Nghiên cứu, thiết kế hệ thống đo lường điều khiển trong công đoạn lò hơi ở công ty cổ phần nhiệt điện phả lại i

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
----------------------------------------------PHẠM CÔNG TẢO
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN
TRONG CÔNG ĐOẠN LÒ HƠI Ở CÔNG TY CỔ PHẦN NHIỆT ĐIỆN
PHẢ LẠI I

LUẬN VĂN THẠC SỸ
NGÀNH: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PHẠM THƯỢNG HÀN

HÀ NỘI – 2009


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển và tự động hoá

Mục lục
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Mở đầu

Trang

Chơng 1- Giới thiệu chung về nhà máy- lò hơi
1.1. Chu trình nhiệt trong nhà máy nhiệt điện
1.1.1. Nguyên lý sản xuất điện năng trong nhà máy nhiệt điện

1
1
1

1.1.2. Chu trình nhiệt của nhà máy nhiệt điện ngng hơi
1.1.3. Nguyên lí hoạt động của lò hơi
1.2. Quy trình sản xuất điện của Công ty cổ phần Nhiệt điện Phả Lại.
1.3. Lò hơi và kết cấu của lò hơi
1.3.1. Cấu tạo lò hơi
1.3.2. Các thông số kĩ thuật của lò:
1.3.3. Chu trình chính của hơi và nớc
1.3.4. Hệ thống đo lờng điều chỉnh tự động- điều khiển lò

1
2
4
5
7
7
8
10

1.3.5. Các bộ tự động điều chỉnh sau:
1.4. Các thiết bị chính của lò :
1.4.1. Bao hơi
1.4.2. Bảngthống kê vị trí các điểm đo và thiết bị đo

1.5. Các thiết bị đo và phơng pháp đo đợc ding
1.5.1. Mở đầu
1.5.2. Đo nhiệt độ
1.5.3. Đo áp suất và mức
1.5.4. đo lu lợng

10
11
11
14
16
16
16
18
22

Chơng 2- Hệ thống HTC Tổng hợp
2.1. Khái niệm chung
2.2. Hệ thống camac (1976-1986)
2.2.1. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống CAMAC
2.2.2. Chức năng của hệ thống CAMAC
2.2.3. Đặc điểm của hệ thống camac

Học viên: Phạm Công Tảo

26
26
27
28
29

29

Khoa Điện


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển và tự động hoá

2.2.4. u, nhợc điểm của hệ thống CAMAC
2.3. Hệ thống SCADA (1986-1992)
2.3.1. Khái niệm chung
2.3.2. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống SCADA
2.3.3. Chức năng của hệ thống SCADA
2.3.4. Đặc điểm của hệ thống SCADA

29
29
29
30
31
31

2.3.5. u, nhợc điểm của hệ thống SCADA
2.4. Hệ thống DCS (1992-2002)
2.4.1. Khái niệm chung
2.4.2 Sơ đồ cấu chúc của hệ thống DCS
2.4.3. Chức năng của hệ thống DCS
2.4.4 Đặc điểm của hệ thống DSC
2.4.5.Ưu, nhợc điểm của hệ thống DCS

2.4.6. Một số hệ thống DCS
2.5. Hệ thống thông tin tích hợp (2002 - đến nay).

32
32
32
33
35
35
36
37
39

Chơng 3- Hệ điều khiển DCS trong nhà máy nhiệt điện
3.1. Hệ thống điều khiển phân tán centum - cs3000 của Yokogawa
3.1.1. Tổng quan về hệ thống CENTUM- CS3000
3.1.2. Các đặc điểm nổi bật của hệ thống CENTUM CS 3000
3.2. Hệ thống điều khiển phân tán (Distribution Control System)
3.2.1. Chức năng hệ DCS
3.2.2. Truyền thông trong hệ DCS
3.3. Hệ DCS Centum CS3000 của Yokogawa
3.3.1. Cấu hình phần cứng
3.3.2. Phần mềm Centum CS 3000
3.4. Phần mềm CENTUM CS3000
3.4.1. Cấu hình phần mềm hệ thống
3.4.2. Định nghĩa vào/ra quá trình

41
41
41

42
44
47
50
50
53
59
59
59
66

Chơng 4- Hệ thống điều khiển mức nớc bao hơI và kết quả 72
4.1. Hệ thống cung cấp và lu thông nớc trong lò hơi
72
4.1.1. Cấu trúc của hệ thống
72
4.1.2. Quá trình bơm nớc và khử khí
74
4.1.3. Quy định về lu lợng nớc cấp
74
4.1.4. Quá trình co lại sôi bồng và lu thông nớc trong bao hơi
75

Học viên: Phạm Công Tảo

Khoa Điện


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển và tự động hoá

4.2. Hệ thống điều khiển nớc cấp.
4.2.1 Hệ thng đo lờng v hiển thị mc bao hơI
4.2.2.Yêu cu vi iu khin nc cp
4.2.3. Các h thng iu khin nc cp
4.2.4.H iu khin mc nc bao hi hin i

78
78
80
81
91

4.3. Thiết kế hệ thống điều khiển sử dụng phần mềm centum cs 3000
4.4. Phân tích vòng điều chỉnh mức nớc bao hơi và kết quả đạt đợc

94
114

Học viên: Phạm Công Tảo

Khoa Điện


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển và tự động hoá

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Ngoài phần tài liệu
tham khảo đã đợc liệt kê đầy đủ, các số liệu và kết quả trong luận văn là hoàn toàn
trung thực và cha từng đợc công bố trong trong bất kỳ một công trình nào khác.

