BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------------------
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA
NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐ ĐNG IỀU
KHIỂN LÒ HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
NGUYỄN HÙNG KIÊN
Hà Nội - 2009
Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên
1
MỤC LỤC
L ỜI MỞ ĐẦU ....................................... .............................................. .......................... 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NHIỆT Đ ỆI N.................................... 4
1.1 Tổng quan nhà máy nhiệ đ ệt i n.................................................................................... 4
1.1.1 Giới thiệu chung.................................................................................................................. 4
1.1.2 Nguyên lý sản xuấ đ ệt i n của nhà máy nhiệ đ ệt i n................................................................ 4
1.1.3 Chu trình nhi i............................................................. 6 ệt của nhà máy nhiệt đ ệi n ngưng hơ
1.2 Lò hơi trong nhà máy nhiệ đ ệt i n................................................................................. 7
1.2.1. Vai trò của lò hơi trong nhà máy nhiệ đ ệt i n....................................................................... 7
1.2.2 Phân loại lò hơi nhà máy đ ệi n.............................................................................................8
1.2.3 Cấu t ng cạo và nguyên lý hoạt độ ủa lò hơi.........................................................................9
1.2.4 Quá trình bi ng lến đổi nă ượng trong lò hơi ......................................................................13
1.2.5 Các đặc tính kỹ thuật của lò hơi........................................................................................13
CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG Đ ỀI U KHIỂN LÒ HƠI................................................ 16
2.1 Tổng quan hệ thố đ ềng i u khiển lò hơi ...................................................................... 16
2.1.1. Đối tượng đ ềi u khiển lò hơi .............................................................................................16
2.1.2 Hệ cân bằng trong lò hơi...................................................................................................17
2.2 Các hệ đ ề i u khiển cơ ả b n trong lò hơi ...................................................................... 18
2.3 Hệ đ ề i u khiển cấp nhiên liệu...................................................................................... 19
2.3.1 Các yêu cầu về nhiên liệu .................................................................................................19
2.3.2 Hệ đ ề i u khi n cể ấp nhiên liệu............................................................................................20
2.3 Hệ thố đ ềng i u khiển quá trình cháy.......................................................................... 21
2.3.1 Đ ềi u chỉnh tỷ l u - không khí............................................................................. 22 ệ nhiên liệ
2.3.2 Đ ềi u chỉnh áp suất chân không buồng đốt ........................................................................23
2.3 Hệ thố đ ềng i u khiển mức nước bao hơi.................................................................... 26
2.3.1 Cấu trúc hệ thống c p nấ ước...............................................................................................26
2.3.2 Quá trình hâm nước và khử khí ........................................................................................27
2.3.3 Quá trình lưu thông nước trong bao hơi............................................................................28
2.3.4 Hệ thố đ ềng i u khi n nể ước cấp .......................................................................................... 30
2.4 Hệ thố đ ềng i u khiển hơi ............................................................................................. 31
2.4.1 Các thông số ủ c a hệ đ ề i u khi n hể ơi ..................................................................................31
2.4.2 Đ ềi u khiển áp su i................................................................................. 33 ất và lưu lượng hơ
2.4.3 Hệ đ ề i u khi n nhiể ệ ơt độ h i................................................................................................35
CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG LÒ HƠI ........................................................................ 39
3.1 Các phương trình cân bằng của lò hơi ..................................................................... 39
3.1.1 Ph ng trình cân bươ ằng khối lượng.................................................................................... 39
3.1.2 Ph ng trình cân bươ ằng thể tích ......................................................................................... 40
3.1.3 Ph ng trình cân bươ ằng n ng lă ượng ...................................................................................40
3.2 Mô hình hóa lò hơi cho bài toán đ ềi u chỉ ổ ấnh n định áp su t.................................. 41
Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên
2
3.2.1 Mô hình hóa bộ phậ ện đốt nhiên li u ................................................................................. 41
3.2.2 Mô hình hóa bao hơi ......................................................................................................... 43
3.2.3. Mô hình hóa bộ quá nhiệt và van cấp hơi ........................................................................47
3.2.4. Mô hình cả ệ h thống.........................................................................................................48
3.3 Mô phỏng và ki ng tính ểm chứ ổ ơn định mô hình lò h i........................................... 49
3.3.1 Sơ đồ mô phỏng ................................................................................................................49
CHƯƠNG 4. ỔN ĐỊNH ÁP SUẤ ƠT LÒ H I BẰNG LUẬT Đ ỀI U........................ 57
KHIỂN PID KINH Đ Ể ỜI N VÀ PID M ................................................................... 57
1.1 Luậ đ ềt i u khiển PID ................................................................................................... 57
1.2. Luậ đ ềt i u khiển PID mờ............................................................................................ 62
1.2.1 Khái niệm cơ ả b n về logic mờ..........................................................................................62
1.2.2 Đ ềi u khiển mờ................................................................................................................... 64
1.2.3.Thi b ................................................................................................71 ết kế ộ đ ề i u khiển mờ
1.2.4 Bộ đ ề i u khiển PID mờ.......................................................................................................73
KẾT LUẬN ................................................................................................................. 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 84
TÓM TẮT LUẬN VĂN ................................................. Error! Bookmark not defined.
Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên
3
L ỜI MỞ ĐẦU
Đất nước đ ờ ỳ ể ộ ậ ắ ớ ề ế ếang bước vào th i k phát tri n và h i nh p sâu s c v i n n kinh t th
giới, cùng với đó là nhu cầu về đ ệ i n ngày càng tăng. Vấn u n đề thiế đ ệiđã và đang gây khó
khăn nhiều mặt cho các nhà máy, công ty và đến từng cá nhân. Giờ đ ây không chỉ có EVN
m iới sản xuất đ ện mà các đơn vị như Vinacomin, Petro Việt Nam và nhiều đơn vị cá nhân
khác cũng tham gia xây dựng các dự án đ ệi n, tận dụng các nguồn tài nguyên sẵn có của đất
nước. Vớ ữi tr lượng lớ ậ ợn và thu n l i trong việc khai thác, than đá được xem là nguồn tài
nguyên tiềm năng nhất trong việc giải quyết vấn đề thiế đ ệu i n của đất nước. Nhà máy nhiệt
đ ệ ộ ệ ố đ ề ể ấ ứi n là m t h th ng i u khi n r t ph c tạ ềp, nhi u thiế ị ớ ốt b quá trình v i m i tương tác xen
kênh. Hơn nữa các nhà máy nhiệ đ ệ ởt i n nước ta là do chuyên gia nước ngoài xây dựng, để
vận hành được vẫn cần tới các chuyên gia chỉnh định các tham số. Vấ ộn đề đặt ra là sau m t
thời gian vậ ệ ố ầ ả ỉ ạ ố ạ ư ố ưn hành thì h th ng c n ph i ch nh định l i tham s vì ho t động ch a t i u.
Vậy để những người muốn tìm hiểu về nhiệ đ ệt i n nắm bắt một cách nhanh chóng nguyên lý
và có thể hiệu chỉnh tuỳ ý trước khi vậ ậ ệ ỏ ư ộn hành th t thì h mô ph ng được xem nh là m t
giải pháp tối ưu.
Vớ ụi m c tiêu đó tôi đã chọ ậ ă ố ện đề tài lu n v n t t nghi p là “ Nghiên cứ ỏu và mô ph ng
h i iệ đ ều khiển lò hơi nhà máy nhiệt đ ện”, để tài của tôi ngoài phần mở đầu và kết luận
gồm các phần chính sau:
Chương 1 : Tổng quan về nhà máy nhiệ đ ệt i n.
Chương 2 : Hệ thố đ ề ề ơng i u khi n lò h i.
Chương 3 : Mô phỏng lò hơi.
Chương 4 : Ổn định áp suất lò hơi bằ ậ đ ề ể đ ểng lu t i u khi n PID kinh i n và PID
mờ.
Để thực hiện luận văn tôi đã lựa chọn phần mềm Matlab để thiết kế cấu trúc, mô hình
hoá đối tượng và mô phỏng.
Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên
4
CHƯƠNG 1 . TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NHIỆ Đ ỆT I N
1.1 Tổng quan nhà máy nhiệ đ ệt i n
1.1.1 Giới thiệu chung
Để i iđi sâu vào nghiên cứu hệ đ ều khiển nhà máy nhiệt đ ện thì ta phả ể ếi hi u th nào là
nhiệt t đ ệi n. Nhà máy nhiệ đ ệi n là nhà máy sản xuất ra đ ệi n năng bằng cách chuyển hoá
năng lượng từ nhiệt năng thành cơ năng rồi sang đ ệi n nă ảng. Để s n xuất ra đ ệ ăi n n ng thì có
rất nhiều cách như thuỷ nă ỷ đ ệ ă ử đ ệng (nhà máy thu i n), n ng lượng nguyên t (nhà máy i n
nguyên tử), năng l n s ng lượng gió (nhà máy đ ệiức gió), nă ượng mặt trời...Tuy nhiên sản
xuất đ ệi n năng theo phương pháp nhiệt vẫn là phương pháp phổ thông nhất và chiếm tỷ lệ
cao nhất so với sản xuấ đ ệt i n bằng các phương pháp khác (Nhà máy nhiệt đ ệi n sản xuất ra
khoảng 69% điện năng của thế giới). Nước ta vẫn có nguồn nhiên liệu dồi dào là than và
hiện nay công nghiệp dầu mỏ bắ ể ả ệt đầu hình thành và phát tri n, s n lượng đạt hàng tri u
t iấn/năm và có rất nhiều triển vọng. Do vậy nhà máy nhiệt đ ện đốt than và đốt dầu cũ ấng r t
phát triển. Hiện nay nhà máy nhiệ đ ệt i n lớn nhất nước ta là Phả ạ L i 1&2 với công suất 1040
MW (sả đ ệ ă ỷn lượng i n hàng n m 3,68 t kWh; lượng than tiêu thụ ệ ấ ă 1,6 tri u t n/n m) và nhà
máy nhiệ đ ệt i n đốt dầu khí lớn nhất là Phú Mỹ 1&2 vớ ấi công su t 2451 MW. Ngoài ra còn
một số nhà máy nhiệ đ ệt i n nhỏ khác như Uông bí, Na dương, Vũng Áng…
1.1.2 Nguyên lý sản xuất đ ệ ủ ệ đ ệi n c a nhà máy nhi t i n
Nguyên lý sản xuấ đ ệt i n c n hoá nhiủa nhà máy nhiệ đ ệt i n là chuyể ệt năng từ đốt cháy
các loại nhiên liệu trong lò hơi thành cơ năng làm quay tuabin, tuabin quay tức chạy máy
phát đ ệi n vậy đã chuyển cơ năng thành đ ệi n năng. Nhiệt năng được dẫn đến tuabin qua môi
trường dẫn nhiệt là hơi nước. Hơi nước chỉ ề ệ ă là môi trường truy n nhi t n ng trước khi vào
tuabin để sinh công. Nhiệt năng cung cấp càng nhiều thì nă đ ệ ớng lượng i n phát ra càng l n
và ngược lạ Đ ệi. i n áp phát ra ở đầu cực máy phát đ ệi n sẽ được đưa qua hệ thống trạm biến
áp nâng lên cấ đ ệp i n áp thích hợp trước khi hoà vào lưới đ ệi n quốc gia. Ở đ ây chu trình
nhiệt được chia làm 5 giai đ ạo n chính đó là quá trình đun nóng nước cấp, sinh hơi quá
nhiệt, sinh công và ngưng tụ. Ban đầu nước trước khi cấp lên bao hơi phải được gia nhiệt
(A-B) và đi qua bộ hâm (B-C), từ ơ ể ừ bao h i nước chuy n t dạ ỏ ơ ơng l ng sang h i (C-D), h i
được đưa qua bộ ệ đ quá nhi t (D-E) trước khi i vào tuabin, ở tuabin quá trình sinh công xảy
