Hệ thống điều khiển mức bao hơi nhà máy nhiệt điện nhơn trạch 1

Luận Văn Thạc Sỹ LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn PGS-TS Hoàng Minh Sơn, người thầy gần gũi đề phương hướng, truyền thụ kinh nghiệm chuyên môn với tất niềm đam mê nghiên cứu khoa học, hết lòng bảo, tận tình hướng dẫn, dìu dắt giúp hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học Tôi xin chân thành cám ơn Quý Thầy, Cô Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội trang bị cho khối lượng kiến thức bổ ích quí báu suốt trình học tập nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cô Ban Giám Hiệu, Khoa Điện – Điều Khiển Trường Cao Đẳng Nghề LILAMA2 tạo điều kiện thuận lợi cho tham gia học tập, công tác suốt thời gian thực luận văn tốt nghiệp Xin cám ơn bố mẹ vợ động viên tạo nên sức mạnh phi thường để thực ước mơ học tập tốt trở thành người có ích cho xã hội Xin cảm ơn người thân gia đình, bạn bè, đồng nghiệp bạn học khóa giúp đỡ, động viên, góp ý xây dựng thời gian nghiên cứu, học tập thực luận văn Xin kính chúc sức khỏe chân thành cảm ơn! Đồng nai, ngày 10 tháng 05 năm 2012 Học viên thực Võ Văn Hoàng Long Luận Văn Thạc Sỹ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu luận văn riêng thực hướng dẫn PGS-TS Hoàng Minh Sơn Kết nghiên cứu luận văn hoàn toàn trung thực chưa công bố công trình khác Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm với nội dung luận văn chép từ luận văn khác Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2012 Học viên Võ Văn Hoàng Long Luận Văn Thạc Sỹ MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU NHÀ MÁY ĐIỆN NHƠN TRẠCH 1.1 Chức thông số kỹ thuật nhà máy 1.1.1 Tuabin khí (Gas Turbine) .5 1.1.2 Tuốc bin (Steam Turbine) 1.1.3 Lò thu hồi nhiệt (Heat Recovery Steam Generator) 1.1.4 Hệ thống điện .10 1.1.4.1 Máy phát .10 1.1.4.2 Máy biến áp 11 1.1.4.3 Trạm 220 KV .12 1.1.5 Hệ thống điều khiển 12 1.2 Công nghệ nhà máy điện Nhơn Trạch 13 1.2.1 Các thành phần nhà máy .13 1.2.2 Cấu hình vận hành nhà máy 14 1.2.3 Vận hành chu trình đơn .14 1.2.4 Vận hành chu trình hỗn hợp 16 CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP HỆ THỐNG VÀ THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HÓA 18 2.1 Tổng quan 18 2.2 Mô hình phân cấp chức hệ thống điều khiển giám sát .19 2.2.1 Cấp chấp hành 19 2.2.2 Cấp điều khiển 20 2.2.3 Cấp điều khiển giám sát .21 Luận Văn Thạc Sỹ 2.3 Các thành phần hệ thống điều khiển giám sát 21 2.3 Phạm vi điều khiển 24 2.3.1 Bộ điều khiển Steam turbine .24 2.3.2 Tổng quan hệ thống điều khiển Turbotrol ST18 .25 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ĐIỀU KHIỂN MỨC BAO HƠI 37 3.1 Hệ thống cung cấp lưu thông nước lò 37 3.1.1 Cấu trúc hệ thống 37 3.1.2 Quá trình hâm nước khử khí 39 3.2 Đặc điểm công nghệ, chức nhiệm vụ bao HP (High Pressure) 40 3.2.1 Mô tả nguyên lý làm việc hệ thống bao HP (High Pressure) .40 3.2.2 Các thiết bị bao HP .41 3.3 Nguyên lý điều khiển mức bao 44 3.3.1 Khái quát chung 44 3.3.2 Các thiết bị, thông số tham gia vào trình điều khiển mức bao HP 45 3.3.3 Nguyên lý điều khiển mức bao HP 45 3.3.4 Trường hợp điều khiển thành phần .47 3.3.5 Trường hợp điều khiển thành phần 47 3.3.6 Các điều kiện chuyển đổi từ sang thành phần ngược lại 48 3.3.7 Diễn giải số thiết bị, giá trị liên quan đến điều khiển mức bao HP 50 CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT NÂNG CẤP CÔNG SUẤT NHÀ MÁY 54 4.1 Đề xuất nâng công suất nhà máy .54 4.2 Các phương án kỹ thuật nâng công suất 54 4.2.1 Lắp đặt hệ thống làm giảm nhiệt độ gió vào tuabin khí 54 4.2.2 Công nghệ làm giảm nhiệt độ gió vào tuabin khí 55 4.3 Ưu nhược điểm hệ thống làm mát sương hóa, khả áp dụng NMĐ Nhơn Trạch 58 KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 Luận Văn Thạc Sỹ DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT GT : Gas Turbine (Tuốc bin khí ) ST : Steam Turbine (Tuốc bin hơi) ECO : Hệ thống tiết kiệm nhiệt (ECO), EVA : Bộ sinh (EVA) DCS : Distribuilding control system ( Hệ thống điều khiển phân tán) HMI : Human Machine Interface (Giao diện người máy) PLC : Programmable Logic Controller (Thiết bị điều khiển lập trình) HRST : Heat Recovery Steam Generator (Lò thu hồi nhiệt) SCADA : Super visory Control And Data Acquisition (Hệ thống giám sát điều khiển thu thập xử lý liệu) HP : Hight Pressure (Cao áp) MP : Medium- Preesure (trung áp) LP : Low- Preesure (hạ áp) I/O : Input/Output (ngõ vào/ngõ ra) CV : Control Valve (Van điều khiển) FSC : Field Control System (Hệ thống điều khiển cấp trường) ES : Engineering Station (trạm kỹ thuật) OS : Operation Station (trạm vận hành) Luận Văn Thạc Sỹ DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ Hình 1.1: Hình ảnh tuabin khí sử dụng Nhà máy điện Nhơn trạch Hình 1.2: Hình ảnh tuabin sử dụng Nhà máy điện Nhơn trạch Bảng 1.1 Tóm tắt thông số vận hành tuabin Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống thu hồi nhiệt Nhà máy điện Nhơn trạch Hình 1.4: Các chi tiết khối máy phát 10 Hình 1.5: Sơ đồ hệ thống điều khiển (đơn giản hóa) 13 Hình 1.6: Sơ đồ vận hành chu trình đơn 15 Hình 1.7: Sơ đồ vận hành chu trình hỗn hợp 17 Hình 2.1: Mô hình phân cấp chức hệ thống điều khiển giám sát 19 Hình 2.2: Hệ thống điều khiển tổ máy tubin khí TURBOTROL 24 Hình 3.1 Hệ thống lọc khí, hâm nước bơm nước cấp 37 Hình 3.2 Các đường đặc tính ứng với tốc độ bơm không đổi 38 Hình 3.3: Nguyên lý làm việc hệ thống bao HP (High Pressure) 40 Hình 3.4: Sơ đồ hệ thống bao HP 44 Luận Văn Thạc Sỹ MỞ ĐẦU Điện nguồn lượng đóng vai trò quan trọng đời sống xã hội, văn hóa, trị, quân quốc phòng mà đặc biệt phát triển công nghiệp đại với quốc gia giới Nó thúc đẩy phát triển kinh tế, làm gia tăng suất số lượng chất lượng sản phẩm hàng hóa, cải thiện đời sống người mà nước ta phát triển để trở thành nước công nghiệp hóa đại hóa vào năm 2020 Trong bối cảnh kinh tế Việt Nam đà phát triển, tốc độ phát triển từ cuối thập niên 80 kỷ 20 đến cao, theo thống kế năm 2004 - 2005 tốc độ tăng trưởng kinh tế bình quân đạt 7,5 – % năm dự báo trì tăng trưởng cao tương lai Tăng trưởng điện yêu cầu tất yếu để phục vụ cho tăng trưởng kinh tế, thực tế cho thấy tăng trưởng điện phải trước bước so tăng trưởng kinh tế Chính mà nhà nước ta đề sách ưu tiên cho phát nguồn điện mà cụ thể xây dựng thêm nhiều nhà máy điện nhằm đảm bảo an ninh lượng phát triển kinh tế Như ta biết, đặc điểm việc cung cấp lượng điện hệ thống điện tính liên tục, ổn định đảm bảo chất lượng điện đưa lên hàng đầu Nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm hay hiệu kinh tế sản xuất kinh doanh Từ đó, vấn đề đặt với ngành điện phải đảm bảo điều kiện làm việc quy tắc an toàn nguồn, đường dây, bảo vệ, phụ tải v.v Bên cạnh tính đảm bảo lượng điện chi phí phát điện toán không phần quan trọng (Nếu cực tiểu chi phí phát điện giá thành điện giảm lợi nhuận nhà đầu tư gia tăng) Nếu ta tiếp tục xây dựng nguồn cung cấp để đáp ứng nhu cầu mà không quan tâm tới vấn đề kiểm toán lượng làm để sử dụng tốt nguồn sẵn có, nguồn sẵn có sử dụng hiệu chưa, khắc phục hay không Vậy tính kỹ thuật đạt tính kinh tế lại bị bỏ qua sai sót lớn Luận Văn Thạc Sỹ Do tính đặc thù việc sản suất, phân phối điện phải đảm bảo ổn định chất lượng điện đặt lên hàng đầu Vì để có điều phụ thuộc vào nhiều yếu tố, để cải thiện điều phải nói tới hệ thống điều khiển Bởi hệ thống điều khiển có khả giám sát, phân tích thông tin, đưa cảnh báo, lưu kiện, tự động điều khiển nhằm đảm bảo an toàn, ổn định cho toàn hệ thống từ sản suất đến cung cấp điện Chính tầm quan trọng hệ thống điều khiển