Nghiên cứu thiết kế hệ điều khiển mức nước bao hơi trong nhà máy điện

• Tác giả: Lê Thành Trung
• Người hướng dẫn: TS. Bùi Đăng Thảnh
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Điều Khiển Mức Nước Bao Hơi Trong Nhà Máy Điện
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG I: KHÁT QUÁT VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN TUA BIN HƠI
• 1.1. Tổng quan nhà máy nhiệt điện tuabin hơi
• 1.2. Giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện
• 1.3. Nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện
• 1.4. Chu trình nhiệt của nhà máy nhiệt điện
• 1.5. Lò hơi nhà máy nhiệt điện tuabin hơi
• 1.5.1. Nhiệm vụ của lò hơi
• 1.5.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của lò hơi
• 1.5.3. Các thiết bị phụ của lò
• 1.6. Giới thiệu về tuabin hơi
• 1.7. Giới thiệu sơ lược các hệ thống điều khiển lò hơi
• 1.8. Hệ thống điều khiển và giám sát nhà máy
• 1.9. Tổng kết chương 1
• 2. CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC BAO HƠI
• 2.1. Vai trò và nhiệm vụ của bộ điều khiển mức nước bao hơi
• 2.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới bộ điều khiển mức nước bao hơi
• 2.2.1. Ảnh hưởng của sự thay đổi lưu lượng nước cấp vào lò
• 2.2.2. Ảnh hưởng của lượng nhiệt sinh ra trong buồng lửa
• 2.2.3. Ảnh hưởng của sự thay đổi áp suất
• 2.2.4. Ảnh hưởng của sự thay đổi lưu lượng hơi ra khỏi lò
• 2.3. Động học quá trình trong bao hơi
• 2.4. Phương trình cân bằng khối lượng và bảo toàn khối lượng
• 2.5. Mô hình hóa bộ điều khiển mức nước bao hơi
• 2.6. Các cấu trúc cơ bản của điều khiển mức nước bao hơi
• 2.6.1. Sơ đồ điều khiển một tín hiệu
• 2.6.2. Sơ đồ điều khiển hai tín hiệu
• 2.6.3. Sơ đồ điều khiển ba tín hiệu
• 2.7. Các phương thức điều chỉnh
• 2.8. Cấu trúc điều khiển mức nước 3 tín hiệu
• 2.9. Chế độ điều khiển theo độ chênh áp hai đầu van điều khiển
• 2.10. Sơ đồ nguyên lý chung của bộ điều khiển mức nước bao hơi
• 2.11. Thiết bị chấp hành
• 2.12. Bộ điều khiển
• 2.13. Tổng kết chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC BAO HƠI
• 3.1. Tính toán mô phỏng bộ điều khiển
• 3.2. Hàm truyền của các đối tượng thực tế
• 3.3. Tính toán bộ điều khiển
• 3.4. Thiết kế phần cứng
• 3.5. Sơ đồ P&ID của phần điều khiển mức nước bao hơi
• 3.6. Thống kê các điểm vào/ra của phần điều khiển mức nước bao hơi
• 3.7. Lựa chọn thiết bị trường cho phần điều khiển mức nước bao hơi
• 3.8. Cấu hình bộ điều khiển AC 800M của ABB
• 3.9. Lựa chọn máy tính điều khiển giám sát
• 3.10. Thiết kế phần mềm
• 3.10.1. Lưu đồ thuật toán điều khiển 1 tín hiệu
• 3.10.2. Lưu đồ thuật toán điều khiển 2 tín hiệu
• 3.10.3. Lưu đồ thuật toán điều khiển 3 tín hiệu
• 3.11. Kết quả mô phỏng
• 3.12. Giao diện điều khiển thực tế
• Kết luận và hướng phát triển của đề tài
• Tài liệu tham khảo

I. Tổng quan về nhà máy nhiệt điện tuabin hơi

Nhà máy nhiệt điện tuabin hơi hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển hóa năng lượng nhiệt từ việc đốt cháy nhiên liệu thành cơ năng. Nhiệt năng được dẫn tới tuabin qua môi trường dẫn nhiệt là hơi nước. Các thành phần chính trong quá trình chuyển hóa năng lượng bao gồm lò hơi, tuabin, máy phát và trạm biến áp. Lò hơi thực hiện chuyển đổi năng lượng sơ cấp thành nhiệt năng, trong khi tuabin chuyển đổi nhiệt năng thành cơ năng. Hệ thống điều khiển và giám sát tích hợp (ICMS) đảm bảo các thành phần hoạt động đồng bộ, từ đó nâng cao hiệu suất và an toàn cho toàn bộ hệ thống. Việc duy trì mực nước trong bao hơi là rất quan trọng để tránh hư hỏng thiết bị và đảm bảo an toàn cho quá trình vận hành.

