TỔ NG QUAN V Ề CÔNG NGH Ệ S Ả N XU ẤT ĐIỆ N, CÔNG
T ổ ng quan v ề quy trình s ả n xu ất điệ n t ạ i nhà máy nhi ệt điệ n
Nhiệt điện đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện Việt Nam, nơi điện được sản xuất thông qua việc chuyển đổi năng lượng nhiệt từ các nguyên liệu như than đá, hạt nhân, địa nhiệt, mặt trời và chất thải hóa học Hiện nay, nhiều nhà máy nhiệt điện như Vũng Áng, Phú Mỹ, Sông Hậu, Ô Môn, Duyên Hải và Mông Dương đang hoạt động, góp phần lớn vào cơ cấu nguồn điện của hệ thống điện quốc gia.
Hình 1.1 Cơ cấu nguồn điện của thống điện quốc gia theo năng lượng sơ cấp năm 2020
Quy trình sản xuất điện năng tại các nhà máy bao gồm nhiều bước quan trọng, bắt đầu từ việc vận chuyển nhiên liệu từ nơi khai thác đến nhà máy Sau đó, các nguyên liệu này được sử dụng để tạo ra nhiệt năng, làm nóng nước hoặc không khí, tạo ra áp suất cao Luồng hơi và không khí áp lực cao này sau đó được đẩy qua các cánh tuabin, từ đó sản sinh ra điện năng thành phẩm.
Hình 1.2 mô tả chi tiết quy trình và các thành phần thiết bị trong một nhà máy nhiệt điện bao gồm:
1 Kho chứa nhiên liệu 9 Bơm nước ngưng tụ
2 Vận chuyển nhiên liệu 10 Bình gia nhiệt hạ áp
3 Bộ sấy nhiên liệu 11 Bình chứa khí
4 Nồi hơi 12 Bơm cấp nước
5 Tua bin 13 Bình gia nhiệt cao áp
6 Máy phát điện 14 Bơm hơi nước
7 Bình ngưng tụ 15 Bộ sấy nhiên liệu
8 Bơm tuần hoàn 16 Quạt gió
Than từ kho chứa được vận chuyển qua hệ thống để vào bộ sấy, sau đó vào lò hơi Trong lò, nhiên liệu phản ứng với không khí, tạo ra nhiệt năng làm nóng nước và sinh ra hơi nước bão hòa Để bảo vệ các tuabin, hơi nước bão hòa sẽ được đưa qua bộ phận quá nhiệt, biến thành hơi quá nhiệt với nhiệt độ và áp suất cao hơn Khói từ lò đốt sẽ được xử lý qua các bộ lọc để tách than chưa cháy.
Quy trình sản xuất điện tại nhà máy nhiệt điện bao gồm việc xử lý khí thải và tro bay Sau khi sản xuất, khí thải và tro bay được đưa vào ống khói thông qua quạt gió, sau đó thải ra môi trường.
Hơi nước quá nhiệt áp lực cao được đưa vào tuabin hơi 5, nơi nó quay tuabin và máy phát điện đồng trục, chuyển hóa nhiệt năng thành điện năng Điện năng từ máy phát sẽ được nâng áp qua các máy biến áp trước khi đưa vào lưới truyền tải điện Sau khi ra khỏi tuabin, hơi nước giảm đáng kể về nhiệt độ và áp suất, và được chuyển tới bình gia nhiệt 13, bình khử khí 11 và bình gia nhiệt hạ áp 10.
Kết thúc quá trình tuần hoàn của hơi tại bình ngưng 7, hơi sẽ được ngưng tụ thành nước nhờ nguồn nước lạnh từ bơm tuần hoàn 8 Nước đầu ra từ bình ngưng 7 sẽ được bơm trở lại hệ thống và quay lại nồi hơi, do đó hệ thống này còn được gọi là lò sôi tuần hoàn.
• Các đặc điểm chính của nhà máy nhiệt điện:
• Công suất lớn, được xây dựng gần các nguồn cung cấp nguyên liệu
• Phụ tải cung cấp khu vực gần nhà máy rất nhỏ, phần lớn điện năng phát ra được hòa lưới
• Có thể làm việc với phụ tải bất kỳ
• Thời gian khởi động hệ thống lâu: 3 đến 10 giờ
• Có hiệu suất thấp khoảng 30 đến 35%, các nhà máy hiện đại hiệu suất có thểđạt từ40 đến 42%
• Nhà máy có lượng tiêu thụđiện tự dùng lớn 3 đến 15% lượng sản suất
• Vốn xây dựng nhà máy nhỏ, thời gian xây dựng nhanh so với thủy điện
Các nhà máy nhiệt điện gặp phải hạn chế lớn do sử dụng nhiên liệu hóa thạch, dẫn đến việc phát thải một lượng lớn khí độc hại ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường Để giảm thiểu tác động này, các nhà máy thường được xây dựng cách xa khu dân cư và phải tuân thủ các quy định giám sát chặt chẽ về thông số khí thải.
Công ngh ệ lò hơi tầ ng sôi
Lò tầng sôi, hay nồi hơi tầng sôi, là thiết bị sử dụng buồng đốt kiểu tầng sôi để đốt cháy nhiên liệu, tạo ra điều kiện hòa trộn tối ưu giúp nhiên liệu cháy kiệt mà không làm tăng nhiệt độ buồng đốt quá cao Điều này giúp giảm phát thải khí độc hại như CO2, SO2 và NO2 Lò tầng sôi có khả năng sử dụng nhiều loại nguyên liệu khác nhau, bao gồm than đá, nhiên liệu sinh khối và rác thải công nghiệp, từ đó giải quyết vấn đề kinh tế và môi trường bằng cách tận dụng rác thải con người và nâng cao hiệu suất đốt.
Dựa vào môi trường đặt của lò và tốc độđốt trong buồng đốt mà lò hơi tầng sôi được chia làm 3 loại khác nhau:
• AFBC Boiler (Atmospheric Fluidized Bed Combustion) là lò hơi tầng sôi bọt, lò hơi sôi ở áp suất khí quyển và là loại phổ biến nhất
Lò hơi CFBC (Circulating Fluidized Bed Combustion) là một hệ thống lò đốt tầng sôi tuần hoàn, nổi bật với tốc độ sôi cao trong buồng đốt, với vận tốc khói đạt từ 4-6 m/s Các hạt trong khói, bao gồm chất nền và nhiên liệu chưa cháy, được giữ lại nhờ Cyclone tách và được đưa trở lại buồng đốt Mặc dù lò CFBC có hiệu suất đốt cháy rất cao, nhưng chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống lại tương đối lớn, do đó thường được thiết kế cho dải công suất từ 100 tấn/giờ trở lên.
