BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------VŨ VĂN QUÝ

VŨ VĂN QUÝ

KỸ THUẬT NHIỆT

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CÁC BÌNH GIA NHIỆT VÀ HỆ
THỐNG ĐIỀU KHIỂN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT NHIỆT

CH2015B
Hà Nội – 2017

1708330006318647de1a9-a4a1-4519-9ed3-bf7337cd222c
1708330006318be690110-fdc7-4daa-a952-1e86d88b42c2
170833000631897298dff-403f-4339-8b35-3d6c57b0e9ef


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------VŨ VĂN QUÝ

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CÁC BÌNH GIA NHIỆT VÀ HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN

Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TSKH.VS. Nguyễn Văn Mạnh

Hà Nội – 2017


MỤC LỤC
MC LC ............................................................................................................... i
DANH MC HÌNH NH .................................................................................... iv
LI C ....................................................................................................... vi
L ................................................................................................ vii
PHN M U .................................................................................................... 1
NG QUAN V NHÀ MÁY NHIU KH
MC BÌNH GIA NHIC CP NHÀ MÁY NHIN ............. 5
1.1. Tng quan v nhà máy nhin và h thng các bình gia nhic
1.1.1. Tng quan chung v nhà máy nhin ..................................................... 5
1.1.2. Nguyên lý hong ca nhà máy nhin .........................................
1.1.3. Chu trình nhit trong nhà máy nhin .................................................. 14
n ...........................................
1.1.4.1. Nhim v c................................................................................
1.1.4.2. Cu to c....................................................................................
1.1.4.3. Các lo ........................................................................
1.1.5. H thng các bình gia nhic cp ca nhà máy nhin...........
 nguyên lý..................................................................................
1.1.5.2. Thit b  u ni các bình gia nhit .......................................
1.1.5.3. Cân bng nhit và các ch  làm vic ca bình gia nhit ..................... 29
1.1.5.4. Vn hành bình gia nhit .......................................................................... 32
1.2. H thu khi thu khin bình

nhin .............................................................................................................. 34
n là m
1.2.2. Gii thiu chung h thu khi...................................
1.2.3. H thu khin mc bình gia nhic cp .............
t v ........................................................................................

i


1.2.3.2. H thu khin mc bình gia nhic cp ..........
1.2.3.3. Mc tiêu ca nghiên cu ......................................................................... 41
1.3. Kt lu .........................................................................................
    TOÁN H   U KHIN
  U KHIN M C BÌNH GIA NHI C
CP NHÀ MÁY NHIN .......................................................................... 43
t bài tốn ................................................................................................... 43
2.2. Mơ t tốn hc cho các thành phn trong h thu khin m
bình gia nhic cp nhà máy nhin ....................................................
2.2.1. Cu trúc mô hình nhà máy nhin ........................................................ 45
2.2.2. Xây dng cu trúc h thu khin mc các bình gia nhit .....
2.2.3. Hàm truyn các thành phn ca h thng .................................................. 46
2.3. Hàm truyn ca h thng .............................................................................. 56
2.4. Kt lun ......................................................................................................... 57
  T K B U KHI   U KHIN
C BÌNH GIA NHIC C XUT CI THIN CHT
 U KHIN BNG B U KHIN M CH NH
THAM S PID..................................................................................................... 58
3.1. Tng quan b u khin PID ....................................................................... 58
3.1.1. Thit k b u khi  h(t) ...........
3.1.2. Thit k u khin  min tn s .............................................................. 6

3.2. Thit k u khin mc bình gia nhic cp......................
  xut ci thin ch  u khin mc bình
cp bng b m chnh tham s PID ............................................................. 6
3.4.1. M hóa ....................................................................................................... 66
3.4.2. Gii m (defuzzyfier) ................................................................................. 66
3.4.3. Khi lut m và khi hp thành................................................................. 68

ii


3.4.4. B u khin m ....................................................................................... 70
3.5. Thit k b u khin m chnh tham s b u khin PID ..
t k...............................................................
3.5.2. Nhn xét ..................................................................................................... 77
 DNG PHN MM CASCAD THIT K, TÍNH TỐN TI
  U CHNH M C BÌNH GIA NHI C CP NHÀ
MÁY NHIN THÁI BÌNH 2....................................................................... 78
4.1. Mô t h thng gia nhit cao áp, h áp nhà máy nhin Thái Bình 2......
4.1.1. Chm v vn hành h thng gia nhit cao áp, h áp....
c tính k thut ........................................................................................

