Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP `
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DÂY TRUYỀN
CẤP THAN CHO LÒ HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

NGÀNH : TỰ ĐỘ NG HÓ A
HỌC VIÊN : DƯƠNG MẠNH LINH
NGƯỜI HD KHOA HỌC: PGS.TS VÕ QUANG LẠP
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

THÁI NGUYÊN 2011



THÁI NGUYÊN 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và nghiên cứu.
Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nêu trong phần tài
liệu tham khảo.

Tác giả luận văn

Dương Mạnh Linh


AC Altemating Current
DC Direct Current
EDM Electrocdischarge machining
MCU Machine Control Unit
CPU Central processing Unit
DAC Digital Analog Convert
PM Permanent Motor
VR Variable – Reluctance steper motor
PWM Pulse Width Modulation
PID Proportional Intergal Derivative
FLC Fuzzy Logic Control
MRAFC Model Reference Adaptive Fuzzy Controller
DCS Distributed Control System
LCS Local Control Station
PS Process Station
ES Engineering Station
OS Operator Station
CPU Central Processing Unit,
FCS Field Control Station
RAM Random Access Memory

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


Hình 1.8
Sơ đồ điều khiển nhiên liệu than dùng máy cấp than thể tích
dung lượng lớn
17
Hình 1.9
Hệ thống điều khiển song song than và gió
18
Hình 1.10
Sơ đồ điều khiển tỷ lệ than gió
19
Hình 1.11
Sơ đồ logic bù BTU cho tổng nhiệt năng tỏa ra
20
Hình 1.12
Sơ đồ tổng hợp hệ điều khiển nhiên liệu của lò hơi
22
Hình 2.1
Sơ đồ nguyên lý hệ thống cân băng cảu trạm trộn bê tông
26
Hình 2.2
Sơ đồ đo hệ thống cân băng phối liệu nhiều thành phần
27
Hình 2.3
Sơ đồ khối chức năng của cân băng định lượng
28
Hình 2.4
Sơ đồ nguyên lý đo lường của hệ thống cân băng định lượng
28
Hình 2.5
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống cân than

vòng kín
40
Hình 2.15
Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống điều chỉnh tốc độ
hai mạch vòng kín
41
Hình 2.16
Sơ đồ khối hệ thống truyền động điều chế độ rộng xung một
chiều
42
Hình 2.17
Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi PWM dạng H
43
Hình 2.18
Đồ thị điện áp của bộ biến đổi PWM dạng H
43
Hình 2.19
Sơ đồ khối của mạch tạo xung điều khiển
45
Hình 2.20
Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động cơ KĐB bằng thiết
bị biến tần
46
Hình 2.21
Sơ đồ cấu tạo của thiết bị cân áp lực theo nguyên tắc hiệu
chỉnh bù
48
Hình 2.22
Giới thiệu hình ảnh một số thiết bị đo lực có trong thực tế
48

lượng
61
Hình 4.1
Quan hệ giữ a


và
Hình 4.2
Cấu trúc phương pháp điều khiển thích nghi trực tiếp
67
Hình 4.3
Cấu trúc của phương pháp điều khiển thích nghi gián tiếp
67
Hình 4.4
Điều khiển thích nghi có mô hình theo dõi
68
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình 4.5
Cấu trúc cơ bản của hệ điều khiển mờ hai đầu vào
69
Hình 4.6
Định nghĩa hàm liên thuộc cho các biến vào/ ra
71
Hình 4.7
Luật hợp thành tuyến tính
71

Quan sát tín hiệu vào ra của bộ mờ thích nghi
80
Hình 4.18
Sơ đồ mô phỏng với khâu tích phân mắc đầu vào bộ điều khiển
mờ
80
Hình 4.19
Kết quả mô phỏng với lượng đặt khối lượng là 10
81
Hình 4.20
So sánh khâu khối lượng giữa bộ điều khiển mờ thích nghi và
PID với khâu tích phân mắc đầu vào bộ điều khiển mờ
81
Hình 4.21
Kết quả mô phỏng khâu tốc độ ứng với 2 trường hợp sử dụng
bộ điều khiển mờ thích nghi và PID
82
Hình 4.22
MRAFC điều chỉnh hệ số khuyếch đại đầu ra và hệ số đạo hàm
đầu vào
82
Hình 4.23
Sơ đồ mô phỏng với khâu tích phân mắc đầu vào bộ điều khiển
mờ
83
Hình 4.24
Kết quả mô phỏng với lượng đặt khối lượng là 20
83
Hình 4.25
So sánh khâu khối lượng giữa bộ điều khiển mờ thích nghi và

NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

1.1 Các yêu cầu về nhiên liệu
1
1.1.1. Các yêu cầu về nhiên liệu than
1
1.1.2. Sự trộn nhiên liệu than - dầu, than – nước
2
1.1.3. Các loại thiết bị lò đốt
2
1.2. Hệ thống nghiền và vận chuyển than nghiền
3
1.2.1. Hệ thống cấp và nghiền than
4
1.2.2. Hệ thống vận chuyển và cấp than nghiền
9
1.3. Hệ thống điều khiển nhiên liệu than
9
1.3.1. Hệ thống điều khiển dòng than nghiền
11
1.3.2. Hệ thống điều khiển song song than và gió
16
1.3.3 Hệ thống điều khiển sử dụng hệ thống phụ phân tích O2 trong khói
19
1.3.5 Tổng hợp hệ thống điều khiển nhiên liệu trong lò hơi
20
CHƯƠNG 2: NHỮNG VẤN ĐỀ KỸ THUẬT TRONG CÂN BĂNG ĐỊNH
LƯỢNG THAN CUNG CẤP CHO LÒ HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

2.1 Vai trò của hệ thống cân băng trong dây chuyền nhà máy


3.1. Sơ đồ khối và sơ đồ cấu trúc của hệ thống
49
3.2. Hàm số truyền các khâu trong sơ đồ
50
3.2.1. Hàm số truyền của động cơ
50
3.2.2. Hàm số truyền của bộ biến đổi PWM
50
3.2.3. Hàm truyền của máy phát tốc một chiều
51
3.2.4. Hàm truyền của thiết bị lấy tín hiệu dòng điện
52
3.2.5. Hàm truyền của cảm biến áp lực
52
3.3. Tổng hợp hệ điều khiển
52
3.3.1. Tổng hợp bộ điều khiển dòng RI
53
3.3.2. Tổng hợp bộ điều chỉnh tốc độ R
3.3.3. Tổng hợp mạch vòng khối lượng R
3.4. Mô phỏng hệ truyền động cân băng khi sử dụng bộ điều khiển PID
55
57
59
3.4.1. Tính toán các thông số hệ truyền động
59
3.4.2. Xây dựng sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển cân băng định lượng sử dụng bộ
điều khiển PID
59

KẾ T LUẬN VÀ KIẾ N NGHỊ
85
PHẦN CHUYÊN ĐỀ: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ DCS VÀ ỨNG DỤNG
DCS CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHẢ LẠI
86
5.1. Tổng quan về DCS.
86
5.2. Giới thiệu tổng quan về hệ thống DCS và ứng dụng của DCS tại nhà máy
nhiệt điện Phả Lại.
93
5.3. Ứng dụng của DCS trong nhà máy nhiệt điện phả lại.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
98
113
PHỤ LỤC :TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ HỆ TRUYỀN ĐỘNG
115

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc xây dựng đất nước bước vào thời kỳ công nghiệp hoá
hiện đại hoá. Nguồn điện năng đóng một vai trò quan trọng. Trong đó nhà máy
nhiệt điện cung cấp một lượng điện đáng kể vào lưới điện quốc gia. Trong nhà

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 1 - Chuyên ngành Tự động hoá Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẤP LIỆU CHO
LÒ HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
1.1 Các yêu cầu về nhiên liệu.
1.1.1 Các yêu cầu về nhiên liệu than.
Than là nhiên liệu chính sử dụng cho quá trình cháy trong lò hơi nhà máy
nhiệt điện chạy than. Ngoài đốt than người ta còn kèm đốt dầu FO hoặc đốt dầu FO
lúc khởi động, ngưng lò hay khi phụ tải thấp. Lượng nhiệt tỏa ra lớn nhất khi chỉ đốt
dầu là tương đương với 30% công suất định mức của lò hơi. Lò hơi khi đốt than nếu
vận hành ở chế độ lớn hơn 60% công suất định mức thì sẽ không cần đốt dầu hỗ trợ.
Than được nghiền trước khi được thổi vào buồng đốt của lò hơi, đặc tính
điều khiển thiết bị đốt than của hệ thống than nghiền khác nhau thì cũng khác nhau.
Một điều khác nhau cơ bản giữa các thiết bị đốt lò là thời gian lưu giữ than trong
buồng đốt cho quá trình cháy.

Ngoài việc sử dụng than khô làm nhiên liệu cháy thì trong một số nhà máy
người ta còn dùng nhiên liệu than – dầu và than – nước. Đó là sự kết hợp của các
nhiên liệu khác nhau để giảm giá thành của nhiên liệu.
Nhiên liệu than – dầu là sự hòa trộn giữa than nghiền và dâù trở thành hỗn
hợp keo. Trong hỗn hợp này thì than chứa khoảng xấp xỉ 50%. Hỗn hợp này tạo nên
thể vẩn (thể lỏng với những hạt chất rắn bay lơ lửng). Nhiên liệu đốt là than – dầu
có giá rẻ hơn giá nhiên liệu đốt chỉ là than. Với cùng một lượng như nhau thì nhiên
liệu than – dầu sẽ tỏa ra nhiệt lượng cao hơn nhiên liệu chỉ là than khô.
Bên cạnh đó, hỗn hợp than – nước có thể được sử dụng (hỗn hợp gồm 70%
than nghiền), hỗn hợp này phải đảm bảo than ở thể vẩn. Ưu điểm của loại nhiên liệu
này là khắc phục được giá thành của nhiên liệu dầu. Nhưng nhược điểm lớn là làm
giảm hiệu suất lò bởi vì sự tăng lượng ẩn nhiệt mất cần cung cấp cho nước bốc hơi
trong khói.
Tuy nhiên, cho dù dùng loại nhiên liệu than – dầu hay than – nước đều cần
hệ thống nghiền than, hệ thống trộn nhiên liệu, hệ thống trữ nhiên liệu.
1.1.3 Các loại thiết bị lò đốt
Các lò đốt được chia làm 3 loại chính
- Lò cháy lan
- Lò cấp dưới (underfeed)
- Lò cấp trên (overfeed)

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 3 - Chuyên ngành Tự động hoá Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Các thông số kỹ thuật của lò hơi Nhà máy nhiệt điện Phả Lại.
- Kiểu lò : БKZ – 220 – 100 – 10C.
- Năng suất hơi quá nhiệt D = 220T/h.
- Nhiệt độ hơi quá nhiệt: T

- Tổn thất do xỉ măng đi: q
6
= 0,06%.
1.2 Hệ thống nghiền và vận chuyển than nghiền.
Than cấp cho lò hơi được nghiền nhỏ bởi máy nghiền thành các dạng bột rồi
được thổi phun vào trong buồng đốt. Đứng trên quan điểm điều khiển thì quá trình
đốt bụi than nghiền tương tự như đốt nhiên liệu khí, nhiệt lượng tăng rất nhanh theo
sự thay đổi của lưu lượng than cấp. Tùy thuộc vào loại máy nghiền được sử dụng
mà dung lượng than chứa trong máy nghiền là nhiều hay ít trước khi được đưa vào
buồng đốt. Mỗi hệ thống nghiền than có thể phục vụ cho một hay nhiều lò đốt. Thực
hiện được điều đó thì các ống dẫn than chính vào mỗi lò có kích cỡ và các hệ thống
lưu thông dòng than tương ứng với từng lò.
Hệ thống nghiền than bao gồm có bốn bộ phận cơ bản:
(1) Hệ thống cấp than.
(2) Hệ thống nghiền và phân loại than.
(3) Hệ thống luồng không khí và quạt thổi hút.
(4) Hệ thống sấy than nghiền.

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 4 - Chuyên ngành Tự động hoá Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.2.1 Hệ thống cấp và nghiền than.
Hệ thống nghiền than cho 1 lò gồm 4 máy nghiền, mỗi máy nghiền gồm 2
boongke than nguyên, 2 máy thứ cấp than nguyên, máy nghiền có cấu tạo đầu ra
kép, 2 bộ phận phân ly than thô, hệ thống thông gió cấp 1 và các hệ thống liên quan
để sấy và cấp than được nghiền tới 32 rãnh vòi đốt than bột. Các boongke than
nguyên liệu liên tục được cấp đầy bằng hệ thống băng tải. Ở máy nghiền, than được
nghiền nhỏ với kích cỡ đạt yêu cầu (tới độ mịn yêu cầu). Sau đó than nghiền được
Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống nghiền than và vận chuyển than nghiền
Có 2 loại máy cấp:
- Máy cấp thể tích
- Máy cấp trọng lượng
- Máy cấp thể tích:
Với loại máy này thì lượng than cấp được xác định bởi thể tích than. Khi tốc
độ cấp tăng lên thì thể tích than được cấp tăng lên. Nhưng nhược điểm của loại
này là khi trọng lượng than thay đổi với cùng một thể tích xác định thì trọng
lượng than cấp vào máy nghiền thay đổi. Vì vậy nó cũng làm thay đổi năng lượng
hóa năng đưa vào buồng đốt lò, điều này cũng dẫn đến sai lệch về tỉ lệ than gió
do vậy hiệu suất lò giảm.
- Máy trọng lượng:
Than được cấp tới máy nghiền dựa trên cơ sở khối lượng than cấp. Khối
lượng than cấp tới lò tỷ lệ với tín hiệu điều khiển tới máy cấp. Than được vận
chuyển trong máy cấp bởi hệ thống dây chuyền. Tốc độ cấp than được thay đổi
bởi hệ thống dây chuyền. Khi trọng lượng than thay đổi thì thiết bị trọng lượng sẽ

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 6 - Chuyên ngành Tự động hoá Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 1.4: So sánh ảnh hưởng không khí thừa đối với máy cấp thể tích và máy cấp
trọng lượng.
1.2.1.2 Máy nghiền và bộ phận phân li
*) Máy nghiền
Máy nghiền có nhiệm vụ nghiền than thô từ máy cấp đưa xuống thành than
bột với kích thước nhỏ cỡ µm rồi đưa vào buồng đốt. Hỗn hợp than – gió ở đầu ra
của máy nghiền được hâm nóng trước khi đưa vào buồng đốt.
Có 3 phương pháp nghiền:
- Phương pháp va chạm
- Phương pháp tiêu hao
- Phương pháp ép nhỏ
Phân loại máy nghiền:
- Máy nghiền kiểu bi
- Máy nghiền kiểu trục lăn
- Máy nghiền kiểu ống bi
- Phân li động.
- Phân li tĩnh.

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 9 - Chuyên ngành Tự động hoá Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.2.2 Hệ thống vận chuyển và cấp than nghiền
Than sau được nghiền đạt độ mịn yêu cầu (than bột) sẽ được vận chuyền đến
buồng đốt để phục vụ cho quá trình cháy trong lò hơi. Than bột được vận chuyển
bởi 1 hệ thống gió cấp 1 liên tục được thổi qua máy nghiền, đầu ra của máy nghiền
là hỗn hợp than và gió sẽ được đưa đến các vòi đốt qua các đường ống kim loại.
Có 2 dạng lực được dùng để vận chuyển than bột:
- Loại áp lực
- Loại lực hút
1.3 Hệ thống điều khiển nhiên liệu than
Hệ thống điều khiển nhiên liệu than là hệ thống quan trọng bậc nhất, nó đảm
bảo cân bằng năng lượng giữa đầu ra và đầu vào. Lượng đặt cho hệ điều khiển
nhiên liệu là tổng năng lượng điện yêu cầu (MW) được tính toán quy đổi bằng tổng
nhiệt năng yêu cầu.
Điều khiển lượng than đồng thời yêu cầu phải điều khiển luồng gió để vận
chuyển lượng than đó và hỗn hợp than – khí đưa vào buồng đốt đảm bảo quá trình
cháy. Than cấp vào buồng đốt được lấy từ đầu ra của máy nghiền. Lượng than ở đầu
ra của máy nghiền phụ thuộc vào một số yếu tố cơ bản sau:
- Tốc độ cấp than nguyên
- Lưu lượng gió cấp 1
- Chất lượng than nghiền
Khi có yêu cầu thay đổi nhiên liệu thì tốc độ máy cấp than sẽ thay đổi, do
vậy lượng than đưa xuống máy nghiền thay đổi. Tương ứng với quá trình điều khiển

