NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN PHỤ TẢI NHIỆT NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN CHẠY THAN vol.2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hà nội, 6-2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN PHỤ TẢI NHIỆT NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN CHẠY THAN Trưởng môn : PGS.TS Trần Trọng Minh Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Bùi Quốc Khánh Sinh viên thực : Lê Đình Đức Lớp : KTĐK-TĐH 03- K58 MSSV : 20130995 Giáo viên duyệt : Hà nội, 6-2018 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu điều khiển phụ tải nhiệt nhà máy nhiệt điện chạy than em tự thiết kế hướng dẫn thầy giáo PGS.TS Bùi Quốc Khánh cô giáo Ths Phạm Thị Lý Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành đồ án em sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày 10 tháng 06 năm 2018 Sinh viên thực Lê Đình Đức MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ i DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v LỜI NÓI ĐẦU Chương TỔNG QUAN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 1.1 Tổng quan nhà máy nhiệt điện 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Lò nhà máy nhiệt điện 1.1.3 Hiệu suất lò 1.2 Hệ thống điều khiển lò 1.2.1 Lò đối tượng điều khiển 1.2.1 Tổng quan hệ thống điều khiển lò 11 Chương 13 CÁC QUÁ TRÌNH VÀ CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH CHÍNH 13 2.1 Q trình chuyển hóa lượng lị 13 2.2 Hệ thống cung cấp than 14 2.2.1 Nhiên liệu sản phẩm trình cháy 14 2.2.2 Đặc tính cơng nghệ nhiên liệu 15 2.2.3 Hệ thống nghiền vận chuyển than nghiền 16 2.2.4 Hệ thống điều khiển nhiên liệu than 19 2.3 Hệ thống khói gió hệ thống điều khiển gió 21 2.3.1 Thành phần vai trị hệ thống khói gió 21 2.3.2 Hệ thống điều khiển gió 23 2.4 Q trình cháy buồng lửa lị hệ điều khiển trình cháy 24 2.4.1 Các giai đoạn trình cháy buồng lửa 24 2.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới trình cháy 24 2.4.3 Hệ thống điều khiển trình cháy 25 2.5 Hệ thống nước cấp 28 2.5.1 Tìm hiểu hệ thống cấp nước cho bao 28 2.5.2 Yêu cầu điều khiển nước cấp 29 2.5.3 Hệ thống điều khiển nước cấp ba tín hiệu 30 2.6 Hệ điều khiển 31 2.6.1 Quá trình sinh 31 2.6.2 Các thông số điều khiển 31 2.6.4 Điều khiển nhiệt độ nhiệt 32 2.7 Hệ điều khiển phụ tải nhiệt 33 Chương 35 XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN DỰA TRÊN CÂN BẰNG VÀO RA TRỰC TIẾP 35 3.1 Các chế độ điều khiển 35 3.1.1 Chế độ điều khiển lò theo tuabin 35 3.1.2 Chế độ điều khiển tuabin theo lò 37 3.1.3 Chế độ điều khiển phối hợp 38 3.2 Mơ hình nhà máy nhiệt điện 39 3.2.1 Các giả thiết phục vụ cho việc xây dựng lò 39 3.2.2 Mơ hình lị 40 3.2.3 Mô hình tuabin 50 3.2.4 Nhận dạng trình 52 3.3 Tính tốn thiết kế điều khiển 54 3.3.1 Tính tốn điều khiển nhiên liệu 54 3.3.2 Tính tốn điều khiển van áp suất 55 3.3.3 Tính tốn điều khiển cho chế độ 55 Chương 58 MÔ PHỎNG HỆ ĐIỀU KHIỂN PHỤ TẢI NHIỆT 58 4.1 Mục tiêu, nhiệm vụ thông số mô 58 4.1.1 Mục tiêu, nhiệm vụ 58 4.1.2 Thông số mô 58 4.2 Kết mô nhận xét 60 4.2.1 Chế độ lò theo tuabin 61 4.2.2 Chế độ tuabin theo lò 64 4.2.3 Chế độ phối hợp 67 4.2.4 Tổng kết 70 KẾT LUẬN 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHỤ LỤC 74 Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Sơ đồ chu trình nhiệt Hình Các phận lò đốt than phun Hình Các đầu vào, lò Hình Cân lượng nước cấp 10 Hình Cân lượng nhiên liệu, giá khỏi thải, tro xỉ 10 Hình Cân lượng