nên nghiên cứu, cải tiến để phát triển ngày hoàn thiện mà hệ thống điều khiển nhà máy điện Và lĩnh vực rộng lớn khuôn khổ đề tài này, người thực luận văn vào phần nhỏ lĩnh vực Mục tiêu nhiệm vụ đề tài Mục tiêu đề tài nghiên cứu làm rõ cấu trúc chức hệ thống điều khiển giám sát nhà máy điện Nhơn Trạch 1, sở sâu vào phân tích hệ thống điều khiển điều khiển mức bao bơi cao áp, hệ thống điều khiển áp suất, nhiệt độ mức bồn nước cấp Thông qua người thực củng cố bổ sung kiến thức hiểu biết tổng thể hệ thống, thiết bị, nguyên lý, điều khiển… nhà máy điện nói chung nhà máy nhiệt điện Nhơn trạch nói riêng, phục vụ vào công tác giảng dạy trường cao đẳng nghề Phạm vi đề tài Trong khuôn khổ đề tài, luận văn vào phần sau: − Giới thiệu thiết bị − Nguyên lý hoạt động thiết bị Nhà máy điện − Giới thiệu sơ hệ thống điều khiển Nhà máy điện − Nguyên lý điều khiển mức bao − Nguyên lý điều khiển nhiệt độ, áp suất bồn nước cấp − Đề xuất nâng cấp công suất nhà máy Luận Văn Thạc Sỹ Nội dung thực Để giải yêu cầu đề tài, người thực luận văn phải tiến hành nội dung sau: • Nghiên cứu tài liệu thu thập thông tin, tìm hiểu thực tế Nhà máy điện Nhơn Trạch • Đi sâu tìm hiểu hệ thống thiết bị sở thực tế vận hành nhà máy kết hợp với nghiên cứu tài liệu thiết bị Nhà máy điện Nhơn Trạch • Qua làm rõ nguyên lý hoạt động thiết bị mà trọng tâm hiểu sâu cấu, nguyên lý điều khiển mức bao điều khiển nhiệt độ, áp suất bồn nước cấp Bố cục luận văn Luận văn bố cục gồm chương có nội dung sau: • Chương giới thiệu nhà máy điện chu trình hỗn hợp nhơn trạch ,1 nghiên cứu trình bày nguyên lý hoạt động, qui trình công nghệ nhà máy • Chương trình bày giải pháp hệ thống thiết bị hệ thống tự động hóa, bao gồm cấu trúc, chức điều khiển giám sát hệ thống, giải pháp hệ thống thiết bị tự động hóa nhà máy • Chương khảo sát điều khiển mức bao hơi, tìm hiểu làm rõ hệ thống điều khiển mức bao • Chương 4: Đề xuất nâng cấp công suất nhà máy Tuy nhiên thời gian có hạn trình độ kinh nghiệm bị hạn chế, mặt dù cố gắng để hoàn thiện luận văn, có thiếu sót việc thực đề tài, mong góp ý thầy cô bạn bè Em chân thành cảm ơn hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình lời khuyên quý báu thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Hoàng Minh Sơn để em hoàn thành tốt luận văn Luận Văn Thạc Sỹ Cuối em xin chân thành cảm ơn tất thầy cô môn Điều khiển Tự động thầy cô Viện Điện Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, thầy cô tận tình truyền đạt cho em kiến thức chuyên môn quý báu mà dạy cho em học làm người, hành trang vô quan trọng theo em suốt đời để em hoàn thiện thân Hà Nội, ngày 11 tháng 05 năm 2012 Học viên thực Võ Văn Hoàng Long Luận Văn Thạc Sỹ dao động Hay nói cách khác lưu lượng nước cấp điều chỉnh cách tỉ lệ với lưu lượng thông qua tính toán thiết lập sẵn (điều có nghĩa lượng nước cấp cung cấp vào phải tương đương với lượng khỏi bao thông qua hiệu chỉnh liên tục phân chia theo giá trị set point mức), mức bao đạt mức cân lưu lượng cân - + Vòng điều khiển sơ cấp: Điều khiển mức sai lệch bao + Điều khiển feedfordward: Điều khiển theo lưu lượng vượt trước + Vòng điều khiển thứ cấp: Điều khiển lưu lượng tổng hợp + Vòng điều khiển thứ ba: Điều khiển lưu lượng bơm Các giới hạn tính toán thời gian thực, dùng cho điều khiển để đảm bảo bơm hoạt động an toàn Các lệnh ưu tiên cao gửi tới bơm giới hạn đặt bị vượt 3.3.4 Trường hợp điều khiển thành phần Hai giá trị “SP L HP Drum (-400mm -10mm)” “L HP Drum 2/3 CRCT” đưa vào biến đổi PI với hàm thiết lập sẵn để tạo tham số đầu mong muốn, giá trị đưa vào giới hạn thiết lập sẵn giá trị ngưỡng ngưỡng nhằm đảm bảo ngõ không vượt khỏi giới hạn gây nguy hại cho thiết bị, sau tín hiệu lại đưa vào cộng với giá trị cộng thêm 5% nhằm tăng khả đáp ứng van điều