- NGUYỄN ĐỨC THỌ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN (DCS) CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN TRÊN NỀN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS CENTUM VP CỦA Yokogawa LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA. - NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Huy Phương Hà Nội – Năm 2017 Đại học Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Đức Thọ ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn: "Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển phân tán (DCS) cho nhà máy nhiệt điện trên nền hệ thống điều khiển DCS CENTUM VP của Yokogawa" do tôi tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS. - vii LỜI NÓI ĐẦU ix Chương I: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN- HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN . - Chu trình nhiệt trong nhà máy nhiệt điện. - Nguyên lý sản xuất điện năng trong nhà máy điện. - Chu trình nhiệt của nhà máy nhiệt điện ngưng hơi. - Các thiết bị chính trong nhà máy nhiệt điện. - Lò hơi. - Hệ thống điều khiển trong nhà máy điện. - 8 3.1 Các hệ thống HTC tổng hợp. - Lựa chọn hệ thống điều khiển cho nhà máy nhiệt điện Chương II: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS CENTUM VP CỦA YOKOGAWA. - Các đặc điểm nổi bật của hệ thống CENTUM VP . - 40 Chương III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THÁI BÌNH A. - Giới thiệu về Nhà máy Nhiệt điện Thái Bình . - Các yêu cầu trong thiết kế hệ thống điều khiển cho nhà máy . - Nguyên lý điều khiển nhà máy. - Hệ thống xử lý và quản lý lỗi. - Hệ thống bảo vệ nhà máy. - Hệ thống lưu trữ thông tin. - Hệ thống lập trình. - Thiết kế phần cứng và phần mềm cho hệ thống điều khiển DCS của Nhà máy Nhiệt điện Thái Bình I. - Chương trình mô phỏng: Hệ thống điều khiển mức nước bao hơi . - Hệ thống cung cấp và lưu thông nước trong lò hơi. - Hệ thống điều khiển nước cấp. - Thiết kế hệ thống điều khiển sử dụng phần mềm CENTUM VP. - TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC PL1: Project PL - 1 PHỤ LỤC PL2: CÁC QUY ĐỊNH KHI THIẾT KẾ ĐỒ HỌA PL - 8 Đại học Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Đức Thọ v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TT Từ viết tắt Tên đầy đủ 1 DCS Distributed Control System 2 CAMAC Computer Applicattion for Measurement And Control 3 EWS Engineering Work Station 4 ETS Enterprise Technology Solution 5 FCS Field Control Station 6 HTC Hệ thống thông tin công nghiệp 7 HP Bình gia nhiệt cao áp 8 HIS Humun Interface Station 9 IIT Industrial Information Technology 10 ICS Information and Command Station 11 IIS Intergrated Information System 12 LP Bình gia nhiệt hạ áp 13 OS Operating Station 14 PLC Programmable Logic Control 15 SCADA Supervisory Control And Data Acquisition 16 S Sensor Đại học Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Đức Thọ vi DANH MỤC CÁC BẢNG PL2.1. - Nguyên lý cấu tạo của lò hơi và hệ thống vòi thổi bụi. - Sơ đồ cấu trúc hệ thống SCADA. - Sơ đồ cấu trúc hệ thống DCS. - Cấu hình cơ bản hệ thống DCS CENTUMVP. - 31 Hình 2.10. - 32 Hình 2.11. - 33 Hình 2.12. - 33 Hình 2.13. - 34 Hình 2.14. - 34 Hình 2.15. - 35 Hình 2.16. - 36 Hình 2.17. - 36 Hình 2.18. - Cấu hình hệ thống sử dụng Bus Converter. - 38 Hình 2.19. - 