Nghiên cứu hệ thống điều khiển lò hơi 300mw nhà máy nhiệt điện phả lại

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÒ HƠI 300 MW NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHẢ LẠI NGÀNH : ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG MÃ SỐ :23.04.3898 BÙI TIẾN DŨNG Người hướng dẫn khoa học : TS NGUYỄN VĂN HOÀ HÀ NỘI 2008 12 MỤC LỤC MỤC LỤC 12 Giới thiệu tổng quan 15 1.1 Nguyên lý nhà máy nhiệt điện 17 1.2 Sơ đồ chu trình nhiệt nước 19 1.3 Lò đốt than 23 1.4 Turbine 26 1.5 Hệ thống nước cấp 30 1.6 Hệ thống nước tuần hoàn (Nước làm mát) 32 1.7 Hệ thống cấp nhiên liệu 34 1.8 Hệ thống khói gió 38 1.9 Hệ thống trạm điện 40 1.10 Các trạm phục vụ khác tổ máy 41 Các chế độ khởi động 41 Hệ thống điều khiển phân tán 42 3.1 Tóm tắt hệ thống điều khiển phân tán 42 3.2 Cấp chấp hành - cảm biến 42 3.2.1 Cấp điều khiển 44 3.2.2 Cấp vận hành, giám sát huy 44 3.2.3 Một số hệ DCS phổ biến 44 3.3 Tổng quan hệ thống DCS nhiệt điện Phả Lại 44 3.3.1 Cấp quản lý giám sát: 46 3.3.2 Cấp giao diện vận hành (HIS): 46 3.3.3 Cấp điều khiển: 46 3.3.4 Cấp chấp hành: 47 3.4 Mạng truyền thông DCS: 47 3.4.1 Mạng Ethernet: 47 13 3.4.2 Mạng Vnet: 47 3.5 Các phần tử khác hệ thống DCS: 47 3.6 Cấu hình phần cứng CENTUM CS3000 48 3.6.1 HIS – Human Interface Station 48 3.6.2 Trạm điều khiển khu vực (FCS – Field Control Station) 49 Một số vịng điều khiển lị máy 51 4.1 Vòng điều khiển mức nước bao 51 4.1.1 Điều khiển mức nước bao kiểu phần tử: 51 4.1.2 Điều khiển mức nước bao kiểu hai phần tử 52 4.1.3 Điều khiển mức nước bao kiểu ba phần tử 53 4.2 Vòng điều khiển áp suất buồng lửa 56 4.2.1 Mô tả trình hoạt động hệ thống: 56 4.2.2 Các chức vòng điều chỉnh 56 4.2.3 Các đặc tính động học 56 4.2.4 Sơ đồ điều khiển 58 4.2.5 Các lỗi thường gặp áp lực buồng lửa 59 4.3 Vòng điều khiển lưu lượng nhiên liệu 61 4.3.1 Mô tả hoạt động 61 4.3.2 Chức vòng điều khiển 61 4.3.3 Sơ đồ điều khiển 62 4.4 Vòng điều khiển nhiệt độ nhiệt 64 4.4.1 Mô tả hoạt động 64 4.4.2 Các đặc tính động học 64 4.4.3 Sơ đồ điều khiển 65 4.5 Điều khiển tốc độ Turbine 65 4.5.1 Mô tả hoạt động 65 4.5.2 Sơ đồ điều khiển 66 14 4.6 Điều khiển mức bình ngưng 67 4.6.1 Tổng quan hệ thống 67 4.6.2 Mô tả hoạt động 67 4.6.3 Các chức vòng điều chỉnh 67 4.6.4 Sơ đồ điều khiển 68 4.7 Điều khiển mức bình khử khí 68 4.7.1 Mô tả hoạt động 68 4.7.2 Các đặc tính động học 69 4.8 Điều khiển mức bình gia nhiệt hạ áp cao áp 70 4.8.1 Mô tả hoạt động 70 4.8.2 Các đặc tính động học 70 4.8.3 Sơ đồ điều khiển 70 4.9 Các vòng điều chỉnh hệ thống phụ turbine 71 Chỉnh định thông số cho điều chỉnh 71 5.1 Cơ điều chỉnh PID 71 5.2 Phương pháp Ziegler-Nichols 73 5.3 Tìm thơng số cho điều chỉnh PID 75 5.4 Chỉnh định lại thông số cho điều chỉnh 75 Điều khiển phối hợp tổ máy 76 6.1 Các chế độ điều khiển tay - Manual 76 6.2 Boiler Follow Mode (Lò chạy theo máy) 76 6.2.1 Mô tả hoạt động 77 6.2.2 Sơ đồ điều khiển 77 6.3 Turbine Following Mode (Máy chạy theo lò) 78 6.3.1 Mô tả hoạt động 78 6.3.2 Sơ đồ điều khiển 79 6.4 Co-Ordinate Local Despatch (Chế độ điều khiển phối hợp) 79 15 6.4.1 Mô tả hoạt động 79 6.4.2 Sơ đồ điều khiển 81 6.5 Điều kiện chuyển đổi chế độ điều khiển 82 6.6 Các chế độ điều chỉnh áp lực 83 Thiết kế mạch tách lưới tự dùng 85 7.1 Mục đích 85 7.2 Giải pháp 85 7.3 Thiết kế logic 89 7.3.1 Phương án lựa chọn tín hiệu đo tần số để kích hoạt mạch: 89 7.3.2 Logic kiểm tra điều kiện sẵn sàng cho mạch bảo vệ: 89 7.3.3 Sơ đồ thiết kế 91 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO 112 Giới thiệu tổng quan Dây chuyền nhà máy nhiệt điện Phả Lại xây dựng thị trấn Phả Lại huyện Chí Linh- tỉnh Hải Dương bên cạnh dây chuyền , nhà máy nhiệt điện kiểu ngưng với thiết kế bao gồm hai tổ máy có cơng suất 16 2x300MW Nhà máy khởi công xây dựng vào năm 1998 với nhà thầu : Sumitomo : nhà thầu MisuiBabcock : nhà thầu thiết bị lị Stone webster : nhà thầu toàn phần điện Huyndai : nhà thầu xây dựng Đây nhà máy với công nghệ đại, mức độ tự động hố cao, vận hành thơng qua giao diện với máy tính Nhà máy vào hoạt động góp phần lớn vào việc cải thiện chất lượng điện hệ thống điện quốc gia Nhiên liệu sử dụng cho nhà máy than Anthracite từ vùng mỏ than Hòn Gai, Cẩm Phả, Mạo Khê Tỉnh Quảng Ninh Than vận chuyển nhà máy đường sắt đường sông Dây chuyền nhà máy nhiệt điện Phả Lại nhà máy nhiệt điện turbine đại vận hành ổn định hệ thống nhà máy nhiệt điện nước ta Lò thuộc loại lò bao hơi, tuần hồn tự nhiên, thơng gió cân bằng, buồng lửa thải xỉ khô, nhiệt trung gian cấp áp suất tới hạn, phù hợp cho việc lắp đặt ngồi trời Lị thiết kế để đốt than bột với hệ thống phun than trực tiếp (không có kho than bột trung gian máy cấp than bột) Turbine thiết kế hãng GE Mỹ, bao gồm phần cao áp (HP turbine), trung áp (IP turbine) hạ áp (LP turbine) Hệ thống điều khiển phân tán DCS cung cấp hãng Yokogawa với hệ CS3000 Version R2.3 có nhiều tính giúp người vận hành dễ dàng việc vận hành, theo dõi, giám sát, phát cố đặc biệt có tính linh hoạt cao Turbine giám sát điều khiển hệ MarkV GE Các trạm lẻ điều khiển PLC Rockwell với phần mềm giám sát Citect Tất hệ thống thiết kế cho mức độ tự động 17 hoá cao với ba chế độ vận hành: Tự động (Auto), bán tự động (Semi Auto) tay (Manual) 1.1 Nguyên lý nhà máy nhiệt điện Nguyên lý nhà máy nhiệt điện dùng nhiên liệu đốt nóng nước sinh nước, nước qua turbine sinh công phát lượng điện Hơi nước qua turbine ngưng tụ lại tiếp tục sử dụng cho q trình đốt nóng Chu trình nhiệt chia làm giai đoạn q trình đun nóng nước cấp, sinh hơi, nhiệt, sinh công ngưng tụ Xét chu trình Rankine nhà máy nhiệt điện turbine (Hình 1.1) Ở ban đầu nước trước cấp lên bao phải gia nhiệt A-B qua hâm B-C, Từ bao nước chuyển từ dạng lỏng sang C-D, đưa qua nhiệt (D-E) trước vào turbine, turbine q trình sinh cơng xảy (E-F) Hơi sau sinh cơng ngưng tụ bình ngưng F-A sau đo lại bổ xung vào nước cấp E Temperature Superheater Evaporator C D Turbine Economiser B Feed heater A F Condenser Entropy Hình vẽ cho thấy lượng giải phóng turbine đạt tối đa điểm E Hình 1.1: Chu trình Rankine nhà máy nhiệt điện turbinhe cao điểm F thấp Bài tốn đặt làm để 18 thu hiệu suất lớn nhất, giải thích phải có thêm q nhiệt bình ngưng turbine có áp lực thấp để tương ứng với nhiệt độ thấp 19 Sơ đồ chu trình nhiệt nước 1.2 TURBINE Bộ q MÁY nhiệt PHÁT LỊ Bình ngưng HƠI Tái nhiệt Bơm ngưng Bộ hâm Van cấp nước Gia nhiệt cao áp Gia nhiệt hạ áp Bơm cấp Khử Đường khí Đường nước Hình 1.2: Tổng quan chu trình nhiệt nhà máy Chu trình nhiệt nhà máy nhiệt điện chu trình khép kín nước Hơi nước sau sinh công xong tầng cánh cuối Turbine hạ áp xuống bình ngưng Hơi vào bình ngưng nhờ hệ thống nước tuần hoàn ống (hình chữ U) gia nhiệt bề mặt làm cho bình ngưng tụ lại thành nước Nước tuần hồn vào Hơi từ turbine xuống nước kênh thải bình ngưng Hình 1.3: Ngưng thành nước bình ngưng 20 Nước sau khỏi bình ngưng vào đầu hút bơm ngưng bơm ngưng bơm lên khử khí, qua gia nhiệt hạ áp 1,2,3 Khi nước đường ống bình gia nhiệt hạ áp nước gia nhiệt cửa trích Turbine hạ áp Nước sau qua bình gia nhiệt hạ áp tăng nhiệt độ lên cao Hơi cửa trích Hơi cửa trích H2O VÀO GNH H2O VÀO GNH H2O VÀO GNH H2O RA GNH1 H2O RA GNH Hơi cửa trích H2o đến khử khí Hình 1.4: Gia nhiệt hạ áp 1,2,3 Nước sau qua bình gia nhiệt hạ áp đến bình khử khí Ở bình khử khí nước khử tạp khí có ảnh hưởng đến phá huỷ ăn mòn kim loại… Sau nước qua bình khử khí đến đầu hút bơm cấp, nước khỏi bơm cấp qua hai van điều chỉnh điều chỉnh lưu lượng nước cho phù hợp với tải lò Nước sau qua van điều chỉnh qua gia nhiệt cao áp 5,6,7 nước lại gia nhiệt lần để tăng nhiệt độ Về cấu trúc gia nhiệt cao áp gần giống gia nhiệt hạ áp, cửa trích đến gia nhiệt cao áp lấy từ đầu Turbine trung áp 98 Hình 7.8: Khai báo, tạo báo động trạm vận hành ghi vào hệ thống PI 99 Hình 7.9: Trang giao diện điều