BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN THỊ DƢƠNG

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM VÀ HIỆU QUẢ ỨNG DỤNG CỦA CÁC
PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH NHIỆT ĐỘ HƠI QUÁ NHIỆT TRONG
CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH

NGƢỜI HƢỚNG DẪN LUẬN VĂN:
PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh

Hà Nội – Năm 2016


MỤC LỤC
TRANG PHỤ ĐỂ ............................................................................................................... 0
MỤC LỤC ............................................................................................................................ 1
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................ 3
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... 4
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................. 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ........................................................................... 6
MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 9
CHƢƠNG 1. ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH NHIỆT ĐỘ HƠI
QUÁ NHIỆT .....................................................................................................................11
1.1. Tầm quan trọng của việc đảm bảo ổn định nhiệt độ hơi quá nhiệt ....................11
1.2. Yêu cầu của việc điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt ............................................11

1.3. Các nguyên nhân làm thay đổi nhiệt độ hơi quá nhiệt ........................................12
1.4. Các phƣơng pháp điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt ...........................................15
1.4.1. Điều chỉnh bằng hơi.......................................................................................15
1.4.2. Điều chỉnh bằng khói (chỉ áp dụng để điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt
trung gian) ...................................................................................................................20
1.5. Các phƣơng pháp điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt trong các nhà máy ..........22
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỐI
TƢỢNG NHIỆT ĐỘ HƠI QUÁ NHIỆT ...................................................................33
2.1. Nhận dạng đối tƣợng bất định ................................................................................33
2.2. Tổng hợp bộ điều chỉnh theo quan điểm bền vững tối ƣu chất lƣợng cao ........35
2.2.1. Cấu trúc chất lượng cao ................................................................................35
2.2.2. Cấu trúc bền vững cao ...................................................................................36
2.2.3. Cấu trúc bền vững chất lượng cao ...............................................................37
2.2.4. Thực thi bộ điều chỉnh bền vững cao ...........................................................37
2.2.5. Tham số tối ưu của bộ điều chỉnh bền vững cao ........................................38
2.2.6. Bài toán tổng hợp bền vững các tham số của hệ thống đối tượng bất định
2.2.7. Bài tốn tối ưu hóa tham số hệ hai tầng .......................................................50
CHƢƠNG 3. TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ HƠI Q NHIỆT CHO
NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NG BÍ MỞ RỘNG 1 ....................................................56
1

44


3.1. Sơ đồ công nghệ hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt ở một số Nhà máy
nhiệt điện ............................................................................................................................56
3.1.1. Nhà máy nhiệt điện ng Bí mở rộng 1 ......................................................56
3.1.2. Nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2 ........................................................................57
3.2. Tổng hợp hệ thống điều chỉnh hơi quá nhiệt cho Nhà máy nhiệt điện ng Bí
mở rộng 1............................................................................................................................60

3.2.1. Nhận dạng đối tượng.......................................................................................60
3.2.2. Tổng hợp bộ điều khiển...................................................................................66
3.2.3. Đánh giá chất lượng điều chỉnh ....................................................................71
3.2.4. So sánh với bộ điều khiển của nhà máy đang sử dụng ...............................73
KẾT LUẬN ........................................................................................................................77
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................78
PHỤ LỤC ...........................................................................................................................79

2


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, nội dung luận văn này là do tôi làm theo sự hƣớng dẫn của
PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh, không sao chép bất kỳ của ai hay nội dung của
đề tài nào đã đƣợc công bố.
Các tài liệu thu thập tại các nhà máy nhiệt điện đƣợc đƣa ra trong luận văn là
hoàn toàn trung thực. Các kết quả tính tốn đƣa ra trong luận văn chƣa từng đƣợc
công bố.
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh đã tận tình
hƣớng dẫn tơi hồn thành tốt luận văn này.

Học viên

Nguyễn Thị Dƣơng

3


LỜI CẢM ƠN
Qua hai nằm học tập tại trƣờng đại học Bách Khoa Hà Nội, đƣợc sự giảng dạy

tận tình của các thầy cô giáo cùng với nỗ lực của bản thân, tơi đã hồn thành luận
văn Thạc sỹ. Điều quan trọng hơn cả là trong quá trình học tập, nghiên cứu làm luận
văn thạc sỹ tơi đã tích lũy đƣợc một khối lƣợng lớn kiến thức, đây chính là kim chỉ
nam giúp tơi có thể tiến sâu hơn vào lĩnh vực điều khiển các quá trình nhiệt.
Để đạt đƣợc những kết quả học tập nhƣ ngày hôm nay. Trƣớc hết tôi xin chân
thành cảm ơn Viện đào tạo sau đại học, Viện khoa học và công nghệ Nhiệt – Lạnh
đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập và hoàn thành
luận văn thạc sỹ này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy giáo PGS.TSKH Nguyễn Văn Mạnh, ngƣời
đã tận tình hƣớng dẫn tơi nghiên cứu và hoàn thành luận văn này, kiến thức của
thầy là nền tảng của các nghiên cứu đƣợc đề cập trong luận văn của tôi.

