Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển phân tán DCS cho nhà máy nhiệt điện na dương

..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Lã Xuân Hiệu

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN
(DCS) CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NA DƯƠNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Hà Nội - Năm 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Lã Xuân Hiệu

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN
(DCS) CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NA DƯƠNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. ĐỖ MẠNH CƯỜNG

Hà Nội - Năm 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan bản luận văn tốt nghiệp: “Nghiên cứu thiết kế hệ thống
điều khiển phân tán (DCS) cho nhà máy nhiệt điện Na Dƣơng” do tôi tự thiết kế
dƣới sự hƣớng dẫn của thầy giáo TS. ĐỖ MẠNH CƢỜNG. Các số liệu sử dụng
trong quá trình thiết kế luận văn đƣợc lấy từ tài liệu tại nhà máy nhiệt điện Na
Dƣơng.
Trong quá trình thiết kế luận văn, tôi chỉ sử dụng những tài liệu đã đƣợc liệt
kê trong phần tài liệu tham khảo. Nếu phát hiện có sử dụng các nguồn tài liệu khác
tơi xin hồn toàn chịu trách nhiệm.

HỌC VIÊN

Lã Xuân Hiệu

1


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................... 1
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................. 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................................. 6
LỜI NĨI ĐẦU.................................................................................................... 9
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN,
ĐẶC TRƢNG CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NA DƢƠNG .......................... 10

1.1. Giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện.........................................................10
1.1.1. Giới thiệu về nhà máy ..............................................................................10
1.1.2. Thông số kĩ thuật nhà máy.......................................................................10
1.2. Quy trình sản xuất nhiệt điện .........................................................................15
1.3. Điều khiển cơng nghệ cho phần chính nhà máy.............................................18
1.3.1. Điều khiển kết hợp gió, nhiên liệu và máy phát ......................................18
1.3.2. Điều khiển gió chính ................................................................................19
1.3.3. Điều khiển dịng nhiên liệu và điều chỉnh lƣợng than cấp ......................21
1.3.4. Điều khiển áp suất hơi chính ...................................................................22
1.3.5. Điều khiển nhiệt độ đầu ra của máy nghiền PF .......................................24
1.3.6. Điều khiển lƣu lƣợng máy nghiền PF ......................................................24
1.3.7. Điều khiển áp suất buồng đốt ..................................................................25
1.3.8. Điều khiển gió sơ cấp ..............................................................................26
1.3.9. Điều khiển nhiệt độ nóng và lạnh ............................................................26
1.3.10. Điều khiển nhiệt độ nóng sơ cấp ...........................................................27
1.3.11. Điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt ..........................................................28
1.3.12. Điều khiển nhiệt độ bộ gia nhiệt bổ sung ..............................................29
1.3.13. Điều khiển các van cánh hƣớng .............................................................30
1.3.14. Điều khiển áp suất dầu cháy ..................................................................31
1.3.15. Điều khiển tốc độ tuabin ........................................................................31
1.3.16. Điều khiển bình ngƣng/mức bình ngƣng ...............................................32
2


1.3.17. Điều khiển mức nƣớc bình thử khí ........................................................32
1.3.18. Điều khiển bộ hâm nƣớc cấp thấp áp LP ...............................................33
1.3.19. Điều khiển bộ hâm nƣớc cấp cao áp HP ................................................33
1.3.20. Vòng điều khiển hệ thống phụ cho Tuabin............................................34
1.3.21. Điều khiển mực nƣớc bao hơi ...............................................................34
CHƢƠNG 2: LỰA CHỌN GIẢI PHÁP, CẤU HÌNH HỆ THỐNG DCS .......... 36

2.1. Cấu trúc hệ thống điều khiển phân tán ...........................................................36
2.2. Chức năng của hệ DCS...................................................................................38
2.3. Hệ thống DCS CS 3000 của Yokogawa .........................................................38
2.3.1. Cấp quản lý nhà máy ...............................................................................38
2.3.2. Cấp giám sát - chỉ huy .............................................................................39
2.3.3. Cấp điều khiển .........................................................................................40
2.4. Hệ thống mạng của CS 3000 ..........................................................................41
2.5. Tìm hiểu về phần mềm CS3000 - Yokogawa ................................................43
2.5.1. Tổng quan về System View .....................................................................43
2.5.2. Khởi động System View ..........................................................................43
2.5.3. Khởi tạo Project ......................................................................................45
CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG, MÔ PHỎNG CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
CHO HỆ DCS .................................................................................................. 49
3.1. Điều khiển quá trình .......................................................................................49
3.1.1. Điều khiển quá trình ................................................................................49
3.1.2. Các đặc trƣng của quá trình .....................................................................50
3.1.3. Phƣơng pháp nhận dạng đối tƣợng ..........................................................52
3.2. Sách lƣợc điều chỉnh ......................................................................................54
3.2.1. Khái niệm về sách lƣợc điều chỉnh ..........................................................54
3.2.2. Điều khiển phản hồi - Feedback ..............................................................54
3.2.3. Điều khiển truyền thẳng - Feedforward ...................................................56
3.3. Phƣơng pháp chỉnh định .................................................................................60
3


3.3.1. Phƣơng pháp đáp ứng bậc thang..............................................................61
3.3.2. Phƣơng pháp dựa trên đặc tính dao động tới hạn ....................................62
3.4. Cơng cụ thực hiện - phần mềm CS 3000........................................................63
3.4.1. Phần mềm Graphics Builder ....................................................................63
3.4.2. Phần mềm Control Drawing ....................................................................64

