..

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


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
MỤC LỤC ............................................................................................................... i
DANH MỤC HÌNH ẢNH .................................................................................... iv
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... vi
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ vii
PHẦN MỞ ĐẦU .................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN
MỨC NƯỚC BÌNH GIA NHIỆT NƯỚC CẤP NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ............. 5
1.1. Tổng quan về nhà máy nhiệt điện và hệ thống các bình gia nhiệt nước cấp .. 5
1.1.1. Tổng quan chung về nhà máy nhiệt điện ..................................................... 5
1.1.2. Nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện .............................................. 8
1.1.3. Chu trình nhiệt trong nhà máy nhiệt điện .................................................. 14
1.1.4. Lò hơi nhà máy nhiệt điện ......................................................................... 15
1.1.4.1. Nhiệm vụ của lò hơi ................................................................................ 15
1.1.4.2. Cấu tạo của lị hơi.................................................................................... 15
1.1.4.3. Các loại lị hơi chính ............................................................................... 17
1.1.5. Hệ thống các bình gia nhiệt nước cấp của nhà máy nhiệt điện.................. 18
1.1.5.1. Sơ đồ nguyên lý....................................................................................... 18
1.1.5.2. Thiết bị và sơ đồ đấu nối các bình gia nhiệt ........................................... 22
1.1.5.3. Cân bằng nhiệt và các chế độ làm việc của bình gia nhiệt ..................... 29
1.1.5.4. Vận hành bình gia nhiệt .......................................................................... 32
1.2. Hệ thống điều khiển lị hơi và hệ thống điều khiển bình gia nhiệt nhà máy
nhiệt điện .............................................................................................................. 34
1.2.1. Lò hơi nhà máy nhiệt điện là một đối tượng điều khiển ............................ 34

1.2.2. Giới thiệu chung hệ thống điều khiển lò hơi.............................................. 35
1.2.3. Hệ thống điều khiển mức nước bình gia nhiệt nước cấp ........................... 37
1.2.3.1. Đặt vấn đề ............................................................................................... 37

i


1.2.3.2. Hệ thống điều khiển mức nước bình gia nhiệt nước cấp ........................ 39
1.2.3.3. Mục tiêu của nghiên cứu ......................................................................... 41
1.3. Kết luận chương 1 ......................................................................................... 41
CHƯƠNG 2. MÔ TẢ TOÁN HỌC ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN VÀ
PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC BÌNH GIA NHIỆT NƯỚC
CẤP NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN .......................................................................... 43
2.1. Đặt bài tốn ................................................................................................... 43
2.2. Mơ tả tốn học cho các thành phần trong hệ thống điều khiển mức nước
bình gia nhiệt nước cấp nhà máy nhiệt điện ........................................................ 45
2.2.1. Cấu trúc mơ hình nhà máy nhiệt điện ........................................................ 45
2.2.2. Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển mức nước các bình gia nhiệt ............. 46
2.2.3. Hàm truyền các thành phần của hệ thống .................................................. 46
2.3. Hàm truyền của hệ thống .............................................................................. 56
2.4. Kết luận ......................................................................................................... 57
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID ĐỂ ĐIỀU KHIỂN MỨC
NƯỚC BÌNH GIA NHIỆT NƯỚC CẤP VÀ ĐỀ XUẤT CẢI THIỆN CHẤT
LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH
THAM SỐ PID..................................................................................................... 58
3.1. Tổng quan bộ điều khiển PID ....................................................................... 58
3.1.1. Thiết kế bộ điều khiển trên cơ sở hàm quá độ h(t) .................................... 59
3.1.2. Thiết kế điều khiển ở miền tần số .............................................................. 61
3.2. Thiết kế điều khiển mức nước bình gia nhiệt nước cấp ................................ 64
3.4. Đề xuất cải thiện chất lượng điều khiển mức nước bình gia nhiệt nước

cấp bằng bộ mờ chỉnh định tham số PID ............................................................. 65
3.4.1. Mờ hóa ....................................................................................................... 66
3.4.2. Giải mờ (defuzzyfier) ................................................................................. 66
3.4.3. Khối luật mờ và khối hợp thành................................................................. 68

ii


3.4.4. Bộ điều khiển mờ ....................................................................................... 70
3.5. Thiết kế bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID .............. 73
3.5.1. Phương pháp thiết kế.................................................................................. 73
3.5.2. Nhận xét ..................................................................................................... 77
CHƯƠNG 4. SỬ DỤNG PHẦN MỀM CASCAD THIẾT KẾ, TÍNH TỐN TỐI
ƯU BỘ ĐIỀU CHỈNH MỨC NƯỚC BÌNH GIA NHIỆT NƯỚC CẤP NHÀ
MÁY NHIỆT ĐIỆN THÁI BÌNH 2 ....................................................................... 78
4.1. Mô tả hệ thống gia nhiệt cao áp, hạ áp nhà máy nhiệt điện Thái Bình 2...... 78
4.1.1. Chức năng, nhiệm vụ vận hành hệ thống gia nhiệt cao áp, hạ áp .............. 78
4.1.2. Đặc tính kỹ thuật ........................................................................................ 80
4.1.3. Nguyên lý điề u khiể n mực các bô ̣ gia nhiêṭ ha ̣ áp ..................................... 83
4.1.4. Nguyên lý điề u khiể n mực các bô ̣ gia nhiêṭ cao áp ................................... 86
4.2. Giới thiệu phần mềm CASCAD và sử dụng phần mềm CASCAD thiết
kế, tính tốn tối ưu bộ điều chỉnh mức nước bình gia nhiệt nhà máy nhiệt điện
Thái Bình 2 ........................................................................................................... 89
4.2.1. Giới thiệu phần mềm CASCAD ................................................................ 89
4.2.2. Sử dụng phần mềm CASCAD thiết kế, tính tốn tối ưu bộ điều chỉnh
mức nước bình gia nhiệt....................................................................................... 90
KẾT LUẬN ........................................................................................................ 108
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 109

iii



DANH MỤC HÌNH ẢNH
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 ............. 11
Hình 1.3: Sơ đồ chu trình nhiệt của một tổ máy .................................................. 15
Hình 1.4: Nguyên lý cấu tạo của lị hơi ............................................................... 16
Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý thiết bị gia nhiệt hồi nhiệt ......................................... 19
Hình 1.6: Thiết bị gia nhiệt hạ áp và sơ đồ đấu nối ............................................. 22
Hình 1.7: Van một chiều điện KOC ..................................................................... 24
Hình 1.8: Xiphơng thủy lực để xả tràn trong các dung tích áp suất thấp ............ 26
Hình 1.9. Bình gia nhiệt cao áp ............................................................................ 27
Hình 1.10: Sơ đồ bảo vệ bình gia nhiệt cao áp .................................................... 29
Hình 1.11: Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển lò hơi ................................. 37
Hình 2.1: Cấu trúc mơ hình nhà máy nhiệt điện .................................................. 45
Hình 2.2: Sơ đồ khối một vịng của hệ thống điều khiển quá trình ..................... 46
Hình 2.3: Cấu trúc cơ bản của một thiết bị đo quá trình ...................................... 46
Hình 2.4: Một số hình ảnh thiết bị đo cơng nghiệp ............................................. 47
Hình 2.5: Cấu trúc cơ bản của thiết bị chấp hành ................................................ 50
Hình 2.6: Cấu trúc tiêu biểu của một van cầu khí nén ......................................... 50
Hình 2.7: Biểu tượng và ký hiệu cho kiểu tác động của van điều khiển ............. 52
Hình 2.8:Sơ đồ nguyên lý điều khiển mức nước bình gia nhiệt .......................... 54
Hình 2.9: Đặc tính động của mức nước bình gia nhiệt theo lưu lượng nước ...... 55
Hình 2.10: Sơ đồ điều chỉnh mức nước bình gia nhiệt một tín hiệu .................... 56
Hình 2.11: Cấu trúc mơ tả tốn học của tồn hệ thống ........................................ 57
Hình 3.1: Sơ đồ khối bộ điều khiển tuyến tính (PID) .......................................... 58
Hình 3.2: Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển PID ........................................................ 59
Hình 3.3: Độ thị quá độ ........................................................................................ 60
Hình 3.4: Sơ đồ hệ thống điều khiển.................................................................... 61


iv


Hình 3.5: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển mức nước bình gia nhiệt nước
cấp nhà máy nhiệt điện ......................................................................................... 64
Hình 3.6: Cấu trúc bộ điều khiển mờ cơ bản ....................................................... 65
Hình 3.7: Phương pháp giải mờ cực đại .............................................................. 67
Hình 3.8: Phương pháp trọng tâm ........................................................................ 68
Hình 3.9: Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển mờ PD ................................................... 71
Hình 3.10: Sơ đồ khối hệ thống với bộ điều chỉnh mờ PI(1)............................... 71
Hình 3.11: Sơ đồ khối hệ thống với bộ điều khiển mờ PI(2)............................... 72
Hình 3.12: Phương pháp điều khiển thích nghi trực tiếp ..................................... 72
Hình 3.13: Phương pháp điều khiển thích nghi gián tiếp .................................... 72
Hình 3.14: Phương pháp điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển........ 73
Hình 3.15: Phương pháp chỉnh định mờ tham số bộ điều khiển PID .................. 74
Hình 3.16: Bên trong bộ điều chỉnh mờ ............................................................... 74
Hình 3.17: Tập mờ e và e' .................................................................................... 75
Hình 3.18: Tập mờ α ............................................................................................ 75
Hình 3.19: Tập mờ KP, KD ................................................................................... 75
Hình 3.20: Cấu trúc chỉnh đỉnh mờ tham số PID................................................. 77
Hình 4.1: Sơ đồ điều khiển mực bình gia nhiệt hạ áp số 5,6,8 ............................ 84
Hình 4.2: đồ điều khiển mực bình gia nhiệt hạ áp số 7 ....................................... 85
Hình 4.3: Sơ đồ điều khiển mực bình gia nhiệt cao áp số 1, 2,3. ........................ 87
Hình 4.4:Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh mức nước bình gia nhiệt .............. 91
Hình 4.5: Đồ thị thực nghiệm của đối tượng mức nước bình gia nhiệt ............... 92

