỉnh độ mở
cánh hướng đầu hút

43

Ổ đỡ

SKF-SOF232 loại bi đũa,
chống ma sát

44
45

Kính thước trục
Bôi trơn

mm
Bằng dầu

160

46

Điện năng tiêu thụ của quạt

kW

955

47
48

Hiệu suất
Động cơ điện

82.2

49

Kí hiệu

50

Nhà cấp hàng

%
Loại lồng sóc
TNCC450 LC 04 B3 MT
BR
ABB Industrie France

51
52
53

Công suất động cơ
Điện áp
Tốc độ quay

kW
kV
v/p

1062
6,6
750

54

Phanh

Phanh đĩa: 1.3Ta 895 P30

55

Cơ cấu chấp hành điện thủy lực

36/36 EKS -1- MC

56
57

Quạt gió cấp 1
Loại quạt

Li tâm

58

Ký hiệu

DYW TSIC - 192- 3TD8A

59

Số lượng

Cái/lò

60

Nhà cấp hàng

ABB Solyvent- Ventac,
France

61

Tốc độ quay

v/p

1490

62

Năng suất quạt

m3/h

181440

63

Nhiệt độ gió vào

o

C

2

44

13


STT

Tên đại lượng

Đơn vị

64

Nhiệt độ gió vào cực đại

o

105

65

Nhiệt độ thiết kế vỏ quạt

o

135

66
67

Nhiệt độ gió ra
Áp lực tĩnh đầu vào

o

C
mm H20

57
228.8

68

Áp lực tĩnh đầu ra

mm H20

1680.6

69
70

Độ dự phòng công suất
Độ dự phòng áp lực

71

Phương pháp điều chỉnh lưu lượng

72

73
74
75
76
77

Ổ đỡ
Đường kính trục
Bôi trơn
Làm mát
Hiệu suất
Động cơ điện

78

Ký hiệu

20%
30%
Điều chỉnh độ mở cánh
hướng đầu hút
Loại bi đũa
mm
Bằng dầu
Làm mát tự nhiên
%
Loại lồng sóc
TNCC450 LC 04 B3 MT
BR

79

Nhà cấp hàng

ABB Industrie, France

80

Công suất động cơ

kW

876

81
82

Điện áp
Tốc độ quay

kV
v/p

6,6
1500

C
C

Giá trị

110

88.2

c) Hệ thống cung cấp gió cấp 1

14


Hỡnh 1.2: H thng cung cp giú s cp
Quạt gió sơ cấp (PAF) cung cấp không khí cho quá trình sôi tầng và cháy tới
các ghi qua các vòi phun cánh nhọn nh mũi tên, và gió cho quá trình cháy tầng
qua những vòi phun ở thấp hơn bề mặt ghi. Gió xung quanh đợc đa vào qua đầu
vào của một bộ giảm âm gắn với quạt gió sơ cấp, HLB10 AN001Lợng không khí
đi vào quạt đợc điều chỉnh bằng các cánh điều khiển ở đầu vào. Quạt này đợc
điều khiển bởi bộ điều khiển áp suất gió sơ cấp DCS, HLD10 CP001. Gió sơ cấp
đi qua quạt có thể cần đợc gia nhiệt trong quá trình khởi động bởi bộ sấy không
khí bằng hơi kiểu ống xoắn (SCAH) đợc đặt giữa quạt và bộ sấy không khí kiểu
dàn ống. Trong quá trình vận hành bình thờng, dòng gió chính sẽ gửi tín hiệu yêu
cầu tới bộ điều khiển này nhằm đáp ứng yêu cầu cho gió sơ cấp. Lu lợng gió sơ

15


cấp đa vào lò hơi đợc đo bằng bộ đo lu lợng gió sơ cấp tới ghi HLA20
CF001~CF003 và bộ đo gió sơ cấp tới máy cấp than trục vít HLA30 CF001.

Hỡnh 1.3: Cỏnh qut iu chnh u vo
Quạt gió sơ cấp đẩy không khí đi qua phía đầu bộ sấy không khí kiểu ống

xoắn. Dòng hơi áp suất thấp đi bên trong ống của bộ sấy không khí sẽ làm tăng
nhiệt độ gió sơ cấp lên trên nhiệt độ lạnh trung bình nhỏ nhất ở đầu ra bộ sấy
(theo thiết kế khoảng 850C). Nhiệt độ này tăng cho phép nhiệt độ khói thải ra
khỏi lò hơi đợc giữ ở trên nhiệt độ điểm sơng của axit sunfuric nhằm loại trừ khả
năng ăn mòn ở đầu ra của thiết bị.
Sau đó gió sơ cấp đợc đa qua đoạn gió sơ cấp của bộ sấy không khí kiểu dàn
hai lối đi bên trong đờng đối lu của lò hơi. Đây là bộ trao đổi nhiệt không khí
khói, khói nóng sẽ truyền nhiệt cho không khí lạnh để tăng nhiệt độ gió sơ cấp
lên khoảng 2200C tại MCR.

