2.2.1.Tự động ổn định tần số cho nhà mỏy nhiệt điện
2.2.1.1. Giới thiệu về cụng nghệ sản xuất điện năng trong nhà mỏy nhiệt điện
Nhà mỏy nhiệt điện là một hệ thống biến đổi năng lƣợng. Từ nhiờn liệu than hoặc dầu đƣợc đốt và biến đổi thành nhiệt năng cấp cho lũ hơi tạo thành hơi nƣớc bắn vào tuabin. Tuabin sẽ giải phúng năng lƣợng bằng cỏch tạo ra cơ năng quay mỏy phỏt để phỏt ra điện năng. Từ kho nhiờn liệu (than, dầu FO), qua hệ thống cung cấp nhiờn liệu (băng tải, mỏy cấp, mỏy nghiền, bơm dầu…) 2 đƣợc đƣa vào lũ 3. Nhiờn liệu đƣợc sấy khụ bằng khụng khí núng từ quạt giú 10, qua bộ sấy khụng khí 12. Nƣớc thụ đƣợc lấy từ hệ thống nƣớc tuần hoàn qua xử lý húa, lý học thành nƣớc tinh khiết, qua hệ thống nƣớc cấp đƣa vào bao hơi của lũ. Trong lũ nhiờn liệu kết hợp với khụng khí xảy ra phản ứng chỏy tạo ra nhiệt năng. Khúi thoỏt cú nhiệt độ cao đƣợc qua cỏc dàn quỏ nhiệt, qua bộ hõm và bộ sấy khụng khí để tận dụng nhiệt sau đú qua hệ thống lọc bụi và xử lý lƣu huỳnh (FGD) thoỏt ra ngoài ống khúi nhờ quạt khúi 11. Xỉ than dƣới đỏy lũ đƣợc đƣa ra ngoài bằng hệ thống thải xỉ.
Nƣớc trong bao hơi đƣợc đƣa xuống cỏc ống sinh nhiệt xung quanh tƣờng lũ trao đổi nhiệt với lũ biến thành hơi quay trở lại bao hơi qua hệ thống quỏ nhiệt để tăng chất lƣợng và cú thụng số cao (ỏp suất 169kg/cm2
,nhiệt độ 5420c) đƣợc dẫn đến tuabin 4. Tại đõy hơi gión nở sinh cụng làm quay tuabin. Hơi này sinh cụng cú thụng số thấp (ỏp suất 0,03kg/cm2, nhiệt độ 400c) thoỏt về bỡnh ngƣng. Trong bỡnh ngƣng hơi nƣớc đọng thành nƣớc nhờ hệ thống nƣớc làm mỏt tuần hoàn lấy từ sống. Từ bỡnh ngƣng 5, nƣớc ngƣng đƣợc đƣa qua cỏc bỡnh gia nhiệt hạ 14 sau đú đƣợc đƣa đến bỡnh khử 15 bơm ngƣng 7. Nƣớc sau khi đƣợc khử khí sẽ đƣợc bơm cấp 8 bơm qua cỏc bỡnh gia nhiệt cao, qua bộ hõm sau đú đƣa vào bao hơi khộp kín một chu trỡnh nhiệt. Ngƣời ta dựng hơi trích từ tuabin để cung cấp cho cỏc bỡnh gia nhiệt cao, gia nhiệt hạ và bỡnh khử khí.
Mỏy phỏt điện đồng bộ đƣợc nối đồng trục với tuabin, khi tuabin quay sẽ kộo mỏy phỏt quay, dũng kích từ DC đƣợc đƣa vào cuộn kích từ của mỏy phỏt khi đú mỏy phỏt sẽ phỏt ra điện năng cung cấp cho hệ thống điện thụng qua cỏc mỏy biến ỏp tăng ỏp.
