Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển ổn định áp suất bao hơi bằng bộ điều khiển mờ laiNghiên cứu nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển ổn định áp suất bao hơi bằng bộ điều khiển mờ laiNghiên cứu nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển ổn định áp suất bao hơi bằng bộ điều khiển mờ laiNghiên cứu nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển ổn định áp suất bao hơi bằng bộ điều khiển mờ laiNghiên cứu nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển ổn định áp suất bao hơi bằng bộ điều khiển mờ lai
1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ NAM THẮNG NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT BAO HƠI BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Mã số: 60520216 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN - 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Lò thiết bị có mặt gần tất xí nghiệp, nhà máy, để sản xuất nước phục vụ cho trình sản xuất điện nhà máy điện; phục vụ cho trình đun nấu, chưng cất dung dịch, sấy sản phẩm q trình cơng nghệ nhà máy hóa chất, đường, rượu, bia, nước giải khát, thuốc lá, dệt, chế biến nông sản thực phẩm………… Mặt khác, số lò hệ cũ ( lò dây truyền I nhà máy nhiệt điện Phả Lại) có yêu cầu phải nâng cấp hệ thống điều khiển để cải thiện chất lượng, điều khiển đại Vì vậy, nghiên cứu thiết kế chỉnh định hệ thống điều chỉnh lò yêu cầu cần thiết thiết bị kỹ thuật thuộc đối tượng điều khiển tự động hóa, học viên chọn đề tài: “ Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển ổn định áp suất bao điều khiển mờ lai” Mục tiêu nghiên cứu Thiết kế điều khiển PID để điều khiển q trình lò là: Điều khiển ổn định áp suất Mơ thực nghiệm để kiểm chứng kết thiết kế ( với đối tượng đối tượng điều khiển mơ hình lò Nhà máy nhiệt điện trung tâm thí nghiệm Trường ĐHKTCN Thái Nguyên) Đề xuất cải thiện chất lượng điều khiển điều khiển mới: Bô điều khiển mờ lai Nội dung luận văn Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn bao gồm chương sau: Chương1: Giới thiệu hệ thống điều khiển mức nước bao nhà máy nhiệt điện Chương 2: Mơ tả tốn học phần điều khiển ổn định áp suất mơ hình lò Trung tâm thí nghiệm – Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Chương 3: Thiết kế điều khiển PID để điều khiển ổn định áp suất bao Chương 4: Thiết kế điều khiển mờ lai để cải thiện chất lượng điều khiển ổn định áp suất bao Kết luận kiến nghị Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Chƣơng GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƢỚC BAO HƠI TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 1.1 Tổng quan nhà máy nhiệt điện Đất nước ta q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa Trong điện đóng vai trò quan trọng Điện khơng cung cấp cho ngành công nghiệp mà nhu cầu sinh hoạt người dân tăng lên Chính lí nên ngành điện ln ngành mũi nhọn nhà nước Ở nước ta nhà máy nhiệt điện cung cấp lượng điện không nhỏ cho mạng lưới điện quốc gia Đối với nhà máy nhiệt