CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA KHÂU CẤP NƯỚC VÀO BAO HƠI 2.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống cấp nước bao hơi
3.1. Đối tượng điều khiển lò hơi
Công suất phát ra của nhà máy điện không cố định mà có thể thay đổi tùy thuộc nhu cầu sử dụng điện. Giá trị công suất này được yêu cầu từ trung tâm điều độ quốc gia .Công suất điện phát ra phụ thuộc vào lưu lượng hơi đưa tới tuabin của máy phát, khi lưu lượng hơi vào nhiều, nhiệt được truyền theo và sinh công càng nhiều, do vậy điện năng sản suất ra càng lớn (chuyển hoá năng lượng từ nhiệt năng thành cơ năng và thành điện năng). Nên khi yêu cầu về công suất điện phát ra thay đổi thì dẫn đến phải thay đổi lưu lượng hơi đưa vào tua bin. Khi lưu lượng hơi yêu cầu tăng lên thì tức là yêu cầu nhiệt năng tăng lên, để đáp ứng được nhu cầu của hơi thì nhiên liệu đưa vào lò phải tăng lên. Đồng thời nước cấp vào bao hơi phải tăng lên để có sản lượng hơi theo yêu cầu.
Lò hơi là một hệ thống có nhiều đầu vào và nhiều đầu ra. Đầu vào của lò hơi bao gồm nhiên liệu (than, dầu), gió đảm bảo cung cấp Oxi cho quá trình cháy và lượng nước cấp xuống từ bao hơi. Đầu ra của lò bao gồm hơi nước bão hòa thoát ra từ bao hơi, lượng nước thừa đi xuống, lượng khói thải và xỉ (tro) từ quá trình cháy.
Như vậy năng lượng đưa vào lò chính là hoá năng có chứa trong nhiên liệu. Năng lượng hữu ích đầu ra của lò được mang đi bởi hơi nước bão hoà (nước là môi chất chuyền nhiệt năng). Đầu vào và ra này có quan hệ mật thiết với nhau, mỗi yêu cầu thay đổi đầu ra là công suất máy phát điện thì cần điều khiển nhiên liệu vào như than, gió đáp ứng được sản lượng hơi mong muốn. Đầu vào và đầu ra của lò hơi có mối quan hệ chặt chẽ với nhau dựa trên hai định luật cơ bản là: định luật bảo toàn năng lượng và định luật bảo toàn khối lượng.
Trong lò gồm các quá trình cân bằng sau:
a. Cân bằng về khối lượng giữa hơi và nước cấp
Nước cấp được đưa tới bao hơi, ở bao hơi nước nhận nhiệt năng từ quá trình cháy trong lò hơi và chuyển hóa thành hơi nước bão hòa. Ngoài lượng hơi chính thoát ra từ bao hơi được đưa tới tuabin thì còn một lượng nước đi xuống quay trở lại bao hơi. Đây là lượng nước được tách ra từ hơi bão hòa qua bộ phận lọc hơi. Lưu lượng nước cấp vào bao hơi phải bằng tổng lưu lượng hơi sinh ra và lưu lượng nước xuống bao hơi, trong đó, lưu lượng hơi ra chiếm 90%- 99% tổng khối lượng.
b. Cân bằng khối lượng giữa nhiên liệu, gió với khối lượng khói thải và tro xỉ.
Nhiên liệu được đưa vào lò cộng với gió để cung cấp Oxi cho q trình cháy lò của lò hơi. Gió đưa vào lò thường lớn hơn rất nhiều so với nhiên liệu. Sau quá trình cháy , những chất rắn không cháy được sẽ được tạo thành tro xỉ. Tro là những chất rắn không cháy được nhưng không bị nóng chảy còn xỉ chính là tro nóng chảy tạo thành . Đồng thời một lượng khói thải lớn được đưa ra ngoài qua ống khói. Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có cân bằng giữa đầu vào là nhiên liệu, gió với đầu ra là khói thải , tro xỉ.
c. Cân bằng thành phần hoá học chứa trong nước cấp và hơi
Cân bằng về khối lượng của mỗi thành phần hoá học riêng biệt. Nước cấp đưa vào lò hơi bao gồm rất nhiều các thành phần hoá học khác nhau như Ca2, Mg2,Na+, K+ HCO- , Cl-… ngoài ra còn có các chất keo, chất bùn.
