2.1.2. Phõn tớch nguyờn lý hoạt động nhà mỏy nhiệt điện và cỏc đối tượngđiều khiển điều khiển
Nguyờn lý sản xuṍỳ́t điện của nhà mỏy nhiệt điện là chuyển hoỏ nhiệt năng từ đốt chỏy cỏc loại nhiờn liệu trong lũ hơi thành cơ năng quay tuabin, chuyển cơ năng của tuabin thành năng lượng điện trong mỏy phỏt điện. Nhiệt năng được dẫn đến tuabin qua mụi trường dẫn nhiệt là hơi nước. Hơi nước chỉ là mụi trường truyền tải nhiệt năng đi nhưng hơi nước vẫn phải đảm bảo chṍỳ́t lượng ( như phải đủ ỏp suṍỳ́t, đủ độ khụ) trước khi vào tuabin để sinh cụng. Nhiệt năng cung cṍỳ́p càng nhiều thỡ năng lượng điện phỏt ra càng lớn và ngược lại. Điện ỏp phỏt ra ởở̉ đầu cực mỏy phỏt điện sẽ được đưa qua hệ thống trạm biến ỏp để nõng lờn cṍỳ́p điện ỏp thớch hợp trước khi hoà vào mạng lưới điện quốc gia.
Quỏ trỡnh chuyển hoỏ năng lượng từ năng lượng hoỏ năng chứa trong nhiờn
SVTH : Ngụ Quang Nghiệp Trang: 23
liệu thành nhiệt năng bởở̉i quỏ trỡnh đốt chỏy nhiờn liệu. Nhiệt năng của quỏ trỡnh đốt chỏy nhiờn liệu được cṍỳ́p cho quỏ trỡnh tạo hơi bóo hoà mang nhiệt năng. Hơi bóo hoà là mụi trường truyền nhiệt từ lũ đến tuabin. Tại tuabin nhiệt năng biến đổi thành cơ năng, sau đú từ cơ năng chuyển hoỏ thành điện năng. Quỏ trỡnh chuyển hoỏ năng lượng đú cú thể được thể hiện qua mụ hỡnh sau:
Hỡnh 2.4: quáỏ́ trỡnh chuyển húa năng lượng
Trong đú: Bài toỏn điều khiển tập trung chủ yếu tại phần lũ hơi và bao hơi.
* Lũ hơi - Hệ điều khiển lũ hơi
a. Lũ hơi:
Cṍỳ́u tạo chung của lũ hơi là nhằm thực hiện hai nhiệm vụ chớnh: một là chuyển hoỏ năng lượng của nhiện liệu thành nhiệt năng của sản phẩm chỏy, nghĩa là đốt nhiện liệu thành sản phẩm chỏy cú nhiệt độ cao. Hai là đưa nước cṍỳ́p vào lũ, tiếp nhận nhiệt từ sản phẩm chỏy, biến thành nước núng, nước sụi, hơi bóo hoà hoặc hơi quỏ nhiệt cú ỏp suṍỳ́t và nhiệt độ thoả món yờu cầu sử dụng. Do đú, cṍỳ́u tạo của lũ hơi gồm cỏc hệ thống chớnh sau:
Hệ thống cung cṍỳ́p và đốt chỏy nhiờn liệu
Hệ thống cung cṍỳ́p khụng khớ và thải sản phẩm chỏy Hệ thống xử lý nước và cṍỳ́p nước làm mỏt
Hệ thống sản xuṍỳ́t và cṍỳ́p nước núng cho quỏ trỡnh sinh hơi
SVTH : Ngụ Quang Nghiệp Trang: 24
Hệ thống đo lường, điều khiển Hệ thống an toàn
Hệ thống lũ: Khung lũ, tường lũ, cỏch nhiệt,…
b. Hệ điều khiển lũ hơi:
Cụng suṍỳ́t phỏt ra của nhà mỏy điện khụng cố định mà cú thể thay đổi tuỳỳ̀ thuộc nhu cầu sử dụng điện. Cụng suṍỳ́t phỏt ra phụ thuộc vào lưu lượng hơi đưa tới tuabin của mỏy phỏt, lưu lượng hơi dẫn vào tuabin nhiều thỡ cụng suṍỳ́t của mỏy phỏt tăng lờn và ngược lại. Khi lưu lượng hơi vào nhiều, nhiệt được truyền theo và sinh cụng càng nhiều do vậy điện năng sản xuṍỳ́t ra càng lớn. Như vậy khi yờu cầu về cụng suṍỳ́t điện phỏt tăng lờn thỡ tức là lưu lượng hơi đưa vào tăng lờn, để đỏp ứng được nhu cầu của hơi thỡ nhiờn liệu đưa vào lũ phải tăng theo. Đồng thời nước cṍỳ́p vào bao hơi cũng phải tăng lờn để cú được lượng hơi yờu cầu.
Lũ hơi là một hệ thống cú nhiều đầu vào và nhiều đầu ra. Đầu vào của lũ hơi bao gồm nhiờn liệu, giú và nước cṍỳ́p. Đầu ra của lũ ơi bao gồm hơi nước bóo hoà thoỏt ra từ bao hơi, lượng nước thừa đi xuống, lượng khúi và xỉ từ quỏ trỡnh chỏy. Đầu vào và ra này cú quan hệ mật thiết với nhau, với mỗi yờu cầu thay đổi đầu ra là cụng suṍỳ́t mỏy phỏt điện thỡ phải cần điều khiển nhiờn liệu vào và cỏc thành phần nước cṍỳ́p, giú,…
Như vậy, hệ thống điều khiển lũ hơi nhà mỏy nhiệt điện là một hệ thống điều khiển phức tạp, giỏm sỏt và điều khiển hàng trăm tham số. Hệ thống cú cṍỳ́u trúỳ́c phức tạp với nhiều mạch vũng điều khiển khỏc nhau.
SVTH : Ngụ Quang Nghiệp Trang: 25
Hỡnh 2.5 : Cấu trỳc điều khiển lũ hơi
* Bao hơi - Hệ điều khiển bao hơi
a. Bao hơi:
Hơi nước chớnh là đối tượng mang nhiệt năng, hơi được dẫn đến tuabin để sinh cụng (nhờ sự chuyển hoỏ năng lượng từ nhiệt năng thành cơ năng). Bao hơi là thiết bị gom hơi nước sau đú đưa đến tuabin.
Nước từ bao hơi được đưa xuống quanh lũ bởở̉i cỏc ống dẫn ( bao hơi đặt phớa trờn lũ, ởở̉ vị trớ cao nhṍỳ́t). Buồng đốt được cṍỳ́u tạo từ cỏc dàn ống sinh hơi, cỏc dàn ụng sinh hơi được đốt núng trực tiếp bởở̉i ngọọ̣n lửa trong lũ, nước trong cỏc dàn ống sinh hơi sẽ sụi và sinh hơi. Hỗn hợp hơi nước bốc lờn từ cỏc dàn ống sinh hơi tường hai bờn lũ tập trung vào cỏc ống gúp trờn hai bờn sườn trần lũ. Từ cỏc ống gúp này hỗn hợp hơi nước đi vào bao hơi bằng cỏc đường ống lờn. Hơi nước vào bao hơi sẽ qua mỏy lọọ̣c hơi để lọọ̣c đi phần nước trong hỗn hợp hơi nước rồi được đưa vào bộ quỏ nhiệt để khử ẩm cho hơi và đảm bảo chṍỳ́t lượng hơi trước khi bắn vào tuabin.
b. Hệ thống điều khiển bao hơi:
Hơi nước là mụi chṍỳ́t truyền năng nượng, để đảm bảo hiệu suṍỳ́t biến đổi năng lượng được tốt cần phải quan tõm tới cỏc thụng số cơ bản của hơi nước là: lưu
SVTH : Ngụ Quang Nghiệp Trang: 26
lượng hơi, nhiệt độ hơi và ỏp suṍỳ́t sinh hơi. Lưu lượng hơi:
Lưu lượng hơi là thụng số biến đổi theo phụ tải. Lưu lượng hơi dẫn vào tuabin càng nhiều thỡ cụng sinh ra càng lớn và cụng suṍỳ́t mỏy phỏt càng tăng lờn và ngược lại. Ở mỗi giỏ trị cụng suṍỳ́t điện phỏt ra cần cú một lưu lượng hơi tương ứng. Để điều chỉnh lưu lượng hơi phải điều chỉnh nhiờn liệu đầu vào cho quỏ trỡnh chỏy trong lũ hơi và điều chỉnh van tuabin. Khi điều chỉnh nhiờn liệu thỡ đồng thời tỏc động lờn bộ điều khiển khụng khớ cho phự hợp với chế độ kinh tế nhṍỳ́t. Hệ thống điều chỉnh phụ tải nhiệt nhằm duy trỡ ổn định sản lượng hơi ứng với giỏ trị yờu cầu.