Lò hơi PFBC (Pressurized Fluidized Bed) là một loại lò hơi tầng sôi có áp suất, hoạt động trong môi trường áp suất cao khoảng 16kg/cm2 Quá trình đốt cháy tạo ra khí nóng, sau đó trao đổi nhiệt với nước để sản xuất hơi áp suất cao, sử dụng để quay tua bin Hệ thống lò hơi này có hiệu suất vượt trội so với các loại lò hơi khác, tuy nhiên, đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu lớn và cấu trúc hệ thống phức tạp.
Một hệ thống lò hơi tầng sôi lớn sẽđược xây dựng cấu tạo nên bởi 5 hệ thống con:
• Hệ thống gió và khói
• Hệ thống thải xỉ và xử lý khí thải
• Bộ phần sinh hơi a) Hệ thống cấp liệu
Lò hơi tầng sôi yêu cầu nguyên liệu đầu vào có kích thước đồng đều để đạt hiệu suất cháy tối ưu, với kích thước than từ 0-10mm và biomass từ 0-50mm Sau khi nghiền nhỏ, nguyên liệu được vận chuyển đến các si lô chứa hoặc cấp trực tiếp vào lò đốt qua băng tải, vít, hoặc gàu tải Để kiểm soát nhiệt độ và giám sát hiệu suất, hệ thống cân nguyên liệu được lắp đặt trên băng tải hoặc tại các phễu chứa, giúp đo lường lượng nhiên liệu cung cấp cho lò.
Lò hơi tầng sôi có cấu tạo đặc biệt cho phép nhiên liệu được cấp vào trực tiếp lên bề mặt lớp sôi hoặc từ dưới đáy lò thông qua hệ thống quạt gió Phương pháp cấp liệu từ dưới chỉ áp dụng cho than đá đã được nghiền sơ bộ với kích thước nhỏ và không phổ biến trong thực tế.
Một số lò hơi sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao cần bổ sung đá vôi trong quá trình đốt để tạo phản ứng hóa học với khí thải độc hại, nhằm giảm thiểu tác động đến môi trường, đặc biệt là các khí như SO2 và NO2 Các chất hấp thụ này được nghiền thành kích thước khoảng 0-6 mm và phun vào buồng đốt Để tạo tầng sôi, các hạt nhiên liệu rắn được đưa vào lò và một luồng khí áp cao từ dưới đáy lò thổi lên, khiến các hạt rắn lơ lửng trong không khí Khi nhiên liệu cháy, các hạt có khối lượng riêng lớn sẽ chìm xuống dưới, trong khi các hạt nhẹ hơn sẽ nổi lên Độ sôi của lớp hạt nhiên liệu phụ thuộc vào kích thước và vận tốc sôi, với vận tốc trượt càng lớn thì khả năng hòa trộn nhiên liệu càng tốt và hiệu quả cháy càng cao.
Trong buồng đốt, hệ thống đường ống sinh hơi được lắp đặt tùy theo loại nhiên liệu đầu vào, có thể nằm bên trong lò hoặc bao quanh buồng đốt Đối với than có nhiệt lượng cao, các ống sẽ được lắp đặt chìm trong lớp sôi để duy trì nhiệt độ ổn định, nhưng cần kiểm tra và thay thế thường xuyên do tuổi thọ giảm Với than có nhiệt lượng trung bình và thấp, ống sẽ được lắp đặt xung quanh buồng đốt để hấp thụ nhiệt, giúp kiểm soát nhiệt độ và mang lại tuổi thọ cao cho hệ thống Phương pháp này cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận hành và bảo trì.
Buồng đốt lò sôi tuần hoàn có nhiệt độ cao, do đó cần sử dụng vật liệu chịu lửa để bao quanh, bao gồm cả buồng đốt vách ướt Việc này không chỉ đảm bảo tuổi thọ của buồng đốt mà còn bảo vệ các ống vách ướt khỏi mài mòn và quá nhiệt.
Lớp vật liệu nền trong lò đốt có độ dày từ 120-400 mm, với kích thước hạt rắn (nguyên liệu đầu vào) dao động từ 0.8-1.2 mm và khối lượng riêng từ 1500-2400 kg/m3 Các vật liệu nền phổ biến bao gồm cát, xỉ, đá dolomit và đá vôi Hệ thống cấp gió và xử lý khí thải từ lò đốt cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình vận hành.
Hệ thống cấp gió vào trong lò đốt chia làm hai cấp khác nhau:
Gió cấp một, sau khi được gia nhiệt qua bộ sấy không khí, đi vào buồng phân phối gió dưới đáy lò đốt Tại đây, nhiều béc phun được bố trí để phân phối đều lượng gió, giúp buồng đốt sôi đều và hiệu quả Các béc phun còn có tác dụng ngăn chặn các hạt rắn từ lớp sôi lọt vào buồng cấp gió Hệ thống phân phối gió đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo nhiên liệu cháy hết, nâng cao hiệu suất lò và giảm thiểu tác động đến môi trường.
Gió cấp hai (Secondary Air) được cung cấp vào lò thông qua các ống gió lắp đặt xung quanh lò, gần lớp sôi, nhằm bổ sung oxy cho quá trình cháy của nhiên liệu Việc điều chỉnh lượng gió cấp hai phụ thuộc vào loại nhiên liệu đang sử dụng.
Buồng đốt với bộ bức xạ có cấu tạo đặc biệt ảnh hưởng đến tỷ trọng của gió cấp hai Tỷ trọng này có thể cao hoặc thấp tùy thuộc vào loại nhiên liệu được sử dụng khi cấp vào lò, và trong một số trường hợp, gió cấp hai có thể bị loại bỏ.
Nhiệt lượng từ khói nóng di chuyển từ buồng đến buồng đốt trên sẽ được hấp thụ bởi các ống hơi và tường nước xung quanh lò, làm giảm nhiệt độ khói xuống 600ºC Sau đó, khói đi qua phễu xoáy để tách các hạt rắn chưa cháy, tiếp tục di chuyển qua khu vực đối lưu, bộ hâm nước, bộ sấy không khí và cuối cùng là hệ thống xử lý khói trước khi được thải ra ngoài môi trường Trong quá trình xử lý, khói chứa nhiều tro bay cần được lọc qua hệ thống lọc tĩnh điện để loại bỏ hoàn toàn Lượng khói thải ra được giám sát chặt chẽ để đảm bảo không ảnh hưởng đến môi trường và cộng đồng xung quanh, với các thông số môi trường được cập nhật liên tục gửi về sở tài nguyên môi trường tỉnh nơi nhà máy hoạt động.
Quá trình sản xuất điện tại nhà máy nhiệt điện tạo ra chất thải rắn và khói thải ảnh hưởng lớn đến môi trường Chất thải rắn chủ yếu là xỉ từ nhiên liệu và sản phẩm từ các chất hấp thụ, được thu gom từ đáy buồng đốt và chuyển đến bể chứa Đặc biệt, khói thải cần được xử lý kỹ lưỡng trước khi thải ra môi trường, với sự chú trọng vào việc lọc tro bay Các thiết bị như Cyclone, Ventury, lọc bụi túi và lọc bụi tĩnh điện được sử dụng để xử lý khói, cùng với các thiết bị xử lý khí độc hại như SO2 và NO2.