khiển mức bao HP nhằm mục đích nhanh chóng đưa mức bao tăng lên giá trị ổn định, điều xảy sai biệt giá trị “SP L HP Drum” “L HP Drum2/3 CRCT” nhỏ -100mm ( cộng thêm 5% sai biệt nhỏ 100mm mức bao thấp gây đến bảo vệ tổ máy) Giá trị cuối tất phần nêu đưa vào cấu chấp hành van điều khiển mức bao HP để điều khiển mức bao giá trị tương đương giá trị set point 3.3.5 Trường hợp điều khiển thành phần Hai giá trị “SP L HP Drum (-10mm)” “L HP Drum 2/3 CRCT” 47 Luận Văn Thạc Sỹ đưa vào biến đổi PI với hàm thiết lập sẵn để tạo tham số đầu mong muốn, giá trị đưa vào giới hạn thiết lập sẵn giá trị ngưỡng 12.4 ngưỡng -12.4 nhằm đảm bảo ngõ không vượt khỏi giới hạn gây nguy hại cho thiết bị, sau ngõ cộng với lưu lượng thực tế HP, kết hợp với lưu lượng nước cấp HP để đưa vào biến đổi PI khác trước đưa vào giới han, sau tín hiệu lại đưa vào cộng với giá trị cộng thêm 5% nhằm tăng khả đáp ứng van điều khiển mức bao HP nhằm mục đích nhanh chóng đưa mức bao tăng lên giá trị ổn định 3.3.6 Các điều kiện chuyển đổi từ sang thành phần ngược lại Điều kiện để chuyển từ điều khiển thành phần sang thành phần In1 In2 In3 AND Chuyển sang thành phần 30s In4 In5 a Đối với điều kiện In1: ¾ Tín hiệu Heat Input ACTIVE vòng 60s ¾ Lưu lượng HP >Min2 (15kg/s) vòng 30s ¾ Tín hiệu HP FDW SOV OPEN vòng 60s AND ¾ Giá trị set HP FDW CV nhỏ 1% ¾ Tín hiệu Heat Input ACTIVE ¾ Tín hiệu HP FWD Fill Valve OPEN AND OR ¾ FG HP drum level control ON PEN ¾ Sai biệt (2/3) áp suất bơm nước cấp với áp suất HP ECON < Min (4 bar) b Đối với điều kiện In2: Lưu lượng HP ½ CRTL > Min1 (41Kg/s) c Đối với điều kiện In3: Lưu lượng nước cấp HP ½ > Min (41Kg/s) 48 Luận Văn Thạc Sỹ d Đối với điều kiện In4: Độ lệch giá trị trung bình điểm đo F HP FWD F HP Steam ½ < 10% e Đối với điều kiện In5: Độ lệch giá trị thực mức bao setpoint mà lệch 100mm vòng 600s Điều kiện để chuyển từ điều khiển thành phần sang thành phần In1 In2 In3 OR 3s Chuyển sang thành phần In4 In5 In6 a Đối với điều kiện In1: HP FDW SOV không Open b Đối với điều kiện In2: Tín hiệu lưu lượng nước cấp HP ½ tín hiệu lưu lượng HP ½ không bị Disturb c Đối với điều kiện In3 Tín hiệu HP FDW P Limiter On Mà muốn cho tín hiệu HP FDW P Limiter On tín hiệu HP FDW P Limiter ACT VAL Tín hiệu HP FDW P Limiter ACT VAL khi: Nếu tín hiệu ((P HP FWL 2/3) (HP FDW CV chế độ Manual)) không active tín hiệu (P HP FWP 2/3 ACT VAL) (P HP FDW MIN LIM PRMTR) hiệu chỉnh qua PI control, sau tín hiệu ngõ PI đưa qua giới hạn với giới hạn giá trị ((HP FDW CV ACT VAL)+6%) Tín hiệu ngõ tạo thành (HP FDW P Limiter) 49 Luận Văn Thạc Sỹ Nếu tín hiệu ((P HP FWL 2/3) (HP FDW CV chế độ Manual)) active tín hiệu (HP FDW P Limiter) hình thành từ giá trị (HP FDW CV+6%) sau qua giới hạn với giới hạn giá trị ((HP FDW CV ACT VAL)+6%) d Đối với điều kiện In4 Tín hiệu Heat Input HRSG không Active e Đối với điều kiện In5 Van điều khiển mức bao HP chế độ Manual f Đối với điều kiện In6 Lưu lượng HP ½ HP nhỏ 25% (hay nhỏ 15.5 Kg/s) 3.3.7 Diễn giải số thiết bị, giá trị liên quan đến điều khiển mức bao HP Chức FG HP Drum Level Control Mức bao tự động điều khiển chức FG HP Drum Level Control tự động ON theo tiến trình khởi động chương trình + AUT ON: (FG HP Drum Level CTRL) On bước 10 HRSG Master Sequence (Còn HRSG Chọn bước 13 14 Unit Master Sequence tiến trình chọn khởi động hoàn toàn tự động) + AUT OFF: (FG HP Drum Level CTRL) OFF bước 06 HRSG Master Sequence Chức HP FDW SOV + AUT ON: ((HP FDW CV mở nhỏ 1%) (Heat Input HRSG Active) (FG HP Drum L CTRL CMD ON) (HP FDW Fill V Open) (DP HP FDW SOV < Min1)) Đồng thời phải có lệnh mở HP FDW SOV + AUT OFF: (((FG HP Drum L CTRL CMD On) (Heat Input HRSG not Active) (HP FDW CV mở nhỏ 1%)) ((HP FDW CV mở nhỏ 1%) (FG Drum L CTRL CMD Off))) Đồng thời gửi lệnh reset lệnh mở