v


LỜI CẢM ƠN

Để hồn thành luận văn này, tơi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến
PGS.TSKH.VS. Nguyễn Văn Mạnh, đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo trong suốt
thời gian thực hiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Ban Quản lý Dự án Điện lực Dầu
khí Thái Bình 2 và các bạn đồng nghiệp đã ln tạo điều kiện về mặt thời gian
cũng như công việc để tơi có thể thực hiện luận văn này.
Tơi cũng xin cảm ơn quý Thầy, Cô trong Viện Khoa học và Công nghệ
Nhiệt Lạnh, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình truyền đạt kiến
thức và giúp đỡ tơi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn.
Cuối cùng, xin kính chúc q Thầy, Cơ và gia đình ln dồi dào sức
khỏe và thành cơng trong cơng việc và cuộc sống.
Hà Nội, tháng 9 năm 2017
Học viên

Vũ Văn Quý

vi


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu
có nguồn gốc rõ ràng, tuân thủ đúng nguyên tắc và kết quả trình bày trong
luận văn được thu thập trong quá trình nghiên cứu là trung thực chưa từng
được ai công bố trước đây.
Hà Nội, tháng 9 năm 2017
Tác giả luận văn

Vũ Văn Quý

vii



PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài
Lò hơi được xem như là một bình kín và hơi nước đi ra từ lị hơi là kết
quả của q trình đốt cháy nhiên liệu.Trong các lị hơi, năng lượng hóa học
của nhiên liệu dự trữ được chuyển đổi thành năng lượng nhiệt và chính năng
lượng nhiệt này được nước hấp thụ tạo thành hơi nước.Lò hơi là một thiết bị
phức tạp, là một hệ thống có nhiều đầu vào và nhiều đầu ra. Do đó cấu trúc
của một hệ thống điều khiển lò hơi cũng rất là phức tạp.
Trong hệ thống lị hơi thì các bình gia nhiệt nước cấp giữ một vai trò
quan trọng, ảnh hưởng lớn đến an tồn và hiệu quả của q trình vận hành
nhà máy nhiệt điện. Mức nước trong bình gia nhiệt có ý nghĩa đảm bảo kinh
tế và hiệu suất của chu trình nhiệt và đảm bảo an toàn cho thiết bị
Bộ điều chỉnh mức nước bình gia nhiệt giữ mức nước trong bình ở trạng
thái bình thường. Để đảm bảo cho nước ra khỏi bình gia nhiệt về lị khơng
thay đổi q nhiều thì khoảng hơi chiếm từ 30% đến 70% khơng gian bình gia
nhiệt cịn lại khoảng nước chiếm từ 50% đến 70%.
Độ cao của mức nước trong bình gia nhiệt được xác định theo mỗi chu
trình nhiệt khác nhau. Nó biến động phụ thuộc vào phụ tải của cả tổ máy.Để
đảm bảo cho bình gia nhiệt hoạt động bình thường ta đặt bộ điều chỉnh để
điều chỉnh mức nước và hơi trong bình gia nhiệt.Thường được đặt bộ điều
chỉnh thực hiện quy luật tỷ lệ. Mỗi bình gia nhiệt đặt 2 mức:
 Trường hợp cao quá sẽ làm giảm hiệu suất lị vì nước cấp cho lị
khơng được nhận nhiệt.
 Trường hợp mức nước thấp quá khi đó nước cấp cho lị có nhiệt độ
cao q sẽ gây sơi bồng sẽ làm biến dạng các dàn ống sinh hơi do nhiệt độ
quá cao. Nếu trường hợp xấu có thể dẫn đến ngừng lò.

