CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC BAO HƠI VÀ CÁC GIẢI PHÁP ĐO LƯỜNG Tổng quan về nhà máy nhiệt điện Điện năng là nguồn năng lượng cao cấp nhất mà con người tạo ra phục vụ cho các quá trình công nghệ và hầu hết tất cả mọi lĩnh vực như hàng không, cơ khí chế tạo, y tế, giáo dục… Có rất nhiều cách có thể tạo ra dòng điện dựa trên định luật cảm ứng điện từ là điểm chung nhưng công cơ quay tác động của mỗi phương pháp là khác nhau như thủy điện dùng sự giảm thế năng của dòng nước, các phương pháp sử dụng năng lượng tái tạo (gió, mặt trời…). Nhưng ở Việt Nam 7 thập niên trở lại đây thì việc sử dụng NMNĐ tạo ra điện là chiếm chủ yếu xấp xỉ 46% sản lượng điện quốc gia. Ở Việt Nam có khoảng 87 Nhà Máy Nhiệt Điện trải dài từ Bắc vào Nam để cung cấp đủ lượng điện cho từng khu vực. Các NMNĐ sử dụng nhiên liệu hóa thạch (than, dầu, khí,.) là chủ yếu.
Nhưng do vấn đề môi trường ngày càng ô nhiễm cộng với việc nguồn nhiên liệu hóa thạch cạn kiệt giá thành nhập khẩu tăng cao. Do đó chúng ta không thể không nghĩ đến một giải pháp năng lượng mới cho tương lai vừa đảm bảo thân thiện với môi trường vừa đảm bảo cung cấp đủ ch quá trình sản xuất điện. Nhưng trên tất cả chúng ta đang quá phụ thuộc vào Nhiệt Điện Than chưa đổi mới kể từ ngày đầu vận hành nên quá trình chuyển giao công nghệ còn nhiều khó khăn. Nhà Máy Nhiệt Điện đốt than bao gồm hàng nghìn thiết bị to nhỏ nhưng tổng quan có khoảng 30 thiết bị chính như Lò Hơi, TuaBin, Máy Phát, hệ thống cung cấp nhiên liệu, cung cấp gió, hệ thống xử lý nước, hệ thống xử lý sản phẩm cháy (FGD, thải xỉ).
Lò hơi là thiết bị mà nơi đó xảy ra quá trình cháy của nhiên liệu cấp vào với không khí nhiệt độ lên tới 1300 C, sau đó tỏa nhiệt ra xung quanh không gian lò gia nhiệt cho các ống nước đặt xung quanh tường lò. Nước trong các ống lò này sau khi xử lý hóa được cấp vào tuần hoàn qua các bình gia nhiệt bộ hâm chịu áp lực của bơm cấp đẩy lên phía trên bao hơi sau đó tuần hoàn tự nhiên xuống nhận nhiệt từ khói trong lò bốc hơi sinh hơi. Hơi này lên bao hơi duy trì ở mức cân bằng với nước trong bao hơi. Dưới sự điều chỉnh của phụ tải mà ta tác động vào van điều chỉnh lấy lượng hơi ra cho qua bộ quá nhiệt tách hết hạt ẩm còn lại rồi xông thẳng vào tuabin cao áp giãn nở.
Hơi sau giãn nở giảm áp suất và nhiệt độ được quay trở về lò hơi nhận thêm lượng nhiệt để tăng nhiệt độ sau đó giãn nở qua tuabin trung áp và hạ áp. Cuối cùng sau khi sinh công hết quay máy phát và tạo ra điện thì hơi này được ngưng tụ trong bình ngưng nhờ hệ thống nước làm mát tuần hoàn. Hơi sau ngưng tụ thành nước ngưng lại được bơm ngưng và bơm cấp bơm tuần hoàn lên trên bao hơi. Nước làm mát phải đảm bảo sau khi làm mát nhiệt độ < 40 C trong trường hợp dùng nước sông để tránh ảnh hưởng đến sinh thái môi trường.