38 Hình 2.20. - 39 Hình 2.21. - 40 Hình 2.22. - Bộ điều khiển. - Sơ đồ hệ thống cấp nước. - 84 Hình 3.10. - 85 Hình 3.11. - 86 Hình 3.12. - 87 Hình 3.13. - 87 Hình 3.14. - 88 Hình 3.15. - 89 Hình 3.16. - 89 Hình 3.17. - Sơ đồ hệ thống Seal water system. - 89 Hình 3.18. - 90 Hình 3.19. - 91 Hình 3.20. - Nhà nước, chính phủ Việt Nam đã có rất nhiều phương án để khắc phục vấn đề này như trong quy hoạch phát triển năng lượng điện chính phủ đã đưa ra danh mục xây dựng các nhà máy nhiệt điện, thuỷ điện và nâng cấp mở rộng các nhà máy điện hiện có. - Vì vậy, việc xây dựng, nâng cấp các nhà máy nhiệt điện được chính phủ quan tâm hàng đầu như: Xây dựng mở rộng nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2, Uông Bí 2, Ninh Bình, …Xây dựng mới nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh 1, Quảng Ninh 2, Cẩm Phả 1, Cẩm Phả 2, Mông Dương 1, Mông Dương 2, Sơn Động, Mạo Khê, Vũng Áng, Nghi Sơn, Thái Bình 1 … Song song với việc xây dựng các nhà máy nhiệt điện, thuỷ điện là việc bảo dưỡng, sửa chữa, nâng cấp nhà máy điện. - Trong quá trình xây dựng nhà máy nhiệt điện, việc lựa chọn, thiết kế hệ thống điều khiển cho nhà máy nhiệt điện là một trong những công việc đóng vai trò quan trọng bởi đối với nhà máy nhiệt điện thì hệ thống điều khiển tự động đóng một vai trò then chốt trong quá trình sản xuất điện năng. - Điều chỉnh tự động nhằm nâng cao hiệu suất của nhà máy điện bằng cách lựa chọn thông số của bộ điều chỉnh sao cho phù hợp, chế độ làm việc tối ưu của thiết bị theo thông số đã quy định. - Do hệ thống điều khiển cho nhà máy nhiệt điện nước ta hiện nay phụ thuộc vào nhà thầu nước ngoài cung cấp, thiết kế và chuyển giao công nghệ, nên giá thành cao và việc cải tiến, bảo dưỡng, xửa chữa, thay thế gặp khó khăn. - Vì vậy, đề tài: “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển phân tán (DCS) cho nhà máy nhiệt điện trên nền hệ thống điều khiển DCS CENTUM VP của Yokogawa” sẽ giúp chúng ta làm chủ được công nghệ, kỹ thuật và thiết bị. - Từ đó, có thể giúp các nhà tích hợp hệ thống triển khai các dự án mới, các kỹ sư nhà máy có thể khắc phục các lỗi phần mềm, như vậy chắc chắn giá thành sẽ rẻ hơn mà chúng ta hoàn toàn chủ động trong việc bảo Đại học Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Đức Thọ x hành, sửa chữa mà không phụ thuộc vào chuyên gia nước ngoài. - Cũng qua bản luận văn này đã hoàn thành, mong muốn có thể từ đây xây dựng nên các nguyên tắc cơ bản giúp phát triển đội ngũ làm tích hợp hệ thống tại Việt Nam có thể làm chủ được công nghệ cũng như kỹ thuật cho ra các sản phẩm chất lượng và giá thành hợp lý hơn. - năm 2017 Học viên Nguyễn Đức Thọ Đại học Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Đức Thọ 1 Chương I: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN- HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN Nhà máy nhiệt điện có nhiệm vụ biến đổi các năng lượng sơ cấp như than đá, dầu, bã mía, khí đốt … thành nhiệt năng và điện năng. - Cấu hình nhà máy nhiệt điện gồm có hai cụm thiết bị chính là cụm lò hơi để sản xuất ra hơi nước và cụm tua bin-máy phát để biến đổi nhiệt năng của dòng hơi thành điện năng. - Ngoài ra, còn có thêm lò hơi phụ trợ phục vụ cho khởi động nhà máy. - hệ thống nước làm mát. - hệ thống chuẩn bị nhiên liệu (Kho than, băng chuyền, máy nghiền than). - hệ thống sản xuất khí nén. - hệ thống thu hồi tro bay, gom xỉ đáy lò, lọc bụi và xử lí khói thải… 1. - Chu trình nhiệt trong nhà máy nhiệt điện: 1.1. - Nguyên lý sản xuất điện năng trong nhà máy điện: Các nguồn năng lượng thiên nhiên được sử dụng để sản xuất điện năng. - Tùy theo việc sử dụng các nguồn năng lượng thiên nhiên mà người ta chia ra các loại nhà máy điện khác nhau, trong đó hai nguồn năng lượng thiên nhiên được sử dụng phổ biến là thủy điện và nhiệt điện. - Nhà máy nhiệt điện chủ yếu sử dụng than, thường được xây dựng gần các mỏ than hoặc gần các con sông lớn để thuận tiện cho việc cung cấp nhiên liệu. - Nguyên lý sản xuất điện năng của nhà máy nhiệt điện là chuyển hóa nhiệt năng từ đốt cháy các loại nhiên liệu trong lò hơi thành cơ năng quay tuabin, chuyển cơ năng thành năng lượng điện trong máy phát điện. - Điện áp phát ra ở đầu cực máy phát điện được đưa qua hệ thống trạm biến áp nâng lên cấp điện áp thích hợp trước khi hòa vào mạng lưới điện quốc gia. - Tóm lại, quá trình chuyển hóa năng lượng trong nhà máy nhiệt điện như sau: Từ năng lượng hóa năng chứa trong nhiên liệu than thành nhiệt năng bởi quá trình đốt cháy nhiên liệu. - Quá trình chuyển hóa năng lượng được tóm tắt như hình 1.1 Đại học Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Đức Thọ 2 Hình 1.1. - Chu trình nhiệt của nhà máy nhiệt điện ngưng hơi Như đã phân tích ở phần 1.1, hơi nước đóng vai trò là môi trường truyền nhiệt trong quá trình chuyển hóa năng lượng nên vòng tuần hoàn nước – hơi đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình hoạt động của nhà máy nhiệt điện. - Bình ngưng có hệ thống nước làm mát tuần hoàn và hệ thống hút chân không làm cho hơi nước được ngưng tụ một cách nhanh chóng. - Sau đó, nước từ bình ngưng sẽ được hệ thống bơm ngưng đưa tới các bình gia nhiệt hạ áp LP1 và LP2. - Các thiết bị chính trong nhà máy nhiệt điện: 2.1. - Lò hơi: a. - Trong nhà máy điện, lò hơi sản xuất ra hơi để làm quay tuốc bin, phục vụ cho sản xuất điện năng, đòi hỏi phải có công suất lớn, hơi là hơi quá nhiệt có áp suất và nhiệt độ cao. - Loại này được gọi là lò hơi nhà máy điện. - Hệ thống lò hơi bao gồm: một hệ thống nước cấp, hệ thống hơi và hệ thống nhiên liệu. - Hệ thống nước cấp cấp nước cho lò hơi và tự động điều chỉnh nhằm đáp ứng nhu Đại học Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Đức Thọ 4 cầu hơi. - Hệ thống hơi thu gom và kiểm soát hơi do lò hơi sản xuất ra. - Một hệ thống đường ống dẫn hơi tới vị trí cần sử dụng. - Qua hệ thống này, áp suất hơi được điều chỉnh bằng các van và kiểm tra bằng máy đo áp suất hơi. - Hệ thống nhiên liệu bao gồm tất cả các thiết bị được sử dụng để tạo ra nhiệt cần thiết. - Các thiết bị cần dùng trong hệ thống nhiên liệu phụ thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng trong hệ thống nhiên liệu. - Nguyên lý cấu tạo của lò hơi Hình 1.3 Trình bày nguyên lý cấu tạo của lò hơi tuần hoàn tự nhiên trong nhà máy điện. - Đại học Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Đức Thọ 5 Hình 1.3. - Nguyên lý cấu tạo của lò hơi và hệ thống vòi thổi bụi 1. - Lò hơi 5. - Bơm nước ngưng 5: Để bơm nước ngưng vào hệ thống gia nhiệt hồi nhiệt (7&10)
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt