nha may nhiet NA DUONG pps

Xuất phát từ thực tế đó, sau thời gian thực tập tại nhà máy Nhiệt điện Na Dương, được tiếp xúc, tìm hiểu quy trình sản xuất nhiệt điện, các quá trình công nghệ và hệ thống điều khiển DCS

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: “Xây dựng giao diện và mô hình hóa

mô phỏng hệ điều khiển khói gió nhà máy nhiệt điện Na Dương” do em tự thiết

kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS BÙI QUỐC KHÁNH Các số liệu sử

dụng trong quá trình thiết kế đồ án được lấy từ tài liệu tại nhà máy nhiệt điện Na Dương

Trong quá trình thiết kế đồ án, em chỉ sử dụng những tài liệu đã được liệt kê trong phần tài liệu tham khảo Nếu phát hiện có sử dụng các nguồn tài liệu khác em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Sinh viên

Trần Tuấn Anh

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG 1 1

NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NA DƯƠNG 1

1.1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY 1

1.2.QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHIỆT ĐIỆN 8

1.3.LÒ HƠI TẦNG SÔI TUẦN HOÀN 12

CHƯƠNG 2 24

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 24

2.1.HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN 24

2.2.HỆ THỐNG DCS CS 3000 CỦA YOKOGAWA 30

CHƯƠNG 3 35

PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG 35

3.1 ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 35

3.2 SÁCH LƯỢC ĐIỀU CHỈNH 42

3.3 PHƯƠNG PHÁP CHỈNH ĐỊNH 49

3.4 CÔNG CỤ THỰC HIỆN – PHẦN MỀM CS 3000 52

CHƯƠNG 4 60

XÂY DỰNG GIAO DIỆN VÀ MÔ PHỎNG 60

HỆ THỐNG KHÓI GIÓ 60

4.1.CÁC VÒNG ĐIỀU CHỈNH TRONG HỆ THỐNG KHÓI GIÓ 60

4.2.XÂY DỰNG GIAO DIỆN ĐỒ HỌA 69

4.3.LẬP TRÌNH MÔ PHỎNG 70

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp, nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng, kéo theo tình trạng thiếu điện ngày càng trầm trọng Với những ưu điểm về nguồn nguyên liệu sẵn có, về thời gian xây dựng nhanh, hàng loạt các nhà máy nhiệt điện đã được xây dựng trong những năm gần đây Các nhà máy này sử dụng các nguồn nguyên liệu đa dạng như: than, khí gas,…Hiện nay, trong các nhà máy nhiệt điện, mức độ tự động hóa ngày càng được nâng cao Với việc sử dụng hệ DCS điều khiển cho nhà máy điện, có thể chỉ cần hơn 10 người cho một ca vận hành nhà máy Các quá trình có thể được giám sát và điều khiển hoàn toàn từ xa tại phòng điều khiển trung tâm Xuất phát từ thực tế đó, sau thời gian thực tập tại nhà máy Nhiệt điện Na Dương, được tiếp xúc, tìm hiểu quy trình sản xuất nhiệt điện, các quá trình công nghệ và hệ thống điều khiển DCS,

em đã xin tiến hành thiết kế đồ án tốt nghiệp với đề tài : “Xây dựng giao diện và

mô hình hóa mô phỏng hệ điều khiển khói gió nhà máy nhiệt điện Na Dương”

Mục đích của đồ án là xây dựng công cụ đào tạo cho các kĩ sư làm việc trong nhà máy nhiệt điện, giúp quá trình đào tạo được rút ngắn Các kĩ sư nhà máy có điều kiện thực tập điều khiển các quá trình công nghệ ngay trên phần mềm của hệ thống điều khiển nhà máy, giảm bớt bỡ ngỡ khi đi vào làm việc với hệ thống thực Với mục đích đó, đồ án được thực hiện bao gồm các nội dung sau:

- Giới thiệu về nhà máy nhiệt điện Na Dương và công nghệ lò hơi tầng sôi tuần hoàn sử dụng tại nhà máy

- Hệ thống điều khiển nhà máy.

- Phương pháp mô phỏng.

- Xây dựng giao diện và mô phỏng hệ thống khói gió.

Trong thời gian thiết kế đồ án, em đã được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo

PGS.TS Bùi Quốc Khánh - Giám đốc trung tâm Hitech, KS Phạm Hồng Sơn –

Cán bộ nghiên cứu và các anh chị làm việc tại trung tâm Hitech Em xin gửi lời cảm

ơn sâu sắc tới thầy cùng các anh chị ở trung tâm Do kinh nghiệm hạn chế, giới hạn

về mặt thời gian và kiến thức, đồ án này chắc chắn còn nhiều thiếu thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo để đồ án của em được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1

NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NA DƯƠNG

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY

1.1.1.Giới thiệu về nhà máy

Công ty nhiệt điện Na Dương đặt tại thị trấn Na Dương, huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn là doanh nghiệp nhà nước hoạch toán phụ thuộc Tập đoàn than – khoáng sản Việt Nam Nhiệm vụ của công ty là đầu tư xây dựng, quản lý, vận hành nhà máy nhiệt điện Na Dương và bán điện cho Tổng công ty điện lực Việt Nam

Nhà máy nhiệt điện Na Dương được thành lập theo quyết định số BCN, ngày 24 tháng 10 năm 2003 của Bộ trưởng Bộ Công nghiệp Sau thời gian thi công, chạy thử nghiệm, ngày 01/11/2005, nhà máy chính thức được nghiệm thu và đưa vào vận hành thương mại vào ngày 1/11/2005

172/2003/QĐ-Nhà máy sử dụng than khai thác tại mỏ than Na Dương 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 được hòa vào lưới điện quốc gia theo 3 tuyến: Lạng Sơn 1, Lạng Sơn 2, Tiên Yên (Quảng Ninh), một phần điện sản xuất ra được 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 như sau:

Thông số Tuabin

- Công suất định mức 55,6 MW

- Áp lực hơi tại đầu vào 126 kg/cm2

- Nhiệt độ hơi tại đầu vào 5350C

Turbin gồm 5 cửa trích để gia nhiệt nước ngưng, nước cấp qua các bình gia nhiệt hạ áp, khử khí và các bình gian nhiệt cao áp Các thông số hơi của các cửa trích:

+ 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 thoát 0,09 kg/cm2

Thông số máy phát

- Công suất toàn phần 65420kVA

- Công suất hữu công 55600kW

- Điện áp đầu cực Stato 11000V ± 5%

- Độ tăng nhiệt độ Roto 72 K do R

- Bộ cấp nhiệt 10.8kW (400V, 3 pha, 50Hz)

Thông số kĩ thuật của lò

- Kiểu Tầng sôi tuần hoàn, tuần hoàn tự nhiên

- Hơi sau hệ thống quá nhiệt

+ Áp suất+ Lưu lượng hơi+ Nhiệt độ

130 kg/cm2g

540 0C

205 t/H-Nhiệt độ nước cấp đầu vào

CÔNG SUẤT

BMCR 55.6M

W(100%)

41.7MW(75%)

33.36MW(60%)

22.24MW(40%)

Lưu lượng hơi chính – t/h 205.0 201.5 151.0 123.0 87.67

Áp suất nước cấp - kg/cm2G 147.5 147.0 139.1 135.7 132.4Nhiệt độ nước cấp - oC 223.5 222.7 209.5 200.0 184.3Lưu lượng nước giảm ôn – t/h 9.23 9.10 6.82 5.56 3.95

