trong đó, các tín hiệu u(t) và y(t) đo được từ thời điểm xuất hiện của một tác động nào đó làm hệ thống thay đổi ra khỏi trạng thái xác lập trước đó.
Nếu thay s = ρ+jω vào (2.44), thì được đặc tính tần số của đối tượng O(ρ+jω).
2.4.2. Nguyên lý hiệu chỉnh thích nghi bền vững [4]
Hệ điều khiển bền vững là hệ thống có khả năng làm việc ổn định với độ dự trữ tối thiểu cho trước trong toàn bộ phạm vi làm việc của nó. Mục đích của bài toán hiệu chỉnh tối ưu bền vững là xác định các tham số hệ thống sao cho chất lượng điều khiển đạt tối ưu với điều kiện đảm bảo độ dự trữ ổn định cho trước của nó đối với mọi biến thiên bất định của đối tượng trong khoảng bất định đã biết. Nói chung, yêu cầu về độ ổn định bền vững thường trái với yêu cầu về chất lượng điều khiển. Để đảm bảo dự trữ ổn định hệ thống cho dải bất định càng rộng của đối tượng thường phải thay đổi các tham số của bộ điều chỉnh theo hướng nhượng bộ - tăng sai số và thời gian điều chỉnh, giảm độ tác động nhanh của hệ thống.
Đó là vì, khi dải bất định của đối tượng càng rộng, thì dải định thức mềm bất định của hệ thống cũng nở rộng ra một cách tương ứng và có xu hướng bao gốc toạ độ phức. Đối với hệ nhiều tầng thường xét dải đặc tính mềm bất định của hệ hở và điểm (-1,j0). Khi dải bất định của định thức mềm nở rộng (hình 3.2-b), sẽ có xu hướng phá vỡ điều kiện dự trữ ổn định cho trước, căn cứ theo tiêu chuẩn Nyqust hoặc tiêu chuẩn Parabol [3,4].
LÊ PHẤN DŨNG – KHÓA 2009 LỚP KỸ THUẬT NHIỆT - LẠNH 60/85
Trong điều kiện mở rộng miền bất định của đối tượng, nếu vẫn muốn duy trì độ dự trữ ổn định đảm bảo cho trước, thì buộc phải thu hẹp miền tham số hiệu chỉnh cho phép và, đương nhiên, dẫn đến lời giải hiệu chỉnh tối ưu trong miền tham số mới sẽ cho chất lượng điều chỉnh kém hơn.
a, b,
c,
Hình 2.16. Các dải bất định của đối tượng (a) và của định thức mềm tương ứng (b) Và đáp ứng quá độ theo kênh nhiễu (c) nhận được theo yêu cầu ổn định bền vững đối với hai dải bất định khác nhau.
Điều nói trên có thể thấy rõ trong ví dụ minh hoạ trên hình 2.16. Trước hết, xét dải bất định của đối tượng ứng với vùng phụ tải gần định mức (từ 90% − 100% phụ tải định mức). Trong vùng tải này, mức độ bất định đặc tính tần số của đối tượng không lớn lắm (đó là dải bất định đ1 - vệt đen đậm dọc theo đặc tính cơ sở trên hình 2.16-a). Các tham số tối ưu của bộ điều chỉnh, đảm bảo dự trữ ổn định hệ
h1 h2 đ1 đ2 m2 m1
LÊ PHẤN DŨNG – KHÓA 2009 LỚP KỸ THUẬT NHIỆT - LẠNH 61/85 thống (theo chỉ số tắt dần quá trình quá độ ψ≥0.9) đối với miền bất định đó, tạo ra dải định thức mềm bất định tương ứng của hệ thống (vệt định thức mềm m1 - nhỏ đậm như trên hình 2.16-b). Dải định thức mềm bất định này, chỉ đi qua mà không bao gốc toạ độ, chứng tỏ rằng hệ thống là ổn định bền vững đối với miền phụ tải nói trên. Đặc tính quá độ (cơ sở) của hệ thống, khi có tác động nhiễu phía đầu vào của đối tượng, trong trường hợp này là đường cong h1 trên hình 2.16-c.
Nếu xét miền phụ tải rộng hơn, từ 50% − 100% phụ tải định mức, ta thấy hiển nhiên dải bất định đặc tính tần số của đối tượng trải rộng ra, Đó là vệt đ2 gồm các điểm chấm mờ bao trùm lên vệt đ1. Nếu cho hệ thống làm việc trong vùng phụ tải này với bộ điều chỉnh nhận được trên, thì định thức mềm của hệ thống có dải bất định rộng hơn và sẽ bao gốc toạ độ. Đó là dải m2 phủ trùm lên dải m1 (hình 2.16- b). Điều đó chứng tỏ rằng các tham số của bộ điều chỉnh nhận được trước đó không đảm bảo sự ổn định bền vững của hệ thống trong miền phụ tải từ 50% − 100%. Vậy, phải xác định lại các tham số của bộ điều chỉnh sao cho đảm bảo dự trữ ổn định cho trước (ứng với hệ số tắt dần ψ≥0.9). Kết quả dẫn đến một bộ điều chỉnh khác mà đặc tính quá độ h2 của hệ thống theo kênh nhiễu có chất lượng kém hơn, cụ thể là sai số điều chỉnh tăng (hình 2.16-c).
