Nghiên cứu hệ thống điều khiển các thiết bị cấp nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt của lò hơi ở nhà máy nhiệt điện

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẬU TRƯỜNG LÂM NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ CẤP NHIÊN LIỆU THAN NGHIỀN VÀO VÒI ĐỐT CỦA LÒ HƠI Ở NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Mã số: 60.52.01.14 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Đà Nẵng - Năm 2017 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS Lưu Đức Bình Phản biện 1: PGS.TS Lê Viết Ngưu Phản biện 2: PGS TS Trần Xuân Tùy Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật điện tử họp Trường Đại học Bách Khoa vào ngày 17 tháng năm 2017 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa  Thư viện Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện nay, Việt Nam có nhiều nhà máy nhiệt điện đốt than sử dụng công nghệ điều khiển tương đối giống nhau, để sản xuất điện Với thị phần 35% tính tới ngày 31/5/2015 dự kiến đến năm 2030 45% nối với lưới điện quốc gia (theo thống kê Cục Điều Tiết Điện Lực- Bộ Công thương), nhà máy nhiệt điện cung cấp điện cho hoạt động đời sống xã hội, công nghiệp đảm bảo an ninh lượng cho quốc gia Như nhà máy nhiệt điện Phả Lại, nhà máy nhiệt điện Hải Phòng, nhà máy nhiệt điện Nghi Sơn1, nhà máy nhiệt điện Vũng Ánh, nhà máy nhiệt điện Ninh Thuận, nhà máy nhiệt điện Cà Mau Và nhiều nhà máy giai đoạn xây dựng: nhà máy nhiệt điện Mơng Dương, nhà máy nhiệt điện Thái Bình, nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân, nhà máy nhiệt điện Nghi Sơn 2, nhà máy nhiệt điện Đông Hồi, nhà máy nhiệt điện Công Thanh… Công nghệ sản xuất điện nhà máy nhiệt điện đốt than trình phức tạp đòi hỏi độ tin cậy tính ổn định cao Nên nhà máy phải có mức độ tự động hóa cao với hệ thống điều khiển DCS hãng tiếng: Yokogawa, ABB, Siemens, Honeywell Điều đòi hỏi người kỹ sư vận hành, bảo trì, bảo dưỡng phải có kiến thức chun môn cao để vận hành tốt nhà máy trình vận hành đưa cải tiến kỹ thuật nâng cao chất lượng làm việc nhà máy Việc nghiên cứu hệ thống điều khiển lò yêu cầu cần thiết nhà máy nhiệt điện Trong hệ thống điều khiển cấp nhiên liệu than nghiền khâu quan trọng hệ điều khiển lò hơi, đóng vai trò tối ưu hóa q trình cháy lò, tăng hiệu suất lò giảm chi phí sản xuất Trong q trình vận hành nhà máy hay xãy tắc than từ phểu than xuống máy cấp than than xấu, than có cục to gây dừng máy nghiền, gây dừng tổ máy, cần phải đưa giải pháp để giải vấn đề Để đáp ứng nhu cầu thực tiễn sản xuất, cải tiến kỹ thuật nhà máy nhiệt điện, người nghiên cứu đề xuất đề tài “Nghiên cứu hệ thống điều khiển thiết bị cấp nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt lò nhà máy nhiệt điện” Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu hệ thống điều khiển thiết bị cấp nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt lò nhà máy nhiệt điện phục vụ cho trình khai thác vận hành chuẩn đốn khắc phục cố, bảo trì bảo dưỡng hệ thống - Xây dựng thuật toán điều khiển thiết bị cấp nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt lò nhà máy nhiệt điện - Lập trình mơ với phần mềm máy tính - Đưa giải pháp điều khiển xử lý vấn đề qua trình vận hành hệ thống, than cấp vào bị ướt, kích thước than có cục than to, gây tượng tắc than từ phểu than xuống máy cấp than gây dừng (trip) máy nghiền cố Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu - Các thiết bị hệ thống cấp nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt lò nhà máy nhiệt điện đốt than gồm có thiết bị đo, van, máy cấp máy nghiền - Hệ thống điều khiển DCS Centum VP Yokogawa - Các cấu trúc, thuật