Hỡnh 2-3: sơ đồ nguyờn lý quỏ trỡnh sản xuất điện năng của nhà mỏy nhiệt điện
2.2.1.2. Nguyờn lý làm việc của tuabin hơi a. Quỏ trỡnh gión nở của hơi trong ống phun
Hơi vào tuabin để làm việc là hơi quỏ nhiệt cú ỏp suất P0 và nhiệt độ t0. Ứng với trạng thỏi hơi P0 và t0 hơi cú nhiệt năng biểu thị bằng entanpi i0 (nhiệt hàm) (Kcalo/ kg) tính với 1kg hơi. Qua ống phun ỏp suất hơi P0 giảm đến P1 (gión nở), t0
giảm đến t1 tƣơng đƣơng entanpi giảm từ i0 đến i1. Hiệu i0 - i1 = h0t gọi là giỏng en- tanpi (nhiệt giỏng) trờn ống phun. Khi hơi gión nở trong ống phun, đồng thời tốc độ tăng từ C0 đến C1. Nhƣ vậy qua ống phun nhiệt năng đƣợc biến thành động năng, đƣợc biểu thị bằng phƣơng trỡnh sau:
(i i ) 2 C 1 0 2 t 1 (2-3) Trong đú 2 C12t
b. Quỏ trỡnh của hơi làm việc trong cỏnh động
Hơi sau khi ra khỏi ống phun cú động năng
2 C12t
hƣớng vào cỏnh động. Qua bề mặt uốn cong của cỏnh động dũng hơi đổi hƣớng chuyển động, từ chuyển động thẳng sang chuyển động cong sinh ra lực ly tõm tỏc động vào mặt cong của cỏnh động đẩy rụto quay. Qua cỏnh động ỏp suất của hơi coi nhƣ khụng đổi cũn tốc độ thỡ bị giảm từ C1t đến C2t. Nhƣ vậy động năng của hơi giảm để biến thành cơ năng, cơ năng này tƣơng đƣơng với một cụng đƣợc tính bằng:
g 2 C g 2 C L 2 t 2 2 t 1 (m.s2/kg) (2-4)
2.2.1.3. Cỏc bộ điều khiển chớnh của chu trỡnh nhiệt
Để ổn định tần số phỏt ra của mỏy phỏt thỡ ta phải ổn định lƣợng hơi phun vào tuabin. Nhƣ ta đó biết để sinh ra hơi từ nhiờn liệu than dầu, nƣớc đƣa vào tuabin bao gồm rất nhiều cỏc bộ điều khiển liờn quan đến nhau. Do đú để điều chỉnh lƣợng hơi phun vào tuabin ta phải đảm bảo điều chỉnh phối hợp cỏc bộ điều khiển đú. Tuy nhiờn trong đú cú một số bộ điều khiển chính ảnh hƣởng trực tiếp đến chế độ điều khiển của mỏy phỏt, cú ý nghĩa quyết định đến quỏ trỡnh tạo hơi trong tuabin đú là: - Bộ điều khiển ỏp suất hơi chính (Boiler Master)
- Bộ điều khiển cụng suất Tuabin – Mỏy phỏt (Tuabine Master) - Bộ điều khiển khúi giú (Air Control System)
- Bộ điều khiển lƣu lƣợng nƣớc cấp (Feed Water Flowrate Control)
- Bộ điều khiển nhiệt độ hơi quỏ nhiệt (Super Heater Tem Perature Control)
a. Bộ điều khiển ỏp suất hơi chớnh (Boiler Master)
- Giỏ trị đặt ỏp suất hơi chớnh (MSP setting)
Cú hai chế độ để đặt giỏ trị cho ỏp suất hơi chính, đú là chế độ đặt tự động và chế độ đặt bằng tay. Trong chế độ MANU (chế độ bằng tay) ỏp suất hơi chính sẽ đƣợc lựa chọn từ ngƣời vận hành theo đƣờng đặc tính của lũ, cũn chế độ AUTO (chế độ tự động) ỏp suất hơi chính sẽ đƣợc Boiler Master tính toỏn thay đổi trong dải từ (PmaxữPmin)kg/cm2.
Điểm đặt giỏ trị ỏp suất hơi chính sẽ đƣợc chấp nhận để ở chế độ tự động khi bộ điều khiển nhiờn liệu hoặc bộ điều khiển tuabin đang ở chế độ tự động, ngoài điều khiển đú ra ỏp suất hơi chính sẽ đƣợc đặt bằng tay nhƣng phải bỏm theo ỏp suất thực tế của hơi chính.
- Tốc độ thay đổi của ỏp suất hơi chớnh
Giỏ trị định mức cho tốc độ thay đổi của ỏp suất hơi chính cú thể đƣợc lựa chọn từ giao diện vận hành hệ thống qua ngƣời vận hành khi chế độ điều khiển đang ở MANU. Trong chế độ điều khiển tự động thay đổi trỡnh tự theo dải cụng suất thay đổi đó đƣợc định trƣớc. Khi đú quỏ trỡnh điều chỉnh ỏp suất hơi tăng hay điều chỉnh ỏp suất hơi giảm sẽ thực hiện để đạt đƣợc giỏ trị ỏp suất hơi mong muốn.
