Nghiên cứu hệ thống điều khiển các thiết bị cấp nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt của lò hơi ở nhà máy nhiệt điện

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẬU TRƯỜNG LÂM

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC
THIẾT BỊ CẤP NHIÊN LIỆU THAN NGHIỀN VÀO
VÒI ĐỐT CỦA LÒ HƠI Ở NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

Đà Nẵng - Năm 2017


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẬU TRƯỜNG LÂM

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC
THIẾT BỊ CẤP NHIÊN LIỆU THAN NGHIỀN VÀO
VÒI ĐỐT CỦA LÒ HƠI Ở NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
Mã số: 60.52.01.14

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: TS. Lưu Đức Bình

Đà Nẵng - Năm 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được công
bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác.

Tác giả

Đậu Trường Lâm


NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ CẤP NHIÊN LIỆU THAN
NGHIỀN VÀO VÒI ĐỐT CỦA LÒ HƠI Ở NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
Học viên: Đậu Trường Lâm. Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ điện tử
Mã số: 60520114. Khóa: 33. Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN
Tóm tắt – Ở Việt Nam, điện năng được sản xuất ở nhà máy nhiệt điện đốt than chiếm thị
phần tới 35% tính tới ngày 31/5/2015 và dự kiến đến năm 2030 là 45% nối với lưới điện quốc gia
(theo thống kê của Cục Điều Tiết Điện Lực- Bộ Công thương). Nghiên cứu này được đề xuất nhằm
đáp ứng nhu cầu thực tiển về vận hành, bảo dưỡng và cải tiến trong nhà máy nhiệt điện, đồng thời
đưa ra biện pháp khắc phục sự cố tắc than tại vị trí giữa phểu than và máy cấp gây sự cố tăc máy
nghiền, có thể dừng lò đột ngột và ảnh hưởng tới sự tin cậy của lưới điện quốc gia. Hệ thống điều
khiển cấp nhiên liệu than nghiền là một trong những khâu quan trọng của hệ điều khiển lò hơi trong
nhà máy nhiệt điện, đóng vai trò trong tối ưu hóa quá trình cháy lò, tăng hiệu suất lò và giảm chi phí
sản xuất. Trong luận văn sẽ giới thiệu tổng quan về nhà máy nhiệt điện đốt than, các thiết bị đo và
cơ cấu chấp hành sử dụng trong hệ thống cấp than nghiền. Luận văn trình bày về các thuật toán điều
khiển các thiết bị, giải pháp khắc phục sự cố tắc than và mô phỏng các thao tác chạy, dừng các thiết
bị, tăng tải, giảm tải hệ thống, mô phỏng sự cố và mô phỏng kết quả đạt được sau khi áp dụng giải
pháp khắc phục sự cố.

Từ khóa - Hệ thống điều khiển cấp nhiên liệu than nghiền; giải pháp khắc phục sự cố tắc
than. (2 từ khóa)
RESEARCH OF CONTROL SYSTEM FOR A PULVERIZED COAL BOILER IN COALFIRED POWER PLANT
Abstract - Summary - In Vietnam, electricity generated at coal-fired power plants accounts
for 35% of market share as on May 31, 2015, and will be targeted 45% to reach the national grid by
2030. (Referred to Statistics of the Electricity Regulatory Bureau - Ministry of Industry and Trade).
This research has been proposed to meet the practical needs of operation, maintenance and
improvement in coal-fired power plants, and to take measures to overcome the clogging accident at
the location between the raw coal bunker and the Coal feeder. The malfunctioning of the mills can
stop the furnace suddenly and affect the reliability of the national grid.
The control system for a pulverized coal boiler is one of the most important steps of the boiler
control system in a coal-fired power plant, which plays a role in optimizing the burning process,
increasing the efficiency of burning and reducing the cost of production.
The thesis will introduce an overview of coal-fired power plants, measuring devices and
actuators used in pulverized coal boiler systems. The thesis presents the algorithms that control the
devices, the solution of the clogging of coal problem and simulation of the running, stopping of the
equipment, the increase of the load, the reduction of the system load, the simulation of the fault and
the simulation. The results obtained after applying the solution to resolve the problem.
Keywords - The control system for a pulverized coal boiler; the solution of the clogging of
coal problem. (2 keywords)