toán điều khiển Than cấp cho lò cấp phểu than đổ xuống máy cấp vào máy nghiền gió cấp thổi vào vòi đốt lò Điều khiển nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt gồm vòng điều khiển chính:  Vòng điều khiển mức than thùng nghiền máy nghiền  Vòng điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi đốt lò - Sự cố tắc than từ phểu than xuống máy cấp than gây dừng máy nghiền cố Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu hệ thống điều khiển thiết bị cấp nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt lò nhà máy nhiệt điện bao gồm: - Giới thiệu thiết bị chấp hành thiết bị đo, van, máy nghiền máy cấp - Nghiên cứu lưu đồ P&ID thuật toán điều khiển - Hệ thống điều khiển DCS Centum VP Yokogawa - Đưa giải pháp xử lý tượng tắc than từ phểu than xuống máy cấp than gây dừng máy nghiền Phương pháp nghiên cứu Kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết nghiên cứu thực tế nhà máy nhiệt điện Ý nghĩa khoa học thực tiễn Ý nghĩa khoa học Đề tài nghiên cứu nguyên lý làm việc cấu tạo thiết bị cấp than nghiền vào vòi đốt nhà máy nhiệt điện, lý thuyết phần mềm điều khiển DCS Centum VP Yokogawa, điều khiển PID khả ứng dụng điều khiển DCS, điều khiển PID cho điều khiển hệ thống thiết bị cấp than nghiền vào vòi đốt nhà máy nhiệt điện Ý nghĩa thực tiễn - Đề tài đáp ứng nhu cầu thực tiễn sản xuất vận hành, chuẩn đoán khắc phục cố vận hành cải tiến hệ thống nhà máy nhiệt điện - Đưa giải pháp xử lý tượng tắc than từ phểu than xuống máy cấp than gây dừng máy nghiền Cấu trúc luận văn Đề tài trình bày chương, phần mở đầu kết luận - Phần mở đầu: giới thiệu lý chọn đề tài, mục đích nghiên cứu, đối tượng phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài, cấu trúc luận văn - Chương 1: giới thiệu chung nhà máy nhiệt điện cấu chấp hành - Chương 2: giới thiệu lý thuyết điều khiển, điều khiển PID, lưu đồ P&ID, thuật tốn điều khiển vòng điều khiển hệ thống điều khiển than nghiền - Chương 3: lập trình mơ hệ thống điều khiển - Chương 4: trình bày cố tắc than từ máy cấp than xuống máy nghiền đưa giải pháp điều khiển khắc phục cố - Phần kết luận triển vọng: trình bày kết mơ phỏng, áp dụng thực tế hướng phát triển đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 1.1 Giới thiệu chung nhà máy nhiệt điện Hiện nhà máy nhiệt điện đại thường có hai tổ máy, tổ máy gồm lò hơi,1 tuabine, máy phát với công suất 2x300 MW, 2x600 MW… Than vận chuyển theo đường biển, bốc dỡ cảng than đưa lên hệ thống vận chuyển than cấp vào máy nghiền, than nghiền mịn sau máy nghiền gió cấp vận chuyển thổi vào vòi đốt buồng lửa, gió cấp quạt gió cấp (FDF) thổi vào buồng đốt cho q trình cháy lò Sản phẩm cháy sinh nhiệt, khói tro xỉ Tro xỉ làm nguội phễu tro lạnh, đơng đặc thải ngồi dạng xỉ khô Những hạt tro xỉ bị theo dòng khói qua khử bụi ESP bị tách giữ lại, khói thải xử lý FGD ngồi theo đường ống khói Nước cấp từ hâm, gia nhiệt đưa vào bao Sau nước xuống theo ống xuống, qua ống góp lên theo dàn ống sinh nhận nhiệt, dàn ống nước nhận nhiệt từ trình đốt buồng đốt biến thành tạo thành hỗn hợp nước hơi, lại trở bao Ở đây, tách thành bão hoà Phần nước lại chưa hóa tiếp tục trở dàn ống xuống với nước cấp tạo thành vòng tuần hồn tự nhiên Hơi bão hòa dẫn qua nhiệt thành nhiệt, đảm bảo nhiệt độ (538C), áp suất (16,67 MPa) vào tuabin cao áp để sinh cơng lần thứ Sau lại đưa vào gia nhiệt lại tiếp tục đưa vào tuabin trung áp (t = 538C, p = 40,11 MPa) để sinh công lần thứ Từ tuabin trung áp dẫn thẳng tới tuabin hạ áp để sinh công lần cuối Hơi sau sinh công từ tuabin hạ áp đưa xuống bình ngưng để ngưng trở lại thành nước Bình ngưng có hệ thống nước làm mát tuần hồn (CCCW), làm ngưng tụ Sau nước từ bình ngưng hệ thống bơm ngưng, bơm tới bình gia nhiệt hạ áp LP1, LP2, LP3 Tại nước làm nóng lên trích từ tuabin hạ áp Sau khỏi bình gia nhiệt hạ áp nước đưa tới bình khử khí để khử hết bọt khí có lẫn nước Qua hệ thống bơm cấp, nước tiếp tục đưa tới bình gia nhiệt cao áp HP5, HP6, HP7 tiếp tục nâng nhiệt độ trích từ tuabin cao áp đưa tới hâm Hơi bão hòa vào tuabin, làm quay turbine Turbine làm quay máy phát kích thích dòng điện kích từ sản sinh điện Điện áp phát đầu cực máy phát điện đưa vào biến áp đưa lên mức điện áp thích hợp đấu nối vào lưới điện quốc gia trạm điện Nhà máy nhiệt điện thực trình chuyển nhiệt từ trình đốt nhiên liệu với môi trường truyền dẫn nước biến thành turbine (quay turbine máy phát) Cơ biến thành lượng điện máy phát 1.2 Hệ thống cấp than nghiền vào vòi đốt lò Than nguyên liệu sử dụng cho trình cháy lò nhà máy nhiệt điện chạy than Than nghiền trước thổi vào buồng đốt phải đảm bảo tiêu chuẩn đặt để trình cháy tối ưu: - Độ ẩm than - Tro chứa than - Nhiệt trị than - Độ mịn than Một hệ thống than nghiền minh họa hình 1.3 Đây hệ thống dùng phổ biến Phụ thuộc vào loại máy nghiền sử dụng, máy nghiền cấp than cho số vòi đốt định Một hệ thống cấp nhiên liệu than nghiền gồm phần tử sau: - Máy cấp than (Coal feeder) - Máy nghiền phân ly (Pulverizer and classifier) - Gió cấp vận chuyển than vào vòi đốt Than thô vận chuyển tàu biển, bốc dỡ cẩu trục (Ship unloading) Than hệ thống băng tải (Coal conveyor system) vận chuyển vào kho than Than kho đồng máy đánh đống phá đống, sau theo băng tải đưa vào bunker máy cấp than Máy cấp than cấp than vào thùng nghiền máy đảm bảo than thùng nghiền mức cố định đặt trước Than máy nghiền nghiền mịn thùng nghiền Kích thước than đạt yêu cầu cỡ vài µm Than sau nghiền qua phân ly máy nghiền đảm bảo đạt độ mịn yêu cầu trước vào vòi đốt Quạt gió cấp PAF (Primary air fan) cung cấp gió cấp 1, theo đường ống, đường thẳng gọi đường gió lạnh đường qua hệ thống gia nhiệt (Airheater) gọi đường gió nóng Sau gió từ đường chung vào đường vào máy nghiền Than nghiền mịn từ máy nghiền gió vận chuyển tới vòi đốt lò 1.3 Thiết bị trường Hệ thống điều khiển điều khiển nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt tương đối phức tạp, chúng dựa ba thành phần thiết bị đo, thiết bị chấp hành thiết bị điều khiển Chức thành phần hệ thống quan hệ chúng thể cách trực quan với sơ đồ hình Sau giới thiệu thiết bị đo, thiết bị chấp hành thiết bị điều khiển thường sử dụng hệ thống điều khiển điều khiển nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt 1.3.1 Thiết bị đo Một thiết bị đo q trình có nhiệm vụ cung cấp thơng tin diễn biến trình kỹ thuật cho đầu tín hiệu chuẩn Cấu trúc thiết bị đo trình minh hoạ hình 1.6 Thành phần cốt lỏi thiết bị đo cảm biến Cảm biến (Sensor) có chức biến đổi đại lượng vật lý (nhiệt độ, áp suất, mức, lưu lương…) sang tín hiệu điện khí nén Tín hiệu từ cảm biến khuếch đại, chuyển đổi, lọc nhiểu điều chỉnh dải, bù sai lệch tuyến tính hóa chuyển đổ chuẩn đo chuẩn (Transmitter) Đầu transmitter thường tín hiệu điện 4-20mA 1.3.2 Tấm chắn (Damper) Để điều khiển lưu lượng gió cấp vào máy nghiền người ta dùng cấu điều khiển chắn có gồm thành phần chắn điều khiên chắn điều khiển chắn gồm điều khiển vị trí (Positioner) điều khiển sipart Siemens, TZID ABB, DVC6200 Fisher… cấu điều khiển khí nén thủy lực xi lanh-piston động Auma Độ mở chắn tỉ lệ với tín hiệu đặt xuống điều khiển với tín hiệu điều khiển 4-20 mA 1.3.3 Máy cấp than Nguyên lý: Động dẫn động máy cấp than nguyên thay đổi tốc độ biến tần điều chỉnh tải theo thay đổi mức than máy nghiền yêu cầu tải tăng