Lò sôi tầng tuần hoàn, giống như các hệ thống lò hơi khác, bao gồm các bộ phận sinh hơi như tường nước, ống đối lưu, và ống bức xạ Hệ thống ống quá nhiệt cũng được lắp đặt tại buồng đốt trên, góp phần vào hiệu suất hoạt động của lò.
H ệ th ố ng c ấ p than cho nhà máy nhi ệt điệ n than
Các nhà máy nhiệt điện có thể sử dụng đa dạng nguồn nhiên liệu như than đá, than cám, củi trấu, dầu thô và dầu Diesel Tuy nhiên, bài viết này chỉ tập trung vào các nhà máy nhiệt điện sử dụng than làm nguyên liệu đầu vào.
Các nhà máy nhiệt điện than thường được xây dựng gần các khu mỏ than để giảm chi phí vận chuyển và thuận tiện trong việc cung cấp nguyên liệu Phương pháp vận chuyển than phổ biến là sử dụng xe tải chuyên chở, tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là dễ bị gián đoạn do mật độ giao thông và chi phí cao Để khắc phục, nhiều nhà máy đã áp dụng hệ thống băng tải than, giúp vận chuyển trực tiếp từ mỏ đến nhà máy, giảm chi phí, hạn chế thất thoát và đảm bảo cung cấp than liên tục cho sản xuất.
Hình 1.6 Máy nghi ền than đá
Sau khi được vận chuyển về nhà máy, than sẽ được lưu trữ trong kho và kết hợp với các máy phá đống để trộn đều Than trong kho có thể được đưa vào lò đốt ngay, nhưng trước đó sẽ được nghiền để đảm bảo kích thước phù hợp cho buồng đốt, nhằm tối ưu hóa hiệu suất cháy Trong quá trình nghiền, than cũng được sấy khô bằng luồng không khí nóng Các hạt than sau khi nghiền sẽ được sàng lọc qua bộ phận ly để loại bỏ các hạt không đạt tiêu chuẩn, trong khi những hạt đạt yêu cầu sẽ được chuyển vào buồng đốt.
Sau khi được nghiền, than sẽ được vận chuyển qua hệ thống băng tải đến các phễu chứa than tại cửa buồng đốt, nơi mà than sẽ được đưa vào lò theo nhu cầu phụ tải và lệnh điều độ điện Hệ thống băng tải có cấu trúc từ đơn giản đến phức tạp, tùy thuộc vào vị trí lắp đặt và lưu lượng than cần vận chuyển Để đảm bảo lượng than cấp vào lò đúng theo yêu cầu, mỗi băng tải được trang bị thêm hệ thống cấp cân.
Băng tải than tại nhà máy nhiệt điện Mông Dương I cho thấy lượng than đã được vận chuyển sau khi nghiền Từ thông số trên mỗi băng tải, có thể tính toán chính xác tổng lượng than đã được vận chuyển.
X ử lý tro đáy và tro bay
Tro và xỉ nhà máy nhiệt điện được hình thành từ quá trình đốt nhiên liệu than trong lò hơi, là chất thải rắn của sản xuất điện Tro bay có khối lượng riêng nhỏ, dễ dàng bị cuốn theo luồng khói ra khỏi lò đốt và đi qua hệ thống lọc bụi tĩnh điện Tại đây, các hạt tro bị nhiễm điện tích khi đi qua điện trường cường độ cao và bám vào các bản cực điện trái dấu Sau một thời gian, khi lượng tro tích tụ đủ lớn trên các cực, chúng sẽ được các búa gõ làm rơi xuống phễu chứa tro ở đáy bộ lọc tĩnh điện.
Tro bay nhẹ và mịn được đẩy vào các xi lô chứa bằng không khí áp lực cao, trong khi xỉ có khối lượng lớn hơn sẽ được thải qua cửa xả ở đáy buồng đốt Xỉ, sau khi lấy ra từ lò với nhiệt độ cao, cần được làm mát bằng nước trước khi được chuyển đến xi lô chứa qua băng tải xích Nước làm mát này được tái sử dụng để cung cấp cho lò đốt nhằm tạo ra hơi.
Tùy thuộc vào loại than, thành phần tro sẽ khác nhau, với than đá có độ tro cao hơn 20% và than nâu có độ tro thấp hơn 15% Lượng tro xỉ thải ra phụ thuộc vào nguyên liệu, chất lượng than trước khi vào lò đốt, cùng với công nghệ lò đốt như nhiệt độ cháy, kích thước hạt than, thời gian cháy và lượng oxy dư Tro thải ra từ nhà máy bao gồm cả tro đáy và tro bay, trong đó tro bay chiếm tỷ lệ lớn Do đó, hệ thống lọc bụi tĩnh điện là thiết yếu trong các nhà máy nhiệt điện để đảm bảo tiêu chuẩn môi trường.
Than bao gồm ba thành phần chính: than nguyên chất, khoáng chất và hơi ẩm Sau khi đốt, than nguyên chất bị oxy hóa hoàn toàn, hơi ẩm bay hơi, chỉ còn lại khoáng vật Xỉ than chứa các oxit như CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3, NaO, K2O, MgO và TiO2, biến xỉ thành nguồn tài nguyên quý giá Lượng xỉ này được sử dụng để tách chiết các chất từ oxit Tro bay thải ra cũng được tận dụng làm nguyên liệu cho sản xuất xi măng và gạch không nung.
Tro xỉ từ các nhà máy nhiệt điện than cần được thu gom tập trung để ngăn ngừa ô nhiễm môi trường Lượng tro này có thể được tận dụng làm nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng Đồng thời, các thông số môi trường của chất thải phải được giám sát liên tục để đảm bảo hiệu suất kinh tế và bảo vệ môi trường.
Hình 1.8 Ph ễu chứa tro bay sau khi lọc tĩnh điện
HỆ TH Ố NG C Ấ P LI Ệ U VÀ X Ử LÝ TRO ĐÁY VÀ TRO BAY NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN AN KHÁNH
T ổ ng quan v ề nhà máy nhi ệt điệ n An Khánh
Nhà máy nhiệt điện An Khánh được xây dựng tại huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên, cách quốc lộ số 3 khoảng 4km về phía Tây Bắc, gần mỏ than Khánh Hòa và nhà máy xi măng Quán Triều Từ trung tâm thành phố Thái Nguyên, nhà máy cách khoảng 6km theo đường quốc lộ 3.
• Phía Đông Bắc giáp với nhà máy xi măng Quán Triều
• Phía Bắc giáp với khu công nghiệp An Khánh
• Phía Nam, Tây, Đông Nam là khu vực đất nông nghiệp xen kẽ khu dân cư sinh sống
Nhà máy nhiệt điện An Khánh được thiết kế với 2 tuabin hơi, mỗi tổ máy có công suất phát thô đạt 57,5MW, tổng công suất phát điện của nhà máy lên đến 115MW.