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 1
1. Lý do chọn đề tài .................................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................... 1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................... 2
4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................ 2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ................................................................................ 2
6. Cấu trúc luận văn .................................................................................................... 3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ......................................... 4
1.1. Giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện ....................................................................... 4
1.2. Hệ thống cấp than nghiền vào vòi đốt của lò hơi ......................................................... 7
1.3. Thiết bị trường .............................................................................................................. 9
1.3.1. Thiết bị đo ......................................................................................................... 9
1.3.2. Tấm chắn (Damper) ........................................................................................ 10
1.3.3. Máy cấp than ................................................................................................... 11
1.3.4. Máy nghiền ..................................................................................................... 13
CHƯƠNG 2. CẤU TRÚC VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN ................................... 18
2.1. Cơ sở lý thuyết ............................................................................................................ 18
2.1.1. Bộ điều khiển PID........................................................................................... 18
2.1.2. Chọn bộ điều khiển PID ................................................................................. 19
2.1.3. Chỉnh định bộ điều khiển PID ........................................................................ 20
2.2. Vòng điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi đốt của lò hơi. ................................ 21
2.2.1. Lưu đồ P&ID cho điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi đốt của lò hơi ........ 24
2.2.2. Thuật toán điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi đốt của lò hơi ............. 24
2.3. Vòng điều khiển mức than trong thùng nghiền của máy nghiền................................ 25
2.3.1. Lưu đồ P&ID cho điều khiển mức than trong thùng nghiền của máy nghiền....... 25
2.3.2. Thuật toán điều khiển mức than trong thùng nghiền của máy nghiền ........... 26
CHƯƠNG 3. LẬP TRÌNH VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC
THIẾT BỊ CẤP THAN NGHIỀN .................................................................................. 28
3.1. Giới thiệu về phần mềm DCS Centum VP của hãng Yokogawa ............................... 28
3.2. Mô phỏng hệ thống điều khiển các thiết bị cấp than nghiền ...................................... 28
CHƯƠNG 4. GIẢI PHÁP XỬ LÝ HIỆN TƯỢNG TẮC THAN TỪ PHỂU THAN
XUỐNG MÁY CẤP THAN GÂY DỪNG MÁY NGHIỀN ......................................... 39
4.1. Vấn đề tắc than và ảnh hưởng tới sự làm việc của tổ máy. ........................................ 39


4.2. Giải pháp giải quyết vấn đề tắc than ở máy cấp gây dừng đột ngột máy nghiền ............ 40
4.2.1. Thuật toán giải pháp điều khiển xử lý sự cố tắc than. .................................... 42

4.2.2. Mô phỏng chương trình xử lý sự cố tắc than .................................................. 46
4.2.3. Hiệu quả của giải pháp xử lý sự cố tắc than ................................................... 57
KẾT LUẬN VÀ TRIỂN VỌNG ..................................................................................... 58
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (Bản sao)


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
1. Danh mục các ký hiệu
P&ID Piping and Instrumentation Diagram
DCS Distributed Control System
CPU Central Processing Unit
PC Personal Computer
FCS Field Control Station
FCU Field Control Unit
FIO Field Network Input Output
NU Node Unit
FDR Coal Feeder
PID
MV

Proportional-Integral-Derivative
Manipulated value

SV
PV
MFT
FT

Setpoint value
Process variable
Master Fuel Trip
Flow Transmitter

TT
LT

Temperature Transmitter
Level Transmitter

2. Ký hiệu
Đầu vào và đầu ra tương tự

≯

Hàm chọn giá trị lớn

Tín hiệu tham chiếu

f(x)

Hàm tuyến tính

X

Hàm nhân

T

Hàm tự động chuyển

I

∆

Bộ chỉ thị
Bộ PID

K I
A

Khối đặt giá trị

∆

Hàm sai lệch

∑/n

Hàm trung bình

H/L

Hàm giới hạn

A/M

Khối đặt tải bằng tay

≮

Hàm chọn giá trị nhỏ


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
bảng

Tên bảng

Trang

2.1.

Bảng tính giá trị K p , K i , K d theo ZN-1

20

2.2.

Bảng tính giá trị K p , K i , K d theo ZN-2

21


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu
hình
1.1.

1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
1.7.
1.8.
1.9.
1.10.
1.11.
1.12.
1.13.
1.14.
1.15.
1.16.
1.17.
1.18.
1.19.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
3.1.

