I. Tổng Quan Về Hệ Thống Bình Gia Nhiệt Bách Khoa HN
Nhà máy điện đóng vai trò quan trọng trong sản xuất điện năng quy mô lớn. Máy phát điện, thành phần cốt lõi, biến đổi cơ năng thành điện năng. Năng lượng sơ cấp để vận hành máy phát có thể khác nhau tùy theo loại nhiên liệu và công nghệ. Trong nhà máy nhiệt điện, động cơ nhiệt tạo ra cơ năng từ nhiệt lượng đốt nhiên liệu. Nhiệt lượng này đun nóng nước tạo thành hơi nước áp suất cao. Hơi nước sau đó làm quay tuabin. Nhà máy nhiệt điện dùng tuabin hơi nước tận dụng nhiệt từ hơi nước để quay tuabin, sản xuất điện năng. Theo định luật hai nhiệt động lực học, không thể chuyển đổi hoàn toàn nhiệt năng thành cơ năng; một phần nhiệt thải có thể được tái sử dụng. Nhiệt điện đốt than có vai trò then chốt trong cơ cấu sản xuất điện năng ở Việt Nam do chi phí cạnh tranh và nguồn than dồi dào. Đại học Bách Khoa Hà Nội đóng vai trò quan trọng trong việc đào tạo kỹ sư và nghiên cứu công nghệ cho ngành năng lượng.
1.1. Tổng Quan Chung về Nhà Máy Nhiệt Điện
Nhà máy điện là cơ sở sản xuất điện năng ở quy mô lớn. Thành phần chính là máy phát điện, biến đổi cơ năng thành điện năng. Nguồn năng lượng sơ cấp để vận hành máy phát có thể khác nhau, phụ thuộc vào nhiên liệu và công nghệ. Trong nhà máy nhiệt điện, động cơ nhiệt tạo ra cơ năng từ nhiệt lượng đốt nhiên liệu. Nhiệt lượng này đun nóng nước thành hơi nước áp suất cao, làm quay tuabin.
1.2. Nguyên Lý Hoạt Động của Nhà Máy Nhiệt Điện
Nguyên lý cốt lõi của nhà máy nhiệt điện là chuyển hóa năng lượng từ nhiên liệu thành điện năng. Nhiệt năng từ quá trình đốt cháy nhiên liệu được sử dụng để đun sôi nước, tạo ra hơi nước áp suất cao. Hơi nước này dẫn động tuabin, biến đổi nhiệt năng thành cơ năng. Tuabin kết nối với máy phát điện, chuyển đổi cơ năng thành điện năng.
II. Cách Xác Định Vấn Đề Điều Khiển Nhiệt Độ Bách Khoa
Các bình gia nhiệt có vai trò quan trọng trong hệ thống lò hơi, ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn và hiệu quả vận hành của nhà máy nhiệt điện. Mức nước trong bình gia nhiệt có ý nghĩa quyết định đến tính kinh tế và hiệu suất của chu trình nhiệt, đồng thời đảm bảo an toàn thiết bị. Hệ thống điều khiển mức nước bình gia nhiệt duy trì mức nước ổn định. Độ cao mức nước được xác định theo các chế độ nhiệt khác nhau, biến động theo phụ tải của tổ máy. Bộ điều chỉnh mức nước và hơi trong bình gia nhiệt đảm bảo hoạt động bình thường. Mỗi bình gia nhiệt có hai mức cảnh báo: mức cao quá làm giảm hiệu suất lò, mức thấp quá gây sôi bọt.
2.1. Tầm Quan Trọng của Bình Gia Nhiệt
Bình gia nhiệt là thành phần quan trọng trong hệ thống lò hơi của nhà máy nhiệt điện. Chúng ảnh hưởng lớn đến an toàn và hiệu quả vận hành. Việc duy trì mức nước ổn định trong bình là rất quan trọng.
2.2. ẢNH Hưởng Của Mức Nước Lên Hiệu Suất
Mức nước trong bình gia nhiệt ảnh hưởng đến hiệu suất chu trình nhiệt. Mức nước quá cao làm giảm hiệu suất lò do nước cấp không nhận đủ nhiệt. Mức nước quá thấp gây sôi bọt, biến dạng dàn ống sinh hơi, thậm chí ngừng lò.
2.3 Hệ Thống Điều Khiển Mức Nước Bình Gia Nhiệt
Hệ thống điều khiển mức nước có vai trò then chốt để đảm bảo an toàn và hiệu quả. Hệ thống này duy trì mức nước ổn định trong bình, ngăn ngừa các sự cố có thể xảy ra do mức nước quá cao hoặc quá thấp.
III. Phương Pháp Thiết Kế Bộ Điều Khiển PID Tại Bách Khoa
Thiết kế bộ điều khiển PID cho hệ thống bình gia nhiệt đòi hỏi xem xét nhiều yếu tố. Các hệ thống điều khiển quá trình chất lượng thấp có thể thiếu tính thích nghi, ổn định và gây nhiễu tín hiệu. Mỗi bình gia nhiệt cần bộ báo mức riêng, tác động khi nước đầy đến mức nhất định, gửi tín hiệu cảnh báo hoặc thực hiện các hành động bảo vệ. Đối với nhóm bình gia nhiệt, tín hiệu mức từ bất kỳ bình nào vượt quá mức quy định sẽ kích hoạt đóng van và chuyển hướng nước cấp. Mục tiêu là thiết kế bộ điều khiển hiện đại, thích hợp cho điều khiển quá trình, đặc biệt là điều khiển mức nước trong bình gia nhiệt, đảm bảo khả năng hoạt động tốt trong mọi chế độ.
