Đang tải... (xem toàn văn)
Khảo sát thiết kế hệ thống điều khiển thổi bụi lò hơi cho nhà máy nhiệt điện trên nền simatic s7-300
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ------------------------------------ LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HOÁ ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỔI BỤI LÒ HƠI CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN TRÊN NỀN SIMATIC S7-300 Học viên: VŨ MẠNH LAI Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN DOÃN PHƯỚC THÁI NGUYÊN 2009 ĐẠI HỌC THÁI NGUN TRƯỜNG ĐHKT CƠNG NGHIỆP ***** CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ------------------------------------- THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Vũ Mạnh Lai Lớp: CHK9 Chun ngành: Tự động hố Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Dỗn Phước Ngày giao đề tài: 06/08/2008 Ngày hồn thành: 15/03/2009 KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN PGS.TS: Nguyễn Dỗn Phước HỌC VIÊN Vũ Mạnh Lai Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 Lời nói đầu Ngày nay, cùng hoà nhập với chủ trương công nghiệp hoá hiện đại hoá, ngành điện đóng một vai trò chủ đạo trong chiến lược phát triển kinh tế của cả nước. Tuy nhiên hiện nay năng lượng điện để sản xuất và tiêu dùng còn thiếu rất nhiều. Nhà nước, chính phủ Việt Nam đã có rất nhiều phương án để khắc phục vấn đề này như trong quy hoạch phát triển năng lượng điện chính phủ đã đưa ra danh mục xây dựng các nhà máy nhiệt điện, thuỷ điện và nâng cấp mở rộng các nhà máy điện hiện có. Đặc biệt cùng với sự hội nhập kinh tế thế giới các khu công nghiệp, chế xuất phát triển mạnh, đời sống nhân dân ngày càng cao do dó đã kéo theo nhu cầu sử dụng điện tăng đột biến. Vì vậy việc xây dựng, nâng cấp các nhà máy nhiệt điện được chính phủ quan tâm hàng đầu như : Xây dựng mở rộng nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2, Uông Bí 2, Ninh Bình…Xây dựng mới nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh 1, Quảng Ninh 2, Cẩm Phả 1, Cẩm Phả 2, Mông Dương 1, Mông Dương 2, Sơn Động, Mạo Khê… Song song với việc xây dựng các nhà máy nhiệt điện, thuỷ điện là việc bảo dưỡng, sửa chữa, nâng cấp nhà máy điện. Hệ thống điều khiển thổi bụi lò hơi cho nhà máy nhiệt điện là một trong những hệ thống đóng vai trò quan trọng bởi thổi bụi đều đặn để duy trì công suất hấp thụ nhiệt của các đường ống lò hơi, tăng hiệu suất truyền nhiệt của các đường ống sinh hơi, nâng cao tuổi thọ và năng suất lò hơi. Do hệ thống điều khiển thổi bụi lò hơi cho nhà máy nhiệt điện nước ta hiện nay phụ thuộc vào kỹ thuật nước ngoài, giá thành cao nên việc bảo dưỡng, sửa chữa, thay thế gặp khó khăn. Vì vậy đề tài: “Khảo sát thiết kế hệ thống điều khiển thổi bụi lò hơi cho nhà máy nhiệt điện” thay thế hệ thống thổi bụi hiện tại trong tình trạng bị hỏng hoặc có nỗi phần mềm điều khiển không khắc phục được cần phải làm bởi làm được như vậy chắc giá thành sẽ rẻ hơn mà chúng ta hoàn chủ động trong việc bảo hành, sửa chữa mà không phụ thuộc vào chuyên gia nước ngoài. Cũng qua đó bản đồ án này đã được hoàn thành, mong muốn có thể từ đây Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 xây dựng được một hệ thống thổi bụi tại Việt Nam với đặc điểm kỹ thuật và giá thành hợp lý hơn. Trong thời gian làm luận văn, với