Áp suất nước giảm ôn - kg/cm2G 150.9 150.4 142.5 139.1 135.8Nhiệt độ nước giảm ôn - oC 223.5 222.7 209.5 200.0 184.3

Qua bộ quá nhiệt cấp II - oC 470 470 440 420 400

HƠI

Đầu ra bộ quá nhiệt sơ cấp - oC 420 420 412 405 400Primary De-Superheater Outlet - oC 400 400 395 390 380Đầu ra bộ quá nhiệt thứ cấp - oC 480 480 485 480 465Secondary De-Superheater Outlet - oC 465 465 470 465 445Đầu ra bộ quá nhiệt cấp III - oC 540 540 540 530 500

Thông số về quạt sơ cấp, thứ cấp, quạt khói

Quạt gió sơ cấp

Số hiệu thiết bị 1/2HLB10AN001

Nhiệt độ khí vào 27÷37 0C

Lưu lượng khí vào 2350 m3/phút

Dầu bôi trơn gối trục ISO VG32

Nước làm mát gối trục 20l/phút/quạt

Áp lực nước làm mát 4÷5kg/cm2

Nhiệt độ nước làm mát <35 0C

Quạt gió thứ cấp

Số hiệu thiết bị 1/2HLB20AN001

Nhiệt độ khí vào 27÷37 0C

Lưu lượng khí vào 1920 m3/phút

Dầu bôi trơn gối trục ISO VG32

Nước làm mát gối trục 20l/phút/quạt

Lưu lượng khí vào 6810 m3/phút.

Dầu bôi trơn gối trục ISO VG32

Nước làm mát gối trục 20l/phút/quạt

Áp lực nước làm mát 4 ÷ 5kg/cm2

Nhiệt độ nước làm mát <35 0C

1.2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHIỆT ĐIỆN

Hiện nay, nguồn điện năng của nước ta chủ yếu được sản xuất từ 2 nguồn: Thủy điện và nhiệt điện, trong đó công suất phát của thủy điện chiếm tỷ lệ lớn hơn Tuy nhiên, với tốc độ phát triển ngày nhanh của nền kinh tế nước 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 hưởng nhiều tới dân cư khu vực xây dựng nhà máy và hệ thống thủy lợi như các nhà máy thủy điện

Nhà máy nhiệt điện hoạt động trên nguyên lý chuyển đổi từ nhiệt năng có được từ quá trình đốt cháy nhiên liệu sang cơ năng quay của tuabin và từ cơ năng quay chuyển thành điện năng phát lên lưới

Nhiên liệu

Đối với nhà máy nhiệt điện Na Dương, sử dụng công nghệ lò hơi tầng sôi tuần hoàn, nhiên liệu không cần thiết phải nghiền nhỏ Than sau khi được khai thác từ

mỏ sẽ được nghiền thô và vận chuyển vào kho nhiên liệu của nhà máy Than được các băng tải vận chuyển lên 4 bunker chứa than của nhà máy Từ 4 bunker này than được cấp vào buồng đốt thông qua các trục vit có tốc độ điều khiển được

Trong trường 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 được mua về nhà máy, cất giữ trong 2 tank dầu, từ các tank này dầu FO được đưa qua hệ thống sấy điện, hệ thống sấy hơi trước khi được cấp vào lò

Không khí

Không khí được cấp vào buồng đốt thông 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 đề hút gió từ môi trường cho qua 2 hệ thống sấy: Hệ thống sấy sử dụng hơi và hệ thống sấy sử dụng khói lò Mục đích chính của gió sơ cấp là tạo tầng, của gió thứ cấp là thực hiện quá trình đốt cháy hoàn toàn

Quá trình cháy

Hệ thống gió sơ cấp đưa vào hộp gió, từ đây gió sơ cấp được đưa vào phần đáy của lò nhờ các vòi phun dạng mũi tên Gió sơ cấp từ hộp gió sẽ thổi hỗn hợp các hạt

này bởi gió thứ cấp và một phần sơ cấp Hỗn hợp này sau khi cháy được sẽ được hút ra ngoài nhờ một quạt hút đặt ở sau hệ thống lọc bụi tĩnh điện

Khi ra khỏi buồng đốt, do sự đổi hướng của dòng khí, các hạt nặng (Bao gồm: than chưa cháy hết, đá vôi chưa phản ứng) sẽ bị rơi xuống, được hệ thống quạt cao

áp thổi trở lại lò

Phần còn lại của luồng khói được hút qua phần đuôi lò Trong phần đuôi lò, khói

có nhiệt độ cao lần lượt đi qua, thực hiện trao đổi nhiệt với các hệ thống quá nhiệt cấp I, cấp III, qua hệ thống hâm nước, hệ thống sấy khí Khi ra khỏi hệ thống sấy khí, khói được đưa qua hệ thống lọc bụi tĩnh điện trước khi được quạt hút hút ra ngoài qua ống khói nhà máy

Chu trình nhiệt trong nhà máy

Nước từ bao hơi đi xuống các đường ống được bố trí xung quanh thành lò, nước

sẽ nhận nhiệt năng từ quá trình đốt cháy nhiên liệu trong lò và trở thành hỗn hợp hơi nước, hỗn hợp này đưa trở trở lại bao hơi

Từ bao hơi, hơi nước bão hòa được dẫn qua bộ lọc khô và bộ điều chỉnh hơi quá nhiệt để đảm bảo nhiệt độ, áp suất trước khi được đưa vào turbin cao áp để sinh công Sau khi đã sinh công từ turbin, hơi được đưa xuống bình ngưng để ngưng trở lại thành nước Bình ngưng có hệ thống nước làm mát tuần hoàn, và hệ thống hút chân không làm cho hơi nước được ngưng tụ nhanh chóng Sau đó nước từ bình ngưng sẽ được một hệ thống bơm ngưng bơm tới các bình khử khí để khử hết các bọt khí có lẫn trong nước Nước cấp được đưa qua các bình gia nhiệt hạ áp (LP Heater) Nước trong các bình này sẽ được gia nhiệt nhờ hơi trích từ turbin hạ áp Sau khi rời khỏi hệ thống gia nhiệt hạ áp, nước tiếp tục được đưa tới các bình gia nhiệt cao áp (HP Heater) để gia nhiệt bởi hơi chích ra từ turbin cao áp Sau đó, nước được đưa qua hệ thống hâm nước đặt tại đuôi lò trước khi đưa vào bao hơi.