Vận hành nhà máy là quá trình điều khiển hệ thống lò hơi cùng các thiết bị phụ trợ nhằm đảm bảo yêu cầu hoạt động hiệu quả Hệ thống của nhà máy bao gồm nhiều thành phần quan trọng như buồng đốt sôi tuần hoàn, hệ thống cyclon phân ly tái tuần hoàn, hệ thống nước và hơi, hệ thống khói-gió, và các hệ thống cấp than, đá vôi vào lò Ngoài ra, còn có hệ thống hơi tự dùng, hệ thống thổi bụi, hệ thống làm mát và vận chuyển tro đáy, cũng như hệ thống xả nước lò hơi và xả khí.
Cổng vào nhà máy nhiệt điện An Khánh bao gồm hệ thống lò hơi, hệ thống lấy mẫu phân tích và hệ thống định lượng hóa chất cho lò hơi, đảm bảo quy trình hoạt động hiệu quả và an toàn.
H ệ th ống điề u khi ể n t ổ máy nhà máy nhi ệt điệ n An Khánh
Để đảm bảo an toàn, tin cậy và hiệu quả trong vận hành, hệ thống đo lường và điều khiển của nhà máy nhiệt điện An Khánh bao gồm nhiều chức năng quan trọng Những chức năng này bao gồm điều khiển phối hợp giữa tuabin và lò hơi, điều khiển phụ trợ cho lò hơi và tuabin, bảo vệ cho tuabin lò hơi, quản lý hệ thống điện, kiểm soát tro và bụi, điều khiển than và đá vôi, cũng như xử lý nước và nước thải Hệ thống này còn bao gồm các điều khiển cho các hệ thống chung khác, đảm bảo hoạt động đồng bộ và hiệu quả của nhà máy.
Các chế độ điều khiển
Lò hơi, tổ máy tuabin – máy phát và các hệ thống phụ trợđược điều khiển và giám sát ở chếđộđiều khiển tập trung
Hệ thống phần chung có khả năng điều khiển và giám sát ở chế độ tập trung, đồng thời có thể chuyển sang chế độ điều khiển tại chỗ để thực hiện các hoạt động như chạy thử, sửa chữa hoặc điều khiển và giám sát trong phòng điều khiển cục bộ (CCR).
Các hệ thống điều khiển phần chung trong nhà máy bao gồm:
• Hệ thống xử lý tro bay và tro đáy
• Hệ thống xử lý hóa học nước
• Hệ thống xửlý đá vôi
• Hệ thống bơm dầu và dỡ tải
• Hệ thống xử lý nước sơ bộ
• Hệ thống sử lý than
• Hệ thống điều khiển khử bụi tĩnh điện
Nhà máy áp dụng mức độ điều khiển tập trung cho các tổ máy và phần chung, với người vận hành thực hiện nhiệm vụ từ phòng điều khiển trung tâm (CCR) Họ hoàn toàn kiểm soát việc khởi động và dừng máy, giám sát hoạt động của tổ máy trong điều kiện bình thường, cũng như thực hiện các biện pháp điều khiển khẩn cấp khi gặp sự cố.
Hệ thống điều khiển phân tán (DCS) sử dụng vi xử lý nhằm thực hiện các chức năng giám sát, điều khiển, báo động, bảo vệ và liên động Hệ thống này còn có khả năng chuẩn đoán, xử lý sự cố và hướng dẫn sửa chữa cho tổ máy, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu trong các trạng thái hoạt động khác nhau Mục tiêu chính là đảm bảo sự vận hành an toàn và kinh tế cho tổ máy.
Hệ thống DCS cung cấp chức năng điều chỉnh và điều khiển chính cho tổ máy cùng các hệ thống phụ trợ trong phòng điều khiển trung tâm CCR Các chức năng chung của nhà máy như điều khiển tro, hệ thống than và xử lý nước được quản lý thông qua CPU trong phòng điều khiển cục bộ Các hệ thống này kết nối với DCS qua giao diện truyền thông, cho phép thực hiện điều khiển và giám sát một cách tập trung.
Trong phòng điều khiển trung tâm (CCR), hệ thống DCS kết hợp với các thiết bị chỉ thị dự phòng và bảng điện tử thông báo tạo thành một trung tâm thông tin và điều khiển hoàn chỉnh Các chỉ thị giám sát quan trọng được bố trí trên panel dự phòng, bao gồm nút ngắt khẩn cấp cho lò hơi, tua bin, ngắt máy phát, và nút điều khiển cho van xả khẩn cấp cùng các bơm dầu bôi trơn AC, DC.
Chức năng điều khiển DCS
Hệ thống DCS tích hợp các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống thu thập dữ liệu (DAS), hệ thống điều chỉnh (MCS), hệ thống điều khiển tuần tự (SCS), hệ thống điều khiển By-Pass (BPCS) và hệ thống điều khiển điện (ECS), nhằm đảm bảo an toàn cho tổ máy và tối ưu hóa hiệu suất hoạt động trong mọi điều kiện.
Hệ thống thu thập dữ liệu (DAS) là thành phần quan trọng của DCS, giúp giám sát, hiển thị và báo động các dữ liệu vào/ra Nó hỗ trợ tính toán, lưu trữ và định hướng thông tin, cung cấp dữ liệu chính xác cho người vận hành Điều này đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả kinh tế trong quản lý quá trình.
Phần chung của nhà máy, bao gồm xử lý tro, xử lý than và xử lý nước, được điều khiển bởi CPU thông qua các màn hình HMI cục bộ Hiện tại, hệ thống này chưa được kết nối với hệ thống DCS.
Hệ thống giám sát hiện tại còn nhiều hạn chế:
• Phần mềm giám sát lạc hậu, khó tương thích với các bộ vi xử lý mới hiện nay
• Giao diện giám sát kém tương thích với người vận hành do thông tin hiển thị bằng chứnước ngoài( tiếng Trung)
Hệ thống BMS/BPS và ETS sử dụng PLC với bộ xử lý dự phòng, đồng thời tích hợp với DCS qua giao diện truyền thông dự phòng và kết nối dữ liệu tốc độ cao của DCS.
Hệ thống CPU điều khiển nhà máy là một bộ hoàn chỉnh và bao gồm các thành phần sau:
Hình 2.2 Giao di ện HMI giám sát khâu xả tro đáy
• Bảng gắn của giao diện người máy (HMI) và các thiết bị máy tính cho việc điều khiển cục bộ
Hệ thống giám sát tuabin
Thiết bị giám sát tuabin bao gồm cảm biến và bộ chuyển đổi, đảm bảo yêu cầu khởi động, vận hành và tắt máy an toàn cho hệ thống tuabin - máy phát.