Tên hình

Trang

Các hệ thống trong nhà máy nhiệt điện
Chu trình nhiệt trong nhà máy nhiệt điện
Hệ thống cấp than nghiền
Vị trí lắp đặt hệ thống cấp than nghiền
Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điều khiển phản hồi
Cấu trúc một thiết bị đo
Cách đấu nối thiết bị đo chênh áp với hệ thống điều khiển
Cơ cấu điều khiển lưu lượng gió bằng tấm chắn
Bộ điều khiển van Auma
Đường đặc tính tấm chắn [5,tr.211]
Máy cấp than
Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển máy cấp
Mạch cầu Wheatstone tính tải trọng
Máy nghiền loại tiêu hao của hãng Riley Stocker
Máy nghiền kiểu con lăn và Máy nghiền kiểu bi và vòng ổ bi của
hãng Babcook & Wincox
Máy nghiền bi
Mức máy nghiền
Đường đặc tính bộ đo mức và mức than trong thùng nghiền
Bộ phân ly
Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển PID
Đồ thị đáp ứng quá độ
Các thành phần đầu vào và ra của lò hơi
Điều khiển phối hợp giữa lò hơi, turbine và nhiên liệu than
Vòng điều khiển than Coal Master
Lưu đồ P&ID cho điều khiển lưu lượng than nghiền
Thuật toán điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi đốt của lò hơi

Lưu đồ P&ID cho điều khiển mức than trong thùng nghiền của
máy nghiền
Thuật toán điều khiển mức than trong thùng nghiền của máy nghiền
Tổng quan hệ thống điều khiển DCS Yokogawa của nhà máy nhiệt
điện

4
5
7
8
9
9
10
10
11
11
12
12
13
14
14
15
15
16
17
18
20
21
22
23

24
25
26
27
28


Số hiệu
Tên hình
Trang
hình
3.2.
Project mô phỏng
30
3.3.
Mô phỏng Graphic hệ thống than nghiền
31
3.4.
Graphic dừng máy nghiền do sự cố
32
Đồ thị đáp ứng của vòng điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi
3.5.
34
đốt khi giảm tải
3.6.
Đồ thị đáp ứng của vòng điều khiển mức máy nghiền khi giảm tải
35
Đồ thị đáp ứng của vòng điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi
3.7.
37

đốt khi tăng tải
3.8.
Đồ thị đáp ứng của vòng điều khiển mức máy nghiền khi tăng tải
38
4.1.
Máy cấp than và phểu than
40
4.2.
Tổng lưu lượng than vào và yêu cầu vào lò hơi
41
4.3.
Tổng lưu lượng than vào và ra máy nghiền
42
4.4.
Thuật toán xác định tắc than máy cấp A1
43
4.5.
Thuật toán xác định tắc than máy cấp A2
43
Thuật toán giảm lưu lượng than nghiền của máy nghiền A đi vào
4.6.
44
vòi đốt của lò khi tắc than từ phểu xuống máy cấp
Thuật toán điều khiển mức than nghiền của máy nghiền A khi tắc
4.7.
45
than từ phểu xuống máy cấp
4.8.
Màn hình dừng đột ngột hệ thống khi tắc than
47

Đồ thị đáp ứng của mức than máy nghiền vào vòi đốt khi xãy ra
4.9.
48
tắc than máy cấp gây dừng đột ngột máy nghiền
Đồ thị đáp ứng của lưu lượng than nghiền vào vòi đốt khi xãy ra
4.10.
49
tắc than máy cấp gây dừng đột ngột máy nghiền
4.11.
Màn hình xuất hiện cảnh báo khi tắc than
51
Đồ thị đáp ứng của lưu lượng than nghiền khi xãy ra tắc than máy
4.12.
52
cấp A
4.13.
Đồ thị đáp ứng của mức than khi xãy ra tắc than máy cấp A1
53
Đồ thị đáp ứng của lưu lượng than nghiền vào vòi đốt khi xãy ra
4.14.
55
tắc than máy cấp A1&A2
Đồ thị đáp ứng của mức than trong máy nghiền khi xãy ra tắc than
4.15.
56
máy cấp A1&A2


