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 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Đà Nẵng - Năm 2017 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 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: TS Lưu Đức Bình Đà Nẵng - Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khác Tác giả 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 Học viên: Đậu Trường Lâm Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60520114 Khóa: 33 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt – Ở Việt Nam, điện sản xuất nhà máy nhiệt điện đốt than chiếm thị phần tới 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) Nghiên cứu đề xuất nhằm đáp ứng nhu cầu thực tiển vận hành, bảo dưỡng cải tiến nhà máy nhiệt điện, đồng thời đưa biện pháp khắc phục cố tắc than vị trí phểu than máy cấp gây cố tăc máy nghiền, dừng lị đột ngột ảnh hưởng tới tin cậy lưới điện quốc gia Hệ thống điều khiển cấp nhiên liệu than nghiền khâu quan trọng hệ điều khiển lò nhà máy nhiệt điện, đóng vai trị tối ưu hóa q trình cháy lị, tăng hiệu suất lị giảm chi phí sản xuất Trong luận văn giới thiệu tổng quan nhà máy nhiệt điện đốt than, thiết bị đo cấu chấp hành sử dụng hệ thống cấp than nghiền Luận văn trình bày thuật tốn điều khiển thiết bị, giải pháp khắc phục cố tắc than mô thao tác chạy, dừng thiết bị, tăng tải, giảm tải hệ thống, mô cố mô kết đạt sau áp dụng giải pháp khắc phục cố Từ khóa - Hệ thống điều khiển cấp nhiên liệu than nghiền; giải pháp khắc phục cố tắc than (2 từ khóa) RESEARCH OF CONTROL SYSTEM FOR A PULVERIZED COAL BOILER IN COALFIRED POWER PLANT Abstract - Summary - In Vietnam, electricity generated at coal-fired power plants accounts for 35% of market share as on May 31, 2015, and will be targeted 45% to reach the national grid by 2030 (Referred to Statistics of the Electricity Regulatory Bureau - Ministry of Industry and Trade) This research has been proposed to meet the practical needs of operation, maintenance and improvement in coal-fired power plants, and to take measures to overcome the clogging accident at the location between the raw coal bunker and the Coal feeder The malfunctioning of the mills can stop the furnace suddenly and affect the reliability of the national grid The control system for a pulverized coal boiler is one of the most important steps of the boiler control system in a coal-fired power plant, which plays a role in optimizing the burning process, increasing the efficiency of burning and reducing the cost of production The thesis will introduce an overview of coal-fired power plants, measuring devices and actuators used in pulverized coal boiler systems The thesis presents the algorithms that control the devices, the solution of the clogging of coal problem and simulation of the running, stopping of the equipment, the increase of the load, the reduction of the system load, the simulation of the fault and the simulation The results obtained after applying the solution to resolve the problem Keywords - The control system for a pulverized coal boiler; the solution of the clogging of coal problem (2 keywords) MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Cấu trúc luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 1.1 Giới thiệu chung nhà máy nhiệt điện 1.2 Hệ thống cấp than nghiền vào vòi đốt lò 1.3 Thiết bị trường 1.3.1 Thiết bị đo 1.3.2 Tấm chắn (Damper) 10 1.3.3 Máy cấp than 11 1.3.4 Máy nghiền 13 CHƯƠNG CẤU TRÚC VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 18 2.1 Cơ sở lý thuyết 18 2.1.1 Bộ điều khiển PID 18 2.1.2 Chọn điều khiển PID 19 2.1.3 Chỉnh định điều khiển PID 20 2.2 Vòng điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi đốt lò 21 2.2.1 Lưu đồ P&ID cho điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi đốt lò 24 2.2.2 Thuật toán điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi đốt lò 24 2.3 Vòng điều khiển mức than thùng nghiền máy nghiền 25 2.3.1 Lưu đồ P&ID cho điều khiển mức than thùng nghiền máy nghiền 25 2.3.2 Thuật toán điều khiển mức than thùng nghiền máy nghiền 26 CHƯƠNG LẬP TRÌNH VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ CẤP THAN NGHIỀN 28 3.1 Giới thiệu phần mềm DCS Centum VP hãng Yokogawa 28 3.2 Mô hệ thống điều khiển thiết bị cấp than nghiền 28 CHƯƠNG GIẢI PHÁP XỬ LÝ HIỆN TƯỢNG TẮC THAN TỪ PHỂU THAN XUỐNG MÁY CẤP THAN GÂY DỪNG MÁY NGHIỀN 39 4.1 Vấn đề tắc than ảnh hưởng tới làm việc tổ máy 39 4.2 Giải pháp giải vấn đề tắc than máy cấp gây dừng đột ngột máy nghiền 40 4.2.1 Thuật toán giải pháp điều khiển xử lý cố tắc than 42 4.2.2 Mơ chương trình xử lý cố tắc than 46 4.2.3 Hiệu giải pháp xử lý cố tắc than 57 KẾT LUẬN VÀ TRIỂN VỌNG 58 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (Bản sao) DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Danh mục ký hiệu P&ID Piping and Instrumentation Diagram DCS Distributed Control System CPU Central Processing Unit PC Personal Computer FCS Field Control Station FCU Field Control Unit FIO Field Network Input Output NU Node Unit FDR Coal Feeder PID MV Proportional-Integral-Derivative Manipulated value SV PV MFT FT Setpoint value Process variable Master Fuel Trip Flow Transmitter TT LT Temperature Transmitter Level Transmitter Ký hiệu Đầu vào đầu tương tự ≯ Hàm chọn giá trị lớn Tín hiệu tham chiếu f(x) Hàm tuyến tính X Hàm nhân T Hàm tự động chuyển I ∆ Bộ thị Bộ PID K I A Khối đặt giá trị ∆ Hàm sai lệch ∑/n Hàm trung bình H/L Hàm giới hạn A/M Khối đặt tải tay ≮ Hàm chọn giá trị nhỏ DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 2.1 Bảng tính giá trị K p , K i , K d theo ZN-1 20 2.2 Bảng tính giá trị K p , K i , K d theo ZN-2 21 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.1 Tên hình Trang Các hệ thống nhà máy nhiệt điện Chu trình nhiệt nhà máy nhiệt điện Hệ thống cấp than nghiền Vị trí lắp đặt hệ thống cấp than nghiền Cấu trúc hệ thống điều khiển phản hồi Cấu trúc thiết bị đo Cách đấu nối thiết bị đo chênh áp với hệ thống điều khiển Cơ cấu điều khiển lưu lượng gió chắn Bộ điều khiển van Auma Đường đặc tính chắn [5,tr.211] Máy cấp than Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển máy cấp Mạch cầu Wheatstone tính tải trọng Máy nghiền loại tiêu hao hãng Riley Stocker Máy nghiền kiểu lăn Máy nghiền kiểu bi vòng ổ bi hãng Babcook & Wincox Máy nghiền bi Mức máy nghiền Đường đặc tính đo mức mức than thùng nghiền Bộ phân ly Sơ đồ cấu trúc điều khiển PID Đồ thị đáp ứng độ Các thành phần đầu vào lò Điều khiển phối hợp lò hơi, turbine nhiên liệu than Vòng điều khiển than Coal Master Lưu đồ P&ID cho điều khiển lưu lượng than nghiền Thuật toán điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi đốt lò Lưu đồ P&ID cho điều khiển mức than thùng nghiền máy nghiền Thuật toán điều khiển mức than thùng nghiền máy nghiền Tổng quan hệ thống điều khiển DCS Yokogawa nhà máy nhiệt điện 9 10 10 11 11 12 12 13 14 14 15 15 16 17 18 20 21 22 23 24 25 26 27 28 Số hiệu Tên hình Trang hình 3.2 Project mơ 30 3.3 Mô Graphic hệ thống than nghiền 31 3.4 Graphic dừng máy nghiền cố 32 Đồ thị đáp ứng vòng điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi 3.5 34 đốt giảm tải 3.6 Đồ thị đáp ứng vòng điều khiển mức máy nghiền giảm tải 35 Đồ thị đáp ứng vòng điều khiển lưu lượng than nghiền vào vòi 3.7 37 đốt tăng tải 3.8 Đồ thị đáp ứng vòng điều khiển mức máy nghiền tăng tải 38 4.1 Máy cấp than phểu than 40 4.2 Tổng lưu lượng than vào yêu cầu vào lò 41 4.3 Tổng lưu lượng than vào máy nghiền 42 4.4 Thuật toán xác định tắc than máy cấp A1 43 4.5 Thuật toán xác định tắc than máy cấp A2 43 Thuật toán giảm lưu lượng than nghiền máy nghiền A vào 4.6 44 vòi đốt lò tắc than từ phểu xuống máy cấp Thuật toán điều khiển mức than nghiền máy nghiền A tắc 4.7 45 than từ phểu xuống máy cấp 4.8 Màn hình dừng đột ngột hệ thống tắc than 47 Đồ thị đáp ứng mức than máy nghiền vào vòi đốt xãy 4.9 48 tắc than máy cấp gây dừng đột ngột máy nghiền Đồ thị đáp ứng lưu lượng than nghiền vào vòi đốt xãy 4.10 49 tắc than máy cấp gây dừng đột ngột máy nghiền 4.11 Màn hình xuất cảnh báo tắc than 51 Đồ thị đáp ứng lưu lượng than nghiền xãy tắc than máy 4.12 52 cấp A 4.13 Đồ thị đáp ứng mức than xãy tắc than máy cấp A1 53 Đồ thị đáp ứng lưu lượng than nghiền vào vòi đốt xãy 4.14 55 tắc than máy cấp A1&A2 Đồ thị đáp ứng mức than máy nghiền xãy tắc than 4.15 56 máy cấp A1&A2 57 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 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 cịn gây trình trạng đừng máy nghiền đột ngột, gây giảm tải tổ máy củng cố dừng tổ máy tắc than gây 58 KẾT LUẬN VÀ TRIỂN VỌNG Kết đề 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 - 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 - 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 - 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 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Duy Bình, Phạm Quang Đăng, Phạm Hồng Sơn (2009), [2] Hệ điều khiển DCS cho nhà máy sản xuất điện tập 1, NXB Khoa học kỹ thuật, Hoàng Minh Sơn (2009), Cơ sở hệ thống điều khiển trình, NXB Bách khoa Hà Nội, Tiếng Anh [3] Black & Veatch (2005), Power plant engineering, Springer, USA [4] David Lindsley (2005), Power-plant Control and Instrumentation - The Control of Boilers and HRSG Systems, The institution of electrical engineers, USA [5] G.F.(Jerry) Gilman (2005), Boiler control systems engineering, ISA, USA [6] Dr Thomas J Harrison (1983), ISA-5.3-1983-Graphic Symbols for Distributed Control/Shared Display Instrumentation, Logic and Computer Systems, ISA, USA PHỤ LỤC Chương trình điều khiển thiết bị hệ thống điều khiển than nghiền Chương trình mơ chạy máy nghiền Chương trình mơ dừng máy nghiền cố Chương trình mơ chạy máy cấp A1 Chương trình mơ trip máy cấp A1 Chương trình mơ chạy máy cấp A2 Chương trình mơ dừng máy cấp A2 cố Chương trình mơ điều khiển lưu lượng than nghiền vào vịi đốt lị Chương trình mơ điều khiển mức than máy nghiền Chương trình mơ xử lý trường hợp tắc than vòng điều khiển lưu lượng than vao vịi đốt Chương trình mô xử lý trường hợp tắc than vịng điều khiển mức than máy nghiền Chương trình mơ tác động chế độ điều khiển, tốc độ cấp than máy cấp ... 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:  Vịng 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,