Hệ thống giám sát tuabin gồm các thành phần:
H ệ th ống điề u khi ể n ph ầ n chung c ủ a nhà máy nhi ệt điệ n An Khánh
Hệ thống DCS phần chung nhà máy để điều khiển và giám sát các hệ thống phần chung như hệ thống điện phần chung, hệ thống bơm tuần hoàn, …
Hệ thống điều khiển cho các ứng dụng như xử lý nước, tro và than thường sử dụng vi xử lý CPU thế hệ cũ, chỉ có khả năng điều khiển và giám sát cục bộ tại vị trí vận hành Tuy nhiên, hiện tại chưa có khả năng kết nối với hệ thống DCS trung tâm, điều này hạn chế hiệu quả và tính linh hoạt trong quản lý.
Hệ thống cấp than vào lò được thiết kế gồm:
− 02 bun ke chứa than nghiền (mỗi bun ke có hai đầu xả)
− 04 máy cấp than kiểu xích
Hệ thống chứa than nghiền bao gồm hai bunke, mỗi bunke có hai phễu xả than Tổng thể tích chứa than của các silo được thiết kế để đảm bảo cung cấp đủ than cho một lò vận hành trong 9 giờ ở chế độ BMCR khi hệ thống cấp than ngừng hoạt động.
Các bunke được trang bị các bộ đo mức liên tục để xác định lượng than chứa trong các bunke ở mức cao nhất, thấp và thấp nhất
Các bunke than cần được thiết kế với hệ thống khử bụi và trích không khí để ngăn ngừa tắc nghẽn Hệ thống này bao gồm các súng không khí hoạt động liên tục hoặc gián đoạn, lấy nguồn cấp từ trạm khí nén trong nhà máy Để vận chuyển than vào buồng lửa, có 4 băng tải và máy cấp than kiểu xích tải cho mỗi lò hơi Trong chế độ hoạt động bình thường, 4 máy cấp than sẽ hoạt động đồng thời, và nếu một máy gặp sự cố, các máy còn lại sẽ tự động tăng công suất để đảm bảo lò hơi hoạt động ổn định Hệ thống điều khiển và giám sát quá trình xử lý than được thực hiện thông qua mạch điện tử với CPU.
Tủ chứa CPU được bố trí trong phòng điều khiển cục bộ và có người trực để đảm bảo hoạt động liên tục Các tín hiệu từ hệ thống sẽ được gửi về màn hình của trạm vận hành trong cùng phòng, phục vụ cho việc điều khiển, giám sát, sửa chữa và kiểm tra Hệ thống hoạt động với hai chế độ chính: chế độ điều khiển bằng tay và chế độ điều khiển tự động.
Hình 2.3 V ị trí đặt cần băng tải than vào lò
H ệ th ố ng th ải tro đáy và tro bay nhà máy nhiệt điệ n An Khánh
Đối với tro đáy được thải từđáy lò đốt sẽ qua bộlàm mát tro được chia thành các ngăn và bề mặt làm mát được ngâm trong nước
Bộ làm mát tro hoạt động bằng cách tạo ra tầng lỏng từ không khí do quạt cung cấp Tro thô được thu gom trong ngăn rỗng và được làm mát hiệu quả Cuối cùng, các mảng tro được vận chuyển ra ngoài bộ làm mát với nhiệt độ từ 60-140 độ.
Việc tạo dòng cho bộ làm mát tro được thực hiện thông qua hệ thống làm kín tuần hoàn, đồng thời duy trì áp suất dương trong bộ làm mát tro để đảm bảo hiệu quả hoạt động.
Hệ thống vận chuyển tro thô hoạt động trong các ngăn rỗng và ngăn làm mát bằng nước thứ nhất của bộ làm mát tro Tro thô được vận chuyển thông qua hệ thống xả với thiết kế khóa phễu tự động, tuy nhiên, tần số hoạt động của khóa phễu cần được điều chỉnh từ phòng điều khiển Tần số xả này phụ thuộc vào chất lượng nhiên liệu và quy trình chuẩn bị.
Quạt làm mát tro đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp không khí tạo tầng cho bộ làm mát tro, giúp phân loại và vận chuyển tro đáy lò ra khỏi buồng lửa Quá trình phân bổ không khí vào lò được điều chỉnh thủ công trong suốt quá trình vận hành Làm mát tro được thực hiện bằng cách ngâm bề mặt trao đổi nhiệt trong nước làm mát Đối với tro bay, với khối lượng riêng nhỏ, chúng sẽ bị khói cuốn ra ngoài khỏi bộ cyclone và đi đến bộ lọc bụi tĩnh điện Tại đây, các hạt tro sẽ bị nhiễm điện tích và bị giữ lại trong bộ lọc, sau đó sẽ được gom về các phễu chứa tro và được khí nén vận chuyển đến các silo chứa tro.
Hình 2.4 Động cơ làm mát băng tải tro đáy
Hình 2.5 B ộ làm mát tro đáy Hình 2.6 Bi ến tần điều khiển động cơ băng tải tro đáy
Hệ thống điều khiển và giám sát cho việc xử lý tro được thực hiện thông qua hai bộ CPU: một bộ xử lý cho tro bay của hai lò hơi và một bộ khác cho tro đáy Các CPU này sẽ đảm nhiệm vai trò điều khiển và giám sát hệ thống xử lý tro, cùng với các bộ điều khiển và module nguồn dự phòng, nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn và tin cậy.
Hệ thống sử dụng chung một phòng điều khiển cục bộ và không hoạt động thường xuyên Trạm vận hành hỗ trợ tự động điều khiển tuần tự, điều khiển bằng tay từ xa, cùng với khả năng sửa chữa và kiểm tra bằng tay tại chỗ.
Giao diện người máy được thiết kế đặt ở mặt trước của tủ lắp đặt CPU, nhằm thuận tiện cho việc sửa chữa và kiểm tra tại chỗ Hệ thống hỗ trợ ba chế độ điều khiển: tay, bán tự động và tự động.
Trong khu vực chứa tro, hệ thống xả tro của silo được trang bị khả năng điều khiển tại chỗ Mức độ tro trong các silo sẽ được truyền đến vi xử lý trong phòng điều khiển cục bộ để giám sát hiệu quả.
H ệ th ố ng c ấp đá vôi vào lò đố t
Mỗi lò hơi được thiết kế với một bunke chứa đá vôi và hai hệ thống cấp đá vôi vào lò Hệ thống vận chuyển và lấy mẫu đá vôi được chia thành hai đường riêng biệt.
Bộ lọc bụi tĩnh điện băng tải độc lập hoạt động với năng suất 50% so với thiết kế cho cả hai băng tải trong điều kiện bình thường Trong trường hợp xảy ra sự cố, một băng tải có khả năng hoạt động với công suất tối đa 100% năng suất thiết kế.
