Nghiên cứu yếu tố chân không bình ngưng và hệ thống điều khiển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HÀ LÝ NHÂN NGHIÊN CỨU YẾU TỐ CHÂN KHƠNG BÌNH NGƢNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HÀ LÝ NHÂN NGHIÊN CỨU YẾU TỐ CHÂN KHƠNG BÌNH NGƢNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Chun ngành: Kỹ thuật nhiệt Mã số: 15BKTN-TB-01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN: GS.TSKH.VS NGUYỄN VĂN MẠNH Hà Nội, 2018 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, tơi xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh, tận tình hƣớng dẫn, bảo suốt thời gian thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô Viện Khoa học Công nghệ Nhiệt Lạnh, Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội tận tình truyền đạt kiến thức giúp đỡ suốt thời gian học tập thực luận văn Tôi xin cảm ơn bạn đồng nghiệp tạo điều kiện mặt thời gian nhƣ công việc để thực luận văn Cuối cùng, xin kính chúc q Thầy, Cơ gia đình ln dồi sức khỏe thành công công việc sống Hà Nội, tháng 03 năm 2018 Học viên Hà Lý Nhân i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân Các số liệu có nguồn gốc rõ ràng, tuân thủ nguyên tắc kết trình bày luận văn đƣợc thu thập trình nghiên cứu trung thực chƣa đƣợc công bố trƣớc Hà Nội, tháng 03 năm 2018 Tác giả luận văn Hà Lý Nhân ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH ẢNH v LỜI NÓI ĐẦU PHẦN MỞ ĐẦU: TÍNH CẤP THIẾT VÀ MỤC ĐÍCH CHỌN ĐỀ TÀI CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ CÁC HỆ THỐNG TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN 1.1 Nguồn cấp Năng lƣợng Việt Nam 1.2Nhà máy nhiệt điện 1.3 Tổng quan nhà máy nhiệt điện Thái Bình 1.3.1 Thiêt bị cung cấp nhiên liệu 11 1.3.2 Hệ thống lò thiết bị phụ 14 1.3.3 Hệ thống turbine thiết bị phụ: 21 1.3.4 Phần điện nhà máy 30 1.4 Kết luận chƣơng 1: 34 CHƢƠNG 2: BÌNH NGƢNG, HỆ THỐNG HÚT CHÂN KHƠNG BÌNH NGƢNG VÀ YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG 35 2.1 Nhiệm vụ nguyên lý cấu tạo bình ngƣng nhà máy nhiệt điện 35 2.2: Các khái niệm liên quan đến bình ngƣng 36 2.2.1: Áp suất thoát áp suất bình ngƣng 36 2.2.2: Khái niệm độ chân khơng bình ngƣng 37 2.2.3: Suất phụ tải nhiệt suất phụ tải 38 2.2.4 Bội số làm lạnh, số chặng đƣờng nƣớc chiều dài ống 39 2.2.5 Độ kín hệ thống chân khơng hỗn hợp khơng khí 41 2.2.6 Độ chênh nhiệt độ độ hâm nƣớc 42 2.3 Kết luận chƣơng 43 CHƢƠNG 3: MƠ TẢ TỐN HỌC ĐỐI TƢỢNG ĐIỀU KHIỂN VÀ XÁC ĐỊNH THAM SỐ BỘ ĐIỀU CHỈNH THEO PHƢƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG 44 3.1 Đặt toán: 44 iii 3.2 Mô tả toán học cho thành phần hệ thống điều khiển áp suất chân khơng bình ngƣng nhà máy nhiệt điện 46 3.2.