lên tốc độ máy cấp 10 CHƯƠNG CẤU TRÚC VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 2.1 Cơ sở lý thuyết 2.1.1 Bộ điều khiển PID PID (Proportional-Integral-Derivative) điều khiển bao gồm khâu khuyếch đại (P), khâu tích phân (I) khâu vi phân (D) - Thuật toán PID biểu diễn miền thời gian sau: t u (t )  K p e(t )  K i  e(t )dt  K d de(t ) dt 2.1.2 Chọn điều khiển PID Nếu trình có đặc tính khâu bậc hai số thời gian khâu tương đối nhỏ Một trường hợp tiêu biểu toán điều khiển nhiệt độ với hàng số thời gian trình truyền nhiệt số thời gian cảm biến Thành phần D đặc biệt có tác dụng hai số thời gian khác nhiều Lưu ý tác động vi phân nhạy cảm với nhiễu đo, nên hạn chế sử dụng khơng có biện pháp lọc nhiễu thích hợp Đối với tốn điều khiển q trình thơng dụng, ta lựa chọn kiểu điều khiển phù hợp 2.1.3 Chỉnh định điều khiển PID Có nhiều phương pháp chỉnh định (Tunning) hệ số K p , K i , K d PID Các phương pháp tunning thường dùng sau đây: - Phương pháp sử dụng công cụ phần mềm - Phương pháp Ziegler-Nichols  Ziegler-Nichols (ZN-1)  Ziegler-Nichols (ZN-2) 11 2.2 Vòng điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi đốt lò Điều khiển nhiên liệu than nghiền vào buồng đốt vòng điều khiển quan trọng bậc lò hơi, đảm bảo cân lượng đầu vào đầu Công suất phát điện của tổ máy tỉ lệ với lưu lượng áp suất nhiệt đưa vào turbine Điều khiển cơng suất tổ máy điều khiển lưu lượng áp suất vào turbine Lưu lượng nhiệt vào turbine đo xác đầu vào turbine tầng cánh thứ turbine Sản lượng sinh phụ thuộc vào nhiệt cung cấp cho nước Nhiệt cung cấp cho nước lớn lương sinh nhiều ngược lại Do sản lượng sinh phụ thuộc vào trình cháy lò hơi, tức phụ thuộc vào lượng nhiên liệu, gió đưa vào lò cho q trình cháy lượng nước cấp từ bơm cấp lên bao Mặt khác lưu lượng đại lượng có quan hệ chặt chẽ với áp suất hơi, thay đổi lưu lượng dẫn tới thay đổi áp suất Khi có thay đổi lưu lượng đáp ứng yêu cầu tải yêu cầu đặt với hệ thống điều khiển phải giữ cho áp suất không đổi Như lưu lượng thông số lưu lượng nhiên liệu, lưu lượng nước cấp vào bao hơi, lưu lượng gió có mối quan hệ chặt chẽ với nhau, tác động qua lại với Để điều chỉnh lưu lượng phải điều chỉnh thơng số Giá trị đặt cho tổng lưu lượng nhiên liệu tổng lượng điện u cầu MW tính tốn quy đổi vòng điều khiển Boiler Master tổng lượng nhiệt yêu cầu Thông thường, tổ máy nhà máy nhiệt điện có máy nghiền, máy nghiền có máy cấp than cho máy nghiền Yêu cầu tải đặt xuống vòng điều khiển Boiler Master, từ vòng điều khiển Boiler Master tính tốn lưu 12 lượng nhiên liệu cần cấp vào lò, đặt yêu cầu xuống vòng điều khiển Coal Master (xem hình 2.5) Với lò cụ thể có thuật toán điều khiển riêng để điều khiển nhiên liệu than nghiền Đối với loại máy nghiền bi sử dụng quạt gió trước máy nghiền để vận chuyển than hệ thống điều khiển loại máy nghiền hang Foster Wheeler Các máy nghiền bi tổ máy điều khiển độc lập từ Coal Master Điều khiển lưu lượng than từ máy nghiền vào vòi đốt cách điều khiển lưu lượng gió cấp vào máy nghiền từ quạt gió cấp PAF, gió cấp có chức vận chuyển than vào lò Lưu lượng than đưa vào lò tương ứng với lưu lượng gió cấp Lượng than đầu máy nghiền phụ thuộc vào yêu tố sau: - Tốc độ cấp than nguyên để đảm bảo mức than yêu cầu thùng nghiền máy nghiền - Lưu lượng gió cấp thổi vào máy nghiền Khi yêu cầu tải MW (công suất tổ máy) thay đổi, lưu lượng nhiên liệu đưa vào lò thay đổi dẫn tới lưu lượng gió cấp vào máy nghiền điều khiển chắn điều khiển lưu lượng thay đổi Lưu lượng than khỏi thùng nghiền thay đổi, dẫn tới mức than máy nghiền thay đổi, bắt buộc tốc độ máy cấp than thay đổi để đảm bảo mức than thùng nghiền trì mức khơng