những kiến thức được học trong nhà trường cùng với tài liệu tham khảo, sách, tạp chí ở ngoài chương trình học tập và đặc biệt nhờ có sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Doãn Phước, các thầy cô trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, Đại học Bách khoa Hà Nội cùng các bạn đồng nghiệp mà tôi đã hoàn thành bản luận văn này. Tuy nhiên do kiến thức, khả năng còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp cho bản luận văn này. Xin trân trọng cảm ơn ! Thái Nguyên, tháng 3 năm 2009 Tác giả Vũ Mạnh Lai Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 DANH MỤC HÌNH VẼ .5 Chương 1: Những vấn đề cơ bản của lò hơi 1.1. Vai trò của lò hơi trong nhà máy nhiệt điện 6 1.2. Mô tả sơ lược đặc tính kỹ thuật lò hơi, máy thổi bụi nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2 8 1.3. Vai trò của máy thổi bụi trong nhà máy nhiệt điện .15 1.4. Nhiệm vụ của hệ thống điều khiển máy thổi bụi .17 Chương 2: Máy thổi bụi 2.1. Mô tả chung máy thổi bụi 18 2.2. Mô tả cấu trúc máy thổi bụi .19 2.3. Giới thiệu hoạt động máy thổi bụi .22 2.4. Thông số cơ chính máy thổi bụi 23 2.4.1. Thông số cơ chính máy thổi bụi ngắn (Wall Blower-WB) 23 2.4.2. Thông số cơ chính máy thổi bụi dài (Long Sootblower-LSB) .25 2.5. Van điều khiển và nguyên tắc vận hành 27 2.5.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống van 27 2.5.2. Thiết kế sơ đồ hệ thống van 29 2.5.3. Chức năng các van 31 2.5.4. Mô tả nguyên lý vận hành của hệ thống van 33 2.6. Bộ điều khiển điện truyền động tuyến tính Modat 34 2.7. Cảm biến (Sensor áp và Sensor nhiệt) .37 2.7. 1.Cảm biến áp suất (Sensor áp kiểu DMP 333) .37 2.7.2. Cảm biến nhiệt độ (Sensor nhiệt - PT100) .39 Chương 3: Giới thiệu PLC Simatic S7-300 3.1. Mở đầu .43 3.2. Cấu trúc phần cứng của PLC S7-300 .44 3.2.1. Giới thiệu PLC S7-300 .44 Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 3.2.2. Giới thiệu các module PLC S7-300 44 3.2.3. Cấu trúc bộ nhớ CPU 52 3.3. Phần mềm STEP 7 .54 3.3.1. Chức năng của phần mềm STEP 7 .54 3.3.2. Ngôn ngữ lập trình 54 3.3.3. Các bước thực hiện để viết một chương trình điều khiển .55 Chương 4: Thiết kế trạm PLC, mạch lực và chương trình điều khiển cho hệ thống thổi bụi 4.1. Thiết lập bài toán điều khiển và trạm PLC 58 4.1.1. Nguyên tắc hoạt động và các thành phần chính của hệ thống thổi bụi 58 4.1.2. Cấu hình trạm PLC .58 4.2. Cơ cấu chấp hành và mạch lực cho hệ thống thổi bụi .61 4.2.1. Cơ cấu chấp hành 61 4.2.2. Mạch lực cho hệ thống thổi bụi 63 4.3. Tổng quát quá trình hoạt động và vận hành .63 4.3.1. Giới thiệu trình tự thổi bụi điển hình trong nhà máy nhiệt điện .63 4.3.2. Mô tả quá trình hoạt động và vận hành 64 4.3.3. Việc kiểm tra thông thường thiết bị làm việc và thiết bị dự phòng 65 4.3.4. Các sự cố có thể xẩy ra trong hệ thống thổi bụi - Tình huống, nguyên nhân, tín hiệu liên động - bảo vệ, xử lý của người vận hành 67 4.3.5. Các biện pháp an toàn khi thổi bụi các bề mặt trao đổi nhiệt lò hơi .68 4.4. Chương trình điều khiển hệ thống bằng phần mềm Step 7 69 KẾT LUẬN .70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 PHỤC LỤC .72 Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình1.1: Nguyên lý cấu tạo của lò hơi và hệ thống vòi thổi bụi Hình 1.2: Hình ảnh máy thổi bụi và nguyên lý làm sạch Hình 