đầu vào đầu lị 11 Hình Q trình biến đổi lượng lị 13 Hình 2 Sơ đồ vào tuabin 14 Hình Sơ đồ hệ thống nghiền than vận chuyển than 17 Hình Máy nghiền kiểu bi 19 Hình Cấu trúc điều khiển lưu lượng nhiên liệu gió 20 Hình Sơ đồ hệ thống khói gió lò 22 Hình Điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu khơng khí 27 Hình Điều chỉnh theo nồng độ O2 khói 28 Hình Hệ thống lọc khí, hâm nước bơm nước cấp 29 Hình 10 Sơ đồ điều khiển tín hiệu 30 Hình 11 Mỗi quan hệ lưu lượng lưu lượng nước 31 Hình Sơ đồ điều khiển lò theo tuabin 35 Hình Đường đặc tính đáp ứng hệ thống hoạt động chế độ điều khiển lò theo tuabin 36 Hình 3 Sơ đồ điều khiển tuabin theo lò 37 i Danh mục hình vẽ Hình Đường đặc tính đáp ứng hệ thống hoạt động chế độ điều khiển tuabin theo lò 38 Hình Chế độ điều khiển phối hợp 38 Hình Đường đặc tính đáp ứng hệ thống chế độ điều khiển phối hợp 39 Hình Mơ hình lị 40 Hình Đồ thị quan hệ áp suất nhiệt độ 45 Hình Quá trình q nhiệt giảm ơn 46 Hình 10 Mơ hình tổng thể lị 49 Hình 11 Cấu trúc chung tuabin 50 Hình 12 Cấu trúc mơ hình hóa tuabin 51 Hình 13 Sơ đồ điều khiển nhiên liệu 54 Hình 14 Sơ đồ điều khiển van tuabin 55 Hình 15 Cấu trúc điều khiển chế độ điều khiển lò theo tuabin 55 Hình 16 Cấu trúc điều khiển chế độ điều khiển tuabin theo lị 56 Hình 17 Cấu trúc điều khiển chế độ phối hợp 57 Hình Mơ hình lị Matlab Simulink 60 Hình Sơ đồ mơ chế độ lị theo tuabin 61 Hình Kết mơ chế độ lị theo tuabin thay đổi công suất 62 Hình 4 Đáp ứng chế độ lị theo tuabin thay đổi nhiệt trị than 63 Hình Sơ đồ mơ chế độ tuabin theo lò 64 Hình Kết mơ chế độ tuabin theo lò thay đổi cơng suất 65 Hình Đáp ứng chế độ tuabin theo lò thay đổi nhiệt trị than 66 Hình Sơ đồ mô chế độ phối hợp 67 Hình Kết mô chế độ hỗn hợp thay đổi công suất 68 ii Danh mục hình vẽ Hình 10 Đáp ứng chế độ hỗn hợp thay đổi nhiệt trị than 69 iii Danh mục bảng số liệu DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU Bảng Thơng số nhiên liệu gió 58 Bảng Thông số nước cấp nước 59 Bảng Thông số ống dẫn vào van tuabin van tuabin 60 iv Chương Mô hệ điều khiển phụ tải nhiệt 4.2.3 Chế độ phối hợp Hình Sơ đồ mơ chế độ phối hợp a Đáp ứng thay đổi công suất Kịch mô phỏng: Tại thời điểm 1000s, đặt tín hiệu yêu cầu tăng tải lên 70MW Tại thời điểm 6000s, đặt tín hiệu yêu cầu giảm tải 70MW 67 Chương Mô hệ điều khiển phụ tải nhiệt Hình Kết mơ chế độ hỗn hợp thay đổi công suất Nhận xét:  Khi có u cầu tăng cơng suất, nhiên liệu gió tăng lên để tăng cơng suất hơi, sau khoảng thời gian hợp lý ta bắt đầu mở van tuabin Ở chế độ này, áp suất giữ ổn định hơn, đảm bảo chất lượng Do điều khiển trình cháy van tuabin nên tốc độ đáp ứng hệ thống nhanh  Bộ điều khiển cho thời gian đáp ứng cơng suất 2000s sau có tín hiệu thay đổi công suất tải, sai lệch tĩnh 0.14% khơng có độ q điều chỉnh  Sự tăng giảm đại lượng hợp lý, tuân thủ trình vật lý thực tế yêu cầu chế độ hỗn hợp 68 Chương Mô hệ điều khiển phụ tải nhiệt b Đáp ứng thay đổi nhiệt trị than Kịch mô phỏng: Tại thời điểm 6000s, tải chạy ổn định ta cho nhiệt trị than giảm dần giảm dần nhiệt dung riêng than (do nhiệt độ vào than khơng đổi) Hình 10 Đáp ứng chế độ hỗn hợp thay đổi nhiệt trị than Nhận xét:  Khi nhiệt trị than giảm làm nhiệt lượng lò giảm dẫn đến áp suất bão hòa giảm Khi áp suất giảm tác động làm công suất giảm theo, điều khiển áp suất tác động làm tăng lượng liệu vào lò để tăng nhiệt lượng bù lại lượng nhiệt lượng nhiệt trị than giảm Áp suất tụt 0,1MPA công suất bám giá trị đặt sau 700s 69 Chương Mô hệ điều khiển phụ tải nhiệt 4.2.4 Tổng kết  Chế độ lò theo tuabin chế độ có đáp ứng cơng suất nhanh nhất, lương tiêu hao than trung bình cho trình tăng tải 3.665Kg/s Tuy nhiên chế độ áp suất độ lớn dẫn đến cơng suất phát có q độ lớn điều ảnh hưởng tới lò hơi, hệ thống điện  Chế độ tuabin theo lò chế độ có đáp ứng cơng suất lên chậm nhất, lượng tiêu hao than trung bình trình tăng tải 4.744Kg/s Áp suất chất lượng đảm bảo  Chế độ phối hợp chế độ có đáp ứng cơng suất chậm chế độ lị theo tuabin nhanh so với chế độ tuabin theo lị Lượng tiêu hao than trung bình q trình tăng tải 4.34 Kg/s Đáp ứng cơng suất chế độ nhanh, áp suất ổn định khơng có tượng q áp 70 Kết luận KẾT LUẬN Quá trình thiết kế đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu điều khiển phụ tải nhiệt nhà máy nhiệt điện chạy than” giúp em tổng hợp củng cố thêm kiến thức điều khiển q trình nói chung lý thuyết điều khiển nói riêng Đó kiến thức vơ quan trọng trước tốt nghiệp Quá trình làm đồ án em thu kết cụ thể sau:  Hiểu biết chung công nghệ nhà máy nhiệt điện  Hiểu biết hệ điều khiển phụ tải nhiệt  Thiết kế hệ điều khiển phụ tải nhiệt cho nhà máy nhiệt điện chạy than  Mô thành công hệ điều khiển phụ tải nhiệt Tuy nhiên giới hạn thời gian trình độ chun mơn, nên cấu trúc hệ điều khiển đơn giản hóa nhiều kết dừng lại việc mô đáp ứng thơng qua phần mềm Matlab Đó điểm hạn chế lớn đồ án Trong trình làm đồ án, em nhận hướng dẫn, bảo tận tình thầy giáo PGS.TS Bùi Quốc Khánh, cô giáo Ths Phạm Thị Lý hai người trực tiếp hướng dẫn cho em toàn thể q thầy mơn Tự động hóa CN, không trực tiếp hướng dẫn em thầy cô môn tạo điều kiện giải đáp thắc mắc chúng em trình thực đồ án Đồ án nhiều sai sót Vì vậy, em mong nhận đóng góp từ thầy bạn Em xin chân thành cảm ơn 71 Kết luận Hà Nội, ngày 10 tháng 06 năm 2018 Sinh viên thực Lê Đình Đức 72 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Quốc Khánh - Nguyễn Duy Bình - Phạm Quang Đăng - Phạm Hồng Sơn, Điều khiển DCS cho nhà máy sản xuất điện năng, 2013 [2] Leonard L.Grigsby, Power system stability and control, Third edition [3] L Sun, D Li, KY Lee, Y Xue, Control-oriented modeling and analysis of direct energy balance in coal-fired boiler-turbine unit, 2016 [4] Sam G Dukelow, The Control of Boilers 2nd ed, ISA, 1991 [5] Philip J Thomas, Simulation of Industrial Processes for Control Engineers, Elsevier, 1999 [6] Nguyễn Phùng Quang, MATLAB simulink dành cho kĩ sư điều khiển tự động, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2004 [7] Nguyễn Dỗn Phước, Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 2002 73 Phụ lục PHỤ LỤC P1 Bảng số liệu tham số nhận dạng Bảng Số liệu tham số nhận dạng Tên số Lưu lượng Độ mở van Lưu lượng Lưu lượng Độ tụt áp liệu than tuabin nước suất (Kg/s) (%) (Kg/s) (Kg/s) (Kg/s) 1,125 1,536 4,586 4,895 0,369 3,321 3,335 10,589 11,302 0,529 4,762 4,096 18,965 20,224 0,982 6,121 4,765 22,374 23,881 1,425 6,875 5,264 31,845 33,990 1,756 8,235 5,895 37,264 39,774 1,963 8,825 6,152 41,268 44,047 2,346 9,345 6,456 47,689 50,901 2,692 9,356 6,566 49,960 53,324 2,725 10 9,341 6,556 49,958 53,322 2,712 Thời gian trích mẫu T = 250s P2 Các phương pháp nhận dạng a Sử dụng công cụ identification toolbox Sử dụng công cụ system Identification Toolbox Matlab Identification 74 Phụ lục Toolbox công cụ cung cấp nhiều mơ hình mẫu nhận dạng theo hàm truyền đạt, nhận dạng theo mơ hình trạng thái, nhận dạng miền theo tần số, miền