nghiên cứu nâng cao chất lượng dây truyền cấp than cho lò hơi nhà máy nhiệt điện

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn THÁI NGUYÊN 2011 DƯƠNG MẠNH LINH ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT TỰ ĐỘ NG HÓ A NGÀNH: TỰ ĐỘ NG HÓ A NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DÂY TRUYỀN CẤP THAN CHO LÒ HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN DƯƠNG MẠNH LINH TN 2011 THÁI NGUYÊN 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC HÌNH VẼ Hình vẽ Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 Các bước chuần bị trước khi đưa than vào buồng đốt . 1 Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống nghiền than và vận chuyển than nghiền 5 Hình 1.3 Máy cấp đo trọng lượng. 6 Hình 1.4 So sánh ảnh hưởng không khí thừa đối với máy cấp thể tích và máy cấp trọng lượng. 7 Hình 1.5 a- Máy nghiền kiểu bi b- Máy nghiền kiểu trục lăn 8 Hình 1.6 ĐKdòng nhiên liệu than với hệ thống sử dụng máy nghiền kiểu trục quay và máng với lượng tích trữ nhiên liệu thấp 12 Hình 1.7 Sơ đồ ĐK dòng than có bù lượng than cấp và điều khiển song song lưu lượng gió cấp một và nhiệt độ hỗn hợp than – gió 14 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 31 Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động cân băng 32 Hình 2.7 Đồ thị công suất và momen cản tĩnh 33 Hình 2.8 Giản đồ phụ tải 34 Hình 2.9 Sơ đồ động học 35 Hình 2.10 Hệ thống điều khiển kín dùng Loadcell 37 Hình 2.11 Hệ thống điêu khiển kín dùng phản hồi số 37 Hình 2.12 Hệ thống điều chỉnh tốc độ có đảo chiều Thyristor - động cơ 39 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 2.13 Sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín 40 Hình 2.14 Đường đặc tĩnh tĩnh của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch 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 Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển cân băng 49 Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống tự động điều khiển cân băng 50 Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc khi từ thông không đổi 50 Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện 53 Hình 3.5 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng dòng điện 54 Hình 3.6 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ 55 Hình 3.7 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng khối lượng 57 Hình 3.8 Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh khối lượng 59 Hình 3.9 Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển bằng bộ điều khiển PID kinh điển 60 Hình 3.10 Kết quả mô phỏng với các chỉ tiêu tốc độ, dòng điện và khối 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn 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 Hình 4.8 Quan hệ vào ra của luật hợp thành tuyến tính 72 Hình 4.9 Sự hình thành ô suy luận từ luật hợp 72 Hình 4.10 Các vùng trong ô suy luận 73 Hình 4.11 Bộ điều khiển mờ với hệ số khuếch đại đầu ra K 76 Hình 4.12 MRAFC điều chỉnh hệ số khuếch đại đầu ra 76 Hình 4.13 MRAFC điều chỉnh hệ số khuyếch đại đầu ra và hệ số tích phân sai lệch đầu vào 78 Hình 4.14 Định nghĩa các biến vào ra của bộ điều khiển mờ thích nghi 79 Hình 4.15 Xây dựng các luật điều khiển cho bộ điều khiển mờ thích nghi 79 Hình 4.16 Bề mặt đặc trưng cho quan hệ vào ra của bộ điều khiển mờ thích nghi 79 Hình 4.17 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 PID với khâu đạo hàm mắc đầu vào bộ điều khiển mờ 83 Hình 5.1 Cấu hình cơ bản của một hệ điều khiển phân tán 88 Hình 5.2 Các thành phần chức năng chính của một PLC 91 Hình 5.3 Sơ đồ tổng quan hệ thống điều khiển phân tán DCS CENTUM CS 3000 của nhà máy nhiệt điện Phả Lại 98 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Nộ i dung Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt Danh mụ c hì nh vẽ Mục lục Lời nói đầ u CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẤP LIỆU CHO LÒ HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 1.1 Các yêu cầu về nhiên liệu 1 1.1.1. 