Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Cải thiện chất lượng điều khiển nhiệt độ mô hình nhà máy nhiệt điện...

Tài liệu Cải thiện chất lượng điều khiển nhiệt độ mô hình nhà máy nhiệt điện

.PDF
75
375
56

Mô tả:

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP GIÁP THỊ THU DUNG CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ MÔ HÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Chuyên ngành:Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa Mã số:60520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. TRẦN XUÂN MINH THÁI NGUYÊN, 2015 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn i LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Giáp Thị Thu Dung Sinh ngày: 24 tháng 02 năm 1990 Học viên lớp cao học khoá 16- Kỹ thuật điều khiển tự động hóa –Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên - Đại học Thái Nguyên. Hiện đang công tác tại: Nhà máy Z115-Thành phố Thái Nguyên Tôi cam đoan toàn bộ nội dung trong luận văn do tôi làm theo định hướng của giáo viên hướng dẫn, không sao chép của người khác. Các phần trích lục các tài liệu tham khảo đã được chỉ ra trong luận văn. Nếu có gì sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm. Tác giả luận văn Giáp Thị Thu Dung Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tác giả xin chân thành cảm ơn tới các thầy giáo, cô giáo Khoa sau đại học, Khoa Điện trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp cùng các thầy giáo, cô giáo, các anh chị tại Trung tâm thí nghiệm đã động viên, giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến quan trọng cho tác giả để tác giả có thể hoàn thành bản luận văn của mình. Trong quá trình thực hiện đề tài tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy, cô giáo trong khoa Điện, bộ môn Điều khiển tự động hóa của trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp thuộc ĐH Thái Nguyên và các bạn đồng nghiệp. Đặc biệt là dưới sự hướng dẫn và góp ý của thầy PGS.TS. Trần Xuân Minh, người đã luôn ân cần hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong suốt thời gian làm luận văn giúp cho đề tài hoàn thành mang tính khoa học cao. Tôi xin gửi những lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy Trần Xuân Minh, các thầy, cô giáo trong khoa Điện, bộ môn Điều khiển tự động - Trường Đại học đã giúp đỡ, tạo điều kiện trong suốt quá trình học tập tại trường. Do thời gian, cũng như kiến thức, kinh nghiệm và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp để tôi tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện hơn nữa trong quá trình công tác sau này. Học viên Giáp Thị Thu Dung Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan ...................................................................................................... i Lời cảm ơn ........................................................................................................ ii Mục lục ............................................................................................................. iii Danh mục các ký hiệu và các chữ viết tắt ........................................................ vi Danh mục các hình vẽ và đồ thị ...................................................................... vii MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 NỘI DUNG Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN TẠI TRUNG TÂM THÍ NGHIỆM ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ........................................ 