Nói tóm lại, dải bất định của đối tượng càng rộng, nếu xét trong miền hoạt động càng lớn, hệ điều khiển bền vững tối ưu tương ứng sẽ có chất lượng càng kém. Như vậy, bộ tham số hiệu chỉnh tối ưu đảm bảo tính bền vững của hệ thống cho toàn bộ miền công tác của nó là kết quả thô. Hơn nữa, kết quả đó càng thô, nếu tính toán hệ thống cho miền công tác càng lớn.
Trong thực tế, có nhiều trường hợp hệ thống chỉ làm việc thường xuyên trong một số điều kiện (miền) đặc trưng nào đó. Còn ở những miền khác, hệ thống chỉ làm việc rất ngắn hạn và chỉ trong những trường hợp đặc biệt.
Ví dụ hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt của lò hơi nhiệt điện làm việc thường xuyên ở phụ tải, từ 75% phụ tải định mức trở lên. Còn ở các phụ tải thấp (dưới 60% định mức) hệ thống phải làm việc ít hơn. Chạy ở vùng phụ tải thấp là điều không mong muốn vì tổ máy phát điện có hiệu suất thấp và kém tin cậy. Các
LÊ PHẤN DŨNG – KHÓA 2009 LỚP KỸ THUẬT NHIỆT - LẠNH 62/85 hệ thống điều khiển chỉ buộc phải làm việc ở phụ tải thấp của tổ máy khi tổ máy khởi động hoặc trong một số trường hợp đặc biệt.
Mặt khác, điều đáng chú ý là ở xung quanh phụ tải định mức thì đối tượng điều chỉnh nhiệt độ thể hiện trội là một khâu quán tính (bậc ≥2) có trễ vận tải. Dải bất định của đối tượng trong khoảng tải này không lớn lắm. Trong khi đó, ở các phụ tải thấp sự biến thiên bất thường của đặc tính đối tượng thể hiện rất mạnh và tiến gần một khâu dao động có độ trễ vận tải và thời gian xác lập khá trội. Kết quả hiệu chỉnh hệ thống cho miền phụ tải này thường cho chất lượng quá trình quá độ của hệ thống kém đi rõ rệt.
Như vậy, nếu xét về hiệu quả vận hành nói chung, thì nên tập trung chú ý nâng cao chất lượng điều khiển trong vùng công tác (phụ tải) mà hệ thống có tần suất hay thời gian vận hành lớn nhất. Còn những vùng phụ tải có tần suất hoạt động nhỏ, thì chỉ cần lưu ý thay đổi bộ điều chỉnh sao cho hệ thống vẫn có khả năng hoạt động ổn đinh bền vững với chất lượng tối ưu.
Trên cơ sở phân tích trên, để nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống, ta đi đến bài toán vận hành thích nghi thể hiện trên cơ sở nguyên lý thích nghi bền vững. Bản chất của nguyên lý thích nghi bền vững là sự thay đổi các tham số của hệ thống đảm bảo yêu cầu về ổn định bền vững và chất lượng tối ưu tương ứng với từng vùng làm việc khác nhau.
Vùng làm việc của hệ thống có thể phân chia thành các vùng con, mỗi vùng con được đặc trưng bởi điều kiện nhất định mà ta gọi là các điều kiện làm việc đặc trưng. Nguyên tắc phân vùng căn cứ trên tinh thần sao cho không phải xác định lại quá nhiều lần bộ điều chỉnh bền vững tối ưu. Ví dụ, đối với đối tượng điều chỉnh hơi quá nhiệt có thể chia làm 3 vùng làm việc đặc trưng. Vùng 1: từ 80−100% tải định mức, vùng 2: từ 60−80% tải định mức, còn vùng 3: từ 60% tải định mức trở xuống.
LÊ PHẤN DŨNG – KHÓA 2009 LỚP KỸ THUẬT NHIỆT - LẠNH 63/85 - Phương pháp nhận dạng đối tượng bất định có thể áp dụng được trong thực tế cho đối tượng đang vận hành.
- Nguyên lý thích nghi bền vững giải quyết được bài toán khó khăn về tổng hợp bộ điều khiển cho đối tượng bất định.