4


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Enthalpy

Nhiệt giáng hay nhiệt hàm

SH

Bộ quá nhiệt (Super Heater)

Dmax

Lƣu lƣợng hơi lớn nhất hay phụ tải lò

W


Lƣu lƣợng nƣớc

T

Thời gian

q2

Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngồi

C

Vector tham số hiệu chỉnh

5


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Ảnh hƣởng phụ tải đến nhiệt độ hơi quá nhiệt ........................................... 14
Hình 1.2. Đặc tính động .................................................................................................. 15
Hình 1.3. Bộ giảm ơn bề mặt.......................................................................................... 16
Hình 1.4. Bộ giảm ơn hỗn hợp ....................................................................................... 17
Hình 1.5. Bố trí bộ giảm ơn ở đầu và cuối bộ q nhiệt. ........................................... 18
Hình 1.6. Bố trí bộ giảm ôn ở giữa xen kẽ hai bộ quá nhiệt. .................................... 18
Sơ đồ điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt cơ bản.......................................... 19
Hình 1.8. Sơ đồ cơng nghệ bộ điều khiển hơi quá nhiệt ............................................. 19
Hình 1.9. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển hơi quá nhiệt ...................................... 20
Hình 1.10. Điều chỉnh nhiệt độ hơi dùng cơ cấu điều chỉnh góc phun nhiên liệu ... 22
Hình 1.11. Điều chỉnh nhiệt độ hơi dùng cơ cấu điều chỉnh lƣu lƣợng giữa các ống

phun nhiên liệu.................................................................................................................. 22
Hình 1.12. Cấu tạo bộ phun nƣớc giảm ơn. .................................................................. 23
Hình 1.13. Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt kiểu phân đoạn................... 26
Hình 1.14. Hệ thống điều chỉnh theo độ chênh nhiệt độ............................................. 27
Hình 1.16. Điều chỉnh nhiệt độ hơi và độ chênh nhiệt độ .......................................... 28
Hình 1.15. Độ chênh nhiệt độ theo tải lị ...................................................................... 28
Hình 1.17. Sơ đồ cấu trúc hệ hai vịng điều khiển nhiệt độ hơi q nhiệt............... 29
Hình 1.18. Sơ đồ điều khiển hơi quá nhiệt với 2 vịng điều chỉnh nhiệt độ ............. 30
Hình 1.19. Sơ đồ điều khiển hơi quá nhiệt với 1 bộ điều chỉnh 1 bộ vi phân......... 31
Hình 2.1a,b. Đặc tính tần số và quá độ của đối tƣợng bất định................................. 33
Hình 2.2. Đƣờng biểu diễn mô đun hàm bất định f(ω) .............................................. 35
Hình 2.3. Sơ đồ cấu trúc điển hình của hệ thống điều khiển...................................... 35
Hình 2.4. Mặt phẳng nghiệm và các đƣờng giới hạn nghiệm khác nhau. ................ 40
Hình 2.5. Đặc tính mềm của hệ hở với hàm truyền H(s)

6

e

s

s

............................. 41


Hình 2.6. Mơ hình đối tƣợng bất định........................................................................... 42
Hình 2.7. Hệ điều khiển tự động với bộ khử nhiễu. .................................................... 46
Hình 2.8. Sơ đồ cấu trúc hệ 2 tầng................................................................................. 51
Hình 2.9. Đặc tính biên độ của hệ nhiều tầng điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt làm

việc với vùng tải rộng ...................................................................................................... 53
Hình 2.10. Đặc tính mềm của hệ hở .............................................................................. 54
Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống quá nhiệt của Nhà máy nhiệt điện ng Bí mở rộng 1 . 55
Hình 3. 2. Sơ đồ bố trí bộ q nhiệt nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2 ........................... 59
Hình 3. 3. Sơ đồ công nghệ hệ thống điều khiển hơi quá nhiệt nhà máy nhiệt điện
Phả Lại 2 ............................................................................................................................ 59
Hình 3.4. Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển nhiệt độ hơi q nhiệt. ................................. 60
Hình 3.5. Đặc tính thời gian của nhiệt độ hơi quá nhiệt sau bộ làm mát h2(t) ........ 62
Hình 3.6. Đặc tính thời gian của đối tƣợng O2 sau khi mơ hình hóa........................ 63
Hình 3.7. Đặc tính thời gian tín hiệu đầu ra khỏi đối tƣợng O1 h1(t)....................... 64
Hình 3.8. Đặc tính thời gian của đối tƣợng O1 sau khi mơ hình hóa về dạng mơ
hình qn tính bậc hai có trễ ........................................................................................... 65
Hình 3.9. Cấu trúc của hệ thống sau khi nhận dạng đối tƣợng .................................. 66
Hình 3.10. Đƣờng đặc tính mềm của hệ hở với R2. .................................................... 67
Hình 3.11. Đƣờng đặc tính mềm của hệ hở ứng với R1 ............................................. 68
Hình 3.12. Đƣờng đặc tính mềm xấu nhất của hệ hở ứng với R1 ............................. 68
Hình 3.13. Đặc tính mềm của R2 sau khi đã tổng hợp xong bộ điều khiển R1 ....... 69
Hình 3.14. Đặc tính mềm xấu nhất của hệ hở ứng với R2 sau khi đã tổng hợp xong
bộ điều khiển R1 ............................................................................................................... 69
Hình 3.15. Vịng bất định của hệ thống sau khi đã tổng hợp bộ điều khiển R1 ...... 70
Hình 3.16. Vịng bất định của R2 sau khi đã tổng hợp bộ điều khiển R1 ................ 70
Hình 3.17. Đặc tính quá độ của hệ thống theo kênh đặt và kênh nhiễu.................... 71
Hình 3.18. Đặc tính q độ của hệ thống theo kênh đặt ............................................. 72
Hình 3.19. Đặc tính q độ của hệ thống theo kênh nhiễu ......................................... 73
7


Hình 3.20. Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển nhiệt độ hơi q nhiệt tại nhà máy nhiệt
điện ng Bí Mở rộng 1 .................................................................................................. 74
Hình 3.21. Đặc tính q độ của hệ thống tại nhà máy theo kênh đặt và kênh nhiễu 75

Hình 3.22. Đặc tính q độ của hệ thống tại nhà máy theo kênh nhiễu ................... 75
Hình 3.23. Đặc tính quá độ của hệ thống tại nhà máy theo kênh đặt ........................ 76

