Tài liệu Thiết kế bộ điều chỉnh pid để điều khiển và ổn định mức nước trong hệ thống mức nước bao hơi, đề xuất cải thiện chất lượng bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển pid

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ------------------------- LƯU VĂN SỞ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU CHỈNH PID ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH MỨC NƯỚC TRONG HỆ THỐNG MỨC NƯỚC BAO HƠI, ĐỀ XUẤT CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa THÁI NGUYÊN – 2015 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------- -------- LƯU VĂN SỞ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU CHỈNH PID ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH MỨC NƯỚC TRONG HỆ THỐNG MỨC NƯỚC BAO HƠI, ĐỀ XUẤT CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 605201216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. TRẦN XUÂN MINH THÁI NGUYÊN – NĂM 2015 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ i LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Lưu Văn Sở Sinh ngày: 10 tháng 01 năm 1978 Học viên lớp cao học Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa - khoá 15 - Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái Nguyên. Hiện đang công tác tại: Trường Cao đẳng nghề Hà Giang - Thành Phố Hà Giang - Tỉnh Hà Giang. 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 Lưu Văn Sở 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 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 tài 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 Lưu Văn Sở 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 bảng biểu viii Danh mục các hình vẽ và đồ thị ix MỞ ĐẦU 1 NỘI DUNG 3 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC CẤP BÌNH BAO HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 3 1.1 Khái quát về hệ thống năng lượng gió và đối tượng nghiên cứu 3 1.1.1. Nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện 3 1.1.2. Chu trình nhiệt trong nhà máy nhiệt điện 4 1. 2. Lò hơi nhà máy nhiệt điện 6 1.2.1. Nhiệm vụ của lò hơi 6 1.2.2. Cấu tạo của lò hơi 6 1.2.3. Các loại lò hơi chính 8 1.2.4. Hệ thống điều khiển lò hơi 11 1.2.4.1. Lò hơi là một đối tượng điều khiển 11 1.2.4.2. Giới thiệu chung hệ thống điều khiển lò hơi 12 1.3. Hệ thống điều chỉnh mức nước bao hơi trong nhà máy nhiệt điện 14 1.3.1. Đặt vấn đề 14 1.3.2. Hệ điều khiển bao hơi 15 1.3.3. Mục tiêu nghiên cứu 17 1.4. Kết luận chương 1 18 iv Chương 2. MÔ TẢ TOÁN HỌC CỦA ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC CẤP BÌNH BAO HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 19 2.1. Đặt bài toán 19 2.2. Mô tả toán học cho các thành phần trong hệ thống điều khiển mức nước cấp bình bao hơi nhà máy nhiệt điện 2.2.1. Cấu trúc mô hình nhà máy nhiệt điện 21 21 2.2.2. Cấu trúc điều khiển hệ thống mức nước cấp bình bao hơi 22 2.2.3. Hàm truyền các thành phần của hệ thống 22 2.2.3.1. Thiết bị đo 22 2.2.3.2. Thiết bị chấp hành 26 2.2.3.3. Bình bao hơi 31 2.3. Hàm truyền của hệ thống 37 2.4. Kết luận: 37 Chương 3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH MỨC NƯỚC CẤP BÌNH BAO HƠI 39 3.1. Tổng quan bộ điều khiển PID 39 3.1.1. Thiết kế bộ điều khiển trên cơ sở hàm quá độ h(t) 40 3.1.1.1. Phương pháp Ziegler – Nichols 40 3.1.1.2. Phương pháp Chien – Hrones – Reswick 41 3.1.1.3. Phương pháp hằng số thời gian tổng của Kuhn. 42 3.1.2. Thiết kế điều khiển ở miền tần số 42 3.1.2.1. Nguyên tắc thiết kế 43 