Giỏ trị đặt của ỏp suất hơi chính và sau đú là giỏ trị của bộ hạn chế tốc độ thay đổi ỏp suất đƣợc so sỏnh với giỏ trị đo đƣợc của ỏp suất hơi chính kết quả cho đầu ra sẽ là độ chờnh lệch của ỏp suất hơi chính.
Hỡnh 2-4: Sơ đồ mạch điều khiển ỏp suất hơi chớnh
Điểm đặt ỏp suất T Điểm đặt tốc độ thay đổi ỏp suất ∆ T Áp suất Max Áp suất Min T T Giữ P T T Tốc độ tăng P Tốc độ giảm P Giỏ trị đặt ỏp suất
Áp suất hơi chính
Sai lệch ỏp suất
Tăng giảm P
-Đại lượng đầu vào điều khiển lũ hơi (Boiler Input Command)
Lệnh đầu vào điều khiển lũ hơi chính là tín hiệu đi phục vụ việc điều khiển lƣợng nhiờn liệu và lƣu lƣợng giú cấp vào lũ. Chỳng đƣợc lựa chọn từ hai tín hiệu “Generated power command + Pressure control” và “Setting in boiler input mode”. Chế độ điều khiển theo điểm đặt đầu vào lũ hơi “Setting in boiler input mode” đƣợc lựa chọn tựy thuộc theo cỏc điều kiện nhƣ đó trỡnh bày ở phần trƣớc. Trong chế độ điều khiển bỡnh thƣờng (chế độ điều khiển phối hợp) tín hiệu “Generated power command + Pressure control” sẽ đƣợc lựa chọn làm tín hiệu điều khiển với yờu cầu về tải của mỏy phỏt là cơ sở, cũn độ chờnh ỏp suất hơi chính đƣợc nhận từ giỏ trị đầu ra của bộ điều khiển ỏp suất (là khõu tỉ lệ tích phõn PI) đƣợc dựng làm tín hiệu phản hồi độ sau lệch.
Hỡnh 2-5: Sơ đồ mạch đầu vào điều khiển lũ hơi
Trong chế độ vận hành ổn định, điểm đặt về cụng suất của mỏy phỏt sẽ đƣợc giữ ổn định tỷ lệ thuận với lƣợng nhiờn liệu đƣa vào lũ, nhƣng khi trạng thỏi cõn bằng bị phỏ vỡ ví dụ trong trƣờng hợp thay đổi tải mỏy phỏt nú sẽ tỏc động tới lũ bằng sự thay đổi của ỏp suất hơi chính khi boiler input command sẽ điều khiển tải lũ
Pressure deviation Fx ∑ T PI T Fx T Boiler input taget Boiler input setting Fuel flow Boiler input demand Generated power
khụng những đỏp ứng theo sự thay đổi của tải mỏy phỏt mà cũn điều khiển để giữ ổn định ỏp suất hơi chính.
Trong chế độ lũ khởi động và bộ điều khiển nhiờn liệu đang ở chế độ MANU (lũ ở chế độ MANU) khi đú đại lƣợng đầu vào điều khiển lũ hơi sẽ đƣợc giữa theo lƣu lƣợng nhiờn liệu thực tế vào lũ để chuẩn bị sẵn sàng cho việc chuyển sang chế độ khỏc sau đú.
b. Tuabine Master
Lệnh thay đổi tải (MWD) đƣợc thiết lập từ Unit Master sẽ làm cơ sở cho việc đặt giỏ trị đầu vào điều khiển lũ, đồng thời nú đƣợc gửi tới tuabin Master để phục vụ cho việc điều khiển cụng suất ra của mỏy phỏt.
Hỡnh 2-6: Sơ đồ tuabin master
Đõy chính là chế độ điều khiển phối hợp, đú là yờu cầu về thay đổi tải của mỏy phỏt đƣợc gửi tới đồng thời để điều khiển cả tuabin và lũ hơi.
Trong chế độ điều khiển phối hợp, turbin Master sẽ đƣợc thực hiện quỏ trỡnh điều khiển theo cụng suất đầu ra của mỏy phỏt. Nhƣng khi xuất hiện bất kỳ sự khụng cõn bằng giữa đầu vào lũ hơi và đầu ra lũ hơi ví dụ nhƣ sự thay đổi tải đột ngột. Khi đú ỏp suất của hơi chính sẽ thay đổi rất lớn điều đú là rất nguy hiểm ví nú gõy ra sự dao động giữa lũ và tuabin. Để ngăn ngừa điều này, khi độ lệch của ỏp
Main steam pressure deviation Σ K T 0 Pressure deviation Min >L PI Σ K H< T 0 Pressure deviation Max Δ Generator output Generated power command
suất hơi chính vƣợt quỏ giỏ trị cho phộp. Turbin Master sẽ giỏn đoạn việc điều chỉnh theo cụng suất đầu vào tuabin để kộo mỏy phỏt và nú sẽ thực hiện điều khiển theo ỏp suất đầu vào tuabin để kộo ỏp suất quay trở lại giỏ trị ổn định, trƣờng hợp này đƣợc gọi là chế độ điều khiển ỏp suất tới hạn của tuabin.