khiển tổ máy thiết kế thêm nút: HZ-ENABLE, HZ-DISABLE, HZ-RESET 100 Logic cắt máy cắt theo lựa chọn đưa tín hiệu kích hoạt mạch giảm tải giữ tự dùng: Hình 7.10: Sơ đồ logic lựa chọn cắt máy cắt 101 Các tín hiệu: 2TRIP_LINK1 2TRIP_LINK2 gửi từ đầu Logic kiểm tra điều kiện: 2HZ_PROTECTION LOGIC (Trình bày phần 1/) Trước cắt máy cắt 220KV, kiểm tra điều kiện sẵn sàng máy cắt: - Các máy cắt chế độ AUTO : Ví dụ 0YWU-BKRNB.MODE.AUT (Máy cắt 215 sang Phả lại 1) - Các cho phép TRIP sẵn sàng : Ví dụ 0YWUBKRNB-OPP.PV.ON Sau máy cắt cắt kiểm tra máy cắt vị trí cắt: - Các máy cắt vị trí cắt : Ví dụ 0YWU-BKRNB.PV.0 0YWUBKRNB.MV.0 (Máy cắt 215 sang Phả lại 1) Tín hiệu bảo vệ kích hoạt mạch giảm tải: 0ISO_ACTIVE_U2 (Máy 6) 3/ Sửa đổi kích hoạt mạch giảm tải giữ tự dùng: Kích hoạt mạch giảm tải, ngừng 02 máy nghiền thực khối trình tự ST16: 2CCBYPASS-ST1 Action: A02, Drawing 0028, FCS0201 102 (Logic sẵn có thực có cố cắt hai máy cắt 220 KV) Hình 7.11: Bảng trình tự sửa đổi thêm tác động bảo vệ tần số thấp 103 Hình 7.12: Tính tốn tải MAX cho trường hợp giảm tải giữ tự dùng 104 Tín hiệu A02: %GS17601 gửi sang mạch tính toán tải MAX khối bảo vệ tần số thấp tác động (Drawing 0062/ FCS0209) Trip 02 máy nghiền (Drawing 0063/ FCS0209) Hình 7.13: Trip 02 máy nghiền theo ưu tiên chọn trước 105 Và việc tính toán tải thực với 2CCMAX-MW trường hợp lựa chọn thấp 2CCMW- SSL tải tương ứng với chế độ tự dùng Tốc độ giảm tải kích hoạt tương ứng 150 MW/Phút, thực hai khối chức năng: Khối trình tự 2CCMWSP-ST1 (Drawing0052/ FCS0201) Khối lựa chọn giá trị 2CCMWSP-DSW1(Drawing0052/ FCS0201) Hình 7.14: Khối trình tự 2CCMWSP-ST1kích hoạt lựa chọn giảm tải chế độ tách lưới 106 Tải giảm nhanh dừng lại tải tối thiểu người vận hành đặt hình điều khiển phối hợp (15 MW) Dưới sơ đồ điều khiển tải tổ máy với số giải thích trình bày Hình 7.15: Lựa chọn tải tách lưới 107 Hình 7.16: Người vận hành đặt tải tối thiểu đủ cho tự dùng tính tốn 108 Hình 7.17: Tính tốn giới hạn giảm tải 109 Tuy nhiên, tổng số MW tự dùng tính tốn Tracking theo tổng cơng suất tiêu thụ thời (Tính tốn từ MW máy biến áp tự dùng + MW máy biến áp tự dùng chung) Trong trường hợp sơ đồ tính tốn tải tổ máy thiết kế sau: Hình 7.18: Tính tốn cơng suất điện tự dùng cần thiết 110 Thêm 01 khối ADD, Tagname: 2AUXIL_MW (MW tự dùng): Đầu khối tổng MW đo MBA tự dùng MBA tự dùng chung Thêm khối MLD-SW, tagname: 2CC-ISOMODE: Làm nhiệm vụ đưa tải tổ máy tổng MW tự dùng thực tế (từ khối ADD trên), có tín hiệu bảo vệ tần số thấp tác động (Nếu trường hợp RunBack khác, tải khối giảm tới MW tối thiểu người vận hành đặt) 111 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Căn yêu cầu nội dung thực luận văn “Nghiên cứu hệ thống điều khiển lò 300 MW nhà máy nhiệt điện Phả Lại”, học viên tìm hiểu vấn đề liên quan đến nhà máy nhiệt điện cấu tạo, nguyên lý hoạt động, đặc biệt chế độ điều khiển vịng điều khiển sử dụng nhà máy nhiệt điện Từ trình nghiên cứu lý thuyết đến thực tế tình hình sản xuất nhà máy, vấn đề thiệt hại có tải hệ thống lưới điện quốc gia không gây thiệt hại cho nhà máy điện Phả Lại nói riêng mà cho tồn hệ thống điện quốc gia Việc đưa mạch tách lưới tự dùng vào tổ máy nhà máy năm vừa qua hạn chế phần cố trên, đồng thời tạo hướng giải khắc phục cố cho nhà máy khác hệ thống điện quốc gia Tuy nhiên thời gian giới hạn nội dung luận văn, kết phần chỉnh định thông số điều chỉnh dừng giới thiệu sơ lược mà chưa nêu chi tiết bước cụ thể chỉnh định chưa áp dụng thực tế nhà máy Phương hướng thời gian tới học viên hoàn thiện nốt phần chỉnh định thông số để áp dụng không cho nhà máy nhiệt điện Phả Lại mà áp dụng cho nhà máy Nhiệt điện khác Hà Nội, tháng 11 năm 2008 Học viên Bùi Tiến Dũng 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Duy Bình, Phạm Quang Đăng, Phạm Hồng Sơn (Hệ DCS cho nhà máy sản xuất điện năng, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội.) Quy Trình vận hành lị – DC2 Nhà máy nhiệt điện Phả Lại Quy Trình vận hành turbine – DC2 Nhà máy nhiệt điện Phả Lại Tài liệu DCS CS3000 – Tài liệu giảng dạy nhà máy nhiệt điện Phả Lại Tiếng Anh David Lindsley (Power-plant control and instrumentation – The control of boilers and HRSG system - The Institution of Electrical Engineers, London, UK Power Plant Modulating Control System Dynamics And Tuning – Provecta Process Automation 2004 Control loop tuning article – 2003 http://instrumentation.co.za/Regular.ASP?pklRegularID=1540&pklIssu eID=356&pklIssueTypeID=2&LIU=15 Boiler Manual & Turbine Manual – TechComm Simulation Pty Ltd CS3000 User Manual – Yokogawa Australia Electric Corporation ... quan hệ thống DCS nhiệt điện Phả Lại Các q trình cơng nghệ nhà máy điều khiển hệ thống điều khiển phân tán DCS (gồm lò thiết bị phụ bơm cấp, máy nghiền ), hệ thống điều khiển PLC (gồm hệ thống. .. vòng điều khiển lị máy 4.1 Vịng điều khiển mức nước bao Vòng điều khiển mức nước bao vòng điều khiển phức tạp quan trọng thiếu hệ thống điều khiển lò nhà máy nhiệt điện Yêu cầu hệ thống điều khiển. .. vận chuyển nhà máy đường sắt đường sông Dây chuyền nhà máy nhiệt điện Phả Lại nhà máy nhiệt điện turbine đại vận hành ổn định hệ thống nhà máy nhiệt điện nước ta Lò thuộc loại lò bao hơi, tuần