L ỜI MỞ ĐẦU
2.3.4 Hệ thống điều khiển nước cấp
Hệ thống điều khiển nước cấp phải đảm bảo những yêu cầu nhất định để có thể duy trì ổn
định được mối quan hệ giữa lưu lượng hơi và lưu lượng nước đảm bảo quá trình hoạt động của lò, những yêu cầu cơ bản đó là:
- Điều khiển mức nước ngang bằng với điểm đặt. - Giảm thiểu tương tác hệ thống điều khiển cháy.
- Thay đổi mức nước bám nhanh theo sự thay đổi của tải. - Cân bằng lượng hơi ra và lượng nước cấp vào bao hơi.
- Bù thay đổi áp suất nước cấp không đảo lộn tuần hoàn nước và dịch điểm đặt.
Để có thể đáp ứng được hầu hết các yêu cầu trên người ta thường dùng bộđiều khiển 2 tín hiệu : tín hiệu đo mức nước và tín hiệu đo lưu lượng hơi. Ởđây bỏ qua ảnh hưởng của áp suất nước cấp đến mối quan hệ lưu lượng hơi và lưu lượng nước cấp.
Để chất lượng điều khiển là tốt nhất, đối tượng điều khiển ởđây là van điều khiển có đặc tính tín hiệu-lưu lượng là tuyến tính.
Hình 2.12: Sơđồđiều khiển mực nước bao hơi
Bộ điều khiển được dùng ởđây là bộ điều khiển tỉ lệ P, tín hiệu phản hồi là mức nước bao hơi. Đặc tính của van điều khiển cũng như lưu lượng nước cấp là tuyến tính. Hệ thống
Hơi Tín hiệu mức nước Bao hơi Bộđiều khiển mức nước Van nước cấp Tín hiệu lưu lượng hơi Nước SP ( - )
điều chỉnh lưu lượng nước cấp sao cho mức nước trong bao hơi luôn ngang bằng với điểm
đặt SP.
Hình 2-13: Đặc tính điều khiển
Khí lưu lượng hơi tăng lên, tín hiệu điều khiển được gửi về bộ điều khiển yêu cầu tăng lưu lượng nước cấp, do có sự phối hợp với tín hiệu mức nước trong bao hơi nên lệnh điều khiển tăng nước cấp chỉ được thực hiện khi mức nước trong bao hơi thấp hơn điểm đặt. Tương tựđối với khi lưu lượng hơi giảm đi. Như vậy, khi có sự thay đổi lưu lượng hơi gây ra hiện tượng sôi bồng hay co lại thì tác động điều khiển chỉ thực hiện sau khi có sự thay
đổi mức nước tương ứng với sự thay đổi lưu lượng hơi.
Giả sử lưu lượng hơi nằm trong dải 0-100% tương ứng với 0-255 T/h. Bộ điều khiển sử
dụng luật tỉ lệ có hệ số KP= 0,85. Van điều khiển mở lớn nhất tương ứng với lưu lượng nước 300 T/h và lưu lượng dòng nước thay đổi tuyến tính tương ứng 0-100% . Nếu lưu lượng hơi là 255 T/h tương ứng với 100% tín hiệu phản hồi, tín hiệu sẽđược nhân với hệ số
KP=0,85 trước khi đưa vào tác động điều khiển van, do đó van sẽđược mở tương ứng 85% lưu lượng nước lớn nhất, như vậy ta có lưu lượng nước cấp tương ứng qua van là : KP x 300 = 0,85 x 300 = 255 T/h, lưu lượng nước cấp này cân bằng với lưu lương hơi, đảm bảo mức nước trong bao hơi ổn định.
2.4 Hệ thống điều khiển hơi
2.4.1 Các thông số của hệđiều khiển hơi
Hơi nước là môi chất truyền năng lượng, trước khi đến tuabin phải đảm bảo được những yêu cầu cần thiết để đảm bảo hiệu suất lò được tối đa, đặc biệt là nhiệt độ, áp suất và lưu lượng.
Nhiệt độ hơi quá nhiệt là một thông số quan trọng, thông số này cần được điều chỉnh giữ ổn định tại mọi giá trị tại mọi giá trị tải. Nhiệt độ hơi quá nhiệt được duy trì ở một giá trị
cố định nhằm tiết kiệm năng lượng, tránh gây hư hại đường ống do dao động về nhiệt và tránh tổn thất nhiệt năng do có sự trao đổi nhiệt giữa hơi và đường ống dẫn hơi. Hơi bão hòa sau khi ra khỏi bao hơi có nhiệt độ không ổn định do nhiều nguyên nhân như sự thay
đổi tải của lò, sự biến đổi của bề mặt truyền nhiệt…
Mặt khác hơi dẫn đến tuabin phải đảm bảo khô tránh những hạt nước nhỏ liti gây rỗ
tuabin. Trước khi vào tuabin để giữ nhiệt độ hơi quá nhiệt ổn định người ta tăng nhiệt độ
hơi bão hòa lên (khoảng 5410C ) rồi dùng phương pháp phun nước giảm ôn hay thay đổi nhiệt độ khói để làm giảm nhiệt độ hơi quá nhiệt. Hơi quá nhiệt được điều chỉnh ổn định ở
khoảng 538 0C trước khi vào tuabin.