đổi Với mức than thùng nghiền lưu lượng than máy nghiền tỉ lệ với lưu lượng gió cấp thổi vào máy nghiền Tóm lại để điều khiển nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt lò hơi, cần điều khiển: - Điều khiển mức than thùng nghiền máy nghiền - Điều khiển lưu lượng gió cấp vào máy nghiền 13 2.2.1 Lưu đồ P&ID cho điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi đốt lò Gió cấp từ quạt gió cấp (PAF), gia nhiệt đến nhiệt độ thích hợp thổi vào máy nghiền để vận chuyển than vào vòi đốt Để đo lưu lượng gió cấp 1, người ta dùng thiết bị đo lưu lượng loại chênh áp thiết bị đo nhiệt độ loại RTD cặp nhiệt Tín hiệu q trình đo đưa vào hàm PID tính tốn đưa điều khiển chắn 2.2.2 Thuật tốn điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi đốt lò Để điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi đốt người ta dùng điều khiển PID Coal Master đưa giá trị đặt yêu cầu SV (Setpoint demand) điều khiển lưu lượng than cấp vào lò theo máy nghiền riêng lẽ cách điều khiển chắn điều khiển lưu lượng gió cấp vào máy nghiền Tín hiệu lưu lượng than vào vòi đốt tính tốn từ tín hiệu đo hai đo lưu lượng theo phương pháp chênh áp có bù tín hiệu nhiệt độ đo từ đo nhiệt độ phản hồi hệ thống điều khiển (giá trị phản hồi PV) Bộ đo lưu lượng nhiệt độ lắp đặt vị trí trước chắn điều khiển lưu lượng Lưu lượng nhiên liệu với mức than thùng nghiền cố định tỉ lệ với độ mở van điều khiển lưu lượng gió cấp 1, xác định theo hàm f(x)2 f(x)3 thực nghiệm Xem hình 2.7 2.3 Vòng điều khiển mức than thùng nghiền máy nghiền Yêu cầu công nghệ trình điều khiển mức máy nghiền trì mức than thùng nghiền máy nghiền giá trị cố định 14 2.3.1 Lưu đồ P&ID cho điều khiển mức than thùng nghiền máy nghiền Bốn tín hiệu đo mức từ bốn thiết bị đo mức loại chênh áp phản hồi mức than nghiền thùng nghiền hệ thống điều khiển Than nguyên cấp vào phân ly máy cấp than (FDR) Có máy cấp than cho máy nghiền Đầu máy nghiền than mịn gió cấp vận chuyển vào vòi đốt 2.3.2 Thuật tốn điều khiển mức than thùng nghiền máy nghiền Mục đích điều khiển mức máy nghiền trì mức than nghiền thùng máy nghiền với giá trị đặt trước cố định (giá trị SP, tùy thuộc vào loại máy nghiền) Giá trị trì tất điểm với mức tải trừ trường hợp cố thoáng qua độc lập với đầu máy nghiền Than nguyên cấp vào phân ly máy cấp than (raw fuel feeder) Có máy cấp than cho máy nghiền Máy cấp than điều khiển tốc độ cấp than tương ứng với tín hiệu từ vòng điều khiển mức máy nghiền Sử dụng điều khiểu PI để điều khiển mức than thùng nghiền Đầu vào PI tín hiệu mức than thùng nghiền đo từ đo mức theo phương pháp chênh áp Các đo đưa giá trị chênh áp Lấy trung bình đo mức thấp đo mức cao ta giá trị trung bình mức thấp mức cao Giá trị chênh áp mức than trung bình tỉ lệ với mức than máy nghiền xác định theo hàm f(x)1 f(x)2 thực nghiệm Người vận hành chọn giá trị trung bình mức thấp giá trị trung bình mức cao Đầu MV PI đồng thời máy cấp than đảm bảo mức máy nghiền trì cố định Xem hình 2.9 15 CHƯƠNG LẬP TRÌNH VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ CẤP THAN NGHIỀN 3.1 Giới thiệu phần mềm DCS Centum VP hãng Yokogawa Hệ thống điều khiển phân tán DCS giải pháp tổng thể phần cứng gồm máy tính kỹ thuật, máy tính vận hành điều khiển lập trình FCS phần mềm System view dùng cấu hình phần cứng, tạo biến, lập trình tạo giao diện đồ họa vận hành giám sát Thế mạnh hệ thống DCS khả xử lý tín hiệu tương tự thực chuỗi trình điều khiển phức tạp, khả tích hợp dễ dàng với độ tin cậy cao Nhờ cấu trúc phần cứng phần mềm, hệ thống điều khiển thực đồng thời nhiều vòng điều chỉnh, điều khiển tầng, hay theo thuật toán điều khiển đại nhận dạng hệ thống, điều khiển thích nghi, điều khiển tối ưu, điều khiển theo mơ hình dự báo, điều khiển mờ… 3.2 Mô hệ thống điều khiển thiết bị cấp than nghiền Để mô hệ thống điều khiển thiết bị cấp than nghiền, ta sử dụng phần mềm DCS Centum VP hãng Yokogawa lập trình chương trình điều khiển thiết bị tạo giao diện đồ họa giám sát trạng thái thiết bị thông số trình đồng thời vận hành thiết bị Với nhà máy nhiệt điện đốt than có tổ máy, tổ máy gồm lò turbine công suất 300 MW Hệ thống nghiền than cho tổ máy bao gồm máy nghiền A,B,C,D loại thùng nghiền bi đầu Một máy nghiền có phân ly than thô, máy cấp than nguyên, phểu chứa than nguyên, hệ thống gió cấp đường ống vận chuyển than bột cấp cho 24 cụm vòi đốt Thực mơ hệ thống điều khiển than nghiền vào vòi 16 đốt lò máy nghiền A Các hệ thống máy nghiền B,C,D hồn tồn tương tự Mơ hệ thống điều khiển than nghiền vào vòi đốt lò máy nghiền A bao từ hình điều khiển thực nhiệm vụ: - Giám sát tất trạng thái thiết bị thông số trình - Khởi động dừng thiết bị theo chương trình lập trình - Mơ tín hiệu bảo vệ thiết bị chuẩn đoán lỗi - Tăng tải giảm tải hệ thống chế độ tự động - Mô hệ thống xãy tắc than gây dừng cố hệ thống - Mô hệ thống xãy tắc than sau áp dụng biện pháp xử lý tượng tắc than Để mô hệ thống điều khiển thiết bị cấp than nghiên cần thực hiện: - Xây dựng cấu hình hệ thống điều khiển gồm điều khiển FCS máy tính vận hành HIS - Lập trình chương trình điều khiển thiết bị trường van, động cơ, chắn… - Lập trình chương trình giả lập tín hiệu phản hồi thiết bị trường - Lập trình chương trình mơ q trình tắc than - Lập trình chương trình mơ q trình sau áp dụng biện pháp xử lý tắc than - Tạo Graphic để vận hành giám sát thiết bị trường hệ thống theo chương trình lập trình Chương trình mơ cho ta nhìn trực quan 17 trình vận hành, cố tắc than, biện pháp xử lý cố tắc than hiển thị kết trình hệ thống điều khiển than nghiền vào vòi đốt lò máy nghiền Chương trình mơ gần xác với thực tế, kiểm chứng tính hiệu biện pháp xử lý cố Từ kết thu từ q trình mơ đưa vào áp dụng thực tế Tạo mô với phần mềm Centum VP Xem hình 3.2 Tạo graphic giám sát vận hành Xem hình 3.3 Giám sát lỗi dừng máy nghiền cố Xem hình 3.4 Chương trình điều khiển thiết bị hệ thống viết phần mềm System View Chương trình trình bày phần phụ lục luận văn Mô vận hành hệ thống Thực tất mô theo nhiệm vụ: Mô khởi động, dừng thiết bị, thiết bị bảo vệ chuẩn đốn lỗi Mơ hệ thống giảm lưu lượng than yêu cầu từ Coal Master từ 13.32 kg/s xuống kg/s Mô hệ thống tăng lưu lượng than yêu cầu từ Coal Master từ kg/s xuống 13.32 kg/s 18 CHƯƠNG GIẢI PHÁP XỬ LÝ HIỆN TƯỢNG TẮC THAN TỪ PHỂU THAN XUỐNG MÁY CẤP THAN GÂY DỪNG MÁY NGHIỀN 4.1 Vấn đề tắc than ảnh hưởng tới làm việc tổ máy Trong trình vận hành nhà máy, than cấp vào máy cấp có chất lượng xấu than ướt, than có cục than to dẫn đến gây tắc than từ phểu than xuống máy cấp than (xem hình 3.1) Khi bị tắc, vòng điều khiển mức than thùng nghiền máy nghiền không trì mức than yêu cầu bị dao động ổn định Do lưu lượng than vào buồng đốt tỉ lệ thuận với độ mở chắn điều khiển lưu lượng than với mức than thùng nghiền cố định, nên tắc than lượng than cấp vào máy nghiền không đủ, mức than thùng nghiền nhỏ giá trị đặt 178 mm Do độ mở chắn điều khiển lưu lượng than nghiền lưu lượng than vào lò thực nhỏ gây tượng lượng than vào vòi đốt khơng đủ Lượng nhiệt sinh q trình đốt than đi, Vòng điều khiển Unit master yêu cầu vòng điều khiển Boiler Master tăng tải để đảm bảo công suất tổ máy, vòng điều khiển Boiler Master yêu cầu vòng điều khiển Coal master tăng lượng than cấp vào lò Coal master yêu cầu máy nghiền tăng độ mở chắn điều khiển lưu lượng than