Tác giả luận văn

Phạm Công Tảo

-

Học viên: Phạm Công Tảo

Khoa Điện


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển và tự động hoá

Lời cảm ơn
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS- TS Phạm Thợng Hàn, ngời đã
hớng dẫn, giúp đỡ, khuyến khích và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành
bản luận văn này.
Tôi xin cảm ơn sự chân tình hỗ trợ của Ban giám hiệu, các bạn đồng nghiệp
đang công tác tại trờng Cao Đẳng Công Nghiệp Sao Đỏ
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các kỹ s, kỹ thuật viên tại phân
xởng tự động điều khiển- Nhà máy nhiệt điện Phả Lại đã giúp đỡ tôi có điều kiện
tham quan tìm hiểu và tham khảo tài liệu của nhà máy.
Tôi xin bày tỏ các thày, cô giáo trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt là

các thày cô trong bộ môn Đo Lờng và Tin Học Công Nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn
thành khoá học này.
Tác giả luận văn

Phạm Công Tảo

Học viên: Phạm Công Tảo

Khoa Điện


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển và tự động hoá

Danh mục các ký hiệu và các chữ viết tắt

camac
DCS
ĐTCN
EWS
ERP
ETS
FCS
FA
GNC
HTC
HP
HIS
IIT

ICS
IIS

Compuer Application for Measuremen And Control
Distributed Control System
Đối tợng công nghiệp
Engineering Work Station
Entorprise Resource Planning
Enterprise Technology Solution
Field Control Station
Factory Automation
Gia nhiệt cao áp
Hệ thống thông tin công nghiệp
Bình gia nhiệt cao áp
Humun Interface Station
Industrial Information Technolog
Information and Command Station
Integrated Information System

IP
LP
MES
OS
PLC
TIA
SCADA
S
TIA
TIA
TCP

Internet Protocol
Bình gia nhiệt hạ áp
Manufacturing Execution System
Operating station
Programmable Logic Control
Totally Integrated Automation
Supervisory Control And Data Acquisition
Sensor
Totally Integrated Automation
Totally Intergrated Automation
Transmission Control Protocol

Học viên: Phạm Công Tảo

Khoa Điện


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển và tự động hoá

DANH MụC CáC BảNG
Bảng1.1
Bảng 1.2
Bảng 4.1

Vị trí các điểm đo và thiết bị đo
Các cặp nhiệt điện
Số lợng đầu vào ra của vòng điều chỉnh mức nớc bao hơi.

Học viên: Phạm Công Tảo

Khoa Điện


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển và tự động hoá

Mở đầu
Ngày nay thế giới đang chứng kiến sự thay đổi to lớn của nền sản xuất công
nghiệp do việc áp dụng những thành tựu của cuộc cách mạng khoa học công nghệ.
Cùng với sự thay đổi của nền sản xuất công nghiệp, ngành khoa học công nghệ về đ6
lờng điều khiển tự động hoá cũng có những bớc phát triển vợt bậc và trở thành
ngành mũi nhọn của thế giới.
Tự động hoá quá trình trong các ngành công nghiệp xử lý, chế biến có một vai
trò quan trọng trong những năm gần đây nhờ sự phát triển liên tục nhằm đa ra những
thay đổi về công nghệ. Với mục đính thay thế một phần tiến tới hoàn toàn cho các dây
truyền công nghệ ở nớc ta phần lớn đợc đầu t hơn 20 năm công nghệ với công nghệ
lạc hậu và nhu cầu về hiện đại hoá công nghệ, tăng năng lực quản lý sản xuất, giảm
nhân lực, nâng cao công suất của các nhà máy lớn, nhằm thực hiện quá trình hội nhập
quốc tế ngày càng gia tăng. Hệ thống điều khiển DCS ra đời đã đáp ứng nhu cầu cấp
thiết đó, với các u điểm nổi trội của hệ thống điều khiển phân tán với công nghệ mới
nhất của các nhà sản xuất đặc biệt là phần mềm CENTUM CS3000 của hãng
Yokogawa là công cụ thiết kế và vận hành có tính năng thiết kế mạnh, dễ dàng cho
thiết kế, vận hành ổn định.: Khả năng tự động hoá hoàn toàn hoạt động của nhà máy
với hiệu suất độ tin cậy cao. Hệ thống có khả năng dự báo sự cố. Điều này cho phép
ngời sử dụng biết trớc các sự cố có thể hoặc sắp xảy ra để có phơng án chuẩn bị
giảm thiểu thời gian sửa chữa, bảo hành nếu cần thiết việc dừng một tổ máy hoặc một

nhà máy sẽ chỉ xảy ra trong thời gian rất ngắn. Trên cơ sở đó bản luận văn sẽ tập chung
nghiên cứu, thiết kế hệ thống đo lờng điều khiển ứng dụng hệ thống DCS sử dụng
phần mềm CENTUM CS3000 của hãng Yokogawa Nhật Bản cho hệ điều khiển của
nhà máy nhiệt điện đốt than nói chung nhà máy nhiệt điện Phả Lại I nói riêng.
Nội dung của luận văn đề cập đến vấn đề nghiên cứu Nghiên cứu, thiết kế cải
tạo hệ thống đo lờng điều khiển trong công đoạn lò hơi ở công ty cổ phần nhiệt điện
Phả lại I .
Luận văn đợc trình bày thành 4 chơng:
Chơng 1- Giới thiệu chung về nhà máy- lò hơi: Nội dung chủ yếu của chơng này là
giới thiệu về quy trình công nghệ của nhà máy, chu trình nhiệt trong nhà máy nhiệt
điện ngng hơi, giới thiệu về lò hơi nh cấu tạo và các thông số cùa lò, các thiết bị và
các phơng pháp đo đợc dùng.
Chơng 2- Hệ thống HTC Tổng hợp: Trong chơng này giới thiệu những vấn đề lý
thuyết cơ bản của HTC tổng hợp nh các hệ thống CAMAC, hệ thống SCADA, hệ
thống DCS, hệ thống thông tin tích hợp về đặc điểm, chức năng và những u- nhợc
điểm của từng hệ thống.

Học viên: Phạm Công Tảo

Khoa Điện


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển và tự động hoá

Chơng 3- Hệ điều khiển DCS trong nhà máy nhiệt điện: Chơng này tìm hiểu, nghiên
cứu đặc điểm, chức năng, cấu hình phần cứng, phần mềm hệ thống điều khiển phân
tán centum - cs3000 của Yokogawa.
Chơng 4- Hệ thống điều khiển mức nớc bao hơi và kết qủa: Trong chơng này

nghiên cứu hệ thống cung cấp và lu thông nớc trong lò hơi, hệ thống điều khiển nớc
cấp, từ đó thiết kế hệ thống điều khiển mức nớc bao hơi và mô phỏng mức nớc bao
hơi trên phần mềm centum cs 3000.

Học viên: Phạm Công Tảo

Khoa Điện


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển và tự động hoá

Tóm tắt nội dung của đề tài

Tên đề tài Nghiên cứu, thiết kế cải tạo hệ thống đo lờng điều khiển trong
công đoạn lò hơi ở công ty cổ phần nhiệt điện Phả lại I .
Học viên: Phạm Công Tảo
Thày hớng dẫn khoa học: PGS.TS. Phạm Thợng Hàn
Luận văn đợc trình bày thành 4 chơng:
Chơng 1- Giới thiệu chung về nhà máy- lò hơi: Nội dung chủ yếu của chơng này là
giới thiệu về quy trình công nghệ của nhà máy, chu trình nhiệt trong nhà máy nhiệt
điện ngng hơi, giới thiệu về lò hơi nh cấu tạo và các thông số cùa lò, các thiết bị và
các phơng pháp đo đợc dùng.
Chơng 2- Hệ thống HTC Tổng hợp: Trong chơng này giới thiệu những vấn đề lý
thuyết cơ bản của HTC tổng hợp nh các hệ thống CAMAC, hệ thống SCADA, hệ
thống DCS, hệ thống thông tin tích hợp về đặc điểm, chức năng và những u- nhợc
điểm của từng hệ thống.
Chơng 3- Hệ điều khiển DCS trong nhà máy nhiệt điện: Chơng này tìm hiểu, nghiên
cứu đặc điểm, chức năng, cấu hình phần cứng, phần mềm hệ thống điều khiển phân

tán centum - cs3000 của Yokogawa.
Chơng 4- Hệ thống điều khiển mức nớc bao hơi và kết qủa: Trong chơng này
nghiên cứu hệ thống cung cấp và lu thông nớc trong lò hơi, hệ thống điều khiển nớc
cấp, từ đó thiết kế hệ thống điều khiển mức nớc bao hơi và mô phỏng mức nớc bao
hơi trên phần mềm centum cs 3000.

Học viên: Phạm Công Tảo

Khoa Điện


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển và tự động hoá

Summary of the thesis
Title:
Studying, improving the measuring, control system in steaming furnace
phase in Phalai Thermal Power Joint Stock Company I
By: Pham Cong Tao
Supervisor: Ass. Prof. Pham Thuong Han
The study includes 4 chapters
Chapter 1: General introduction of the steaming furnace
The chapter focuses on the technology process of the factory, thermal
power cycles in the condense steam factory, introduces the steam furnace, its
parameters, devices and methods.
Chapter 2: The HTC system.
The chapter presents the literature review of HTC system. In the chapter
are introduced the CACMAC system, SCADA system, DCS system, integrated
information system of functions, advantages and disadvantages of each subsystem.

Chapter 3: The DCS control system in the thermal Power Station
The chapter focuses on the features, functions, hardware configuration,
software of the dispersed control system CENTUM-CS 3000 of YOKOGAWA
Chapter 4: The software controlling the steam level and result
The chapter focuses on water supply and water circulation in the
furnace, the water supplying control system. A control system of steam level is
designed and emulated by the software CENTUM 3000.

Học viên: Phạm Công Tảo

Khoa Điện


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển và tự động hoá

Danh mục các hình vẽ và đồ thị
Hình 1.1
Hình 1.2
Hình 1.3
Hình 1.4
Hình 1.5
Hình 1.6
Hình 1.7
Hình 1.8
Hình 1.9
Hình 1.10
Hình 1.11
Hình 1.12

Quá trình chuyển hóa năng lợng
Sơ đồ chu trình nhiệt tổng quát
Sơ đồ công nghệ
Tổng quan chu trình nhiệt chính nhà máy
Sự tuần hoàn của nớc qua các bình gia nhiệt
Vẽ mô phỏng các bộ quá nhiệt lò hơi
Mô tả các dàn ống sinh hơi của lò hơi
Mô tả quá trình nớc từ bao bơi xuống lò hơi
Các giàn ống sinh hơi
Cấu trúc của một cảm biến đo áp
Các thang áp suất
Thiết bị đo áp suất và mức EJA của Yokogawa

Hình 1.13

cấu tạo của cảm biến cộng hởng

Hình 1.14
Hình 1.15
Hình 1.16
Hình 1.17
Hình 1.18

nguyên lý hoạt động của cảm biến cộng hởng
Sự thay đổi tần số cộng hởng
Lu lợng kế kiểu xoáy YEWFLO
Sơ đồ nguyên lý làm việc
Quan hệ giữa trị số Reynolds và trị số Strouhal

Hình 1.19
Hình 1.20
Hình 1.21

cấu trúc của lu lợng kế xoáy
Cấu tạo của cảm biến
Lu lợng kế F US của siemens

Hình 1.22
Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 3.1
Hình 3.2

ống lu chất
Sơ đồ cấu trúc của hệ thống CAMAC
Sơ đồ cấu trúc hệ thống SCADA
Sơ đồ cấu trúc hệ thống DCS
Hệ thống lai SCADA/DCS
Cu hình tiêu biu ca h thng DCS
Phần cứng hệ thống CS 3000

Học viên: Phạm Công Tảo

Khoa Điện


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển và tự động hoá

Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8
Hình3.9
Hình 3.10
Hình 3.11
Hình 3.12
Hình 3.13
Hình 3.14
Hình 3.15
Hình 3.16
Hình 3.17
Hình 3.18
Hình 3.19
Hình 3.20
Hình 3.21
Hinh 4.1
Hình 4.2
Hình 4.3
Hình 4.4
Hình 4.5
Hình 4.6
Hình 4.7

Cửa sổ màn hình chính System View
Cấu trúc Project
Hộp thoại Outline
Tạo Project mới
Tạo FCS
Tạo HIS
Cửa sổ System View
Khởi động System View từ nút[Start]
Trình đơn gọi cửa sổ
Cấu trúc của Project
Hộp thoại Outline
Hộp thoại Create New Project
Hộp thoại tạo FCS
Hộp thoại tạo HIS
Tạo Node
Tạo mô đun vào/ra
Định nghĩa chi tiết mô đun vào/ra
Định nghĩa Nest vào/ra số
Định nghĩa chi tiết vào/ra số
Hệ thống lọc khí, hâm nớc và bơm nớc cấp
Các đờng đặc tính ứng với tốc độ bơm không đổi
Đặc tính đầu ra của hệ nớc cấp- bơm tốc độ không đổi
Lu thông nớc trong bao hơi
Chế độ nớc cấp khi có hiện tợng sôi bồng và co lại
Cơ cấu đo và hiển thị mức nớc dùng ống kính ngắm
Quan hệ lu lợng hơi- lu lợng nớc cp mc nc bao hi

Hình 4.8
Hình 4.9
Hình 4.10

Đặc tính điều khiển nớc cấp sử dụng bộ điều khiển kiểu on off
Bộ điều chỉnh nớc cấp nhiệt thuỷ lực
Cấu chúc mạch vòng điều khiển một tín hiệu

Hình 4.11
Hình 4.12
Hình 4.13

Đặc tính điều khiển của bộ điều khiển một tín hiệu
Các đờng đặc tuyến tính trong điều khiển van và bơm cấp nớc
Sơ đồ điều khiển hai tín hiệu

Hình 4.14

Đặc tính điều khiển của bộ điều khiển hai tín hiệu

Hình 4.15
Đặc tính điều khiển của bộ điều khiển hai tín hiệu khi xết ảnh hởng
của áp suất nớc cấp

Học viên: Phạm Công Tảo

Khoa Điện


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển và tự động hoá

Hình 4-16

Sơ đồ điều khiển mức nớc bao hơi ba tín hiệu

Hình 4-17
Hình 4.18
Hình 4.19
Hình 4.20
Hình 4.21
Hình 4.22
Hình 4.23
Hình 4.24
Hình 4.25
Hình 4.26
Hình 4.27
Hình 4.28
Hình 4.29
Hình 4.30
Hình 4.31
Hình 4.32
Hình 4.33
Hình 4.34
Hình 4.35
Hình 4.36
Hình 4.37
Hình 4.38

Đặc tính điều khiển của bộ điều khiển hai tín hiệu
Sơ đồ điều khiển ba tín hiệu có hiệu chỉnh
Sơ đồ điều khiển ba tín hiệu có điều khiển thích nghi áp suất nớc cấp

Sơ đồ điều khiển có sử dụng tín hiệu áp suet bao hơi
Tạo Node
Tạo Node
Tạo IO Module
Cấu tạo chung PID
Sơ đồ khối tính toán điều khiển PID
Khởi động Graphic Builder
Ví dụ thiết kế một giao diện
Hộp thoại Properties
Sơ đồ logíc điều chỉnh lu lợng nớc cấp
Đo mức nớc bao hơi cho điều khiển
Sơ đồ điều khiển điều khiển đo lu lợng hơi chính
Sơ đồ điều khiển điều khiển đo lu lợng nớc cấp
Vòng điều chỉnh mức nớc bao hơi một yếu tố
Đặc tính mức nớc bao hơi một yếu tố
Đặc tính mức nớc bao hơi một yếu tố đã có tác động nhầm
Vòng điều chỉnh mức nớc bao hơi ba yếu tố
Đặc tính mức nớc bao hơi ba yếu tố.
Đờng phản hồi của vòng điều chỉnh mức nớc bao hơi ba yếu tố

Học viên: Phạm Công Tảo

Khoa Điện


Luận văn thạc sỹ

Điều khiển và tự động hoá

Tài liệu tham khảo

1. PGS.TS Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Duy Bình, Phạm Quang Đăng, Phạm Hồng
Sơn, Hệ điều khiển phân tán cho nhà máy sản xuất điện năng- Tập 1. NXB
Khoa học và kỹ thuật(2006).
2. PGS.TS Phạm Thợng Hàn, Hệ thống thông tin công nghiệp. NXB khoa học
và kỹ thuật(2006).
3. TS. Hoàng Minh Sơn, Mạng truyền thông công nghiệp. in lần thứ 3, NXB
Bách Khoa Hà Nội (2006).
4. TS. Hoàng Minh Sơn, Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình. NXB khoa học và
kỹ thuật(2006).
5. PGS.TS Đào Ngọc Chân, Hoàng Ngọc Đồng, Lò hơi &thiết bị lò hơi. NXB
khoa học và kỹ thuật(2008).
6. Trơng Duy Nghĩa, Nguyễn Sỹ Mao, Thiết bị lò hơi. NXB khoa học và kỹ
thuật.
7. PGS.TS Trần Văn Địch, TS. Trần Xuân Việt, TS. Nguyễn Trọng Doanh, ThS.
Lu Văn Nhang, Tự động điều khiển quá trình. NXB khoa học và kỹ thuật
(2008).
8. Phạm Công Ngô, Lý thuyết điều khiển tự động. NXB khoa học và kỹ thuật
(2006).
9. Phân xởng tự động- điều khiển Nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Tài liệu đào tạo
hệ thống điều khiển DCS, Mạng truyền thông công nghiệp. Tài liệu lu hành
nội bộ.
10. Nhà máy điện Phả Lại, Tài liệu kỹ thuật. Tài liệu lu hành nội bộ.
11. Yokogawa. Yokogawa Elictric Coporation CENTUM CS 3000 Manuals.
12. Yokogawa. CS 3000 DCS Operation and Maintenance training coure.

Học viên: Phạm Công Tảo

Khoa Điện

-1-

Luận văn thạc sỹ

Điều khiển và tự động hoá

Chơng 1
Giới thiệu chung về nhà máy- lò hơi
Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại nằm trên địa phận Huyện - Chí Linh, Tỉnh - Hải
Dơng, cách Hà Nội gần 60 Km về phía bắc nằm sát trục đờng 18 ở tả ngạn sông
Thái Bình
Nhà máy điện Phả Lại đợc xây dựng làm hai giai đoạn. Giai đoạn I đợc
khởi công xây dựng vào thập kỷ 80 do Liên Xô giúp ta xây dựng gồm 4 tổ máy,
mỗi tổ máy 110 MW, đợc thiết kế với sơ đồ khối hai lò một máy. Tổ máy số 1
đợc đa vào vận hành vào ngày 10/3/1983 và hoàn thiện tổ máy số 4 vào năm
1986. Tổng công suất thiết kế là 440 MW. Giai đoạn II (mở rộng) đợc khởi công
xây dựng vào tháng 6/1996 do công ty MitSu của Nhật Bản làm chủ đầu t xây
dựng gồm 2 tổ máy, mỗi tổ máy 300 MW với sơ đồ một lò một máy. Tổng công
suất thiết kế của dây chuyền II là 600 MW. Dây chuyền II đợc hoàn thành và
phát điện vào tháng 3 năm 2003.
Để kịp hòa nhập với nền kinh tế thế giới và chủ trơng đổi mới của Đảng và
nhà nớc, tăng tính làm chủ của ngời lao động. Đựơc sự chấp thuận và ủng hộ
của Tổng Công Ty Điện Lực Việt Nam. Nhà Máy Nhiệt Điện Phả Lại đã chính
thức đổi tên thành Công Ty Cổ Phần Nhiệt Điện Phả Lại ngày 18 Tháng 01 Năm
2006. Nguồn nhiên liệu chính cấp cho Công ty là than từ mỏ than Mạo Khê, Vàng
Danh, Uông Bí, đợc vận chuyển về Công ty bằng đờng sông và đờng sắt.
Sau khi đa tổ máy cuối cùng vào làm việc 14/03/2006 thì khả năng Công ty
có thể cung cấp cho lới điện quốc gia khoảng 7,2 tỷ kWh/năm. Cùng với thuỷ
điện Hoà Bình, Thác Bà, nhiệt điện Uông Bí và nhiệt điện Ninh Bình, Công ty
nhiệt điện Phả Lại cung cấp cho hệ thống điện Miền Bắc qua 6 đờng dây 220 KV

và 8 đờng dây 110 KV, qua các trạm trung gian nh Ba La, Phố Nối, Tràng
Bạch, Đồng Hoà, Đông Anh, Bắc Giang. Ngoài ra Phả Lại còn là một trạm phân
phối điện lớn trong việc nhận điện từ thuỷ điện Hoà Bình về cung cấp cho khu vực
Đông Bắc tổ quốc ( Quảng Ninh -Hải Phòng).
Năm 1994 việc xây dựng đờng dây truyền tải điện 500 kV Bắc-Nam, Công
ty Nhiệt điện Phả Lại đóng vai trò quan trọng thứ hai cung cấp điện cho hệ thống
sau thuỷ điện Hoà Bình. Công ty nhiệt điện Phả Lại đợc đặt đúng tầm của một
Công ty nhiệt điện lớn nhất Tổ Quốc.
1.1. Chu trình nhiệt trong nhà máy nhiệt điện
1.1.1. Nguyên lý sản xuất điện năng trong nhà máy nhiệt điện
Các nguồn năng lợng thiên nhiên đợc sử dụng để sản xuất điện năng.
Tùy theo việc sử dụng các nguồn năng lợng thiên nhiên mà ngời ta chia ra các
loại nhà máy điện khác nhau, trong đó hai nguồn năng lợng thiên nhiên đợc sử
dụng phổ biến là thủy điện và nhiệt điện. Nhà máy nhiệt điện chủ yếu sử dụng
than, thờng đợc xây dựng gần các mỏ than hoặc gần các con sông lớn để thuận
tiện cho việc cung cấp nguyên liệu.
Nguyên lí sản xuất điện năng của nhà máy nhiệt điện là chuyển hóa nhiệt năng từ
đốt cháy các loại nhiên liệu trong lò hơi thành cơ năng quay tuabin, chuyển cơ
Học viên: Phạm Công Tảo

Khoa Điện


-2-

Luận văn thạc sỹ

Điều khiển và tự động hoá

năng thành năng lợng điện trong máy phát điện. Nhiệt năng đợc dẫn đến tuabin

qua một môi trờng dẫn nhiệt là hơi nớc. Mặc dù hơi nớc chỉ là môi trờng
truyền tải nhiệt năng đi, nhng hơi vẫn phải đảm bảo chất lợng (về áp suất, độ
khô) trớc khi đi vào tuabin để sinh công. Nhiệt năng cung cấp càng nhiều thì điện
năng phát ra càng lớn và ngợc lại. Điện áp phát ra ở đầu cực máy phát điện đợc
đa qua hệ thống trạm biến áp nâng lên cấp điện áp thích hợp trớc khi hòa vào
mạng lới điện quốc gia.
Tóm lại quá trình chuyển hóa năng lợng trong nhà máy nhiệt điện nh
sau: Từ năng lợng hóa năng chứa trong nhiên liệu than thành nhiệt năng bởi quá
trình đốt cháy nhiên liệu. Hơi nớc sẽ mang nhiệt năng tới tuabin và nhiệt năng
đợc chuyển hóa thành cơ năng tại tuabin, sau đó cơ năng biến thành điện năng
thông qua máy phát. Quá trình chuyển hóa năng lợng đợc tóm tắt nh hình 1.1
Nhiệt năng

Hóa năng
Lò

Nhiên liệu
Hóa năng

Bao hơi

Hơi

Tuabin

Máy phát

Nớc ngng
Hình 1.1: Quá trình chuyển hóa năng lợng
1.1.2. Chu trình nhiệt của nhà máy nhiệt điện ngng hơi

Nh đã phân tích ở phần 1.1.1, hơi nớc đóng vai trò là môi trờng truyền
nhiệt trong quá trình chuyển hóa năng lợng nên vòng tuần hoàn Nớc - Hơi đóng
vai trò rất quan trọng trong quá trình hoạt động của nhà máy nhiệt điện.
Nớc từ ao hồ sau khi đợc lọc, xử lý hóa học sẽ đợc bơm vào bao hơi. Nớc từ
bao hơi đi xuống các đờng ống đợc bố trí xung quanh thành lò, nớc sẽ nhận
nhiệt năng từ quá trình đốt cháy nhiên liệu trong lò và trở thành hơi bão hòa. Hơi
nớc bão hòa đợc dẫn qua bộ lọc khô và bộ điều chỉnh hơi quá nhiệt để đảm bảo
nhiệt độ, áp suất vào tuabin cao áp để sinh công lần thứ nhất. Sau đó hơi lại đợc
đa vào bộ gia nhiệt rồi tiếp tục đợc đa vào tuabin trung áp để sinh công lần thứ
hai. Từ tuabin trung áp hơi đợc dẫn thẳng đến tuabin hạ áp để sinh công lần cuối.
Học viên: Phạm Công Tảo

Khoa Điện


-3-

Luận văn thạc sỹ

Điều khiển và tự động hoá

Hơi sau khi đã sinh công từ tuabin hạ áp sẽ đợc đa xuống bình ngng để
ngng trở lại thành nớc. Bình ngng có hệ thống nớc làm mát tuần hoàn, và hệ
thống hút chân không làm cho hơi nớc đợc ngng tụ một cách nhanh chóng. Sau
đó nớc từ bình ngng sẽ đợc hệ thống bơm ngng, đa tới các bình gia nhiệt hạ
áp LP1 và LP2. Tại đây nớc sẽ đợc hâm nóng lên bởi hơi trích ra từ tuabin hạ
áp. Sau khi ra khỏi các bình gia nhiệt hạ áp, nớc đợc đa tới bình khử khí để khử
hết các bọt khí lẫn trong nớc. Nớc tiếp tục đợc đa tới các bình gia nhiệt cao
áp HP5 và HP6, các bình gia nhiệt này sẽ dùng hơi trích ra từ tuabin cao áp để
nâng nhiệt độ nớc cấp lên lần thứ hai. Và trớc khi đợc đa trở lại bao hơi hoàn

thành chu trình khép kín, nớc đợc đa qua bộ hâm nớc dùng khói nóng để
nâng nhiệt độ nớc lên một lần nữa. Chu trình nhiệt đợc thể hiện bằng hình 1.2

Hình 1.2: Sơ đồ chu trình nhiệt tổng quát

Học viên: Phạm Công Tảo

Khoa Điện


Luận văn thạc sỹ

-4-

Điều khiển và tự động hoá

1.1.3. Nguyên lí hoạt động của lò hơi
Cấu tạo chung của lò hơi là nhằm thực hiện hai mục tiêu chính: một là
chuyển hóa năng lợng của nhiên liệu thành nhiệt năng của sản phẩm cháy, nghĩa
là đốt cháy nhiên liệu thành sản phẩm cháy có nhiệt độ cao và hai là đa nớc cấp
vào lò, tiếp nhận nhiệt từ sản phẩn cháy, biến nớc thành nớc nóng, nớc sôi, hơi
bão hòa hoặc hơi quá nhiệt có áp suất và nhiệt độ thỏa mãn yêu cấu sử dụng. Do
đó, cấu tạo của lò hơi gồm các hệ thống chính nh sau:
Hệ thống cung cấp và đốt cháy nhiên liệu.
Hệ thống cung cấp không khí và thải sản phẩm cháy.
Hệ thống xử lý nớc và cấp nớc làm mát.
Hệ thống sản xuất và cấp nớc nóng cho quá trình sinh hơi.
Hệ thống đo lờng, điều khiển.
Hệ thống an toàn.
Hệ thống: Khung lò, tờng lò, cách nhiệt...

Bột nhiên liệu đợc gió cấp một thổi qua vòi phun đa vào buồng lửa, nhận
nhiệt từ buồng lửa và sản phẩm cháy, đợc sấy nóng, sấy khô và bắt đầu cháy. Mặt
khác, dới tác dụng của quạt gió, quạt khói, không đợc đa vào đầy đủ, cháy kiệt
các chất bốc và cốc, tạo thành sản phẩm cháy và tro xỉ ở nhiệt độ cao. Tro xỉ bị
chảy lỏng, một bộ phận kết lại với nhau thành hạt lớn rơi xuống đáy buồng lửa, có
thể thải ra ngoài dới dạng xỉ lỏng nếu nh không làm nguội, tro xỉ có thể đợc
làm nguội trong phễu tro lạnh, đông đặc lại rồi thải ra ngoài dới dạng xỉ khô.
Những hạt tro xỉ bị dòng sản phẩm cháy cuốn theo, nguội dần do truyền nhiệt cho
môi chất qua các dàn ống, đông đặc lại trớc khi ra khỏi buồng lửa rồi theo sản
phẩm cháy đi qua bộ lọc bụi bị tách ra hoặc thải ra ngoài qua ống khói. Mặc dù
vậy, vẫn còn một bộ phận bám lại trên bề mặt truyền nhiệt hoặc trên các đờng
ống dẫn khói. Sản phẩm cháy khi ở trong buồng lửa có nhiệt độ khoảng 850 - 900
o
C, qua các bề mặt truyền nhiệt cho môi chất, nhiệt độ giảm xuống 120 đến 180oC
trớc khi thải ra ngoài.
Nớc cấp sau khi đợc xử lý đợc đa qua bộ hâm nớc, đợc đốt nóng đến
xấp xỉ nhiệt độ bão hòa rồi đa vào bao hơi. Sau đó nớc sẽ đi xuống theo dàn ống
xuống, tức là những dàn ống nhận nhiệt ít hoặc không nhận nhiệt, qua ống góp
dới rồi đi lên theo dàn ống sinh hơi (dàn ống nhận nhiệt nhiệt nhiều), biến thành
hơi tạo thành hỗn hợp nớc và hơi có khối lợng riêng nhỏ, rồi lại trở về bao hơi.
Trong bao hơi, bộ phận phân tách sẽ tách hơi ra, cho hơi đi qua bộ quá nhiệt sử
dụng khói nóng để tiếp tục đốt nóng hơi trở thành hơi quá nhiệt trớc khi vào
Học viên: Phạm Công Tảo

Khoa Điện


Luận văn thạc sỹ

-5-

Điều khiển và tự động hoá

tuabin. Phần nớc còn lại cha hóa hơi tiếp tục trở về dàn ống xuống cùng với
nớc cấp tạo thành vòng tuần hoàn tự nhiên.
1.2. Quy trình sản xuất điện của Công ty cổ phần Nhiệt điện Phả Lại.
Công ty cổ phn Nhit đin Phả Li có quy trình sn xut liên tục 24/24
giờ, quy trình công nghệ đợc khỏi quát nh sau:
- Than đợc đa về từ đờng sông và đờng sắt, đợc cho vào kho than
nguyên hoc chuyn thng lên h thng nghin than bng h thng bng ti.
- Than bột đợc phun vào lò hơi bằng các ống phun. Trong lò hơi, than
đợc đốt cháy làm nớc bốc hơi và nóng nhiệt độ hơi nớc lớn nhit độ quy định
(hi quá nhiệt), từ đó hơi quá nhiệt đợc đa sang làm quay tua bin và tua bin kéo
máy phát điện quay và phát ra điện.
- Nớc bơm từ trạm bơm tuần hoàn, một phần cung cấp cho hệ thống xử lý
nớc và hệ thống điện phân, nớc còn lại sau khi làm mát bình ngng đợc đa
ra sông bằng kênh thải.