1.3 LÒ HƠI TẦNG SÔI TUẦN HOÀN

Điểm khác biệt ở nhà máy nhiệt điện Na Dương là hệ thống buồng đốt Do đặc điểm về nhiên liệu là than khai thác tại mỏ Na Dương có tỉ lệ lưu huỳnh cao, nhà máy bắt buộc phải sử dụng hệ thống lò hơi tầng sôi tuần hoàn Về hoạt động, hệ thống lò hơi này có hầu như khác so với các hệ thống sử dụng than nghiền: về quá trình cháy, về quá trình xử lý nhiên liệu, các hệ thống gió,… Do đó, các vấn đề về điều khiển với nhà máy cũng thay đổi, không giống các nhà máy nhiệt điện đốt than

ở Việt Nam, như: Nhiệt điện Phả Lại, Nhiệt điện Uông Bí, …

1.3.1 Giới thiệu về lò hơi

Lò hơi đầu tiên được phát minh bởi Alexandria, thế kỉ đầu sau Công nguyên, tuy nhiên, lò hơi của ông chỉ được sử dụng làm trò chơi Phải tới năm 1986, lò hơi mới được đưa vào ứng dụng bởi Thomas Savery, ông được cấp bằng sáng chế với máy bơm nước vận hành bằng hơi nước được cấp từ một lò hơi Từ đó đến nay, lò hơi được phát triển và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, sử dụng với nhiều mục đích, như:

sử dụng trong các đầu máy tàu hỏa, trong hệ thống sưởi, trong các tàu thủy, trong các nhà máy nhiệt điện …

Trong mọi ứng dụng, lò hơi luôn phải đảm bảo hai nhiệm vụ: Thứ nhất, chuyển hóa năng lượng của nhiên liệu như: than đá, dầu mỏ, khí đốt, v.v…trong buồng đốt thành nhiệt năng; Thứ hai, truyền nhiệt năng sinh ra cho các chất tải nhiệt hoặc môi chất (thông thường là nước) để đưa chúng từ thể lỏng có nhiệt độ thấp lên nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ sôi, biến thành hơi bão hòa hoặc hơi quá nhiệt

Để đảm bảo thực hiện được các nhiệm vụ đó, thông thường lò hơi thường được cấu tạo gồm các hệ thống chính sau:

- Hệ thống cung cấp nhiên liệu

- Hệ thống cung cấp không khí và xử lý sản phẩm cháy

- Hệ thống cung cấp và xử lý nước

- Hệ thống đo lường điều khiển

- Hệ thống an toàn

- Hệ thống lò: tường lò, cách nhiệt, v.v…

Tùy theo từng loại lò mà mỗi hệ thống trên có cấu tạo và chức năng khác nhau

1.3.2 Phân loại lò hơi

Tùy theo mục đích sử dụng mà cấu tạo lò hơi có thể rất khác nhau

Theo chế độ đốt nhiên liệu trong buồng lửa (theo phương pháp đốt) có các loại: lò ghi thủ công (ghi cố định), lò ghi nửa cơ khí và lò ghi cơ khí; lò phun đốt nhiên liệu lỏng hay khí, đốt bột than, thải xỉ lỏng hay thải xỉ khô; lò đốt có buồng xoáy; lò tầng sôi.

Theo chế độ tuần hoàn của nước gồm các loại: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức có bội số tuần hoàn lớn hoặc lò trực lưu

Theo lịch sử phát triển lò hơi có các loại: kiểu bình, ống lò, ống lửa, ống nước.Theo thông số hay công suất của lò có các loại lò hơi công suất thấp, trung bình, cao, siêu cao,…

Theo công dụng có lò hơi tĩnh, lò hơi nửa di động và di động, lò hơi công nghiệp,

lò hơi cho phát điện

Tuy nhiên, đứng về quan điểm điều khiển ở đây sẽ phân loại theo phương pháp đốt

Lò hơi có buồng đốt kiểu than phun

Trong hoạt động của buồng đốt kiểu này, nhiên liệu được nghiền thành các hạt nhỏ mịn, sau đó được hòa trộn với gió sơ cấp và thổi vào trong buồng đốt, quá trình đốt xảy ra trạng thái lơ lửng Đứng về quan điểm điều khiển, quá trình cháy của của

lò hơi loại này tương tự như khi đốt nhiên liệu lỏng hoặc khí gas

Ưu điểm của lò hơi loại này là đáp ứng nhanh sự thay đổi của tải; hiệu suất nhiệt cao; có khả năng đốt một nhiệt năng lớn trong một không giản nhỏ và yêu cầu ít công nhân vận hành

Nhược điểm của lò hơi sử dụng than phun là tỉ lệ khí/nhiên liệu phải được kiểm soát chặt chẽ để tránh xảy ra thừa nhiên liệu dễ dẫn đến phá hủy lò; có yêu cầu cao

về mặt nguyên liệu, nếu than có hàm lượng chất dễ bay hơi thấp, hàm lượng tro và

độ ẩm cao thì việc sử dụng loại lò hơi này là không kinh tế; lò hơi loại này tiêu tốn nhiều năng lượng vì phải sử dụng bộ phận nghiền than

Lò hơi có buồng lửa xoáy

Nhiên liệu được nghiền và hòa trộn với không khí tạo ra hỗn hợp cháy có khả năng phát nhiệt rất cao Với nhiên liệu như vậy trong buồng đốt sẽ xảy ra quá trình cháy ở nhiệt độ cao lên tới 14000C, hiệu suất nhiệt lớn Tro bị nóng cháy và liên tục đưa ra ngoài ở trạng thái lỏng

Ưu điểm của buồng lửa kiểu xoáy là giảm lượng tro bay trong khói thải; giảm điện năng tiêu thụ cho máy nghiền vì không yêu cầu cao về chất lượng nghiền; giảm kích thước buồng đốt; tăng hiệu suất cháy do nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn

Nhược điểm của buồng đốt kiểu này là khi thay đổi phụ tải sẽ phải khởi động hoặc dừng một hoặc một số vòi phun; yêu cầu cao về hàm lượng hóa học và điểm nóng chảy của tro; chi phí bảo trì cao; hàm lượng oxit nitro trong khí thải lớn do lò hoạt động ở nhiệt độ cao

Lò sôi tầng sôi tuần hoàn

Nhiên liệu đã nghiền và đá vôi được đưa vào trong buồng đốt Gió sơ cấp từ đáy của buồng đốt qua các vòi phun vào trong buồng đốt, với vận tốc gió sơ cấp nhất định các hạt rắn này sẽ bị thổi bay lên, ở trạng thái lơ lửng và sẽ thực hiện quá trình cháy ở trạng thái này Gió thứ cấp được đưa vào để quá trình cháy diễn ra hoàn toàn Sản phẩm cháy sẽ bay khỏi buồng đốt sang buồng phân ly Tại đây các hạt nhỏ (tro bay) sẽ được hút ra ngoài qua đường ống khói, các hạt to sẽ được đưa lại buồng đốt tiếp tục thực hiện quá trình cháy Xỉ được thải ra ngoài qua hệ thống thải

xỉ ở đáy của buồng đốt Trong quá trình đốt cháy này có sự tuần hoàn của nhiên liệu, sự tuần hoàn này giúp thời gian lưu lại của các hạt được kéo dài tùy theo kích thước hạt, kết quả sẽ làm hiệu suất của lò tăng

Ưu điểm hiệu suất của lò cao hơn các loại lò khác: Nhờ quá trình tuần hoàn nhiên liệu cháy trở lại buồng đốt, nhiên liệu sẽ bị đốt cháy hoàn toàn

Lò cho phép hoạt động với phạm vi điều chỉnh tải lớn mà không cần phải khởi động hay dừng các vòi đốt, các thiết bị phụ