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển 46 3.2.2 Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển áp suất chân khơng bình ngƣng 46 3.3 Sơ đồ P&ID hệ thống điều khiển hút chân khơng bình ngƣng 47 3.4 Mô tả thiết bị hoạt động hệ thống hút chân khơng bình ngƣng 47 3.5 Xác định tham số điều chỉnh theo phƣơng pháp truyền thống 48 3.6 Kết luận chƣơng 62 CHƢƠNG 4: TÍNH TỐN THƠNG SỐ BỘ ĐIỀU CHỈNH CHÂN KHƠNG BÌNH NGƢNG THEO PHƢƠNG PHÁP BỀN VỮNG TỐI ƢU 63 4.1 Tổ hợp phần mềm CASCAD thiết kế tối ƣu hóa bền vững 63 4.1.1 Mục đích ý nghĩa tổ hợp CASCAD 63 4.1.2 Nguyên lý tổ chức tổ hợp 66 4.1.3 Những chức CASCAD 67 4.2 Thiết kế hệ thống dùng phần mềm CASCAD 70 4.2.1 Mơ hình hóa đối tƣợng điều chỉnh 72 4.2.2 Trình tự mơ hình hóa đối tƣợng CASCAD 74 4.3 Sử dụng phần mềm CASCAD thiết kế, tính tốn tối ƣu điều chỉnh áp suất chân khơng bình ngƣng 78 4.4 Kết luận chƣơng 86 KẾT LUẬN CHUNG 87 PHỤ LỤC 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Cơ cấu nguồn điện năm 2010-2020 Hình 1.2: Sơ đồ khối công nghệ nhà máy nhiệt điện than Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt điện đốt than 10 Hình 1.4: Hệ thống cung cấp nhiên liệu 12 Hình 1.5: Tổng quan lị đốt than phun 15 Hình 1.6: Cấu trúc lị đốt than phun 15 Hình 1.7 : Cấu tạo vòi đốt 17 Hình 1.8: Hệ thống máy nghiền 19 Hình 1.9: Tuabin nhà máy nhiệt điện 21 Hình 1.10: Trục roto hạ áp 22 Hình 11: Truyền tải điện 34 Hình 2.1: Cấu tạo bình ngƣng 35 Hình 2.2: Đồ thị i-s trình giãn nở turbine hạ áp xác định P2 36 Hình 2.3: Sơ đồ thiết bị turbine ngƣng 37 Hình 2.4: sơ đồ bình ngƣng chặng đƣờng nƣớc 40 Hình 2.5: Sơ đồ trao đổi nhiệt dọc theo chiều dài 42 Hình 3.1: Cấu trúc mơ hình nhà máy nhiệt điện 46 Hình 3.2: Sơ đồ khối vịng hệ thống điều khiển q trình 46 Hình 3.3: P&ID hệ thống hút chân khơng bình ngƣng 47 Hình 3.4: Cấu trúc thiết bị đo trình 48 Hình 3.5: Một số hình ảnh thiết vị đo công nghiệp 50 Hình 3.6: Cấu trúc thiết bị chấp hành 52 Hình 3.7: Cấu trúc tiêu biểu van cầu khí nén 52 Hình 3.8: Biểu tƣợng ký hiệu cho kiểu tác động van điều khiển 54 Hình 3.9: Biểu đồ áp suất chân khơng bình ngƣng TB2 56 Hình 3.10: Sơ đồ điều khiển áp suất chân khơng bình ngƣngTB2 57 Hình 3.11: Cấu trúc mơ tả tốn học tồn hệ thốngTB2 57 Hình 3.12: Biểu đồ áp suất chân khơng bình ngƣng VA1 59 Hình 3.13: Sơ đồ điều khiển áp suất chân khơng bình ngƣng VA1 60 Hình 3.14: Cấu trúc mơ tả tốn học toàn hệ thống VA1 61 v Hình 4.1 Sơ đồ cấu trúc tối đa hệ thống điều khiển thực CASCAD 63 Hình 4.2 Nguyên lý tổ chức cấu trúc chƣơng trình CASCAD 66 Hình 4.3 Cửa sổ CASCAD 71 Hình 4.4 Đặc tính q độ đối tƣợng tự cân 72 Hình 4.5: Nhập thơng số đối tƣợng 80 Hình 4.6: Mơ hình hóa đối tƣợng theo số liệu thực nghiệm 80 Hình 4.7: Mơ hình đối tƣợng hiệu chỉnh phần mềm CASCAD 81 Hình 4.8: Đăng nhập đối tƣợng CASCAD 81 Hình 4.9: Thiết lập đối tƣợng CASCAD 82 Hình 4.10: Đặc tính tính mềm hệ hở 82 Hình 4.11: Đáp ứng đầu theo kênh đặt Z1 83 Hình 4.12: Tổng hợp điều chỉnh theo kênh đặt Z1 83 Hình 4.13: Đáp ứng đầu ratheo kênh nhiễu V1 84 Hình 4.14: Tổng hợp điều chỉnh theo kênh nhiễu V1 84 Hình 4.15: Tổng hợp điều chỉnh theo kênh đặt Z1 kênh nhiễu V1 85 Hình 4.16: Cấu