8


MỞ ĐẦU
Nhiệt độ hơi quá nhiệt là một trong những chỉ tiêu rất quan trọng của lị hơi.
Trong q trình làm việc của lị, nó khơng giữ đƣợc cố định mà luôn luôn thay đổi.
Nguyên nhân gây nên sự thay đổi của nhiệt độ hơi quá nhiệt là do chế độ làm việc
của lò thay đổi. Những sự thay đổi của nhiệt độ hơi quá nhiệt mà không đƣợc điều
chỉnh thì sẽ ảnh hƣởng lớn tới chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khơng những của riêng lị
hơi mà là của cả nhà máy. Việc làm giảm nhiệt độ hơi quá nhiệt khơng những làm
giảm hiệu suất tồn chu trình nhiệt mà còn ảnh hƣởng xấu tới điều kiện làm việc
của tuabin do độ ẩm của hơi ở các tầng cuối tăng lên. Việc tăng nhiệt độ hơi quá
nhiệt quá trị số cho phép sẽ làm giảm điều kiện sức bền của kim loại ống. Vì vậy
cần thiết phải có những biện pháp điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt để duy trì nhiệt
độ hơi quá nhiệt cố định ngay cả lúc chế độ làm việc của lò thay đổi.
Nhiệt độ hơi quá nhiệt là một trong những vòng điều khiển khó khăn nhất
trong lị hơi nhà máy nhiệt điện, bởi nó có tính chất phi tuyến cao và có thời gian
chết lâu và thời gian trễ. Thêm vào đó, nhiệt độ hơi quá nhiệt còn bị ảnh hƣởng bởi
phụ tải của lò (D), tốc độ thay đổi tải của lò hơi, tốc độ dịng chảy khơng khí, do
việc đóng xỉ buồng lửa và bám bẩn bề mặt ống lò hơi…
Trong sự nghiệp cơng nghiệp hố - hiện đại hố đất nƣớc, lĩnh vực năng lƣợng
đang đƣợc Nhà nƣớc và Chính phủ hết sức coi trọng. Tình trạng thiếu điện diễn ra
thƣờng xuyên trong những năm gần đây và dự báo trong tƣơng lai gần tình trạng
này vẫn chƣa thể chấm dứt. Trong tổng sơ đồ điện VII mới đƣợc Thủ tƣớng phê
duyệt thì xây dựng Nhà máy Nhiệt điện là một trong những giải pháp cấp thiết nhất
để giải quyết vấn đề thiếu điện hiện nay. Cụ thể đến năm 2020, Nhiệt điện chiếm
đến 54% trong tổng công suất huy động của lƣới điện cả nƣớc.

Do đó việc nghiên cứu các đặc điểm của các phƣơng pháp điều chỉnh nhiệt độ
hơi quá nhiệt là rất cần thiết từ đó đƣa ra đƣợc đánh giá hiệu quả của các phƣơng
pháp từ đó ứng dụng cho các nhà máy nhiệt điện đang đƣợc xây dựng ngày một
nhiều hơn.

9


Từ yêu cầu cần thiết trên, luận văn của tôi tập trung “Nghiên cứu đặc điểm
và hiệu quả ứng dụng của các phƣơng pháp điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt
trong các nhà máy nhiệt điện”.
Nội dung luận văn bao gồm các chƣơng sau:
Chƣơng 1: Giới thiệu đặc điểm của hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt
Nội dung của chƣơng tập trung vào nghiên cứu những đặc điểm chung nhất của
một hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt. Tìm hiểu về hệ thống và phƣơng
pháp điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt trong các Nhà máy Nhiệt điện.
Chƣơng 2: Phƣơng pháp tổng hợp hệ thống điều khiển đối tƣợng nhiệt độ hơi quá
nhiệt
Nội dung của chƣơng tập trung nghiên cứu phƣơng pháp nhận dạng mơ hình
bất định, hệ hai tầng.
Chƣơng 3: Tổng hợp bộ điều khiển hơi q nhiệt cho nhà máy nhiệt điện ng Bí
mở rộng 1.
Nội dung của chƣơng gồm:
-

Mô tả hệ thống điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt tại nhà máy nhiệt điện

ng Bí mở rộng 1 và một số nhà máy Nhiệt điện
-


Sử dụng phần mềm Cascad để nhận dạng đối tƣợng trong hệ thống điều

khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt và tổng hợp bộ điều chỉnh cho hệ thống.
Kết luận

10


CHƢƠNG 1. ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH NHIỆT ĐỘ HƠI
QUÁ NHIỆT
1.1. Tầm quan trọng của việc đảm bảo ổn định nhiệt độ hơi quá nhiệt
Nhiệt độ hơi quá nhiệt là nhiệt độ của hơi ra khỏi ống góp hơi của bộ quá nhiệt
trƣớc khi sang tuabin. Trong quá trình làm việc của lị, nhiệt độ hơi q nhiệt luôn
thay đổi sẽ dẫn đến một loạt thay đổi khác gây ảnh hƣởng xấu đến chế độ làm việc
của lò. Nhiệt độ hơi quá nhiệt ra khỏi lò hơi là một trong những thơng số quan trọng
quyết định đến tính kinh tế và vận hành an toàn của thiết bị nói riêng và cả khối
năng lƣợng nói chung.
Nếu nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm xuống sẽ làm giảm enthalpy dòng hơi do đó
làm giảm cơng suất tổ máy, mặt khác khi đó độ ẩm của hơi ở các tầng cuối tuabin
tăng lên làm giảm hiệu suất tuabin đồng thời làm tăng tốc độ ăn mòn cánh tuabin.
Nếu nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng quá trị số quy định, khi đó các chi tiết của bộ
quá nhiệt cũng nhƣ tuabin phải làm việc trong điều kiện nặng nề hơn, làm cho độ
bền của kim loại giảm xuống, có thể gây nổ các ống của bộ quá nhiệt hoặc làm cong
vênh các cánh của tuabin gây nên cọ xát giữa phần đứng yên (stato) và phần quay
(roto) của tuabin.
Khi nhiệt độ hơi thay đổi sẽ làm thay đổi công suất tuabin do đó làm thay đổi
tốc độ quay của tổ tuabin – máy phát, dẫn đến làm giảm chất lƣợng dòng điện (thay
đổi điện áp và tần số dòng điện).
1.2. Yêu cầu của việc điều chỉnh nhi ệt độ hơi quá nhiệt
Nhiệm vụ của hệ thống điều chỉnh hơi quá nhiệt là đảm bảo để nhiệt độ hơi