HP FDW SOV 50 Luận Văn Thạc Sỹ + SAF OFF: L HP Drum 2/3 CRCT > Max Chức HP FDW FILL V + AUT ON: (((FG HP Drum L CTRL CMD On) ((HP Drum FILL Demand On) (Heat Input HRSG Active)) (HP FWP ON) (P HP FWL 2/3 > Min1)) + AUT OFF: (((FG HP Drum L CTRL CMD Off) (HP FDW SOV Close)) ((HP FDW SOV Close) (FG HP Drum L CTRL CMD On) ((HP Drum FILL Demand không On) (Heat Input HRSG không Active)) vòng 60s)))) + SAF OFF: L HP Drum 2/3 CRCT > Max Chức INTMT HP DRUM BDV + AUT ON: ((FRCD N2 Conservation not Active) (FG Drum L CRTL CMD On) (nếu (Heat Input HRSG Active, giá trị L HP Drum 2/3 CRCT ACT VAL vượt 135mm, không L HP Drum 2/3 CRCT vượt qua tổng SP L HP STUP H SP L HP Drum Stup))) + AUT OFF: ((FG HP Drum L CTRL CMD Off) (FRCD N2 Conservation Active) ((nếu (Heat Input HRSG Active, giá trị L HP Drum 2/3 CRCT ACT VAL không vượt 135mm, không L HP Drum 2/3 CRCT không vượt qua tổng SP L HP Stup H SP L HP Drum Stup)) vòng 15s) (FG HP Drum L CTRL CMD On))) + SAF OFF: L BLDWN TK 2/3 > Max Mô tả chức khối điều khiển Đây khối điều khiển HP FDW CV , gồm khối gộp lại: thứ khối điều khiển PI nối khối Signal Switch, ngõ khối signal switch tiếp tục đưa vào khối Limiter a) Khối chức PI (khối điều khiển tích phân tỷ lệ) khối thiết lập giá trị tính toán để từ tham số đầu vào, khối chức tính toán để tạo tham số đầu mong muốn 51 Luận Văn Thạc Sỹ b) Khối chức signal switch: chọn theo hai giá trị In1 In2 tuỳ thuộc vào giá trị A, đó: Out = In1 A=1 c) Out = In2 A=0 Khối chức Limiter: giới hạn giá trị đầu vào để đầu nằm giới hạn cho phép với giới hạn UL giới hạn LL, đó: Nếu In>UL Out = UL Nếu UL>In>LL Out = In Nếu In Min2 (41kg/s) vòng 30s + tín hiệu ‘HP FDW CV release’) chương trình chọn giá trị ‘SP L HP Drum Stup’ + Khi (DD mở 10 phút + giá trị trung bình lưu lượng HP > Min2 (41kg/s) vòng 30s + tín hiệu ‘HP FDW CV release’) chương trình chọn giá trị ‘SP L HP Drum Normal’(được cài đặt sẵn -10mm) Diễn giải tín hiệu ‘3-Element CTRL HP Drum ACT VAL’ (bộ Level Controller) Dựa vào giá trị ‘ SP L HP Drum’ (-10mm) mức thực tế bao HP để tính toán thông qua khối chức nhằm tạo tín hiệu ngõ tương ứng ( hàm PI dựa chủ yếu vào mức bao hơi), giá trị đầu PI lại đưa vào Signal Switch với giá trị In1 giá trị sai biệt lưu lượng nước cấp lưu lượng HP,và giá trị In2 đầu PI Bộ Signal Switch chọn giá trị In2 mức bao điều khiển chế độ thành phần, Signal Switch chọn giá trị In1 mức bao điều khiển chế độ ba thành phần Nhưng Level Controller có ba thành phần mức bao hơi, lưu lượng HP, lưu lượng nước cấp HP, nên ngõ Signal Switch In1 Tín hiệu ngõ Signal Switch cộng thêm giá trị thực tế lưu lượng HP thông qua Adder, lại đưa vào PI khác để tạo giá trị ‘3 Element Ctrl HP Drum’ mong muốn ( giá trị điều chỉnh với ba thành phần mức bao hơi, lưu lượng hơi, lưu lượng nước cấp) trước đưa vào Signal Switch ‘HP FDW CV’ 53 Luận Văn Thạc Sỹ CHƯƠNG ĐỀ XUẤT NÂNG CẤP CÔNG SUẤT NHÀ MÁY 4.1 Đề xuất nâng công suất nhà máy Có nhiều biện pháp để nâng công suất nhà máy điện hữu, ta xem xét giải pháp sau: - Giảm nhiệt độ đầu vào không khí vào máy nén tuabin khí làm tăng lưu lượng khối lượng (mass flow) tỉ số nén máy nén, giảm công nén dẫn đến tăng công suất hiệu suất tua bin khí Hiện công nghệ làm mát không khí cấp vào máy nén tuabin khí áp dụng giới bao gồm: Công nghệ làm mát hóa hơi, dùng bơm cao áp tạo sương hóa gió vào, làm lạnh gió vào máy lạnh , sử dụng phương pháp tích trữ nhiệt - Thay thế, cải tiến phận hữu (parts) phận mới, cải tiến để nâng công suất hiệu suất Công nghệ thường cần phải thực nâng cấp từ nhà chế tạo nguyên thủy, trường hợp độ bền phần chịu nhiệt độ cao cần lưu ý cẩn thận - Phun nước hay nước vào buồng đốt t h n g áp dụng để kiểm soát NOx , có tác dụng tăng công suất tăng lưu lượng khí nâng cao nhiệt dung riêng sản