CHƢƠNG 4: XÂY DỰNG GIAO DIỆN VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG KHĨI
GIĨ .................................................................................................................. 70
4.1.Tìm hiểu chung về cơng nghệ đối với hệ thống gió ........................................70
4.1.1. Nghiên cứu tổng quan hệ thống khói gió ................................................70
4.1.2. Vai trị của gió trong hệ thống điều khiển phụ tải nhiệt ..........................72
4.2. Các phƣơng pháp điều khiển lƣu lƣợng gió ...................................................76
4.2.1. Điều khiển lƣu lƣợng gió bằng độ mở cánh hƣớng Damper ...................76
4.2.2. Điều khiển bằng cách thay đổi tốc độ quạt ..............................................76
4.2.3. Điều khiển phối hợp cả hai phƣơng pháp trên .........................................77
4.3. Thiết kế vòng điều chỉnh cho hệ thống khói gió ............................................77
4.3.1. Điều khiển nhiệt độ gió cấp 1 ..................................................................78
4.3.2. Điều khiển lƣu lƣợng gió cấp 1 ...............................................................81
4.4. Tiến hành chạy mô phỏng phần mềm ............................................................83
KẾT LUẬN ...................................................................................................... 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 88
PHỤ LỤC ......................................................................................................... 89

4


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Thông số Tuabin............................................................................... 10
Bảng 1.2: Thơng số hơi của các cửa trích: ........................................................ 11
Bảng 1.3: Thông số máy phát ........................................................................... 11
Bảng 1.4: Thông số kĩ thuật của lị ................................................................... 11
Bảng 1.5: Thơng số về hơi ................................................................................ 12
Bảng 1.6: Thông số về nhiệt độ ........................................................................ 12
Bảng 1.7: Thông số về lƣu lƣợng mong muốn .................................................. 13
Bảng 1.8: Quạt gió sơ cấp ................................................................................. 13
Bảng 1.9: Quạt gió thứ cấp ............................................................................... 14

Bảng 1.10: Quạt khói ........................................................................................ 14
Bảng 3.1: Xác định các tham số PID ................................................................ 61
Bảng 3.2: Lựa chọn kiểu bộ điều khiển ............................................................. 63
Bảng 4.1: Các dải tín hiệu trong vịng điều chỉnh ............................................. 84
Bảng 4.2. Các thông số của bộ điều khiển (ta chọn mặc định) .......................... 84

5


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Quy trình sản xuất nhiệt điện ............................................................ 15
Hình 1.2: Sơ đồ tổng quan hệ thống cung cấp nhiên liệu tới các vòi đốt ........... 16
Hình 1.3: Sơ đồ tổng quan chu trình cháy ......................................................... 17
Hình 1.4: Chu trình nhiệt tổng quát .................................................................. 18
Hình 1.5: Điều khiển kết hợp gió, nhiên liệu và máy phát ................................ 18
Hình 1.6: Điều khiển gió chính ......................................................................... 20
Hình 1.7: Vịng điều khiển lƣu lƣợng - nhiên liệu ............................................. 21
Hình 1.8: Sơ đồ mạch điều khiển lị hơi ............................................................ 23
Hình 1.9: Vịng điều khiển áp suất chân khơng buồng đốt ................................ 25
Hình 1.10: Vịng điều khiển nhiệt độ hơi q nhiệt ........................................... 28
Hình 1.11: Điều khiển van cánh hƣớng ............................................................. 30
Hình 1.12: Điều khiển mức nƣớc bao hơi ......................................................... 35
Hình 2.1: Sơ đồ phân cấp hệ thống tự động hóa q trình sản xuất ................... 36
Hình 2.2: Mơ hình cấu trúc hệ điều khiển phân tán ........................................... 36
Hình 2.3: Trạm giám sát, vận hành HIS ............................................................ 39
Hình 2.4: Cấu trúc mạng kết nối FCS với thiết bị trƣờng .................................. 40
Hình 2.5: Cấu trúc hệ thống CS 3000 ............................................................... 42
Hình 2.6: Cửa sổ System View ......................................................................... 43
Hình 2.7: Khởi động System View từ nút [Start] .............................................. 44
Hình 2.8: Trình đơn gọi cửa sổ ......................................................................... 44

Hình 2.9: Cấu trúc Project ................................................................................ 45
Hình 2.10: Hộp thoại Outline ........................................................................... 46
Hình 2.11: Hộp thoại Create New Project ......................................................... 47
Hình 2.12: Hộp thoại tạo FCS........................................................................... 48
Hình 2.13: Hộp thoại tạo HIS ........................................................................... 48
Hình 3.1: Hệ thống làm mát dầu ....................................................................... 49
Hình 3.2: Đồ thị mơ tả thời gian trễ vận chuyển ............................................... 50
6


Hình 3.3: Quá trình xảy ra thời gian trễ vận chuyển ......................................... 51
Hình 3.4: Hệ có yếu tố dung tích ...................................................................... 51
Hình 3.5: Đáp ứng của hệ có yếu tố dung tích .................................................. 51
Hình 3.6: Đáp ứng của hệ tự điều chỉnh (Self - regulation) ............................... 52
Hình 3.7: Quá trình đun nƣớc ........................................................................... 53
Hình 3.8: Đáp ứng quá trình đun nƣớc .............................................................. 53
Hình 3.9: Cấu trúc điều khiển phản hồi ............................................................ 55
Hình 3.10: Ví dụ về điều khiển phản hồi .......................................................... 56
Hình 3.11: Điều khiển FeedForward - Cấu trúc song song ............................... 56
Hình 3.12: Điều khiển FeedForward - Cấu trúc nối tiếp.................................... 57
Hình 3.13: Điều khiển bộ hâm dầu sử dụng hơi - Cấu trúc Feedforward ........... 57
Hình 3.14: Cấu trúc Feedforward kết hợp điều khiển phản hồi ......................... 58
Hình 3.15: Hệ thống hâm dầu bằng hơi - Cấu trúc điều khiển phản hồi ............ 58
Hình 3.16: Điều khiển tầng - Cấu trúc nối tiếp ................................................. 59
Hình 3.17: Điều khiển tầng - Cấu trúc song song .............................................. 59
Hình 3.18: Hệ thống hâm dầu bằng hơi sử dụng điều khiển tầng ...................... 60
Hình 3.19: Đặc tính qn tính ........................................................................... 62
Hình 3.20: Cấu trúc một Function Block .......................................................... 64
Hình 3.21: Cấu trúc Function Block PID .......................................................... 66
Hình 3.22: Đáp ứng khâu trễ bậc 1 ................................................................... 66