Các thiết bị chính của hệ thống cấp đá vôi vào lò gồm:
- 01 bun ke chứa đá vôi
• 01 phin lọc túi, bao gồm: quạt hút, bộ giảm âm, vv
• 01 van an toàn/thiết bị bảo vệđối với áp suất dương và áp suất âm
• 03 bộ cảm biến đo mức
• 01 hệ thống khí tạo tầng lỏng
- 02 đường cấp đá vôi vào lò, mỗi đường cấp sẽ được bao gồm
• Thiết bịđo theo sơ đồ
• 01 van chặn được điều chỉnh bằng tay và điểm giãn nở
• 01 máy cấp quay, được trang bị bộ biến đổi tần số
• 01 đường ống không khí chống rò rỉ tới silo cùng với nắp
• 01 bơm trục vít hoặc máy cấp kiểu phun
• 01 đường ống vận chuyển (1 x 3 ống; 1 x 2 ống) bao gồm các van bi được tác động bằng tay và bằng khí nén và các điểm giãn nở
Bột đá vôi được đưa vào bunke thông qua hệ thống vận chuyển bên ngoài và cần duy trì mức cao của lượng đá vôi trong bunke để đảm bảo hiệu quả hoạt động.
Bun ke đá vôi được trang bị một phin lọc túi và quạt hút ở đỉnh silo để giảm bụi trong không khí Quạt hút giúp duy trì áp suất dương bên trong silo, cho phép không khí sạch được thải ra môi trường Hệ thống làm sạch bằng khí nén được sử dụng để làm sạch các phin lọc túi Ngoài ra, một tấm chắn an toàn áp suất dương quá áp được lắp đặt trên đỉnh kho chứa trung gian để bảo vệ kho chứa, cùng với một công tắc giới hạn để chỉ thị vị trí của tấm chắn.
Bunke chứa đá vôi được trang bị ba công tắc báo mức: cực đại, cao và thấp, cùng với hệ thống không khí tạo tầng lỏng Hệ thống này bao gồm các tấm mở không khí kiểu trượt hoặc vòi phun, lắp đặt ở đáy thùng chứa trung gian Không khí được cung cấp từ trạm khí nén hoặc các vòi thổi Tại đáy thùng chứa trung gian, có hai đầu ra của silo, mỗi đầu ra kết nối với một băng tải vận chuyển Trong điều kiện vận hành bình thường, cả hai băng tải hoạt động với tải 50% lượng đá vôi yêu cầu, nhưng trong trường hợp sự cố, một băng tải có thể hoạt động tối đa 100% công suất thiết kế Đằng sau mỗi đầu ra silo, có các van chặn điều khiển bằng tay để bảo trì và giãn nở, và cần đảm bảo rằng các van này luôn mở trong quá trình vận hành bình thường.
Mỗi bunke chứa đá vôi phải có khả năng chứa đủ cho lò hơi vận hành trong 9h ở chế độ phụ tải lớn nhất của lò hơi (BMCR).
CPU trong hệ thống xử lý đá vôi được trang bị các bộ điều khiển và module nguồn dự phòng, đảm bảo an toàn và độ tin cậy cao Hệ thống điều khiển cấp đá vôi thực hiện việc giám sát và điều khiển tại trạm vận hành gần silo đá vôi thông qua màn hình HMI điều khiển cục bộ.
Hình 2.8 H ệ thống cấp đá vôi vào lò
Kết luận, hệ thống điều khiển và giám sát hiện tại của nhà máy đã xuống cấp và không còn tương thích với các công nghệ mới Đặc biệt, hai khâu cấp liệu và xử lý tro xỉ hoạt động bằng các trạm cục bộ, dẫn đến sự thiếu đồng bộ trong toàn bộ hệ thống Do đó, đề tài này nhằm mục tiêu nâng cấp hệ thống điều khiển và giám sát cho khâu cấp liệu và khâu xả thải tro bằng các công nghệ mới và bộ CPU hiện đại.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO KHÂU CẤP LIỆU VÀ XỬ LÝ TRO CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN AN KHÁNH
Tổng quan về yêu cầu thiết kế hệ thống và các số liệu ban đầu thiết kế 28
Nghiên cứu thiết kế hệ thống cấp liệu và thải tro đáy cũng như tro bay cho nhà máy nhiệt điện An Khánh nhằm mục tiêu nâng cao công suất vận hành của nhà máy.
Dựa vào cấu trúc hệ thống thiết bị hiện có của nhà máy, bài viết đề xuất phương án thiết kế cho khâu cấp liệu và xử lý tro xỉ, sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC để vận hành động cơ và van, nhằm kiểm soát lượng than và công suất xả thải tro xỉ Các hệ thống điều khiển độc lập này sẽ được kết nối với hệ thống DCS của nhà máy để giám sát và điều khiển toàn diện Mục tiêu nghiên cứu là thiết kế hệ thống điều khiển phân tán (DCS) cho nhà máy nhiệt điện, trong đó cần chú ý đến các thông số của đối tượng điều khiển và điều kiện môi trường vận hành.
Hình 3.1 Mô hình điều khiển quá trình cấp liệu và xử lý tro xỉ nhà máy nhi ệt điện An Khánh
Hệ thống cấp liệu và thu hồi tro đáy của lò đốt hoạt động nhờ các động cơ ba pha, trong khi hệ thống lọc bụi tĩnh điện sử dụng điện áp giữa các cực của buồng lọc để giữ lại hạt bụi bằng lực tĩnh điện Nhiệm vụ thiết kế cho hai quy trình này bao gồm việc điều khiển động cơ ba pha và máy điều khiển điện áp Tất cả các thiết bị được kết nối với màn hình giám sát tại phòng điều khiển trung tâm của nhà máy.
Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát của hệ cấp liệu và thải tro đáy của nhà máy phải đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật:
• Khâu cấp liệu phải đảm bảo cấp đủvà đúng lượng than cần thiết cho lò đốt và khâu phải được vận hành an toàn
• Thải tro đáy của nhà máy phải đáp ứng khảnăng loại bỏlượng tro xỉ khi công suất của lò đốt thay đổi
• Khói thải ra khỏi nhà máy phải đảm bảo các yêu cầu về xả thải môi trường tại khu vực đặt nhà máy
• Công suất vận hành của hai khâu phải phù hợp khi có sự thay đổi lượng nguyên liệu cấp vào lò
• Hệ thống phải giám sát đúng trạng thái vận hành của các thiết bị trong khâu thiết kế
• Hệ thống điêu khiển thiết kế phải đảm bảo tính tin cậy và vận hành an toàn của toàn nhà máy.
Thi ế t k ế h ệ th ống điề u khi ể n và giám sát c ủ a h ệ th ố ng c ấ p li ệ u, x ử lý tro nhà máy nhi ệt điệ n An Khánh
nhà máy nhiệt điện An Khánh
Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát cho khâu cấp liệu
Nguyên liệu đầu vào cho lò đốt tại nhà máy là than cám, được cung cấp từ mỏ than gần đó và vận chuyển bằng băng tải về kho trữ than Tại kho, than được xử lý qua máy nghiền để đảm bảo kích thước hạt than đạt yêu cầu trước khi được chuyển đến silo lò đốt.
