Trong nhà máy nhiệt điện lò hơi là thiết bị lớn nhất và vận hành phức tạp nhất. Nó có trình độ cơ khí hóa và tự động hóa khá cao, làm việc đảm bảo và hiệu suất cũng tƣơng đối cao. Lò hơi có các nhiệm vụ chính sau:
- Chuyển hóa năng lƣợng của nhiên liệu hữu cơ nhƣ than đá, dầu mỏ, khí đốt… thành điện năng.
- Truyền nhiệt năng sinh ra cho môi chất tải nhiệt hoặc môi chất để đƣa chúng từ thể lỏng có nhiệt độ thông thƣờng lên nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ sôi, biến thành hơi bão hòa hoặc hơi quá nhiệt.
Trong các nhà máy điện thƣờng sử dụng lò hơi có bao hơi (lò hơi tuần hoàn tự nhiên nhiều lần khi áp suất hơi mới đƣợc chọn p0 < Pth với pth = 221 [at]) và lò trực lƣu. Trong lò có bao hơi thì nƣớc đƣợc tuần hoàn tự nhiên trong đƣờng ống nƣớc xuống và dàn ống sinh hơi dựa vào trọng lƣợng riêng của môi chất theo nguyên lý bề mặt nhận nhiệt nhiều hơn dãn nở nhiều hơn có khối lƣợng riêng nhỏ hơn bị đẩy lên phía trên (trong giàn ống sinh hơi). Để thực hiện
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
tuần hoàn tự nhiên nhiều lần (4÷10) lần thì ống nƣớc xuống và giàn ống sinh hơi phải đƣợc nối với bao hơi.
Vận hành lò hơi là một công việc thao tác điều khiển phức tạp. Quá trình vận hành lò hơi không tách khỏi quá trình vận hành chung toàn nhà máy. Mỗi một sự thay đổi của một khâu nào đó trong nhà máy đều dẫn đến sự thay đổi chế độ vận hành của lò hơi và đòi hỏi các thao tác điều khiển lò tƣơng ứng.
Nhiệm vụ của công tác vận hành lò hơi là đảm bảo sao cho lò hơi làm việc ở trạng thái kinh tế nhất, an toàn nhất trong một thời gian lâu dài. Cụ thể không những trong quá trình vận hành lò hơi không để xảy ra sự cố mà còn phải bảo đảm lò làm việc có hiệu suất cao nhất và tƣơng ứng là lƣợng than tiêu hao để sản xuất 1kg hơi là nhỏ nhất. Các thông số của lò hơi nhƣ áp suất hơi trong bao hơi hoặc ở ống góp hơi chung, nhiệt độ hơi quá nhiệt, mức nƣớc trong bao hơi, hệ số không khí thừa, chân không buồng lửa, hàm lƣợng muối trong nƣớc cấp lò hơi và trong bao hơi… phải đƣợc giữ cố định và chỉ đƣợc phép thay đổi trong một phạm vi giới hạn cho phép tƣơng đối nghiêm khắc.
Ví dụ: giới hạn cho phép về độ thay đổi của nhiệt độ hơi quá nhiệt ở các lò trung áp là 150C. Lò hơi có áp suất và nhiệt độ hơi càng cao thì giới hạn cho phép này càng giảm.
Giới hạn cho phép về thay đổi mức nƣớc là 75 100mm.
Việc tự động hóa lò hơi chủ yếu tập trung vào vấn đề điều khiển tự động các quá trình trong lò để đảm bảo cho lò làm việc ổn định và kinh tế nhất bằng cách điều chỉnh năm quan hệ: phụ tải-nhiên liệu, phụ tải-không khí, phụ tải-khói thải, phụ tải-mức nƣớc bao hơi và phụ tải-xả liên tục.
Do nhiệt độ hơi quá nhiệt phụ thuộc rất ít đến phụ tải lò hơi nên việc điều chỉnh nó đƣợc thực hiện độc lập chủ yếu bằng các bộ giảm ôn hỗn hợp.