1.3.3 Hệ thống lò hơi tầng sôi tuân hoàn

3.3.1 Khái niệm tầng sôi

Công nghệ tầng sôi là một công nghệ đốt được phát triển từ công nghệ đốt trên ghi cố định Gió sơ cấp được thổi từ dưới ghi lên Khi tốc độ gió đủ lớn sẽ tạo ra một lực cuốn thắng được trọng lực của hạt và khi đó các hạt sẽ bắt đầu dịch chuyển lên trên tạo ra một lớp hạt lơ lửng giống như một lớp chất lỏng Các chế độ tương tác giữa khí và hạt phụ thuộc vào tốc độ gió cấp vào bao gồm: lớp cố định, giả lỏng đồng đều, sôi bọt, sôi dạng pittông (slugging), sôi rối, sôi chèn (choking) và sôi tuần hoàn (circulating)

Hiện nay có 2 loại lò hơi tầng sôi, là: lò hơi tầng sôi bọt (Bubbing Bed Fuidized Boiler – BBFB) và lò hơi tầng sôi tuần hoàn (Circulating Bed Fuildized Boiler – CFBB)

3.3.2 Hoạt động của lò hơi tầng sôi tuần hoàn

Hệ thống lò hơi này bao gồm một buồng đốt trong đó nhiên liệu, đá vôi và tro được gió sơ cấp thổi lên ở trạng thái lơ lửng tạo thành lớp đệm giống như đang sôi Dòng không khí chảy rối này mang các hạt rắn (nhiên liệu, đá vôi và tro) bay theo trong khi đang cháy cho tới trần của buồng lửa

Nhiên liệu được cấp vào và thực hiện quá trình cháy, cấp nhiệt cho lớp sôi Quá trình cháy được phân đoạn theo các chiều cao khác nhau trong buồng lửa tuỳ theo vị trí đưa gió sơ cấp và thứ cấp vào buồng đốt

Nhiệt từ lớp đệm đang cháy được truyền tới nước bên trong các ống nước lên được bố trí thành một màng xung quanh tường, trần và đáy buồng lửa

Khói nóng mang theo các hạt rắn, nhiên liệu và tro bay rời khỏi buồng đốt ở phía trên đỉnh buồng đốt và đi vào một thiết bị phân tách Thiết bị phân tách này phân tách các hạt có kích thước lớn ra khỏi dòng khói Các tấm chắn làm nhiệm vụ hướng các hạt rắn gồm các hạt nhiên liệu chưa cháy hết và các hạt đá vôi chưa phản ứng quay trở lại buồng đốt và hỗn hợp với nhiên liệu và đá vôi mới được cấp vào lò.Phần dưới của buồng đốt gồm một mạng lưới phân phối không khí được làm mát bằng nước và một hệ thống thải xỉ đáy lò Các ống phun không khí của sàn lò lấy không khí từ một hộp gió đặt ở dưới sàn và phun không khí vào trong buồng đốt.Trong khu vực xảy ra sự thay đổi hướng dòng khói của vòng tuần hoàn nóng, các ống nhận nhiệt được bảo vệ bởi một lớp vật liệu chống mài mòn

Các ống phun không khí thứ cấp được bố trí ở các độ cao khác nhau để phù hợp với sự phân vùng quá trình cháy theo chiều cao buồng lửa Không khí sơ cấp đi vào hộp gió ở dưới sàn lò và cung cấp dòng không khí cho việc tạo lớp sôi và cho chính quá trình cháy nhiên liệu.

Dòng không khí sơ cấp, sau khi được cấp vào lò, hình thành dòng chảy rối của hỗn hợp không khí và các hạt rắn Nhờ vậy, các hạt nhiên liệu và đá vôi khi được cấp vào lò sẽ được hòa trộn đều với vật liệu đang cháy, quá trình cháy và hấp thụ lưu huỳnh sẽ tốt hơn Mật độ hạt rắn trong lớp sôi thay đổi dọc theo chiều cao buồng đốt từ lớn nhất ở phía đáy buồng đốt nơi mà nhiên liệu và đá vôi được đưa vào và hoà trộn với nhau cho tới nhỏ nhất ở phía trên cùng Không khí thứ cấp được

đưa vào trong buồng đốt ở phía trên các vòi phun gió sơ cấp để trợ giúp cho lớp sôi được tuần hoàn và cháy tiếp, cung cấp tiếp không khí cho các lớp sôi phía trên để giảm NOx, dùng để điều chỉnh hệ số không khí thừa và để điều chỉnh nhiệt độ cháy trong buồng đốt

Khói nóng và các hạt nhỏ của lớp sôi (tro bay) được hút ra khỏi bộ phân tách và

đi qua bộ quá nhiệt, bộ hâm nước Phần đuôi lò loại này giống như phần đuôi lò của các lò hơi đốt bột than khác và cũng có thêm bộ thổi bụi và thải tro bụi

Từ phần trao đổi nhiệt đối lưu phía đuôi lò, khói được dẫn qua bộ sấy không khí

Bao hơi

Bộ phân ly bụi

Vùng đối lưu

Các bộ quá nhiệt

Bộ hâm nước

Các bộ sấy không khí

Buồng đốt

Ống xuống

Buồng thải xỉ được làm mát

Hình 1.3: Hệ thống lò hơi tầng sôi tuần hoàn

kiểu quay để gia nhiệt cho không khí trước khi được cấp vào buồng đốt và cuối cùng khói được dẫn qua bộ lọc bụi kiểu tĩnh điện và thoát ra ống khói qua các quạt hút.

Các vòi đốt khởi động ở phía dưới của buồng lửa trước hết là để cấp nhiệt vào để cung cấp cho lớp sôi trong buồng đốt đạt đến nhiệt độ bắt lửa của các hạt than Các vòi phun khởi động cũng trợ giúp việc duy trì năng suất hơi của lò trong trường hợp cấp nhiên liệu bị ngừng hoặc bị lỗi

Nhiên liệu được cấp vào lò hơi để cháy và sinh nhiệt cấp cho nước biến thành hơi Nhiên liệu được đưa vào lò hơi qua 4 vị trí khác nhau ở tường trước Mỗi một

vị trí cấp nhiên liệu đều có các máy cấp than kiểu băng tải lợi dụng trọng lượng của chính nhiên liệu

Bột đá vôi được cấp vào buồng đốt ở 7 vị trí, 4 vị trí ở trên tường trước và 3 ở trên tường sau Máy cấp bột đá vôi kiểu van có tốc độ quay thay đổi được sẽ dùng

để điều chỉnh lượng bột đá vôi được phun vào buồng đốt Lượng đá vôi cần thiết tuỳ thuộc vào loại nhiên liệu và loại đá vôi

Các hạt trong lớp đệm (tro phía đáy) được thải ra ngoài bởi hai đường thải tro xỉ được gắn ở bên cạnh buồng lửa Hai đường thải tro xỉ này đều có bộ phận điều chỉnh lượng tro xỉ được thải ra (có làm mát) để duy trì một lượng vật chất luôn luôn hợp lý trong lớp đệm Thiết bị này làm lạnh xỉ ở đáy lò nên nó có thể được điều chỉnh bằng tay và có thể được tháo rời ra khỏi lò hơi

