Luận văn Nghiên cứu khảo sát hệ thống điều khiển mức nước trong bao hơi của lò hơi bao hơi nhà máy nhiệt điện

Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .. 34 3.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển mức n−ớc bao hơi Nhiệm vụ của hệ thống điều khiển mức n−ớc bao hơi là giữ và duy trì mức n−ớc thay đổi trong khoảng giới hạn là + 50 mm so với tâm hình học của bao hơi trong suốt quá trình làm việc của nhà máy. Bao hơi là đối t−ợng điều chỉnh không có sự cân bằng, mức n−ớc trong bao hơi luôn thay đổi do phụ tải nhiệt của lò hơi luôn thay đổi. Ph−ơng trình cân bằng vật chất bao hơi tuân theo ph−ơng trình: . Trong đó: H là mức n−ớc bao hơi. D là l−u l−ợng hơi. W là l−u l−ợng n−ớc cấp. F là điện tích bề mặt bốc hơi trong bao hơi. mật độ n−ớc. mật độ hơi. Hệ thống điều khiển mức n−ớc bao hơi là một hệ thống điều khiển phức tạp gồm có 3 xung( 3 tín hiệu). - Xung mức n−ớc là xung chính(tín hiệu điều chỉnh vòng chính). - Xung l−u l−ợng hơi là xung thông số đặt. - Xung l−u l−ợng n−ớc cấp là xung phản hồi. Nguyên lý làm việc của hệ thống điều khiển mức n−ớc bao hơi. Bộ điều chỉnh mức n−ớc bao hơi đ−ợc sử dụng là bộ điều chỉnh tỉ lệ tích phân có trễ. Do tính phức tạp của các thông số trong bao hơi cũng nh− sự đòi hỏi thông số mức n−ớc bao hơi rất cao. Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .. 35 Tua bin hạ áp Tua bin cao áp Bình ng−ng Gia Nhiệt Hạ áp (3-5) Bơm ng−ng Bộ quá nhiệt Bình Khử Khí Bơm cấp Gia nhiệt cao áp (6-8) Van Điều Chỉnh P21 U04 GW H GN Bề mặt hấp thụ nhiệt Bao hoi Buồng đốt 3.1. Sơ đồ hệ thống điều chỉnh mức n−ớc bao hơi . Quá trình làm việc của chu trình sản xuất điện của nhà máy: Nhiên liệu đ−ợc đốt trong buồng đốt sinh ra nhiệt truyền cho các bề mặt đốt( gồm các ống n−ớc đặt sát nhau tạo thành bề mặt kín) đ−ợc bao xung quanh buồng đốt. N−ớc nhận nhiệt sôi và đi vào bao hơi bao hơi có nhiệm vụ phân tách hơi và n−ớc. Sau đó hơi đ−ợc đ−a tới bộ quá nhiệt để gia nhiệt cho hơi ở áp suất Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .. 36 không đổi tới nhiệt độ yêu cầu. Sau đó hơi đ−ợc đ−a tới tua bin cao áp, ở đây hơi đ−ợc gi!n nở sinh ra công làm quay trục tua bin kéo máy phát điện, sau đó hơi giảm bị giảm áp suất khi đi qua tầng tua bin cao áp và đ−ợc đ−a tới tua bin hạ áp để tiếp tục gi!n nở sinh ra công tới áp suất bình ng−ng thì hơi đ−ợc thoát ra bình ng−ng. ở đây hơi chuyển thành n−ớc nhờ n−ớc làm mát bình ng−ng. hơi sau khi ng−ng tụ thành n−ớc đ−ợc bơm ng−ng cấp qua các bình gia nhiệt hạ áp, sau khi các bình gia nhiệt hạ áp n−ớc ng−ng nhận nhiệt tới nhiệt độ đ! tính toán và đ−ợc đ−a vào bình khử khí nh− Oxy và CO2( các khí này làm giảm các quá trình trao đổi nhiệt và làm ăn mòn bề mặt kim loại) sau khi ra khỏi bình khử khí n−ớc đ−ợc bơm cấp bơm qua các bình ra nhiệt cao áp.N−ớc đ−ợc nhận nhiệt tới nhiệt độ sôi ở các bình gia nhiệt cao áp