Hình 3.23: Cấu trúc khâu trễ bậc 1 ................................................................... 66
Hình 3.24: Cấu trúc khâu DLAY ...................................................................... 67
Hình 3.25: Đáp ứng khâu DLAY - C ................................................................ 67
Hình 3.26: Function Block - INTEG ................................................................. 68
Hình 3.27: Cấu trúc mơ phỏng một Actuator .................................................... 68
Hình 3.28: Transmitter ..................................................................................... 69
Hình 3.29: Cấu trúc mô phỏng đƣờng ống ........................................................ 69

7


Hình 4.1: Hệ thống khói gió trong lị hơi .......................................................... 71
Hình 4.2: Hệ thống gió cấp 1 ............................................................................ 72
Hình 4.3: Hệ thống gió cấp 2 ............................................................................ 73
Hình 4.4: Sơ đồ tổng quan về hệ thống gió trong nhà máy nhiệt điện ............... 74
Hình 4.5: Sơ đồ tổng quan hệ thống điều khiển gió chính ................................. 75
Hình 4.6: Đặc tính của các loại Damper ........................................................... 76
Hình 4.7: Quan hệ giữa tốc độ quạt so với lƣu lƣợng đầu ra ............................. 77
Hình 4.8: Điều khiển phối hợp Damper và tốc độ quạt ..................................... 77
Hình 4.9: Sơ đồ điều khiển gió cấp 1 ................................................................ 78
Hình 4.10: Sơ đồ khối bộ điều khiển nhiệt độ gió cấp 1 .................................... 80
Hình 4.11: Sơ đồ hệ thống điều khiển tỷ lệ than /gió ........................................ 81
Hình 4.12: Khối điều khiển lƣu lƣợng gió cấp 1 ............................................... 82
Hình 4.13: Giao diện của bộ điều khiển trung tâm ............................................ 84
Hình 4.14: Đồ thị Trend ................................................................................... 85
Hình 4.15: Đồ thị nhiệt độ thực tế của hỗn hợp qua 4 giai đoạn điều khiển ..... 85
Hình 4.16: Đồ thị lƣu lƣợng nhiên liệu và lƣu lƣợng gió qua 4 giai đoạn điều
khiển ................................................................................................................ 86

8

LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp nhu cầu sử dụng điện
của nƣớc ta đang tăng mạnh mẽ qua từng năm. Để đáp ứng nhu cầu đó và đảm bảo
an ninh năng lƣợng quốc gia, cùng với những ƣu điểm về nguồn nguyên liệu sẵn có,
thời gian xây dựng nhanh, hàng loạt các nhà máy nhiệt điện đã đƣợc xây dựng trong
những năm gần đây nhƣ nhà máy nhiệt điện Vũng áng, nhà máy nhiệt điện Vĩnh
tân, nhà máy nhiêt điện Sông hậu, nhà máy nhiệt điện ng bí, nhà máy nhiệt điện
Na dƣơng,…
Hiện nay, trong các nhà máy nhiệt điện, mức độ tự động hóa ngày càng
đƣợc nâng cao. Các nhà máy nhiệt điện luôn yêu cầu một hệ thống điều khiển phân
tán để đảm bảo hoạt đông tin cậy và tối ƣu. Các q trình có thể đƣợc giám sát và
điều khiển hồn tồn từ xa tại phịng điều khiển trung tâm. Nhà máy nhiệt điện Na
Dƣơng đã đƣợc xây dựng và đƣa vào hoạt động trong một thời gian dài, hiện nay đã
đƣợc trang bị một hệ thống DCS, tuy nhiên cần có một hệ thống dùng để mơ phỏng
và huấn luyện cho đội ngũ kỹ thuật, vận hành, bảo dƣỡng và sửa chữa. Xuất phát từ
thực tế đó, tơi đã xin làm luận văn tốt nghiệp với đề tài : “Nghiên cứu thiết kế hệ
thống điều khiển phân tán (DCS) cho nhà máy nhiệt điện Na Dƣơng”.
Luận văn đƣợc thực hiện bao gồm các nội dung sau:
- Tổng quan về công nghệ nhiệt điện đốt than, đặc trung của nhà máy
nhiệt điện Na Dương
- Lựa chọn giải pháp, cấu hình hệ thống DCS
- Xây dựng, mơ phỏng chương trình điều khiển cho hệ DCS
- Thiết kế giao diện
Trong thời gian thiết kế luận văn, tôi đã đƣợc thầy giáo TS. Đỗ Mạnh
Cƣờng hƣớng dẫn tận tình và sự giúp đỡ nhiệt tình của các anh chị tại nhà máy
Nhiệt điện Na Dƣơng. Do kinh nghiệm hạn chế, giới hạn về mặt thời gian và kiến
thức, luận văn này chắc chắn cịn nhiều thiếu thiếu sót. Tơi rất mong nhận đƣợc sự
góp ý của Q thầy cơ và các bạn để luận văn của tơi đƣợc hồn thiện hơn.