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 24 2.2 Xây dựng nguyên lý làm việc của cân băng định lượng 25 2.2.1 Nguyên lý đo theo năng suất 25 2.2.2 Nguyên lý đo theo khối lượng 25 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.3 Các yêu cầu kỹ thuật trong hệ thống cân băng định lượng 33 2.3.1 . Cấu trúc của một hệ thống cân băng định lượng 33 2.3.2 . Đặc điểm công nghệ và yêu cầu đối với hệ truyền động băng tải phối liệu 34 2.4 Các phương án thiết kế điều khiển cân băng định lượng 38 2.4.1 Hệ điều khiển tương tự 38 2.4.2. Hệ điều khiển số 39 2.5 Các hệ thống truyền động cho cân băng 40 2.5.1 Hệ thống truyền động chỉnh lưu thyristor - động cơ một chiều 40 2.5.2 Hệ thống truyền động điều chỉnh xung áp –động cơ một chiều (XA-Đ) 44 2.5.3 Hệ thống truyền động vecto biến tần – động cơ KĐB 45 CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP HỆ THỐNG 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 3.4.3. Kết quả mô phỏng 60 [...]... trong những khâu đó là hệ thống cân băng cấp liệu cho lò hơi Vì vậy tôi chọn luận văn với 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 bằng bộ điều khiển... 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. .. 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... lưu lượng gió lạnh sẽ không đảm bảo nhiệt độ để sấy than) Lưu lượng than được chuyển từ máy nghiền phụ thuộc vào: khối lượng than nghiền, mức than trong máy nghiền, lưu lượng gió cấp 1 Mức than trong máy nghiền được giữ không đổi, khi mức máy nghiền tăng lên thì yêu cầu tốc độ cấp than từ máy cấp than sẽ giảm đi và ngược lại Như vậy điều khiển cấp nhiên liệu là điều khiển lưu lượng than và gió cấp. .. ẩm của than, tuy nhiên nó không bù sự thay đổi về nhiệt lượng cấp vào lò do có sự thay đổi về hàm lượng tro trong than TÍn hiệu điều khiển máy cấp sẽ phụ thuộc tín hiệu yêu cầu lượng than cấp vào lò Đê than cấp cháy hết thì cần có lượng không khí tương ứng, ảnh hưởng lượng không khó thừa khi sử dụng máy cấp than loại thể tích và máy cấp than loại trọng lượng được biểu diễn trên hình 1.4 Số hóa bởi Trung... thường mỗi lò hơi được trang bị 8 máy cấp than nguyên (2 máy cấp cho 1 máy nghiền) đặt ở đầu ra của boongke than nguyên Động cơ dẫn động máy cấp than nguyên có thể thay đổi tốc độ và được điều chỉnh tải theo sự thay đổi của máy nghiền Khi yêu cầu tải tăng lên thì tốc độ máy cấp phải được điều chỉnh tăng lên để đáp ứng lượng than yêu cầu Trong máy cấp than nguyên có một hệ thống cân điện tử cung cấp chỉ... ĐỊNH LƢỢNG THAN CUNG CẤP CHO LÒ HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 2.1 Vai trò của hệ thống cân băng trong dây chuyền nhà máy Vai trò của băng tải trong các nhà máy công nghiệp là vô cùng quan trọng, điều này được thể hiện rõ nét trong các nhà máy nhiệt điện, xi măng, các nhà máy chế biến thức ăn gia xúc, các nhà máy chế biến thực phẩm Các băng tải đóng vai trò vận chuyển nguyên vật liệu, thành phẩm thay cho sức... 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. .. đề điều khiển hệ thống cấp liệu cho lò hơi nhà máy nhiệt điện khá phức tạp Trong các nhà máy nhiệt điện hiện đại, người ta thường sử dụng bộ điều khiển DCS để giải quyết các bài toán đặt ra Phần tìm hiểu về DCS trong bản luận văn này sẽ được trình bày ở phần chuyên đề - Vấn đề cân băng than là một khâu quan trọng trọng nhất trong hệ thống cấp liệu cho lò hơi của nhà máy nhiệt điện Trong các chương tiếp... 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 than thì gió cấp 1 cũng phải . khâu đó là hệ thống cân băng cấp liệu cho lò hơi. Vì vậy tôi chọn luận văn với đề tài: Nghiên cứu nâng cao chất lượng dây truyền cấp than cho lò hơi nhà máy nhiệt điện . Trong phạm vi đề tài. 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 bằng bộ điều khiển. 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