16


Hỡnh 1.4: B sy khụng khớ kiu dn ng
Khi ra khỏi dàn ống của bộ sấy không khí, gió sơ cấp đi vào hộp gió ở đáy
buồng đốt. Nóc của hộp gió (sàn kim loại của buồng đốt) là một lới các ống nớc
có màng kim loại mỏng có những lỗ khoan trên đó. Trên mỗi lỗ có hàn các vòi
phun ghi kiểu mũi tên. Loại vòi phun này đã đợc chứng minh thành công trong
việc ngăn không cho vật liệu đệm chảy ngợc vào hộp gió. Có một lớp chịu lửa
nằm giữa sàn ghi và các vòi phun ghi.
Gió sơ cấp đã sấy nóng đi qua các ống phun trên ghi hình thành dòng
không khí có tốc độ cao làm cho các hạt trên ghi có trạng thái sôi và cung cấp
phần lớn không khí cho quá trình cháy.

17


CHƯƠNG II: THIẾT KẾ VÒNG ĐIỀU CHỈNH
2.1 Những giải pháp điều khiển lưu lượng gió cấp 1
a) Các giải pháp hiện có

Hiện nay các lò CFB sử sử dụng cánh hướng Fan guide vale để điều chỉnh
lưu lượng gió cấp 1 cấp cho lò CFB. Việc điều chỉnh cánh hướng được điều
chỉnh thông qua động cơ điện hoặc xi lanh thủy lực tùy từng công suất của lò.
Trong bài đồ án này em tập trung nghiên cứu về điều chỉnh lưu lượng gió cấp 1
thông qua động cơ điện servo.

Hình 2.1: Động cơ servo

18


b) Sơ đồ cấu trúc

Sơ đồ công nghệ:

Hình2.2: Sơ đồ công nghệ

Hình 2.3: Hệ thống điều khiển lưu lượng gió cấp 1

19


c) Sơ đồ PID

Hình 2.4: Sơ đồ PID
2.2 Lựa chọn thiết bị
a) Thiết bị đo

Hình 2.5: Thiết bị đo lưu lượng không khí cấp 1 Deltabar FMD72
Cảm biến kết nối với bộ chuyển đổi tín hiệu qua cáp tiêu chuẩn công

nghiệp. Bộ chuyển đổi tín hiệu có thể đặt xa cảm biến tại các khu vực an toàn và
tiện lợi cho nhân viên làm việc.
Bộ chuyển đổi tín hiệu cung cấp thông tin về chênh áp, áp suất hút vào và
nhiệt độ của cảm biến thông qua tín hiệu 4-20mA với giao thức HART.
Cảm biến có độ chính xác 0.075% trên dãy đo từ -1 đến 10 bar và hoạt động
20


trong dãy nhiệt độ từ -40 đến 125 ºC. Độ chính xác của toàn hệ thống – hai cảm
biến và bộ chuyển đổi tín hiệu là 0.1%. Giới hạn đo từ 0 – 26 m3/s.
Nguyên lý hoạt động

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị
b) Chọn động cơ
Sử dụng động cơ Servo.

Hình 2.7: Động cơ AC Servo
Độ phân giải encoder: 17 bit
Điều khiển vị trí chính xác đáp ứng yêu cầu các máy công cụ:
21


Tích hợp chế độ điều khiển Vị trí/Tốc độ (thông số bên trong hoặc điện áp
bên ngoài có thể điều khiển Tốc độ và Torque
Tốc độ quay (5000 r/ph, max).
Cấp xung đầu vào (lên tới 4 Mps) và tín hiệu điện áp analog.
Tích hợp ba nhóm bộ lọc để tối ưu việc điều khiển tự động hệ thống cơ khí.
Dễ dàng cài đặt để thuận tiện cho việc thay thế máy móc.
Giảm việc bảo trì thiết bị, vì vậy tiết kiệm chi phí:
Tích hợp tính năng bù ma sát, bảo vệ động cơ và một số tính năng cao cấp

khác.
Board điều khiển và board nguồn thiết bị độc lập nhau, vì vậy an toàn và dễ
dàng bảo trì thiết bị.
Đối với các model có công suất lớn hơn hoặc bằng 400W tích hợp sẵn điện
trở tái sinh, vì vậy tiết kiệm dây nối và chi phí.
c) Thiết bị chấp hành
Chọn thiết bị Panasonic - Minas A4

22