LÊ PHẤN DŨNG – KHÓA 2009 LỚP KỸ THUẬT NHIỆT - LẠNH 64/85
Chương 3: TỔNG HỢP BỘĐIỀU KHIỂN HƠI QUÁ NHIỆT 3.1. Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt
3.1.1. Tầm quan trọng của việc đảm bảo ổn định nhiệt độ hơi quá nhiệt
Nhiệt độ hơi quá nhiệt là nhiệt độ của hơi ra khỏi ống góp hơi của bộ quá nhiệt trước khi sang tuabin. Nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi sẽ dẫn đến một loạt thay đổi khác gây ảnh hưởng xấu đến chế độ làm việc của lò.
Nếu nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm xuống sẽ làm giảm nhiệt dáng dòng hơi do đó làm giảm công suất tổ máy, mặt khác khi đó độ ẩm của hơi ở các tầng cuối tuabin tăng lên làm giảm hiệu suất tuabin đồng thời làm tăng tốc độ ăn mòn cách tuabin.
Nếu nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng quá trị số qui định, khi đó các chi tiết của bộ quá nhiệt cũng như tuabin phải làm việc trong điều kiện nặng nề hơn, làm cho độ bền của kim loại giảm xuống, có thể gây nổ các ống của bộ quá nhiệt hoặc làm cong vênh các cánh của tuabin gâu nên cọ xát giữa phần đứng yên và phần quay của tuabin.
Khi nhiệt độ hơi thay đổi sẽ làm thay đổi công suất tuabin do đó làm thay đổi tốc độ quay của tổ tuabin – máy phát, dẫn đến làm giảm chất lượng dòng điện (thay đổi điện áp và tần số dòng điện). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.1.2. Các nguyên nhân làm thay đổi nhiệt độ hơi quá nhiệt
Trong quá trình vận hành, có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi nhiệt độ hơi quá nhiệt, trong đó có những nguyên nhân chủ yếu sau đây:
Do thay đổi phụ tải của lò, khi phụ tải tăng lên thì nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm xuống, khi phụ tải giảm thì nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng.
Do dao động áp suất trong đường hơi chung.
Do thay đổi nhiệt độ của nước cấp: khi nhiệt độ nước cấp lên thì nhiệt độ hơi quá nhiệt cũng tăng theo và ngược lại.
Do thay đổi hệ số không khí thừa: khi hệ số không khí thừa tăng thì nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng.
LÊ PHẤN DŨNG – KHÓA 2009 LỚP KỸ THUẬT NHIỆT - LẠNH 65/85 Do thay đổi chất lượng nhiên liệu: khi chất lượng nhiên liệu tăng thì nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng.
Do đóng xỉ ở dàn bức xạ, cụm Pheston hoặc bám bẩn các ống của bộ quá nhiệt. Do có hiện tượng cháy lại trong bộ quá nhiệt.
Do thay đổi vị trí trung tâm ngọn lửa hoặc do máy cấp than bột làm việc không đều, cấp than vào vòi phun không đều.
3.1.3. Các phương pháp điều chỉnh hơi quá nhiệt
Đặc tính điều chỉnh, tức là sự phụ thuộc của nhiệt đội hơi quá nhiệt vào phụ tải của nồi hơi sẽ khác nhau đối với các kiểu thiết bị quá nhiệt khác nhau. Đặc trưng của thiết bị quá nhiệt kiểu bức xạ là sự giảm nhiệt độ của hơi quá nhiệt khi tăng phụ tải [7].
Trong thiết bị quá nhiệt kiểu bức xạ, sự thu nhiệt tăng chậm hơn sự tăng phụ tải, tức là nhiệt thu trên một đơn vị lưu lượng hơi sẽ giảm đi. Trong thiết bị quá nhiệt đối lưu, lượng sản phẩm cháy đi qua nó tăng gần như tỷ lệ thuận với sự tăng phụ tải. Nhưng do sự giảm tảo nhiệt bằng truyền thẳng trong buồng đốt và tương ứng là sự tăng nhiệt độ của sản phẩm cháy ở đầu ra của buồng đốt nên thể tích sản phẩm cháy trong thiết bị quá nhiệt hơi kiểu đối lưu sẽ tăng nhanh hơn sự tăng phụ tải, điều này làm cho vận tốc của sản phẩm cháy và hệ số truyền nhiệt tăng nhanh hơn, do đó nhiệt độ của hơi quá nhiệt tăng nhanh hơn so với tăng phụ tải.
Lựa chọn kích thước các phần bức xạ và đối lưu của thiết bị quá nhiệt một cách phù hợp sẽ có thể đảm bảo cho nhiệt độ hơi quá nhiệt cố định.
Thông thường theo thông số vận hành của các tổ máy dưới tới hạn thì giá trị nhiệt độ hơi quá nhiệt so với giá trị định mức là +50C đến -100C. Song để đạt
Hình 3.1. Đặc tính điều chỉnh của thiết bị hơi quá nhiệt. 1 – Kiểu bức xạ; 2 – Kiểu đối lưu; 3 – Kiểu phối hợp
LÊ PHẤN DŨNG – KHÓA 2009 LỚP KỸ THUẬT NHIỆT - LẠNH 66/85 được giới hạn cho phép trên, các nhà máy nhiệt điện thường chia nhiều cấp quá nhiệt khác nhau, phối hợp cách điều chỉnh nhiệt độ khác nhau để đạt được giá trị yêu cầu.
Căn cứ cấu tạo lò hơi và vị trí bộ quá nhiệt, thông thường người ta có hai phương pháp điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt: Điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt bằng giảm ôn và điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt bằng cách điều chỉnh đường khói.
3.1.3.1. Điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt bằng giảm ôn
Người ta đặt ống góp hơi của bộ quá nhiệt một thiết bị gọi là bộ giảm ổn. Cho nước đi qua bộ giảm ôn, vì nước có nhiệt độ thấp hơn hơi nên sẽ nhận nhiệt của hơi làm cho nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm xuống. Khi thay đổi lưu lượng nước qua bộ giảm ôn thì sẽ làm thay đổi nhiệt độ hơi quá nhiệt.
Nước phun giảm ôn được phun qua vòi phun đục lỗ có đường kính khoảng 3-6 mm. Để tránh các dòng tia nước ngưng đập vào vách ống góp (có nhiệt độ bằng
LÊ PHẤN DŨNG – KHÓA 2009 LỚP KỸ THUẬT NHIỆT - LẠNH 67/85 nhiệt độ hơi quá nhiệt), người ta đặt thêm vỏ bảo vệ với khoảng trống giữa nó và vách ống góp 6-10 mm, chiều dài 4-5 m được chọn theo điều kiện bay hơi của dòng nước ngưng phun vào [10].
Bộ làm lạnh hơi kiểu phun đòi hỏi nước ngưng có chất lượng cao. Nước phun thông thường được cung cấp tại đầu đầu bơm cấp cho bộ quá nhiệt và tại cấp trung gian của bơm cấp cho bộ tái nhiệt. Đây là sơ đồ điển hình mà các nhà chế tạo lò hơi thường áp dụng cho các nhà máy nhiệt điển. Ví dụ như nhà máy nhiệt điện Uông Bí mở rộng 1, Phả lại 2, Quảng Ninh… áp dụng sơ đồ này. Cũng có một sơ đồ cung cấp khác là trích đường nước sau bộ quá gia nhiệt cao áp cuối cùng nhưng phương án này chưa được áp dụng rộng rãi. Hãng lò hơi Alstom áp dụng sơ đồ này.
Để đảm bảo điều kiện làm việc thuận lợi cho vật liệu kim loại của thiết bị quá nhiệt hơi, thường người ta lắp đặt hai hoặc ba vòi phun trong một nhánh hơi quá nhiệt.
3.1.3.2. Điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt bằng cách điều chỉnh đường khói
Có thể điểu chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt bằng cách thay đổi nhiệt độ, lưu lượng khói đi qua bộ quá nhiệt hoặc thay đổi đồng thời cả nhiệt độ và lưu lượng khói.
Trong phần đuôi lò hơi phần khói thoát, người ta thường bố trí các van khói (damper) để điều chỉnh lưu lượng khói đi vào bộ quá nhiệt. Phương pháp điều khiển này được kết hợp với phương pháp phun giảm ôn để điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt.
3.2. Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi mới tại nhà máy nhiệt điện Uông Bí mởrộng 1 rộng 1
3.2.1. Sơđồ công nghệ hệ thống quá nhiệt Nhà máy
Là một nhà máy nhiệt điện mới được xây dựng và đưa vào vận hành thương mại cuối năm 2009, nhà máy nhiệt điện Uông Bí mở rộng 1 được trang bị hệ thống tự động điều khiển hiện đại. Hệ thống điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt cung cấp chế độ vận hành tối ưu cho các bề mặt nhận nhiệt của lò hơi ở các chế độ khởi
LÊ PHẤN DŨNG – KHÓA 2009 LỚP KỸ THUẬT NHIỆT - LẠNH 68/85 động và làm việc ổn định trong dải phụ tải vận hành của lò hơi. Nhà máy trang bị ba bộ quá nhiệt và bao gồm ba bộ phun giảm ôn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Bộ phun giảm ôn số 1 được lắp sau giàn quá nhiệt cấp 1.
- Bộ phun giảm ôn số 2 nằm sau bộ Platen và trước dàn quá nhiệt cấp 2.
Bộ phun giảm ôn số 3 nằm sau dàn quá nhiệt cấp 2 và trước bộ quá nhiệt cấp 3. Sơ