1.1. Nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện

Nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện tuabin hơi là chuyển hóa nhiệt năng thành cơ năng và sau đó thành điện năng. Nhiệt năng từ việc đốt cháy nhiên liệu làm nóng nước, chuyển nước thành hơi bão hòa, sau đó hơi này được đưa vào tuabin để sinh công. Quá trình này yêu cầu kiểm soát chặt chẽ các yếu tố như áp suất, nhiệt độ và lưu lượng hơi để đảm bảo hiệu suất tối ưu và an toàn cho hệ thống.

1.2. Các thiết bị chính trong nhà máy

Các thiết bị chính trong nhà máy nhiệt điện bao gồm lò hơi, tuabin, máy phát điện và trạm biến áp. Lò hơi có nhiệm vụ chuyển hóa năng lượng từ nhiên liệu thành nhiệt năng, trong khi tuabin chuyển đổi nhiệt năng thành cơ năng. Máy phát điện sau đó chuyển đổi cơ năng thành điện năng. Trạm biến áp nâng điện áp để truyền tải điện năng hiệu quả. Hệ thống điều khiển và giám sát tích hợp giúp theo dõi và điều chỉnh hoạt động của các thiết bị này.

II. Giới thiệu hệ thống điều khiển mức nước bao hơi

Hệ thống điều khiển mức nước bao hơi đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì mực nước ổn định trong lò hơi. Mực nước quá thấp có thể gây hư hỏng thiết bị, trong khi mực nước quá cao có thể dẫn đến hiện tượng thủy kích. Các yếu tố ảnh hưởng đến bộ điều khiển mức nước bao hơi bao gồm lưu lượng nước cấp, nhiệt sinh ra trong buồng lửa, áp suất và lưu lượng hơi ra khỏi lò. Việc mô hình hóa bộ điều khiển mức nước bao hơi giúp tối ưu hóa hiệu suất và an toàn cho hệ thống.

2.1. Vai trò và nhiệm vụ của bộ điều khiển mức nước bao hơi

Bộ điều khiển mức nước bao hơi có nhiệm vụ duy trì mực nước trong bao hơi ở mức ổn định, đảm bảo an toàn cho quá trình vận hành của lò hơi. Việc điều khiển mực nước phải đáp ứng các trạng thái làm việc khác nhau của lò, từ khởi động đến thay đổi tải của tuabin. Điều này đòi hỏi hệ thống điều khiển phải linh hoạt và chính xác.

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới bộ điều khiển

Các yếu tố ảnh hưởng đến bộ điều khiển mức nước bao hơi bao gồm sự thay đổi lưu lượng nước cấp vào lò, lượng nhiệt sinh ra trong buồng lửa, áp suất và lưu lượng hơi ra khỏi lò. Những yếu tố này cần được theo dõi và điều chỉnh liên tục để đảm bảo mực nước luôn ở mức an toàn, từ đó bảo vệ các thiết bị trong hệ thống.

III. Thiết kế bộ điều khiển mức nước bao hơi

Thiết kế bộ điều khiển mức nước bao hơi bao gồm việc tính toán mô phỏng và lựa chọn thiết bị phù hợp. Các phương thức điều chỉnh và cấu trúc điều khiển cần được xác định rõ ràng để đảm bảo hiệu suất tối ưu. Sơ đồ P&ID của phần điều khiển mức nước bao hơi sẽ giúp hình dung rõ hơn về các kết nối và chức năng của từng thiết bị trong hệ thống. Việc lựa chọn thiết bị chấp hành và bộ điều khiển cũng rất quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả.

3.1. Tính toán mô phỏng bộ điều khiển

Tính toán mô phỏng bộ điều khiển mức nước bao hơi giúp xác định các thông số cần thiết cho hoạt động của hệ thống. Hàm truyền của các đối tượng thực tế cần được phân tích để đảm bảo rằng bộ điều khiển có thể đáp ứng nhanh chóng và chính xác với các thay đổi trong quá trình vận hành. Việc mô phỏng cũng giúp phát hiện sớm các vấn đề có thể xảy ra trong hệ thống.

3.2. Thiết kế phần cứng và phần mềm

Thiết kế phần cứng và phần mềm cho bộ điều khiển mức nước bao hơi là bước quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định. Cấu hình bộ điều khiển và lựa chọn máy tính điều khiển giám sát cần được thực hiện cẩn thận. Lưu đồ thuật toán điều khiển cũng cần được xây dựng để hướng dẫn quá trình điều khiển, từ đó nâng cao hiệu suất và an toàn cho hệ thống.