thời gian Ở sử dụng phương pháp nhận dạng theo hàm truyền miền thời gian Identification toolbox cung cấp đầy đủ dạng hàm truyền với số điểm cực, điểm không, thời gian trễ xác định theo mong muốn người sử dụng  Chúng ta bắt đầu vào tìm hiểu sử dụng cơng cụ này: Nhập ident vào giao diện matlab, cửa sổ toolbox lên: Hình Cửa số toolbox identification Trên giao diện toolbox ta thấy phần import data nơi ta nhập kiện đầu vào đầu đối tượng nhận dạng Khi click vào mục xuất phần kiểu liệu cho ta chọn Hình Cửa sổ import data 75 Phụ lục Ở ta có:  Time domain data: liệu miền thời gian  Freq domain data: liệu miền tần số Ta chọn time domain data xuất sổ giao diện nhập liệu: Hình Cửa sổ Impor Data Trong mục Workspace Variable (dữ liệu nhập vào Workspace):  Input: liệu đầu vào  Output: liệu đầu Trong mục Data information (thông tin liệu):  Data name: Tên liệu  Starting time: Thời gian bắt đầu  Sample time: Thời gian trích mẫu Trong phần more: 76 Phụ lục Hình Giao diện Import Data Input properties: lựa chọn phương pháp chuyển từ liên tục sang rời rạc InterSample: Phương pháp gián đoạn hóa Period: thời gian khảo sát Channel Names:  Input: Tên tín hiệu vào  Output: Tên tín hiệu Physical Units of Variables ( đơn vị vật lý tín hiệu vào/ra) Khi nhập thành cơng liệu, liệu thị giao diện import data 77 Phụ lục Hình Giao diện System Indentification Chọn chế độ tính hàm truyền Estimate chọn Process Models: Hình Chọn chế độ tính hàm truyền Ở ta có giao diện phần chọn dạng hàm truyền : 78 Phụ lục Hình Giao diện Process Models Trong phần Transfer Function ( dạng hàm truyền)  Poles: Lựa chọn số điểm cực All real (nghiệm thực) Underdameped ( nghiệm phức )  Zero: Có điểm khơng  Delay: Có khâu trễ  Intergrator: Có khâu tích phân Trong phần Initial Guess: Lựa chọn Auto-selected thông số hệ thống tự động tính tốn lấy gần Các cột initial guess thông báo auto Khung thị thông số hàm truyền: Hình Khung thơng số hàm truyền 79 Phụ lục Trong vùng khác để lựa chọn auto theo chế độ cơng cụ Sau ta click vào estimate để tự động tính tồn, thơng số hàm truyền thị giao diện Hình Kết thử nghiệm Trên giao diện ta ghi lại thông số hàm truyền cần tính tốn b Nhận dạng theo đường đặc tính Xác định hệ số khuếch đại k, số thời gian T hàm truyền khâu quán tính bậc nhất: Gs  k  Ts h(t) A k  t T Hình 10 Đặc tính khâu quán tính bậc Từ đồ thị h(t), kẻ tiếp tuyến với h(t) điểm gọi góc đường tiếp tuyến  Khi ta có: 80 Phụ lục tan   dh(0) ks k  lim s[sH(s)-h(+0)]= lim sG( s)  lim  s  s  s  dt  Ts T Ngồi ra, t   thì: k k s 0  Ts lim h(t )  lim sH ( s)  lim G( s)  lim t  s 0 s 0 Bởi ta xác định hai tham số k, T cho hàm truyền G(s) khâu quán tính bậc từ đồ thị hàm q độ h(t) sau:  Hồnh độ đường tiệm cận với h(t) t   giá trị k  Kẻ đường tiếp tuyến với h(t) t=0  Hoành độ điểm A đường tiếp tuyến mà có tung độ k tham số T cần tìm Hơn nữa, thời điểm T ta cịn có h(T )  k (1  e1 )  0,632k Do nhiều trường hợp, để tìm T cách đơn giản, người ta xác định điểm h(t) mà có giá trị khoảng 0,632 giá trị cực đại k 81 ... viên hướng dẫn : PGS.TS Bùi Quốc Khánh Sinh viên thực : Lê Đình Đức Lớp : KTĐK-TĐH 03- K58 MSSV : 20130995 Giáo viên duyệt : Hà nội, 6-2018 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp: Nghiên... DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT PID Proportional Integral Bộ điều khiển vi-tích phân Derivative tỷ lệ Controller FD Forced Draft Quạt gió PA Primary Air Quạt gió cấp HP Turbine High Pressure Turbine Tuabin