Từ những chỉ tiêu đặt ra, hệ thống điều khiển lò hơi phải đƣợc cấu thành từ một số bộ điều chỉnh tƣơng đối độc lập với nhau gồm:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt. - Hệ thống điều chỉnh quá trình cháy
- Hệ thống điều chỉnh mức nƣớc
Trong quá trình vận hành lò hơi, mức nƣớc bao hơi luôn thay đổi và dao động lớn đòi hỏi ngƣời công nhân vận hành phải điều chỉnh mức nƣớc bao hơi kịp thời và luôn ổn định ở một giá trị cho phép. Song vì lò hơi có nhiều thông số cần theo dõi và điều chỉnh nên ngƣời vận hành không thể điều chỉnh kịp thời và liên tục để giữ ổn định mức nƣớc trong bao hơi. Tự động điều chỉnh mức nƣớc bao hơi là một trong những khâu trọng yếu của các hệ thống điều chỉnh tự động lò hơi. Nhiệm vụ của bộ điều chỉnh là ổn định mức nƣớc bao hơi thông qua việc đảm bảo tƣơng quan giữa lƣợng hơi sinh ra và lƣợng nƣớc cấp đƣa vào bao hơi. Vòng điều khiển này duy trì mức nƣớc bao hơi tại một giá trị mong muốn khi tải của lò thay đổi bằng cách điều chỉnh lƣợng nƣớc cấp đến bao hơi. Lƣu lƣợng nƣớc cấp phụ thuộc vào độ mở của van cấp nƣớc và áp lực của nƣớc cấp, nhìn chung đƣợc điều chỉnh bởi tốc độ của bơm cấp. Tuy nhiên, lƣu lƣợng nƣớc cấp
đƣợc điều chỉnh bởi hai van điều chỉnh và tốc độ bơm cấp đƣợc điều chỉnh để duy trì chênh áp đầu vào của hai van điều chỉnh và đầu vào của bộ hâm.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
a. Hàm truyền của hệ thống điều chỉnh mức của lò hơi
Mô hình hàm truyền đạt là một công cụ mô tả toán học không thể thiếu đƣợc cho phân tích và thiết kế các hệ thống điều khiển. Để có đƣợc mô hình hàm truyền đạt, ta cần đặc biệt lƣu ý hai điểm sau:
* Mô hình hàm truyền đạt chỉ áp dụng đƣợc cho hệ tuyến tính. * Giá trị khởi đầu của tất cả các biến liên quan phải bằng 0.
Nếu mô hình ban đầu là phi tuyến ta có thể thực hiện tuyến tính hoá theo một trong các phƣơng pháp sẽ giới thiệu. Để đảm bảo điều kiện thứ hai, ta sử dụng các biến chênh lệch so với điểm làm việc thay cho các biến quá trình thực. Tại thời điểm làm việc của hệ thống các biến quá trình không thay đổi giá trị, vì thế giá trị các biến chênh lệch cũng nhƣ đạo hàm của chúng bằng 0. Sau khi đã biến đổi mô hình để thoả mãn hai điều kiện nêu trên, ta áp dụng phép biến đổi Laplace cho cả hai vế của các phƣơng trình mô hình và rút gọn đƣa về dạng chuẩn nhƣ đã giới thiệu.
Các mô hình dựa trên biến chênh lệch đƣợc sử dụng xuyên suốt trong lý thuyết điều khiển tuyến tính. Không chỉ mô hình hàm truyền đạt mà hầu hết các mô hình tuyến tính khác cũng đều sử dụng biến chênh lệch. Phƣơng pháp sử dụng biến chênh lệch và dẫn suất mô hình hàm truyền đạt đƣợc minh hoạ tốt nhất qua ví dụ bình chứa chất lỏng ( 2.7). Để tính hàm truyền đạt của đối tƣợng mức nƣớc khi có sự thay đổi lƣu lƣợng nƣớc cấp ta cần thành lập sự liên hệ giữa mức nƣớc H và lƣu lƣợng nƣớc cấp Dc, sự liên hệ đó đƣợc thể hiện qua phƣơng trình quá độ mức nƣớc.
* Lập phƣơng trình quá trình quá độ mức nƣớc trong bình mức:
'( '') ( '') c r D D dh d F Trong đó:
’: khối lƣợng riêng của nƣớc cấp, kg/m3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
F: diện tích của bình bao hơi, m2
Dc: lƣu lƣợng nƣớc cấp, kg/s
Dr: lƣu lƣợng của hơi nƣớc ra khỏi bao hơi, kg/s
Để tính toán dễ dàng và tổng quát hóa cho nhiều trƣờng hợp, ngƣời ta thƣờng dùng các trị số tƣơng đối thay cho đại lƣợng ra hoặc vào. Nhƣ vậy khi khảo sát ngƣời ta thƣờng dùng trị số tƣơng đối là tỷ số giữa đại lƣợng vào, ra với lƣợng vào hoặc ra cực đại có thể.
.max .max 0 ; ; c H v r bs H D D h D D h
Khi có chấn động, giá trị D = Dbs –Dr viết dƣới dạng tƣơng đối nhƣ sau:
.max .max
c r
c c
D D D
D D
Từ đó phƣơng trình quá trình quá độ có thể viết lại với trị số tƣơng đối nhƣ sau: 0 . t d d d d Trong đó: .max ' " 0 ( ) c D F H
là trị số không đổi đối với đối tƣợng khảo sát có
đơn vị sec-1 và đƣợc gọi là tốc độ quá độ.
tốc độ thay đổi mức nƣớc khi có giao động đơn vị ( = 1). Dạng chấn động nhƣ thế thƣờng có khi phụ tải từ trị số cực đại
giảm tới không, nghĩa là giảm 100%. Tang góc giữa đặc tính thời gian và trục hoành khi có chấn động đơn vị chính bằng tốc độ quá độ.
Trong trƣờng hợp tổng quát: tg = .
Tốc độ quá độ đặc trƣng cho dung tích của đối tƣợng điều chỉnh. Trong những điều
Hình 2.8: Đặc tính động của mức nước bao hơi khi thay đổi lưu lượng nước cấp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
kiện giống nhau, tốc độ càng nhỏ nếu dung tích của đối tƣợng càng lớn. Trị số nghịch đảo của tốc độ : 1
a
T