3.1.2.2. Phương pháp tối ưu modul 43 3.1.2.3. Phương pháp tối ưu đối xứng 44 3.2. Thiết kế điều khiển mức nước cấp bình bao hơi 45 3.3. Đánh giá chất lượng hệ thống bằng mô phỏng trên Matlab – Simulink 47 3.3.1. Sơ đồ mô phỏng bằng matlab – Simulink 47 3.3.2. Các kết quả mô phỏng 47 3.4. Đánh giá chất lượng hệ thống bằng thực nghiệm 48 v 3.4.1. Mô hình thực nghiệm về điều khiển mức tại trung tâm thí nghiệm 48 3.4.2. Giới thiệu về mô hình thực nghiệm 50 3.4.3. Các kết quả thực nghiệm 55 3.4.4. So sánh với kết quả mô phỏng 56 3.5. Kết luận chương 3 56 Chương 4. ĐỀ XUẤT CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC BAO HƠI BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ PID 57 4.1. Cấu trúc một bộ điều khiển mờ 57 4.1.1. Mờ hóa 57 4.1.2. Giải mờ 58 4.1.3. Khối luật mờ và khối hợp thành 59 4.1.3.1. Các bước xây dựng luật hợp thành khi có nhiều điều kiện 60 4.1.3.2. Thuật toán xây dựng luật hợp thành của nhiều mệnh đề hợp thành 61 4.1.4. Bộ điều khiển mờ 62 4.1.4.1. Bộ điều khiển mờ động 62 4.1.4.2. Bộ điều khiển thích nghi 63 4.1.4.3. Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID 64 4.2. Thiết kế bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID 64 4.2.1. Phương pháp thiết kế 64 4.2.2. Nhận xét 69 4.3. Khảo sát bằng mô phỏng Matlab/Simulink 69 4.3.1. Sơ đồ mô phỏng 69 4.3.2. Kết quả mô phỏng và so sánh bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID 70 4.3.3. Nhận xét 71 4.4. Kết luận chương 4 71 Kết luận và kiến nghị 73 Tài liệu tham khảo 74 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu: STT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ 1 CO Tín hiệu điều khiển 2 MV Biến điều khiển 3 CV Biến được điều khiển 4 PM Tín hiệu đo 5 WH Hàm truyền đạt 6 K Hệ số khuếch đại đầu ra 7 kI,  Các hệ số khuếch đại đầu vào 8 SISO Tín hiệu có một đầu vào và một đầu ra 9 MIMO Tín hiệu có nhiều đầu vào và nhiều đầu ra. 10 SIMO Tín hiệu có một đầu vào và nhiều đầu ra. 11 MISO Tín hiệu có nhiều đầu vào và một đầu ra. vii Các chữ viết tắt STT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ 12 QTCN Mức nước cấp bình bao hơi 13 FC fail-closed - van đóng an toàn 14 AO air-to-open - van đóng an toàn 15 FO fail-open - van mở an toàn 16 AC air-to-close - van mở an toàn 17 PID Bộ điều khiển tỷ lệ vi tích phân 18 FLC Điều khiển logic mờ 19 FMRAFC Bộ điều khiển mờ thích nghi theo mô hình mẫu truyền thẳng 20 Measurementdevice Thiết bị đo 21 Sensor Cảm biến 22 Sensor element Phần tử cảm biến, đầu đo 23 Signal conditioning Điều hoà tín hiệu 24 Transmitter Bộ chuyển đổi đo chuẩn 25 Transducer Bộ chuyển đổi theo nghĩa rộng viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số hiệu Nội dung bảng biểu Trang Bảng 1.1 Quá trình sinh hơi 7 Bảng 1.2 Cấu tạo các bộ phận chính của lò hơi có bao hơi đốt phun 9 Bảng 3.1 Danh mục các thiết bị mô hình thực nghiệm 51 Bảng 4.1 Luật chỉnh định Kp 67 Bảng 4.2 Luật chỉnh định KD 68 Bảng 4.3 Luật chỉnh định  68 ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Số hiệu Nội dung Hình 1.1 Quá trình chuyển hóa năng lượng 4 Hình 1.2 Sơ đồ đồ chu trình nhiệt của một tở máy 5 Hình 1.3 Nguyên lý cấu tạo lò hơi 7 Hình 1.4 Các bộ phận chính của lò hơi đốta than phun 8 Hình 1.5 Sơ đồ cấu tạo của lò hơi có bao hơi 10 Hình 1.6 Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển lò hơi 13 Hình 2.1 MH NMTĐ tại trung tâm TN của trường ĐH kỹ thuật công nghiệp 22 Hình 2.2 Sơ đồ khối một vòng của hệ thống điều khiển quá trình 22 Hình 2.3 