trúc điều chỉnh theo kênh đặt kênh nhiễu 85 vi LỜI NÓI ĐẦU Sau gần hai năm học tập, nghiên cứu dƣới quản lý Viện đào tạo sau đại học, hƣớng dẫn tận tình thầy cô giáo viện khoa học công nghệ Nhiệt - Lạnh Trƣờng ĐH Bách khoa Hà Nội, tới luận văn thạc sỹ đƣợc hoàn thành thời gian quy định Em xin đƣợc tỏ lòng cảm ơn tới Viện khoa học công nghệ Nhiệt Lạnh, Viện đào tạo sau đại học tạo nhiều điều kiện thuận lợi giúp tơi hồn thành đƣợc luậnvăn thời gian quy định Luận văn đƣợc hồn thành với hƣớng dẫn tận tình thầy GS.TSKH NGUYỄN VĂN MẠNH Em xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy góp ý dẫn dắt em thời gian nghiên cứu đề tài Qua em mong tƣơng lai nhận đƣợc ý kiến dẫn dắt lĩnh vực chuyên ngành điều khiển tự động hóa nhƣ cơng tác giảng dạy Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy, cô trongviện khoa học công nghệ Nhiệt - Lạnh có ý kiến trao đổi lĩnh vực chuyên môn Cũng qua cho xin gửi lời cảm ơn tới tất anh chị bạn đồng nghiệp công tác với tôi, có góp ý sắc đáng vấn đề chuyên ngành đặt nghiên cứu đề tài Luận văn hoàn thành nhiên khơng tránh đƣợc hạn chế, sai sót, kính mong giúp đỡ, bảo thầy giáo, bạn bè đồng nghiệp đề tài đƣợc phát triển tiếp nhƣ cho đƣợc trƣởng thành lĩnh vực chuyên môn Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Hà Lý Nhân PHẦN MỞ ĐẦU: TÍNH CẤP THIẾT VÀ MỤC ĐÍCH CHỌN ĐỀ TÀI Nƣớc ta thời kỳ đại hố - cơng nghiệp hố đất nƣớc, mục tiêu phấn đấu tới hết năm 2020 Để đáp ứng mục tiêu này, điều rõ ràng phải đẩy mạnh phát triển ngành lƣợng điện Bởi ngành cần đƣợc phát triển trƣớc bƣớc Trong thực tế năm qua cho thấy: liên tiếp khai thác nguồn lƣợng khác để sản suất điện Bên cạnh nhà máy thủy điện, nhiệt điện đốt than, tuabin khí đƣợc sử dụng có nhiều nhà máy điện đƣợc xây dựng đƣa vào vận hành Theo số liệu thống kê tập đồn Điện lực Việt Nam (EVN) thơng báo tình hình hoạt động đầu tƣ xây dựng sản xuất kinh doanh tháng năm 2015, thủy điện chiếm 32,27%, nhiệt điện than chiếm 33,74%, tuabin khí chiếm 32,67%, nhiệt điện dầu chiếm 0,14% nhập Trung Quốc chiếm 1,17% Theo chƣơng trình phát triển nguồn điện, thủy điện giảm, nhiệt điện than tăng, tua bin khí + dầu tăng năm tới Cụ thể, năm 2020 tỷ trọng loại điện là: Thủy điện 26,6%, nhiệt điện than tăng lên 44,7%, nhiệt dầu khí 19,6%, nguồn lƣợng tái tạo 4,8%, nhập 2,8% (theo số liệu chƣơng trình phát triển nguồn điện, Tổng cơng ty Điện lực Việt Nam) Qua số liệu thống kê ta thấy năm 2015 nhiệt điện đốt than chiếm 33,74% đến năm 2020 dự kiến tăng lên 44,7% Điều chứng tỏ ngồi nhà máy nhiệt điện đốt than vận hành nhƣ nhà máy nhiệt điện Phả Lại 1, 2; nhà máy nhiệt điện Ninh Bình, nhà máy nhiệt điện ng Bí; nhà máy nhiệt điện Cẩm Phả; nhà máy nhiệt điện Hải Phòng; nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh, việc mở rộng xây thêm nhà máy Nhiệt điện than điều cần thiết Vấn đề vận hành, thiết kế mở rộng nhà máy cho kinh tế hiệu quan trọng Trong có vấn đề trì độ chân khơng có lợi cho bình ngƣng Thực tế cho thấy hầu hết nhà máy nhiệt điện ngƣng nƣớc ta có dùng nguồn nƣớc làm mát nƣớc sơng theo sơ đồ hở, ví dụ nhƣ: nhà máy nhiệt điện Phả Lại dùng nƣớc sơng Thái Bình, nhà máy nhiệt điện ng Bí dùng nƣớc sơng ng, nhà máy nhiệt điện Ninh Bình dùng nƣớc sơng Đáy Điều kiện khí hậu nƣớc ta lại thay đổi rõ rệt theo mùa, nhiệt độ trung bình nƣớc sơng thay đổi 13 13 14 14 10.25 15 15 11.4 16 16 12.3 17 17 13.2 18 18 14.15 19 19 15.2 20 20 16.2 21 21 17.35 22 22 18.2 23 23 19.3 24 24 20.18 25 25 21.2 26 26 22.3 27 27 23.35 28 28 24.53 29 29 30 30 25.15 31 31 26 32 32 27.2 33 33 28 79 Mơ hình hóa đối tƣợng điều chỉnh theo số liệu thực nghiệm CASCAD Hình 4.5: Nhập thơng số đối tượng Hình 4.6: Mơ hình hóa đối tượng theo số liệu thực nghiệm 80 Hình 4.7: Mơ hình đối tượng hiệu chỉnh phần mềm CASCAD Từ điều kiện thiết lập hệ thống: Hình 4.8: Đăng nhập đối tượng CASCAD 81 Hình 4.9: Thiết lập đối tượng CASCAD Từ mơ hình thực nghiệm đối tƣợng, ta có hàm truyền đối tƣợng sau nhận dạng nhƣ sau: ( ) Đối tƣợng ( ) ( )là đối tƣợng đƣợc mô số liệu thực nghiệm Ta có đặc tính mềm hệ hở nhƣ sau: Hình 4.10: Đặc tính tính mềm hệ hở 82 Hình 4.11: Đáp ứng đầu theo kênh đặt Z1 Hình 4.12: Tổng hợp điều chỉnh theo kênh đặt Z1 83 Tổng hợp điều chỉnh theo kênh nhiễu V1, ta có đặc tính tần số đáp ứng đầu hệ thống nhƣ sau: Hình 4.13: Đáp ứng đầu ratheo kênh nhiễu V1 Tổng hợp điều chỉnh theo kênh đặt Z1 kênh nhiễu V1, ta có đặc tính tần số đáp ứng đầu hệ thống nhƣ sau: Hình 4.14: Tổng hợp điều chỉnh theo kênh nhiễu V1 84 Hình 4.15: Tổng hợp điều chỉnh theo kênh đặt Z1 kênh nhiễu V1 Hình 4.16: Cấu trúc điều chỉnh theo kênh đặt kênh nhiễu Sau tổng hợp điều chỉnh theo kênh (kênh đặt kênh nhiễu) ta có cấu trúc điều khiển nhƣ sau: Ta có hàm truyền hệ thống điều khiển nhƣ sau: 85 ( ) ( ) O1(S): Hàm truyền đối tƣợng điều khiển Hàm truyền điều chỉnh: ( ) ( ) ( ) ( ): Hàm truyền điều chỉnh Khâu phản hồi là: , tín hiệu đầu vào theo kênh đặt kênh nhiễu lần lƣợt 4.4 Kết luận chƣơng Chất lƣợng động hệ thống điều khiển đƣợc đánh giá qua chất lƣợng trình độ hệ thống đƣợc đánh giá qua tiêu nhƣ : lƣợng điều chỉnh %, thời gian độ tqd, thời gian đáp ứng tm, thời gian có điều chỉnh… Sau sử dụng phần mềm CASCAD tính toán với số liệu thực(áp suất theo thời gian) ta có nhận xét nhƣ sau: Lƣợng điều chỉnh đƣợc xác định theo cơng thức: %= Thay số ta có : %= Thời gian đáp ứng: tqđ=2 chu kỳ dao động quanh giá trị xác lập Thời gian đáp ứng tm=10s Ta thấy kết đạt chất lƣợng hệ thống điều khiển ổn định Qua ta thấy đƣợc trình tối ƣu chƣơng trình CASCAD cho thơng số tối ƣu xác so với phƣơng pháp tính tốn tối ƣu khác Với phần mềm CASCAD cần thông số đo đạc đƣợc nhà máy ta tính tốn đƣợc hàm truyền Phần mềm CASCAD giúp có khả tối ƣu hóa q trình vận hành thiết bị sau thời gian hoạt động Phần mềm giúp cài đặt lại đƣợc thông số để tăng hiệu suất làm việc thiết bị 86 KẾT LUẬN CHUNG Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu, em hoàn thành nhiệm vụ đƣợc giao "Nghiên cứu hệ thống hút chân khơng bình ngƣng hệ thống điều chỉnh nhà máy Nhiệt điện Thái Bình 2" Đây đề tài mang tính chất ứng dụng kỹ thuật điều chỉnh đại cho đối tƣợng thực tế nên địi hỏi ngƣời thiết kế phải tìm hiểu đối tƣợng cách tỉ mỉ, xác, tài liệu lại khơng có đủ Tuy nhiên nhờ có hƣớng dẫn nhiệt tình thầygiáo hƣớng dẫn GS.TSKH Nguyễn Văn Mạnhvà thầy Viện Khoa học Công nghệ Nhiệt lạnh, giúp đỡ bạn bè, với cố gắng thân em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Trong thời gian làm luận văn, em hoàn thành khối lƣợng cơng việc nhƣ sau: - Tìm hiểu ngun lý hoạt động nhà máy nhiệt điện, số hệ thống điều khiển nhà máy nhiệt điện Thái Bình - Nghiên cứu lý thuyết điều khiển tự động - Đi sâu nghiên cứu hệ thống hút chân không bình ngƣng hệ thống điều chỉnh phần tử hệ thống điều chỉnh áp suất chân không bình ngƣng nhà máy nhiệt điện Thái Bình - Nghiên cứu phần mềm CASCAD, ứng dụng để thiết kế, tính tốn tối ƣu hóa hệ thống điều chỉnh hệ thống hút chân khơng bình ngƣng nhà máy nhiệt điện Thái Bình Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Viện Khoa học Công nghệ Nhiệt lạnh, đặc biệt thầy giáo GS.TSKH Nguyễn Văn Mạnh trực tiếp hƣớng dẫn, đóng góp nhiều ý kiến quý báu thời gian thực hồn thành luận văn 87 PHỤ LỤC THƠNG SỐ KỸ THUẬT VÀ ĐƢỜNG ĐẶC TÍNH VAN ĐIỀU KHIỂN 88 89 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ ĐO ÁP SUẤT BÌNH NGƢNG 90 91 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- Nguyễn Văn Mạnh - Lý thuyết điều chỉnh tự động trình nhiệt ĐHBK Hà Nội năm 1993 2- Nguyễn Văn Mạnh - Tổng hợp tối ƣu hệ điều chỉnh tầng bền vững (Robust) tạp chí lƣợng nhiệt No-9/2000 trang 115 - 161 3- N.V.Mạnh, N.V.Dũng - Quan điểm tổng hợp bền vững tối ƣu áp dụng cho hệ điều chỉnh đối tƣợng nhiệt hai tầng Tạp chí KHCN nhiệt, 5/2004, số 57 trang 23 - 27 - Đỗ Văn Thắng - "Vận hành thiết bị lò tuabin nhà máy nhiệt điện" Nhà xuất Giáo Dục năm 2010 - Phan Xuân Minh, Hà Thị Kim Duyên, Phạm Xuân Khánh - "Giáo trình lý thuyết điều chỉnh tự động" Nhà xuất Giáo Dục năm 2011 - Nguyễn Công Hân, Nguyễn Quốc Trung, Đỗ Anh Tuấn “Nhà máy nhiệt điện‟‟ Trƣờng Đại học bách khoa Hà Nội - Tài liệu kỹ thuật nhà máy nhiệt điện Thái Bình 93 ... 46 3.2.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển 46 3.2.2 Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển áp suất chân khơng bình ngƣng 46 3.3 Sơ đồ P&ID hệ thống điều khiển hút chân khơng bình ngƣng 47 3.4... nén Hệ thống bổ sung bi vào máy nghiền, hệ thống vần trục máy nghiền, hệ thống dập lửa máy nghiền e Hệ thống thải tro, xỉ Hệ thống thiết bị thải tro xỉ bao gồm: Hệ thống thoát xỉ đáy lò, hệ thống. .. cấp từ hệ thống xử lý nƣớc Hệ thống rút khí bình ngƣng Chức hệ thống: tạo chân không ban đầu bình ngƣng khởi động tổ máy loại bỏ khí khơng ngƣng khoang bình ngƣng vận hành bình thƣờng Phá chân