Một hệ thống thổi bụi cũng được bố trí trong phần trao đổi nhiệt đối lưu ở phần đuôi lò để thải tro bay bám vào các bề mặt trao đổi nhiệt phía đuôi lò Một bộ lọc bụi tĩnh điện lọc các hạt bụi nhỏ ra khỏi dòng khói trước khi nó được quạt hút thải

ra ngoài ống khói

3.3.3 Các hệ thống chính của lò hơi tầng sôi tuần hoàn

Hệ thống gió sơ cấp

Hệ thống gió sơ cấp bao gồm một bộ giảm âm gắn với quạt gió sơ cấp PAF, một

bộ tiền sấy khí sơ cấp kiểu ống xoắn sử dụng hơi và hệ thống sấy khí sơ cấp 1GAH kiểu dàn ống sử dụng nhiệt lượng của khói lò trước khi đưa ra môi trường (Hệ thống sấy chính)

Không khí trong môi trường xung quanh bị quạt gió sơ cấp hút vào thông qua bộ giảm thanh (Silencer) Sau khi rời quạt, gió sơ cấp được đưa qua hệ thống tiền sấy khí sử dụng hơi Mục đích của hệ thống này là nâng nhiệt độ của gió lên trên nhiệt

độ đọng sương của axit Sulfuric Nếu hệ thống này không hoạt động, khi gió sơ cấp

đi vào hệ thống sấy khí sơ cấp đặt trong phần đuôi lò sẽ làm nhiệt độ khói thải thấp hơn nhiệt độ ngưng đọng axit sulfuric có trong sản phẩm cháy, làm oxi hóa phần đuôi lò Sau khi qua hệ thống tiền sấy khí, gió sơ cấp được đưa vào hệ thống sấy khí đặt trong đuôi lò Hệ thống này thực hiện quá trình trao đổi nhiệt giữa khói lò và gió

sơ cấp, gió sơ cấp sẽ được nâng nhiệt độ lên khoảng 2200C Sau khi được sấy, gió

sơ cấp sẽ được phân phối cho: Windbox, hệ thống gió chèn tường (Front Wall Seal Air), đưa tới bộ thải xỉ tro (Stripper Cooler) và sử dụng cho hệ thống vít cấp than Trong đó lưu lượng gió cấp cho Windbox chiếm tỉ lệ lớn nhất (95%)

Hình 1.4: Hệ thống gió sơ cấp

Khói ra

Gió sơ cấp ra

Khói vào

Gió sơ cấp vào

Hình 1.5: Hệ thống sấy khí sơ cấp

1GAH

Tại Windbox đặt ở đáy buồng đốt, gió được đưa vào buồng đốt qua các vòi phun

có dạng mũi tên Gió sơ cấp từ các vòi phun này sẽ tạo thành dòng khí có tốc độ cao, cuốn theo các hạt nhiên liệu và sản phẩm cháy dở có trên ghi lò bay lên tạo thành trạng thái giống như trạng thái sôi

Hệ thống gió thứ cấp

Hệ thống gió thứ cấp

được sử dụng để: đưa vào

buồng đốt qua các vòi phun

đặt ở phía trên các vòi gió

sơ cấp, thực hiện quá trình

cháy trong lò, đảm bảo quá

trình cháy trong lò, đưa

nhiệt độ lò tới nhiệt độ thực

hiện được quá trình hấp thụ

lưu huỳnh; cung cấp không

khí cho quá trình cháy của

các vòi phun khởi động

trong quá trình khởi động

hút giảm thanh đặt tại đầu

vào của của quạt hút thứ

cấp SAF, một hệ thống tiền sấy khí dạng ống xoắn sử dụng hơi và hệ thống sấy khí thứ cấp đặt tại phần đuôi lò

Không khí bên ngoài bị quạt hút vào hệ thống gió thứ cấp qua bộ giảm thanh Sau khi qua bơm, gió thứ cấp được đưa qua hệ thống tiền sấy khí sử dụng hơi và hệ thống sấy chính đặt ở đuôi lò Đi qua hệ thống này, nhiệt độ của khí thứ cấp khoảng

Hình 1.6: Hệ thống gió thứ cấp

2200C Sau đó, gió thứ cấp được đưa vào buồng đốt tại rất nhiều vị trí xung quanh buồng đốt Việc điều chỉnh lượng gió thứ cấp sẽ được thực hiện tại mỗi vị trí đưa vào lò nhằm mục đích: Đảm bảo quá trình cháy xảy ra hoàn toàn tại các vị trí, tránh xảy ra hiện tượng nhiệt độ cao cục bộ, dẫn tới hình thành NOx; Thực hiện việc cắt giảm gió thứ cấp khi xảy ra hiện tượng thừa không khí trong khói thải và hiệu chỉnh

để lò đạt hiệu suất cao nhất Khi hoạt động ở chế độ tự động, quạt gió thứ cấp sẽ chạy theo chế độ điều chỉnh áp suất theo thông số áp suất đo từ bộ đo áp suất đặt tại đầu ra của của hệ thống sấy khí thứ cấp chính Như vậy, áp suất ra sẽ luôn được giữ

ở giá trị đặt ngay cả khi lưu lượng qua bơm thay đổi Ví dụ, khi lưu lượng đầu ra tăng, áp suất đo được gửi về bộ điều khiển sẽ giảm, bộ điều khiển sẽ thay đổi tín hiệu điều khiển để đảm bảo áp suất đầu ra tăng lên

Trong quá trình hoạt động bình thường, lưu lượng gió thứ cấp sẽ được điều chỉnh bởi hệ DCS để đảm bảo tỉ lệ giữa gió sơ cấp và gió thứ cấp, việc đảm bảo tỉ lệ này rất quan trọng vì khi tỉ lệ này thay đổi sẽ ảnh hưởng đến nhiệt độ tầng Việc điều chỉnh gió thứ cấp còn sử dụng

với mục đích thay đổi lượng

không khí thừa trong khói thải

thông qua tín hiệu từ bộ phân

tích khói thải đặt ở phần đuôi

lò

Hệ thống khói

Sản phẩm của quá trình

cháy bao gồm cả những hạt

than cháy dở, hạt đá vôi chưa

phản ứng được gió sơ cấp thổi

lên đến đỉnh lò và được hút

qua bộ phân li nhờ quạt hút

(IDF) Ở điều kiện hoạt động

bình thường, nhiệt độ trong

buồng đốt vào khoảng 800 –

9300C và áp suất suất khoảng

-10mmH2O Khi khói thải đi

vào đầu vào bộ phân li, xảy ra

một sự đổi hướng dòng chảy làm cho các hạt nặng (than chưa cháy hết và đá vôi chưa phản ứng) bị tách ra khỏi dòng hỗn hợp, rơi xuống bộ phân li và được đưa trở lại lò ở đáy bộ phân li nhờ hệ thống quạt cao áp Phần còn lại của hỗn hợp (tro bay)

Hình 1.7: Hệ thống xử lý khói

sẽ ra khỏi bộ phõn ly đi vào phần đối lưu của lũ Khúi núng sẽ lần lượt đi qua cỏc hệ thống quỏ nhiệt, hệ thống hõm nước và hệ thống sấy khớ Sau khi thực hiện trao đổi nhiệt tại cỏc hệ thống này, nhiệt độ của khúi cũn khoảng 145 0C, khúi tiếp tục được đưa vào hệ thống lọc bụi tĩnh điện (EP) Tại hệ thống lọc bụi tĩnh điện tro bay sẽ được tỏch ra khỏi dũng khúi thải Khúi thải đi qua van cỏnh hướng, quạt hỳt và được đưa đưa ra ngoài qua ống khúi nhà mỏy