3 1.1. Tổng quan về nhà máy nhiệt điện ............................................................. 3 1.1.1. Giới thiệu chung ............................................................................... 3 1.1.2. Nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện .................................. 5 1.2. Mô hình nhà máy nhiệt điện ..................................................................... 6 1.2.1. Giới thiệu chung ............................................................................... 6 1.2.2. Mục đích của các bài thí nghiệm trên mô hình nhà máy nhiệt điện 8 1.2.3. Lò hơi và hệ điều khiển lò hơi ....... 9 1.2.3.1. Cấu tạo của lò hơi ................................................................ 9 1.2.3.2. Phân loại lò hơi .................................................................. 10 1.2.3.3. Nguyên lý hoạt động của lò hơi ........................................ 12 1.2.3.4. Quá trình biên đồi năng lượng trong lò hơi ...................... 13 1.2.3.5. Hệ thống điều khiển lò hơi ................................................. 14 1.2.4. Bao hơi và hệ điều khiển bao hơi................................................ 20 1.2.4.1. Bao hơi ............................................................................... 20 1.2.4.2. Hệ thống điều khiển bao hơi .............................................. 21 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iv 1.2.5. Thiết bị gia nhiệt ........................................................................... 22 Chƣơng 2. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID CHO ĐỐI TƢỢNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ MÔ HÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 2.1. Đặt vấn đề ............................................................................................... 25 2.2. Mô tả toán học cho các thành phần trong hệ thống điều khiển mô hình nhà máy nhiệt điện ................................................................................... 27 2.2.1. Phân tích bài toán điều khiển ổn định nhiệt độ nước cấp trong mô hình ............................................................................................................... 27 2.2.2. Cấu trúc điều khiển nhiệt độ nước cấp........................................... 27 2.2.3. Xây dựng hàm truyền của các bộ điều khiển trong sơ đồ cấu trúc28 2.2.3.1. Cảm biến đo nhiệt độ ........................................................ 28 2.2.3.2 . Van điều khiển .................................................................. 29 2.2.3.3. Thiết bị gia nhiệt nước cấp................................................. 30 2.4. 2.5. 2.2.3.4. Hàm truyền của hệ thống ............................................ 30 Thiết kế bộ điều khiển PID ........................................................ 31 2.4.1. Phương pháp thiết kế ..................................................... 31 2.4.2. Kết quả mô phỏng .......................................................... 34 Kết luận ........................................................................................ 36 Chƣơng 3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ MÔ HÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI Cấu trúc một bộ điều khiển mờ ..................................................................... 