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, ở Việt Nam có rất nhiều nhà máy nhiệt điện đốt than sử dụng công
nghệ điều khiển tương đối giống nhau, để sản xuất ra điện năng. Với thị phần 35% tính
tới ngày 31/5/2015 và dự kiến đến năm 2030 là 45% nối với lưới điện quốc gia (theo
thống kê của Cục Điều Tiết Điện Lực- Bộ Công thương), nhà máy nhiệt điện cung cấp
điện cho các hoạt động đời sống xã hội, công nghiệp và đảm bảo an ninh năng lượng
cho quốc gia. Như các nhà máy nhiệt điện Phả Lại, nhà máy nhiệt điện Hải Phòng, nhà
máy nhiệt điện Nghi Sơn1, nhà máy nhiệt điện Vũng Ánh, nhà máy nhiệt điện Ninh
Thuận, nhà máy nhiệt điện Cà Mau.. Và nhiều nhà máy đang trong giai đoạn xây
dựng: nhà máy nhiệt điện Mông Dương, nhà máy nhiệt điện Thái Bình, nhà máy nhiệt
điện Vĩnh Tân, nhà máy nhiệt điện Nghi Sơn 2, nhà máy nhiệt điện Đông Hồi, nhà
máy nhiệt điện Công Thanh….
Công nghệ sản xuất điện năng ở nhà máy nhiệt điện đốt than là quá trình phức
tạp đòi hỏi độ tin cậy và tính ổn định cao. Nên các nhà máy phải có mức độ tự động
hóa rất cao với hệ thống điều khiển DCS mới nhất của các hãng nổi tiếng: Yokogawa,
ABB, Siemens, Honeywell.. Điều đó đòi hỏi những người kỹ sư vận hành, bảo trì, bảo
dưỡng phải có kiến thức chuyên môn cao để vận hành tốt nhà máy và trong quá trình
vận hành đưa ra các cải tiến kỹ thuật nâng cao chất lượng làm việc của nhà máy.
Việc nghiên cứu hệ thống điều khiển lò hơi là một yêu cầu cần thiết trong nhà
máy nhiệt điện. Trong đó hệ thống điều khiển cấp nhiên liệu than nghiền là một trong
những khâu quan trọng của hệ điều khiển lò hơi, đóng vai trò trong tối ưu hóa quá
trình cháy lò, tăng hiệu suất lò và giảm chi phí sản xuất.
Trong quá trình vận hành tại nhà máy hay xãy ra tắc than từ phểu than xuống
máy cấp than do than xấu, than có cục to gây dừng máy nghiền, có thể gây dừng tổ
máy, cần phải đưa ra giải pháp để giải quyết vấn đề.
Để đáp ứng nhu cầu thực tiễn sản xuất, cải tiến kỹ thuật tại nhà máy nhiệt điện,
người nghiên cứu đề xuất đề tài “Nghiên cứu hệ thống điều khiển các thiết bị cấp
nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt của lò hơi ở nhà máy nhiệt điện”
2. Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu hệ thống điều khiển các thiết bị cấp nhiên liệu than nghiền vào vòi
đốt của lò hơi ở nhà máy nhiệt điện phục vụ cho quá trình khai thác vận hành và chuẩn
đoán khắc phục sự cố, bảo trì bảo dưỡng hệ thống.
- Xây dựng thuật toán điều khiển các thiết bị cấp nhiên liệu than nghiền vào vòi
đốt của lò hơi ở nhà máy nhiệt điện.


2
- Lập trình và mô phỏng với phần mềm trên máy tính
- Đưa ra giải pháp điều khiển xử lý vấn đề trong qua trình vận hành hệ thống,
than cấp vào bị ướt, hoặc kích thước than có những cục than to, gây hiện tượng tắc
than từ phểu than xuống máy cấp than gây dừng (trip) máy nghiền do sự cố.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
- Các thiết bị hệ thống cấp nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt của lò hơi ở nhà
máy nhiệt điện đốt than gồm có thiết bị đo, van, máy cấp và máy nghiền.
- Hệ thống điều khiển DCS Centum VP Yokogawa.
- Các cấu trúc, thuật toán điều khiển. Than cấp cho lò hơi được cấp phểu than đổ
xuống máy cấp vào máy nghiền rồi được gió cấp 1 thổi vào vòi đốt của lò. Điều khiển
nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt gồm những vòng điều khiển chính:
 Vòng điều khiển mức than trong thùng nghiền của máy nghiền.
 Vòng điều khiển lưu lượng than nghiền đi vào vòi đốt của lò hơi.
- Sự cố tắc than từ phểu than xuống máy cấp than gây dừng máy nghiền do sự cố.
Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu hệ thống điều khiển các thiết bị cấp nhiên liệu than nghiền vào vòi
đốt của lò hơi ở nhà máy nhiệt điện bao gồm:
- Giới thiệu về các thiết bị chấp hành thiết bị đo, van, máy nghiền và máy cấp.
- Nghiên cứu về các lưu đồ P&ID và thuật toán điều khiển.
- Hệ thống điều khiển DCS Centum VP Yokogawa.
- Đưa ra giải pháp xử lý hiện tượng tắc than từ phểu than xuống máy cấp than