Hệ thống cấp than

Hệ thống cấp than bao gồm cỏc bunker chứa than, cỏc cõn băng định lượng và cỏc trục vớt cấp than Cỏc cõn băng định lượng cú tốc độ điều chỉnh được đặt ngay dưới cỏc bunker, lượng than

đưa vào lũ được điều

chỉnh bằng cỏch điều

chỉnh tốc độ của hệ thống

băng tải này Sau khi ra

khỏi hệ thống cõn băng

định lượng, than đi vào

cỏc mỏng trượt, rồi qua

cỏc vit cấp than, đưa vào

lũ Lượng than cấp vào lũ

được điều chỉnh tựy

thuộc vào ỏp suất hơi

chớnh và lượng nhiờn liệu

chưa chỏy hết trong lũ

Hệ thống cấp đỏ vụi

Đỏ vụi được nghiền

mịn, sau đú được thổi

vào lũ nhờ một quạt cao

ỏp Bột đỏ vụi được thổi vào lũ từ nhiều vị trớ ( khoảng 7-8 vị trớ) cả ở tường trước

và tường sau của lũ Hệ thống đỏ vụi sử dụng van quay cú tốc độ điều chỉnh được Tốc độ này thay đổi kộo theo lượng đỏ vụi cấp vào buồng đốt thay đổi tựy thuộc vào chất lượng đỏ vụi và chất lượng than

Kho than a Kho than b

Máy cân than (C)

Vít cấp than (D)

Buồng lửa

Tường trước

Vít cấp than (A)

Vít cấp than (B)

Vít cấp than (C)

Máy cân than (A)

Máy cân than (B) Máy cân than (D)

Hỡnh 1.8: Hệ thống xử lý than

Hệ thống thải xỉ

Hệ thống thải xỉ bao gồm thải xỉ đáy và tro bay được thực hiện bởi hai hệ thống:

hệ thống thải xỉ đáy và hệ thống thải xỉ Stripper Cooler

Hệ thống thải xỉ đáy: Hệ thống này liên tục thải xỉ ra ngoài, sản phẩm chủ yếu là tro, CaSO4 và bột đá vôi chưa phản ứng cộng thêm một lượng nhỏ than chưa cháy hết với một số tạp chất khác (các mạt sắt, quặng, v.v) ở nhiệt độ cao, khoảng từ 760 – 900 0C Tro xỉ được thải liên tục ra ngoài qua các cạnh tường phía đáy lò xuống

hố thải xỉ được làm mát và được gắn ở các cạnh tường buồng đốt Từ mỗi cửa xả, tro xỉ đi vào một hố thải xỉ để được làm lạnh tới 260 0C Tro xỉ đã được làm lạnh được thải ra ngoài qua hệ thống thải tro xỉ

Hệ thống thải tro Stripper Cooler: được đặt ở hai bên của buồng đốt Do sự xuất nhiệt đột ngột của các luồng không khí áp xuất cao, tro bay bị dẫn vào trong buồng làm mát theo một đường như trên hình vẽ Khi lượng tro trong khoang này đến một mức nhất định, quá trình làm mát sẽ xảy ra Sau đó van quay sẽ hoạt động để đưa bớt lượng tro ra ngoài Chu kì mới sẽ bắt đầu khi cần điều chỉnh lượng chất đệm trong buồng đốt

Quạt cao áp

Van quay

Hình 1.9: Hệ thống xử lý đá vôi

Hình 1.11: Hệ thống thải xỉ tro bay

Các hệ thống điều khiển tập trung truyền thống được chia thành 2 loại: hệ thống nối tiếp và hệ hệ song song.

Trong các hệ thống điều khiển theo phương án tập trung, mọi quá trình tính toán, các thuật toán điều khiển được thực hiện trên một hệ vi xử lý trung tâm Ưu điểm của phương án điều khiển tập trung là hệ cơ sở dữ liệu của quá trình thống nhất, tập trung do đó có thể thống nhất quá trình điều khiển cho cả công nghệ, ngoài ra hệ còn có một ưu điểm là tốc độ đáp ứng của nhanh Tuy nhiên, hệ điều khiển tập trung tỏ ra không còn phù hợp với các quá trình sản xuất phức tạp, khi khối lượng tính toán lớn và không còn có yêu cầu cao về thời gian đáp ứng, việc xây dựng hệ vi

xử lý đáp ứng khối lượng tính toán này gần như không thể thực hiện được Một nhược điểm khác của hệ điều khiển tập trung là các thông số đo lường phải tập trung về hệ điều khiển trung tâm dẫn tới số lượng dây dẫn rất lớn, làm tăng chi phí, khó khăn trong quá trình xây dựng, bảo trì, bảo dưỡng

tínhiệu

Hình 2.3 Mô hình cấu trúc hệ điều khiển tập trung

Để đáp ứng các quá trình công nghệ phức tạp, phương án đưa ra là sử dụng hệ điều khiển phân tán Trong hệ điều khiển phân tán, các quá trình tính toán điều khiển là quá trình tính toán phân tán Có nghĩa là quá trình tính toán điều khiển được thực hiện trên nhiều hệ vi xử lý, nhưng vẫn đảm bảo tính thống nhất về điều khiển và dữ liệu Với cơ sở dữ liệu thống nhất và được chia sẻ giữa các thiết bị, hệ

Đo lường 2

Đo lường n

Người ĐKHiển thị

Bộ điều khiển

Điều khiển các đối tượng

Cảm biến 2

Cảm biến n

Hình 2.2: Hệ thống song song

điều khiển phân tán vẫn có thể thực hiện được các thuật toán điều khiển thực hiện trên hệ điều khiển tập trung, thậm trí còn sử dụng được các thuật toán phức tạp hơn

do không bị giới hạn về khả năng xử lý Như vậy, hệ thống điều khiển phân tán là một hệ thống điều khiển có hệ dữ liệu thống nhất nhưng chức năng điều khiển thay

vì tập trung vào một thiết bị sẽ được thực hiện trên nhiều thiết bị ở các cấp điều khiển khác nhau

Ưu điểm của hệ thống điều khiển là hiệu suất cũng như độ tin cậy tổng thể của hệ thống cao nhờ sự phân tán chức năng điều khiển Độ linh hoạt của hệ thống cao, thể hiện ở khả năng mở rộng hệ thống, thay thế thiết bị, và nâng cấp các phần mềm ứng dụng

2.1.2. Cấu trúc hệ thống điều khiển phân tán

Hệ thống điều khiển phân tán được viết tắt từ Distributed Control System (DCS)

Hệ thống điều khiển phân tán là một giải pháp tổng thể cả phần cứng và phần mềm cho toàn quá trình công nghệ được phát triển từ các ứng dụng của ngành công nghiệp hóa chất Hệ thống DCS thường được phát triển theo hướng mở, khả năng tích hợp cao kể cả hệ thống PLC

Thế mạnh của DCS là khả năng xử lý các tín hiệu tương tự, các chuỗi quá trình phức tạp, khả năng tích hợp dễ dàng Các hệ thống DCS ngày nay thường bao gồm các bộ điều khiển, mạng truyền thông và phần mềm hệ thống tích hợp Các hệ thống DCS có thể quản lý từ vài nghìn đến hàng chục nghìn điểm vào/ra Nhờ cấu trúc phần cứng và phần mềm, hệ DCS cho phép điều chỉnh đồng thời nhiều vòng điều khiển, điều khiển nhiều tầng và áp dụng các thuật toán điều khiển hiện đại