37 3.1.1. Mờ hóa ........................................................................................... 37 3.1.2. Giải mờ(deuzzyfier) ....................................................................... 38 3.1.3. Khối luật mờ và khối hợp thành ................................................... 40 3.1.3.1. Các bước xây dựng luật hợp thành khi có nhiều điều kiện.... 41 3.1.3.2. Thuật toán xây dựng luật hợp thành của nhiều mệnh đề hợp thành ................................................................................................................ 41 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn v 3.1.4. Bộ điều khiển mờ .......................................................................... 43 3.1.4.1. Bộ điều khiển mờ động ....................................................... 43 3.1.4.2. Điều khiển mờ thích nghi..................................................... 44 3.1.4.3. Điều khiển mờ lai ................................................................ 45 3.2. Thiết kế bộ điều khiển mờ lai .................................................................. 49 3.2.1. Đặt vấn đề ...................................................................................... 49 3.2.2. Mô phỏng các điều khiển đã thiết kế ............................................. 50 3.3. Kết quả mô phỏng .................................................................................. 51 3.4. Kết luận chương 3…………………………………………………… 54 Chƣơng 4. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 4.1. Cấu trúc hệ thống thí nghiệm .. 55 4.1.1. Cấu hình thí nghiệm về điều khiển mức tại trung tâm thí nghiệm 57 4.1.2. Giới thiệu về mô hình thực nghiệm ............................................... 55 4.2. Các thao tác thực hiện ........................................................................... 61 4.3. Ứng dụng bộ điều khiển PI trên mô hình thực tế tại trung tâm thí nghiệm điện – điện tử ................................................................................... 63 4.4. Kết luận chương 4 ........................................................................... Kết luận và kiến nghị ................................................................................ Tài liệu tham khảo Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 65 66 vi Các ký hiệu: STT 1 2 3 4 5 6 7 8 Ký hiệu CO MV cv PM Wh K khx SP Diễn giải nội dung đầy đủ Tín hiệu điều khiển Biến điều khiển Biến được điều khiển Tín hiệu đo Hàm truyền đạt Hệ số khuếch đại đầu ra Các hệ số khuếch đại đầu vào Giá trị đặt Các chữ viết tắt STT Ký hiệu 9 QTCN 10 FC 11 AO 12 FO 13 AC 14 PID 15 Measurementdevice 16 Sensor 17 Sensor element 18 Signal conditioning 19 Transmitter 20 Transducer Diễn giải nội dung đầy đủ Mức nước cấp bình lò hơi fail-closed - van đóng an toàn air-to-open - van đóng an toàn fail-open - van mở an toàn air-to-close - van mở an toàn Bộ điều khiển tỷ lệ vi tích phân Thiết bị đo Cảm biến Phần tử cảm biến, đầu đo Điều hoà tín hiệu Bộ chuyển đổi đo chuẩn Bộ chuyển đổi theo nghĩa rộng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Số hiệu Nội dung Trang Hình 1.1 Quá trình chuyển đổi năng lượng 6 Hình 1.2 Mô hình nhà máy nhiệt điện tại trung tâm thí nghiệm 7 Hình 1.3 Nguyên lý cấu tạo của lò 9 Hình 1.4 Cầu trúc điều khiển lò hơi 17 Hình 1.5 Bao hơi 21 Hình 1.6 Cấu tạo điển hình của thiết bị ra nhiệt 23 Hình 2.1 Cấu trúc điều khiển nhiệt độ nước cấp 28 Hình 