Tuy nhiờn lưu lượng hơi cú thể bị thay đổi so với giỏ trị yờu cầu do nhiều nguyờn nhõn như: sự thay đổi độ ẩm và nhiệt trị của nhiờn liệu, nhiệt độ nước cṍỳ́p, cũng như sự biến động của nhiờn liệu, … Những thay đổi đú là tớn hiệu tỏc động trởở̉ lại bộ điều chỉnh nhiờn liệu để thay đổi lượng nhiờn liệu từ đú duy trỡ lượng hơi ổn định theo yờu cầu.
Nhiệt độ hơi:
Nhiệt độ hơi quỏ nhiệt là thụng số quan trọọ̣ng, thụng số này cần được điều chỉnh giữ ổn định tại mọọ̣i giỏ trị tải. Nhiệt độ hơi được duy trỡ ởở̉ một giỏ trị cố định nhằm tiết kiệm năng lượng, trỏnh gõy hư hại đường ống do dao động về nhiệt, và trỏnh tổn thṍỳ́t nhiệt năng do cú sự trao đổi nhiệt giữa hơi và đường ống dẫn hơi. Hơi bóo hoà ra khỏi bao hơi cú nhiệt độ khụng ổn định do nhiều nguyờn nhõn như sự thay đổi tải lũ, sự biến đổi của bề mặt truyền nhiệt,…
Áp suṍỳ́t hơi:
Áp suṍỳ́t hơi cũng là một thụng số của hệ điều khiển, với mọọ̣i giỏ trị yờu cầu của tải thỡ ỏp suṍỳ́t hơi được điều chỉnh ởở̉ một giỏ trị ổn đinh.
Giữa ỏp suṍỳ́t hơi và lưu lượng hơi cú mối quan hệ qua lại với nhau. Khi lưu lượng hơi tăng thỡ ngay lập tức ỏp suṍỳ́t hơi sẽ giảm do hơi từ bao hơi chưa cung cṍỳ́p kịp cho sự thay đổi của yờu cầu hơi. Vỡ vậy sự thay đổi của ỏp suṍỳ́t hơi khi cú
SVTH : Ngụ Quang Nghiệp Trang: 27
yờu cầu thay đổi tải lũ cũn dựng làm tớn hiệu tớnh toỏn yờu cầu nhiờn liệu.
Khi ỏp suṍỳ́t ổn định chứng tỏ lượg hơi tiờu thụ và lượng hơi sinh ra cõn bằng nhau. Áp suṍỳ́t hơi giảm tức là hơi tiờu thụ nhiều tăng lờn, nờn cần phải tăng thờm nhiờu liệu đờ tăng sản lượng hơi, cũn khi ỏp suṍỳ́t hơi tăng lờn thỡ quỏ trỡnh xảy ra ngược lại,
Túm lại nhiệt độ, lưu lượng và ỏp suṍỳ́t hơi quỏ nhiệt trước khi vào tuabin là cỏc thụng số quan trọọ̣ng của hệ thống điều khiển hơi. Việc tối ưu hoỏ cỏc giỏ trị này như một giải phỏp nõng cao hiệu suṍỳ́t của nhà mỏy và chṍỳ́t lượng điện phỏt ra.
Hệ thống điều khiển hơi cú hai hệ điều khiển được phõn ly: hệ điều khiển nhiệt độ và hệ điều khiển ỏp suṍỳ́t – lưu lượng.
Hệ điều khiển áỏ́p suất và lưu lượng hơi: Đại lượng yờu cầu điều khiển ởở̉ đõy là ỏp suṍỳ́t hơi phải giữ khụng đổi với mọọ̣i giỏ trị tải yờu cầu, trong khi đú lưu lượng lại luụn thay đổi phụ thuộc vào cụng suṍỳ́t tải yờu cầu. Để thực hiện điều khiển được hai đại lượng đú thỡ phải điều khiển tới yờu cầu nhiờn liệu.
2.2.Mụ tả toỏn học cho cỏc thành phần trong hệ thống điều khiển điều khiển mức trong lũ hơi nhà mỏy nhiệt điện