Khói sau khi tận dụng hết nhiệt gia nhiệt cho nước ở bộ hâm, cho bộ sấy không khí được qua bộ lọc bụi tĩnh điện tách những hạt bụi thô bằng cách sử dụng một bản cực cấp điện tích dương trong khi các hạt bụi cọ xát vào nhau mang điện tích âm. Nên dòng khói đi qua bụi sẽ bị hút hết xuống bản cực cuối cùng ngắt điện xảlượng tro này có thể dùng làm phụ phẩm xây dựng. Khói khi tách hết bụi nhưng vẫn còn SOx rất độc hại với môi trường nên qua bộ xử lý FGD của nhà máy sử dụng đá vôi (CaCO3) nghiền mịn trộn với lượng dạng lỏng và phun trực tiếp vào dòng khói đi qua tại tháp hấp thụ để kết tủa SOx thành thạch cao (CaSO4) cũng tận dụng trong xây dựng. Tóm lại ta thấy NMNĐ là một phương thức sản xuất điện quy mô lớn, đòi hỏi tính chính xác cao từ từng thiết bị do đó việc thiết kế bộ điều khiển, sử dụng các thiết bị đo áp suất, nhiệt đô, lưu lượng tại hiện trường để giám sát liên tục trạng thái của thiết bị để ta có thể điều chỉnh kịp thời.
Tránh xảy ra sự cố kh mong muốn. Một số hệ thống điều khiển điển hình trong NMNĐ Điề ể ệt độ hơi quá nhiệ Nhiệt độ hơi quá nhiệt là một trong những chỉ tiêu rất quan trọng của lò hơi trong nhà máy nhiệt điện. nhiệt độ hơi quá nhiệt luôn được điều chỉnh ở một nhiệt độ không đổi ngay cả khi phụ tải lò có sự thay đổi. Điều khiển hơi quá nhiệt trong NMNĐ ở mức nhiệt độ không đổi ở mọi tải lò hơi để nhằm đích như sau: • Cải thiện hiệu quả của chuyển đổi năng lượng nhiệt năng thành năng lượng cơ năng hay nói cách khách là cải thiện hiệu suất chuyển đổi.
• Tránh sự giãn nở hay co dãn của vật liệu kim loại của các thiết bị trong hệ thống • Đảm bảo chất lượng hơi trước khi đưa vào tuabin Việc duy trì nhiệt độ hơi quá nhiệt ổn định hoạt động không đổi trên một dải không đổi trong khi lò hoạt động luôn thay đổi luôn được đặt lên hàng đầu trong nhà máy nhiệt điện. Hệ thống điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt có vai trò quan trọng quyết định tính kinh tế và an toàn của tổ máy Sơ đồ điều khiển: Sơ đồ khối 2 vòng: Vai trò của từng phần tử Cảm biến nhiệt độ : Đo nhiệt độ ở trước , sau bộ quá nhiệt cấp 2 và gửi tín hiệu đến bộ điều khiển Bộ phun nước giảm ôn : xé nhỏ các hạt nước sau đó phun vào dòng hơi để điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt Bộ quá nhiệt : gia nhiệt cho hơi đến trạng thái P và t theo yêu cầu Bộ điều khiển PID : Một bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ (bộ điều khiển PID Proportional Integral Derivative) là một cơ chế phản hồi vòng điều khiển bộ điều khiển) tổng quát được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển nghiệp bộ điều khiển PID là bộ điều khiển được sử dụng nhiều nhất trong các bộ điều khiển phản hồi. Bộ điều khiển PID sẽ tính toán giá trị "sai số" là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi giá trị đặt mong muốn. Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Điề ể ấ ồ ử Ánh sáng buồng lửa P – chỉ tiêu đảm bảo tương xứng vật chất giữa sản phẩm cháy sinh ra và lượng khói đưa ra khỏi lò.