1



2. Mục tiêu nghiên cứu
Vấn đề quan trọng của các hệ thống điều khiển quá trình là bộ điều
khiển.Với các bộ điều khiển cho hệ thống điều khiển quá trình có chất lượng
thấp như khơng thích nghi, khơng bền vững, tín hiệu điều khiển khơng bị
chặn.
Mỗi bình gia nhiệt có một bộ báo mức nước riêng, tác động khi mức
nước đầy đến mức nước đọng thứ nhất, sẽ đưa tín hiệu đến bảng điều
khiển.Đối với một nhóm bình gia nhiệt, tín hiệu mức của bất kỳ bình gia nhiệt
nào khi cao hơn mức đã định đều cho xung tín hiệu để bộ bảo vệ tác động. Bộ
bảo vệ sẽ đóng van vào, và hướng nước cấp đi vòng qua hệ thống ống, theo
đường đi tắt nhóm bình gia nhiệt. Đồng thời đưa xung tín hiệu đã mở van đi
tắt bình gia nhiệt cao áp về bảng điều khiển, để thông báo cho người vận
hành, và đóng van nước vào và ra nhóm bình gia nhiệt cao áp đó, đồng thời
cũng đóng đường hơi trích đi đến các bình gia nhiệt của nhóm đó.
Khi mức nước tăng tiếp trong một bình nào đó đến mức nước giới hạn
thứ hai, bộ bảo vệ tác động dừng bơm cấp của khối đó, tức là dừng tổ máy.
Q trình cắt tự động nhóm bình gia nhiệt cao áp, hệ thống làm việc như
sau: Xung tín hiệu từ bộ kiểm sốt mức nước, khi một bình gia nhiệt hạ áp
nào đầy, sẽ đưa vào van điện từ, mở đường cấp nước ngưng cho servomoto
thủy lực. Servomoto thủy lực đóng van nước vào và dẫn nước theo đường đi
vòng. Van một chiều vẫn để dòng nước cấp đi vào lị, cịn nhóm bình gia
nhiệt cao áp đó bị cắt làm việc.
Việc đưa ra phương pháp điều khiển hiện đại áp dụng cho một hệ thống
điều khiển quá trình, cụ thể là điều khiển mức nước (nước đọng) trong các
bình gia nhiệt nước cấp của nhà máy nhiệt điện, đảm bảo khả năng hoạt động
tốt trong mọi chế độ làm việc đòi hỏi các nhà khoa học khơng ngừng phát
triển nghiên cứu. Vì vậy đề tài tập trung vào việc nghiên cứu thiết kế bộ điều


2


khiển PID và đề xuất phương pháp thiết kế bộ điều khiển mờ chỉnh định tham
số PID nhằm nâng cao chất lượng cho hệ thống điều khiển.Sử dụng phần
mềm CASCAD để thiết kế, tính tốn tối ưuhệ thống điều khiển mức nước
trong các bình gia nhiệt.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
 Hệ thống đo mức nước bình gia nhiệt.
 Phương pháp điều khiển mức nước bình gia nhiệt.
 Mơ hình hóa các đối tượng của hệ thống điều khiển mức nước bình gia
nhiệt.
 Sử dụng phần mềm CASCAD thiết kế, tính tốn tối ưu hệ thống điều
khiển mức nước bình gia nhiệt.
4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp mô phỏng dùng phần mềm CASCAD.
Gồm các bước như sau:
 Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý, cấu tạo hệ thống các bình gia nhiệt nước
cấp.
 Nghiên cứu lý thuyết về điều khiển mức nước bình gia nhiệt.
 Nghiên cứu ứng dụng phần mềm CASCAD. Sử dụng phần mềm
CASCAD để thiết kế, tính tốn tối ưu bộ điều khiển mức nước bình gia nhiệt.
5. Bố cục đề tài
Luận văn gồm các phần chính sau đây:
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VÀ ĐIỀU
KHIỂN MỨC NƯỚC BÌNH GIA NHIỆT NƯỚC CẤP NHÀ MÁY NHIỆT
ĐIỆN
CHƯƠNG 2. MÔ TẢ TOÁN HỌC ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN VÀ
PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC BÌNH GIA NHIỆT NƯỚC
CẤP NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN


3


CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID ĐỂ ĐIỀU KHIỂN
MỨC NƯỚC BÌNH GIA NHIỆT NƯỚC CẤP VÀ ĐỀ XUẤT CẢI THIỆN
CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH
THAM SỐ PID
CHƯƠNG 4. SỬ DỤNG PHẦN MỀM CASCAD THIẾT KẾ, TÍNH
TỐN TỐI ƯU BỘ ĐIỀU CHỈNH CHO ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC BÌNH
GIA NHIỆT NƯỚC CẤP NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THÁI BÌNH 2
6. Tổng quan tài liệu nghiên cứu
Tài liệu nghiên cứu được tham khảo là những bài báo, các luận văn thạc
sỹ từ các trường đại học của các quốc gia khác trên thế giới, cùng với các
trang web tìm hiểu.

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
Nhà máy điện là nhà máy sản xuất điện năng ở quy mơ cơng nghiệp. Bộ
phận chính yếu của hầu hết các nhà máy điện là máy phát điện. Đó là thiết bị
biến đổi cơ năng thành điện năng thông thường sử dụng nguyên lý cảm ứng điện
từ. Tuy nhiên nguồn năng lượng để chạy các máy phát điện này lại khơng giống
nhau. Nó phụthuộc phần lớn vào loại chất đốt và công nghệ mà nhà máy có thể

tiếp cận được.
Trong nhà máy nhiệt điện, cơ năng được tạo ra bởi động cơ nhiệt.Động
cơ nhiệt tạo ra cơ năng bằng nhiệt được lấy bằng cách đốt nhiên liệu.Cơ năng
ở đây được lưu trữ dưới dạng động năng quay của tua bin. Khoảng 80% các
nhà máy điện dùng tuabin hơi nước, tức là sử dụng hơi nước đã được làm bốc
hơi bởi nhiệt đểquay tuabin. Theo định luật hai nhiệt động lực học, nhiệt năng
không thể chuyển hết thành cơ năng. Do đó ln có mất mát nhiệt ra mơi
trường. Lượng nhiệt mất mát này có thể được sử dụng vào các mục đích khác
như sưởi ấm, khử muối của nước...
Nhiệt điện đốt than ởViệt Nam có vai trò quan trọng trong cơ cấu sản
xuất điện năng. Ưu thế cơ bản của nhiệt điện đốt than là giá than ổn định và
có thể cạnh tranh với các nguồn nhiên liệu khác. Ở Việt Nam, than có trữ
lượng khá lớn với hai loại chủ yếu là than antraxit Quảng Ninh và than nâu
vùng đồng bằng Bắc Bộ.
Hiện nay, than antraxit đang được khai thác với quy mô lớn và đáp ứng
hầu hết nhu cầu trong nước và xuất khẩu. Nguồn than nâu được dự báo là có