Hình 2.4: Sơ đồ phân cấp hệ thống tự động hóa quá trình sản xuất

Hình 2.5: Mô hình cấu trúc hệ điều khiển phân tán

Về cấu trúc, hệ DCS thường có 4 cấp và thực hiện liên kết với một phần của cấp quản lý và điều hành sản xuất (MES – Manufacturing Execution System) thông qua

hệ quản lý thông tin của MES

Cấp chấp hành – cảm biến

Cấp chấp hành cảm biến bao gồm các bộ phần vào/ra ghép nối với các sensor, các

cơ cấu chấp hành, cấp này có chức năng kết nối với các tín hiệu vào/ra, xử lý sơ bộ trước khi chuyển lên cấp điều khiển

Cấp chấp hành – cảm biến bao gồm các sensor đo lường, các PLC hoặc các máy tính công nghiệp điều khiển máy sản xuất hoặc công đoạn sản xuất độc lập

Cấp chấp hành bao gồm các giao diện sau:

- Giao diện kết nối trực tiếp với các tín hiệu vào ra tương tự như: áp suất, nhiệt độ, lưu lượng, … và các tín hiệu vào ra số, như các tín hiệu rơ-le, các tín hiệu liên động, …

- Giao diện bus trường: cho phép cấp trao đổi tín hiệu trực tiếp với các bộ điều khiển trên một đường truyền thông số duy nhất

- Giao diện kết nối với PLC: PLC có thể được nối vào hệ DCS thông qua các card truyền thông Các PLC được nối vào hệ DCS được gọi là các Subsystem

Cấp điều khiển

Cấp điều khiển bao gồm các bộ điều khiển FCS, là nơi thực hiện các chức năng điều khiển của một nhà máy Cấp điều khiển cũng cung cấp các chức năng truyền thông, cho phép giao tiếp với cả cấp chấp hành - cảm biến và cấp vận hành – giám sát chỉ huy Tín hiệu đo được từ cấp chấp hành – cảm biến sau khi được xử lý sẽ được truyền lên cấp điều khiển Cấp điều khiển thực hiện các thuật toán điều khiển, sau đó truyền tín hiệu về các cơ cấu chấp hành thuộc cấp chấp hành – cảm biến Cấp điều khiển cũng có thể giao tiếp với các cấp điều khiển khác và giao tiếp với cấp giám sát – chỉ huy

Cấp vận hành – giám sát chỉ huy

Cấp vận hành, giám sát, chỉ huy bao gồm các trạm vận hành HIS (Human Interface System) Cấp này cung cấp các giao diện vận hành cho người vận hành, cho phép điều khiển, thay đổi các thông số của các cấp dưới Các đồ họa được xây dựng trực quan, sát với quá trình công nghệ, thuận lợi cho quá trình điều khiển

Cấp quản lý thông tin

Hệ thống quản lý thông tin là một phần trong cấp điều hành và quản lý sản xuất

Hệ thống này bao gồm các OPC, các OPC này thực hiện các chức năng

- OPC Data Access: Cho phép trao đổi dữ dữ liệu thời gian thực từ DCS,

các bộ điều khiển và các trạm PLC

- OPC Alarms & Events: Cho phép thực hiện các thông báo, các cảnh báo

và các báo động

- OPC Batch: Các quá trình ứng dụng cụ thể có tính chất mẻ.

- OPC Data eXchange: Cho phép trao đổi giữa các máy chủ với nhau,

chức năng này cho phép trao đổi thông tin giữa các máy chủ của các hãng khác nhau Chức năng này cũng mở ra khả năng điều khiển, quản

lý hệ thống từ xa

- Data Historical Data Acces: Chức năng này cho phép truy cập dữ liệu

của nhà máy đã được lưu trữ từ trước

- OPC Security: Chức năng này cho phép phân quyền giữa các máy trạm

khi truy cập vào máy chủ OPC Chức năng này cần rất quan trọng trong việc bảo mật dữ liệu nhà máy, đảm bảo dữ liệu được sử dụng đúng mục đích

2.1.3. Chức năng của hệ DCS

Chức năng của DCS được chia làm hai chức năng chính là chức năng điều khiển

và chức năng giám sát

Chức năng điều khiển

Chức năng điều khiển là chức năng chính của hệ DCS, chức năng điều khiển được thực hiện tại các bộ điều khiển đặt tại các phòng điều khiển trung tâm hoặc tại các trạm điều khiển

Chức năng điều khiển có thể chia thành hai: một là chức năng điều khiển cơ bản, thực hiện các thuật toán điều chỉnh tự động, điều khiển tuần tự, điều khiển liên động hay các thuật toán điều chỉnh phức tạp khác, hai là chức năng truyền thông, trao đổi thông tin với các hệ thống phụ Subsystem

Chức năng vận hành và giám sát hệ thống

DCS cho phép biểu diễn toàn bộ các quá trình công nghệ của nhà máy cùng với các thông số thời gian thực trên các giao diện vận hành và giám sát DCS cũng cho

phép biểu diễn các biến trên đồ thị Trend theo biến thời gian Ngoài ra còn các chức năng về cảnh báo nguy cơ, báo lỗi, báo động

OPC Server

Là các máy chủ sử dụng chuẩn OPC (OLE for Process Control) Hoạt động của các OPC Server cho phép các chương trình ứng dụng chạy trên các máy chủ các HIS hoặc các FCS truy cập nhiều loại dữ liệu khác nhau

Khi truy cập dữ liệu theo chuẩn OPC, các chương trình yêu cầu dữ liệu gọi là các OPC Client (OPC khách hàng), các chương trình cung cấp dữ liệu gọi là các OPC server (OPC chủ) Thông qua OPC interface, có thể từ một HIS truy cập đến dữ liệu

ở các FCS hoặc tại các HIS khác, đồng thời cũng có thể gửi các thông báo khi xảy

ra một trạng thái báo động ở FCS nào đó

Hệ thống máy chủ OPC bao gồm các loại máy chủ sau:

- Data Access server (DA server): Đọc (thu thập), ghi (cài đặt) các thông số điều khiển hiện thời sử dụng ID của thông tin

- Alarm and Event Server (A&E server): Gửi các thông báo, báo động khi xảy ra sự kiện nào đó tại các khu vực điều khiển

EWS (Engineering WorkStation)

Trạm thực hiện các công việc kĩ thuật như:

- Phân quyền cho các trạm

- Lập chương trình, sửa đổi chương trình cho các trạm điều khiển khu vực FCS

- Lưu trữ và phục hồi

2.2.2. Cấp giám sát - chỉ huy

Cấp giám sát – chỉ huy được thực hiện bởi các trạm giao diện người máy HIS (Human Interface System) Các trạm HIS là các máy tính công nghiệp, có hệ thống màn hình kép, bàn phím thiết kế riêng cho cho điều khiển Trên các HIS có thể cài các hệ điều hành Windows NT hoặc Windows 2000 Server, trên nền hệ điều hành

đó cài phần mềm Centum CS 3000 của YOKOGAWA

Trên các màn hình của HIS có các giao diện đồ họa mô tả quá trình công nghệ HIS hiển thị tất cả các biến quá trình, các thông số điều khiển và các báo động trên các giao diện đồ họa tại các vị trí tương ứng như trong thực tế Thông qua hoạt động của trạm HIS ta sẽ nhanh chóng biết được trạng thái hoạt động của nhà máy, thông

Hình 2.6: Trạm giám sát, vận hành HIS

qua giao diện trên HIS ta cũng có thể tiến hành các thao tác điều khiển như: chỉnh định thông số của các bộ điều khiển, chuyển đổi chế độ hoạt động của các bộ điều khiển (Auto/Manual/Cascade), hay can thiệp vào hoạt động của các cơ cấu chấp hành Trạm HIS cũng cung cấp các giao diện mở, nhờ đó các máy tính giám sát có thể truy cập các dữ liệu dạng đồ thị Trend, các thông báo, và các dữ liệu khác của quá trình.

2.2.3. Cấp điều khiển

Toàn bộ các chức năng điều khiển của hệ DCS được thực hiện ở các FCS FCS là các hệ điều khiển được thiết kế để thực hiện các chức năng hiệu chỉnh hoặc điều khiển tuần tự

Về cấu tạo, FCS bao gồm các card và các khối chức năng sau:

- Card chuyển đổi: Biến đổi tín hiệu từ các thiết bị trường về tín hiệu mà FCS có thể xử lý được

- Processor Card (Hay FCU: Field Control Unit) thực hiện các tính toán điều khiển

- Các khối nguồn

- Hệ thống BUS:

ESB bus (Extended Serial Backboard bus) là bus thực hiện truyền thông giữa các nút được đặt trong cùng hộp với FCU Các bus này có thể là bus đơn hoặc kép tùy thuộc ứng dụng, chiều dài tối đa của bus này là 10m

ER bus (Enhanced Remote bus) thực hiện giao tiếp với các nút đặt xa FCU, khi sử dụng ER bus, các nut có thể đặt trong cùng hộp vời FCU, hoặc cũng có thể đặt tại trạm xa vị trí FCU Độ dài tối đa của bus này là 185m, 500m tùy thuộc vào loại cable sử dụng, nếu sử dụng bộ lặp quang,

độ dài của bus có thể lên tới 2km

2.2.4. Hệ thống mạng của CS 3000

Do yêu cầu về tốc độ và dung lượng truyền khác nhau nên mỗi cấp trong sơ đồ phân cấp chức năng có yêu cầu khác nhau về mạng truyền thông Càng ở các cấp cao yêu cầu về tính thời gian thực càng giảm, yêu cầu về dung lượng càng lớn Ngược lại, ở các cấp thấp yêu cầu về tính thời gian thực cao trong khi yêu cầu về dung lượng truyền thấp Vì vậy, hệ thống truyền thông trong DCS được thực hiện bởi 2 hệ thống mạng: Mạng Ethernet với giao thức TCP/IP và mạng Vnet với cấu trúc bus, giao thức Token passing

- Mạng Ethernet: Là hệ thống mạng thực hiện truyền thông giữa các thiết bị của cấp giám sát và cấp giao diện vận hành Các hệ thống điều khiển PLC cũng được nối với hệ thống DCS thông qua mạng Ethernet sử dụng cáp đồng trục hoặc cáp quang

- Mạng Vnet: Được sử dụng để kết nối giữa các trạm điều khiển FCS với nhau và giữa các FCS với các trạm giao diện vận hành HIS

trường

Database

Server

ExaquantumClients

APCS

CS3000HIS

HIS/

ENG Ethernet

PRM Clients PRM

Remote Monitoring Exa packages

CS Batch Advanced Operation

CHƯƠNG 3

PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG

3.1 ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH

3.1.1. Điều khiển quá trình

Quá trình được định nghĩa là một trình tự các biến vật lý, hóa học hoặc sinh học, trong đó vật chất, năng lượng hoặc thông tin được biến đổi, vận chuyển hoặc lưu trữ

Điều khiển quá trình là ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động trong điều khiển, vận hành và giám sát các quá trình công nghệ, nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, hiệu quả sản xuất và an toàn cho con người, máy móc, môi trường

Trạng thái của một quá trình thể hiện qua các biến quá trình bao gồm:

- Đại lượng cần điều khiển (Controlled variable – CV): Là biến ra, thể hiện

trạng thái của quá trình, đại lượng cần điều khiển quyết định tới sự vận hành an toàn, ổn định hoặc chất lượng sản phẩm, cần được duy trì tại một giá trị đặt, hoặc bám theo một tín hiệu chủ đạo

- Đại lượng điều khiển (control variable, manipulated variable – MV): là

biến vào, can thiệp được theo ý muốn, đại lượng điều khiển là giá trị tác động vào quá trình để thay đổi đại lượng cần điều khiển

- Đại lượng nhiễu bao gồm: nhiễu quá trình, nhiễu đo, nhiễu tạp Nhiễu quá trình là nhiễu đầu vào (sự biến thiên của các thông số đầu vào), nhiễu tải (thay đổi theo các yêu cầu sử dụng) và nhiễu ngoại sinh (nhiễu của các yếu

tố môi trường ảnh hưởng lên quá trình)

Xét hệ thống làm mát dầu sử dụng hơi

Cấu tạo: Hệ thống gồm một bình chứa dầu nhận dầu từ 2 nguồn: dầu nóng (thường xuyên), dầu ấm (không thường xuyên) Bình chứa được bao quanh bởi hệ thống ống nước làm mát Nhiệm vụ của bộ điều khiển là duy trì nhiệt độ của dầu ra khỏi bình chứa

Hoạt động: Hệ điều khiển đo nhiệt độ của dầu ra khỏi bình, dựa vào giá trị đó để điều chỉnh lưu lượng nước làm mát cấp vào hệ thống

Trong hệ thống này: Đại lượng cần điều khiển (CV) là nhiệt độ của dầu ra khỏi bình, đại lượng điều khiển (MV) là lưu lượng nước làm mát cấp vào hệ thống Đại

3.1.2. Các đặc trưng của quá trình

Thời gian trễ vận chuyển – Dead Time

Thời gian trễ vận chuyển là một đặc tính của một hệ vật lý, đặc tính này làm tín hiệu ra của hệ chậm so với tín hiệu vào một khoảng thời gian

Thời gian trễ vận chuyển xảy ra khi trong hệ có sự vận chuyển vật chất hoặc năng lượng Thời gian trễ không phụ thuộc vào tín hiệu tác động, chỉ phụ thuộc vào đặc tính vật lý của hệ là quãng đường vận chuyển và tốc độ vận chuyển

Xét về góc độ điều khiển, thời gian trễ vận chuyển không làm thay đổi hệ số khuyếch đại của quá trình mà làm dịch pha giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào

Xét hệ thống cấp than vào buồng đốt trong nhà máy nhiệt điện: Hệ thống gồm một xilô chứa than, một băng tải vận chuyển than đến các vít cấp than và hệ thống cân định lượng đặt ở cuối băng tải Lượng than cấp vào lò được điều chỉnh bởi tốc

độ của van quay đặt dưới xilô Hiện tượng trễ vận chuyển có thể nhận thấy khi hệ thống điều khiển nhà máy ra quyết định tăng lượng than cấp vào lò Tuy nhiên, sau một thời gian nhất định hệ thống cân định lượng mới nhận biết được có sự thay đổi đó