quá nhiệt ra khỏi lò phải bằng một giá trị nhiệt độ đã định trƣớc ứng với phụ tải
mong muốn với sai lệch nhỏ hơn 1%. Ở chế độ làm việc bình thƣờng hệ thống điều
chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi phụ tải từ 60 ÷ 100% (đối với lị đốt than bột),
từ 30 ÷ 100% (đối với lị đốt nhiên liệu lỏng), đối với lị có bao hơi dải thay đổi
nhiệt độ của hơi mới có hạn dƣới là 390 0 C với lò hoạt động theo sơ đồ khối, hạn
dƣới là 4500C với lò hoạt động theo sơ đồ song song và hạn trên là 565 0C với các
loại sơ đồ.

11


Khi đạt nhiệt độ ở hạn dƣới, lò hơi lập tức bị dừng bởi các thiết bị bảo vệ (độ
khô của hơi q nhiệt khơng đảm bảo, vẫn cịn hơi nƣớc dẫn tới hỏng thiết bị - rỗ
cánh tua bin)
Khi đạt nhiệt độ ở hạn trên, lò hơi sẽ bị dừng sau 3 phút, việc đó sẽ ảnh hƣởng
tới tuổi thọ của thiết bị.
Mức độ chính xác của việc giữ nhiệt độ hơi quá nhiệt ở giá trị định mức ảnh
hƣởng rất lớn tới tính kinh tế và an tồn của hệ thống lị – máy.
Ví dụ:
-

Giảm nhiệt độ hơi quá nhiệt đi 10 0 C tƣơng đƣơng với việc tốn thêm nhiên
liệu là 0,2%

-

Giảm nhiệt độ hơi quá nhiệt xuống 10 0C trong chu trình có áp suất P = 100
kG/cm2 và nhiệt độ t = 540 0C, làm tăng độ ẩm của hơi đầu ra ở tầng cánh
cuối của tuabin khoảng 0,7%


-

Tăng nhiệt độ của hơi quá nhiệt lên 10 0 C thì sẽ làm giảm tuổi thọ của bộ quá
nhiệt (thƣờng khoảng 30%)

-

Riêng đối với tua bin ngƣng hơi trung áp nếu giảm nhiệt độ hơi quá nhiệt đi
10 0C với điều kiện áp suất không đổi thì làm giảm hiệu suất của hệ thống lị
– máy 0,5%, giảm 1,5% hiệu suất phát điện.

1.3. Các nguyên nhân làm thay đổi nhiệt độ hơi quá nhiệt
Trong quá trình vận hành, có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi nhiệt độ
hơi quá nhiệt, trong đó có những nguyên nhân chủ yếu sau đây:
Do thay đổi phụ tải của lị, khi phụ tải tăng lên thì nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm
xuống, khi phụ tải giảm thì nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng.
Do dao động áp suất trong đƣờng hơi chung.
Do thay đổi nhiệt độ của nƣớc cấp: khi nhiệt độ nƣớc cấp tăng lên thì nhiệt độ
hơi quá nhiệt cũng tăng theo và ngƣợc lại.
Do thay đổi hệ số khơng khí thừa: khi hệ số khơng khí thừa tăng thì nhiệt độ
hơi quá nhiệt tăng.
Do thay đổi chất lƣợng nhiên liệu: khi chất lƣợng nhiên liệu tăng thì nhiệt độ
hơi quá nhiệt tăng.
12


Do đóng xỉ ở dàn bức xạ, cụm Pheston hoặc bám bẩn các ống của bộ quá
nhiệt.
Do có hiện tƣợng cháy lại trong bộ quá nhiệt.
Do thay đổi vị trí trung tâm ngọn lửa hoặc do máy cấp than bột làm việc

khơng đều, cấp than vào vịi phun khơng đều.
Thực tế các yếu tố ảnh hƣởng đến nhiệt độ hơi quá nhiệt còn gọi là các tác
động nhiễu. Tác động bên trong là sự thay đổi nhiệt độ và áp suất của nƣớc làm
mát.
Ta có thể đứng trên góc độ đặc tính của lị để xem xét các yếu tố ảnh hƣởng
đến nhiệt độ hơi quá nhiệt.
- Đặc tính tĩnh: (Quan hệ nhiệt độ hơi quá nhiệt với các thông số khác ở chế
độ xác lập)
- Đặc tính động: Chính là sự thay đổi theo thời gian của nhiệt độ khi có các
nhiễu P (áp suất) thay đổi, Q(t) (phụ tải) thay đổi.
a. Ảnh hưởng của phụ tải lò đến việc điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt
Phụ thuộc vào kết cấu của bộ quá nhiệt tƣơng quan với phần bức xạ và đối lƣu
trong đó và vị trí tƣơng đối của các bộ quá nhiệt theo tuyến khói thải.
- Đối với bộ quá nhiệt thuần túy là đối lƣu: khi phụ tải của lị tăng thì tăng thể
tích buồng lửa, tốc độ và nhiệt độ khói thải, vì vậy làm tăng lƣợng nhiệt truyền cho
bề mặt đốt, từ đó nhiệt độ hơi quá nhiệt cũng tăng theo.
- Đối với bộ quá nhiệt bức xạ: khi phụ tải tăng thì giảm lƣợng nhận nhiệt riêng
của các bề mặt đốt bức xạ từ đó làm giảm nhiệt độ hơi quá nhiệt.
- Đối với bộ quá nhiệt nửa bức xạ thì sự thay đổi phụ tải không ảnh hƣởng lớn
tới nhiệt độ hơi q nhiệt.
Chú ý: Với những lị có bao hơi thì các bộ q nhiệt của nó có phần đối lƣu
nhiều hơn phần bức xạ.
Vậy ta kết hợp khéo léo giữa bộ quá nhiệt bức xạ và đối lƣu thì ra khử đƣợc
ảnh hƣởng của phụ tải đến nhiệt độ hơi quá nhiệt.

13


Hình 1.1. Ảnh hƣởng phụ tải đến nhiệt độ hơi quá nhiệt
b. Ảnh hưởng của việc đóng xỉ buồng lửa và bám bẩn bề mặt đốt đến việc điều

chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt
Việc đóng xỉ các bề mặt bốc hơi trong buồng lửa làm tăng nhiệt độ khói ra, từ
đó làm giảm tốc độ sinh hơi do đó nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng.
Việc bám bẩn bề mặt đốt của bộ quá nhiệt, làm giảm nhiệt lƣợng tƣơng ứng
mà nó nhận đƣợc do đó làm giảm nhiệt độ hơi q nhiệt.
Ngồi ra, sự đóng cặn của muối ở bên trong bề mặt đốt cũng làm giảm nhiệt
độ hơi quá nhiệt.
c. Ảnh hưởng của nhiệt độ nước cấp đến việc điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt
Nhiệt độ nƣớc cấp giảm thì lƣu lƣợng hơi hay phụ tải lị (D) giảm nếu cƣờng
độ hấp thụ bộ quá nhiệt không đổi thì nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm.
d. Ảnh hưởng của hệ số khơng khí thừa
Giống phụ tải tùy thuộc vào bộ quá nhiệt là đối lƣu hay bức xạ.
e. Ảnh hưởng của than
Nếu than mịn suy ra nhiệt độ hơi quá nhiệt nhỏ. Than thô ngọn lửa cao nhiệt
độ hơi quá nhiệt tăng.
f. Ảnh hưởng của phân ly hơi
Làm việc kém suy ra nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm.
Vậy khi thay đổi enthalpy của hơi, lƣợng nhiệt của nó hấp thụ, lƣu lƣợng hơi
thì nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi.
14


g. Đặc tính động
Tức là sự thay đổi enthalpy của hơi và nhiệt độ hơi quá nhiệt theo thời gian.
Suy ra nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi theo hình vẽ bên. Khi tác động đầu vào là
lƣợng nhiệt mà bộ q nhiệt hấp thụ đƣợc thì đặc tính có dạng sau: thời gian giảm
nhiệt = 10 đến 15s (thực chất độ qn tính này khơng phải là của bộ quá nhiệt mà là
của quá trình)
Khi phụ tải (D) thay đổi theo thời gian ta khơng xét vì khơng thể sử dụng nó
để điều chỉnh vì phụ tải (D) hay lƣu lƣợng hơi là đại lƣợng do tuabin quyết định.


Hình 1.2. Đặc tính động
1.4. Các phƣơng pháp điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt
Trƣớc khi hơi đƣợc đƣa vào tuabin, hơi quá nhiệt sẽ đƣợc điều chỉnh để giữ ổn
định ở một giá trị mong muốn. Để điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt ta phải tìm cách
để giảm nhiệt độ hơi quá nhiệt có 2 cách sau:
1.4.1. Điều chỉnh bằng hơi
Để điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt, thƣờng sử dụng phƣơng pháp dùng bộ
giảm ơn. Có hai loại bộ giảm ôn là giảm ôn bề mặt và giảm ôn hỗn hợp. Giảm ôn bề
mặt diễn ra trong 1 hệ thống cách ly với nhau, môi chất nhiệt độ thấp đi bên ngồi
cịn mơi chất nhiệt độ cao đi bên trong. Kiểu giảm ơn này có dải nhiệt độ thấp;

15


Hình 1.3. Bộ giảm ơn bề mặt
Điều chỉnh lƣợng nƣớc đi vào bộ giảm ôn tức là bộ điều chỉnh tác động vào
van 4 nhƣng khi thay đổi độ mở van 4 thì áp suất sau 2 van thay đổi gây trở lực làm
thay đổi lƣợng nƣớc vào lò, ảnh hƣởng đến điều kiện cấp nƣớc, giữa lƣợng nƣớc
điều chỉnh và nƣớc cấp ảnh hƣởng lẫn nhau. Thƣờng để điều chỉnh ∆θ = 15 ÷ 20 oC
suy ra ∆W=30 ÷ 40% W. Qn tính q trình điều chỉnh lớn, chất lƣợng điều chỉnh
kém.
Giảm ôn hỗn hợp hay bộ giảm ôn phun dùng mơi chất có nhiệt độ thấp hơn
phun trực tiếp vào hơi quá nhiệt, đây là phƣơng pháp phun thêm ẩm vào đƣờng hơi
quá nhiệt, làm giảm nhiệt độ của hơi q nhiệt do đó q trình trao đổi nhiệt sẽ
nhanh hơn và quán tính nhỏ hơn. Nƣớc dạng sƣơng mù đƣợc phun trực tiếp vào hơi,
các hạt nƣớc đƣợc phun thành bụi nhỏ hỗn hợp với hơi quá nhiệt và bốc thành hơi.
Nhƣ vậy bằng cách phun nƣớc vào hơi cũng làm giảm nhiệt độ của hơi quá nhiệt.
Khi nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng, van đƣợc điều chỉnh mở thêm để tăng lƣợng nƣớc
vào hơi quá nhiệt do vậy nhiệt độ hơi sẽ giảm. Ngƣợc lại khi nhiệt độ hơi quá nhiệt

giảm, van khép bớt lại làm giảm lƣợng nƣớc phun vào hơi quá nhiệt nhiệt độ hơi sẽ
tăng.
Thƣờng phun 5 ÷ 6% Dmax điều chỉnh đƣợc θ = 50 ÷ 60 o C (vịng nhỏ làm giảm
thời gian điều chỉnh). Sơ đồ này nói chung có đặc tính động tốt nên hay dùng, tách
hẳn 2 hệ thống nƣớc cấp và nhiệt độ hơi quá nhiệt.

16


Bộ quá nhiệt
cấp I

Bộ quá nhiệt
cấp II

Bộ giảm ôn
phun

Hơi quá nhiệt
0
1

C

0

C

V


B
Nƣớc làm
mát

Hình 1.4. Bộ giảm ơn hỗn hợp
Do dùng nƣớc phun thẳng vào bộ quá nhiệt chất lƣợng nƣớc phải cao phải
thêm bình ngƣng phụ (đối với lị có bao hơi), hoặc lấy nƣớc từ đƣờng nƣớc cấp (đối
với lò trực lƣu). Nếu áp lực không đủ đƣa nƣớc vào thì sử dụng các bơm phụ
(thƣờng chiếm 10% so với cơng suất cực đại của lị)
Bộ giảm ơn có thể bố trí đặt trƣớc hoặc sau bộ quá nhiệt. Nếu bố trí đặt ngay
đầu vào bộ q nhiệt, thì nhiệt độ hơi vào bộ quá nhiệt đƣợc giảm ngay từ đầu nên
bảo vệ đƣợc bộ quá nhiệt. Tuy nhiên phƣơng pháp này có nhƣợc điểm là khơng
lƣờng đƣợc các thay đổi trên đƣờng đi của hơi (chẳng hạn đƣờng khói thay đổi
nhiệt độ tại điểm trao đổi nhiệt với bộ quá nhiệt…), vì vậy độ trễ của phƣơng pháp
này lớn và dễ bị sai lệch kết quả, dẫn tới chất lƣợng điều chỉnh khơng tốt. Ngồi ra,
việc đặt bộ giảm ơn ở đầu vào bộ q nhiệt cịn có nhƣợc điểm là vừa làm ẩm hơi,
vừa có qn tính điều chỉnh lớn nên chỉ dùng cho những lị có nhiệt độ hơi quá
nhiệt trên 540 oC.

17


Hình 1.5. Bố trí bộ giảm ơn ở đầu và cuối bộ q nhiệt.
Nếu bố trí bộ giảm ơn ngay sau bộ quá nhiệt, độ chính xác sẽ tăng và thời gian
đáp ứng sẽ nhanh hơn phƣơng án trƣớc, tuy nhiên lại có nhƣợc điểm là bộ giảm ơn
phải chịu nhiệt độ cao, làm tuổi thọ vật liệu chế tạo bộ giảm ơn giảm.
Ở những lị trung áp nhiệt độ hơi quá nhiệt khoảng 450 o C, ngƣời ta dùng biện
pháp đặt xen kẽ, lợi dụng nhƣợc điểm của hai sơ đồ kể trên.

Hình 1.6. Bố trí bộ giảm ơn ở giữa xen kẽ hai bộ quá nhiệt.


18


Sơ đồ điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt cơ bản
Sơ đồ hình 1.7 là một cách đặt xen kẽ bộ giảm ôn giữa bộ quá nhiệt cấp một
và cấp hai. Trƣớc và sau bộ quá nhiệt cấp hai đƣợc bố trí hai thiết bị đo nhiệt độ
hơi, phản hồi về bộ điều khiển để điều chỉnh lƣu lƣợng van phun giảm ơn. Điều này
là cần thiết vì nhiệt độ của một trong hai vị trí đo trên có thể thay đổi đột ngột, từ đó
hệ thống sẽ nhạy hơn trƣớc các thay đổi của đối tƣợng điều chỉnh.
vào

qn =535

qn

5 oC

D

Van cấp nƣớc

Bộ ĐC

Nƣớc làm mát

Hình 1.8. Sơ đồ cơng nghệ bộ điều khiển hơi quá nhiệt
Vì một lý do nào đó nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng lên quá mức cho phép
535÷5 oC thì bộ cảm biến nhiệt độ này sẽ báo về bộ điều chỉnh và so sánh với giá trị
đặt là 535÷5o C thì bộ điều chỉnh đƣa ra tín hiệu tác động tới cơ quan điều chỉnh là

19


van cấp nƣớc giảm ôn, để mở van cấp nƣớc phun vào hơi làm cho nhiệt độ hơi giảm
đi, nếu nhiệt độ hơi sau khi phun nƣớc giảm ôn ở đầu ra đƣa tới tua bin vẫn chƣa về
giá trị quy định thì thiết bị đo cảm nhận đƣợc và chuyển đổi thành tín hiệu điện
chuẩn đƣa tới bộ điều khiển để bộ điều khiển so sánh với giá trị đặt và bộ điều chỉnh
tiếp tục tác động vào cơ cấu chấp hành, tới cơ quan điều chỉnh là van để mở tiếp tục
cho nƣớc giảm ơn vào phun hồ trộn với hơi quá nhiệt. Quá trình cứ nhƣ vậy đến
khi nào tín hiệu so sánh giữa giá trị đặt và giá trị nhiệt độ của bộ cảm biến đƣa về
khi chuyển đổi thành tín hiệu điện quy chuẩn là bằng khơng thì q trình điều khiển
kết thúc.
Từ sơ đồ khối của hệ thống ta có sơ đồ cấu trúc tƣơng ứng với sơ đồ khối của
hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt (Hình 1.9).
Bộ ĐC

qn

ĐT1

ĐT2

D
Bộ vi phân

Hình 1.9. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển hơi quá nhiệt
Hệ thống điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt gồm hai vòng điều chỉnh. Vòng
thứ nhất là điều chỉnh độ mở van nƣớc giảm ơn, vịng này là vịng điều chỉnh phụ
của hệ thống. Vòng thứ hai là vòng điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt, đây là vòng
điều chỉnh chính. Trong vịng điều chỉnh van có bộ vi phân để dự báo trƣớc sự thay

đổi độ mở của van.
1.4.2. Điều chỉnh bằng khói (chỉ áp dụng để điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt
trung gian)
Có thể điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt bằng khói theo ba cách:
-

Thay đổi lƣu lƣợng khói qua bộ quá nhiệt

-

Thay đổi nhiệt độ khói đi vào bộ quá nhiệt

-

Thay đổi đồng thời lƣu lƣợng và nhiệt độ khói.

20


+ Thay đổi lƣu lƣợng khói qua bộ quá nhiệt: Sử dụng các lá chắn để hƣớng
một phần khói đi qua bộ quá nhiệt. Theo kinh nghiệm, sử dụng đƣờng khói đi tắt
khơng có bề mặt đốt là có hiệu quả cao nhất dựa trên chỉ tiêu nhiệt kỹ thuật.
+ Thay đổi nhiệt độ khói đi vào bộ quá nhiệt: Dùng biện pháp thay đổi trung
tâm ngọn lửa, để tăng cƣờng nhiệt độ khói tại bộ quá nhiệt. Tuy nhiên phƣơng pháp
này làm tăng q2, vì vậy nó khơng kinh tế.
+ Thay đổi đồng thời lƣu lƣợng và khói: Bằng cách tái tuần hồn khói. Khói
sau bộ hâm nƣớc đƣợc trích và đƣa vào buồng lửa. Tuy nhiên theo cách này, q2
giảm nhƣng không nhiều. Mặt khác phải đầu tƣ thêm thiết bị quạt, tiêu tốn điện
năng tự dùng.
Thực tế thực hiện các phƣơng pháp này là ta dùng các cơ cấu điều chỉnh thay

đổi góc đặt của vịi đốt vì thế thay đổi đƣợc nhiệt hấp thụ trong lị hơi, nhiệt độ khói
sẽ thay đổi, sự trao đổi nhiệt giữa khói và hơi cũng thay đổi. Nhờ đó mà điều chỉnh
đƣợc quá trình trao đổi nhiệt năng giữa hơi và khói cháy tại bộ quá nhiệt, trao đổi
với nƣớc trong giàn sinh nhiệt. Trong hệ thống điều khiển này thƣờng dùng hệ
thống cơ điện khí, các cơ cấu chấp hành để điều khiển. Các cơ cấu này thƣờng có
liên động với hệ thống điều khiển tỉ lệ cháy và hệ thống cấp nƣớc. Với mỗi loại lò
hơi khác nhau sẽ quan tâm tới các thông số nhƣ nhiệt độ cháy nhiên liệu, khối lƣợng
nhiên liệu hay cả 2 thông số trên để điều khiển nhiệt độ hơi.
Tƣơng tự, ta có thể dùng cơ cấu thay đổi hƣớng phun nhiên liệu vào buồng lửa
và đốt cháy. Theo phƣơng pháp này, có 2 cách điều chỉnh. Một là lửa sẽ đƣợc tập
trung tiếp tuyến với các vòng tròn ảo ở tâm của lị tạo ra các vịng cầu lửa nhƣ trên
(hình 1.10). Hai là giữ cố định các giàn phun nhiên liệu nhƣng thay đổi tỉ lệ nhiên
liệu giữa các giàn phun đó tạo q trình cháy tập trung nhiệt vào các vị trí khác
nhau nhƣ (hình 1.11). Cũng có thể điều chỉnh cánh hƣớng các quạt hút và đẩy gió
cháy, thay đổi lƣu lƣợng khói cháy, nâng cao nhiệt độ nƣớc…các hệ thống này có
thể đƣợc sử dụng đơn lẻ để điều khiển hoặc đƣợc sử dụng phối hợp với nhau.
Ngồi ra có thể điều chỉnh nhiệt độ hơi q nhiệt bởi việc điều khiển các cánh
hƣớng đi tắt của khói. Khi cần giảm nhiệt độ thì các cánh hƣớng đi tắt của khói

21


đƣợc mở thêm và lƣợng khói trao đổi nhiệt với hơi sẽ giảm do vậy nhiệt độ hơi quá
nhiệt giảm.
Với phƣơng pháp điều khiển này thì mỗi cách điều khiển khác nhau thì có đặc
tính điều khiển nhiệt độ riêng. Qn tính của q trình nhiệt là lớn, tác động của
phƣơng pháp điều chỉnh khá chậm, hằng số thời gian cỡ vài phút. Để có thể tác
động nhanh hơn, ngƣời ta thƣờng dùng tới phƣơng pháp điều chỉnh nhiệt độ hơi
bằng phƣơng pháp điều khiển van phun nƣớc giảm ơn.


Hình 1.10. Điều chỉnh nhiệt độ hơi dùng cơ cấu điều chỉnh góc phun nhiên liệu

Hình 1.11. Điều chỉnh nhiệt độ hơi dùng cơ cấu điều chỉnh lƣu lƣợng giữa các ống
phun nhiên liệu
1.5. Các phƣơng pháp điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt trong các nhà máy
Hiện nay, việc điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt trong các lò bao hơi đều dùng
bộ giảm ơn kiểu phun là chính (Giảm ôn kiểu hỗn hợp). Tùy vào từng hệ thống lò
22


hơi khác nhau mà ngƣời thiết kế đƣa ra các chiến lƣợc điều khiển nhiệt độ hơi cho
phù hợp. Nếu lƣu lƣợng hơi đƣợc giữ cố định ta có thể dùng hệ thống điều khiển
một vòng điều chỉnh nhiệt độ. Với trƣờng hợp cần có lƣu lƣợng hơi thay đổi ta có
nhiều phƣơng án điều khiển đƣợc lựa chọn nhƣ: điều khiển feedforward, điều khiển
mạch 2 vòng hoặc kết hợp cả 2 phƣơng pháp trên.
Nguyên lý làm việc của bộ giảm ôn kiểu phun là phun trực tiếp nƣớc rất sạch
vào hơi, nƣớc sạch hấp thụ nhiệt của hơi nƣớc để hóa hơi, do đó thay đổi đƣợc nhiệt
độ hơi quá nhiệt. Sự thay đổi nhiệt độ hơi quá nhiệt là nhờ việc điều chỉnh lƣợng
nƣớc phun.
Cấu tạo một bộ phun giảm ơn điển hình nhƣ hình dƣới đây:

Hình 1.12. Cấu tạo bộ phun nƣớc giảm ôn.
Quan hệ giữa độ thay đổi nhiệt độ hơi nƣớc và sau bộ giảm ôn kiểu phun phụ
thuộc lƣợng nƣớc phun, phụ tải lò, và áp suất làm việc, có thể tính theo cơng thức
sau [10]:
∆t = h”(1-ψ)ф/Cp(1+ф)
Ф = DJW /Dq
Ψ = hGS/h”
Trong đó: ф – Tỷ lệ phun


23

(1.1)


DJW – Lƣu lƣợng nƣớc phun giảm ôn, T/h.
Dq – Lƣu lƣợng hơi đi vào bộ giảm ôn, T/h.
Ψ – Tỷ số entanpi nƣớc giảm ôn/entanpi hơi giảm ôn.
hGS – Entanpi nƣớc cấp, kJ/kg.
Cp – Tỷ lệ nhiệt đẳng áp của hơi nƣớc, kJ/kg.0C.
Theo công thức (1.1) với cùng một lƣợng nƣớc phun, sự thay đổi nhiệt độ ở tải
thấp sẽ tăng lớn hơn sự thay đổi nhiệt độ ở tải cao; sự thay đổi nhiệt độ ở áp suất
thấp sẽ lớn hơn sự thay đổi nhiệt độ ở áp suất cao. Đối với hệ thống q nhiệt có
đặc tính nhiệt độ hơi khơng bình ổn, trong phạm vi tải nhất định, việc phun nƣớc
giảm ơn có thể duy trì nhiệt độ hơi ở giá trị quy định. Khi lƣợng nƣớc giảm ôn bằng
0, khi phụ tải tiếp tục giảm, nhiệt độ hơi quá nhiệt theo đặc tính nhiệt độ hơi tất
nhiên sẽ giảm. Vùng phụ tải, mà lò hơi có thể duy trì nhiệt độ hơi q nhiệt ở giá trị
quy định gọi là vùng phụ tải điều chỉnh đƣợc nhiệt độ hơi, vùng phụ tải khi lƣợng
nƣớc giảm ôn bằng không gọi là điểm khống chế nhiệt độ hơi quá nhiệt. Điểm
khống chế nhiệt độ hơi quá nhiệt của các lò hơi lớn, khi vận hành ở chế độ định áp
là 60% - 70% lƣu lƣợng lớn nhất của lò hơi. Khi vận hành ở chế độ biến áp, có thể
mở rộng đến 30% lƣu lƣợng lớn nhất của lò hơi. Tùy theo sự giảm tải, lƣợng nƣớc
giảm ôn trƣớc tiên tăng, sau đó giảm, lƣợng nƣớc giảm ôn lớn nhất sẽ nằm ở một
vùng trung gian nào đó (khoảng 70% lƣu lƣợng lớn nhất của lị hơi).
Nƣớc phun giảm ôn làm giảm độ kinh tế vận hành, vì gây tổn thất nhiệt động,
một bộ phận nƣớc cấp dùng làm nƣớc giảm ôn, làm giảm lƣợng nƣớc đi qua bộ
hâm, nhiệt độ nƣớc ra khỏi bộ hâm tăng, nên làm tăng tổn thất nhiệt.
Nếu nƣớc giảm ôn lấy từ đầu đẩy bơm cấp, thì khi lƣợng nƣớc giảm ôn tăng,
sẽ làm giảm lƣợng nƣớc cấp kinh tế đi qua bình gia nhiệt cao áp, giảm lƣợng hơi
trích cho bình gia nhiệt cao áp, làm giảm hiệu quả kinh tế của hệ thống gia nhiệt,

hồi nhiệt. Nhƣng do hệ thống đơn giản, điều chỉnh chính xác, dễ thực hiện tự động,
nên vẫn đƣợc áp dụng rộng rãi. Đây là sơ đồ điển hình mà các nhà chế tạo lị hơi
thƣờng áp dụng cho các nhà máy nhiệt điện. Ví dụ nhƣ nhà máy nhiệt điện ng Bí
mở rộng 1, Phả lại 2, Quảng Ninh… áp dụng sơ đồ này. Cũng có một sơ đồ cung

24