5


trữ lượng rất lớn nhưng nằm sâu trong lòng đất, khó khai thác. Loại than này
chưa được khai thác,nhưng trong tương lai, đây sẽ là nguồn nhiên liệu quan
trọng. Một trong những phương án cung cấp cho ngành Điện là nhập khẩu
than bitum từ các nước lân cận như Indonesia và Úc. Than nhập khẩu có thể
đốt riêng hoặc trộn với than trong nước nhằm tận dụng nguồn than khó cháy
trong nước và giảm chi phí nhập khẩu. Nhưvậy, trong tương lai, Việt Nam sẽ
sử dụng ba nguồn than chính là than antraxit, than nâu và than bitum nhập
khẩu. Ba loại than này sẽ là cơ sở xem xét khi lựa chọn công nghệ cho nhà
máy nhiệt điện.
Công nghệ trong tương lai phải đáp ứng yêu cầu cơ bản là hiệu suất cao,

thân thiện với mơi trường và có chi phí đầu tư hợp lý. Hiệu suất cao một mặt
làm giảm tiêu hao nhiên liệu, mặt khác làm giảm lượng phát thải các chất ô
nhiễm ra môi trường. Vấn đề mơi trường đang địi hỏi các nhà máy điện đốt
than phải áp dụng các kỹ thuật và thiết bị hạn chế các chất phát thải độc hại
như NOX, SO2, bụi và thu giữ CO2.
Lựa chọn công suất tổmáy cho tương lai phụ thuộc vào nhiều yếu tố
nhưcông nghệ, suất đầu tư, mặt bằng, trình độ vận hành, tính phổ biến của
tổmáy, hệ thống điện quốc gia và khu vực... Công suất tổ máy đối với công
nghệ đốt than phun hiện nay đang nằm trong dải rộng 50 - 1300 MW. Cơng
suất lị hơi ở nước ta hiện đang phổ biến ở mức 300 MW, một số nhà máy
đang xây dựng có cơng suất 500 -700 MW. Trong tương lai, cơng suất tổ máy
ở Việt Nam sẽ tiến đến mức 1000MW.
Công nghệ khí hóa than trên thế giới hiện đang có các tổ máy công suất
300 MW. Các tổ máy công suất 500 - 650 MW sẽ đi vào vận hành sau năm
2015. Loại nhà máy này sẽ phổ biến hơn khi các tiêu chuẩn môi trường trở
nên khắt khe hơn và nhận được sự khuyến khích và ưu đãi từ phía chính phủ.

6


Các nhà máy nhiệt điện đốt than phun phổ biến với thông số cận tới hạn
và thông số trên tới hạn. Thông số hơi sẽ quyết định hiệu suất sản xuất điện
năng của nhà máy. Nhiệt độ và áp suất hơi càng cao thì hiệu suất nhà máy
càng cao. Do đó, hiệu suất của nhà máy đốt than dưới tới hạn sẽ không thể
nâng cao hơn nữa ngoại trừ các cải tiến nhằm hồn thiện q trình chuyển hóa
năng lượng. Xu hướng áp dụng thông số hơi trên tới hạn đang chiếm ưu thế vì
có thể nâng cao nhiệt độ và áp suất hơi nhờ những tiến bộ trong công nghệ vật
liệu. Vấn đề cơ bản là khi tăng nhiệt độ và áp suất, lò hơi phải sử dụng kim
loại chịu nhiệt đặc biệt có chi phí cao. Trong tương lai, sự phát triển của
ngành luyện kim sẽ cho phép thông số hơi tăng hơn nữa đồng thời giá thành

cũng sẽ giảm, tạo điều kiện thuận lợi để nâng cao hiệu suất các nhà máy điện.
Dự kiến năm 2020, nhiệt độ hơi có thể lên tới 7750 𝐶 và hiệu suất phát
điện có thể đạt 50-53%. Nếu lựa chọn các tổ máy 1000 MW trong tương lai,
thông số hơi dưới và trên tới hạn đều có thể nhưng phương án trên tới hạn sẽ
chiếm ưu thế nhờ hiệu suất vượt hơn hẳn phương án dưới tới hạn.
Nhưvậy, để nâng cao hiệu suất nhà máy, tăng hiệu quả kinh tế đồng thời
đảm bảo các tiêu chuẩn môi trường ngày càng nghiêm ngặt, lò hơi đốt than
phun vẫn sẽ là lựa chọn hiệu quả khi xây dựng nhà máy nhiệt điện đốt than ở
Việt Nam. Công suất tổ máy sẽ trong khoảng 500 - 1000 MW với thông số
trên tới hạn. Đây là xu hướng chung của các nhà đầu tưtrong thời gian từ nay
đến năm 2020. Bên cạnh đó, cơng nghệ tầng sơi tuần hồn cũng là giải pháp
tận dụng các nguồn than xấu, than có hàm lượng lưu huỳnh cao. Công suất tổ
máy tiếp tục được nâng lên và ổn định ở mức 200 - 300 MW. Trong những
năm tới, chúng ta có thể triển khai thí điểm một nhà máy điện áp dụng cơng
nghệ khí hóa than, nhằm kiểm chứng cơng nghệ, lợi ích kinh tế để nhân rộng
cơng nghệ này trong thời gian tiếp theo.

7


Nhà máy nhiệt điện có thể được phân loại dựa trên hai tiêu chí: loại
nhiên liệu được sửdụng và phương pháp tạo ra động năng quay.
 Dựa vào loại nhiên liệu:
 Nhà máy điện hạt nhân dùng nhiệt tạo bởi phản ứng hạt nhân đểquay
tuabin hơi.
 Nhà máy nhiệt điện sửdụng năng lượng hóa thạch (khí đồng hành, dầu
diesel...) có thểdùng tuabin khí (khi dùng khí đồng hành) hoặc hơi (khi dùng
dầu).
 Nhà máy địa nhiệt lấy sức nóng từnhững tầng sâu của trái đất.
 Nhà máy năng lượng tái tạo lấy nhiệt bằng cách đốt bã mía, rác thải,

khí biogas...
 Nhà máy điện lấy nhiệt dưthừa từcác khu công nghiệp (nhà máy thép),
sức nóng của người và động vật, lị sửi. Tuy nhiên các nhà máy này có cơng
suất thấp.
 Dựa vào phương pháp tạo động năng quay
 Nhà máy tuabin hơi: làm sôi nước và dùng áp suất do hơi phát ra làm
quay cánh tuabin.
 Nhà máy tuabin khí: dùng áp suất do dịng khí di chuyển qua cánh
tuabin làm quay tuabin. Do nó làm cho tuabin khởi động nhanh nên nó có thể
được dùng cho việc tạo động năng đầu cho tuabin trong các nhà máy điện
mặc dù tốn kém hơn.
 Nhà máy tua bin kết hợp hơi - khí: kết hợp ưu điểm của hai loại tuabin
trên.
1.1.2. Nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện
Nguyên lý sản xuất điện của nhà máy nhiệt điện là chuyển hoá nhiệt
năng từ đốt cháy các loại nhiên liệu trong lò hơi thành cơ năng quay tuabin,
chuyển cơ năng của tuabin thành năng lượng điện trong máy phát điện. Nhiệt

8


năng được dẫn đến tuabin qua môi trường dẫn nhiệt là hơi nước. Hơi nước chỉ
là môi trường truyền tải nhiệt năng đi nhưng hơi nước vẫn phải đảm bảo chất
lượng (như phải đủ áp suất, đủ độ khô) trước khi vào tuabin để sinh công.
Nhiệt năng cung cấp càng nhiều thì năng lượng điện phát ra càng lớn và
ngược lại. Điện áp phát ra ở đầu cực máy phát điện sẽ được đưa qua hệ thống
trạm biến áp để nâng lên cấp điện áp thích hợp trước khi hồ vào mạng lưới
điện quốc gia.
Q trình chuyển hố năng lượng từ năng lượng hoá năng chứa trong
nhiên liệu thành nhiệt năng bởi quá trình đốt cháy nhiên liệu. Nhiệt năng của

quá trình đốt cháy nhiên liệu được cấp cho quá trình tạo hơi bão hồ mang
nhiệt năng. Hơi bão hồ là mơi trường truyền nhiệt từ lị đến tuabin.Tại tuabin
nhiệt năng biến đổi thành cơ năng, sau đó từ cơ năng chuyển hố thành điện
năng.
Sơ đồ khối cơng nghệ thiết bị nhà máy nhiệt điện đốt than có thể chia
thành 04 cụm: Thiết bị cung cấp nhiên liệu; Lò máy (lò hơi, tua bin); Chức
năng điện (máy phát, trạm biến áp); Hóa mơi trường.