4.1.
 ..................................... 83









 














 ................................... 86



4.2. Gii thiu phn mm CASCAD và s dng phn mm CASCAD thit
k, tính tốn t u chnh mc bình gia nhit nhà máy nh
Thái Bình 2 ........................................................................................................... 89
4.2.1. Gii thiu phn mm CASCAD ................................................................ 89
4.2.2. S dng phn mm CASCAD thit k, tính tốn t u c
mc bình gia nhit ....................................................................................... 90
KT LUN ........................................................................................................ 108
TÀI LIU THAM KHO .................................................................................. 109

iii



DANH MỤC HÌNH ẢNH
 khi cơng ngh thit b nhà máy nhin than ..
 nhit nguyên lý vn hành nhà máy nhi
 chu trình nhit ca mt t máy ........................................
Hình 1.4: Nguyên lý cu to c ...............................................................
 nguyên lý thit b gia nhit hi nhit .............................
Hình 1.6: Thit b gia nhit h  u ni ....................................
Hình 1.7: Van mt chin KOC ..................................................................... 24
Hình 1.8: Xiphơng thy l x tràn trong các dung tích áp sut thp ............ 26
Hình 1.9. Bình gia nhit cao áp ............................................................................ 27
 bo v bình gia nhit cao áp ..........................................
Hình 1.11: Cu trúc chung ca h thu khi ......................
Hình 2.1: Cu trúc mơ hình nhà máy nhin .................................................. 45
 khi mt vòng ca h thu khin quá trình
Hình 2.3: Cn ca mt thit b  ...........
Hình 2.4: Mt s hình nh thit b p ....................................
Hình 2.5: Cn ca thit b chp hành .......................................
Hình 2.6: Cu trúc tiêu biu ca mt van cu khí nén ......................................... 50
Hình 2.7: Bing và ký hiu cho king ca u kh
 u khin mc bình gia nh
ng ca mc bình gia nhi
 u chnh mc bình gia nhit mt tín hi
Hình 2.11: Cu trúc mơ t tốn hc ca tồn h thng........................................ 57
 khi b u khin tuyn tính (PID) ............................
 cu trúc b u khin PID ...........................................
 th  ..............................................................................
 h thu khin..................................................


iv


 cu trúc h thu khin mc bình
cp nhà máy nhin ......................................................................................... 64
Hình 3.6: Cu trúc b u khin m n .......................................................
i m ci ....................................
ng tâm .....................................................
 cu trúc b u khin m PD .....................................
 khi h thng vi b u chnh m PI(1)............
 khi h thng vi b u khin m PI(2)............
u khin thích nghi trc tip ..............
u khin thích nghi gián tip ..............
u khin m chnh tham s
nh m tham s b u
Hình 3.16: Bên trong b u chnh m ............................................................... 74
Hình 3.17: Tp m e và e' .................................................................................... 75
Hình 3.18: Tp m  ............................................................................................ 75
Hình 3.19: Tp m   ................................................................................... 75
Hình 3.20: Cu trúc chnh m tham s PID................................................. 77
Hình 4.1 u khin mc bình gia nhit h áp s 5,6,8 .......................
Hình 4.2 u khin mc bình gia nhit h áp s 7 ......................................
Hình 4.3:  u khin mc bình gia nhit cao áp s 1, 2,3. ........................
 cu trúc h thu chnh mc bình gia
 th thc nghim cng mc bình gi

v


LỜI CẢM ƠN

 hoàn thành lu      lòng bi 
PGS.TSKH.VS. Nguyn ng dn, ch
thi gian thc hin lu
Tôi xin chân thành co Ban Qun lý D n l
khí Thái Bình 2 và các bng nghiu kin v m
 tơi có th thc hin lun 
y, Cơ trong Vin Khoa hc
Nhit L i hc Bách khoa Hà N  n tình truy
th tơi trong sut thi gian hc tp và thc hin lu
Cui cùng, xin kính chúc quý Thy, C     
khe và thành công trong công vic và cuc sng.
Hà N
Hc viên

Vũ Văn Quý

vi


LỜI CAM ĐOAN

có ngun gc rõ ràng, tuân th   c và kt qu trình bày
lu  c thu thp trong quá trình nghiên cu là trung th 
c ai công b 
Hà N
Tác gi lu

Vũ Văn Quý

vii



PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài

qu ct cháy nhiên li
ca nhiên liu d tr c chuyng nhi
ng nhic hp th t
phc tp, là mt h thng có nhiu vào và nhi
ca mt h thu khit là phc tp.
Trong h th       t 
quan trng,  ng l n an toàn và hiu qu ca quá trình vn hà
nhà máy nhin. Mc trong bình gia nhi
t và hiu sut ca chu trình nhim bo an tồn cho thit b
B u chnh mc bình gia nhit gi mc trong bình 
   m b  c ra khi bình gia
i quá nhiu thì khom t n 70% khơng g
nhit cịn li khoc chim t n 70%.
 cao ca mc trong bình gia nhinh theo
trình nhit khác nhau. Nó bing ph thuc vào ph ti ca c t 
m bo cho bình gia nhit ho     t b
u chnh m       
chnh thc hin quy lut t l. Mi bình gia nhit 2 mc:
 ng hp cao quá s làm gim hiu su   c cp
c nhn nhit.
 ng hp m c th  c cp cho l
cao quá s gây sôi bng s làm bin dng các dàn 
quá cao. Nng hp xu có th dn ngng lò.

1



2. Mục tiêu nghiên cứu
V  quan trng ca các h th u khin quá trình là b
khin.Vi các b u khin cho h thu khin q trình có ch
th      n vng, tín hi
chn.
Mi bình gia nhit có mt b báo m    
  n m  ng th nht, s   
khii vi mt nhóm bình gia nhit, tín hiu mc ca bt k bình gia nhit
u cho xung tín hi b
bo v s c c
t nhóm bình gia nhing th tín hi
tt bình gia nhit cao áp v b u khi    
c vào và ra nhóm bình gia nhi
n các bình gia nhit c
Khi mp trong mn
th hai, b bo v ng dp ca khc là d
Q trình ct t ng nhóm bình gia nhit cao áp, h thng làm vi
sau: Xung tín hiu t b kim sốt m c, khi mt bình gia nhit h áp
y, s n t, m ng c 
thy lc. Servomoto thy lc vào và d
vòng. Van mt chiu v   c c    
nhi ct làm vic.
Viu khin hii áp dng
u khin quá trình, c th  u khin m c  n
bình gia nhic cp ca nhà máy nhim bo kh 
tt trong mi ch  làm vi  i các nhà khoa hc không ngng p
trin nghiên cu. Vì v tài tp trung vào vic nghiên cu thit k b 


2


khin PID và  xut k b u khin m ch
s PID nhm nâng cao ch ng cho h thng u khin.S dng p
m   thit k, tính tốn t h thng u khin m
trong các bình gia nhit.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
 H thc bình gia nhit.
 u khin mc bình gia nhit.
   ng ca h thu khin
nhit.
 S dng phn mm CASCAD thit k, tính tốn t th
khin mc bình gia nhit.
4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cu lý thuyt kt hp mô phng dùng phn mm CASCAD.
G:
 Tìm hi  nguyên lý, cu to h thng các bình gia nhi
cp.
 Nghiên cu lý thuyt v u khin mc bình gia nhit.
 Nghiên cu ng dng phn mm CASCAD. S dng phn mm
 thit k, tính tốn t b u khin mc bình g
5. Bố cục đề tài
Lum các ph
  NG QUAN V NHÀ MÁY NHI   
KHIN M C BÌNH GIA NHI C CP NHÀ MÁY NHIT
N
    TOÁN H   U KHIN
  U KHIN M C BÌNH GIA NHI C
CP NHÀ MÁY NHIN

3


  T K B U KHI   U K
M C BÌNH GIA NHIC C XUT CI THIN
CHU KHIN BNG B U KHIN M CHN
THAM S PID
   DNG PHN MM CASCAD THIT K, TÍNH
TỐN T   U CH  U KHIN M C B
GIA NHIC CP NHÀ MÁY NHIN THÁI BÌNH 2
6. Tổng quan tài liệu nghiên cứu
Tài liu nghiên cc tham kho là nhng bài báo, các lu
s t   i hc ca các quc gia khác trên th gii, cùng v
trang web tìm hiu.

4


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VÀ ĐIỀU
KHIỂN MỨC NƯỚC BÌNH GIA NHIỆT NƯỚC CẤP NHÀ MÁY NHIỆT
ĐIỆN
1.1. Tổng quan về nhà máy nhiệt điện và hệ thống các bình gia nhiệt
nước cấp
1.1.1. Tổng quan chung về nhà máy nhiệt điện
n là nhà máy sn xu quy mơ cơng
phn chính yu ca hu h
bi ng s d
t. Tuy nhiên ngu ch
nhau. Nó phthuc phn ln vào loi cht và cơng ngh mà nhà máy có th
tip cc.