Khi chế độ điều khiển phối hợp bị cắt do một yếu tố nào đú nhƣ là lỗi tín hiệu đầu ra của mỏy phỏt, chế độ vận hành sẽ đƣợc chuyển về chế độ “Boiler input con- trol” ở chế độ này Turbine Master sẽ thực hiện điều khiển ỏp suất hơi chính.
c. Bộ điều khiển nhiờn liệu (Fuel Control System)
Hệ thống điều khiển nhiờn liệu thực hiện quỏ trỡnh điều khiển lƣợng nhiờn liệu cấp vào lũ đỏp ứng theo yờu cầu từ bộ điều khiển lũ Boiler Master.
Lệnh đầu vào điều khiển lũ đƣợc thiết lập từ hệ thống điều khiển tổ mỏy (Unit Master Control System), lệnh này đƣợc dựng để làm cơ sở để tính toỏn ra giỏ trị cho bộ điều khiển nhiờn liệu rồi từ đú nú đƣa ra lệnh điều khiển lƣu lƣợng nhiờn liệu đƣa vào lũ và theo cỏc mức giới hạn điều khiển lƣu lƣợng giú cấp.
Lệnh điều khiển lƣu lƣợng nhiờn liệu, sẽ đƣợc đƣa tới điều khiển tổng lƣợng nhiờn liệu thực đƣa vào lũ, đú là bộ điều khiển mỏy cấp của mỏy nghiền và bộ điều chỉnh lƣu lƣợng giú cấp 1.
Hỡnh 2-7: Sơ đồ mạch điều khiển nhiờn liệu
Bộ điều khiển mỏy nghiền (Mill Master) thực hiện quỏ trỡnh điều khiển tỉ lệ tích phõn (PI) với giỏ trị đặt đầu vào SV nhận từ Boiler Demand lệnh đầu ra đi điều
Boiler Demand PI Coal Feeder To Boiler FA Fan PA Damper PA Flow SV
khiển riờng rẽ từng mỏy cấp than (Coal Feeder) để điều chỉnh lƣợng than cấp vào mỏy nghiền khi đú mỏy cấp sẽ điều chỉnh tốc độ của băng tải và độ mở của van đầu vào mỏy cấp. Cựng với quỏ trỡnh thay đổi lƣợng than đƣa vào mỏy nghiền thỡ lƣu lƣợng giú cấp 1 cũng đƣợc thay đổi đỏp ứng phự hợp theo lƣợng than bằng cỏch thay đổi độ mở của cỏnh hƣớng đẩy quạt giú cấp 1.
d. Bộ điều khiển khúi giú
Quỏ trỡnh điều khiển khúi – giú là quỏ trỡnh điều khiển lƣu lƣợng giú chính (cấp 2) cung cấp O2 cho quỏ trỡnh chỏy trong lũ và điều chỉnh lƣu lƣợng khúi thoỏt (ID Fan) để duy trỡ ỏp suất buồng đốt (độ chõn khụng buồng đốt). Nú bao gồm cỏc bộ điều khiển tỉ lệ giú cấp theo lƣợng nhiờn liệu, bộ điều khiển quạt giú chính, bộ điều khiển quạt khúi và mạch giới hạn định mức lƣu lƣợng giú.
Hỡnh 2-8. Sơ đồ điều khiển khúi giú
-Bộ điều khiển tỉ lệ giú – nhiờn liệu:
Sẽ điều khiển tỉ lệ giú và nhiờn liệu đƣa vào lũ sao cho quỏ trỡnh chỏy đƣợc thực hiện hoàn toàn để hiệu suất nhiệt đạt đƣợc là tối ƣu nhất nú đƣợc tính toỏn căn cứ theo tín hiệu % O2 đo đƣợc ở khúi thoỏt đầu ra.