2.2 Cảm biến đo nhiệt độ 29 Hình 2.3 Van điều khiển 29 Hình 2.4 Cấu trúc điều khiển 31 Hình 2.5 Sơ đồ điều khiển 32 Hình 2.6 Sơ đồ biến 32 Hình 2.7 Sơ đồ mô phỏng với bộ PID tìm được 34 Hình 2.8 Kết quả mô phỏng với bộ PID tìm được 35 Hình 2.9 Kết quả mô phỏng với bộ PID tìm được với giá trị đặt ban đầu là 280C 36 Hình 3.1 Cấu trúc điều khiển mờ cơ bản 37 Hình 3.2 Phương pháp giải mờ cực đại 39 Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển mờ 43 Hình 3.5 Sơ đồ khối hệ thống với bộ điều chỉnh mờ PI(1) 44 Hình 3.6 Sơ đồ khối hệ thống với bộ điều chỉnh mờ PI(2) 45 Hình 3.7 Phương pháp điều khiển thích nghi trực tiếp 45 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn viii Hình 3.8 Phương pháp điều khiển thích nghi dán tiếp 45 Hình 3.9a Bộ điều khiển mờ lai có khâu tiền xử lý mờ 46 Hình 3.9b Hệ mờ với bộ lọc mờ cho tín hiệu chủ đạo x 46 Hình 3.10 Cấu trúc hệ mờ lai CASCADE 47 Hình 3.11 Chọn bộ điều khiển thích nghi bằng khóa mờ 48 Hình 3.12 Sự phân bố các giá trị mờ của biến vào 49 Hình 3.13 Sự phân bố các giá trị mờ của biến ra 50 Hình 3.14 Các luật điều khiển mờ 51 Hình 3.15 Sơ đồ mô phỏng hệ thống với bộ điều khiển mờ lai 51 Hình 3.16 Đáp ứng nhiệt độ của hệ thống với bộ điều khiển mờ lai 52 Hình 3.17 Sơ đồ mô phỏng của hệ thống với bộ điều khiển PID và bộ điều khiển mờ lai 53 Hình 3.18 Đáp ứng nhiệt độ của hệ thống với bộ điều khiển PID và bộ điều khiển mờ lai 54 Hình 4.1 Cấu trúc thí nghiệm điều khiển nhiệt độ 55 Hình 4.2 Bình bao hơi 55 Hình 4.3 Giao diện trong thí nghiệm điều khiển mức nước cấp bao hơi 56 Hình 4.4 Tham số bộ điều khiển 63 Hình 4.5 Kết quả thực nghiệm 64 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài: Trong những năm gần đây trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, nhu cầu về điện năng tăng cao trong sản xuất và đời sống xã hội. Đồng thời trên thế giới hiện nay,việc khai thác các nguồn năng lượng một cách hiệu quả đang là nhu cầu đòi hỏi các nhà khoa học quan tâm. Một trong những nguồn điện chủ yếu ở Việt Nam hiện nay là nhiệt điện. Điện năng đóng vai trò vô cùng quan trọng trong đời sống kinh tế - chính trị - trên toàn thế giới. Nhu cầu sử dụng điện năng của mỗi quốc gia ngày càng tăng. Cùng với sự tồn tại của các nhà máy Thủy điện, Điện hạt nhân, Pin mặt trời, Sức gió, Địa nhiệt... thì nhà máy nhiệt điện đóng vài trò đáng kể. Ở nước ta thì các nhà máy nhiệt điện cung cấp trong nhiều năm gần đây dao động trong phạm vi 20%. Các tổng sơ đồ phát triển điện và dự đoán còn phát triển trong tương lai. Đối với các nhà máy nhiệt điện hiện nay thì nhiên liệu chính sử dụng vẫn là than và khí thiên nhiên, các loại nhiên liệu lỏng ít được sử dụng do nhiên liệu này hạn chế. Vì vậy việc nghiên cứu các phương pháp điều khiển hiện đại nhằm nâng cao chất lượng các quá trình của nhà máy nhiệt điện là rất quan trọng. Việc ứng dụng các thuật toán điều khiển hiện đại sẽ nâng cao được chất lượng và số lượng sản phẩm, đưa lại hiệu quả kinh tế rõ rệt cho công nghiệp nước ta. Vấn đề quan trọng của các hệ thống điều khiển quá trình là bộ điều khiển. Với các bộ điều khiển cho hệ thống điều khiển quá trình có chất lượng thấp như thích nghi, không bền vững,tín hiệu điều khiển không bị chặn.Việc đưa ra phương pháp điều khiển hiện đại áp dụng cho hệ thống điều khiển quá trình,cụ thể là điều khiển mức nước cấp đảm bảo khả năng hoạt động tốt trong mọi chế độ làm việc đòi hỏi các nhà khoa học không ngừng phát triển nghiên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 2 cứu. Vì vậy em chọn đề tài: “Cải thiện chất lƣợng điều khiển nhiệt độ mô hình nhà máy nhiệt điện”. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Xây dựng mô tả toán học cho hệ thống điều khiển nhiệt độ nước cấp của bình chứa. -Thiết kế điều khiển mờ lai để điều khiển hệ thống. - Mô phỏng và thí nghiệm về điều khiển hệ thống trên thiết bị thực của phòng thí nghiệm. 3. Nội dungcủa luận văn Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn bao gồm các chương sau: Chương 1: Tổng quan về mô hình nhà máy nhiệt điện tại trung tâm thí nghiệm. Chương 2: Thiết kế bộ điều khiển PID cho đối tượng điều khiển nhiệt độ mô hình nhà máy nhiệt điện. Chương 3: Thiết kế bộ điều khiển nhiệt độ mô hình nhà máy nhiệt điện bằng bộ điều khiển mờ lai. Chương 4: Kết quả thực nghiệm. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN TẠI TRUNG TÂM THÍ NGHIỆM 1.1. Tổng quan về nhà máy nhiệt điện 1.1.1. Giới thiệu chung Điện năng được sản xuất ra bởi việc sử dụng nguồn năng lượng thiên nhiên. Tùy theo việc sử dụng nguồn năng lượng mà người ta chia ra làm các loại nhà máy điện khác nhau. Nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu chủ yếu là than, nhà máy thủy điện sử dụng năng lượng từ thế năng của nước, nhà máy điện nguyên tử sử dụng năng lượng nguyên tử. Các nhà máy điện được xây dựng tùy theo sự thuận lợi về địa lý, về lợi ích kinh tế. Đối với nhà máy thủy điện được xây dựng trên các con sông lớn để tận dụng thế năng của nước để làm quay tuabin. Còn các nhà máy nhiệt điện được xây dựng gần mỏ cung cấp nhiên liệu. Về vấn đề điều khiển thì các nhà máy nhiệt điện phức tạp hơn các nhà máy thủy điện. Tuy nhiên việc tận dụng nước tự nhiên cũng là một lợi ích kinh tế của nhà máy thủy điện, ngoài ra các nhà máy thủy điện còn đem lại lợi ích cho nghành nông nghiệp. Khi kỹ thuật phát triển thì xu hướng xây dựng các nhà máy điện nguyên tử ngày càng tăng lên, điều này giải quyết vấn đề năng lượng tự nhiên ngày càng khan hiếm. Nhưng vấn đề quan trọng nhất đối với nhà máy điện nguyên tử là trình độ kỹ thuật và an toàn nhà máy. Ở nước ta thì các nhà máy nhiệt điện vẫn cung cấp một lượng điện không nhỏ cho mạng lưới điện quốc gia. Đối với các nhà máy nhiệt điện hiện nay thì nhiên liệu chính sử dụng vẫn là than và khí thiên nhiên, các loại nhiên liệu lỏng ít được sử dụng do nhiên liệu này hạn chế. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 4 a) Phân loại nhà máy nhiệt điện: - Phân loại theo nhiên liệu sử dụng: + Nhà máy nhiệt điện đốt nhiên liệu lỏng. + Nhà máy nhiệt điện đốt nhiên liệu khí. + Nhà máy nhiệt điện đốt nhiên liệu hỗn hợp. - Phân loại theo tuabin quay máy phát: + Nhà máy điện tuabin hơi. + Nhà máy điện tuabin khí. + Nhà máy điện tuabin khí – hơi. - Phân loại theo dạng năng lượng cấp đi: + Nhà máy điện ngưng hơi: chỉ cung cấp điện năng. + Trung tâm nhiệt điện: cung cấp đồng thời cả nhiệt năng và điện năng. b) Chu trình nhiệt của nhà máy nhiệt điện ngưng hơi: Nước từ bao hơi đi xuống các đường ống được bố trí xung quanh thành lò, nước nhận nhiệt năng từ quá trình đốt cháy nhiên liệu trong lò và trở thành hơi bão hòa. Hơi bão hòa được dẫn qua bộ lọc khô và bộ điều chỉnh hơi quá nhiệt đảm bảo nhiệt độ, áp suất vào tuabin cao áp để sinh công lần thứ nhất. Sau đó hơi lại được đưa vào bộ gia nhiệt rồi tiếp tục được đưa vào tuabin trung áp để sinh công