ầ ớn các lò hơi trên nhà máy nhiệt điệ ệ ớ ứ Tăng chân không dẫn đến tăng độ ọ ả ệ ấ Tăng quá mứ ớ – ẽ làm đứ ọ ử ệ ố ả ệ ẽ ứ Tăng ánh sáng buồ ử ả ẩ ở ụ ậ ể Đố ới lò hơi đốt theo phương pháp ngọ ửa (đố ầ ộ ở ồ ửa đượ ữ ả – Pa), độ ệ Đối tượng điề ể ệ ống điề ể là công đoạ ừ nơi đưa ồ ử ớ ử ủ ạ Tác động điề ển là năng suấ ạ ễ ự thay đổ ụ ộ ụ ả ệ ễ ự ấ ằ ế độ – khói liên quan đế ự ệ ủ ệ ố ẩ ị ệ ề ệ ố ả ỉ, độ ọ ọc theo kênh khói và kênh không khí,…) ộ ử ụi tĩnh điệ ấ ệ ể ụ tương đương ớ ể ồ ử ấu đi đối tượng độ ủ ồ ử ị xung độ ạnh, đôi khi vượ ả ố điề ể ầ ố độ – 10 Hz. Nguyên nhân liên quan đế ự ệ ủ ế ị ạ ạ ệu (dao độ ọ ửa),… Sơ đồ Sơ đồ ố Điề ể ế Vai trò ý nghĩa củ ệ ố Hiện nay, các lò hơi thường được sử dụng bộ điều khiển PID, quá trình cháy lò hơi thường rất phức tạp. Điều khiển kinh tế cháy chính sẽ giải quyết được việc nâng cao chất lượng nhiên liệu đầu vào, điều khiển tỷ lệ nhiên liệu/ không khí tối ưu. Việc nghiên cứu này cần chú ý đến ảnh hưởng các tác động xen kệnh trong điều khiển do việc khảo sát cần mô hình ít sai số trong khi khối lượng tính toán lớn và phức tạp.
Khi sử dụng hệ điều khiển mờ kết hợp PID vào điều khiển quá trình đốt lò hơi sẽ tận dụng được ưu thế của bộ điều khiển PID và tận dụng được khả năng xấp xỉ tuyến tính với độ chính xác mong muốn của bộ điều khiển mờ. Phương pháo điều khiển mờ đặc biệt hữu ích với những đối tượng như quá trình cháy lò hơi vì tính phi tuyến cao, các thông tin vào ra nhiều, nhiễu phức tạp. Xây dựng sơ đồ khối Sơ đồ ố ủ ệ ố ựng sơ đồ Sơ đồ nguyên lý HTĐK lưu lượng gió cấp vào buồng đốt Trong đó: FT Cảm biến lưu lượng FT Đo lưu lượng nhiên liệu FIC 102 Bộ điều khiển nhiên liệu OCT Cảm biến đo nồng độ O2 trong buồng đốt CIC Bộ điều khiển hiệu chỉnh nồng độ O2 FIC Bộ điều khiển lưu lượng không khí theo nhiên liệu Thuyết minh sơ đồ Hệ số không khí thừa tùy vào chế độ vận hành của lò hơi là giá trị nồng độ O2 đặt vào bộ điều khiển hiệu chỉnh nồng độ O2 (CIC), Cảm biến đo nồng độ O2 ở trong buồng đốt truyền tín hiệu đến bộ điều khiển CIC bộ điều khiển vòng ngoài. Ở bộ điều khiển vòng trong: Bộ điều khiển không khí (FIC) lấy thông tin dữ liệu từ bộ điều khiển nhiên liệu và cảm biến lưu lượng không khí ở bộ sấy không khí, lúc này bộ điều khiển không khí sẽ so sánh lưu lượng không khí cần cấp dựa vào bộ điều khiển vòng ngoài đo nồng độ O2 trong không khí để tác động vào cơ cấu chấp hành là quạt.
ổ ề ệ ống đo lườ ức nước bao hơi 1 𝐶0 − 𝑣𝑐𝑜𝑠𝛼 𝑓2 = = 𝑡2 𝐿 Từ đó ta xác định được vận tốc v thông qua hiệu tần số 𝐿∆𝑓 𝑣= 2𝑐𝑜𝑠𝛼 ● Phuơng pháp 3: Hiệu chỉnh độ dài sóng Với sự liên hệ C = f.λ, khi vận tốc truyền sóng thay đổi và với tần số không đổi thì độ dài sóng phải thay đổi. Chọn tần số fo sao cho với vận tốc dòng chảy v= 0 thì khoảng cách giữa hai cảm biến bằng nλo.