Luận văn nghiên cứu khảo sát hệ thống điều khiển mức nước trong bao hơi của lò hơi bao hơi nhà máy nhiệt điện

luận văn

Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học nông nghiệp hà nội ----------- ----------- Nguyễn Thị Hạnh Nghiên cứu khảo sát hệ thống điều khiển mức nớc trong bao hơi của lò hơI bao hơI nhà máy nhiệt điện luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên Ngành: điện khí hoá sản xuất nông nghiệp & nông thôn m số: 60.52.54 Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYễN MạNH TƯờNG Hà Nội - 2011 Trng i hc Nụng Nghip H Ni Lun vn thc s khoa hc k thut i Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Ngoài phần tài liệu tham khảo đ đợc liệt kê đầy đủ các số liệu và kết quả trong luận văn là trung thực và cha từng đợc công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Tác giả luận văn Nguyễn Thị Hạnh Trng i hc Nụng Nghip H Ni Lun vn thc s khoa hc k thut ii Lời cảm ơn Trong thời gian học và làm đề tài tốt nghiệp của mình, đợc sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong bộ môn Điện kỹ thuật và đặc biệt là PGS-TS Nguyễn Mạnh Tờng cùng các kỹ s, kỹ thuật viên tại Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại đ giúp tôi hoàn thành luận văn của mình. Qua đây cho phép tôi đợc bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến PGS-TS Nguyễn Mạnh Tờng, ngời đ trực tiếp hớng dẫn, giúp đỡ, khuyến khích tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành bản luận văn này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các kỹ s, kỹ thuật viên tại phân xởng tự động hòa nhà máy Nhiệt điện Phả Lại đ giúp đỡ tôi tìm hiểu và tham khảo tài liệu của Nhà máy. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy giáo, cô giáo trờng Đại học Nông nghiệp Hà Nội, đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn Điện kỹ thuật đ giúp tôi hoàn thành khóa học này. Tác giả luận văn Nguyễn Thị Hạnh Trng i hc Nụng Nghip H Ni Lun vn thc s khoa hc k thut iii MC LC Li cam ủoan i Li cm n ii Mc lc iii Danh mc hỡnh v Chơng 1 Giới thiệu chung về nhà máy điện phả lại 1 1.1. Giới thiệu chung 1 1.2 . Các thông số kỹ thuật của nhà máy và 1 tổ máy 3 1.3. Giới thiệu chung về sơ đồ nhiệt một tổ máy 3 1.4. Giới thiệu lò hơi và các thiết bị của lò 5 1.4.1. Giới thiệu cấu tạo và nguyên lý làm việc của lò hơi : 5 1.4.2. Các thông số kỹ thuật chính của lò hơi 7 1.4.3. Các thiết bị phụ của lò 7 1.5. Giới thiệu về tua bin 8 1.5.1. Cấu tạo của tua bin 8 1.5.2. Các thông số kỹ thuật của tua bin 8 1.5.3. Thông số của các cửa trích hơi 9 1.6. Giới thiệu hệ thống chế biến than 9 1.6.1 Các chế độ và thông số kỹ thuật của hệ thống chế biến than 10 1.6.2. Động cơ máy cấp than nguyên là động cơ điện một chiều kích từ song song có các thông số sau : 11 1.6.3. Thành phần hoá học của than 11 Chơng 2 Phân loại lò hơi và tổng quan hệ thống điều khiển lò hơi 12 2.1. Chỉ tiêu cơ bản của lò hơi 14 2.1.1. Chỉ tiêu sản lợng hơi D 14 2.1.2. Hiệu suất lò hơi 14 2.1.3. Các hệ cân bằng khối lợng và năng lợng trong lò hơi 15 2.1.4. Cân bằng về khối lợng giữa hơi và nớc cấp 16 Trng i hc Nụng Nghip H Ni Lun vn thc s khoa hc k thut iv 2.1.5. Cân bằng khối lợng nhiên liệu và gió với khói thải và tro xỉ 16 2.1.6. Cân bằng thành phần hóa học 17 2.1.7. Cân bằng năng lợng của lò hơi 18 2.2. Tổng quan hệ thóng điều khiển lò hơi 19 2.2.1. Lò hơi là một đối tợng điều khiển. 19 2.2.2. Giới thiệu chung hệ thống điều khiển lò hơi 19 2.2.3. Hệ thống điều khiển phụ tải nhiệt 21 2.2.4. Các yêu cầu về nhiên liệu 21 Chơng 3: khảo sát hệ thống và các bộ điều chỉnh hiện có để điều chỉnh mức nớc bao hơi của lò hơi 33 3.1. Chức năng và nhiệm vụ bộ điều khiển mức nớc bao hơi. 33 3.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển mức nớc bao hơi 34 3.3. Sơ đồ điều khiển và nhiệm vụ của các phần tử trong hệ điều khiển mức nớc bao hơi 40 3.3.1 Sơ đồ khối các của hệ thống điều khiển 40 3.3.2 Các khối thiết bị đo 41 3.3.3 Khối so sánh tổng hợp 41 3.4. Khối đo lờng 04 42 3.4.1. Sơ đồ khối đo lờng 42 3.4.2 Bộ điều chỉnh P21 45 3.4.3 Khóa điều khiển Y-21 49 3.4.4 Khối hợp tải B21 51 3.4.5 Thiết bị đo (Bộ chuyển đổi tín hiệu không điện ra tín hiệu điện). 53 3.4.6 Công dụng của đát trích. 53 3.4. 7. Đát trích đo lu lợng nớc cấp và đát trích đo lợng hơi sang tua bin 55 3.5 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ van nớc cấp chính 57 3.6. Hoạt động của sơ đồ hệ thống điều chỉnh mức nớc bao hơi lò BKZ- 220-100-10C 60 Trng i hc Nụng Nghip H Ni Lun vn thc s khoa hc k thut v Chơng 4. nâng cấp bộ điều chỉnh nớc cấp cho bao hơi nhà máy điện phả lại 61 4.1. Đặt vấn đề 61 4.2. Hệ thống điều chỉnh tự động 62 4.2.1. Mạch vòng 1 62 4.2.2. Mạch vòng 2 63 4.2.3. Các khối chức năng trong sơ đồ 63 4.3. Tính toán các tham số của bộ điều chỉnh 64 4.3.1. Hàm truyền của khâu đo mức nớc trong bao hơi 64 4.3.2. Tính toán hàm truyền của khâu đo lu lợng hơi và lu lợng nớc 66 4.3.3. Tính toán hàm truyền của van nớc cấp 67 4.3.4. Tính toán tham số của mạch vòng điều chỉnh lu lợng nớc 69 4.3.5. Tính toán tham số của mạch vòng mức nớc bao hơi 70 4.3.6. Tổng hợp bộ điều chỉnh lu lợng hơi bằng phơng pháp bù nhiễu 72 4.4. Tính chọn mạch thay thế các sơ đồ cũ 73 4.4.1. Chọn sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại tổng hợp thay thế sơ đồ cũ 04 73 4.4.2. Xây dựng công thức tính hệ số khuếch đại của khâu U04 - dùng vi mạch IC 75 4.4.3. Sơ đồ nguyên lý mạch tạo đặc tính thay thế khối điều chỉnh Rơ le P21 78 4.4.4. Thay thế khởi động từ có tiếp điểm -211 bằng khởi động từ phi tiếp điểm 82 Chơng 5: Mễ PHNG TRấN MATLAB SIMULINK 86 5.1. Thụng s ca h thng. 86 5.2 Kt qu mụ phng trờn Matlab-Simulink. 87 5.2.1. Xõy dng s ủ khi cu trỳc simulink 87 5.2.2. Kt qu mụ phng 88 Trng i hc Nụng Nghip H Ni Lun vn thc s khoa hc k thut vi DANH MC HèNH Hình 2.1: Cân bằng về khối lợng giữa nớc cấp và hơi 16 Hình 2.2: Cân bằng về khối lợng giữa nhiên liệu, gió và khói thải, tro xỉ 16 Hình 2.3: Cân bằng thành phần hóa học trong nớc cấp và hơi 17 Hình 2.4: Cân bằng hoá học giữa đầu vào và đầu ra của quá trình cháy 17 Hình 2.5: Cân bằng lợng bên trong lò hơi 18 Hình 2.6: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển độ mở cánh hớng van 25 Hình 2.7: Điều khiển phân li áp suất buồng đốt và lu lợng gió 27 Hình 2.8: Hệ thống lọc khí, hâm nớc và bơm nớc cấp 29 Hình 2.9: Sơ đồ điều khiển thích nghi áp suất nớc cấp 32 Hỡnh 3.1. Sơ đồ hệ thống điều chỉnh mức nớc bao hơi . 35 Hỡnh 3.2. Sơ đồ khối điều khiển mức nớc bao hơi. 37 Hình 3.3. Sơ đồ cấu trúc 39 Hình 3.4. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển 40 Hình 3.5. Sơ đồ khối đo lờng 04 42 Hình 3.6. Sơ đồ nguyên lý bộ điều chỉnh P21 48 Hình 3.7. Sơ đồ khối hợp tải B21 52 Hình 3.8: Sơ đồ lấy mẫu đo mức nớc bao hơi 54 Hình 3.9. Sơ đồ thiết bị lấy mẫu bằng nghẽn tiêu chuẩn 56 Hình 3.10. Sơ đồ điều khiển van ba pha khởi động từ ME - 221 58 Hình 4.1: Sơ đồ khối của hệ thống điều chỉnh tự động 64 Hình 4.2: Đặc tính của đát trích đo mức nớc trong bao hơi. 65 Hình 4.3: Đặc tính đát trích đo lu lợng hơi và nớc 66 Hình 4.4: Đặc tính của van điều chỉnh nớc cấp 67 Hình 4.5 68 Hình 4.6: Sơ đồ cấu trúc mạnh vòng lu lợng nớc 69 Hình 4.7: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh mức nớc 70 Hình 4.8: Sơ đồ tổng hợp bộ điều chỉnh lu lợng hơi 72 Hình 4.9: Hàm truyền đạt của bộ điều chỉnh mức bao hơi 73 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… vii H×nh 4.10: S¬ ®å ®Æc tÝnh vµo ra 78 H×nh 4.11: S¬ ®å ®Æc tÝnh ®ãng më 79 H×nh 4.12: S¬ ®å thay thÕ khèi P21 85 Hình 5.1 Sơ ñồ khối cấu trúc ñiều chỉnh mức nước bao hơi một mạch vòng 87 Hình 5.2 Sơ ñồ khối cấu trúc ñiều chỉnh mức nước bao hơi hai mạch vòng 88 Trng i hc Nụng Nghip H Ni Lun vn thc s khoa hc k thut 1 Chơng 1 giới thiệu chung về nhà máy điện phả lại 1.1. Giới thiệu chung Nhà máy điện Phả Lại đợc xây dựng tại Thị trấn Phả Lại - Huyện Chí Linh - Tỉnh Hải Dơng, cách Thủ đô Hà Nội 60 Km về phía Đông Bắc, phía Tây và phía Bắc nhà máy là sông Lục Đầu Giang nơi hội tụ của 6 con sông rất thuận tiện cho việc chuyên chở than bằng đờng thuỷ cũng nh việc cung cấp nguồn nớc tuần hoàn cho nhà máy, phía Đông rất gần với các mỏ than Đông Triều, Mạo Khê của tỉnh Quảng Ninh. Nhiệm vụ chính của nhà máy là sản xuất điện năng từ nguyên liệu chính là than đá. Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại là nhà máy Nhiệt điện lớn nhất nớc ta xây dựng với tổng công suất thiết kế đợt một là 440 MW. Từ tháng 10- 1983 đến nay nhà máy đ sản xuất và hoà vào lới điện quốc gia hơn 20 tỷ KWh điện. Hiện nhà máy đang đợc mở rộng với hai tổ máy có công suất 300MW/1tổ. Đa Phả Lại thành trung tâm nhiệt điện lớn có công suất trên 1000MW. Nhà máy đ góp phần đáng kể vào công cuộc điện khí hoá toàn quốc và cùng với quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nớc. Gián tiếp góp phần thúc đẩy nghành than phát triển tạo thêm công ăn việc làm cho công nhân. Nhà máy điện Phả Lại hiện tại cũng nh trong tong lai cùng với hai tổ máy Phả Lại II đáp ứng nhu cầu phụ tải của khu vực phía Đông Bắc Bộ và tham gia vào lới điện quốc gia. Với quy mô và tầm vóc to lớn nh vậy hiện nay nhà máy với gần 2400 công nhân viên chức đợc biên chế thành hơn 30 Phòng, Ban, Phân xởng và 5 kíp vận hành theo 3 ca liên tục 24/24h trong ngày. Hiện nay nhà máy có hơn 200 kỹ s và gần 500 cán bộ có trình độ trung cấp cao đẳng kỹ thuật. Nhà máy Điện Phả Lại có 4 tổ máy vận hành theo khối độc lập với nhau, mỗi khối gồm có 2 lò hơi và một tua bin máy phát với công suất 110 MW. Trng i hc Nụng Nghip H Ni Lun vn thc s khoa hc k thut 2 Nhiên liệu chủ yếu của nhà máy là than đá đợc khai thác từ các mỏ than ở Hòn Gai, Cẩm Phả, Mạo Khê. Từ các mỏ than đợc vận chuyển về nhà máy bằng hai đờng, đờng sông và đờng sắt. - Đờng sông : Than đợc trở về nhà máy bằng các xà lan có trọn tải lớn đợc hệ thống cẩu cảng bốc lên thông qua các hệ thống băng tải để đa về lò hoặc kho dự trữ. - Đờng sắt :Than đực vận chuyển về nhà máy bằng đờng tàu hoả và đợc quang lật toa rót vào hệ thống băng tải để đa vào lò hoặc kho than kín. Ngoài nguyên liệu chính là than đá còn có dầu nhiên liệu (FO) đợc sử dụng khi đốt lò và để duy trì quá trình cháy của lò, dầu này đợc nhập ngoại ở cảng vật cách và đa về nhà máy bằng đờng thuỷ. Lợng dầu FO tiêu thụ hàng năm khoảng 150.000 tấn . Về phần điện nhà máy có 3 trạm phân phối: 1 trạm 110 KV và 2 trạm 220 KV(trạm 220KV của Phả Lại I và II đợc liên lạc với nhau qua hệ thống thanh góp), các tổ máy số I và II đợc nối với cả hai hệ thống thanh góp qua các máy biến áp tự ngẫu 3 pha, các máy phát của tổ máy số III và IV đợc nối vào thanh cái 220 KV qua các máy biến áp 3 pha 3 dây quấn, tổ máy số V và VI (thuộc Phả Lại II) đợc nối lên thanh cái 220KV qua 2 máy biến áp 3 pha 2 dây quấn. Mỗi một tổ máy đợc bố trí một máy biến áp tự dùng lấy điện từ đầu cực máy phát và cấp cho thanh cái 6 KV tự dùng. - Các phụ tải 110KV: Phả Lại, Bắc Giang, Uông Bí, Hải Dơng, Đông Anh. - Các phụ tải 220KV: Mai Động, Hà Đông, Đồng Hoà, Sóc Sơn, Bắc Giang.