3.1. Thiết Kế Bộ Điều Khiển PID
Việc thiết kế bộ điều khiển PID đòi hỏi sự xem xét kỹ lưỡng các thông số và yếu tố ảnh hưởng. Cần đảm bảo bộ điều khiển có tính thích nghi cao, ổn định và ít gây nhiễu tín hiệu.
3.2. Chức Năng Bảo Vệ Hệ Thống Nhiệt
Mỗi bình gia nhiệt cần được trang bị bộ báo mức riêng. Khi mức nước vượt quá giới hạn, hệ thống phải có khả năng cảnh báo hoặc thực hiện các hành động bảo vệ, chẳng hạn như đóng van và chuyển hướng dòng nước.
IV. Cải Tiến Chất Lượng Điều Khiển Nhiệt Độ Với Bộ Mờ PID
Luận văn đề xuất phương pháp cải thiện chất lượng điều khiển bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID, hướng tới nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển. Sử dụng phần mềm CASCAD để thiết kế và tính toán tối ưu hệ thống điều khiển mức nước. Khi mức nước tăng tiếp đến mức thứ hai, bộ bảo vệ dừng bơm cấp của khối, tức là dừng quá trình cấp nước. Quá trình cắt tự động nhóm bình gia nhiệt cao áp hoạt động như sau: tín hiệu từ bộ kiểm soát mức, khi một bình gia nhiệt hạ áp đầy, sẽ đưa vào van điện từ, mở đường cấp nước ngược về nguồn thủy lực.
4.1. Điều Khiển Mờ Chỉnh Định Tham Số PID
Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID là một phương pháp tiên tiến giúp cải thiện chất lượng điều khiển. Phương pháp này cho phép hệ thống tự động điều chỉnh các tham số của bộ điều khiển PID để đạt được hiệu suất tối ưu.
4.2. Phần Mềm Hỗ Trợ Thiết Kế CASCAD
Phần mềm CASCAD là công cụ mạnh mẽ để thiết kế và tính toán tối ưu hệ thống điều khiển. Nó cung cấp các chức năng mô phỏng, phân tích và tối ưu hóa, giúp kỹ sư thiết kế hệ thống điều khiển hiệu quả.
V. Ứng Dụng Phần Mềm Thiết Kế Bình Gia Nhiệt Bách Khoa HN
Servomoto thủy lực đóng van nước vào và dẫn nước thải vòng. Van một chiều vẫn để dòng nước cấp đi vào lò, còn các bình gia nhiệt cao áp đó bị cắt làm việc. Việc đưa ra phương pháp điều khiển hiện đại áp dụng điều khiển quá trình, cụ thể là điều khiển mức nước (nước đọng) bình gia nhiệt nước cấp của nhà máy nhiệt điện, đảm bảo khả năng hoạt động tốt trong mọi chế độ đòi hỏi các nhà khoa học không ngừng phát triển nghiên cứu. Vì vậy đề tài tập trung vào việc nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển PID và đề xuất phương pháp thiết kế bộ điều khiển mờ chỉnh số PID nhằm nâng cao chất lượng cho hệ thống điều khiển.
5.1. Servomoto Thủy Lực Trong Điều Khiển
Servomoto thủy lực được sử dụng để đóng van nước vào và dẫn nước thải vòng, đảm bảo quá trình điều khiển diễn ra chính xác và nhanh chóng. Van một chiều duy trì dòng nước cấp đi vào lò, trong khi các bình gia nhiệt cao áp bị ngắt để đảm bảo an toàn.
5.2. Nghiên Cứu Thiết Kế Bộ Điều Khiển Tối Ưu
Đề tài tập trung vào nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển PID và đề xuất phương pháp thiết kế bộ điều khiển mờ chỉnh số PID. Mục tiêu là nâng cao chất lượng cho hệ thống điều khiển, đảm bảo khả năng hoạt động tốt trong mọi chế độ.
VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Hệ Thống Nhiệt
Luận văn này đã tập trung nghiên cứu và đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả điều khiển hệ thống bình gia nhiệt trong nhà máy nhiệt điện. Các phương pháp thiết kế bộ điều khiển PID và điều khiển mờ chỉnh định tham số PID đã được phân tích và đánh giá. Ứng dụng phần mềm CASCAD đã giúp tối ưu hóa thiết kế và tính toán hệ thống. Trong tương lai, có thể mở rộng nghiên cứu sang các hệ thống điều khiển phức tạp hơn, tích hợp các công nghệ IoT để giám sát và điều khiển từ xa, đồng thời tập trung vào việc tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường.
6.1. Tổng Kết Kết Quả Nghiên Cứu
Luận văn đã thành công trong việc đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả điều khiển hệ thống bình gia nhiệt. Các phương pháp thiết kế bộ điều khiển PID và điều khiển mờ chỉnh định tham số PID đã được phân tích và chứng minh tính hiệu quả.
6.2. Hướng Phát Triển Trong Tương Lai
Trong tương lai, nghiên cứu có thể mở rộng sang các hệ thống điều khiển phức tạp hơn, tích hợp công nghệ IoT để giám sát và điều khiển từ xa. Tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường cũng là những hướng nghiên cứu quan trọng.