9


CHƢƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN, ĐẶC
TRƢNG CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NA DƢƠNG
1.1. Giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện
1.1.1. Giới thiệu về nhà máy
Công ty nhiệt điện Na Dƣơng đặt tại thị trấn Na Dƣơng, huyện Lộc Bình,
tỉnh Lạng Sơn là doanh nghiệp nhà nƣớc hoạch tốn phụ thuộc Tập đồn than khống sản Việt Nam. Nhiệm vụ của công ty là đầu tƣ xây dựng, quản lý, vận hành
nhà máy nhiệt điện Na Dƣơng và bán điện cho Tổng công ty điện lực Việt Nam.
Nhà máy nhiệt điện Na Dƣơng đƣợc thành lập theo quyết định số
172/2003/QĐ-BCN, ngày 24 tháng 10 năm 2003 của Bộ trƣởng Bộ Công nghiệp.
Sau thời gian thi cơng, chạy thử nghiệm, ngày 01/11/2005, nhà máy chính thức
đƣợc nghiệm thu và đƣa vào vận hành thƣơng mại vào ngày 1/11/2005.
Nhà máy sử dụng than khai thác tại mỏ than Na Dƣơng cung cấp cho 2 tổ
máy với công suất phát thô mỗi tổ là 55,6MW/1 tổ. Điện sản xuất ra từ nhà máy
đƣợc hòa vào lƣới điện quốc gia theo 3 tuyến: Lạng Sơn 1, Lạng Sơn 2, Tiên Yên
(Quảng Ninh), một phần điện sản xuất ra đƣợc sử dụng làm điện tự dùng.
1.1.2. Thông số kĩ thuật nhà máy
Nhà máy gồm 2 tổ máy, với thông số kĩ thuật chính mỗi tổ nhƣ sau:
Bảng 1.1: Thơng số Tuabin
- Kiểu

Ngƣng hơi một thân

- Công suất định mức

55,6 MW

- Áp lực hơi tại đầu vào

126 kg/cm2

- Nhiệt độ hơi tại đầu vào

5350C

- Tốc độ

3000 vòng/phút

- Chiều quay

Theo chiều kim đồng hồ (nhìn từ phía
máy phát).

- Số tầng cánh

40 tầng cánh phản lực.

- Lƣợng nƣớc làm mát đi qua bình
ngƣng là 8100 m3/h với nhiệt độ đầu vào
23330C.
Tuabin gồm 5 cửa trích để gia nhiệt nƣớc ngƣng, nƣớc cấp qua các bình gia
nhiệt hạ áp, khử khí và các bình gia nhiệt cao áp. Các thông số hơi của các cửa
trích:

10

Bảng 1.2: Thơng số hơi của các cửa trích:
+ Cửa trích số 1

27,4 kg/cm2.

+ Cửa trích số 2

15,4 kg/cm2.

+ Cửa trích số 3

6,5 kg/cm2.

+ Cửa trích số 4

2,8 kg/cm2.

+ Cửa trích số 5

1,0 kg/cm2.

+ Áp suất hơi thốt

0,09 kg/cm2.
Bảng 1.3: Thơng số máy phát

- Kiểu

GTLRI494/58-2.

- Cơng suất tồn phần

65420kVA

- Cơng suất hữu công

55600kW

- Điện áp đầu cực Stato

11000V  5%

- Dịng điện Stato

3434A

- Điện áp kích thích (Roto)

290V

- Dịng điện kích thích (Roto)

935A

- Cấp cách điện

F

- Số pha

3

- Hệ số cơng suất (cos)

0.85

- Tần số (Hz)

50Hz

- Tốc độ quay

3000 vịng/phút

- Mô men bánh đà

4600kgm2 (giá trị thiết kế)

- Số cực

2

- Nhiệt độ khí làm mát

480C

- Nhiệt độ nƣớc làm mát

400C

- Độ tăng nhiệt độ Stato

77 K do ETD

- Độ tăng nhiệt độ Roto

72 K do R

- Bộ cấp nhiệt

10.8kW (400V, 3 pha, 50Hz)
Bảng 1.4: Thơng số kĩ thuật của lị

- Kiểu

Tầng sơi tuần hồn, tuần hồn tự nhiên

- Số lƣợng

02
11


- Hơi sau hệ thống quá nhiệt
+ Áp suất
+ Lƣu lƣợng hơi
+ Nhiệt độ
-

Nhiệt độ
Economizer

nƣớc

130 kg/cm2g
540 0C
205 t/H

cấp

đầu

vào 2300C

- Nhiệt độ nƣớc phun giảm ôn

230 0C

- Nhiệt ra

141.5 MWth

- Áp suất thiết kế

152 kg/cm2g

- Nhiệt độ khói ra

1450C

- Hệ thống gió lị

Cân bằng khói gió
Bảng 1.5: Thơng số về hơi
BMCR

55.6M
W
(100%)

41.7MW
(75%)

Lƣu lƣợng hơi chính - t/h

205.0

201.5

151.0

123.0

87.67

Áp suất - kg/cm2G

130.0

129.9

127.7

126.8

125.9

Nhiệt độ - 0C

540.0

540.0

540.0

530.0

500.0

Áp suất nƣớc cấp - kg/cm2G

147.5

147.0

139.1

135.7

132.4

Nhiệt độ nƣớc cấp - 0C

223.5

222.7

209.5

200.0

184.3

Lƣu lƣợng nƣớc giảm ôn - t/h

9.23

9.10

6.82

5.56

3.95

Áp suất nƣớc giảm ôn - kg/cm2G

150.9

150.4

142.5

139.1

135.8

Nhiệt độ nƣớc giảm ôn - 0C

223.5

222.7

209.5

200.0

184.3

CÔNG SUẤT

33.36M
W
(60%)

22.24MW
(40%)

Bảng 1.6: Thơng số về nhiệt độ
CƠNG SUẤT

BMCR

55.6M
(100%)

41.7MW
(75%)

33.36MW
(60%)

22.24MW
(40%)

KHĨI
Nhiệt độ khói ra khỏi lò - 0C

880

880

840

805

730

Ra khỏi Cyclone - 0C

865

865

815

775

690

Qua bộ quá nhiệt cấp III - 0C

670

670

625

595

540

Qua bộ quá nhiệt cấp II - 0C

470

470

440

420

400

Sau bộ Economizer - 0C

280

275

255

240

220

12


Sau khi qua bộ sấy khí - 0C

145

140

130

125

125

Trong nồi hơi - 0C

337

337

333

331

330

Đầu ra bộ quá nhiệt sơ cấp - 0C

420

420

412

405

400

Primary De-Superheater Outlet 400
0
C

400

395

390

380

Đầu ra bộ quá nhiệt thứ cấp - 0C

480

480

485

480

465

Secondary De-Superheater Outlet 465
0
C

465

470

465

445

Đầu ra bộ quá nhiệt cấp III - 0C

540

540

540

530

500

Trƣớc bộ Economizer - 0C

223

223

210

200

184

Sau bộ economizer - 0C

290

290

275

264

255

220

215

205

195

185

220

215

205

195

185

HƠI

NƢỚC CẤP

GIĨ SƠ CẤP
Sau bộ sấy khí - 0C
GIĨ THỨ CẤP
Sau bộ sấy khí - 0C

Bảng 1.7: Thơng số về lưu lượng mong muốn
BMCR

CƠNG SUẤT

55.6MW
(100%)