Trong nhà máy nhi c to ra b
 nhit t ng nhic ly b
  i da tu
c, tc là s d
i nhiquay tuabin. nh lut hai nhing lc h
không th chuyn h        
ng nhit mt mát này có th c s dng vào các m
 i m, kh mui cc...
Nhi  t than Vit Nam có vai trị quan trng tron  c
xun    bn ca nhit than là giá
có th cnh tranh vi các ngun nhiên liu khác.  Vit Nam, than có tr
ng khá ln vi hai loi ch yu là than antraxit Qung Ninh và than nâu
ng bng Bc B.
Hic khai thác vi quy m
hu ht nhu cc và xut khu. Ngu

5


tr ng rt lt, khó khai

trng. Mt trong nh      
than bitum t c lân c Indonesia và Úc. Than nhp khu có t
t riêng hoc trn vc nhm tn dng ngun tha
c và gim chi phí nhp khu. 
s dng ba ngun than chính là than antraxit, than nâu và than bitum nhp
khu. Ba loi than này s  s xem xét khi la chn công ngh cho nhà
máy nhin.
Công ngh ng yêu c b
thân thin v hp lý.

làm gim tiêu hao nhiên liu, mt khác làm ging phát thi các cht ô
nhing. V n
than phi áp dng các k thut và thit b hn ch các cht phát thc h
 NOX, SO2, bi và thu gi CO2.
La chn công sut t     thuc vào nh
 , su   t bng, trìn  vn hành, tín
tmáy, h thn quc gia và khu vc... Công sut t i vi
ngh t than phun him trong di rng 50 - 1300 MW.
su   c ta hi  bin  mc 300 MW, m
 dng có cơng sut 500 -700 MW. 
 Vit Nam s tin mc 1000MW.
Cơng ngh khí hóa than trên th gii hi máy cô
300 MW. Các t máy công sut 500 - 650 MW s 
2015. Loi nhà máy này s ph bi 
nên khc s khuy

6


Các nhà máy nhit than phun ph bin vi thông s cn ti
và thông s trên ti hn. Thông s  quynh hiu sut sn xu
 a nhà máy. Nhi  và áp su  
 u sut c
a ngoi tr các ci tin nhm hồn thin q trình chuy
ng áp dng thơng s i h
có th nâng cao nhi và áp su nhng tin b trong công ng
liu. V  b và áp su
loi chu nhi c bit có chi     
ngành luyn kim s cho phép thông s ng thi
 gim, tu kin thun l nâng cao hiu su


D ki 
 và hiu sutlên
phát
ti 

n có th t 50-53%. Nu la chn các t 
thơng s i và trên ti hu có th 
chi nh hiu su
 nâng cao hiu suu qu
m bo các tiêu chu ng ngày càng nghiêm ng
phun vn s là la chn hiu qu khi xây dng nhà máy nhit th
Vit Nam. Công sut t máy s trong khong 500 - 1000 MW vi thông s
trên ti hng chung c
 tng sôi tu
tn dng các ngun than xnh
máy tip tc nâng lên và nh  mc 200 - 300 MW. Trong nhn
i, chúng ta có th trim m
ngh khí hóa than, nhm kim chng cơng ngh, li ích kinh t  nhân rng
công ngh này trong thi gian tip theo.

7


Nhà máy nhit n có th c phân loi da trên hai tiêu chí: loi
nhiên lic sd
 Da vào loi nhiên liu:
 n ht nhân dùng nhit to bi phn ng h

 Nhà máy nhin sdng hóa th

diesel...) có thng hành)
du).
 a nhit ly sc nóng tnhng tng sâu c
 ng tái to ly nhit bt bã
khí biogas...
 n ly nhia tcác khu cơng nghip (nhà má
sc nóng cng vt, lị si. Tuy nhiên các nhà máy này có c
sut thp.
 D
 c và dùng áp su
quay cánh tuabin.
 Nhà máy tuabin khí: dùng áp sut do dịng khí di chuyn qua cánh
tuabin làm quay tuabin. Do nó làm cho tuabin khng nhanh nên nó có th
c dùng cho vic t      
mc dù t
 Nhà máy tua bin kt hp h- khí: kt hm ca hai loi tu
trên.
1.1.2. Nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện
Nguyên lý sn xu n ca nhà máy nhi n là chuyn hoá n
 t cháy các loi nhiên li
chuy
8


c dng dn nhi
ng truyn ti nhic
    áp su   khô)   
Nhi   p càng nhi    n
c li. n áp phát ra  u cn s 
trm bi nâng lên cn áp thích hc khi hồ vào m

n quc gia.
Q trình chuy   ng t   
nhiên liu thành nhit cháy nhiên liu. N
t cháy nhiên lic cp cho quá trình t 
nhi ng truyn nhit t 
nhi 

  khi công ngh thit b nhà máy nhi t than có th
thành 04 cm: Thit b cung cp nhiên liu; Lò  
n (máy phát, trm bing.

9


Hình 1.1. Sơ đồ khối cơng nghệ thiết bị nhà máy nhiệt điện than

10


Hình 1.2. Sơ đồ nhiệt nguyên lý vận hành nhà máy nhiệt điện đốt than
1. Lò quá nhit; 3.Tuabin; 4.B quá nhi
         
14.Bình kh c cp; 16,17,18. Các bình gia nhit cao áp; 19,20. 
11