lần thứ hai. Từ tuabin trung áp hơi được dẫn thẳng đến tuabin hạ áp để sinh công lần cuối. Hơi sau khi đã sinh công từ tuabin hạ áp sẽ được đưa xuống bình ngưng để ngưng trở lại thành nước. Bình ngưng có hệ thống làm mát tuần hoàn, và hệ thống hút chân không làm cho hơi nước được ngưng tụ nhanh chóng. Sau đó nước từ bình ngưng sẽ được hệ thống bơm ngưng, bơm tới tất cả các bình gia nhiệt hạ áp. Tại đây nước sẽ được làm nóng lên bởi hơi trích ra từ tuabin hạ áp. Sau khi ra khỏi các bình gia nhiệt hạ áp nước được đưa tới các bình khử khí để khử hết các bọt khí có lẫn trong nước. Nước tiếp tục được Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 5 đưa tới các bình gia nhiệt cao áp để nâng nhiệt độ trước khi trở lại bao hơi thành chu trình nhiệt khép kín nước được đưa qua bộ gia nhiệt để được làm nóng thêm bởi khói thoát ra từ lò. 1.1.2. Nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện Nguyên lý sản xuất điện của nhà máy nhiệt điện là chuyển hóa nhiệt năng từ đốt cháy các nhiên liệu trong lò hơi thành cơ năng quay tuabin, chuyển cơ năng của tuabin thành năng lượng điện trong máy phát điện. Nhiệt năng được dẫn đến tuabin qua môi trường dẫn nhiệt là hơi nước. Hơi nước chỉ là môi trường truyền tải nhiệt năng đi nhưng hơi nước vẫn phải đảm bảo chất lượng (như: phải đủ áp suất, đủ độ khô) trước khi vào tuabin để sinh công. Nhiệt năng cung cấp càng nhiều thì năng lượng phát ra càng lớn và ngược lại. Điện áp phát ra ở đầu cực máy phát điện sẽ được đưa qua hệ thống trạm biến áp để nâng lên cấp điện áp thích hợp trước khi hòa vào mạng điện quốc gia. Quá trình chuyển hóa năng lượng từ năng lượng hóa năng chứa trong nhiên liệu thành nhiệt năng bởi quá trình đốt cháy nhiên liệu. Nhiệt năng của quá trình đốt cháy nhiên liệu được cấp cho quá trình tạo hơi bão hòa mang nhiệt năng. Hơi bão hòa là môi trường truyền nhiệt từ lò đến tuabin. Tại tuabin nhiệt năng được biến đổi thành cơ năng, sau đó từ cơ năng chuyển thành điện năng. Quá trình chuyển hóa năng lượng đó có thể được mô tả qua mô hình sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 6 Hóa năng Nhiệt năng Lò Nhiên liệu Cơ năng Bao hơi Hơi Tuabin Máy phát Nước ngưng Hình 1.1: Quá trình chuyển đổi năng lượng 1.2.1 Giới thiệu chung Mô hình hệ thống điều khiển quá trình nhà máy nhiệt điện tại trung tâm thí nghiệm điện - điện tử (hình 1.2) được xây dựng để mô phỏng lại các quá trình cơ bản trong nhà máy nhiệt điện. Mô hình này giúp sinh viên có được cái nhìn khái quát về một nhà máy nhiệt điện, các quá trình công nghiệp và các thiết bị đo lường, điều khiển trong nhà máy nhiệt điện. Các đối tượng sử dụng trong mô hình như: Bộ cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp lực, cảm biến mức, cảm biến lưu lượng, động cơ,…Đây là các đối tượng rất cơ bản và sử dụng rộng rãi trong công nghiệp giúp cho sinh viên có cái nhìn thực tế về thiết bị. Trên cơ sở các bài toán thực tế của nhà máy nhiệt điện sinh viên sẽ được phân tích và đưa ra các bài toán điều khiển các đối tượng khác nhau trong quá trình hoạt động của nhà máy. Các đối tượng này tuy khác nhau nhưng chúng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 7 đều có mối quan hệ mật thiết với nhau. Sinh viên có thể áp dụng các bài toán điều khiển đã được học vào các bài toán thực tế. Van điều khiển CV02 Bình chứa nước Bao hơi Bình gia nhiệt Bơm B02 Điện trở nhiệt Hình 1.2: Mô hình nhà máy nhiệt điện tại trung tâm thí