Hệ thống cấp liệu được thiết kế để vận chuyển than từ kho chứa đến lò đốt, với than được lưu trữ chủ yếu trong silo Than được đưa vào lò bằng băng tải và quá trình này được điều khiển bởi CPU, đảm bảo hiệu quả và chính xác trong việc cung cấp nhiên liệu.
Hệ thống cấp liệu vào lò được mô tả chi tiết trong Hình 3.2, bao gồm các thiết bị và vị trí lắp đặt cảm biến nhằm thu thập thông số cho thuật toán điều khiển Quy trình này tập trung vào việc điều khiển các đối tượng liên quan để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
• Động cơ ba pha đưa than vào lò
• Động cơ ba pha đưa than lên silo.
Các thông số thu thập cần thiết cho quá trình điều khiển:
• Khối lượng than trên băng tải than lên silo
• Khối lượng than trên băng tải than vào lò
• Nhiệt độ cửa lò đốt
• Mức than trong silo chứa than
Hình 3.2 Sơ đồ điều khiển khâu cấp liệu của lò đốt
• Tốc độbăng tải than lên silo
• Tốc độbăng tải than vào lò
• Dòng điện động cơ tải than lên silo
• Dòng điện động cơ tải than vào lò
Quá trình vận chuyển nguyên liệu lên silo lò đốt và đưa than vào lò được thực hiện thông qua động cơ băng tải 3 pha, đảm bảo động cơ đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật cần thiết.
• Đủ công suất để vận chuyển than từkho lên đỉnh của silo chứa tro
• Hiệu suất làm việc của động cơ đáp ứng yêu cầu vận chuyển của băng tải 200T/h a) Lựa chọn động cơ băng tải
Dựa trên yêu cầu về công suất và hiệu suất làm việc của băng tải, động cơ điện 3 pha giảm tốc có công suất 7.5kW được lựa chọn Động cơ này đảm bảo mô men xoắn cần thiết trên trục động cơ, cung cấp đủ năng lượng để vận chuyển than từ kho than đến đỉnh silo.
Các thông sốđộng cơ đáp ứng được các thông số hiệu xuất của băng tải:
Hình 3.3 Động cơ giảm tốc 7.5kW
Băng tải lắp đặt tại nhà máy có khả năng chứa tối đa 300kg than, với khối lượng băng tải là 80kg, tổng khối lượng mà động cơ cần tải lên tới 380kg.
Thông số kết cấu cơ khí của băng tải:
• Hệ số ma sát pulley 𝜇𝜇1 = 0.95
• Hệ số ma sát hộp giảm tốc 𝜇𝜇2 = 0.9
• Tốc độ của băng tải 1,5m/s
Công suất của động cơ
• T là momen đầu hộp số
• N là tốc độ quay của động cơ sau hộp số (N = 75)
Momen mà động cơ cần tạo ra tại đầu pulley để kéo băng tải hoạt động là
• W là tổng khối lượng của băng tải khi vận hành hết công suất W 380kg
• D là đường kính của pulley D = 0.4 m
Momen động cơ cần tạo ra tại đầu hộp số là:
Thay các thông số vật lý vào các công thức:
𝑇𝑇= 12∗1 20⁄ ∗0.9 = 27 50 PT3.4 Công suất mà động cơ cần cung cấp cho băng tải:
𝑃𝑃= 𝑇𝑇∗𝑁𝑁 9.55 = 4.24 PT3.5 Động cơ lựa chọn cho băng tải có hiệu suất 85% và hệ số chịu quá tải trong vận hành là k = 1.5
Công suất động cơ cần chọn là: 𝑃𝑃 đ𝑐𝑐 = 𝑃𝑃∗1.5 0.85 = 7.48 𝑘𝑘𝑊𝑊 PT3.6
Trên thị trường hiện nay, có sẵn động cơ băng tải với công suất 7.5kW, rất phù hợp cho việc lắp đặt tại các nhà máy Do đó, việc chọn động cơ băng tải 7.5kW là một lựa chọn hợp lý.
B ảng 3.1 Thông số động cơ lựa chọn
STT Thông số Giá trị
Để lựa chọn cảm biến tốc độ cho động cơ băng tải, cần sử dụng động cơ ba pha giảm tốc với mô men lớn, có khả năng đạt tốc độ 75 vòng/phút Cảm biến Encoder E50S8-600-3-T-24 với độ phân giải 600 xung/vòng và tần số hoạt động lên đến 300kHz, hoạt động ở điện áp 24 VDC, là lựa chọn phù hợp Cảm biến này có thể vận hành ở tốc độ tối đa 5000rpm, đáp ứng yêu cầu của động cơ băng tải với tốc độ cao nhất 75rpm.
Hình 3.4 Encoder dùng cho động cơ với độ phân gi ải 600 xung/vòng
Encoder được gắn đồng trục với động cơ để giám sát tốc độ của động cơ băng tải hoặc tốc độ băng tải Tín hiệu từ Encoder tương thích với nhiều thiết bị CPU khác nhau, cho phép bộ vi xử lý thu thập dữ liệu để tính toán và điều khiển, đồng thời gửi tín hiệu giám sát về hệ thống DCS trung tâm Ngoài ra, cần lựa chọn cảm biến đo nhiệt độ cho cửa lò đốt để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
Cảm biến đo nhiệt độ được lắp đặt tại cửa lò và cửa vận than vào miệng lò đốt nhằm đảm bảo than luôn được cung cấp đầy đủ, ngăn chặn nhiệt độ cao từ lò (800 - 900ºC) gây hư hỏng cho băng tải vận chuyển Với nhiệt độ lò đốt lên đến 900 ºC, cảm biến cần có khả năng chịu nhiệt tương đương Do đó, cảm biến nhiệt độ cặp nhiệt ngẫu loại K được lựa chọn thay cho cảm biến PT100, vì PT100 có dải nhiệt độ nhỏ hơn 850 ºC.
Cặp nhiệt ngẫu được sử dụng để đo nhiệt độ tại cửa lò đốt, với cảm biến được chế tạo từ vật liệu Inox nhằm giảm thiểu tác động từ môi trường xung quanh.
Cặp nhiệt ngẫu loại K có các thông số cấu hình:
• Loại cặp nhiệt điện trở: Cr-Al
• Độ chính xác: Class 2(EN -DIN)
• Chiều dài que dò: 400mm
Hình 3.5 C ặp nhiệt ngẫu loại K
Cặp nhiệt ngẫu có đầu ra điện áp, do đó, rất nhạy cảm với nhiễu từ môi trường xung quanh Chúng cũng có khả năng bị suy hao do điện trở của dây dẫn, và thường không tương thích tốt với các chuẩn đầu đọc tín hiệu cảm biến hiện có.