2.2: (a) Hình ảnh máy thổi bụi dài; (b) máy thổi bụi ngắn. Hình 2.3: Động cơ và hộp giảm tốc Hình 2.4: Gối đỡ ống lao Hình 2.5: Gối đỡ và hộp chèn ống lao Hình 2.6: Van hơi và cơ cấu đóng mở Hình 2.7: Hình ảnh máy thổi bụi và van hơi Hình 2.8: Nguyên lý làm việc của hệ thống van Hình 2.9: Sơ đồ hệ thống van Hình 2.10: Hình ảnh actuators modact MT Hình 2.11: Cấu hình của actuator Hình 2.12: Đầu cảm biến áp lực Hình 2.13: Cảm biến đo nhiệt độ loại PT100 Hình 3.1: Nguyên lý chung về cấu trúc của một bộ điều khiển logic khả trình H ình 3.2: Cấu hình cứng của trạm PLC Hình 3.3: Hình ảnh modul CPU của PLC S7-300 Hình 3.4: Hình ảnh modul nguồn của PLC S7-300 Hình 3.5: Hình ảnh module cổng vào số của PLC S7-300 Hình 3.6: Hình ảnh module cổng ra số của PLC S7-300 Hình 3.7: Hình ảnh module cổng vào/ra số của PLC S7-300 Hình 3.8: Hình ảnh module cổng ra tương tự của PLC S7-300 Hình 3.9: Hình ảnh module FM của PLC S7-300 Hình 3.10: Hình ảnh module CP của PLC S7-300 Hình 3.11: Hình mô tả quy trình thực hiện chương trình điều khiển tuyến tính Hình 3.12: Cấu trúc một chương trình có cấu trúc Hình 4.1: Thông số kỹ thuật của modul SM 321 DI, SM 322 DO32xDC24V/0,5A. Hình 4.2: Cấu trúc trạm PLC của hệ thống điều khiển thổ bụi Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 Chương 1: Những vấn đề cơ bản của lò hơi 1.1. Vai trò của lò hơi trong nhà máy nhiệt điện. Lò hơi là thiết bị trong đó xẩy 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 là thiết bị có mặt gần như trong tất cả các xí nghiệp, nhà máy, để sản xuất hơi nước để phục vụ cho quá trình sản xuất điện năng trong nhà máy điện, phục vụ cho quá trình đun nấu, chưng cất các dung dịch, sấy sản phẩm trong quá trình công nghệ ở các nhà máy…Tuỳ thuộc vào nhiệm vụ của lò hơi trong sản xuất, ta có thể phân làm hai loại sau: Trong các nhà máy công nghiệp như nhà máy hoá chất, đường, rượu, bia, nước giải khát, thuốc lá, dệt, chế biến thực phẩm…, hơi nước phục vụ cho quá trình đun nấu, chưng cất các dung dịch, cô đặc và sấy các sản phẩm…thường là hơi bão hoà. Áp suất hơi tương ứng với nhiệt độ bão hoà cần thiết cho quá trình công nghệ, loại lò hơi này được gọi là lò hơi công nghiệp, có áp suất hơi thấp, sản lượng nhỏ. Trong nhà máy điện, lò hơi sản xuất ra hơi để làm quay tuốc bin, phục vụ cho sản xuất điện năng, đòi hỏi phải có công suất lớn, hơi là hơi quá nhiệt có áp suất và nhiệt độ cao. Loại này được gọi là lò hơi nhà máy điện. Nhiên liệu đốt trong lò hơi có thể là nhiên liệu rắn như than, củi, bã mía, có thể là nhiên liệu lỏng như dầu nặng (FO), dầu diezen (DO) hoặc nhiên liệu khí. Hình 1.1 trình bày nguyên lý cấu tạo của lò hơi tuần hoàn tự nhiên trong nhà máy điện. Nhiên liệu và không khí được phun qua vòi phun số 1 vào buồng lửa số 2, tạo thành hỗn hợp cháy và được đốt cháy trong buồng lửa, nhiệt độ buồng lửa có thể đạt tới 19000C. Nhiệt lượng toả ra khi nhiên liệu cháy truyền cho nước trong dàn ống sinh hơi 3, nước tăng dần nhiệt độ đến sôi, biến thành hơi bão hoà. Hơi bão hoà theo ống sinh hơi 3 đi lên, tập trung vào bao hơi số 5. Trong bao hơi số 5, hơi được phân ly ra khỏi nước, nước tiếp tục đi xuống theo ống xuống 4 đặt ngoài tường lò rồi lại sang ống sinh hơi số 3 để tiếp tục nhận nhiệt. Hơi bão hoà từ bao Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 hơi số 5 sẽ đi qua ống góp hơi số 6 vào các ống xoắn của bộ quá nhiệt số 7. Ở bộ quá nhiệt số 7, hơi bão hoà chuyển động trong các ống xoắn sẽ nhận nhiệt từ khói nóng chuyển động phía ngoài ống để biến thành hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao hơn và đi vào ống góp để sang tua bin hơi và biến đổi nhiệt năng thành cơ năng làm quay tua bin. Hình1.1. Nguyên lý cấu tạo của lò hơi và hệ thống vòi thổi bụi 1. Vòi phun nhiên liệu 6. Bộ quá nhiệt nửa bức xạ 13. Quạt khói 2.Buồng đốt 8. Ống hơi lên 14. Quạt gió 3. Phễu tro lạnh 9. Bộ qua nhiệt đối lưu 15. Bao hơi 4. Đáy thải xỉ 10. Bộ hâm nước 16. Ống nước xuống 5. Dàn ống sinh hơi 11. Bộ sấy không khí 17. Ống góp 6. Bộ quá nhiệt bức xạ 12. Bộ khử bụi Máy thổi bụi dài Máy thổi bụi ngắn Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 1.2. Mô tả sơ lược đặc tính kỹ thuật lò hơi, máy thổi bụi nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2. Lò hơi nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2 thuộc loại lò một bao hơi, tuần hoàn tự nhiên, thông gió cân bằng, buồng lửa thải xỉ khô, quá nhiệt trung gian một cấp và áp lực dưới tới hạn, phù hợp cho việc lắp đặt ngoài trời. Lò hơi được thiết kế để đốt than bột với hệ thống phun than trực tiếp (không có kho than bột trung gian và các máy cấp than bột). - Đặc tính kỹ thuật của lò hơi ở phụ tải cực đại và định mức như sau: TT Chỉ tiêu thiết kế Đơn vị Trị số BMCR RO 1 Lưu lượng hơi quá nhiệt t/h 921,76 875,57 2 Áp lực bao hơi kg/cm2 189,4 187,5 3 Nhiệt độ bao hơi 0C 360 359 4 Áp lực hơi quá nhiệt kg/cm2 174,6 174,1 5 Nhiệt độ hơi quá nhiệt 0C 541 541 6 Lưu lượng hơi quá nhiệt trung gian t/h 814,86 776,9 7 Áp lực hơi vào bộ quá nhiệt trung gian kg/cm2 44,81 42,81 8 Nhiệt độ hơi vào bộ quá nhiệt trung gian 0C 348,1 344,1 9 Áp lực hơi ra bộ quá nhiệt trung gian kg/cm2 42,71 40,71 10 Nhiệt độ hơi ra bộ quá nhiệt trung gian 0C 541 541 11 Áp lực nước cấp vào bộ hâm nước kg/cm2 192,8 190,7 12 Nhiệt độ nước cấp vào bộ hâm nước 0C 262 259 13 Nhiệt độ nước cấp ra bộ hâm nước 0C 291 288 14 Tiêu hao nhiên liệu kg/h 131,119 125,257 15 Tổng các tổn thất % 11,63 11,5 16 Hiệu suất lò % 88,37 88,5 [...]... bộ qua nhiệt, bộ hâm, bộ sấy…) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp 17 1.4 Nhiệm vụ của hệ thống điều khiển máy thổi bụi Hệ thống điều khiển máy thổi bụi là một hệ thống rất quan trọng ảnh hưởng tới chất lượng hoạt động và hiệu suất của lò hơi Nhiệm vụ của hệ thống điều khiển là điều khiển máy thổi bụi đưa vòi thổi và hơi thổi vào lò hơi để... Khói lò +5 mBar 2.5 Van điều khiển và nguyên tắc vận hành 2.5.1 Nguyên lý làm việc của hệ thống van Hệ thống van làm việc theo chu trình làm việc của hệ thống thổi bụi và được điều khiển bằng hệ thống điều khiển PLC Chu trình thổi bụi được điều khiển bằng hệ thống điều khiển vòi thổi bụi, bắt đầu mở van hơi riêng và van xả, tiếp theo mở van đầu vào của hơi thổi bụi chính để nhận hơi và sấy ấm tất cả các... qua tường lò hơi mà lại ngăn chặn khói thoát ra môi trường nơi lắp đặt vòi thổi bụi thì lò hơi của nhà máy nhiệt điện trang bị một hộp chèn có tác dụng điều áp, khí chèn được lấy từ quạt gió chèn vòi thổi bụi Thường lò hơi của nhà máy nhiệt điện trang bị hệ thống thổi bụi gồm 2 loại vòi thổi bụi: - Loại vòi thổi bụi ngắn có thể co lại được (được lắp đặt ở tường buồng lửa) - Loại vòi thổi bụi dài có... quá trình hoạt động của lò hơi Các máy thổi bụi được điều chỉnh theo các điều kiện vận hành trong hệ thống lò hơi Mỗi máy thổi bụi được thiết kế riêng theo yêu cầu đặt ra: + Sự bố trí + Áp suất khói lò + Nhiệt độ khói lò + Hình dáng bề mặt làm sạch + Các thông số môi chất để làm sạch + Các yêu cầu về điều khiển Máy thổi bụi được nhiều hãng trên thế giới sản xuất với những công nghệ đặc thù riêng nhưng... sinh hơi trong giới hạn cho phép Để đạt được điều này, hệ thống được thiết kế thực hiện các yêu cầu sau: - Điều khiển động cơ để đóng mở van - Điều khiển động cơ máy thổi bụi - Đảm bảo tất cả các thông chính của quá trình (áp suất, nhiệt độ hơi thổi, thời gian ) duy trì trong thời gian an toàn - Điều khiển phối hợp các thành phần phải được thực hiện để tự động điều khiển máy thổi bụi và van cấp hơi cho. .. http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp 28 Hơi thổi bụi H ệ thống thổi bụi ở trạng thái chờ làm việc Lệnh yêu cầu thổi bụi Mở van đầu vào hơi thổi, mở van thổi bụi chính để sấy đường ống vòi thổi được h Mở van xả nước đọng Điều kiện áp suất, nhiệt độ hơi thổi Không có Sự cố Mở van giảm áp cấp hơi cho máy thổi Có Đóng hệ thống van và bảo dưỡng Hình 2.8: Nguyên lý làm việc của hệ thống van Số hóa bởi Trung tâm Học... 29 2.5.2 Thiết kế sơ đồ hệ thống van Trạm van có vai trò giảm áp suất của hơi được lấy từ bao hơi xuống đến áp suất cần thiết phù hợp cho hệ thống thổi bụi Trong qua trình sử dụng nó có thể điều khiển từ xa để thay đổi tỉ lệ giảm áp đối với áp suất hiện hành của hơi Trên trạm van còn lắp các sensơ nhiệt và sensơ áp lực, giúp cho hệ thống thổi bụi điều khiển hoàn thiện khi các thông số về nhiệt độ và... suất đưa về tủ điều khiển để xử lý và tiến hành điều chỉnh cho phù hợp để hệ thống có thể làm việc bình thường Song song với hệ thống hơi còn có hệ thống gió chèn Gió chèn được lấy từ hệ thống quạt gió cấp của lò qua hệ thống gió chèn đến các máy thổi bụi nhằm mục đích không cho khói lò đi ngược ra ngoài qua các khe hở đảm bảo an toàn cho hệ thống và cho người vận hành Gió chèn không yêu cầu áp suất... bộ điều khiển logic có thể lập trình (PLC) trong tuần tự, mà tuần tự này duy trì bề mặt ống phía ngoài được sạch trong giới hạn cho phép Việc cung cấp hơi cho các vòi thổi bụi được lấy từ ống góp đầu vào của bộ quá nhiệt cuối cùng và được giảm áp bằng van cung cấp hơi thổi bụi Áp lực hơi cho mỗi vòi thổi bụi có thể được điều chỉnh riêng bằng 1 bộ điều chỉnh áp lực trên mỗi van thổi Để đầu vòi thổi bụi. .. suất, nhiệt độ của hơi sau giảm áp được hiện thị trên Panel điều khiển Các van điện có thể điều khiển trên Panel điều khiển hoặc tại chỗ bằng tay Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp 30 2.4 2.7 2.9 2.11 2.10 Hơi từ bộ quá nhiệt 2.6 2.1 Hơi đến máy thổi bụi 2.5 2.7 AS-cao 2.2 AS-cao 2.8 AS- thấp 2.3 AS- thấp Ống gió chèn Ống hơi Máy thổi bụi . NGÀNH: TỰ ĐỘNG HOÁ ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỔI BỤI LÒ HƠI CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN TRÊN NỀN SIMATIC S7-300 Học viên:. dựng các nhà máy nhiệt điện, thuỷ điện là việc bảo dưỡng, sửa chữa, nâng cấp nhà máy điện. Hệ thống điều khiển thổi bụi lò hơi cho nhà máy nhiệt điện là