điện nhiên liệu sử dụng than khí thiên nhiên, loại nhiên liệu lỏng sử dụng nhiên liệu hạn chế Vì việc nghiên cứu phương pháp điều khiển đại nhằm nâng cao chất lượng trình nhà máy nhiệt điện quan trọng Nhà máy nhiệt điện chiếm thị phần quan trọng ngành sản xuất điện đất nước Tùy theo loại lượng sử dụng mà người ta chia loại nhà máy điện như: nhà máy nhiệt điện, nhà máy thủy điện, nhà máy điện ngun tử, ngồi khai thác nguồn lượng khác để sản xuất điện nguồn lượng mặt trời, sức gió với quy mơ nhỏ Hiện nay, giới nước ta nhà máy nhiệt điện tiếp tục xây dựng khơng ngừng đại hóa kỹ thuật công nghệ nhằm khai thác tối đa công suất giảm thiểu ô nhiễm môi trường Với nguồn nhiên liệu khai thác từ thiên nhiên than đá, dầu mỏ khí dầu mỏ sử dụng để tạo nhiệt cho nhà máy nhiệt điện Hiện có hai loại hình nhà máy nhiệt điện là: - Nhà máy nhiệt điện tuabin hơi; - Nhà máy nhiệt điện tuabin khí + Nhà máy nhiệt điện tuabin hơi: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Với nhà nhà máy nhiệt điện tuabin nhiên liệu hữu chủ yếu than bột đốt lò tạo nhiệt làm hóa nước giàn ống sinh hơi, sinh vận chuyển qua hệ thống phân ly, nhiệt… để đảm bảo nhiệt độ, áp suất, lưu lượng cần thiết cho việc sinh công tốt phù hợp với yêu cầu kĩ thuật cơng suất thiết kế Sau (bão hòa) đưa vào tầng cánh tuabin để sinh công tạo mômen quay hệ thống máy phát nối đồng trục với tuabin Sau qua tuabin nước thu hồi tuần hoàn lại + Nhà máy nhiệt điện tuabin khí: Ở nhà máy nhiệt điện tuabin khí khơng khí ngồi trời sau làm sạch, loại bỏ nước hệ thống ống dẫn đưa vào máy nén khí để nâng áp suất khí lên Khí có áp suất cao đưa vào buồng đốt đốt với nhiên liệu (thường khí gas) Chất khí sau đốt có nhiệt độ áp suất cao đưa vào tầng tuabin khí để sinh cơng Tuabin quay làm quay máy phát điện đầu cực máy phát ta thu lượng dạng điện 1.1.1 Nguyên lý hoạt động nhà máy nhiệt điện Nguyên lý sản xuất điện nhà máy nhiệt điện chuyển hoá nhiệt từ đốt cháy loại nhiên liệu lò thành quay tuabin, chuyển tuabin thành lượng điện máy phát điện Nhiệt dẫn đến tuabin qua môi trường dẫn nhiệt nước Hơi nước môi trường truyền tải nhiệt nước phải đảm bảo chất lượng ( phải đủ áp suất, đủ độ khô) trước vào tuabin để sinh cơng Nhiệt cung cấp nhiều lượng điện phát lớn ngược lại Điện áp phát đầu cực máy phát điện đưa qua hệ thống trạm biến áp để nâng lên cấp điện áp thích hợp trước hồ vào mạng lưới điện quốc gia Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Quá trình chuyển hố lượng từ hố chứa nhiên liệu thành nhiệt trình đốt cháy nhiên liệu Nhiệt trình đốt cháy nhiên liệu cấp cho q trình tạo bão hồ mang nhiệt Hơi bão hồ mơi trường truyền nhiệt từ lò đến tuabin Tại tuabin nhiệt biến đổi thành năng, sau từ chuyển hố thành điện Q trình chuyển hố lượng thể qua mơ hình sau: Hình 1.1 Q trình chuyển hóa lượng 1.1.2 Chu trình nhiệt nhà máy nhiệt điện Nhà máy nhiệt điện hoạt động dựa nguyên tắc chuyển hóa nhiệt thành sau thành điện năng; nhiệt tạo thành từ việc đốt cháy nhiên liệu: than đá, khí thiên nhiên, dầu mỏ buồng đốt làm nước lò chuyển hóa thành nước Nước ngưng từ bình ngưng tụ tuabin bơm nước ngưng đưa vào bình gia nhiệt hạ áp Tại đây, nước ngưng gia nhiệt nước trích từ cửa trích qua tuabin Nước sau sấy nóng gia nhiệt hạ áp đến 1400C, đưa lên bình khử khí 6at, nước khử hết bọt khí lẫn nước Nước sau khử khí, bơm cấp nước đưa qua bình gia nhiệt cao áp để tiếp tục gia nhiệt nước trích từ cửa trích xilanh cao áp tuabin đến nhiệt độ 230oC Sau gia nhiệt gia nhiệt cao áp, nước đưa qua hâm nước lò trước vào bao Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Nước bình bao theo vòng tuần hồn tự nhiên chảy xuống giàn ống sinh hơi, nhận nhiệt từ buồng đốt lò biến thành nước trở bình bao Trong bình bao phần bão hòa ẩm, phía nước ngưng Hơi bão hòa bình bao khơng đưa vào tuabin mà đưa qua nhiệt( sấy hơi) làm mát( phun giảm ôn) Hơi sau đảm bảo chất lượng đưa sang quay tuabin Sau sinh công tầng cánh tuabin nước ngưng tụ bình ngưng Cơng tuabin sinh làm quay máy phát điện Như vậy, nhiệt nhiên liệu biến đổi thành biến đổi tiếp thành điện năng, nước môi chất trung gian biến đổi theo vòng tuần hồn kín Hình1.2: Sơ đồ chu trình nhiệt tổ máy Lò nhà máy nhiệt điện 1.2.1 Vai trò lò nhà máy nhiệt điện Trong nhà máy nhiệt điện, lò sản xuất để làm quay tua bin, phục vụ cho việc sản xuất điện năng, đòi hỏi phải có cơng suất lớn, q nhiệt có áp suất nhiệt độ cao Nhiên liệu đốt lò nhiên liệu rắn than nhiên liệu lỏng dầu nặng (FO), dầu diezen (DO) nhiên liệu khí 1.2.2 Nguyên lý làm việc lò nhà máy nhiệt điện Trong lò nhà máy nhiệt điện, sản xuất nhiệt Hơi nhiệt nhận nhờ trình: đun nóng nước đến sơi, sơi để biến nước thành bão hòa nhiệt để biến bão hòa thành q nhiệt có nhiệt độ cao phận lò Cơng suất lò phụ thuộc vào Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ lưu lượng, nhiệt độ áp suất Các giá trị cao cơng suất lò lớn Hiệu q trình trao đổi nhiệt lửa khói với mơi chất lò phụ thuộc vào tính chất vật lý môi trường (sản phẩm cháy) mơi chất tham gia q trình (nước hơi) phụ thuộc vào hình dáng, cấu tạo, đặc tính phần tử lò Trên hình 1.3 trình bày ngun lý cấu tạo lò tuần hồn tự nhiên đại nhà máy điện Nhiên liệu khơng khí phun qua vòi phun số vào buồng lửa số 2, tạo thành hỗn hợp cháy đốt cháy buồng lửa, nhiệt độ lửa đạt tới 9000C Nhiệt lượng tỏa nhiên liệu cháy truyền cho nước dàn ống sinh 3, nước tăng dần nhiệt độ đến sôi, biến thành bão hòa Hơi bão hòa theo ống sinh lên, tập trung vào bao số Trong bao số 5, phân li khỏi nước, nước tiếp tục xuống theo ống xuống đặt ngồi tường lò lại sang ống sinh để tiếp tục nhận nhiệt Hơi bão hòa từ bao số qua ống góp số vào ống xoắn nhận nhiệt từ khói nóng chuyển động phía ngồi ống để biến thành nhiệt có nhiệt độ cao vào ống góp để sang tua bin biến đổi nhiệt thành làm quay tua bin Hình1.3: Ngun lý cấu tạo lò Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Ở đây, ống sinh số đặt phía tường lò nên mơi chất ống nhận nhiệt sinh liên tục ống sinh hỗn hợp nước, ống xuống đặt ngồi