nghiệm Sinh viên có thể đưa ra các thuật toán điều khiển khác nhau cho các đối tượng trong mô hình và lập chương trình điều khiển với các thuật toán đưa ra. Sinh viên có thể phân tích cấu trúc điều khiển đưa ra một cách trực quan thông qua hệ giám sát quá trình, đánh giá các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hoạt động. Ngoài ra sinh viên còn được tiếp cận với bộ phần mềm lập trình và thiết kế hệ giám sát quá trình hoạt động trong nhà máy bằng phần mềm của hãng ABB. Đây cũng là một phần mềm có nhiều tính năng được sử dụng rộng rãi trong thiết kế và điều khiển trong công nghiệp. Sinh viên có thể tiếp cận các kỹ năng cơ bản của bộ phần mềm và ứng dụng thực tế trong công nghiệp khi ra trường. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 8 1.2.2. Mục đích của các bài thí nghiệm trên mô hình nhà máy nhiệt điện Mục đích của các bài thí nghiệm trên mô hình nhà máy nhiệt điện nhằm giúp sinh viên: - Phân tích quá trình hoạt động của một nhà máy nhiệt điện và đưa ra bài toán điều khiển trong từng quá trình. - Làm quen và sử dụng bộ phần mềm giám sát và điều khiển của hãng ABB để điều khiển và giám sát quá trình hoạt động của nhà máy. - Tiếp cận những thiết bị thực tế thường sử dụng trong công nghiệp: Thiết bị cảm biến (áp suất, nhiệt độ, lưu lượng, mức) và thiết bị điều khiển như (biến tần, van điều khiển góc mở, bơm…). - Kiểm định các kiến thức lý thuyết về điều khiển logic và điều khiển quá trình sử dụng các bộ diều khiển PID và các bộ điều khiển cao cấp khác. - Phân tích sự ảnh hưởng của các tham số bộ điều khiển PID và giám sát đáp ứng của hệ thống trên đồ thị, sau đó kiểm chứng sự đúng đắn đáp ứng đó trên cơ sở lý thuyết đã học. Trên cơ sở phân tích hoạt động của nhà máy và thực tế mô hình thí nghiệm hệ điều khiển quá trình nhà máy nhiệt điện chúng ta có thể xây dựng các bài toán nhỏ sau: - Bài thí nghiệm điều khiển nhiệt độ nước cấp. - Bài thí nghiệm điều khiển ổn định mức. - Bài thí nghiệm ổn định lưu lượng. - Bài thí nghiệm ổn định áp suất. Việc chia ra thành các bài thí nghiệm nhỏ giúp sinh viên nắm được nguyên lý điều khiển và có thể kiểm chứng các lý thuyết đã học. Nhưng đây là một hệ mô hình hoàn chỉnh nên mọi quá trình điều khiển trong các bài thí nghiệm nhỏ đều có mối liên hệ qua lại lẫn nhau. Muốn tìm hiểu rõ về các bài toán thực tế này yêu cầu sinh viên phải có tính sáng tạo và chịu khó tìm tòi học Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 9 hỏi. Sau khi đã nghiên cứu kỹ mô hình thí nghiệm tìm hiểu các thiết bị sinh viên sẽ đưa ra phương thức điều khiển hợp lí. Qua đó giúp sinh viên tiếp cận các bài toán trong công nghiệp và hiểu được nguyên lý của nhà máy nhiệt điện. 1.2.3. Lò hơi và hệ điều khiển lò hơi 1.2.3.1. Cấu tạo của lò hơi Nguyên lý và cấu tạo của lò hơi được biểu diễn trên hình 1.3. Cấu tạo chung của lò hơi là nhằm thực hiện 2 nhiệm vụ chính: Một là chuyển hóa năng của nhiên liệu thành nhiệt năng của sản phẩm cháy, nghĩa là đốt nhiên liệu thành sản phẩm cháy có nhiệt độ cao, nước sôi, hơi bão hòa hoặc hơi quá nhiệt có áp suất và nhiệt độ thỏa mãn yêu cầu sử dụng. Hình 1.3: Nguyên lí cấu tạo của lò 1- Buồng đốt; 2- dàn hơiống sinh hơi; 3- vòi phun nhiên liệu + không khí 4- ống nước xuông; 5- bao hơi; 6- ống dẫn hơi trên trần; 7- bộ quá nhiệt hơi 8- Bộ quá nhiệt trung gian hơi; 9- bộ hâm nước; 10- khoảng trống để vệ sinh và sửa chữa; 11- bộ sấy không khí. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 10 Như vậy cấu tạo của lò hơi gồm các hệ thống chính như sau:  Hệ thống cung cấp và đốt cháy nhiên liệu.  Hệ thống cung cấp không khí và thải sản phẩm cháy.  Hệ thống xử lý nước và cấp nước làm mát.  Hệ thống sản xuất và cấp nước nóng cho quá trình sinh hơi.  Hệ thống đo lường điều khiển.  Hệ thống an toàn.  Hệ thống lò: Khung lò, tường lò, cách nhiệt… Với lò đốt phun là loại lò hơi được sử dụng với công suất trung bình và lớn, dùng phổ biến hiện nay trong các nhà máy nhiệt điện ở nước ta, có thể đốt nhiên liệu khí, nhiên liệu lỏng phun thành hạt hoặc nhiên liệu rắn nghiền thành bột mịn. Lò hơi đốt phun gồm các bộ phận chính sau: Bao hơi, van hơi chính, đường nước cấp, vòi phun nhiên liệu, buồng lửa là không gian để đốt cháy tất cả nhiên liệu phun vào lò, phễu tro lạnh để làm nguội các hạt tro xỉ trước khi thải ra ngoài trong trường hợp thải xỉ khô, giếng xỉ để hứng tất cả xỉ ra ngoài, bơm nước cấp, ống khói, bộ sấy không khí, quạt gió, bộ hâm nước, dàn ống nước xuống, dàn ống nước lên, dãy festoon dàn ống sinh hơi và bộ quá nhiệt, bộ lọc bụi để chống mài mòn cánh quạt khói. 1.2.3.2. Phân loại lò hơi Dựa vào thông số hơi:  Lò hơi thông số thấp: Thường được quy ước theo áp suất p < 15 bar, nhiệt độ t < 350 o C , thường dùng hơi bão hòa.  Lò hơi thông so trung bình: Thường được quy ước áp suất từ 15 bar đến 60 bar, nhiệt độ từ 350 đến 450 o C .  Lò hơi thông số cao: Áp suất trên 60 bar. Trong loại này có thể chia thành lò hơi dưới hoặc trên thông số tới hạn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 11 Dựa vào chế độ chuyển động của nước trong lò hơi:  Lò hơi đối lưu tự nhiên: Môi chất chỉ chuyển động đối lưu tự nhiên do sự chênh lệch về mật độ trong nội bộ môi chất mà không tạo được vòng tuần hoàn tự nhiên, thường gặp ở các lò hơi công suất nhỏ.  Lò hơi tuần hoàn tự nhiên: Đây là loại lò hơi thường gặp nhất trong phạm vi công suất trung bình và lớn. Khi vận hành, môi chất tạo được vòng tuần hoàn tự nhiên nhờ sự chênh lệch về mật độ trong nội bộ môi chất. Cũng chỉ có lò hơi dưới tới hạn mới có thể có vòng tuần hoàn tự nhiên.  Lò hơi tuần hoàn cưỡng bức: Dưới tác dụng của bơm, môi chất chuyển động theo quỹ đạo khép kín, thường gặp trong các lò hơi thông số cao. Với lò hơi siêu tới hạn chỉ có thể có vòng tuần hoàn cưỡng bức.  Lò hơi đối lưu cưỡng bức: Đây là loại lò hơi trực lưu hoặc đơn lưu. Trong loại lò hơi này, dưới tác dụng của bơm, môi chất chỉ đi theo một chiều, nhận nhiệt, biến dần thành hơi đưa ra sử dụng mà không có tuần hoàn đi lại. Cũng có thể xếp lò hơi này thành loại lò hơi tuần hoàn cưỡng bức. Dựa theo cách đốt nhiên liệu:  Lò hơi đốt theo lớp: Nhiên liệu rắn (than, củi, bã mía…) được xếp thành lớp trên ghi để đốt. Có loại ghi cố định, có loại ghi chuyển động thường được gọi là ghi xích, có loại ghi xích thuận chiều, có loại ghi xích ngược chiều.  Lò hơi đốt phun: Nhiên liệu khí, nhiên liệu lỏng, nhiên liệu rắn được nghiền thành bột phun vào buồng lửa, hỗn hợp với không khí và tiến hành các giai đoạn của quá trình cháy trong không gian buồng lửa.  Lò hơi đốt đặc biệt: Buồng lửa cháy và buồng lửa tầng sôi. Buồng lửa xoáy có thể đốt than cám nguyên khai thác hoặc nghiền sơ bộ. Nhiên liệu và không khí được đưa vào buồng lửa hình trụ theo chiều tiếp tuyến với tốc độ cao. Dưới tác dụng của lực ly tâm, xỉ lỏng và các hạt nhiên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan