báo cáo điều khiển quá trình nhà máy nhiệt điện uông bí

Với những đóng góp có ý nghĩa trên, Nhà máy Điện UôngBí đá được nhà nước phong tặng danh hiệu Anh hùng lao động 1973; Anhhùng lực lượng vũ trang nhân dân 1998; 02 huân chương Độc lập hạn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH

ĐỀ TÀI:

NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN UÔNG BÍ

Giáo viên hướng dẫn: ĐINH THỊ LAN ANH

Nhóm sinh viên

Hà Nội, 6/2022

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

1) GIỚI THIỆU TỔNG QUAN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN UÔNG BÍ 4

1.1) Giới thiệu về lịch sử ra đời và ví trí địa lý 4

1.2) Giới thiệu về quy trình sản xuất 6

2) LƯU ĐỒ P&ID VÀ CÁC BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN 8

2.1) Khối hóa quá trình 8

2.2) Lưu đồ P&ID 8

2.3) Các bài toán điều khiển 10

2.3.1) Xây dựng sơ đồ khối cấu trúc điều khiển hệ thống 10

2.3.2) Xây dựng hàm truyền đạt của thiết bị đo, thiết bị chấp hành 12

2.4) Thiết kế bộ điều khiển PID cho quá trình mức nước bao hơi 17

2.4.1) Giai đoạn khởi động lò 17

2.4.2) Giai đoạn vận hành lò lâu dài 19

3) ĐẢM BẢO NĂNG SUẤT, CHẤT LƯỢNG 22

3.1) Đảm bảo nước cấp có thể vào trong bao hơi 22

3.2) Các yêu cầu đối với hệ thống điều khiển mức nước bao hơi: 22

3.3) Đảm bảo áp suất trong bao hơi không vượt ra ngoài khoảng làm việc 22

3.4) Đảm bảo vận hành liên tục, đáp ứng năng suất 22

4.5.1) Các lưu ý khi chọn mua cảm biến nhiệt độ: 284.5.2) Đấu dây 294.5.3) Một số vấn đề có thể gặp phải khi sử dụng cảm biến nhiệt độ 30

LỜI MỞ ĐẦU

Việt Nam đang đứng trước những thách thức rất lớn trong việc đảm bảo an ninh năng lượng Để khắc phục vấn đề này, việc phát triển nhiệt điện than đang là phương án được lựa chọn Trong bối cảnh áp lực tăng trưởng điện tới năm 2030 vẫn còn rất lớn, các nguồn thủy điện và năng lượng tái tạo chưa đáp ứng được nhu cầu, thì vai trò của nhiệt điện than là nguồn “cứu cánh” để thúc đẩy sựphát triển kinh tế - xã hội Tuy nhiên, để phát triển nhiệt điện than, cần ưu tiên lựa chọn các công nghệ tiên tiến, hiện đại, có các thông số lò hơi (siêu tới hạn) và (siêu siêu tới hạn) để nâng cao hiệu suất của lò hơi, giảm tiêu thụ nhiên liệu, cũng như giảm phát thải ra môi trường Khẳng định nhiệt điện than đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia, Thứ trưởng Bộ Công Thương Cao Quốc Hưng cho biết: Giai đoạn năm 2020-2030, Việt Nam sẽ bổ sung khoảng 6.000 MW nhiệt điện và LNG (khí hóa lỏng) nhập khẩuđủ năng lực để thay thế 4.600MW dự án điện hạt nhân về sản lượng điện cho hệ thống.Giai đoạn sau năm 2030, Việt Nam sẽ tiếp tục đẩy mạnh phát triển nhiệt điện than, LNG; năng lượng tái tạo như: điện gió, điện mặt trời

Như vậy, từ nay đến năm 2030, nguồn nhiệt điện than luôn đóng vai trò chủ lựctrong Hệ thống điện Việt Nam Nguồn năng lượng này có ưu điểm nổi bật là giá thành điện rẻ (chỉ sau thủy điện), vốn đầu tư thấp, thời gian xây dựng không quálâu…

Vì thế chúng em chọn đề tài nhiệt điện than để tìm hiểu và nhà máy chúng em khảo sát là nhà máy Nhiệt Diện Uông Bí.

1) GIỚI THIỆU TỔNG QUAN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN UÔNG BÍ

1.1) Giới thiệu về lịch sử ra đời và ví trí địa lý.

Nhà máy Điện Uông Bí - nay là Công ty Nhiệt điện Uông Bí - CN Tổng công tyPhát điện 1 "đứa con đầu lòng" của ngành công nghiệp Điện lực Việt Nam Nhà máy được tiến hành xây dựng tại Thành phố Uông bí (thị xã Uông Bí cũ),tỉnh Quảng Ninh, vào những năm đầu thập niên 60 của thế kỷ XX

Nhà máy nhiệt điện Uông Bí gồm 2 tổ máy nhiệt điện than có quy mô công suất300MW và 330MW, sử dụng công nghệ nhiệt điện ngưng hơi truyền thống.Nhiên liệu chính sử dụng cho các lò hơi của nhà máy là than cám 5 cấp chủ yếutừ các khu vực Vàng Danh, Mạo Khê và 1 số khu vực khác, vận chuyển đến nhàmáy bằng đường thủy, bốc dỡ tiếp nhận tại cảng than nhà máy.

Điện thương phẩm Uông Bí vừa góp phần vào việc phát triển kinh tế, thực hiệnCNH, HĐH đất nước; vừa góp phần quan trọng đảm bảo "An ninh năng lượngquốc gia" trong hội nhâp quốc tế hiện nay Nhà máy Điện Uông Bí có bề dầyphát triển, gắn liền với quá trình xây dựng và phát triển của ngành công nghiệpĐiện lực Việt Nam Với những đóng góp có ý nghĩa trên, Nhà máy Điện UôngBí đá được nhà nước phong tặng danh hiệu Anh hùng lao động (1973); Anhhùng lực lượng vũ trang nhân dân (1998); 02 huân chương Độc lập hạng Nhì,Ba (1996 và 2006) và trên 160 Huân, Huy chương các loại cho tập thể và cánhân.

Từ khi đưa vào vận hành thương mại đến nay, Nhà máy Nhiệt điện Uông Bí đãcơ bản đáp ứng được các chỉ tiêu thiết kế, có mức độ sẵn sàng và tin cậy cao,hằng năm đóng góp trên 3,5 tỷ kWh điện Đặc biệt năm 2020, Công ty Nhiệtđiện Uông Bí đã sản xuất 3,84 tỷ kWh điện, vượt công suất thiết kế của nhà máylà 3,7 tỷ kWh và cũng năm đạt mức sản lượng điện cao nhất của Công ty từtrước đến nay Qua đó đóng góp đáng kể vào sản lượng điện đầu nguồn, đáp ứngcho nhu cầu phụ tải phía Bắc, đảm bảo cung ứng điện cho sản xuất, kinh doanh,

1.2) Giới thiệu về quy trình sản xuất

Dây chuyền công nghệ sản xuất của Công ty là liên tục, khép kín:

Than từ trong kho than khô được vận chuyển qua hệ thống băng tải ngang, băngxiên vào kho than nguyên đưa vào nhà máy nghiền, tại đây than được nghiềnthành bột qua quạt tải bột đưa lên kho than bột, nhờ hệ thống máy cấp nhiên liệuvà gió đưa vào lò đốt Không khí qua quạt gió và bộ sấy không khí đưa vào lò đểđốt trước đó được sấy làm tăng nhiệt độ của than bột khi vào lò bắt lửa cháyngay.

Nước đã được xử lý hóa học đi qua bộ hâm nước, cung cấp vào bao hơi xuốngcác dàn ống sinh hơi, nước trong lò được đun nóng bốc hơi qua phản ứng cháy,hơi được sấy khô tới 535°C, đưa sang máy tuabin kéo máy phát điện sản xuất rađiện Khi máy phát ra điện nhờ có máy kích thích dòng điện một chiều thànhdòng xoay chiều qua máy biến thế điện áp được tăng lên 220 kV, 110kV, 35 kV,6.6 kV truyền tải trên hệ thống hòa với lưới điện quốc gia

Sau khi nhiên liệu cháy tạo thành tro xỉ được làm lạnh qua nước và dập nát choxuống mương thải xi dùng bơm tống đây Bơm thải hút đưa xi trong ống ra hồchứa xi Lò cháy sinh ra khỏi được đưa qua bộ hâm nước, bộ sấy không khí đểtận dụng sấy nâng nhiệt độ không khí và nước trước khi vào lò, rồi được quạtkhói đưa vào bình ngưng, tại đây hơi nước được ngưng tụ thành nước nhờ hệthống làm lạnh của nước tuần hoàn bơm từ sông Uông lên, còn lượng rất nhỏđược xả ra ngoài trời.

Sau đó, nước được bơm ngưng tụ qua bình gia nhiệt hạ áp và đưa vào khử khíOxy, rồi đưa qua bơm tiếp nước cung cấp lại cho lò hơi, cũng còn trích lại mộtphần hơi nước ở tuabin để được gia nhiệt cao, bộ khử khí và gia nhiệt hạ áp vớimục đích tận dụng nhiệt độ của hơi sau khi phát công suất

Sản phẩm làm ra đến đâu phải tiêu thụ ngay đến đó (do tính chất công nghệ)không có sản phẩm dở dang cũng không có sản phẩm dự trữ tồn kho Công tyNhiệt điện Uông Bí là công ty điện sản xuất sản phẩm là điện năng, nhiên liệuchủ yếu sử dụng để sản xuất là than, dầu và nước với công nghệ sản xuất liêntục, khép kín, có đặc tính kỹ thuật cao và phức tạp, yêu cầu độ chính xác an toàncao Sản xuất và hòa vào điện quốc gia thông qua lưới điện phân phối đưa đếncác hộ tiêu thụ.

1.Kho chứa nhiên liệu 9 Bơm nước ngưng tụ2.Vận chuyển nhiên liệu 10.Bình gia nhiệt hạ áp3.Bộ sấy nhiên liệu 11.Bình chứa khí

7.Bình ngưng tụ 15.Bộ sấy nhiên liệu

17.Quạt gió

2) LƯU ĐỒ P&ID VÀ CÁC BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN

2.1) Khối hóa quá trình

Hình 2 1: Khối hóa quá trình

2.2) Lưu đồ P&ID

●Nguyên lý làm việc thông qua lưu đồ P&ID

Phân tích công nghệ và yêu cầu điều khiển, ta có thể đưa ra lưu đồP&ID cho việc điều khiển ổn định mức nước bao hơi của lò EN-920-17.6-534 tại nhà máy nhiệt điện Uông Bí như hình dưới.Việc điều khiển mức nước bao hơi được thực hiện theo một chu

trình tương ứng với khối công nghệ 111 hoặc 112 tùy thuộc vàomức nước và sự hao hụt hơi nước quá nhiệt đầu ra cũng như nướccấp vào lò

Mức nước trong bao hơi được đo lường, chỉ thị tại hiện trường và truyền đi xa bằng cảm biến đo mức, kí hiệu trong lưu đồ công nghệ P&ID là LIT/111 Kết hợp với giá trị áp suất trong bao hơi (đã có trong dữ liệu hệ thống) thực hiện chỉ thị áp suất, kí hiệu trong lưu đồ P&ID là PI/111, sau đó thông qua khâu biến đổi PY/111, để kết hợp mức nước và áp suất nhằm tính ra mức nước thực tế trong bao hơi, rồi đưa đến bộ điều khiển mức nước LIC/111 đặt tại phòng điều khiển Bộ điều khiển mức nước này cóhai dạng chính, tương ứng với hai giai đoạn vận hành của lò: giai đoạn khởi động lò và giai đoạn hoạt động lâu dài.

Ở giai đoạn khởi động lò: bộ điều khiển mức nước LIC/111 dựavào mức nước đặt và mức thực tế để tính toán và đưa tín hiệuđiều khiển đến bộ chuyển đổi điện-khí PY/111 tạo ra dòng khínén tương ứng làm dịch chuyển thiết bị định vị van P (positioner)để mở van PLV/111, cấp nước vào bao hơi

Trong giai đoạn hoạt động lâu dài: bộ điều khiển mức nướcLIC/111A dựa vào sai lệch mức đặt và mức thực tế để tính toánra tín hiệu tham chiếu cho vòng điều khiển lưu lượng nước cấpvào bao hơi Tín hiệu ra của bộ điều khiển mức nước LIC/111Ađược kết hợp với tín hiệu lưu tốc hơi quá nhiệt FI/113 bằng bộbiến đổi FY/112 để tạo tín hiệu đặt lưu tốc cho van cấp nước Tínhiệu đầu ra của FY/112 sẽ được đưa tới bộ điều khiển van theolưu lượng FC/112 Bộ điều khiển van FC/112 cũng tiếp nhận tínhiệu đầu vào khác là lưu lượng thực tế của nước cấp vào bao hơiFIT/112, để từ đó theo thuật toán cài đặt sẵn, tính toán ra tín hiệuđiều khiển mở van tương ứng, rồi đưa đến bộ chuyển đổi điện-khíPY/112, sau đó qua thiết bị định vị van P (positioner) để mở vanPFV/112, cho dòng nước cấp vào bao hơi nhằm duy trì ổn địnhmức nước trong bao hơi quanh giá trị đặt

●

2.3) Các bài toán điều khiển

2.3.1) Xây dựng sơ đồ khối cấu trúc điều khiển hệ thống

Dựa vào lưu đồ P&ID ta có thể đưa ra sơ đồ khối cấu trúc của hệ thống điều khiển mức nước bao hơi như dưới đây

Giai đoạn bắt đầu khởi động lò (start up) tương ứng với vòng điều khiển (111) sơ đồ khối cấu trúc của hệ thống điều khiển mức nước bao hơi là

Sơ đồ khối cấu trúc hệ thống điều khiển mức nước bao hơi giai đoạn khởi động lò

Giai đoạn hoạt động lâu dài <ξ) tương ứng với vòng điều khiển (112) sơ đồ khối cấu trúc của hệ thống điều khiển mức nước bao hơi là

Sơ đồ khối cấu trúc hệ thống điều khiển mức nước bao hơi giai đoạn lò hoạt động lâu dài

Trong sơ đồ trên, bộ điều chỉnh L thuộc vòng ngoài là bộ điều chỉnh mức nước nhằm thay đổi giá trị đặt cho bộ điều chỉnh F thuộc vòng trong Với vai trò giữ ổn định mức nước trong bao hơi, bộ điều chỉnh F thuộc vòng trong là bộ điều chỉnh lưu lượng nước cấp vào lò, tín hiệu ra của bộ điều khiển này đưa đến van để van điều chỉnh góc mở cấp nước vào lò Tác dụng của bộ điều chỉnh F thuộc vòng trong là nâng cao độ chính xác, giảm sự ảnh hưởng của các tác động nhiễuxuất hiện do sự thay đổi áp suất bao hơi, hiện tượng sôi bồng mức nước Bộ điều chỉnh L vòng ngoài là bộ điều chỉnh chính, khống chế đại lượng điều chỉnh ở đầu ra Khi có một lý do nào đó làm cho tín hiệu đầu ra mức nước thay đổi, tín hiệu mức nước đo được so sánh với tín hiệu mức đặt, dẫn đến đầu vào của bộ điều chỉnh L vòng ngoài xuất hiện sai lệch và cho ra tín hiệu điều khiển, xong tín hiệu điều khiển đầu ra lại không tác động lên cơ cấu điều chỉnh mà kết

hợp với các tín hiệu đo lưu lượng hơi và tín hiệu đo lưu lượng nước cấp lame thay đổi giá trị đặt của bộ điều chỉnh F vòng trong Bộ điều chỉnh F vòng trong có nhiệm vụ triệt tiêu nhiễu xuất hiện ở vòng trong trước khi nó tác động đến tín hiệu đầu ra Quán tính ở vòng ngoài thường lớn hơn rất nhiều so với vòng trong, nên thông thường quá trình quá độ ở vòng trong tắt rất nhanh Nói chung sơ đồ điều chỉnh hai vòng cho chất lượng điều chỉnh cao hơn so với hệ một vòng có cùng một đối tượng điều chỉnh Tín hiệu lưu lượng hơi đưa vào triệt tiêuđộ không đồng đều của bộ điều chỉnh ở chế độ xác lập Đây là hệ điều khiển phân cấp nên ta tổng hợp từ mạch vòng trong ra mạch vòng ngoài.

2.3.2) Xây dựng hàm truyền đạt của thiết bị đo, thiết bị chấp hành

2.3.2.1) Hàm truyền của thiết bị đo mức nước trong bao hơi

Lấy mức “0” là vị trí giữa của bao hơi làm chuẩn thì:

- Khi mức nước trong bao hơi tăng đến mức đầy tối đa +350mm so với mức “0” lúc đó đầu ra của thiết bị đo mức sẽ có giá trị dòng điện là 20mA Khi mức nước cạn dần qua “0” và xuống -

đến mức –350mm so với “0” lúc đó đầu ra của thiết bị đo mức sẽ có dòng điện là 4mA.

Đặc tính của thiết bị đo mức nước trong bao hơi được coi là một đường thẳng tuyến tính với mức nước từ -350mm qua “0” rồi lên +350mm tương ứng với đầu ra của thiết bị đo từ thay đổi từ 4 đến 20mA

Đặc tính của thiết bị đo mức nước trong bao hơi

Hàm truyền của thiết bị đo mức nước trong bao hơi là mộtkhâu quán tính với đầu vào là chiều cao mức nước (mm), đầuL ra là tín hiệu dòng điện (mA) tương ứng với giá trị nhiệt độI thực tế:

Trong đó: kl,τl là hệ số khuếch đại và thời gian quán tính của thiết bịđo mức Với đặc tính thiết bị đo mức như trên, ta tính được

Thời gian quán tính của thiết bị đo mức thường lấy τl =0.5(s)

2.3.2.2) Hàm truyền của thiết bị đo lưu lượng hơi quá nhiệt/lưu lượng nước

Đường đặc tính của cảm biến đo lưu lượng nước/lưu lượng hơi là một đường thẳng tuyến tính giữa lưu lượng nước và dòng điện tạo ra do chênh áp Khi lưu lượng hơi hoặc lưu lượng nước là 0 thì dòng điện là 4mA, khi lưu lượng đạt tới giới hạn lớn nhất là 920T/h thì đầu ra của thiết bị đo lưu lượng có dòng cực đại là 20mA

Đặc tính thiết bị đo lưu lượng hơi quá nhiệt/nước cấp lò

Hàm truyền của thiết bị đo lưu lượng hơi quá nhiệt/đo lưu lượng nước cấp vào lò có thể xấp xỉ là một khâu quán tính bậc nhất với đầu vào là lưu lượng (kg/s), đầu ra là tín hiệu dòng điện (mA) tương ứng với F I giá trị lưu lượng thực tế:

Trong đó: k ,fτf là hệ số khuếch đại và thời gian quán tính của thiết bị đo lưu lượng Dựa vào đường đặc tính thiết bị đo lưu lượng trong hệ thống lò hơi, ta tính được:

2.3.2.3) Hàm truyền của van nướccấp vào lò hơi

Đ ặc tính của van điều chỉnh nước cấp cho bao hơiKhi thay đổi tín hiệu khí nén ở đầu vào của van trong dải 0.2-1kg/cm2 thì độ mở van thay đổi được coi là tuyến tính từ 0-100% và cho dòng nước chảy qua Van cấp nước vào bao hơi có lưu lượng lớn nhất qua van là 920T/h, lưu lượng nhỏ nhất qua van là 0 Trong thực tế van có độ kín khít khi làm việc nên người ta đã chế tạo để van vận hành có độ chính xác cao, độ an toàn lớn, cho nên khi van mở đến 80% thì lưu lượng nướcqua van là 920T/h và khi van đóng đến 15% thì lưu lượng nước qua van bằng 0, thời gian để van đi hết hành trình từ 0-100% là khoảng 48(s) Ta có đường đặc tính van cấp nước như sau:

Hàm truyền của van cấp nước vào lò hơi được xấp xỉ là một khâuquán tính bậc nhất có trễ với đầu vào là áp suất khí nén P (kg/cm2) vàđầu ra là lưu lượng nước cấp (kg/s), (%) là độ mở van:F X

Trong đó: là hệ số khuếch đại của van; τ là thời gian quan tính của van;kv v θv là hằng số thời gian trễ.

Để xác định hệ số khuếch đại của van, ta thấy khi thay đổi tín hiệu khínén đầu vào 0.2-1kg/cm2thì van có độ mở thay đổi từ 0-100% Nhưng thực tế khi van mở đến 80% thì lưu lượng nước đã đạt 920T/h và khi van đóng đến 15% thì lưu lượng nước qua van đã gần bằng 0, khoảng thời gian mở van từ 15% đến 80% là 38 giây Dựa vào đặc tính van cấp nước, ta có:

Thời gian quan tính của van được lấy như sau τv=5.5(s) và thời gian trễ θv=1.2(s)

2.3.2.4) Hàm truyền đạt của bộ chuyển đổi dòng điện-khí nén (I/P)

Bộ chuyển đổi I/P có tín hiệu đầu vào là dòng điện : 4÷20mA và tín Ihiệu đầu ra là áp suất khí nén : 0.2÷1kg/cm Như vậy hàm truyền của P 2

thiết bị này được coi là một khâu khuyếch đại với hệ số kIP được xác định như sau

2.3.2.5) Hàm truyền của quá trình mức nước bao hơi

Quá trình động học mức nước trong bao hơi có thể được xác định gần đúng dựa vào đường đặc tính của mức nước bao hơi với đầu vào là lưu lượngnước, đầu ra là đáp ứng của mức nước trong bao hơi

Đặc tính động của mực nước bao hơi theo lưu lượng nước cấp

Quá trình biến đổi động học của mức nước trong bao hơi là phi tuyến và phức tạp, chịu tác động bởi nhiều thông số như: lương lượng nước cấp, hơi quá nhiệt, áp suất trong bao, mức nước thực tế trong bao.