b ) Áp suất
Áp suất cũng là thông số quan trọng, cũng cần được giữổn định với mọi giá trị của tải. Áp suất và lưu lượng hơi có mối quan hệ qua lại chặt chẽ với nhau, khi lưu lượng hơi tăng (hơi tiêu thụ) thì áp suất hơi sẽ giảm do hơi từ bao hơi chưa cung cấp kịp cho sự thay đổi của yêu cầu hơi. Vì vậy sự thay đổi áp suất hơi khi có yêu cầu thay đổi tải lò còn dùng làm tín hiệu để tính toán yêu cầu nhiên liệu.
Khi áp suất ổn định tức là khi lượng hơi tiêu thụ và lượng hơi sinh ra cân bằng nhau, áp suất hơi giảm tức là hơi tiêu thụ tăng lên, phải tăng thêm nhiên liệu để tăng sản lượng hơi. Ngược lại, khi áp suất hơi tăng lên tức là hơi tiêu thụ ít đi, ta phải giảm bớt nhiên liệu để
giảm sản lượng hơi cho phù hợp yêu cầu tải.
c ) Lưu lượng
Lưu lượng hơi là thông số thay đổi theo sự thay đổi giá trị của tải. Lưu lượng hơi đến tuabin tỉ lệ thuận với công sinh ra của tuabin và công suất máy phát điện.
Lưu lượng hơi QS được tính như sau : Qs =k. ∆P P.
Trong đó : P – Áp suất đầu vào của tuabin (P = Pin) ∆P - Độ chênh lệch áp suất đầu vào và đầu ra
∆ =P Pin−Pout
Vậy ( )2
s in
Q =K P
Qs =K P. in
Công suất phát ra tỉ lệ với lưu lượng hơi :MW : k Q'. s
Người ta điều chỉnh lưu lượng hơi bằng cách điều chỉnh nhiên liệu đầu vào (than và gió) cung cấp cho quá trình cháy trong buồng lửa và điều chỉnh cả van hơi vào tuabin. Để có
được lưu lượng hơi phù hợp với yêu cầu tải thì phải cung cấp đủ nhiệt năng để hóa hơi nước trong bao hơi, do đó phải điều khiển lượng nhiên liệu cấp cho quá trình cháy sinh nhiệt năng, đồng thời cũng phải điều khiển gió cấp cho quá trình cháy đểđạt hiệu suất cháy tối đa.
Ba thông số nhiệt độ, áp suất và lưu lượng có sự liên quan mật thiết với nhau, mỗi sự
thay đổi của đại lượng này luôn tác động tới các đại lượng khác. Tuy nhiên, riêng nhiệt độ
hơi thường được đưa lên cao hơn so với nhiệt độ yêu cầu sau đó mới được điều khiển giảm xuống nhiệt độ yêu cầu. Do đó người ta thường tách riêng điều khiển nhiệt độ độc lập. Như
vậy hệ thống điều khiển hơi sẽ có 2 hệđiều khiển : Hệđiều khiển nhiệt độ
Hệđiều khiển áp suất-lưu lượng
2.4.2 Điều khiển áp suất và lưu lượng hơi
Áp suất và lưu lượng hơi có mối quan hệ mật thiết với nhau, khi lưu lượng hơi vào tuabin tăng lên thì áp suất hơi giảm xuống do hơi sinh ra từ bao hơi chưa đáp ứng kịp và ngược lại. Nếu nhiệt độ không đổi, áp suất và lưu lượng hơi là hai đại lượng đại diện cho công suất phát ra ởđầu ra lò hơi.