gây dừng máy nghiền.
4. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực tế tại nhà máy
nhiệt điện.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ý nghĩa khoa học
Đề tài nghiên cứu nguyên lý làm việc và cấu tạo các thiết bị cấp than nghiền vào
vòi đốt nhà máy nhiệt điện, lý thuyết về phần mềm điều khiển DCS Centum VP
Yokogawa, bộ điều khiển PID và khả năng ứng dụng điều khiển DCS, bộ điều khiển
PID cho điều khiển hệ thống thiết bị cấp than nghiền vào vòi đốt nhà máy nhiệt điện.
Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài sẽ đáp ứng nhu cầu thực tiễn sản xuất về vận hành, chuẩn đoán và khắc
phục sự cố trong vận hành và cải tiến hệ thống tại nhà máy nhiệt điện. Đưa ra giải pháp
xử lý hiện tượng tắc than từ phểu than xuống máy cấp than gây dừng máy nghiền.


3
6. Cấu trúc luận văn
Đề tài được trình bày trong 4 chương, phần mở đầu và kết luận.
- Phần mở đầu: giới thiệu về lý do chọn đề tài, mục đích nghiên cứu, đối tượng
và phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề
tài, cấu trúc của luận văn.
- Chương 1: giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện và cơ cấu chấp hành.
- Chương 2: giới thiệu về lý thuyết điều khiển, bộ điều khiển PID, lưu đồ P&ID,
thuật toán điều khiển các vòng điều khiển trong hệ thống điều khiển than nghiền.
- Chương 3: lập trình và mô phỏng hệ thống điều khiển
- Chương 4: trình bày sự cố tắc than từ máy cấp than xuống máy nghiền và đưa
ra giải pháp điều khiển khắc phục sự cố.
- Phần kết luận và triển vọng: trình bày kết quả mô phỏng, áp dụng thực tế và
hướng phát triển đề tài.

4

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
1.1. Giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện
Hiện nay các nhà máy nhiệt điện hiện đại thường có hai tổ máy, mỗi tổ máy gồm
1 lò hơi,1 tuabine, 1 máy phát với công suất 2x300 MW, 2x600 MW…
Sơ đồ công nghệ nhà máy nhiệt điện như hình dưới đây.

Hình 1.1. Các hệ thống trong nhà máy nhiệt điện
Than được vận chuyển theo đường biển, bốc dỡ ở cảng than rồi đưa lên hệ thống
vận chuyển than cấp vào máy nghiền, than nghiền mịn sau máy nghiền được gió cấp 1
vận chuyển và thổi vào các vòi đốt của buồng lửa, gió cấp 2 được quạt gió cấp 2 (FDF)
thổi vào buồng đốt cho quá trình cháy của lò. Sản phẩm cháy sinh nhiệt, khói và tro xỉ.


5

Hình 1.2. Chu trình nhiệt trong nhà máy nhiệt điện


6
Tro xỉ được làm nguội trong phễu tro lạnh, đông đặc thải ra ngoài dưới dạng xỉ
khô. Những hạt tro xỉ bị cuốn theo dòng khói đi qua bộ khử bụi ESP bị tách ra và giữ
lại, chỉ còn khói thải được xử lý tại FGD và ra ngoài theo đường ống khói.
Nước cấp từ bộ hâm, được gia nhiệt rồi đưa vào bao hơi. Sau đó nước sẽ đi
xuống theo các ống xuống, qua ống góp dưới rồi đi lên theo dàn ống sinh hơi nhận
nhiệt, trong các dàn ống này nước nhận nhiệt từ quá trình đốt trong buồng đốt biến