41.7MW
(75%)

33.36MW
(60%)

22.24MW
(40%)

Nhiên liệu t/h

36.4

35.7

27.5

22.7

16.9

Đá vơi t/h

14.8

13.9

11.2

10.5

9.7

Bụi t/h

23.3

22.5

17.7

15.4

12.6

Gió đốt kNm3/h

181.6

178.3

136.6

112.3

93.6

Thơng số về quạt sơ cấp, thứ cấp, quạt khói
Bảng 1.8: Quạt gió sơ cấp
Nhà chế tạo

EBARA HAMADA BLOWER CO,
LTD.

Số hiệu thiết bị

1/2HLB10AN001

Nhiệt độ khí vào

2737 0C.

Độ ẩm

80%.

Áp suất đầu vào

-50mmAg.
13


Áp suất đầu ra

2200mmAg.

Lƣu lƣợng khí vào

2350 m3/phút.

Tốc độ

1480 v/phút.

Hiệu suất

77,5%.

Động cơ

1150kW-4P-50Hz.

Dầu bôi trơn gối trục

ISO VG32

Nƣớc làm mát gối trục

20l/phút/quạt.

Áp lực nƣớc làm mát

45kg/cm2

Nhiệt độ nƣớc làm mát

<35 0C
Bảng 1.9: Quạt gió thứ cấp

Nhà chế tạo

EBARA HAMADA BLOWER CO.,
LTD

Số hiệu thiết bị

1/2HLB20AN001

Nhiệt độ khí vào

2737 0C.

Độ ẩm

80%.

Áp suất đầu vào

-50mmAg

Áp suất đầu ra

1250mmAg.

Lƣu lƣợng khí vào

1920 m3/phút.

Tốc độ

1480 v/phút.

Hiệu suất

79,1%.

Động cơ

550kW-4P-50Hz.

Dầu bôi trơn gối trục

ISO VG32

Nƣớc làm mát gối trục

20l/phút/quạt.

Áp lực nƣớc làm mát

4  5kg/cm2

Nhiệt độ nƣớc làm mát

<35 0C
Bảng 1.10: Quạt khói

Nhà chế tạo

EBARA HAMADA BLOWER CO.,
LTD.

Số thiết bị

1/2HCL10AN001

Nhiệt độ khí vào

1451550C

Độ ẩm

0%.
14

Áp suất đầu vào

-390mmAg.

Áp suất đầu ra

30mmAg.

Lƣu lƣợng khí vào

6810 m3/phút.

Tốc độ

1480 v/phút.

Động cơ

680kW-4P-50Hz.

Dầu bôi trơn gối trục

ISO VG32

Nƣớc làm mát gối trục

20l/phút/quạt.

Áp lực nƣớc làm mát

4  5kg/cm2

Nhiệt độ nƣớc làm mát

< 35 0C

1.2. Quy trình sản xuất nhiệt điện

Hình 1.1: Quy trình sản xuất nhiệt điện
Hiện nay, nguồn điện năng của nƣớc ta chủ yếu đƣợc sản xuất từ 2 nguồn:
Thủy điện và nhiệt điện, trong đó cơng suất phát của thủy điện chiếm tỷ lệ lớn hơn.
Tuy nhiên, với tốc độ phát triển ngày nhanh của nền kinh tế nƣớc ta kéo theo tình
trạng thiếu điện ngày càng trầm trọng thì việc xây dựng các nhà máy nhiệt điện là
một giải pháp hợp lý. Thời gian xây dựng các nhà máy nhiệt điện nhanh, không ảnh
hƣởng nhiều tới dân cƣ khu vực xây dựng nhà máy và hệ thống thủy lợi nhƣ các
nhà máy thủy điện.
Nhà máy nhiệt điện hoạt động trên nguyên lý chuyển đổi từ nhiệt năng có
đƣợc từ q trình đốt cháy nhiên liệu sang cơ năng quay của tuabin và từ cơ năng
quay chuyển thành điện năng phát lên lƣới.

15


Nhiên liệu
Đối với nhà máy nhiệt điện Na Dƣơng, sử dụng cơng nghệ lị hơi tầng sơi
tuần hồn, nhiên liệu không cần thiết phải nghiền nhỏ. Than sau khi đƣợc khai thác
từ mỏ sẽ đƣợc nghiền thô và vận chuyển vào kho nhiên liệu của nhà máy. Than
đƣợc các băng tải vận chuyển lên 4 bunker chứa than của nhà máy. Từ 4 bunker này

than đƣợc cấp vào buồng đốt thơng qua các trục vit có tốc độ điều khiển đƣợc.
Trong trƣờng hợp khởi động hay nhiệt độ buồng đốt quá thập, hệ thống khởi
động các vòi đốt dầu sử dụng dầu nặng FO (Startup burner). Dầu FO đƣợc mua về
nhà máy, cất giữ trong 2 tank dầu, từ các tank này dầu FO đƣợc đƣa qua hệ thống
sấy điện, hệ thống sấy hơi trƣớc khi đƣợc cấp vào lị.

Hình 1.2: Sơ đồ tổng quan hệ thống cung cấp nhiên liệu tới các vịi đốt
Khơng khí
Khơng khí đƣợc cấp vào buồng đốt thơng qua 2 hệ thống: Hệ thống gió sơ
cấp (PA) và hệ thống gió thứ cấp (SA). Các hệ thống gió này sử dụng quạt ly tâm
để hút gió từ mơi trƣờng cho qua 2 hệ thống sấy: Hệ thống sấy sử dụng hơi và hệ
thống sấy sử dụng khói lị. Mục đích chính của gió sơ cấp là tạo tầng, của gió thứ
cấp là thực hiện quá trình đốt cháy hồn tồn.
Q trình cháy
Hệ thống gió sơ cấp đƣa vào hộp gió, từ đây gió sơ cấp đƣợc đƣa vào phần
đáy của lò nhờ các vòi phun dạng mũi tên. Gió sơ cấp từ hộp gió sẽ thổi hỗn hợp
các hạt rắn trong lò bay lên, ở trạng thái lơ lửng. Hỗn hợp rắn sẽ bị đốt cháy ở trạng
thái này bởi gió thứ cấp và một phần sơ cấp. Hỗn hợp này sau khi cháy đƣợc sẽ
đƣợc hút ra ngoài nhờ một quạt hút đặt ở sau hệ thống lọc bụi tĩnh điện.
16


Khi ra khỏi buồng đốt, do sự đổi hƣớng của dịng khí, các hạt nặng (Bao
gồm: than chƣa cháy hết, đá vôi chƣa phản ứng) sẽ bị rơi xuống, đƣợc hệ thống quạt
cao áp thổi trở lại lò.
Phần còn lại của luồng khói đƣợc hút qua phần đi lị. Trong phần đi lị,
khói có nhiệt độ cao lần lƣợt đi qua, thực hiện trao đổi nhiệt với các hệ thống quá
nhiệt cấp I, cấp III, qua hệ thống hâm nƣớc, hệ thống sấy khí. Khi ra khỏi hệ thống
sấy khí, khói đƣợc đƣa qua hệ thống lọc bụi tĩnh điện trƣớc khi đƣợc quạt hút hút ra
ngồi qua ống khói nhà máy.

Hình 1.3: Sơ đồ tổng quan chu trình cháy
Chu trình nhiệt trong nhà máy
Nƣớc từ bao hơi đi xuống các đƣờng ống đƣợc bố trí xung quanh thành lị,
nƣớc sẽ nhận nhiệt năng từ quá trình đốt cháy nhiên liệu trong lò và trở thành hỗn
hợp hơi nƣớc, hỗn hợp này đƣợc đƣa trở lại bao hơi.
Từ bao hơi, hơi nƣớc bão hịa đƣợc dẫn qua bộ lọc khơ và bộ điều chỉnh hơi
quá nhiệt để đảm bảo nhiệt độ, áp suất trƣớc khi đƣợc đƣa vào tuabin cao áp để sinh
công. Sau khi đã sinh công từ tuabin, hơi đƣợc đƣa xuống bình ngƣng để ngƣng trở
lại thành nƣớc. Bình ngƣng có hệ thống nƣớc làm mát tuần hồn, và hệ thống hút
chân khơng làm cho hơi nƣớc đƣợc ngƣng tụ nhanh chóng. Sau đó nƣớc từ bình
ngƣng sẽ đƣợc một hệ thống bơm ngƣng bơm tới các bình khử khí để khử hết các
bọt khí có lẫn trong nƣớc. Nƣớc cấp đƣợc đƣa qua các bình gia nhiệt hạ áp (LP
Heater). Nƣớc trong các bình này sẽ đƣợc gia nhiệt nhờ hơi trích từ tuabin hạ áp.
Sau khi rời khỏi hệ thống gia nhiệt hạ áp, nƣớc tiếp tục đƣợc đƣa tới các bình gia
nhiệt cao áp (HP Heater) để gia nhiệt bởi hơi chích ra từ tuabin cao áp. Sau đó,
nƣớc đƣợc đƣa qua hệ thống hâm nƣớc đặt tại đi lị trƣớc khi đƣa vào bao hơi.
17


Hình 1.4: Chu trình nhiệt tổng qt
1.3. Điều khiển cơng nghệ cho phần chính nhà máy
1.3.1. Điều khiển kết hợp gió, nhiên liệu và máy phát

Hình 1.5: Điều khiển kết hợp gió, nhiên liệu và máy phát
1. Chức năng vịng điều khiển
Một tín hiệu yêu cầu sẽ tạo ra các tín hiệu điều khiển tƣơng ứng để điều
khiển gió, nhiên liệu và tải đầu ra MW. Các nhu cầu sẽ đƣợc điều chỉnh tùy theo
yêu cầu cần số và lƣợng ôxi. Áp suất TSV và các thay đổi MW và sự cân bằng đầu
ra các máy nghiền PF (xem hình 1.5 )

18


2. Tính chất vịng điều khiển
a. Thiết kế vịng điều khiển
Vịng điều khiển gồm lƣợng đặt chính là phụ tải MW, từ đó tính ra lƣợng
nhiên liệu u cầu qua bộ điều khiển tỉ lệ ta tính đƣợc gió tỉ lệ với lƣợng nhiên liệu.
Đo lƣờng tải đầu ra của máy phát, đo lƣờng lƣu lƣợng hơi và áp suất để điều khiển
tuabin
b. Chiếm quyền và giới hạn
Các lệnh ƣu tiên cho bảo vệ hệ thống sẽ tác động khi các giới hạn đặt bị vƣợt
qua
3. Đo lƣờng quá tải
Các thao tác đo lƣờng nhân đôi để giám sát độ lệch thơng qua các biến q
trình hệ thống điều khiển phối hợp là:
- Tần số của hệ thống
- Tải đầu ra MW
- Tải suất TSV trƣớc và sau
- Áp suất đầu ra của tuabin
Cơ cấu chấp hành: Van cánh hƣớng của tuabin, máy nghiền và quạt gió
4. Các yêu cầu cho điều khiển phối hợp chung báo động
a. Các cảnh báo, báo động sẽ xảy ra khi:
- Giảm tải của lị hơi và tuabin
- Giới hạn cơng suất của máy
- Thay đổi công xuất tự động
b. Các điều khiện tuần tự
Các tín hiệu cho điều khiển tuần tự đƣợc ứng dụng trong các trƣờng hợp sau:
- Thay đổi chế độ hoạt động
- Giảm tải tuabin hoặc lò hơi
5. Giao diện đồ họa điều khiển