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 hơi; 2. Bộquá nhiệt; 3.Tuabin; 4.Bộ quá nhiệt trung gian; 5.Máy phát điện; 6.Bình ngưng; 7.Bơm nước ngưng;
8.Bình làm mát Ejector; 9.Bình làm mát hơi chèn; 10. Bình làm mát nước đọng; 11,12,13. Các bình gia nhiệt hạ áp;
14.Bình khử khí; 15. Bơm nước cấp; 16,17,18. Các bình gia nhiệt cao áp; 19,20. Nước tuần hoàn làm mát vào ra.
11


Giải thích q trình sản xuất điện:
 Than từ cảng được các thiết bị bốc dỡ đưa vào kho than bằng các máy
đánh đống, hệ thống băng và các tháp chuyển tiếp. Than từ các kho được vận
chuyển vào các kho than nguyên bằng máy phá đánh cùng các hệ thống băng
tải và các tháp chuyển tiếp.
 Than từ các kho than nguyên được đưa qua hệ thống chế biến than bột
sau đó đưa về kho than bột trung gian, từ đây than được đưa tới vòi đốt của lò

hơi bằng các máy cấp than bột và hệ thống gió cấp 1. Để đốt cháy than bột
trong lò sử dụng gió nóng cấp 2.
 Hơi nước sinh ra từ lị sau khi ra khỏi bao hơi là hơi bảo hoà được đưa
qua các bộ quá nhiệt tới thông số yêu cầu sau đó đưa vào để quay tua bin, hơi
trước hết vào tuabin cao áp, sau khi ra khỏi tua bin cao áp hơi này được đưa
tới bộ quá nhiệt trung gian và gia nhiệt tới thông số hơi yêu cầu lại được đưa
vào tua bin trung áp, sau khi ra khỏi tua bin trung áp hơi này lại tiếp tục vào
tua bin hạ áp, sau khi ra khỏi tua bin hạ áp hơi được ngưng tụ tại bình ngưng
nhờ hệ thống nước tuần hồn. Nước ngưng từ bình ngưng được các bơm
ngưng bơm qua các bình gia nhiệt hạ áp tới bình khử khí, nước từ bình khử
khí được các bơm nước cấp bơm qua các bình gia nhiệt cao sau đó vào bộ
hâm và vào bao hơi kết thúc một chu trình nhiệt khép kín.
 Khói sau khi qua các bộ quá nhiệt, bộ hâm, bộ sấy không khí được
đưa tới bộ lọc bụi tĩnh điện, sau khi ra khỏi bộ lọc bụi tĩnh điện nồng độ bụi
trong khói đảm bảo ≤ 100𝑚𝑔/𝑚3 𝑇𝐶 được đưa tới bộkhửlưu huỳnh nhờquạt
khói, sau khi khói đi qua bộkhửlưu huỳnh thì nồng độlưu huỳnh trong khói ≤
500𝑚𝑔/𝑚3 𝑇𝐶 và tới ống khói, thải ra mơi trường.
 Tro bay ở đáy phễu bộ sấy khơng khí và bộ lọc bụi tĩnh điện được vận
chuyển về các Silo dự trữ tro nhờ hệ thống vận chuyển bằng chân khơng. Tro
ở silo có thể được bán và vận chuyển bằng ôtô hoặc được đưa tới trạm bơm

12


thải xỉ bằng hệ thống nước. Xỉ đáy lò được hệ thống bơm thải xỉ chuyển về
trạm bơm thải xỉ khoảng 8giờ/lần.
 Thạch cao từ hệ thống khử lưu huỳnh được bán cho các hộ tiêu thụ
trường hợp không bán được được xả về trạm bơm thải xỉ.
 Tro, xỉ và thạch cao từ trạm bơm được bơm tới hồ thải xỉ, nước từ hồ
thải xỉ sau khi lắng trong và trung hoà được đưa trở lại trạm bơm thải xỉ qua

hệ thống bơm nước hồi.
 Khi hơi vào tuabin thì giãn nở sinh cơng quay tua bin kéo theo máy
phát cũng quay theo và máy phát đã chuyển từ cơ năng thành điện năng. Điện
năng đầu cực máy phát được dẫn tới máy biến áp và đưa tới trạm phân phối.
 Để có nước khử khống cung cấp cho chu trình nhiệt Nhà máy được
trang bị hệ thống xử lý nước.
 Khi Nhà máy đưa vào vận hành cũng là lúc thải ra các chất thải công
nghiệp để thải ra được môi trường xung quanh Nhà máy Nhiệt điện trang bị
một hệ thống xử lý nước thải bao gồm xử lý nước thải công nghiệp, nước thải
nhiễm dầu và nước thải sinh hoạt. Nước thải từ các khu vực sau khi được xử
lý đều được đưa tới trạm bơm thải xỉ.
Năng lượng nói chung đóng vai trị vơ cùng quan trong trong đời sống
kinh tế – xã hội của lồi người. Xã hội càng phát triển thì nhu cầu sử dụng
năng lượng ngày càng cao.Nhưng nguồn năng lượng truyền thống đang cạn
kiệt dần, nó tỷ lệ thuận với tốc độ phát triển của kinh tế thế giới.Trong những
năm qua, ngành năng lượng của nước ta đã có những bước phát triển mạnh
mẽ, về cơ bản đã đáp ứng được yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội và đời sống
sinh hoạt của nhân dân. Tuy nhiên, trước sự phát triển của các khu công
nghiệp, các thành phố, đô thị..... thì yêu cầu bảo đảm nhu cầu về năng lượng
để duy trì mức tăng trưởng kinh tế, góp phần bảo đảm an ninh chính trị, trật tự
an tồn xã hội và đời sống của nhân dân là rất quan trong. Do đó, “Khai thác

13


và sử dụng năng lượng có hiệu quả và bền vững; Vấn đề sử dụng tiết kiệm các
nguồn năng lượng; Khai thác và sử dụng các nguồn năng lượng mới…qua đó,
nó góp phần vào sự phát triển ngành năng lượng, q trình triển khai cơng
nghiệp hóa và hiện đại hóa nước ta”.
1.1.3. Chu trình nhiệt trong nhà máy nhiệt điện

Nhà máy nhiệt điện hoạt động dựa trên nguyên tắc chuyển hóa nhiệt năng
thành cơ năng rồi sau đó thành điện năng. Nhiệt năng được tạo thành từ việc đốt
cháy các nhiên liệu: than đá, khí thiên nhiên, dầu mỏ... tại buồng đốt làm nước
trong lị hơi chuyển hóa thành hơi nước. Nước ngưng từ các bình ngưng tụ được
bơm ngưng bơm vào các bình gia nhiệt hạ áp đến 1400 𝐶. Tại đây, nước ngưng
được gia nhiệt bởi hơi nước trích ra từ các cửa trích hơi qua tuabin. Sau khi đi
qua các bộ gia nhiệt hạ áp, nước ngưng được đưa lên bình khử khí 6at để khử hết
các bọt khí có trong nước, chống ăn mịn kim loại. Nước sau khi được khử khí,
được các bơm cấp nước đưa qua các bình gia nhiệt cao áp để tiếp tục được gia
nhiệt bởi hơi nước trích ra từ các cửa trích hơi ở xilanh cao áp của tuabin đến
nhiệt độ 2300 𝐶. Sau khi được gia nhiệt ở gia nhiệt cao áp, nước được đưa qua
bộ hâm nước ở đi lị rồi vào bình bao hơi.
Nước ở bao hơi theo vịng tuần hồn tự nhiên chảy xuống các giàn ống
sinh hơi, nhận nhiệt năng từ buồng đốt của lò biến thành hơi nước và trở về
bao hơi. Trong bao hơi phần trên là hơi bão hịa ẩm, phía dưới là nước
ngưng.Hơi bão hịa ẩm trong bao hơi khơng được đưa ngay vào tuabin mà
được đưa qua các bộ sấy hơi, tại đây hơi được sấy khô thành hơi quá nhiệt, rồi
được đưa vào tuabin.Tại tuabin, động năng của dòng hơi được biến thành cơ
năng quay trục hệ thống Tuabin-Máy phát.Hơi sau khi sinh công ở các tầng
cánh của tuabin được ngưng tụ thành nước ở bình ngưng tụ. Cơng do tuabin
sinh ra làm quay máy phát điện. Như vậy, nhiệt năng của nhiên liệu đã biến

14


đổi thành cơ năng và điện năng, còn hơi nước là mơi chất trung gian được
biến đổi theo một vịng tuần hồn kín.

Hình 1.3: Sơ đồ chu trình nhiệt của một tổ máy
1.1.4. Lò hơi nhà máy nhiệt điện

1.1.4.1. Nhiệm vụ của lò hơi
Trong nhà máy nhiệt điện, lò hơi là thiết bị lớn nhất sinh hơi và vận hành
phức tạp nhất.Nó được cơ khí hóa và tự động hóa khá cao, làm việc đảm bảo
và hiệu suất cao.Trong đó xảy 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 dịng hơi. Lị hơi có nhiệm vụ chính như sau:
 Chuyển hóa năng lượng của nhiên liệu như than đá, dầu mỏ, khí đốt…
trong buồng đốt nhiên liệu thành điện năng.
 Truyền nhiệt năng sinh ra cho môi chất tải nhiệt hoặc môi chất và
thông qua hệ thống dẫn đưa môi chất đi làm quay tua bin.
Thường trong lò hơi chất tải nhiệt là nước có nhiệt độ thơng thường
được đưa lên nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ sơi, biến thành hơi bão hịa hoặc hơi
quá nhiệt.
1.1.4.2. Cấu tạo của lò hơi
Nguyên lý và cấu tạo của lị hơi được biểu diễn trên hình 1.3. Cấu tạo
chung của lò hơi là nhằm thực hiện 2 nhiệm vụ chính: Một là chuyển hóa
năng của nhiên liệu thành nhiệt năng của sản phẩm cháy, nghĩa là đốt nhiên
liệu thành sản phẩm cháy có nhiệt độ cao, nước sơi, hơi bão hịa hoặc hơi q
nhiệt có áp suất và nhiệt độ thỏa mãn yêu cầu sử dụng.

15


Hình 1.4: Ngun lý cấu tạo của lị hơi
1.Bao hơi; 2. Ống nước xuống; 3. Bộ quá nhiệt mành trước; 4. Bộ quá
nhiệt mành sau; 5. Bộ qua nhiệt mành trung gian (tái nhiệt); 6.Bộ quá nhiệt
trung gian cuối; 7.Bộ quá nhiệt cuối; 8. Ống treo; 9. Dàn ống phủ kín; 10.
Ống trần lị; 11. Bộ q nhiệt trung gian mành bức xạ; 12.Bộ quá nhiệt đối

16