Hiện nay, để tối ưu hóa hiệu suất của CPU, cần bổ sung bộ chuyển đổi cho cặp nhiệt ngẫu lắp đặt Bộ chuyển đổi này sẽ giúp chuyển đổi từ dải điện áp đo được sang dải dòng điện chuẩn 4mA – 20mA, đảm bảo sự chính xác và hiệu quả trong quá trình đo lường.
Bộ chuyển đổi đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển tín hiệu từ dạng điện áp sang dòng điện, giúp giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu từ môi trường và tổn thất tín hiệu do điện trở của dây dẫn Thiết bị này đảm bảo các thông số kỹ thuật cần thiết để hoạt động hiệu quả.
• Tương thích với cảm biến nhiệt độ loại K
• Điện áp hoạt động 5-30Vdc
• Nhiệt độ môi trường hoạt động -40 đến 85ºC d) Cảm biến cảnh báo mức của silo than
Silo chứa than được cấp than qua băng tải, do đó mức than trong silo phụ thuộc vào tốc độ cấp và tải than ra của băng tải Khi băng tải gặp sự cố, tốc độ cấp than và tải than có thể thay đổi không theo đúng thuật toán điều khiển đã cài đặt Vì vậy, cần lắp đặt các cảm biến để phát hiện và cảnh báo sớm cho hệ thống, nhằm xử lý sự cố kịp thời và tránh hư hỏng cho băng tải.
Thi ế t k ế ph ầ n m ềm điề u khi ể n v ậ n hành c ủ a nhà máy
Phần mềm điều khiển khâu cấp liệu
Hệ thống điều khiển của khâu cấp liệu nhà máy được thiết kế cho CPU S7
Bài viết trình bày về việc thực hiện nhiệm vụ điều khiển các thiết bị phần cứng thông qua bộ CPU Bảng 3.2 cung cấp thông tin chi tiết về các ngõ vào ra số và tương tự, từ đó thu thập các thông số cần thiết để xây dựng thuật toán điều khiển cho quá trình cấp liệu.
Sơ đồ thuật toán thiết kế cần giám sát liên tục lưu lượng than cấp vào lò đốt để điều chỉnh công suất động cơ băng tải kịp thời Đồng thời, việc thu thập thông tin về mức than trong silo, tín hiệu cảnh báo mức thấp, mức cao và nhiệt độ cửa lò đốt là cần thiết để đảm bảo an toàn cho quy trình công nghệ, tránh sự cố hư hỏng thiết bị và gián đoạn sản xuất.
Phần mềm điều khiển khâu xảtro đáy
Thuật toán điều khiển được cài đặt cho bộ điều khiển nhằm điều chỉnh công suất xả thải tro đáy của lò đốt một cách phù hợp.
Hình 3.30 Sơ đồ thuật toán cấp liệu
Nhà máy hoạt động liên tục tiêu thụ nguyên liệu, tạo ra lượng tro xỉ lớn từ quá trình đốt Thuật toán được cài đặt trong CPU S7 1200 giúp xử lý và vận chuyển kịp thời lượng tro đáy về silo Chương trình điều khiển liên tục theo dõi nhiệt độ của tro sau khi qua bộ phận làm mát, đảm bảo nhiệt độ trong giới hạn cho phép để tránh hư hại cho băng tải và thiết bị vận chuyển Nhiệt độ của tro được điều chỉnh thông qua việc mở van nước làm mát; nếu nhiệt độ vượt quá giới hạn, lưu lượng nước sẽ được tăng cường để hạ nhiệt, và ngược lại.
Phần mềm điều khiển khâu lọc bụi tĩnh điện
Dựa trên bảng tín hiệu vào ra của bộ CPU điều khiển khâu lọc bụi tĩnh điện, các thông số được giám sát liên tục nhằm đảm bảo an toàn cho người vận hành và thiết bị trong buồng lọc bụi Việc này giúp ngăn chặn sự phóng điện giữa các bản cực, bảo vệ an toàn cho cả người và thiết bị tại nhà máy.
Hình 3.31 Thu ật toán điều khiển khâu xả tro đáy của nhà máy
Bộ lọc bụi được tự động điều khiển thông qua bộ điều khiển tăng điện áp cho bản cực, trong khi CPU giám sát các thông số đầu ra của bộ tăng áp và điều kiện môi trường như độ ẩm và nhiệt độ để đảm bảo an toàn Ngoài ra, CPU còn điều khiển búa gõ để rơi hạt bụi xuống đáy buồng lọc và vận hành hệ thống đẩy tro về silo nhà máy.
Phần mềm điều khiển cấp đá vôi
Dựa vào số lượng tín hiệu đầu vào ra trong bảng 3.6, thuật toán cho hệ thống cấp liệu được thiết kế với hai chế độ: chế độ tự động tính toán lượng đá vôi cần cấp vào lò và chế độ thủ công dựa trên cài đặt của người vận hành Từ thông số lưu lượng, thời gian mở van cần thiết cho hệ thống được tính toán chính xác.
Hình 3.32 Thu ật toán điều khiển hệ thống lọc bụi
Triển khai thuật toán lập trình
Thuật toán cho quy trình cấp liệu và xả thải tro xỉ của nhà máy được lập trình cho bộ điều khiển CPU S7 1200 Chương trình này sẽ được phát triển bằng phần mềm TIA V15 của Siemens, đảm bảo khởi tạo các module bổ sung cho CPU, bao gồm Modbus RTU.
Các thông sốcài đặt cho thiết bị phần cứng (biến tần)
Hình 3.34 Sơ đồ đấu dây cho biến tần Sinamics v20
Hình 3.33 Thu ật toán điều khiển lượng đá vôi cấp vào lò
B ảng 3.9 Các thông số cấu hình cho biến tần
STT THÔNG SỐ GIÁ TRỊ CÀI
1 Lựa chọn loại kết nối (Modbus RTU) Cn011
2 Lựa chọn đường truyền RS485 tại thanh ghi
3 Tốc độ baudrate(P2010) 6 ( tương ứng với giá trị
Để điều khiển biến tần hiệu quả, phần mềm lập trình cho CPU cần được cấu hình với các thông số giao tiếp tương thích với biến tần.
Hình 3.35 Kh ối cầu hình module truyền thông Modbus RTU
Hình 3.36 C ấu hình lệnh điều khiển bật tắt biến tần
Hình 3.37 L ệnh đặt tốc độ cho biến tần
Hình 3.38 Kh ối lệnh cấu hình thuật toán PI cho CPU
PLC S7 1200 sử dụng thuật toán PI để điều khiển động cơ, nhằm đáp ứng nhanh chóng và xử lý sai số về khối lượng than phân bố không đều trên băng tải Trong trường hợp này, không áp dụng thành phần vi phân (D) vào bộ điều khiển vì băng tải hoạt động ổn định về tốc độ trong thời gian dài, kéo dài hàng giờ hoặc hàng ngày.