Các giao diện đồ họa sẽ đƣợc hiển thị trên màn hình vận hành để có thể thay
đổi các thông số và giám sát hoạt động của q trình
1.3.2. Điều khiển gió chính
Mơ tả dƣới đây chỉ cho phƣơng pháp đốt lò trực tiếp hoặc bán trực tiếp. Nếu
dùng phƣơng pháp đốt lị giám tiếp thì cần điều chỉnh thích hợp với nhà máy
1. Chức năng phịng điều khiển
Sử dụng một vòng điều khiển cháy để duy trì luồng gió từ giá trị nhỏ nhất tới
giá trị lớn nhất (giá trị quá tải lò hơi). Cấu trúc điều khiển đƣợc trình bầy trên hình
1.6
Vịng điều khiển này sẽ đảm bảo đƣợc:
a. Luồng khói cháy sẽ ln lớn hơn luồng khí cháy đƣợc đặt trƣớc nhỏ nhất
19


b. Lƣợng gió đƣợc duy trì phù hợp lƣợng nhiên liệu đặt đƣa vào lò
c. Giá trị “Điều chỉnh năng lƣợng cụ thể” đƣợc cập nhật liên tục để phù hợp
với chất lƣợng của than đƣa vào
d. Duy trù đủ lƣợng gió cháy

Hình 1.6: Điều khiển gió chính
2. Phƣơng pháp vận hành
Gió cháy tới lị hơi đi qua hai quạt FD. Lƣu lƣợng gió cấp một đƣợc đáp ứng
lại nhu cầu gió của máy nghiền than bột
3. Tính chất vịng điều khiển
Nhu cầu tốc độ lƣợng gió phụ thuộc vào nhu cầu gió của lị hơi, quạt gió FD
sẽ điều chỉnh để phù hợp với lƣợng gió yêu cầu
Đối tƣợng điều khiển chính là điều khiển lƣu lƣợng gió cháy trong lò từ giá
trị nhỏ nhất đến giá trị lớn nhất nhằm duy trì chế độ ổn định. Để điều khiển gió và
lƣợng gió và tƣơng ứng là áp suất trong buồng đốt. Các giá trị này đƣợc so sánh với
nhau một cách liên lục và thông báo logic chọn giá trị phù hợp phản hồi cho mạch

điều khiển. Tín hiệu áp suất đƣợc xử lý đƣợc đƣa vào bộ điều khiển gió lị để so
sánh với giá trị đặt. Tín hiệu ra của bộ điều khiển gió lị đƣợc kết hợp cùng tín hiệu
vƣợt trƣớc của quạt gió lị tạo thành tín hiệu điều khiển chính của van dẫn hƣớng
gió và qua đó điều khiển lƣu lƣợng gió và lị cung cấp cho q trình cháy. Tín hiệu
điều khiển gió lị cịn đƣợc nhận thêm tín hiệu bù trƣớc (feedforward) của bộ ngắt
nhiên liệu tự động để bảo vệ an tồn hoạt động của lị
Bộ chọn tín hiệu liên tục so sánh ba tín hiệu đo lƣờng áp suất từ đó chọn lựa
tín hiệu thơng qua phƣơng pháp trung bình để đƣa ra tín hiệu áp suất lị chính xác
nhất để so sánh với giá trị đặt. Tín hiệu bù trƣớc (feedforward) của hệ thống ngắt
20


nhiên liệu đƣợc sử dụng để quay ngƣợc cánh dẫn hƣớng của quạt gió lị nhằm làm
chậm q trình tụt áp suất buồng đốt.
4. Đo lƣờng quá trình
Để nâng cao độ tin cậy khi đo lƣu lƣợng gió cháy địi hỏi phải có ít nhất hai
đầu đo cho mỗi đệm đo (cặp tín hiệu đo). Các đầu đo đảm bảo độ chính xác cao.
Các cặp tín hiệu đo gió cấp 1 đƣợc gửi tới trạm vận hành và sử dụng trong hệ thống
buồng đốt (BMS)
Các tín hiệu đo lƣờng về ôxi cháy cũng đƣợc đo theo cặp để tăng cƣờng độ
tin cậy của các điều kiện cháy. Các tín hiệu trung bình ở mỗi điểm đo phải đƣợc
truyền về cùng với các giám sát về độ chênh lệch giữa các điểm đo
Cơ cấu chấp hành gồm: Quạt gió và cách hƣớng dẫn gió
5. Ghép nối
Bộ phát hiện mức tín hiệu về điều kiện cháy đƣợc ứng dụng cho việc giám
sát các gió tổng và gió cấp một
Hệ thống quản lý buồng đốt đƣợc ghép nối với các tín hiệu yêu cầu để thực
hiện quản lý buồng đốt (BMS)
1.3.3. Điều khiển dịng nhiên liệu và điều chỉnh lượng than cấp

Hình 1.7: Vòng điều khiển lưu lượng - nhiên liệu
Hệ thống điều khiển dòng nhiên liệu và điều chỉnh lƣợng than cấp nếu ở đây
chỉ đúng với máy nghiền PF loại cầu đƣợc trình bầy trên hình 1.7
Chức năng vịng điều khiển
Chức năng vòng điều khiển nhiên liệu để tự động duy trì lƣu lƣợng nhiên
liệu để đáp ứng nhu cầu. Bao gồm cả việc đo lƣờng dòng nhiên liệu từ các máy
nghiền và phối hợp tại giữa các máy nghiền. Điều chỉnh tự động các dòng nhiên
liệu từ mỗi máy nghiền thơng qua điều chỉnh dịng điện sơ cấp
Hệ điều khiển này gồm các điều khiển chiếm quyền và các ghép nối tới hệ
quản lý buồng đốt
21


1. Phƣơng pháp vận hành
Mỗi hệ thống này đƣợc trang bị cho một nhóm máy nghiền với mỗi bộ điều
khiển. Dịng gió PF đƣợc điều khiển bởi các van cánh hƣớng dẫn gió cấp 1 đặt trong
các ỗng dẫn sau khi qua các van cánh hƣớng gió nóng và gió lạnh
2. Tính chất vịng điều khiển
Thiết kế vịng điều khiển
Khi nhu cầu lò hơi thay đổi là nhu cầu dòng nhiên liệu PF của mỗi máy
nghiền thay đổi theo. Do vậy phải đảm bảo tính chất cân bằng lƣu lƣợng giữa máy
nghiền để đảm bảo tổng lƣu lƣợng đầu ra của nhiên liệu theo yêu cầu
Chức năng chiếm quyền và giới hạn
3. Đo lƣờng q trình
Các tín hiệu đo lƣờng dòng nhiên liệu sẽ thực hiện đo theo cặp và có giám
sát về độ lệch để đảm bảo độ tin cậy
Cơ cấu chấp hành là van cánh hƣớng để điều chỉnh lƣu lƣợng gió và cân
bằng định lƣợng cấp than để điều chỉnh lƣu lƣợng nhiên liệu
4. Ghép nối
Sự an tồn tin của q trình cháy cũng nhƣ hiệu quả giám sát và hệ thống

giới hạn phụ thuộc vào độ tin cậy khi đo dòng nhiên liệu tổng chảy vào lị hơi. Hệ
thống BMS sẽ phát tín hiệu tới vịng điều khiển nhiên liệu khi cần thêm nhiên liệu
tại đầu ra của mỗi máy nghiền
Bộ đo mức đƣợc ứng dụng cho việc giám sát dòng nhiên liệu tổng
Hệ thống quản lý buồng đốt (BMS) đƣợc ghép nối với các tín hiệu của máy
nghiền và tải cấp cho lò hơi
1.3.4. Điều khiển áp suất hơi chính
Điều khiển áp xuất hơi chính quan tâm tới những vấn đề sau:
1. Giá trị đặt áp suất hơi chính
Có hai chế độ để đặt giá trị cho áp suất hơi chính: chế độ đặt tự động và chế
độ đặt bằng tay. Trong chế độ đặt bằng tay, áp suất hơi chính sẽ do ngƣời vận hành
đặt theo đặc tính của lị. Ở chế độ tự động, áp suất hơi chính sẽ đƣợc bộ điều khiển
áp suất hơi tính tốn thay đổi trong dải từ áp suất min tới áp suất max
Điểm đặt của áp suất hơi chính sẽ đƣợc chấp nhận để ở chế độ tự động, ngồi
điều kiện đó ra, áp suất hơi chính sẽ đƣợc đặt bằng tay nhƣng phải bám theo áp suất
thực tế của lị hơi chính
2. Tốc độ thay đổi áp suất hơi chính
Giá trị định mức cho tốc độ thay đổi áp suất hơi chính có thể đƣợc lựa chọn
từ giao diện vận hành khi ở chế độ bằng tay. Trong chế độ tự động, tốc độ thay đổi
áp suất sẽ tự động đƣợc thay đổi theo dải áp suất đã đƣợc định trƣớc. Khi đó q
trình điều chỉnh hơi tăng lên hay giảm đi sẽ đƣợc giá trị áp suất đầu ra mong muốn
Giá trị định mức cho tốc độ thay đổi áp suất hơi chính và sau đó giá trị của
bộ hạn chế tốc độ thay đổi áp suất đƣợc so sánh với giá trị đo đƣợc của áp suất hơi
chính để đƣa ra độ sai lệch của áp suất hơi chính
3. Yêu cầu đầu vào điều khiển lò hơi
22


Lệnh đầu vào điều khiển lị hơi chính là tín hiệu để điều khiển lƣợng nhiên
liệu là lƣu lƣợng nhiên liệu và lƣu lƣợng gió cấp vào lị. Chúng đƣợc chọn từ hai tín

hiệu “Generated Power Command + Pressure control” và “ Setting in boiler input
mode”
Chế độ điều khiển theo điểm đặt đầu vào lò hơi "Setting in boiler input
mode" đƣợc lựa chọn theo các điều kiện nhƣ trình bày ở phần trên. Trong chế độ
điều khiển bình thƣờng (chế độ điều khiển phối hợp). Tín hiệu "Generated Power
Command + Pressure control" sẽ đƣợc lựa chọn làm tín hiệu điều khiển với yêu cầu
về tải của máy phát làm cơ sở. Cịn độ sai lệch áp suất hơi chính đƣợc nhận từ giá
trị đầu ra bộ điều khiển áp suất (khâu tỷ lệ tích phân PI) đƣợc dùng làm tín hiệu
phản hồi về độ sai lệch.
Trong chế độ lò vận hành ổn định, điểm đặt về công suất của máy phát sẽ
đƣợc giữ ổn định và tỉ lệ thuận với lƣợng nhiên liệu đƣa vào lò. Nhƣng khi trạng
thái cân bằng bị phá vỡ nhƣ trƣờng hợp thay đổi tải máy phát nó sẽ tác động tới lị
bằng sự thay đổi của áp suất hơi chính. Khi đó lệnh u cầu đầu vào lị hơi sẽ điều
khiển tải lị khơng những đáp ứng theo sự thay đổi của tải máy phát mà cịn điều
khiển để giữ áp suất hơi chính
Trong chế độ lò khởi động và bộ điều khiển nhiên liệu đang ở chế độ bằng
tay (Lò ở chế độ bằng tay) khi đó lệnh u cầu đầu vào lị hơi sẽ bám theo lƣu
lƣợng nhiên liệu thực tế vào lò để chuẩn bị sẵn sàng cho việc chuyển sang chế độ
khác sau đó
Cấu trúc điều khiển đƣợc trình bày trên hình 1.8

Hình 1.8: Sơ đồ mạch điều khiển lị hơi

23