phẩm cháy qua tuabin khí Phun nước trực tiếp vào buồng đốt dẫn đến giảm hiệu suất - Đốt bổ sung lò thu hồi nhiệt, tăng nhiệt lượng cấp cho lò dẫn đến tăng sản lượng làm tăng công suất tuabin 4.2 Các phương án kỹ thuật nâng công suất 4.2.1 Lắp đặt hệ thống làm giảm nhiệt độ gió vào tuabin khí Công suất tuabin khí biến thiên theo nhiệt độ môi trường thông thường công suất phát sụt giảm 0.3% -0.5% nhiệt độ môi trường tăng thêm 1oF (0.56oC) đặc tính vốn có tua bin khí Mất mát công suất ảnh hưởng đáng kể đến người sử dụng, trung tâm nhiệt nhà máy điện 54 Luận Văn Thạc Sỹ công nghệ tuabin khí chu trình đơn chu trình hỗn hợp nhu cầu điện tăng cao tháng thời tiết nóng Sự sụt giảm công suất khắc phục phương pháp làm mát gió cấp vào tuabin khí Tìm hiểu công nghệ làm mát gió vào công nghệ tiến tiến áp dụng chúng vào tuabin khí giúp đánh giá lợi ích có từ việc áp dụng công nghệ cho tua bin khí Thực tế công suất hiệu suất tua bin bị sụt giảm môi trường nhiệt độ cao điều thường suất vào tháng nắng nóng, khô hạn, thời điểm nhu cầu tiêu thụ điện tăng cao công suất dự trữ thiết kế hệ thống nhà máy thuỷ điện hết gây nên thiệt hại kể cho ngành điện nói riêng hộ tiêu thụ điện nói chung Việc khắc phục sản lượng phát tuabin khí thời tiết trường hợp giải pháp nâng cao công suất phương pháp làm mát gió vào tác động quan trọng đến khó khăn lúc cần tăng sản lượng điện giai đoạn cần phủ đỉnh mà không cần vốn đầu tư lớn lớn kèm theo bổ xung thêm nguồn công suất Làm mát sương hóa : Tạo khả làm mát hóa 100% (nghĩa giảm nhiệt độ không khí gió vào đạt đến nhiệt độ nhiệt kế ướt đầu vào máy nén tuabin khí) Làm mát sương hoá phun: Công nghệ thực cách phun lượng sương vào gió vào máy nén tua bin khí (tức phun lượng sương nhiều lượng định mức để đạt độ ẩm tương đối 100% điều kiện nhiệt độ độ ẩm môi trường Lượng sương chưa bay mong muốn dòng không khí cấp mang vào máy nén chúng hóa tạo nên hiệu ứng làm mát trong, tác dụng làm giảm công tiêu hao cho máy nén tạo tăng thêm đáng kể công suất phát 4.2.2 Công nghệ làm giảm nhiệt độ gió vào tuabin khí Tuabin khí động tuabin nguyên lý khí động học, công suất tuabin khí phụ thuộc vào đặc tính gió vào từ nhà lọc gió tuabin khí Khi nhiệt độ gió vào máy nén tăng tên, tỉ trọng không khí giảm lưu 55 Luận Văn Thạc Sỹ lượng khối lượng giảm Lưu lượng khối lượng giảm làm cho công suất phát điện tuabin khí giảm Một phương pháp để tăng công suất tuabin tốc độ cố định nhà máy điện giảm nhiệt độ không khí đầu vào tuabin khí Các phương pháp làm mát không khí đầu vào là: (Hệ thống hóa loại trung gian Làm mát không khí máy lạnh loại nén Làm mát không khí phương pháp tích trữ lạnh) Các phương pháp áp dụng 30 năm hay lâu Làm mát sương hóa gần giống với phương pháp làm mát loại hóa trung gian, thay áp dụng phương pháp không khí đầu vào tuabin khí qua tầng trung gian nước bão hòa bị động, làm mát sương hóa hệ thống chủ động phun thành sương giọt nước mịn có độ tinh khiết cao điểm riêng biệt ngang qua hệ thống cấp không khí đầu vào tuabin khí vòi phun đặc biệt, áp suất cao để tạo hiệu ứng làm mát Lượng sương phun vào điều khiển liên tục điều khiển kiểm soát thời tiết, điều khiển kiểm soát điều kiện nhiệt độ nhiệt kế khô nhiệt độ nhiệt kế ẩm môi trường nhằm điều chỉnh lượng sương phun cần thiết Một hệ thống làm mát sương hóa điển hình gồm có trạm bơm cao áp, tuyến đường ống nước cấp cao áp nối đến ống góp phân phối hệ thống đường ống đầu vào máy nén tuabin khí vị trí thích hợp Trên ống góp phân phối có bố trí nhiều vòi phun dọc theo chiều dài chúng để phun giọt nước có kích thước mịn vào dòng không khí vào máy nén tuabin khí Mỗi vòi phun có lưu lượng ml/s sản sinh khoảng tỷ giọt nước giây Các giọt sương nhỏ bay nhanh qua làm giảm nhiệt độ không khí cấp vào So với công