1.4 .Kết luận chương 1
2.1.2. Phõn tớch nguyờn lý hoạt động nhà mỏy nhiệt điện và cỏc đố
2.1.2. Phõn tớch nguyờn lý hoạt động nhà mỏy nhiệt điện và cỏc đối tượngđiều khiển điều khiển
Nguyờn lý sản xuṍt 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 chṍt lượng ( như phải đủ ỏp suṍt, đủ độ khụ) trước khi vào tuabin để sinh cụng. Nhiệt năng cung cṍp càng nhiều thỡ năng lượng điện phỏt ra càng lớn và ngược lại. Điện ỏp phỏt ra ở đầu cực mỏy phỏt điện sẽ được đưa qua hệ thống trạm biến ỏp để nõng lờn cṍp điện ỏp thớch hợp trước khi hoà vào mạng lưới điện quốc gia.
liệu thành nhiệt năng bởi quỏ trỡnh đốt chỏy nhiờn liệu. Nhiệt năng của quỏ trỡnh đốt chỏy nhiờn liệu được cṍp cho quỏ trỡnh tạo hơi bóo hồ mang nhiệt năng. Hơi bóo hồ 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: quá 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:
Cṍu 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 cṍp vào lũ, tiếp nhận nhiệt từ sản phẩm chỏy, biến thành nước núng, nước sụi, hơi bóo hồ hoặc hơi quỏ nhiệt cú ỏp sṹt và nhiệt độ thoả món yờu cầu sử dụng. Do đú, cṍu tạo của lũ hơi gồm cỏc hệ thống chớnh sau:
Hệ thống cung cṍp và đốt chỏy nhiờn liệu
Hệ thống cung cṍp khụng khớ và thải sản phẩm chỏy
Hệ thống xử lý nước và cṍp nước làm mỏt
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 suṍt phỏt ra của nhà mỏy điện khụng cố định mà cú thể thay đổi tuỳ thuộc nhu cầu sử dụng điện. Cụng suṍt phỏt ra phụ thuộc vào lưu lượng hơi đưa tới tuabin của mỏy phỏt, lưu lượng hơi dẫn vào tuabin nhiều thỡ cụng suṍt 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 xuṍt ra càng lớn. Như vậy khi yờu cầu về cụng suṍt 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 cṍp 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 cṍp. Đầu ra của lũ ơi bao gồm hơi nước bóo hồ 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 suṍt mỏy phỏt điện thỡ phải cần điều khiển nhiờn liệu vào và cỏc thành phần nước cṍp, 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 cṍu trúc phức tạp với nhiều mạch vũng điều khiển khỏc nhau.
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 bởi cỏc ống dẫn ( bao hơi đặt phớa trờn lũ, ở vị trớ cao nhṍt). Buồng đốt được cṍu tạo từ cỏc dàn ống sinh hơi, cỏc dàn ụng sinh hơi được đốt núng trực tiếp bởi ngọn 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 lọc hơi để lọc đi phần nước trong hỗn hợp hơi nước rồi được đưa vào bộ quỏ nhiệt để khử ẩm cho hơi và đảm bảo chṍt lượng hơi trước khi bắn vào tuabin.
b. Hệ thống điều khiển bao hơi:
Hơi nước là mụi chṍt truyền năng nượng, để đảm bảo hiệu suṍt biến đổi năng lượng được tốt cần phải quan tõm tới cỏc thụng số cơ bản của hơi nước là: lưu
lượng hơi, nhiệt độ hơi và ỏp suṍt 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 suṍt mỏy phỏt càng tăng lờn và ngược lại. Ở mỗi giỏ trị cụng suṍt 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 nhṍt. 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 cṍp, cũng như sự biến động của nhiờn liệu, … Những thay đổi đú là tớn hiệu tỏc động trở 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 trọng, thụng số này cần được điều chỉnh giữ ổn định tại mọi giỏ trị tải. Nhiệt độ hơi được duy trỡ ở một giỏ trị cố định nhằm tiết kiệm năng lượng, trỏnh gõy hư hại đường ống do dao động về nhiệt, và trỏnh tổn thṍt nhiệt năng do cú sự trao đổi nhiệt giữa hơi và đường ống dẫn hơi. Hơi bóo hồ 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 suṍt hơi:
Áp suṍt hơi cũng là một thụng số của hệ điều khiển, với mọi giỏ trị yờu cầu của tải thỡ ỏp suṍt hơi được điều chỉnh ở một giỏ trị ổn đinh.
Giữa ỏp suṍt hơi và lưu lượng hơi cú mối quan hệ qua lại với nhau. Khi lưu lượng hơi tăng thỡ ngay lập tức ỏp suṍt hơi sẽ giảm do hơi từ bao hơi chưa cung cṍp kịp cho sự thay đổi của yờu cầu hơi. Vỡ vậy sự thay đổi của ỏp suṍt hơi khi cú
yờu cầu thay đổi tải lũ cũn dựng làm tớn hiệu tớnh toỏn yờu cầu nhiờn liệu.
Khi ỏp suṍt ổn định chứng tỏ lượg hơi tiờu thụ và lượng hơi sinh ra cõn bằng nhau. Áp suṍt 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 suṍt hơi tăng lờn thỡ quỏ trỡnh xảy ra ngược lại,
Túm lại nhiệt độ, lưu lượng và ỏp suṍt hơi quỏ nhiệt trước khi vào tuabin là cỏc thụng số quan trọng của hệ thống điều khiển hơi. Việc tối ưu hoỏ cỏc giỏ trị này như một giải phỏp nõng cao hiệu suṍt của nhà mỏy và chṍt 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 suṍt – lưu lượng.
Hệ điều khiển áp suất và lưu lượng hơi: Đại lượng yờu cầu điều khiển ở đõy
là ỏp suṍt hơi phải giữ khụng đổi với mọi giỏ trị tải yờu cầu, trong khi đú lưu lượng lại luụn thay đổi phụ thuộc vào cụng suṍt 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