Hơi quá nhiệt đi vào tuabin phải đảm bảo sạch chứa ít hoá chất, điều này là cần thiết để tránh hư hại ăn mòn đường ống và làm hỏng cánh tuabin.
Hơi bão hoà từ bao hơi đi vào bộ quá nhiệt mang theo những hạt nước có nồng độ tạp chất khá cao. Khi qua bộ quá nhiệt nước bốc hơi dần còn cáu cặn thì một phần bám lại trên bề mặt ống bộ quá nhiệt phần còn lại bay theo hơi vào các thiết bị phía sau như ống dẫn hơi, tuabin…
d. Cân bằng năng lượng của lò hơi (cân bằng nhiệt)
Năng lượng đầu vào của lò được xác định bởi tổng năng lượng chứa trong nhiên liệu cấp vào lò (gồm năng lượng từ than và dầu, năng lượng từ nước cấp, năng lượng do sự cháy Oxi). Năng lượng đầu ra của lò bao gồm năng lượng hữu ích được tích trữ trong hơi nước, năng lượng chứa trong khói lò và năng lượng nước đi
xuống. Ngoài ra còn một phần năng lượng bị mất đi do có tổn thất trong lò (lượng tổn thất này là tất yếu do quá trình cháy và truyền nhiệt).
Từ định luật cân bằng năng lượng ta có phương trình thể hiện mối quan hệ giữa năng lượng đầu vào và đầu ra của lò như sau:
Tổng năng lượng đầu vào = Tổng năng lượng hữu ích đầu ra + Tổng tổn thất.
Trong đó năng lượng tổn thất bao gồm:
+ Tổn thất nhiệt cho nước trong quá trình cháy.
+ Tổn thất nhiệt độ để làm khô khí tự nhiên + Tổn thất nhiệt do nước có trong nhiên liệu.
+ Tổn thất nhiệt do cacbon không cháy.
+ Tổn thất nhiệt do gió thừa mang đi trong khói.
+ Tổn thất nhiệt do bức xạ.
Chính các đòi hỏi trên đặt ra yêu cầu với bài toán điều khiển cho lò hơi phải đảm bảo đầu vào đáp ứng đầu ra. Ngoài ra để đảm bảo tính chính xác, ổn định của lò hơi. Hệ thống điều khiển còn phải đảm bảo chất lượng hơi quá nhiệt về lưu lượng, áp suất và chất lượng của quá trình cháy về nhiên liệu, lượng Oxi… để sao cho hệ thống đạt hiệu suất cao, mang lại hiệu quả kinh tế.
3.1.2 Hệ thống điều khiển lò hơi
Hệ thống điều khiển lò hơi nhà máy điện là một hệ thống điều khiển phức tạp, giám sát và điều khiển hàng trăm tham số. Hệ thống có cấu trúc phức tạp với hàng trăm mạch vòng điều khiển khác nhau. Trong lò hơi các quá trình điều khiển gió, không khí vào lò, nhiên liệu quá trình cháy, hơi, nước cấp… đều có tác động và ảnh hưởng lẫn nhau, để đạt được hiệu suất đáp ứng yêu cầu tải thì cùng lúc phải phối hợp điều khiển nhiều đối tượng với nhiều thông số. Điều này yêu cầu phải có hệ thống điều khiển tổng thể, điều khiển giám sát và làm giảm được sự xen kênh giữa các hệ thống điều khiển của các đại lượng trong hệ thống
Hệ thống điều khiển lò hơi bao gồm các hệ thống điều khiển chính sau:
Hệ điều khiển phụ tải nhiệt: điều khiển quá trình cấp nhiên liệu, nghiền và cấp than
Hệ điều khiển chân không buồng đốt: điều khiển luồng gió cấp không khí và khói thoát, đảm bảo điều kiện cháy tối ưu trong buồng đốt
Hệ điều khiển mức nước bao hơi: điều khiển quá trình cấp nước cho bao hơi đảm bảo sự cân bằng giữa lưu lượng hơi sinh ra, lưu lượng nước cấp và nước đi xuống giàn sinh hơi.
Hệ điều khiển hơi: đảm bảo chất lượng hơi trước khi phun vào tuabin với các thông số như: độ khô, nhiệt độ, áp suất, lưu lượng hơi…