nghiền dẫn tới mức than máy nghiền thấp than bị tắc nên máy cấp than cấp xuống máy nghiền không yêu cầu Gây tượng lượng than cấp cho vòi đốt khơng đủ, làm tắt vòi đốt dừng đột ngột (Trip) máy nghiền Khi máy nghiền dừng xãy giảm tải tổ máy trường hợp máy nghiền dừng làm việc, dẫn tới công suất điện phát giảm Trong số trường 19 hợp nghiêm trọng dẫn đến dừng tổ máy Việc giảm tải hay dừng tổ máy ảnh hưởng nghiêm trọng đến kế hoạch phát điện lập trung tâm điều độ lưới điện quốc gia A0 A1, ảnh hưởng đến khả cung cấp điện lưới điện quốc gia Đối với nhà máy sản xuất điện tính chất làm việc ổn định quan trọng ảnh hưởng tới ổn định lưới điện quốc gia Do đó, giải vấn đề tắc than cấp thiết để trì làm việc ổn định tổ máy Khi cố tắc than xãy dẫn tới ngừng dừng máy nghiền Tại thiết bị trường có trang bị súng canon chống tắc than không giải vấn đề (xem hình 4.1) Khi máy nghiền dừng người công nhân phải trực tiếp xuống trường loại bỏ than bị tắc Khi tắc than gây dừng máy nghiền ảnh hưởng gây cho tổ máy xảy nhanh người vận hành xử lý gây dừng máy nghiền Dùng giải pháp khí để loại bỏ tượng tắc than sử dụng mà máy cấp dừng Do cần phải đưa giải pháp điều khiển xử lý cố đưa máy cấp bị tắc không làm việc cách chủ động tránh trường hợp dừng máy nghiền đột ngột, gây giảm tải, dừng tổ máy 4.2 Giải pháp giải vấn đề tắc than máy cấp gây dừng đột ngột máy nghiền Với nhà máy nhiệt điện đốt than có tổ máy, tổ máy gồm lò turbine cơng suất 300 MW Nhiên liệu sử dụng cho nhà máy than anthracite Hệ thống nghiền than cho tổ máy bao gồm máy nghiền A,B,C,D loại thùng nghiền bi đầu Một máy nghiền có phân ly than thô, máy cấp than nguyên, phểu chứa than nguyên, hệ thống gió cấp 20 đường ống vận chuyển than bột cấp cho cụm vòi đốt máy nghiền cấp than cho 24 cụm vòi đốt Khi vận hành bình thường công suất 300 MW, máy nghiền làm việc máy nghiền bị cố máy nghiền đạt công suất định mức lò (BMCR) Một số thơng số lò cơng suất định mức (BMCR): - Lưu lượng nhiệt: 266.67 kg/s - Áp lực bao hơi: 185.85 bar - Nhiệt độ nhiệt: 541oC - Hiệu suất lò: 85.88 % - Nhiên liệu than: 39,96 kg/s Thông số máy nghiền than: - Loại máy nghiền: D12D Foster Wheeler - Động cơ: 1494 kW - Điện áp: 6,6kV – 50Hz - Công suất máy nghiền: 13,32 kg/s loại than anthracite - Nhiệt độ đầu than 104 oC Thông số máy cấp than: - Loại máy cấp: Gravimetric feeder 196NT hãng Stock - Công suất thiết kế: 7,875 kg/s Khi vận hành bình thường, xãy tắc than máy cấp máy nghiền đó, giả sử máy cấp A1 cấp than cho máy nghiền A bị tắc Mỗi máy cấp có cơng suất 7,875 kg/s, lưu lượng than khỏi máy nghiền 13,32 kg/s nên máy cấp than A1 bị tắc cho dù vòng điều khiển mức than máy nghiền có tăng u cầu đầu MV lượng than cấp xuống máy nghiền A không đáp ứng yêu cầu 21 để ổn định mức thùng nghiền Mức than thùng nghiền máy nghiền khơng trì mức than đặt bị dao động ổn định Kéo theo lưu lượng than vào buồng đốt không tỉ lệ với độ mở chắn điều khiển lưu lượng than, gây lượng than vào vòi đốt khơng đủ, gây tắt vòi đốt dừng đột ngột (Trip) máy nghiền Để tránh cố này, cách áp dụng giải pháp điều khiển xãy tượng tắc than, vòng điều khiển lưu lượng than nghiền máy nghiền A giảm xuống để máy cấp than A1 A2 đáp ứng khơng gây tắt vòi đốt, đồng thời máy cấp than bị tắc chuyển sang chế độ làm việc tay (MAN) tự động đặt tải giảm xuống giá trị nhỏ mà máy cấp đáp ứng Bởi tổ máy vận hành bình thường tổng công suất cấp than từ máy nghiền than cấp vào lò ln ln cao so với nhu cầu than lò (ví dụ vận hành tải 300MW chạy máy nghiền với tổng cơng suất cấp vào lò 53,28 kg/s, lò u cầu 39,96 kg/s) Nên giảm tải máy nghiền A tín hiệu tổng số lưu lượng than vào lò giảm