Với mọi giá trị yêu cầu của tải thì áp suất hơi phải được điều chỉnh ở giá trị không đổi, nhưng lưu lượng thì thay đổi phụ thuộc công suất tải yêu cầu. Để điều khiển được áp suất và lưu lượng ta điều khiển tới yêu cầu nhiên liệu. Ta có đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa áp suất hơi, lưu lượng hơi, lưu lượng nhiên liệu và gió :
Hình 2-14: Đồ thị mối quan hệ sự thay đổi của tỉ lệ
áp suất hơi, tỉ lệ lưu lượng hơi và yêu cầu nhiên liệu
Trong đồ thị trên, áp suất hơi trong dải 0-300 psig tương ứng với 0-100% của tín hiệu ra. Khi tải tăng, áp suất giảm 10psig ( 3,3% dải 0-300 psig ), tương ứng lưu lượng hơi tăng lên 10% thì yêu cầu nhiên liệu tăng thêm 9%. Tuy nhiên nhiệt độ của hơi không chỉ phụ thuộc vào nhiệt năng thu được từ quá trình cháy trong lò mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ của nước cấp và nhiệt năng tích trữ trong các thiết bị của lò. Khi lưu lượng hơi tăng thì lượng nhiệt năng tích trữ này do truyền nhiệt cho một lượng hơi lớn hơn nên sẽ bị giảm nhanh, làm ảnh hưởng tới chất lượng hơi về sau. Vì vậy tỉ lệ yêu cầu nhiên liệu ban đầu cần phải lớn hơn tỉ
lệ yêu cầu khi lò hoạt động ổn định để bù nhiệt năng tích trữ. Để rút ngắn quá trình này thì tỉ lệ yêu cầu nhiên liệu ban đầu cần điều chỉnh tăng lên 11,25% sau đó mới giảm xuống giá trịổn định tăng 9% so với giá trị ban đầu.
Do yêu cầu điều khiển giữ áp suất hơi không đổi và lưu lượng hơi thay đổi theo tải của máy phát nên trong cấu trúc hệ điều khiển, lưu lượng hơi đóng vai trò như một đại lượng nhiễu phụ tải. Hình 2-15: Hệđiều khiển áp suất - lưu lượng hơi Hơi Tín hiệu áp suất Bao hơi Bộđiều khiển Van nhiên liệu Tín hiệu lưu lượng hơi SP ( - ) Buồng đốt Quạt gió
Trong các hệ thống đơn giản, các bộđiều khiển mạch vòng kín thường sử dụng luật điều khiển tỉ lệ (P) hay tỉ lệ tích phân (PI). Bộ điều khiển nhận các tín hiệu là áp suất hơi quá nhiệt, tín hiệu đặt (áp suất đặt) và tín hiệu nhiễu là lưu lượng của hơi cấp cho tuabin.
Đối tượng điều khiển ởđây là van điều chỉnh cấp nhiên liệu (than) và quạt gió để cung cấp oxi cho quá trình cháy. Quá trình cháy sinh nhiệt năng làm hóa hơi nước trong bao hơi, hệđiều khiển đảm bảo lượng hơi sinh ra bằng lượng hơi tiêu thụđểổn định áp suất hơi.
2.4.3 Hệđiều khiển nhiệt độ hơi
Nhiệt độ hơi quá nhiệt có thể bị thay đổi do nhiều nguyên nhân, trong đó các nguyên nhân chính là :
- Phụ tải lò thay đổi
- Sự dao động áp suất trong đường hơi chung - Chất lượng nhiên liệu thay đổi
- Nhiệt độ nước cấp thay đổi - Sự thay đổi hệ số không khí thừa - Sự bám xỉ dãy pheston
Hơi bão hòa sau khi ra khỏi bao hơi sẽđược đưa tới các bộ gia nhiệt để nâng nhiệt độ lên cao (khoảng 5410C ) để trở thành hơi quá nhiệt. Nhiệt độ hơi quá nhiệt là một thông số rất quan trọng của lò hơi, luôn được điều chỉnh ổn định ở một giá trị với mọi sự thay đổi của phụ tải. Nhiệt độ hơi quá nhiệt được điều chỉnh ổn định không chỉ để đảm bảo yêu cầu về
hơi trước khi đến tuabin sinh công, còn có tác dụng tránh sự giãn nở hay co lại của các vật liệu bằng kim loại của lò hơi, nâng cao hiệu quả chuyển đổi nhiệt năng thành cơ năng. Nhiệt truyền cho hơi bão hòa để trở thành hơi quá nhiệt bằng phương pháp bức xạ hay bằng đối lưu. Đối với quá nhiệt do bức xạ thì nhiệt độ hơi tăng khi lưu lượng hơi ra giảm, ngược lại đối với quá nhiệt do đối lưu nhiệt truyền sẽ tăng lên khi lưu lượng hơi ra tăng.
Trong quá trình hoạt động của lò hơi, tải lò luôn thay đổi và đểđáp ứng thì lưu lượng hơi ra cũng thay đổi theo. Từđồ thịđặc tính trên ta thấy nếu chỉ truyền nhiệt cho hơi bằng một trong hai hình thức bức xạ hoặc đối lưu thì lượng nhiệt năng thay đổi theo sự thay đổi của lượng hơi là rất lớn, không đảm bảo yêu cầu hơi, do đó bộ quá nhiệt thường truyền nhiệt cho hơi bằng cả 2 hình thức bức xạ và đối lưu, khi đó ta có đường đặc tính ứng với bộ quá nhiệt hỗn hợp như hình vẽ 2-15 (nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi nhỏ khi lưu lượng hơi thay
đổi lớn), điều này góp phần làm đơn giản hóa bộ điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt,khử bỏ được ảnh hưởng của phụ tải đến nhiệt độ hơi quá nhiệt.