thành hơi tạo thành hỗn hợp nước và hơi, rồi lại trở về bao hơi. Ở đây, hơi được
tách ra thành hơi bão hoà. Phần nước còn lại chưa hóa hơi tiếp tục trở về dàn ống
xuống cùng với nước cấp tạo thành vòng tuần hoàn tự nhiên. Hơi bão hòa được dẫn
qua các bộ quá nhiệt thành hơi quá nhiệt, đảm bảo ở nhiệt độ (538C), áp suất
(16,67 MPa) vào tuabin cao áp để sinh công lần thứ nhất. Sau đó lại được đưa vào
bộ gia nhiệt rồi lại tiếp tục được đưa vào tuabin trung áp (t = 538C, p = 40,11
MPa) để sinh công lần thứ 2. Từ tuabin trung áp hơi được dẫn thẳng tới tuabin hạ
áp để sinh công lần cuối.
Hơi sau khi đã sinh công từ tuabin hạ áp sẽ được đưa xuống bình ngưng để
ngưng trở lại thành nước. Bình ngưng có hệ thống nước làm mát tuần hoàn
(CCCW), làm hơi được ngưng tụ. Sau đó nước từ bình ngưng sẽ được hệ thống
bơm ngưng, bơm tới các bình gia nhiệt hạ áp LP1, LP2, LP3. Tại đây nước sẽ được
làm nóng lên bởi hơi trích ra từ tuabin hạ áp. Sau khi ra khỏi các bình gia nhiệt hạ
áp nước được đưa tới bình khử khí để khử hết các bọt khí có lẫn trong nước. Qua
hệ thống bơm cấp, nước được tiếp tục đưa tới các bình gia nhiệt cao áp HP5, HP6,
HP7 sẽ tiếp tục được nâng nhiệt độ bởi hơi trích ra từ các tuabin cao áp rồi đưa tới
bộ hâm.
Hơi bão hòa vào tuabin, làm quay turbine. Turbine làm quay máy phát và được
kích thích bởi dòng điện kích từ sẽ sản sinh ra điện. Điện áp phát ra đầu cực máy phát
điện sẽ được đưa vào biến áp đưa lên mức điện áp thích hợp rồi đấu nối vào lưới điện
quốc gia tại trạm điện.
Nhà máy nhiệt điện thực hiện quá trình chuyển nhiệt năng từ quá trình đốt nhiên
liệu với môi trường truyền dẫn là hơi nước và biến thành cơ năng tại turbine (quay
turbine và máy phát). Cơ năng biến thành năng lượng điện trong máy phát.


7
1.2. Hệ thống cấp than nghiền vào vòi đốt của lò hơi

Hình 1.3. Hệ thống cấp than nghiền

Than là nguyên liệu sử dụng chính cho quá trình cháy trong lò hơi nhà máy nhiệt
điện chạy than. Than được nghiền trước khi thổi vào buồng đốt và phải đảm bảo các
tiêu chuẩn đặt ra để quá trình cháy là tối ưu:
- Độ ẩm của than
- Tro chứa trong than
- Nhiệt trị của than
- Độ mịn của than
Một hệ thống than nghiền được minh họa trong hình 1.3. Đây là hệ thống hiện
nay được dùng rất phổ biến. Phụ thuộc vào loại máy nghiền được sử dụng, mỗi máy
nghiền sẽ cấp than cho một số vòi đốt nhất định.
Một hệ thống cấp nhiên liệu than nghiền gồm các phần tử sau:
- Máy cấp than (Coal feeder)
- Máy nghiền và bộ phân ly (Pulverizer and classifier)
- Gió cấp 1 vận chuyển than vào vòi đốt


8
Than thô được vận chuyển bằng tàu biển, được bốc dỡ bởi cẩu trục (Ship
unloading). Than được hệ thống băng tải (Coal conveyor system) vận chuyển vào kho
than. Than trong kho được đồng nhất bởi máy đánh đống và phá đống, sau đó theo
băng tải đưa vào phểu than của máy cấp than.
Máy cấp than cấp than vào thùng nghiền máy đảm bảo than trong thùng nghiền
luôn ở một mức cố định đặt trước. Than sẽ được máy nghiền nghiền mịn trong thùng
nghiền. Kích thước than đạt yêu cầu cỡ vài µm. Than sau khi nghiền sẽ đi qua bộ phân
ly của máy nghiền đảm bảo đạt độ mịn yêu cầu trước khi đi vào vòi đốt. Quạt gió cấp
1 PAF (Primary air fan) cung cấp gió cấp 1, đi theo 2 đường ống, 1 đường đi thẳng gọi
là đường gió lạnh và 1 đường đi qua hệ thống gia nhiệt (Airheater) gọi là đường gió
nóng. Sau đó gió từ 2 đường được điều chỉnh lưu lượng thích hợp đi chung vào một
đường đảm bảo nhiệt độ yêu cầu và đi vào máy nghiền. Than nghiền mịn từ máy
nghiền sẽ được gió vận chuyển tới vòi đốt của lò hơi.

Hình 1.4. Vị trí lắp đặt hệ thống cấp than nghiền


9
1.3. Thiết bị trường
Hệ thống điều khiển điều khiển nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt tương đối
phức tạp, nhưng chúng dựa trên ba thành phần cơ bản là thiết bị đo, thiết bị chấp hành
và thiết bị điều khiển (FCS). Chức năng của mỗi thành phần hệ thống và quan hệ của
chúng được thể hiện một cách trực quan với sơ đồ hình

Hình 1.5. Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điều khiển phản hồi
Sau đây giới thiệu về các thiết bị đo, thiết bị chấp hành thường được sử dụng
trong hệ thống điều khiển điều khiển nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt.
1.3.1. Thiết bị đo
Một thiết bị đo quá trình có nhiệm vụ cung cấp thông tin về diễn biến của quá
trình kỹ thuật và cho đầu ra là một tín hiệu chuẩn. Cấu trúc cơ bản của một thiết bị đo
quá trình được minh hoạ như trên hình 1.6. Thành phần cốt lỏi của thiết bị đo là cảm
biến. Cảm biến (Sensor) có chức năng biến đổi một đại lượng vật lý (nhiệt độ, áp suất,
mức, lưu lương…) sang tín hiệu điện hoặc khí nén. Tín hiệu từ cảm biến sẽ được
khuếch đại, chuyển đổi, lọc nhiểu và điều chỉnh dải, bù sai lệch và tuyến tính hóa bởi
bộ chuyển đổ chuẩn đo chuẩn (Transmitter). Đầu ra của bộ transmitter thường là tín
hiệu điện 4-20mA.

Hình 1.6. Cấu trúc một thiết bị đo


10
Nhà máy nhiệt điện thường sử dụng loại thiết bị đo có cảm biến đo áp suất, lưu
lượng và mức của môi chất (khí, gió và chất lỏng) theo phương pháp chênh áp như

dòng EJX, EJA của Yokogawa, dòng 3051 của Rosemount, dòng SITRANS P DS
III của Siemens … Để đo nhiệt độ thông thường sử dụng các thiết bị đo loại RTD
(Resistance Temperature Detectors) hoặc cặp nhiệt TC (Thermocouples).
Kết nối giữa thiết bị đo và hệ thống điều khiển

Hình 1.7. Cách đấu nối thiết bị đo chênh áp với hệ thống điều khiển
1.3.2. Tấm chắn (Damper)
Để điều khiển lưu lượng gió cấp vào máy nghiền người ta sẽ dùng cơ cấu điều
khiển tấm chắn có gồm các thành phần tấm chắn và bộ điều khiên tấm chắn. bộ điều
khiển tấm chắn gồm một bộ điều khiển vị trí (Positioner) như bộ điều khiển sipart của
Siemens, TZID của ABB, DVC6200 của Fisher… với các cơ cấu khí nén, thủy lực xi
lanh-piston hoặc động cơ. Độ mở của tấm chắn tỉ lệ với tín hiệu đặt xuống bộ điều
khiển với tín hiệu điều khiển 4-20 mA.

Hình 1.8. Cơ cấu điều khiển lưu lượng gió bằng tấm chắn


11

Hình 1.9. Bộ điều khiển van Auma

Hình 1.10. Đường đặc tính tấm chắn [5,tr.211]
1.3.3. Máy cấp than
Nguyên lý: Động cơ dẫn động máy cấp than nguyên có thể thay đổi tốc độ bằng
bộ biến tần và điều chỉnh tải theo sự thay đổi mức than của máy nghiền. khi yêu cầu
tải tăng lên thì tốc độ máy cấp phải điều chỉnh tăng lên để đáp ứng lượng than yêu cầu.


12
Có 2 loại máy cấp than, máy cấp than thể tích và máy cấp than trọng lượng.

Máy cấp than thể tích (Volummetric feeder) là loại lượng than cấp tới máy
nghiền được xác định bởi thể tích than. Khi tốc độ cấp tăng lên thì thể tích than được
cấp tăng lên. Nhược điểm của loại này là khi trọng lượng than thay đổi thì cùng một
thể tích xác định thì khối lượng than cấp vào máy nghiền thay đổi là thay đổi năng
lượng hóa năng đưa vào buồng đốt.
Máy cấp than trọng lượng (Gravimetric feeder) là loại lượng than cấp tới máy
nghiền đựa trên khối lượng than cấp. khi trọng lượng than thay đổi thì thiết bị trọng
lượng sẽ điều chỉnh vị trí thạnh điều chỉnh vị trí của thanh điều chỉnh mức than để duy
trì mức than chuẩn. Ưu điểm chính của máy cấp than trọng lượng so với máy câp than
thể tích là nó bù được sự thay đổi về độ ẩm của than.
Hiện nay các nhà máy nhiệt điện đều sử dụng loại máy cấp than trọng lượng của
các hãng như Stock Equipment Company, Schenck process, Siemens…

Hình 1.11. Máy cấp than

Hình 1.12. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển máy cấp


13
Loadcell dung để đo tải trọng của than trên băng tải. Loadcell gồm các điện trở
R1, R2,R4 và Strain gauge RT kết nối thành một cầu điện trở Wheatstone. Điện trở
Strain gauge có đặc tính là khi loadcell bị tải trọng tác động lên làm điện trở Strain
gauge biến dạng và gây rat thay đổi điện trở, dẫn tới điện áp đầu ra thay đổi.