vòng điều khiển Coal Master (Xem hình) điều khiển tăng đầu MV yêu cầu tải tới máy nghiền máy nghiền lại tăng tải bù lại lượng than mà máy nghiền A giảm Tóm lại, giải pháp xử lý tượng tăc than từ phểu than xuống máy cấp than gây dừng đột ngột máy nghiền cần phải: - Xác định tượng bị tắc than - Giảm lưu lượng than nghiền máy nghiền A vào vòi đốt lò tắc than từ phểu xuống máy cấp - Đưa máy cấp bị tắc than chế độ điều khiển tay (Chế độ MAN) tự động đặt tải máy cấp than giá trị nhỏ có mà 22 máy cấp than đáp ứng 4.2.1 Thuật tốn giải pháp điều khiển xử lý cố tắc than Thuật toán xác định tắc than máy cấp Để xác định có bị tắc than máy cấp than, ta lấy giá trị tốc độ cấp than yêu cầu đến máy cấp trừ tốc độ cấp than phản hồi từ máy cấp lớn 30% công suất máy cấp bị tắc than Xem hình 4.4, Xem hình 4.5 Thuật tốn giảm lưu lượng than nghiền máy nghiền A vào vòi đốt lò tắc than từ phểu xuống máy cấp Xem hình 4.6 Thuật toán điều khiển mức than thùng nghiền Xem hình 4.7 4.2.2 Mơ chương trình xử lý cố tắc than Chương trình lập trình xử lý cố tắc than viết phần mềm System View: Chương trình lập trình xử lý cố tắc than viết phần mềm System View trình bày phần phụ lục luận văn Thực mô nhiệm vụ: Mô trinh tắc than gây dừng đột ngột máy nghiền Mô lưu lượng than nghiền 13,32 kg/s, xãy tắc than máy cấp A1 Mô máy cấp A2 bị tắc, yêu cầu lưu lượng than nghiền giảm từ 7,32kg/s xuống 3.12kg/s 4.2.3 Hiệu giải pháp xử lý cố tắc than Trong q trình mơ với phần mềm Centum VP, quan sát đồ thị (trend) đáp ứng hệ thống trước sau áp dụng biện 23 pháp xử lý tắc than ta thấy sau áp dụng biện pháp tắc than xử lý cố tắc than trường hợp tắc máy cấp, hai máy cấp không gây dừng đột ngột máy nghiền gây giảm tải hay dừng tổ máy Hiện nay, giải pháp xử lý cố tắc than áp dụng cho nhà máy Trong trình vận hành tổ máy xãy cố tắc than, khơng gây trình trạng đừng máy nghiền đột ngột, gây giảm tải tổ máy củng cố dừng tổ máy tắc than gây 24 KẾT LUẬN VÀ TRIỂN VỌNG Kết để tài - Giới thiệu tổng quan nhà máy nhiệt điện, thiết bị trường lý thuyết điều khiển PID - Xây dựng thuật toán điều khiển thiết bị cấp nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt lò nhà máy nhiệt điện - Đưa giải pháp điều khiển xử lý vấn đề qua trình vận hành hệ thống, than cấp vào bị ướt, kích thước than có cục than to, gây tượng tắc than từ phểu than xuống máy cấp than gây dừng (trip) máy nghiền cố - Lập trình chương trình điều khiển thiết bị, tạo giao diện đồ họa giám sát trạng thái thiết bị thơng số q trình đồng thời vận hành thiết bị hình máy tính Mơ vận hành thiết bị, cố tắc than giải pháp khắc phục cố tắc than hệ thống điều khiển thiết bị cấp than nghiền với phần mềm DCS Centum VP máy tính - Giải pháp khắc phục áp dụng thành công thực tế nhà máy Hướng phát triển đề tài - Sử dụng chương trình mơ phục vụ đào tạo vận hành củng thực công đoạn kiểm tra, chạy thử mô cho trường hợp khác trước đưa vào hệ thống thực tế - Có thể áp dụng phương pháp hệ thống khác nhà máy ... thuật nhà máy nhiệt điện, người nghiên cứu đề xuất đề tài Nghiên cứu hệ thống điều khiển thiết bị cấp nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt lò nhà máy nhiệt điện Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu hệ. .. toán điều khiển Than cấp cho lò cấp phểu than đổ xuống máy cấp vào máy nghiền gió cấp thổi vào vòi đốt lò Điều khiển nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt gồm vòng điều khiển chính:  Vòng điều khiển. .. Các thiết bị hệ thống cấp nhiên liệu than nghiền vào vòi đốt lò nhà máy nhiệt điện đốt than gồm có thiết bị đo, van, máy cấp máy nghiền - Hệ thống điều khiển DCS Centum VP Yokogawa - Các cấu trúc,