Đểđiều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt thường có 2 phương pháp :điều chỉnh trao đổi nhiệt giữa khói cháy và hơi, điều chỉnh van phun nước giảm ôn.
Điều chỉnh trao đổi nhiệt giữa khói cháy và hơi : Trong phương pháp này góc đặt của vòi
đốt được thay đổi, dẫn đến thay đổi nhiệt hấp thụ trong lò hơi, nhiệt độ khói cháy thay đổi và sự trao đổi nhiệt giữa khói và hơi cũng thay đổi. Ngoài ra có thể điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt bằng cách điều khiển các cánh hướng đi tắt của khói, khi mở thêm cánh hướng thì lượng khói trao đổi nhiệt với hơi giảm làm giảm nhiệt độ hơi quá nhiệt và ngược lại.
Điều chỉnh van phun nước giảm ôn: Van phun nước giảm ôn được bố trí trước bộ quá nhiệt. Nước dạng sương mù được phun trực tiếp vào hơi quá nhiệt và bốc thành hơi, làm giảm nhiệt độ hơi quá nhiệt. Vậy khi muốn giảm nhiệt độ hơi quá nhiệt thì mở thêm van phun nước giảm ôn để tăng lượng nước vào hơi.
Trong thực tế, nếu không điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt thì nhiệt độ hơi quá nhiệt sẽ
lớn hơn so với yêu cầu, do đó ta thường dùng các bộ giảm ôn để làm giảm nhiệt độ hơi quá nhiệt xuống đến nhiệt độ yêu cầu.
Hình 2-17: Hệđiều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt
Đối tượng điều khiển ởđây là van phun nước giảm ôn. Vì lò hơi dùng cả 2 bộ quá nhiệt bức xạ và đối lưu kết hợp nên ta coi như ảnh hưởng của phụ tải, hay lưu lượng hơi đến
Bộđiều khiển
van
Bộ quá nhiệt Van phun nước giảm ôn
SP
( - )
nhiệt độ hơi quá nhiệt là không đáng kể, ta có thể dùng hệ thống điều khiển một vòng điều chỉnh nhiệt độ.
Điểm đặt (SP- set point) ởđây là nhiệt độ hơi quá nhiệt yêu cầu, bộđiều khiển nhận các tín hiệu là nhiệt độ đặt và nhiệt độ hơi quá nhiệt thực tế vào tuabin, tín hiệu ra đưa đến cơ
cấu chấp hành là van phun nước giảm ôn để điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt bằng với nhiệt độđiểm đặt.
Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên Hình 2-18 : Sơđồ tổng hợp hệđiều khiển lò hơi Buồng đốt Bao hơi quá Bộ nhiệt Van nhiên liệu BĐK BĐK BĐK To hơi qn đặt ( - ) ( - ) Mức nước đặt ( - ) Áp suất buồng đốt đặt ( - ) BĐK BĐK Cánh hướng quạt khói Tín hiệu áp suất buồng đốt Áp suất, nhiệt năng ( - ) Cánh hướng quạt gió Lưu lượng gió Lưu lượng khói ra Van cấp hơi To hơi qn
Van phun nước giảm ôn Nước Lưu lượng hơi qn H tuabin ơi vào Tín hiệu mức nước Van cấp nước Nước Áp suất, nhiệt năng Lưu lượng hơi qn Áp suất hơi qn Áp suất hơi qn Q Hơi bh Áp suất hơi qn BĐK Quạt khói
CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG LÒ HƠI
3.1 Các phương trình cân bằng của lò hơi
3.1.1 Phương trình cân bằng khối lượng
Hình 3-1 : Sơđồ lưu thông nước trong bao hơi
Biến thiên về khối lượng các thành phần nước và hơi bão hòa trong bao hơi bằng chênh lệch giữa lượng nước cấp vào và lượng hơi bão hòa đưa ra khỏi bao hơi
Phương trình cân bằng : ( f SC g) w s d M M M m m dt + + = & − & (3.1) Trong đó : Mf
(kg) – khối lượng nước trong bao hơi
MSC(kg) – khối lượng nước chứa trong các đường ống sinh hơi
Mg(kg) – khối lượng hơi bão hòa
m&(kg/s) – ts ốc độ của hơi bão hòa ra khỏi bao hơi
3.1.2 Phương trình cân bằng thể tích
Thể tích của bao hơi sẽ bao gồm phần thể tích chứa nước và phần thể tích chứa hơi bão hòa. Phương trình cân bằng : (Mf +MSC)vf +M vg g =V (3.2) Trong đó Mf