tường lò nên môi chất ống không nhận nhiệt ống nước Khối lượng riêng hỗn hợp nước ống nhỏ khối lượng riêng nước xuống ống 4nên hỗn hợp ống lên, nước ống xuống liên tục tạo nên trình tuần hồn tự nhiên Buồng lửa hình 1.3 buồng lửa phun, nhiên liệu phun vào cháy lơ lửng buồng lửa Quá trình cháy nhiên liệu sảy buồng lửa đạt đến nhiệt độ cao, từ 13000C – 19000C, hiệu trao đổi nhiệt xạ lửa giàn ống sinh cao lượng nhiệt dàn ống sinh thu từ lửa chủ yếu tra đổi nhiệt xạ Để hấp thụ có hiệu nhiệt lượng xạ lửa đồng thời bảo vệ tường lò khỏi tác dụng nhiệt độ cao ảnh hưởng xấu tro nóng chảy, người ta bố trí dàn ống sinh xung quanh tường buồng lửa Khói khỏi buồng lửa, trước vào nhiệt làm nguội phần cụm phecston, khói chuyển động ống truyền nhiệt cho hỗn hợp nước chuyển động ống Khói khỏi nhiệt, có nhiệt độ cao, để tận dụng phần nhiệt thừa khói khỏi nhiệt, phần lò người ta đặt thêm hâm nước sấy khơng khí Bộ hâm nước có nhiệm vụ gia nhiệt cho nước để nâng nhiệt độ nước từ nhiệt độ khỏi bình gia nhiệt lên đến nhiệt độ sôi cấp vào bao Đây giai đoạn trình cấp nhiệt cho nước để thực q trìnhhóa đẳng áp nước lò Sự có mặt phận hâm nước làm giảm tổng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 10 diện tích bề mặt đốt lò sử dụng triệt để nhiệt lượng tỏa cháy nhiên liệu Như hâm nước sấy không khí hồn trả lại buồng lửa phần nhiệt bị thải ngồi Chính người ta gọi hâm nước sấy khơng khí tiết kiệm nhiệt Như vậy, từ vào hâm nước đến khỏi nhiệt lò hơi, mơi chất ( nước hơi) trải qua phận hấp thu nhiệt hâm nước đến sôi, sôi dàn ống sinh hơi, nhiệt nhiệt 1.2.3 Các đặc tính kỹ thuật lò Đặc tính kỹ thuật lò đại lượng thể số lượng chất lượng sản xuất Số lượng sản xuất xác định sản lượng chất lượng xác định thơng số + Thơng số lò: Đối với lò nhà máy điện, sản xuất q nhiệt nên thơng số lò biểu thị áp xuất nhiệt độ nhiệt: P qn (Mpa), tqn(0C) + Sản lượng lò: Sản lượng lò lượng mà lò sản xuất đơn vị thời gian (Kg/h Tấn/h) Thường dùng khái niệm sản lượng: - Sản lượng định mức (Dđm): sản lượng lớn lò đạt được, đảm bảo vận hành thời gian lâu dài, ổn định với thông số cho mà không phá hủy gây ảnh hưởng xấu đến chế độ làm việc lò - Sản lượng cực đại (Dmax): sản lượng lớn lò đạt được, thời gian ngắn, nghĩa lò khơng thể làm việc lâu dài với sản lượng cực đại Sản lượng cực đại bằng: Dmax = (1,1 – 1,2) Dđm (2-1) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ... tài: “ Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển ổn định áp suất bao điều khiển mờ lai Mục tiêu nghiên cứu Thiết kế điều khiển PID để điều khiển q trình lò là: Điều khiển ổn định áp suất. .. Thiết kế điều khiển PID để điều khiển ổn định áp suất bao Chương 4: Thiết kế điều khiển mờ lai để cải thiện chất lượng điều khiển ổn định áp suất bao Kết luận kiến nghị Số hóa Trung tâm Học liệu... nâng cấp hệ thống điều khiển để cải thiện chất lượng, điều khiển đại Vì vậy, nghiên cứu thiết kế chỉnh định hệ thống điều chỉnh lò yêu cầu cần thiết thiết bị kỹ thuật thuộc đối tượng điều khiển