nghệ làm mát làm mát sương hóa có số ưu việt sau: + Dễ dàng trang bị thêm tua bin khí hữu, không cần thay đổi / bổ sung lớn hay mở rộng đường ống nạp + Chi phí MW công suất tăng thêm thấp so với công nghệ khác, khoảng 1/6 so với dùng hệ thống lạnh, 1/3 lần so với bay trung gian + Thời gian dừng máy để lắp đặt ngắn nhất, thông thường đến ngày 56 Luận Văn Thạc Sỹ + Thời gian hoàn vốn ngắn nhất, có năm + Tổn thất áp suất hệ thống đường ống cấp gió không đáng kể, nhỏ 0.1 mm nước (so với tới inch cột nước tổn thất loại bay trung gian gây sụt giảm đáng kể công suất phát năm ) + Có khả hóa đạt gần 100% hạt sương phun vào, hiệu bay cao đáng kể so với khả hóa loại bay trung gian + Có khả phun (overspray), lượng sương phụ trội phun có chủ đích đầu vào máy nén để tăng thêm công suất Sự áp dụng làm mát sương hóa không khí cấp vào có chi phí đầu tư ban đầu chi phí vận hành thấp, thời gian ngừng lắp đặt ngắn, hiệu làm mát cao Làm mát sương hóa cho phép sử dụng phương pháp tăng công suất khác với phương pháp làm mát gió vào trước đây, làm mát phun Làm mát sương hóa hệ thống chủ động, phun lượng sương nhiều mức để sương bay hoàn toàn vào gió cấp vào máy nén tuabin khí Lượng sương phụ trội phun trực tiếp vào máy nén làm mát không khí bên tầng cánh máy nén qua cải thiện hiệu suất tổng thể tuabin Phương pháp làm mát tầng cánh bên không hiệu làm mát khí nạp mặt sử dụng nước có ưu độc lập với điều kiện thời tiết vận hành liên tục Hiện nay, hệ thống phun vận hành mức 0.3 % tới 1% phun Ngoài làm mát sương hóa có ưu điểm tác động có lợi đến suất tiêu hao nhiệt Do làm mát khí nạp vào máy nén, hiệu suất chu trình tổng cộng tua bin cải thiện, làm giảm suất tiêu hao nhiên liệu nhà máy Theo vận hành số nhà máy thực tế, lúc làm mát oC sương hóa điểm thiết kế 32 oC độ ẩm tương đối 65% công suất phát thêm đạt thường tiêu thụ 25 đến 35% so với sản suất điện theo tải 57 Luận Văn Thạc Sỹ 4.3 Ưu nhược điểm hệ thống làm mát sương hóa, khả áp dụng NMĐ Nhơn Trạch Hệ thống làm mát sương hóa đến thời điểm giới áp dụng vào thực tế khoảng 12 năm, hệ thống chứng tỏ phương pháp làm mát gío vào tua bin khí có hiệu kinh tế để tăng công suất tổ máy Công nghệ lắp đặt cho 700 tua bin khí khắp giới tạo tín nhiệm cao Các nhà sản xuất hệ thống làm mát gió vào tuabin khí giới AxEnergy, Braden Manufacturing, Caldwell Energy, Stellar Power, Turbine Air System điều có hàng trăm tổ máy lắp đặt khắp nơi giới vận hành tin cậy Ưu điểm: Công suất tăng thêm đạt nhờ làm mát sương hóa lên đến 20% công suất tải nền, suất tiêu hao nhiên liệu giảm đến 5%, chi phí đầu tư thấp, thời gian xây dựng ngắn không phụ thuộc vào kế hoạch vận hành, bảo trì nhà máy Công nghệ phun sản sinh điện cách độc lập không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết Nhược điểm: Cũng công nghệ cải tiến khác, thời gian vận hành thực tế hệ thống làm mát sương hóa áp dụng cho tuabin khí thấp, hệ thống làm mát sương hóa bay hoàn toàn không độc lập với điều kiện thời tiết, nhiên công nghệ làm mát phương pháp phun khắc phục tượng Và qui mô tăng công suất phụ thuộc vào khả cung cấp nước khử khoáng Từ phân tích trên, khả lắp đặt hệ thống phun nước vào buồng đốt cho tuốc bin khí Nhà máy điện Nhơn Trạch nhận định có tính khả thi để thực mang lại hiệu 58 Luận Văn Thạc Sỹ KẾT LUẬN Hiện hệ thống điều khiển tự động nhà máy sản xuất công nghiệp nói chung, nhà máy nhiệt nhiệt điện nói riêng việc, hệ thống điều khiển trình ngày đại Với phát triển công nghệ, quy mô rộng lớn, đòi hỏi chất lượng sản phẩm ngày cao, khả điều khiển, thu thập liệu điều khiển trình từ vị trí xa nhà máy hệ thống điều khiển trình nhà máy ngày nhà thiết kế tính toán đưa giải pháp nhằm tối ưu hóa hệ thống Kết đạt luận văn phân tích nguyên lý hoạt động nhà máy, so sánh, đánh giá