cấp một vào máy nghiền )
- Điều khiển nhiệt độ hỗn hợp dòng nhiên liệu than ( than + gió )
Trong đó hệ thống điều khiển tốc độ máy cấp than nguyên và điều khiển lưu
lượng gió cấp một ( điều khiển lưu lượng nhiên liệu tại đầu ra của máy nghiền ) là
cơ bản còn hệ thống điều khiển nhiệt độ hỗn hợp than và gió chỉ là để đảm bảo chất
lượng than trước khi vào buồng đốt.
Khi điều khiển nhiệt độ hỗn hợp nhiên liệu than và gió, thường chiến lược
điều khiển chỉ là điều khiển với 1 vòng điều chỉnh nhiệt độ do không cần yêu cầu về
điều khiển qua khắt khe như độ chính xác, đáp ứng không cần quá nhanh. Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 11 - Chuyên ngành Tự động hoá Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.3.1 Hệ thống điều khiển dòng than nghiền
Với mỗi lò hơi cụ thể thì có những khối logic điều chỉnh riêng, những khối
logic này chứa các hàm chức năng, tính toán để điều khiển bao gồm: điều khiển hỗn
hợp than – khí, điều khiển than cấp và điều khiển gió cấp 1.
Đối với loại máy nghiền sử dụng quạt gió sơ cấp trước máy nghiền để vận
chuyển than nghiền, thì người ta có thể chỉ điều khiển máy nghiền riêng biệt và có
tín hiệu về giới hạn tốc độ cấp than từ hệ thống gió vận chuyển.
Đối với loại máy nghiền hoạt động dưới 1 áp suất âm (do có 1 quạt hút gió
được đặt giữa máy nghiền và vòi đốt) thì cũng tùy thuộc vào đặc tính trữ của than
nghiền ta cũng có các chiến lưọc điều khiển khác nhau. Đối với loại máy nghiền có
thể tích bé, tích chữ nhiên liệu ít thì từ tín hiệu cơ bản yêu cầu nhiên liệu than được
đưa song song đồng thời tới điều khiển máy cấp và quạt hút. Còn đối với loại máy
nghiền có thể tích lớn và khả năng tích trữ than lớn, người ta có thể sử dụng tín hiệu
từ mức của máy nghiền như là tín hiệu của quá trình điều khiển. Còn tín hiệu đến Hình 1.6: Điều khiển dòng nhiên liệu than với hệ thống sử dụng máy nghiền kiểu
trục quay và máng với lượng tích trữ nhiên liệu thấp
Lưu lượng than cấp cho buồng đốt được điều khiển nhờ điều khiển tốc độ
máy cấp than vào máy nghiền và điều khiển lưu lượng gió cấp 1 qua máy nghiền để
vận chuyển than. Tín hiệu than nghiền yêu cầu (a) được tính toán từ tín hiệu yêu cầu
nhiên liệu. Bộ tính % phân bố tải (b) xác định yêu cầu phân bố tải của các máy
nghiền. Tín hiệu yêu cầu lượng than nghiền (c) được gửi tới điều khiển tốc độ máy
cấp than. Tín hiệu này cũng là điểm đặt cho hệ thống điều khiển gió cấp 1 (d). Tín
hiệu đo lưu lượng gió cấp 1 (e) được phản hồi về mạch điều khiển than cấp cân
băng với lượng đặt qua bộ điều khiển tỷ lệ (f) để điều chỉnh tốc độ cấp than phù hợp
với lượng gió. 1 tín hiệu tốc độ than cấp được gửi tới hệ thống điều khiển chung của
lò và được tính toán để phối hợp các máy nghiền khác trong hệ nhiều máy nghiền.

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 13 - Chuyên ngành Tự động hoá Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Khi tốc độ máy cấp tăng quá so với tín hiệu về yêu cầu gió tức là lưu lượng gió sẽ
không đủ để đốt cháy than, hiệu suất đốt lò sẽ giảm.
Điều khiển gió với vòng điều chỉnh áp suất gió, tín hiệu áp suất gió thực là
tín hiệu quá tình đưa về phản hồi về bộ điều khiển gió. Tín hiệu đo được của gió sơ
cấp là độ chênh áp giữa 2 đoạn ống, bộ khai căn có tác dụng tính ra lưu lượng gió.
Điều khiển nhiệt độ hỗn hợp than – gió trong máy nghiền với vòng điều
chỉnh nhiệt độ. Bộ điều khiển PI (h) là bộ điều khiển nhiệt độ hỗn hợp than – gió.
Đối tượng cần điều khiển là cánh hướng gió nóng và gió lạnh, vị trí tương quan