Giỏ trị đặt cho bộ điều khiển tiết kiệm % O2 trong khúi thoỏt ra dựa trờn cơ sở yờu cầu tải, bởi vỡ cú thể cú sự tăng độ lệch của % O2 khi hệ số tỷ lệ giú – nhiờn liệu thay đổi tới giỏ trị ổn định mới khi tải bắt đầu tăng từ giỏ trị tải thấp hơn. Sự thay đổi giỏ trị điểm đặt O2 sẽ chậm hơn do thời gian trễ của bộ phận tích O2 đầu ra khúi thoỏt. Ống khúi BUS PC PC O2 Pressure Lũ ESP PC FD Fan ID Fan
Khi độ lệch giữa giỏ trị đặt O2 đầu ra khúi thoỏt và giỏ trị O2 thực tế đo đƣợc vƣợt quỏ giỏ trị cho phộp, sẽ cú một tín hiệu cảnh bỏo đƣợc đƣa tới hệ thống bỏo động.
Quỏ trỡnh điều khiển tỷ lệ nhiờn liệu – giú là một khõu điều khiển tích phõn theo độ lệch giữa giỏ trị đặt O2 và lƣợng O2 mà bộ phận tích đo đựơc.
Bộ điều khiển cỏnh hƣớng quạt giú chính: Lƣu lƣợng giú đƣợc điều khiển bằng việc điều chỉnh độ nghiờng của cỏnh roto gắn tới đầu vào quạt giú chính FD Fan với bộ điều khiển dẫn động và bộ điều khiển tỷ lệ tích phõn đƣợc thực hiờn theo độ lệch giữa yờu cầu về lƣu lƣợng giú cấp và lƣu lƣợng giú thực tế đo đƣợc.
Hỡnh 2-9: Sơ đồ mạch điều khiển giú cấp 2
- Bộ điều khiển tốc độ quạt khúi
Áp suất buồng lửa đƣợc điều khiển để duy trỡ ở một ỏp suất õm định mức bằng cỏch thay đổi lƣu lƣợng hỳt của hai quạt khúi:
Sai lệch giữa giỏ trị đặt và ỏp suất đo đƣợc trong buồng lửa sẽ đƣợc gửi tới để điều khiển lƣu lƣợng hai quạt khúi bằng cỏch thay đổi tốc độ động cơ. Dõy chuyền 2 nhà mỏy điện phả lại sử dụng hai quạt khúi cú bộ điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần với ƣu điểm dải điều chỉnh tốc độ rộng và mịn. Áp suất buồng lửa thay đổi do tải lũ thay đổi theo yờu cầu tăng giảm cụng suất tức là thay đổi lƣợng than và giú
SV Pit c SV Flow PC PC PC BUS Furnace Flow FD Fan Pressure
cấp vào lũ, khi đú tín hiệu về độ sai lệch ỏp suất sẽ đƣợc gửi tới bộ điều khiển biến tần quạt khúi để thay đổi tốc độ của quạt sao cho ỏp suất buồng lửa quay về giỏ trị đặt.
Quỏ trỡnh điều khiển lƣu lƣợng của quạt khúi phải tƣơng quan với quỏ trỡnh điều khiển lƣu lƣợng giú cấp của quạt giú chính FD Fan.
Hỡnh 2-10: Sơ đồ mạch điều khiển Quạt khúi
e. Bộ điều khiển nước cấp
Hệ thống điều khiển nƣớc cấp cú nhiệm vụ điều chỉnh lƣu lƣợng nƣớc cấp vào lũ đảm bảo theo yờu cầu của tải đầu ra mỏy phỏt và duy trỡ mức nƣớc bao hơi vận hành ở giỏ trị ổn định, an toàn.
Mức nƣớc bao hơi đƣợc quy ra giỏ trị thực từ tín hiệu đƣợc gửi về từ bộ đo chờnh ỏp phía trờn và phía dƣới của bao hơi căn cứ theo ỏp lực đo đƣợc bờn trong bao hơi.
Ta cú biểu thức tính mức bao hơi nhƣ sau:
P1=H.γ (2-5) P2=h.γ. w + (H-h).γ.s (2-6) Khi đú:
Tín hiệu mức nƣớc bao hơi sử dụng cho điều khiện sẽ đƣợc bộ lựa chọn mức bao hơi (Drum, lever selector) lựa chọn từ 3 tín hiệu “AVERGE”, “RIGHT” hoặc “LEFT”. Dựng tín hiệu “AVERGE” cú nghĩa là quỏ trỡnh điều khiển thực hiện theo giỏ trị trung bỡnh của mức nƣớc bao hơi đo đƣợc ở hai đầu bờn phải và bờn trỏi của bao hơi.
Núi chung ở chế độ bỡnh thƣờng hệ thống nƣớc cấp sẽ đƣợc điều khiển theo