ưu nhược điểm công nghệ sử dụng nhà máy, ưu nhược điểm công nghệ sử dụng cho hệ thống điều khiển mức bao nhà máy Luận văn kết hợp điều khiển trình, lý thuyết điều khiển tự động khả ứng dụng thực tế đặc biệt điều khiển trình, có thông tin, liệu công nghệ sử dụng, cấu trúc điều khiển, thiết bị nhà máy, thông qua hoạt động kết thu nhà máy ta so sánh ưu nhược điểm thiết bị hệ thống sử dụng với thiết bị hệ thống khác Việc nâng cao chất lượng điều khiển, nhằm tạo sản phẩm có chất lượng tốt, hiệu suất cao, hệ thống đảm bảo an toàn tiêu chí hàng đầu nhà máy Để làm việc đó, thuật toán điều khiển phù hợp vấn đề đặt không phần quan trọng sách lược điều khiển, chọn cấu trúc vào-ra công nghệ sử dụng Nội dung luận văn phân tích phần giải vấn đề Với đề xuất như: - Giảm nhiệt độ đầu vào không khí vào máy nén tuabin khí làm tăng lưu lượng khối lượng (mass flow) tỉ số nén máy nén, giảm công nén dẫn đến tăng công suất hiệu suất tua bin khí - Thay thế, cải tiến phận hữu (parts) phận mới, cải tiến để nâng công suất hiệu suất 59 Luận Văn Thạc Sỹ - Phun nước hay nước vào buồng đốt t h n g áp dụng để kiểm soát NOx , có tác dụng tăng công suất tăng lưu lượng khí nâng cao nhiệt dung riêng sản phẩm cháy qua tuabin khí Phun nước trực tiếp vào buồng đốt dẫn đến giảm hiệu suất - Đốt bổ sung lò thu hồi nhiệt, tăng nhiệt lượng cấp cho lò dẫn đến tăng sản lượng làm tăng công suất tuabin Tuy nhiên kiến thức thời gian có hạn nên luận văn có số hạn chế sau: Mặc dù phân tích chức điều khiển trình, công nghệ sử dụng hệ thống, xây dựng mô hình điều khiển mức bao chưa thể mô chưa thu kết phần mềm Matlab Hướng phát triển luận văn: Từ tồn đó, ta thấy hướng nghiên cứu tương lai: - Ứng dụng phần mềm Matlap Simulink để thiết kế điều khiển mức bao cho hệ thống - Từ kết thu thông qua việc mô chỉnh định thông số để tối ưu hóa cho điều khiển mức bao 60 Luận Văn Thạc Sỹ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hoàng Minh Sơn: Mạng truyền thông công nghiệp, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2006 [2] Phạm Hồng Sơn, Vũ Huy Anh: Một số vấn đề tích hợp hệ thống điều khiển nhà máy công nghiệp Tạp chí tự động hóa ngày nay, tháng năm 2004 [3] Nguyễn Công Hân, Nguyễn Quốc Trung, Đỗ Anh Tuấn: Nhà máy nhiệt điện, Đại học Bách Khoa Hà Nội – 1994 [4] Phạm Lê Dần, Nguyễn Công Hân: Công nghệ lò mạng nhiệt, Nhà xuất khoa học kỹ thuật – 2001 [5] Trương Duy Nghĩa, Nguyễn Sỹ Mão: Thiết bị lò hơi, Nhà xuất khoa học kỹ thuật – 1985 [6] Nguyễn Văn Mạnh: Lý thuyết điều chỉnh tự động hóa trình nhiệt, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội [7] Nguyễn Văn Mẫn: Cơ sở trình buồng lửa, Đại học Bách Khoa Hà Nội – 1988 [8] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Duy Bình, Phạm Quang Đăng, Phạm Hồng Sơn: Hệ điều khiển DCS cho nhà máy sản xuất điện năng, Nhà xuất khoa học kỹ thuật - 2006 [9] Nguyễn Doãn Phước & Phan Xuân Minh : Lý thuyết điều khiển mờ, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2006 [10] Nguyễn Doãn Phước & Phan Xuân Minh & Vũ Vân Hà: Tự động hóa với SIMATIC S7-300, Nhà xuất khoa học kỹ thuật - 2006 [11] Nguyễn Doãn Phước: Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Nhà xuất khoa học kỹ thuật - 2006 61 ... 1. 1.4 Hệ thống điện .10 1. 1.4 .1 Máy phát .10 1. 1.4.2 Máy biến áp 11 1. 1.4.3 Trạm 220 KV .12 1. 1.5 Hệ thống điều khiển 12 1. 2 Công nghệ nhà máy. .. 2.2: Hệ thống điều khiển tổ máy tubin khí TURBOTROL 2.3 Phạm vi điều khiển Hệ thống điều khiển nhà máy điện chu trình hỗn hợp Nhơn Trạch điều khiển hệ thống DCS hệ thống điều khiển vùng, hệ thống. .. cấu trúc chức hệ thống điều khiển giám sát nhà máy điện Nhơn Trạch 1, sở sâu vào phân tích hệ thống điều khiển điều khiển mức bao bơi cao áp, hệ thống điều khiển áp suất, nhiệt độ mức bồn nước cấp