Học viên: Phạm Công Tảo

Khoa Điện


Luận văn thạc sỹ

-6-

Điều khiển và tự động hoá

Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ

Học viên: Phạm Công Tảo

Khoa Điện


Luận văn thạc sỹ

-7-

Điều khiển và tự động hoá

1.3. Lò hơi và kết cấu của lò hơi
1.3.1. Cấu tạo lò hơi
Lò hơi bên dây chuyền nhiệt điện Phả Lại I là loại lò BKZ-220-100-10C là loại
lò hơi một bao hơi ống nớc đứng tuần hoàn tự nhiên. Lò đốt than ở dạng bột thải xỉ
khô, bố cục hình chữ . Lò đợc thiết kế để đốt than ở mỏ Mạo Khê.
Buồng đốt chính của lò kiểu hở đợc cấu tạo bởi các giàn ống sinh hơi là trung
tâm buồng lửa và phần đờng khói lên, phần đờng khói ngang có bố trí các bộ quá
nhiệt, phần đờng khói đi xuống có bố trí xen kẽ các bộ hâm nớc và bộ sấy không khí.
Kết cấu buồng đốt từ các ống hàn sẵn các giàn ống sinh hơi vách trớc và vách sau ở
phía dới tạo thành mặt nghiêng phễu lạnh với góc nghiêng 500, phía trên của buồng
đốt các giàn ống sinh hơi của vách sau tạo thành phần lồi khí động học(dàn ống feston).
Buồng đốt đợc bố trí 4 vòi đốt than chính kiểu xoáy ốc ở hai vách bên, mỗi
vách hai vòi ở độ cao khác nhau (9850mm và 12700mm), bốn vòi phun ma dút đợc bố
trí cùng vòi đốt chính (Năng suất 2000kG/vòi/giờ). Bốn vòi phun gió cấp 3 đợc bố trí
ở 4 góc lò ở độ cao 14100mm. Để tạo thuận lợi cho quá trình cháy, các ống sinh hơi ở
vùng vòi đốt chính đợc đắp một lớp vữa cách nhiệt đặc biệt tạo thành đai đốt.
Sơ đồ tuần hoàn của lò phân chia theo các giàn ống thành 14 vòng tuần hoàn nhỏ
độc lập nhằm tăng độ tin cậy của quá trình tuần hoàn.

Xỉ ở phễu lạnh đợc đa ra ngoài nhờ vít xỉ sau đó đợc đập xỉ nghiền nhỏ đa
xuống mơng và đợc dòng nớc tống đi ra trạm thải xỉ.
Lò đợc bố trí hai van an toàn lấy xung từ bao hơi và ống góp ra của bộ quá
nhiệt. Để làm sạch bề mặt đốt (dàn ống sinh hơi) có bố trí các máy thổi bụi.
1.3.2. Các thông số kĩ thuật của lò:
- Năng suất hơi

: 220T/h

- Nhiệt độ hơi quá nhiệt

: 5400C

- áp lực hơi quá nhiệt

: 100 ata

- áp lực bao hơi

: 112,6 ata

- Nhiệt độ hơi bão hòa

: 3190C

- Nhiệt độ đờng khói ngang

: 4500C

- Nhiệt độ khói thoát

: 130oC

- Nhiệt độ nớc cấp

: 2300C

- Nớc giảm ôn cấp 1

: 10 T/h

- Nớc giảm ôn cấp 2

: 4,4 T/h

- Hiệu suất lò

: 86,05%

- Độ chênh nhiệt cho phép trong lò hơi

: -100C< t< 50C ;

Học viên: Phạm Công Tảo

Khoa Điện


-8-

Luận văn thạc sỹ

Điều khiển và tự động hoá

- Tổn thất do khói thoát

: q2 = 5,4 %

- Tổn thất do cơ giới

: q4 = 8 %

- Tổn thất do toả ra môi trờng xung quanh

: q5 = 0,54 %

- Tổn thất do xỉ mang ra ngoài
1.3.3. Chu trình chính của hơi và nớc

: q6 = 0,06 %

turbine
bộ quá
nhiệt

máy phát

lò
bình ngng

bơm ngng
bộ hâm

2 van cấp
nớc

gia nhiệt hạ

bơm cấp

gia nhiệt cao
khử
khí

Hình 1.4: Tổng quan chu trình nhiệt chính nhà máy

Chu trình nhiệt ở nhà máy nhiệt điện là một chu trình khép kín của hơi và nớc.
Hơi nớc sau khi đợc sinh công song ở tầng cánh cuối Turbine hạ áp đợc đi
xuống bình ngng.

Học viên: Phạm Công Tảo

Khoa Điện


-9-

Luận văn thạc sỹ

Điều khiển và tự động hoá

hơi từ turbine xuống

nớc tuần hoàn vào

nớc ra kênh thải

bình ngng
Nớc tuần hoàn đi trong các ống ( hình chữ U ) gia nhiệt bề mặt làm cho hơi
trong bình ngng tụ lại thành nớc. Nớc sau khi ra khỏi bình ngng sẽ vào đầu hút
bơm ngng và bơm ngng bơm lên khử khí qua gia nhiệt hạ áp. Khi nớc đi trong
đờng ống của bình gia nhiệt hạ áp nớc sẽ đợc gia nhiệt bằng hơi cửa trích Turbine
hạ áp. Nớc sau khi qua các bình gia nhiệt hạ áp đã đợc tăng nhiệt độ lên cao. Nớc
sau khi qua các bình gia nhiệt hạ áp sẽ đến bình khử khí. ở bình khử khí nớc sẽ đợc
khử đi các tạp khí có ảnh hởng đến sự phá huỷ và ăn mòn kim loại. Sau khi nớc qua
bình khử khí sẽ đến đầu hút bơm cấp, khi nớc ra khỏi bơm cấp sẽ đi qua hai van điều
chỉnh nó sẽ điều chỉnh lu lợng nớc sao cho phù hợp với tải của lò. Nớc sau khi qua
van điều chỉnh sẽ đi qua gia nhiệt cao áp(GNC) ở đây nớc lại đợc gia nhiệt một lần
nữa để tăng nhiệt độ. Về cấu trúc của gia nhiệt cao áp gần giống nh gia nhiệt hạ áp,
hơi cửa trích đến gia nhiệt cao áp lấy từ đầu ra của Turbine trung áp.
hơi cửa trích hơi

hơi cửa trích hơi

h2o vào
gnc 5
h2o vào gnc 6

hơi cửa trích hơi

h2o vào
gnc 7

h2o đến
bộ hâm
h2o ra gnc5

h2o ra gnc 6

Hình 1.5: Sự tuần hoàn của nớc qua các bình gia nhiệt

Học viên: Phạm Công Tảo

Khoa Điện