BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DÂY
CHUYỀN CẤP THAN CHO LÒ HƠI NHÀ MÁY
NHIỆT ĐIỆN
DƯƠNG MẠNH LINH
THÁI NGUYÊN - 2011
Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
Cán bộ HDKH : PGS.TS Võ Quang Lạp
Phản biện 1 : PGS.TS Lại Khắc Lãi
Phản biện 2 : PGS.TS Nguyễn Như Hiển
Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp tại: Phòng cao
học số 2, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
Vào 13 giờ 30 phút ngày 25 tháng 10 năm 2011.
Có thể tìm hiển luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại học Thái Nguyên và
Thư viện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
MỞ ĐẦU
Tại Việt Nam nhà máy nhiệt điện cung cấp 1 lượng điện đáng kể vào lưới điện
quốc gia. Trong nhà máy nhiệt điện có nhiều khâu chứa đựng những kỹ thuật mới và
phức tạp.1 trong những khâu đó là hệ thống cân băng cấp liệu cho lò hơi . Vì vậy tôi
chọn đề tài: “Nghiên cứu nâng cao chất lượng dây truyền cấp than cho lò hơi nhà máy
nhiệt điện”. Trong phạm vi đề tài này sẽ đi giải quyết 2 vấn đề đó là:
- Khảo sát, nâng cao chất lượng điều khiển trong dây truyền cấp than cho nhà
máy nhiệt điện nói chung và các nhà máy có dây truyền cấp liệu tương tự.
- Vấn đề điều khiển phân tán DCS và tìm hiểu ứng dụng DCS trong nhà máy
nhiệt điện cụ thể.
Kết quả của đề tài là m tài liệu quý giúp cho việc tìm hiểu nghiên cứu cũng như
ứng dụng để điều khiển các thiết bị điện trong nhà máy nhiệt điện nói riêng và nhà


2
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.
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)
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.
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 hệ thống gió cấp 1
(hỗn hợp gió nóng và gió lạnh) vận chuyển qua bộ phân ly than thô và bộ phân ly
xyclone tới các rãnh và vòi đốt.
- Hệ thống cấp và nghiền than bao gồm:
- Máy cấp than nguyên.
- Máy nghiền và bộ phận phân li.

- Máy nghiền kiểu ống bi
1.2.2 Hệ thống vận chuyển và cấp than nghiền

4
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.
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
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.
1.3.2 Hệ thống điều khiển song song than và gió
Hệ thống điều khiển song song than và gió thường được áp dụng đối với các hệ
thống nghiền than rải nhiên liệu. Hệ thống điều khiển mức than có trục liên kết với cơ

chuyển nguyên vật liệu, thành phẩm thay cho sức người và các phương tiện vận
chuyển cơ động khác .
Vấn đề đặt ra là trong quá trình sản xuất đòi hỏi tính liên tục, pha trộn nguyên
liệu có độ chính xác, phải thấy và cân được khối lượng nguyên vật liệu đã được vận
chuyển theo yêu cầu của thành phẩm. Để giải quyết vấn đề trên ta sử dụng cân băng
định lượng. Hệ thống cân băng định lượng là một trong những khâu quan trọng giúp
cho nhà máy hoạt động một cách liên tục. Cân băng định lượng là một khâu trong dây
chuyền công nghệ nhằm cung cấp chính xác lượng nguyên liệu cần thiết cho nhà máy,
lượng nguyên liệu này đã được người lập trình cài đặt một giá trị trước. Khi mà lượng
nguyện liêu trên băng tải ít đi thì đòi hỏi phải tăng tốc động cơ lên để băng tải chuyển
động nhanh hơn nhằm cung cấp đủ lượng nguyên liệu cần thiết. Ngược lại khi lượng
nguyên liệu trên băng tải vận chuyển với lưu lượng nhiều thì các thiết bị tự động sẻ tự
động điều khiển cho động cơ quay với tốc độ chậm lại phù hợp với yêu cầu.
2.2. Xây dựng nguyên lý làm việc của cân băng định lượng
Có 2 cách cơ bản để xây dựng nguyên lý đo và làm việc của cân băng.
- Đo theo năng suất.
- Đo theo khối lượng.
2.2.1. Nguyên lý đo theo năng suất.
Ta có công thức:
Q
t
=m.v.t
Trong đó: m: khối lượng (kg)
v: tốc độ băng tải (m/s)
t: thời gian đặt (ms)
Với năng suất Q sau khoảng thời gian t1 (ms) ta tiến hành đo một lần và sẽ so

7
sánh với năng suất yêu cầu (Qyc).
- Nếu Q>Qyc thì vận tốc băng tải giảm.

8
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động cân băng
2.3.2 . Đặc điểm công nghệ và yêu cầu đối với hệ truyền động băng tải phối liệu
A . Loại phụ tải
Đặc tính cơ của máy sản xuất thường có dạng:
Trong đó: Mco - Mômen ứng với tốc độ ω = 0
M
đm
- Mômen ứng với tốc độ w
đm
M
c
- Mômen ứng với tốc độ ω
Với băng tải α = 0. Do đó ta có M
c
= M
đm
= const . Ta thấy rằng tải của hệ
truyền động băng tải phối liệu hầu như ít thay đổi trong quá trình làm việc. Hệ truyền
động này là hệ làm việc ở chế độ dài hạn.
B . Chiều quay của băng
Băng tải nhận vật liệu từ phễu và vận chuyển đến nơi phối liệu nên chuyển
động của nó là theo một chiều bắt buộc và không có đảo chiều quay. Nếu đảo chiều
quay của băng tải thì do quán tính nguyên vật liệu sẽ rơi vãi, không bảo đảm được yêu
cầu phối liệu.
Ngoài ra khi đảo chiều thì có một số phần của vật liệu không chuyển qua được
thiết bị cảm biến để cân chính xác.
C . Giản đồ phụ tải

9

m¸y s¶n xuÊt
%100%100
%
d
td
dm
w
ww
w
w
−
=
∆
=∂
Hình 2.3: Sơ đồ động học
Trong đó:
1- Động cơ điện
2- Hộp tốc độ
3- Trục chính để lắp vào máy quay băng tải.
G . Hệ truyền động nhiều động cơ
Khi có nhiều băng tải làm việc nối tiếp trong một dây truyền đòi hỏi phải đồng bộ hoá
tốc độ của các động cơ truyền động và đặt các khoá liên động cần thiết bảo đảm thứ tự
tác động. Khi đó tốc độ động cơ phải bằng nhau trong mọi trường hợp để tránh các lực
đàn hồi trên băng.
H . Độ chính xác
Độ chính xác về tốc độ là yêu cầu quan trọng , được đánh giá bởi sai lệch tĩnh:

I . Dải điều chỉnh
D = wmax : wmin
2.4 Các phương án thiết kế điều khiển cân băng định lượng

- Hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển thyristor- động cơ 1 chiều (Hệ T-
Đ).
- Hệ thống điều chỉnh xung áp - động cơ 1 chiều (Hệ XA-Đ).
- Hệ thống truyền động vécto biến tần động cơ không đồng bộ ba pha
Ta thấy:
Hệ thống biến tần động cơ không đồng bộ ba pha, hệ thống thyristor động cơ
và hệ thống xung áp động cơ ta nhận thấy. Cả ba hệ thống đều đáp ứng được yêu cầu
truyền động của hệ thống điều tốc.
Tuy nhiên, trong những năm gần đây, hệ thống điều chế độ rộng xung PWM do
các linh kiện bán dẫn tạo thành sử dụng các transito GTO, GTR và P-MOSFET, chúng
có rất nhiều ưu điểm: (1) mạch điện chính đơn giản, các linh kiện công suất ít; (2) tần
số đóng mở cao, dòng điện dễ giữ được liên tục, sóng hài ít, tổn hao và phát nhiệt của
động cơ khá nhỏ; (3) có khả năng vận hành ở tốc độ thấp, độ chính xác cao khi tốc độ
ổn định, vì vậy phạm vi điều tốc rộng; (4) dải tần của hệ thống rộng, tính thích nghi
nhanh nhậy rất tốt, khả năng chống nhiễu trạng thái động mạnh; (5) các linh kiện của
mạch điện chính làm việc ở trạng thái đóng mở, tổn hao khi mở thông nhỏ, hiệu suất
thiết bị khá cao; (6) dòng điện một chiều khi sử dụng hệ thống chỉnh lưu ba pha không
điều khiển được, hệ số công suất của mạng cao. Từ những ưu điểm nổi trội của hệ
thống xung điện áp do đó trong đề tài này chọn hệ thống xung điện áp làm hệ truyền
động cho hệ thống điều tốc.13
CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP HỆ THỐNG
Như đã trình bày ở trên, để phù hợp với yêu cầu của hệ truyền động, ta chọn hệ
điều chỉnh động cơ một chiều điều chỉnh theo nguyên tắc Xung- điện áp. Qua phân
tích cơ cấu cân băng, ta thấy rằng hệ truyền động này bao gồm ba mạch vòng điều
chỉnh, đó là mạch vòng điều chỉnh dòng điện, mạch vòng điều chỉnh tốc độ và mạch
vòng điều chỉnh khối lượng.
3.1 Sơ đồ khối và sơ đồ cấu trúc của hệ thống

ω
ω
Khi giữ nguyên từ thông kích từ không đổi:

=
φ
K
const
)()1).(()( pKpTpIRpU
uu
φω
++=

)()()( pJppMpIK
C
ωφ
=−

Sơ đồ cấu trúc động cơ khi từ thông không đổi được thể hiện trên hình 3.3.
ϖ
K
φ
1
JP
M
C
1+PT
U
1/R
U

Tω: Hằng số thời gian của máy phát tốc.
Kω: Hệ số phản hồi của máy phát tốc.

15
1)(
1
)(
+
=
pT
pW
3.2.4. Hàm truyền của thiết bị lấy tín hiệu dòng điện
Cũng như mạch vòng tốc độ để lấy tín hiệu dòng điện quay trở lại đầu vào khống
chế hệ thống người ta tạo một tín hiệu điện áp tỷ lệ với tín hiệu dòng điện. Có nhiều cách
để lấy tín hiệu dòng điện nhưng đơn giản nhất có thể dùng máy biến dòng.
Hàm truyền của khâu lấy tín hiệu dòng điện:

Trong đó: T
i
- hằng số thời gian của máy máy biến dòng.
K
i
- hệ số phản hồi dòng điện.
3.2.5. Hàm truyền của cảm biến áp lực
Cảm biến áp lực có hàm truyền là khâu quán tính bậc 1:

Trong đó:

)( pT
: hằng số thời gian của khâu cảm biến áp lực.

K
1
R
ω
R
ϕ
JP
1
P2T1
K
ϕ
ϕ
+
ϕ
d
(p)
ϕ(p) ω(p)
ω
d
(-)
(-)
(-)
U
i
(p)
I
M
C
ω ϕ
* Tính toán các thông số: phụ lục.

ω
ω
1
ω
3
ω
2
ω
2
'
0
∆ϕ
1
∆ϕ
2
∆ϕ
3
∆ϕ
Κϕ
3
Κϕ
2
Κϕ
1
∆
ω
4.1. Tính phi tuyến của bộ điều khiển khối lượng.
Hình 4.1: Quan hệ giữa
ϕ
∆

4.3.1. Đặt vấn đề
Một cấu trúc thông dụng nhất của hệ logic mờ (FLC –Fuzzy Logic Control) là
cấu trúc kiểu phản hồi sai lệch. Sơ đồ như hình 4.4

20
Hình 4.4: Cấu trúc cơ bản của hệ điều khiển mờ hai đầu vào.
Trong đó k
D
, λ là các hệ số khuếch đại đầu vào, K là hệ số khuếch đại đầu ra.
Thực tiễn cho thấy việc chỉnh định FLC khó khăn hơn nhiều so với chỉnh định bộ điều
khiển kinh điển, một trong những lý do chính là tính mềm dẻo của vùng nhận biết cơ
bản của bộ điều khiển mờ và sự móc nối các thông số của chúng. Tuy nhiên không có
một cách hệ thống hoá nào để đưa ra tất cả các thông số này.
4.3.2. Mô hình toán học của bộ điều khiển mờ.
Xét bộ điều khiển mờ hai đầu vào. Để xây dựng mô hình toán học của nó ta
thực hiện theo các bước sau:
*) Chọn các hàm liên thuộc
*) Chọn luật điều khiển
*) Phân tích luật cơ sở hình thành ô suy luận
*) Các thao tác mờ trong ô suy luận
4.3.3. Xây dựng bộ điều khiển mờ thích nghi theo mô hình mẫu song song
*) Điều chỉnh thích nghi hệ số khuếch đại đầu ra bộ điều khiển mờ (thích nghi 1
tham số).
*) Điều chỉnh thích nghi hệ số khuếch đại đầu ra và hệ số tích phân sai lệch
đầu vào của bộ điều khiển mờ (thích nghi 2 tham số).

21
F
e
T


22
e
T
u
Đối tượng
G
Cơ cấu
thích nghi
Mô hình
mẫu G
m
F
FLC
-
y
u
c
y
m
-
ε
T
K
I
∫
K
Hình 4.8 : Xây dựng các luật điều khiển cho bộ điều khiển mờ thích nghi
Hình 4.9 : Bề mặt đặc trưng cho quan hệ vào ra của bộ điều khiển mờ thích nghi
và quan sát tín hiệu vào ra của bộ mờ thích nghi