thì đ−ợc bơm quay trở lại bao hơi. Khi mức n−ớc trong bao hơi dao động trong khoảng ± 50mm thì bộ điều chỉnh mức bao hơi tác động. Nếu l−u l−ợng n−ớc trên đ−ờng cấp vào lò hơi thay đổi, bộ cảm biến sẽ gửi tín hiệu tới bộ điều chỉnh, bộ điều chỉnh sẽ đ−a ra tín hiệu điều chỉnh tác động đến cơ quan điều chỉnh là van, để van đóng mở sao cho đảm bảo l−u l−ợng n−ớc vào lò ổn định. Đây là vòng điều chỉnh trong và là vòng điều chỉnh phụ để tăng chất l−ợng điều chỉnh. Nếu mức n−ớc trong bao hơi có sự dao động trong phạm vi ± 50mm so với tâm hình học của bao hơi thì thiết bị đo mức n−ớc sẽ nhận biết đ−ợc và đ−a tới bộ điều khiển, ở đây bộ điều khiển so sánh và đ−a ra tín hiệu điều chỉnh tới cơ quan điều chỉnh là van để đóng mở phù hợp với mức tăng hoặc giảm của mức n−ớc. Bộ điều chỉnh làm việc cứ nh− vậy đến khi không còn sự sai lệch giữa tín hiệu định trị mức n−ớc và tín hiệu mức n−ớc mà thiết bị đo mức gửi về. Đây là vòng điều khiển chính trong sơ đồ điều chỉnh n−ớc mức bao hơi. Tín hiệu l−u l−ợng hơi đ−ợc đo đ−a về đ−ợc coi nh− một tín hiệu nhiếu tác động ở đầu ra và đ−a vào bộ điều chỉnh để tăng chất l−ợng điều chỉnh bằng cách tạo thêm một bộ khử nhiễu đ−a về đầu vào cùng với vòng điều chỉnh chính. Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .. 37 D 16 14 17 11 N 10B12 13 12 9 8 HME -211 B21 7 6P21 5 4 3y11 II04 H D W 1 2 3 HIIBIM 3.2. Sơ đồ khối điều khiển mức n−ớc bao hơi. 1. Tín hiệu mức n−ớc H. 2. Tín hiệu l−u l−ợng hơi D. 3. Tín hiệu l−u l−ợng n−ớc cấp W. 4. Bộ phát tín hiệu chủ đạo 3y11 5. Khối đo l−ờng И04 6. Bộ điều chỉnh P21 7. Khối chuyển mạch БY21 8. Khối hợp tải B21 9. Khối khởi động từ ИME – 211 10. Cơ cấu chấp hành MЭO 11. Van điều chỉnh l−u l−ợng n−ớc cấp 12. Bộ biễn đổi chuyển dịch của van ra tín hiệu từ 0 – 5mA 13. Đồng hồ chỉ thị độ mở của van B12 14. Bao hơi Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .. 38 15. Bộ quá nhiệt. 16. Đo l−u l−ợng hơi. 17. Đo l−u l−ợng n−ớc cấp. Nguyên lý làm việc của sơ đồ khối hệ thống điều khiển mức n−ớc bao hơi. Trên sơ độ khối của bộ điều khiển gồm có 3 đát trích nhận tín hiệu. - Đát trích l−u l−ợng n−ớc có độ chênh áp p = 0,63 kg/cm2 - Đát trích l−u l−ợng hơi có độ chênh áp p = 1,6 kg/cm2 - Đát trích mức n−ớc có độ chênh áp p = 630 kg/cm2 Các tín hiệu từ các bộ phận chuyển đổi cảm nhận sẽ thay đổi các thông số l−u l−ợng hơi, l−u l−ợng n−ớc cấp và mức n−ớc bao hơi về khối đo l−ờng d−ới dạng dòng quy chuẩn từ 0 – 5mA. Việc định pha của các tín hiệu này phụ thuộc vào ý nghĩa của công nghệ. Khi đó lò hơi làm việc với các thông số định mức thì l−u l−ợng hơi, mức n−ớc trong bao hơi đ−ợc khối đo l−ờng И04 tiếp nhận cùng với bộ định trị ЗУ11 tổng đại số các tín hiệu bằng không. khi đó khối đo И04 ở trạng thái cân bằng tìn hiệu ra bằng không (Ura =0). Khi có sự sai lệch về mức độ n−ớc ra khỏi vị trí cân bằng hoặc có sự phá vỡ cân bằng