Hình 1.13. Mạch cầu Wheatstone tính tải trọng
Bộ encorder dùng để đo tốc độ của băng tải nhờ một máy phát xung đặt tại trục
động cơ. Số xung phát ra tỉ lệ với tốc độ của động cơ. Để điều chỉnh tốc độ động cơ
bằng biến tần. Các tín hiệu tốc độ động cơ từ encorder, loadcell, yêu cầu đặt tải sẽ
được đưa vào bộ điều khiển của máy cấp than (sử dụng thuật toán PID) thay đổi tốc độ
động cơ bằng cách xuất tín hiệu điều khiển tới bộ biến tần

1.3.4. Máy nghiền
Máy nghiền có nhiệm vụ nghiền than thô từ máy cấp đưa xuống thành than bột
với kích thước nhỏ rồi đưa vào vòi đốt. Có ba phương pháp nghiền:
- Phương pháp va chạm: máy nghiền có hệ thống bi, bi chuyển động hỗn loạn rơi
xuống, tung lên trong thùng nghiền. Các viên bi này sẽ va đập vào các hạt than to làm
kích thước của chúng nhỏ dần.
- Phương pháp tiêu hao: than được mài xát và cọ xát trong máy nghiền. Kích
thước than nhỏ dần và đi qua bộ phận phân ly của máy nghiền.
- Phương pháp ép nhỏ: than được nghiền nhỏ giữa trục cán và một mặt phẵng.
Khi bề mặt tiếp xúc nhẵn thì than sẽ được nghiền nhỏ hơn và ngược lại.
Có ba loại máy nghiền sử dụng trong nhà máy nhiệt điện:
Máy nghiền dạng tiêu hao là loại máy nghiền nghiền than theo phương pháp
tiêu hao và có tốc độ cao, được sử dụng ở những ứng dụng nhỏ. Nó có ưu điểm là tiêu
thụ điện năng lớn, chi phí bảo dưỡng cao và yêu cầu kiểm tra hàng năm.


14

Hình 1.14. Máy nghiền loại tiêu hao của hãng Riley Stocker
Máy nghiền kiểu thẵng đứng (Vertical spindle mill) Có hai loại là máy nghiền
kiểu con lăn (Troller mill) và máy nghiền kiểu bi và vòng ổ bi (Ball and race mill).
Đây là loại máy nghiền nghiền than theo phương pháp ép nhỏ. Loại máy nghiền kiểu
con lăn chiếm ưu thế vượt trội và được mong đợi sẽ sử dụng nhiều tại các nhà máy
nhiệt điện lớn trong tương lai. Loại này chi phi bảo dưỡng trung bình hoặc hơn và
công suất thấp. Cần thay thế bề mặt mài mòn của con lăn tần số từ 2-5 năm phụ thuộc
vào đặc tính của than. Xem hình 3.15. Loại máy nghiền kiểu bi và vòng ổ bi được sử
dụng cho các ứng dụng loại nhỏ. Xem hình 3.15

Hình 1.15. Máy nghiền kiểu con lăn và Máy nghiền kiểu bi và vòng ổ bi của hãng
Babcook & Wincox

15
Máy nghiền bi: Đây là loại máy nghiền tốc độ thấp được sử dụng phổ biến ở các
nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam. Ưu điểm là chi phí bảo dưỡng thấp, công suất lớn.
Chu kỳ thay thế các bộ phận mài mòn là 10-15 năm, thay thế bi vài lần/năm. Thùng
nghiền của máy nghiền bi sẽ được nạp rất nhiều loại bi kích cỡ khác nhau, bi chuyển
động trong thùng nghiền bởi lực ly tâm. Than sẽ được nghiền nhỏ theo phương pháp
va chạm. Máy nghiền các hãng Foster wheeler corperation, Babcook & Wincox, Asea
Brown Boverni, Gebr-Pfeiffer…

Hinh 1.16. Máy nghiền bi

Hình 1.17. Mức máy nghiền