Cấu trúc cơ bản của một thiết bị đo quá trình 23 Hình 2.4 Một số hình ảnh thiết bị đo công nghiệp 24 Hình 2.5 Cấu trúc cơ bản của thiết bị chấp hành 26 Hình 2.6 Cấu trúc tiêu biểu của một van cầu khí nén 27 Hình 2.7 Biểu tượng và ký hiệu cho kiểu tác động của van điều khiển 28 Hình 2.8 Bao hơi nhà máy nhiệt điện 31 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12 Hình 2.13 Hình 2.14 Hình 3.1 Hình 3.2 Hệ thống lọc khí, hầm nước và bơm cấp nước Cơ cấu đo và hiển thị mức nước dùng ống kính Đặc tính động của mức nước bình bao hơi khi thay đổi lưu lượng nước cấp Đặc tính động của mức nước bao hơi theo lưu lượng nước cấp Sơ đồ điều chỉnh mức nước bao hơi một tín hiệu Cấu trúc mô tả toán học của toàn hệ thống Sơ đồ khối bộ điều khiển tuyến tính (PID) Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển PID Trang 32 33 35 36 37 37 38 39 x Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Đồ thị quá độ Sơ đồ hệ thống điều khiển Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển mức nước cấp bình bao hơi nhà máy nhiệt điện Cấu trúc mô phỏng điều khiển mức nước cấp bao hơi Đáp ứng của hệ thống với mức nước 70% 40 42 45 46 47 47 Hình 3.9 Đáp ứng của hệ thống với mức nước nhảy cấp từ 70% lên 90% Cấu trúc thí nghiệm điều khiển mức nước cấp bình bao hơi 48 Hình 3.10 Bình cấp nước trong thí nghiệm điều khiển mức nước bao hơi 48 Hình 3.11 Giao diện trong thí nghiệm điều khiển mức nước cấp bao hơi 49 Hình 3.12 Giao diện kết quả thí nghiệm điều khiển mức nước cấp bao hơi 49 Hình 3.13 Kết quả thí nghiệm điều khiển mức nước cấp bao hơi 80% 54 Hình 3.14 Kết quả thí nghiệm điều khiển mức nước cấp bao hơi nhảy cấp từ 80% xuống 60% 54 Hình 4.1 Cấu trúc bộ điều khiển mờ cơ bản 57 Hình 4.2 Phương pháp giải mờ cực đại 58 Hình 4.3 Phương pháp trọng tâm 59 Hình 4.4 Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển mờ PD 62 Hình 4.5 Sơ đồ khối hệ thống với bộ điều chỉnh mờ PI(1) 63 Hình 4.6 Sơ đồ khối hệ thống với bộ điều khiển mờ PI(2) 63 Hình 4.7 Phương pháp điều khiển thích nghi trực tiếp 63 Hình 4.8 Phương pháp điều khiển thích nghi gián tiếp 64 Hình 4.9 Phương pháp điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển 64 Hình 4.10 Phương pháp chỉnh định mờ tham số bộ điều khiển PID 65 Hình 4.11 Bên trong bộ điều chỉnh mờ 66 Hình 4.12 Tập mờ e và e’ 67 Hình 4.13 Tập mờ  67 xi Hình 4.14 Tập mờ Kp và KD 67 Hình 4.15 Cấu trúc chỉnh đỉnh mờ tham số PID 68 Hình 4.16 Sơ đồ mô phỏng mức nước bao hơi với bộ điều khiern PID và bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID 69 Hình 4.17 Sơ đồ mô phỏng mức nước bao hơi với cấu trúc bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID 70 Hình 4.18 Đáp ứng mức nước bao hơi khi đặt 70% 70 Hình 4.19 Đáp ứng áp suât bao hơi khi mức nước đặt thay đổi từ 70% lên 90% 71 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài: Trong nhà máy nhiệt điện một thiết bị quan trọng nhất là lò hơi. Để đảm bảo quá trình hoạt động của nhà máy nhiệt điện cũng như các dây chuyền có sử dụng lò hơi thì việc điều khiển mức nước bao hơi của lò đóng vai trò cực kỳ quan trọng. Nó quyết định đến năng suất và chất lượng của dây chuyền. Việc thiết kế các bộ điều khiển các quá trình trong hệ thống mức nước bao hơi là đòi hỏi cấp thiết đối với cán bộ kỹ thuật, cán bộ, công nhân vận hành... Một số dây chuyền có sử dụng lò hơi đang sử dụng ở nước ta hiện nay có thời gian phục vụ lâu, các hệ thống điều khiển thường là thế hệ cũ hoặc do thời gian nên bị hỏng, cần thiết phải thiết kế mới cũng như áp dụng các kỹ thuật điều khiển hiện đại để cải thiện chất lượng. Tuy nhiên do thời gian có hạn và hạn chế về kiến thức cũng như về thiết bị thí nghiệm nên em chỉ có thể quan tâm đến một phần của hệ thống điều khiển mức nước bao hơi. Xuất phát từ thực tiễn đó nên em đã chọn đề tài: Thiết kế bộ điều chỉnh PID để điều khiển và ổn định mức nước trong hệ thống mức nước bao hơi, đề xuất cải thiện chất lượng bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và tổng quan về điều khiển mức nước cấp bình bao hơi nhà máy nhiệt điện. - Mô tả toán học cho đối tượng điều khiển mức nước cấp bình bao hơi mô hình nhà máy nhiệt điện. - Thiết kế được bộ điều chỉnh PID ứng dụng vào điều khiển và ổn định mức nước của hệ thống mức nước bao hơi của mô hình lò hơi tại trung tâm thí nghiệm trường Đại học Công nghiệp Thái Nguyên. Thực hiện việc mô phỏng và thực nghiệm để kiểm chứng bộ điều khiển được thiết kế. - Đề xuất phương án cải thiện chất lượng điều khiển mức nước bình bao hơi của hệ thống mức nước bao hơi bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID. 2 3. Nội dung của luận văn Với các mục tiêu đã đặt ra, nội dung luận văn bao gồm các chương sau: Chương 1. Tổng quan về điều khiển mức nước cấp bình bao hơi nhà máy nhiệt điện. Chương 2. Mô tả toán học cho đối tượng điều khiển mức nước cấp bình bao hơi mô hình nhà máy nhiệt điện. Chương 3. Thiết kế bộ điều khiển PID để điều khiển và ổn định mức nước cấp bình bao hơi. Chương 4. Đề xuất cải thiện chất lượng điều khiển mức nước bình bao hơi bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID. Kết luận và kiến nghị 3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC CẤP BÌNH BAO HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 1.1. Tổng quan chung về nhà máy nhiệt điện Nhà máy hoạt động dựa trên nguyên tắc chuyển hóa nhiệt năng thành cơ năng rồi sau đó thành điện năng. Nhiệt năng được tạo thành từ việc đốt cháy các nhiên liệu: than đá, khí thiên nhiên, dầu mỏ... tại buồng đốt làm nước trong lò hơi chuyển hóa thành hơi nước. Hơi nước (với các điều kiện về áp suất, nhiệt độ, lưu lượng) được đưa tới sinh công ở tuabin. Điện năng thu được ở đầu ra của máy phát sẽ được đưa qua hệ thống các trạm biến áp để cung cấp cho phụ tải. 1.1.1. Nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện Năng lượng nói chung đóng vai trò vô cùng quan trong trong đời sống kinh tế – xã hội của loài người. Xã hội càng phát triển thì nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao. Nhưng nguồn năng lượng truyền thống đang cạn kiệt dần, nó tỷ lệ thuận với tốc độ phát triển của kinh tế thế giới. Trong những năm qua, ngành năng lượng của nước ta đã có những bước phát triển mạnh mẽ, về cơ bản đã đáp ứng được yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội và đời sống sinh hoạt của nhân dân. Tuy nhiên, trước sự phát triển của các khu công nghiệp, các thành phố, đô thị..... thì yêu cầu bảo đảm nhu cầu về năng lượng để duy trì mức tăng trưởng kinh tế, góp phần bảo đảm an ninh chính trị, trật tự an toàn xã hội và đời sống của nhân dân là rất quan trong. Do đó, “Khai thác và sử dụng năng lượng có hiệu quả và bền vững; Vấn đề sử dụng tiết kiệm các nguồn năng lượng; Khai thác và sử dụng các nguồn năng lượng mới…qua đó, nó góp phần vào sự phát triển ngành năng lượng, quá trình triển khai công nghiệp hóa và hiện đại hóa nước ta”. 