giữa giữa l−u l−ợng n−ớc cấp và l−u l−ợng hơi. khi đó khối đo l−ờng И04 sẽ đua ra tín hiệu điện áp Ur= 0- 2,5V. Cực tính của tín hiệu ra phụ thuộc vào dấu của tổng đại số của tín hiệu đầu vào. tín hiệu này sẽ đ−ợc đ−a sang khối bộ điều chỉnh P21. Tại đây khối bộ điều chỉnh P21 có nhiệm vụ xác lập quy luật điều chỉnh d−ới dạng tỉ lệ tích phân sau đó sẽ đ−a ra tín hiệu điều chỉnh d−ới dạng điện áp Ur =±2,5V qua khóa điều khiển và phối hợp tải B21 thông qua khởi động từ để đi điều khiển cơ quan chấp hành (10) để mở hay đóng van điều chỉnh để làm tang hay giảm l−ợng n−ớc vào bao hơi đảm bảo thông số quy định. Tín hiệu điều khiển có quan chấp hành kêt thúc khi sự cân bằng vật chất giữa l−u l−ợng hơi sẽ ổn định ở giá trị định mức của mức n−ớc bao hơi. Nh− vậy bộ điều khiển mức n−ớc bao hơi vhia lam hai vòng: Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .. 39 Vòng tác động nhanh đó là l−u l−ợng n−ớc , bộ điều khiển cơ quan chấp hành( cơ quan điều khiển ). - Vòng tác động có quán tính là mức n−ớc, bộ điều khiển và cơ quan điều khiển. Với bộ điều khiển ba tín hiệu đảm bảo chất l−ợng điều chỉnh cao, chính xác, tăng c−ờng độ tin cậy, duy trì làm việc lâu dài của thiết bị, kéo dài tuổi thọ của thiết bị và đảm bảo đ−ợc quá trình thủy động học trong lò hơi Hình 3.3. Sơ đồ cấu trúc Trong đó : ĐC : là bộ điều chỉnh mức n−ớc. ĐT2: là đối t−ợng van điều chỉnh. ĐT1: là đối t−ợng mức n−ớc bao hơi. Ho: giá trị đặt. - - W qh ĐC ĐT2 ĐT1 y2 y1 Y Ho Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .. 40 3.3.Sơ đồ điều khiển và nhiệm vụ của các phần tử trong hệ điều khiển mức n−ớc bao hơi 3.3.1 Sơ đồ khối các của hệ thống điều khiển D H W 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 N−ớc cấp 12 B12 P21 3Y11 II04 y21 B21 ΠME 211 ΗΠPIM Hình 3.4. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển Chú thích: 1- Tín hiệu l−u l−ợng hơi D. 2- Tín hiệu mức n−ớc H. 3- Tín hiệu l−u l−ợng mức W. 4- Bộ phát tín hiệu chủ đạo ЗУ11 5- Khối đo l−ờng И04 6- Bộ điều chỉnh P21 7- Khối chuyển mạch БУ21 8- Khối hợp tải B21 9- Khối khởi động từ ПME-211 10- Cơ cấu chấp hành MЭO. 11- Van điều chỉnh l−u l−ợng n−ớc cấp. 12- Bộ biến đổi dịch chuyển của van ra tín hiệu từ 0-5mA 13- Đồng hồ chị thị độ mở của van B12 Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .. 41 3.3.2 Các khối thiết bị đo a. Đo mức b. Đo l−u l−ợng n−ớc c. Đo l−u l−ợng hơi 3.3.3 Khối so sánh tổng hợp e = HO - Y + qh-qn Sơ đồ khối cấu trúc của P21 e K1 K n T +1p P21 kết hợp với động cơ chấp hành với hàm truyền đạt WC(p)= 1 Tcp Trong đó: Tc: Là hằng số thời gian Có sơ đồ khối cấu trúc của thiết bị điều chỉnh. K1 Kn T +1p 1 Tcp Ude - Máy điều chỉnh Trong công nghiệp máy điều chỉnh có khuếch đại rơle làm việc ở chế độ tr−ợt, vì vậy khối rơle đ−ợc thay bằng hệ số khuếch đại rơle Kn. Hàm truyền đạt của máy điều chỉnh có dạng công thức. Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .. 42 1 ( ) 2 1 1 1 1 1 1 . 1 . 1 . 1 .1 ( 1). . 1 . . 1 1 (1 ). 1. . 1 . . . . 1 (1 ) . . . 1 1 0 . . . R m p cp R p R p cp p R n n c p R n R n n c ip R n R n m n c K K W Kn TK K T K K T T T K K K T TK T T p K K K K K K T K T T K K K K K K T K K T = + + = + + + = + + + = + >> = = Ti=T : Hằng số thời gian tích phân 3.4. Khối đo l−ờng И04 3.4.1. Sơ đồ khối đo l−ờng MP04 11 12 MP04 13 14 MP04 15 16 MP04 17 18 MP15 MP2 1 2 3 8 9 10 4 5 R4 R4 R4 R4 R5 R9 R6 R10 R7 R11 R8 R12 R15 R15 R14 R20 R19R18 A1 R23 R21 R22 R17 R16 C1 0 - 100% 0 - 40% Hình 3.5. Sơ đồ khối đo l−ờng И04 : Hệ số khuếch đại Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .. 43 Nhiệm vụ: Là một trong những phần tử quan trọng không thể thiếu đ−ợc trong các bộ tự động điều chỉnh các quá trình công nghệ với chức năng là thiết bị cộng đại số các tín hiệu đầu vào không phụ thuộc vào hệ số tỷ lệ các tín hiệu.Khối ИO4 nhận các tín hiệu đầu vào là (H),(D),(W).Các tín hiệu này là tín hiệu dòng một chiều quy chuẩn 0 ữ5mA.Tổng đại số tín hiệu đầu vào và các tín hiệu định trị trong và định trị ngoài tín hiệu mất cân bằng ở đầu ra. Khối ИO4 có 4 kênh vào,có thể có đồng thời đ−a 4 tín hiệu vào khối d−ới dạng dòng quy chuẩn 0 ữ5mA.Hoặc sử dụng 1 trong 4 kênh đầu vào các đầu vào không sử dụng bỏ không. Định trị đặt ngoài là định trị dòng 305 hoặc định trị điện áp 3У11.Khi sử dụng định trị dòng 3У05 thì có thể đấu trực tiếp vào 1 kênh của ИO4.Nếu sử dụng định trị điện áp 3У11 thì đ−ợc đấu vào đầu 8-9-10 nếu sử dụng 3У05 thì các đầu này phải đấu tắt. Các định trị của khối có thể thay đổi đ−ợc -100% %1000 ữữ nhờ núm chỉnh thô “ГPУБ0”. Thay đổi từ -8% %50 ữữ nhờ núm chỉnh tinh “TOЧHO”. Tín hiệu ra của ИO4 là tín hiệu điện áp một chiều có cực tính thay đổi (-2,5 ữữ 0 +2,5)V.Đ−ợc lấy ra trên đầu 4-5 của khối. Các thông số kỹ thuật của khối ИO4. -Các tín hiệu đầu vào là dòng quy chuẩn 0 5ữ mA.Khi điện trở đầu vào RBX-=400Ω -Cực tính của các tín hiệu vào ИO4 phụ thuộc vào tính chất của thông số trong hệ điều chỉnh. -Điện trở định trị đặt ngoài R=2,2kΩ -Cực tính điện áp ra phụ thuộc vào dấu của tổng đại số các tín hiệu đặt vào. Các cơ quan hiệu chỉnh. Các giá trị của cơ quan điều chỉnh ИO4 đ−ợc thực hóa trên các núm sau: - Hệ số tỷ lệ Kn1-Kn4 có thể thay đổi giá trị đ−a từ 0 1ữ . - Định trị ngoài thay đổi nhẩy bậc 0 40% và 0 100%ữ ữ Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .. 44 - Định trị trong của khối đ−ợc thực hóa trên các núm” (P” núm chỉnh tinh - 100ữ+100% - TOЧHO núm chỉnh tinh -5ữ0ữ5%. - Mn1-Mn4 khối chức năng tín hiệu vào ИП15 khối cấp nguồn.MГ-2 khối phát tần số 10kHz. Nguyên lý làm việc của khối đo l−ờng И04. Khối đo l−ờng bao gồm các phần sau: Mạch đo l−ờng,mạch phân cách, máy phát xung, ổn áp, nguồn cấp. Khối đo l−ờng И04 để cộng 4 tín hiệu vào độc lập và tín hiệu đặt tr−ớc. Không phụ thuộc vào tỷ lệ các tín hiệu. Tạo ra tín hiệu mất cân bằng theo ph−ơng trình tín hiệu vào và ra nh− sau: XBNX= Kn1. XBN1+ Kn2. XBN2+ Kn3. XBN3+ Kn4. XBN4+∞ .X3д+Xkp ở đây: XBNX là tín hiệu ra. - XBNi: Là tín hiệu vào. - Kni: Là các hệ số tỷ lệ. - Là hệ số xác định dải tác động của định trị. - X3д, Xkp là giá trị t−ơng ứng của định trị ngoài và trong. Trong mạch đo l−ờng các tín hiệu đ−ợc biến đổi thành tín hiệu điện áp nhờ các điện trở từ R1ữRY. Sau đó các điện áp này đ−ợc đ−a đến các bộ phân cách t−ơng ứng. Bộ phân cách cấu tạo trên nguyên lý: Biến đổi – Biến áp – tái biến đổi. Các bộ phận biến đổi và tái biến đổi đ−ợc cung cấp bởi các xung tam giác có tần số 10kHz từ máy phát xung M Г -2. Tín hiệu ra sau bộ phận phân chia đ−ợc định tỷ lệ nhờ biến trở K п2 và đ−ợc cộng với nhau. Tín hiệu tổng nhận đ−ợc là điện áp của sơ đồ cầu 1 vai đấu với tín hiệu định trị 1 vai đấu với tín hiệu định trị bên ngoài. Cầu đ−ợc cung cấp bởi nguồn ổn áp 4, trong sơ đồ có lắp đặt cơ cấu thay đổi nhẩy bậc và liên tục miền định trị ngoài. Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .. 45 Trên đầu vào của И04 có thể đ−a ra tín hiệu vào có cực tính bất kỳ. Tín hiệu ra của И04 có 2 cực tính và có trị số từ -2,5ữ0ữ+2,5V đ−ợc gửi tới P21 trong sơ đồ điều chỉnh. 3.4.2 Bộ điều chỉnh P21 Nhiệm vụ. Khối điều chỉnh P21 đ−ợc sử dụng trong các bộ tự động điều chỉnh nhận các tín hiệu lối vào đ−ợc đ−a ra trực tiếp vào khối rơle hoặc thông qua khối И04. Khối P21 tạo ra xung điện áp để điều khiển cơ cấu thừa hành thông qua khởi động từ. Khối điều chỉnh tạo quy luật tỷ lệ P hoặc tỷ lệ tích phân PI hoặc tỷ lệ vi phân tích phân PID. Để tạo ra quy luật tỷ lệ tích phân vi phân thì khối P21 phải hợp bộ cùng với khôi Д01 hoặc Д03 ( Khối vi phân). Muốn tạo ra quy luật tỷ lệ phải đ−a vào khối P21 tín hiệu phản hồi từ cơ cấu thừa hành hoặc đ−a tín hiệu điều chỉnh vào khối đo l−ờng И04. Nguyên lý làm việc. Các tín hiệu lối vào là dòng 1 chiều 0ữ5 mA hoặc 0ữ20 mA đi vào các điện trở R1ữR3 ở đây các tín hiệu đ−ợc chuyển thành tín hiệu điện áp kết hợp với nhau và kết hợp với tín hiệu đ−ợc chuyển thành tín hiệu điện áp kết hợp với nhau và kết hợp với tín hiệu 0ữ± 2,5V tổng các tín hiệu đi vào bộ ho!n xung R4, C1 tín hiệu lối ra của bộ R4,C1 đ−ợc đ−a vào bộ khuyếch đại một chiều YB-41 cùng tín hiệu 0ữ5mA đ−ợc khuyếch đại và gửi tới khuyếch đại Rơle YP-2 các lối vào của khối không sử dụng phải đấu tắt. Trong thực tế ở nhà máy chỉ sử dụng đầu vào có điện áp 0ữ ±2,5V từ khối đo l−ờng И04 ở đầu 4-14. Bộ khuyêch đại YB-41 có cấu tạo nh− sau: Bộ biến dung tầng khuyếch đại bán dẫn cao tần mạch liên hệ ng−ợc chính DE-tec-tơ, bộ tái biến điện tần số thấp và phin lọc. Trường ðại học Nụng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .. 46 Tín hiệu lối ra YB -41 đi qua phin lọc và bộ khuyếch đại YB-2 có cấu tạo chủ yếu từ Thyristor và bộ biến điện t