Đồ án tốt nghiệp phương pháp tổng hợp bộ điều khiển nước bao hơi trong nhà máy nhiệt điện

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC LỜI NÓI ĐẦU Với nhu cầu nâng cao chất lượng điều khiển trình cơng nghệ, hệ điều khiển nhiều vịng áp dụng rộng rãi Chất lượng điều chỉnh hệ nhiều vòng đem đến kết khả quan điều chỉnh công nghiệp đặc biệt trình nhiệt, đối tượng điều khiển có qn tính lớn chịu ảnh hưởng mạnh tác động nhiễu Từ kỹ thuật vi xử lý điều khiển số đời người ta quan tâm nhiều đến việc tổng hợp hệ thống điều khiển số nhiều vịng, song tính phức tạp đối tượng (nhất đối tượng nhiệt) lời giải nhận hệ thống không đem lại kết mong muốn kết khơng tối ưu đặt tham số hệ thống người ta phần lớn dựa kinh nghiệm Trong bối cảnh quan điểm tổng hợp cấu trúc bền vững cao [1] đời sở lý luận để tổng hợp hệ thống điều chỉnh liên tục Theo phương pháp cho phép thiết kế điều chỉnh có độ ổn định cao, sai số điều chỉnh nhỏ, trình độ đảm bảo hệ số tắt cao trường hợp đối tượng có thay đổi Đối với điều chỉnh số, áp dụng quan điểm trên, song cần phát triển số vấn đề cho phù hợp với đặc điểm điều khiển số Xuất phát từ thực tế trình điều khiển mức nước bao nhà máy nhiệt điện Phả Lại không tốt Biên độ dao động lớn, thời gian điều chỉnh kéo dài có thay đổi phụ tải Độ điều chỉnh lớn dẫn đến mức nước bao vượt khoảng cho phép, hệ thống bảo vệ tác động có phải dừng tổ máy đem lại thiệt hại lớn kinh tế Mặt khác thời gian điều chỉnh kéo dài làm hư hỏng thiết bị Một ngun nhân q trình hiệu chỉnh tham số điều chỉnh không tốt Hệ thống hiệu chỉnh mức nước bao nhà máy nhiệt điện Phả Lại sử dụng phương pháp truyền thống mà chủ yếu sử dụng phương pháp Ziegle – Nichols có đơi chỗ sử dụng thuật tốn thích nghi kết mức nước dao động lớn Trong đồ án trình bày phương pháp phân tích tổng hợp hệ thống Lê Phấn Dũng -1- Lớp KTNL2 – K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC điều khiển số mức nước nhà máy nhịêt điện, cụ thể chọn nhà máy nhiệt điện Phả Lại Phương pháp này, dựa quan điểm tổng hợp bền vững tối ưu chất lượng cao Đề tài “Phương pháp tổng hợp điều khiển nước bao nhà máy nhiệt điện” giải vấn đề sau: - Chương 1: Tổng quan phương pháp điều chỉnh - Chương 2: Phương pháp hiệu chỉnh hệ thống làm việc - Chương 3: Tổng hợp điều chỉnh - Chương 4: Thí nghiệm mơ hình vật lý Lê Phấn Dũng -2- Lớp KTNL2 – K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH 1.1 ĐIỀU CHỈNH MỨC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH 1.1.1 Vai trò nhiệm vụ hệ thống tự động điều chỉnh cấp nước lò Hệ thống điều chỉnh cấp nước vào lị đóng vai trị quan trọng hệ thống điều chỉnh lò Nhiệm vụ hệ thống tự động điều chỉnh cấp nước vào lò đảm bảo cân vật chất lưu lượng khỏi lò lưu lượng nước cấp vào lị Trong q trình hoạt động lò hơi, cân vật chất lưu lượng khỏi lò lưu lượng nước cấp vào lò bị phá vỡ nhiều nguyên nhân Một nguyên nhân sau: thay đổi lưu lượng cấp vào TuaBin; thay đổi nước cấp vào lò; thay đổi áp suất bao hơi; thay đổi lượng nhiệt sinh buồng lửa, v.v…Những lý dẫn đến làm thay đổi mức nước bao Mức nước tăng giảm mức quy định ảnh hưởng đến chất lượng cố lò Khi mức nước bao tăng mức quy định ảnh hưởng đến chất lượng Vì ảnh hưởng tới trình phân ly bao hơi, giọt ẩm theo tràn sang nhiệt, làm giảm q trình truyền nhiệt khói, dẫn đến tầng cuối TuaBin có độ ẩm cao làm hỏng tầng cánh TuaBin Còn mức nước bao thấp mức yêu cầu làm tuần hoàn tự nhiên nước hệ thống Trong lượng nhiệt sinh buồng lửa khơng đổi dẫn đến làm biến dạng phình nổ ống sinh Chính vậy, hệ thống điều chỉnh tự động cấp nước bao có vai trị quan trọng hệ thống điều chỉnh lị Có nhiệm vụ đảm bảo mức nước bao thay đổi giới hạn cho phép hay nói cách khác đảm bảo cân vật chất lưu lượng khỏi lò lưu lượng nước cấp vào lò Lê Phấn Dũng -3- Lớp KTNL2 – K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến thay đổi mức nước bao Quá trình thay đổi mức nước lị có bao q trình phức tạp Không bị thay đổi cân vật chất bị phá vỡ (ảnh hưởng thay đổi lưu lượng khỏi lò, thay đổi lưu lượng nước cấp vào lò…) mà bị thay đổi ảnh hưởng thay đổi áp suất bao hơi, ảnh hưởng tượng sơi bồng…Những ảnh hưởng lại có tác động tương hỗ lẫn làm cho trình thay đổi mức nước trở nên phức tạp Sự ảnh hưởng biểu diễn phương trình sau: (1.1) Trong đó: W, D: Lưu lượng nước cấp sản lượng lị, kg/s Vn, Vh: Thể tích phần chứa nước lò, m3 ’, ”: Mật độ nước lị, Vh0: Thể tích hệ thống ống lị, m3 Vhbh: Thể tích bao hơi, m3 V = Vh + Vn: Tổng thể tích chứa mơi chất lị, m3 Fbh: Diện tích mặt bốc bao hơi, m2 Thành phần thứ vế phải phương trình (1.1) thể ảnh hưởng việc phá huỷ cân vật chất; thành phần thứ hai ảnh hưởng thay đổi áp suất thành phần thứ ba kể đến ảnh hưởng sơi bồng mức nước Phương trình (1.1) cịn viết dạng sau: (1.2) Trong đó: Lê Phấn Dũng -4- Lớp KTNL2 – K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Q: Lượng nhiệt sinh buồng lửa, J Hoặc cơng thức (1.2) biểu diễn dạng sau: (1.3) Những ảnh hưởng cụ thể yếu tố tới mức nước bao trình bày đây: 1.1.2.1 Ảnh hưởng thay đổi lưu lượng nước cấp vào lò Từ phương trình (1.2) ta thấy, thay đổi lưu lượng nước cấp vào lị khơng thay đổi lượng nhiệt sinh lị lưu lượng khỏi lị khơng thay đổi thơng số khơng thay đổi mà thay đổi mức nước bao Khi lưu lượng nước cấp vào lị tăng mức nước bao tăng ngược lại, lưu lượng nước cấp vào lò giảm mức nước bao giảm Về lý thuyết quan hệ tuyến tính thực tế ảnh hưởng chiều dài đường ống từ van điều chỉnh tới bao nên bị chậm trễ khoảng thời gian  đặc điểm đối tượng nhiệt quán tính lớn nên đặc tính động lò đại lượng điều chỉnh mức nước thường khâu tích phân quán tính có trễ Lê Phấn Dũng -5- Lớp KTNL2 – K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 1.1.2.2 Ảnh hưởng lượng nhiệt sinh buồng lửa Sự thay đổi lượng nhiệt sinh buồng lửa điều kiện lưu lượng nước cấp vào lị khơng thay đổi làm thay đổi mức nước bao Thực theo phương trình (1.2): Ta thấy, lượng nhiệt sinh buồng lửa tăng lên mức nước bao tăng lên lượng nhiệt sinh buồng lửa tăng áp suất lị khơng thay đổi tương ứng nhiệt độ bão hồ nước không thay đổi đẫn đến lượng sinh hệ thống tăng lên, dẫn đến việc tách tương ứng lượng nước đưa vào bao dẫn tới mức nước bao tăng Mặt khác theo phương trình tốc độ thay đổi áp suất: (1.4) Ta lại thấy Q tăng áp suất bao tăng, để áp suất bao khơng đổi sản lượng khỏi lò phải tăng (tức D tăng) Ta lại thấy D tăng điều kiện lưu lượng nước cấp vào lị khơng đổi dẫn đến cân vật chất bị phá vỡ làm giảm mức nước bao Như vậy, lượng sinh lò thay đổi đột ngột điều kiện giữ lưu lượng nước cấp khơng thay đổi ảnh hưởng tới thành phần sôi bồng làm tăng mức nước đồng thời chúng lại ảnh hưởng tới phá vỡ cân vật chất làm giảm mức nước Người ta chứng minh rằng, ảnh hưởng tổng hợp hai tượng sau: lúc đầu mức nước tăng (khoảng 30 giây) sau giảm dần Lê Phấn Dũng -6- Lớp KTNL2 – K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 1.1.2.3 Ảnh hưởng thay đổi áp suất Khi áp suất thay đổi mức nước bao thay đổi theo Từ phương trình (1.2) ta thấy rằng: áp suất bao tăng lên mức nước bao giảm, áp suất bao tăng đồng thời nhiệt độ nước bão hồ lị tăng nhiệt lượng sinh buồng lửa không thay đổi dẫn đến lượng sinh hệ thống giảm, điều dẫn đến mức nước bao giảm Còn áp suất bao giảm tượng xảy nguợc lại làm cho mức nước bao tăng lên Khi áp suất thay đổi khơng ngồi thân làm thay đổi mức nước cịn gây tượng sôi bồng làm thay đổi mức nước 1.1.2.4 Ảnh hưởng thay đổi lưu lượng khỏi lò Khi thay đổi sản lượng khỏi lò tốc độ quy dẫn tốc độ tuần hoàn vịng tuần hồn (0”,0) thay đổi dẫn đến ảnh hưởng tới chế độ tuần hồn mơi chất hệ thống lị Theo phương trình (1.4) ta thấy: tăng đột ngột sản lượng khỏi lò áp suất bao giảm, điều dẫn đến xảy tượng sôi bồng làm tăng mức nước bao Mặt khác theo phương trình (1.2) tăng sản lượng khỏi lò lại làm cân vật chất bị phá huỷ phía sản lượng Do làm giảm mức nước Đặc tính động lò sản lượng thay đổi đột ngột biểu diễn hình 1.1 sau: Lê Phấn Dũng -7- Lớp KTNL2 – K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC D t T H H2 t H3 = H1+H2 H1 Hình 1.1: Sơ đồ biểu diễn mức tượng sơi bồng Trong đó: H1 - đường nước giảm; H2 - đường sôi bồng; H3 - đường thực tế, H3=H1+H2 Ta thấy lúc đầu mức nước tăng tượng sôi bồng (khoảng 30 giây) sau giảm tuyến tính ảnh hưởng tượng sơi bồng tạo mức nước giả 1.1.3 Các sơ đồ tự động điều chỉnh mức nước bao Quá trình thay đổi mức nước bao trình phức tạp Trong thực sử dụng loại sơ đồ điều chỉnh khác nhau, tuỳ theo suất lò yêu cầu công nghệ mà người sử dụng đặt Người ta chia sơ đồ điều khiển mức nước bao thành ba dạng sau: Lê Phấn Dũng -8- Lớp KTNL2 – K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 1.1.3.1 Hệ thống điều chỉnh xung Sơ đồ nguyên lý thể hình 1.2 sau: BQN H BH Định trị H BĐC BHN Nước cấp Hình 1.2 Hệ thống điều chỉnh xung D Hình 1.3 Đặc tính tĩnh hệ xung Trong đó: BH – bao hơi; BQN - nhiệt; BĐC - điều chỉnh; BHN - hâm nước; Hệ thống điều chỉnh có tín hiệu vào điều chỉnh, mức nước bao (H), phụ thuộc vào giá trị đặt dấu độ sai lệch mức nước bao hơi, điều chỉnh thay đổi độ mở van cấp nước để thay đổi lưu lượng nước cấp vào lị Từ đường đặc tính tĩnh biểu diễn hình 1.3 cho ta thấy quan hệ mức nước bao với độ không đồng dương phụ tải D Phụ tải D tăng mức nước bao trạng thái ổn định giảm Ở hình biểu diễn đồ thị trình q độ q trình điều chỉnh xây dựng khơng kể đến chậm trễ hệ thống dao động trình Quá trình điều chỉnh sau: Lê Phấn Dũng -9- Lớp KTNL2 – K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Trước thời điểm t1 vận hành bình thường phụ tải giữ khơng đổi, D1 tương ứng lưu lượng nước cấp W1 mức nước ổn định bao H1 W, D Wa W3 D3 W1 W2 D1 D2 H Wb t(s) Hb H2 H1 H3 Ha t(s) Hình 1.4 Đặc tính động trình điều chỉnh hệ xung Tại thời điểm t1 lý phụ tải giảm đột ngột tới giá trị D2, điều dẫn đến giảm mức nước bao từ H xuống Ha giảm thể tích hỗn hợp nước chứa bao hệ thống dàn ống sinh buồng lửa lị Nhận tín hiệu giảm mức nước bao hơi, điều chỉnh bắt đầu tác động tăng độ mở van nước cấp từ tăng lưu lượng nước cấp từ W1 đến Wa Sự tăng lưu lượng nước cấp vượt tăng lưu lượng dẫn đến cân vật chất bị phá vỡ từ làm tăng mức nước Theo độ tăng dần mức nước mà điều chỉnh giảm dần độ mở van nước cấp tương ứng giảm lưu lượng nước cấp vào lò từ giá trị W a xuống W2, tương với phụ tải D2 Khi phương trình cân vật chất lại xác lập từ Lê Phấn Dũng -10- Lớp KTNL2 – K46