4 Nguyên lý sản xuất điện của nhà máy nhiệt điện là chuyển hoá nhiệt năng từ đốt cháy các loại 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 điện 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 hoà vào mạng lưới điện quốc gia. Quá trình chuyển hoá năng lượng từ năng lượng hoá 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 hoà mang nhiệt năng. Hơi bão hoà là môi trường truyền nhiệt từ lò đến tuabin. Tại tuabin nhiệt năng biến đổi thành cơ năng, sau đó từ cơ năng chuyển hoá thành điện năng. Quá trình chuyển hoá năng lượng đó có thể được thể hiện qua mô hình sau: Hình 1.1. Quá trình chuyển hóa năng lượng 1.1.2. Chu trình nhiệt trong nhà máy nhiệt điện Nhà máy nhiệt điện hoạt động dựa trên nguyên tắc chuyển hóa nhiệt năng thành cơ năng rồi sau đó thành điện năng. Nhiệt năng được tạo thành từ việc đốt 5 cháy các nhiên liệu: than đá, khí thiên nhiên, dầu mỏ... tại buồng đốt làm nước trong lò hơi chuyển hóa thành hơi nước. Nước ngưng từ các bình ngưng tụ được bơm ngưng bơm vào các bình gia nhiệt hạ áp đến 140oC. Tại đây, nước ngưng được gia nhiệt bởi hơi nước trích ra từ các cửa trích hơi qua tuabin. Sau khi đi qua các bộ gia nhiệt hạ áp, nước ngưng được đưa lên bình khử khí 6at để khử hết các bọt khí có trong nước, chống ăn mòn kim loại. Nước sau khi được khử khí, được các bơm cấp nước đưa qua các bình gia nhiệt cao áp để tiếp tục được gia nhiệt bởi hơi nước trích ra từ các cửa trích hơi ở xilanh cao áp của tuabin đến nhiệt độ 230oC. Sau khi được gia nhiệt ở gia nhiệt cao áp, nước được đưa qua bộ hâm nước ở đuôi lò rồi vào bình bao hơi. Nước ở bao hơi theo vòng tuần hoàn tự nhiên chảy xuống các giàn ống sinh hơi, nhận nhiệt năng từ buồng đốt của lò biến thành hơi nước và trở về bao hơi. Trong bao hơi phần trên là hơi bão hòa ẩm, phía dưới là nước ngưng. Hơi bão hòa ẩm trong bao hơi không được đưa ngay vào tuabin mà được đưa qua các bộ sấy hơi, tại đây hơi được sấy khô thành hơi quá nhiệt, rồi được đưa vào tuabin. Tại tuabin, động năng của dòng hơi được biến thành cơ năng quay trục hệ thống Tuabin-Máy phát. Hơi sau khi sinh công ở các tầng cánh của tuabin được ngưng tụ thành nước ở bình ngưng tụ. Công do tuabin sinh ra làm quay máy phát điện. Như vậy, nhiệt năng của nhiên liệu đã biến đổi thành cơ năng và điện năng, còn hơi nước là môi chất trung gian được biến đổi theo một vòng tuần hoàn kín. Hình 1.2: Sơ đồ chu trình nhiệt của một tổ máy 6 1.2. Lò hơi nhà máy nhiệt điện 1.2.1. Nhiệm vụ của lò hơi Trong nhà máy nhiệt điện, lò hơi là thiết bị lớn nhất sinh hơi và vận hành phức tạp nhất . Nó được cơ khí hóa và tự động hóa khá cao, làm việc đảm bảo và hiệu suất cao. Trong đó xảy ra quá trình đốt cháy nhiên liệu, nhiệt lượng tỏa ra sẽ biến nước thành hơi, biến năng lượng của nhiên liệu thành nhiệt năng của dòng hơi. Lò hơi có nhiệm vụ chính như sau: - Chuyển hóa năng lượng của nhiên liệu như than đá, dầu mỏ, khí đốt… trong buồng đốt nhiên liệu thành điện năng. - Truyền nhiệt năng sinh ra cho môi chất tải nhiệt hoặc môi chất và thông qua hệ thống dẫn đưa môi chất đi làm quay tua bin. Thường trong lò hơi chất tải nhiệt là nước có nhiệt độ thông thường được đưa lên nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ sôi, biến thành hơi bão hòa hoặc hơi quá nhiệt. 1.2.2. 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. 7 Hình 1.3: Nguyên lý cấu tạo của lò hơi 1- Buồng đốt; 2- dàn ống 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. 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 sử lí 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.