Thạc Sĩ Nghiên cứu thiết kế mô hình điều khiển turbine hơi trong dự án tận dụng nhiệt dư tại nhà máy xi măng

MỤC LỤC
TRANG PHỤ BÌA
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN4
1.1. CÁC NGUỒN NHIỆT DƯ TẠI CÁC NHÀ MÁY SẢN XUẤT XI MĂNG4
1.1.1. Nhiệt dư thải ra môi trường của nhà máy xi măng Sông Gianh. 5
1.1.2. Nhiệt dư thải ra môi trường sau tháp trao đổi nhiệt5
1.1.3. Nhiệt dư thải ra môi trường sau giàn làm lạnh clanhke. 5
1.2. VẤN ĐỀ THIẾU HỤT NĂNG LƯỢNG, Ô NHIỂM MÔI TRƯỜNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG XỬ LÝ6
1.3. CÔNG NGHỆ PHÁT ĐIỆN TẬN DỤNG NHIỆT DƯ NHIỆT ĐỘ THẤP THẾ HỆ THỨ NHẤT CHO LÒ QUAY XI MĂNG TRÊN THẾ GIỚI. 8
1.3.1. Định nghĩa và đặc điểm cơ bản. 8
1.3.1.1. Định nghĩa. 8
1.3.1.2. Đặc điểm cơ bản. 8
1.3.2. Các điểm trọng yếu của công nghệ và cấu trúc hệ thống nhiệt động. 8
1.3.2.1. Các điểm trọng yếu của công nghệ. 8
1.3.2.2. Cấu trúc hệ thống nhiệt động. 9
1.3.3. Các đặc trưng của công nghệ. 11
1.4. CÔNG NGHỆ PHÁT ĐIỆN TẬN DỤNG NHIỆT DƯ NHIỆT ĐỘ THẤP CHO LÒ QUAY XI MĂNG THẾ HỆ THỨ HAI TRÊN THẾ GIỚI. 12
1.4.1. Định nghĩa và đặc trưng. 12
1.4.1.1. Định nghĩa. 12
1.4.1.2. Đặc trưng. 12
1.4.2. Các điểm trọng yếu của công nghệ. 13
1.4.3. Đặc trưng của công nghệ. 13
1.5. NHẬN XÉT14
CHƯƠNG 2: CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG DÂY CHUYỀN THU HỒI NHIỆT DƯ15
2.1. NỒI HƠI. 15
2.1.1. Khái niệm cơ bản. 15
2.1.2. Các loại nồi hơi15
2.2. TURBINE HƠI. 22
2.2.1. Lịch sử phát triển. 22
2.2.2. Khái niệm23
2.2.3. Phân loại24
2.2.4. Cách nâng cao hiệu suất của chu trình. 27
2.3. DÒNG CHẢY TRONG CÁC LOẠI ỐNG33
2.3.1. Dòng chảy trong ống phun lý tưởng. 33
2.3.2. Ống tăng tốc. 34
2.4. NHẬN XÉT36
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ CỦA TURBINE HƠI 37
3.1. KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU CHỈNH TURBINE HƠI 37
3.2. MÔ HÌNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC TURBINE HƠI. 39
3.2.1. Cụm van servo - xylanh điều khiển van hơi41
3.2.2. Cụm turbine – máy phát43
3.2.3. Xấp xỉ hàm truyền của quá trình điều tốc. 45
3.3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID46
3.3.1. Giới thiệu. 46
3.3.2. Tối ưu hoá bộ điều khiển PID47
3.3.2.1. Phương pháp thứ nhất48
3.3.2.2. Phương pháp thứ hai50
3.3.3. Phân tích thiết kế bộ điều khiển theo phương pháp cổ điển. 55
3.4. CHỈNH ĐỊNH MỜ THAM SỐ PID CHO BỘ ĐIỀU TỐC TURBINE HƠI. 58
3.4.1. Chỉnh định mờ tham số PID cho bộ điều tốc. 58
3.4.2. Kết quả mô phỏng. 63
3.5. NHẬN XÉT64
CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG WIN CC PHỤC VỤ CHO CÔNG TÁC ĐÀO TẠO65
4.1. GIỚI THIỆU65
4.1.1. Soạn thảo projec WINCC65
4.1.2. Chọn PLC hoặc Drivers từ Tag Management66
4.1.3. Hiệu chỉnh hình ảnh qúa trình (Process Picture). 69
4.1.3.1. Tạo hình ảnh quá trình. 69
4.1.3.2. Cửa sổ Graphic Desiger. 70
4.1.3.3. Tạo nút nhấn. 71
4.1.3.4. Thiết lập thuộc tính chạy thực.71
4.2. GIỚI THIỆU GIAO DIỆN CỦA HỆ THỐNG THU HỒI NHIỆT DƯ72

4.3. GIỚI THIỆU CHI TIẾT CÁC MÀN HÌNH GIAO DIỆN74

4.3.1. Nồi hơi SP, AQC74
4.3.2. Hệ thống WHB Wind. 76
4.3.3. Hệ thống RAC WATER77
4.3.4. Hệ thống ST STATE80
4.3.5. Hệ thống ST SYSTEM . 81
4.3.6. Hệ thống điện cao áp và hạ áp. 83
4.4. NHẬN XÉT86
KẾT LUẬN87
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 88
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN



MỞ ĐẦU

1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Việt Nam hiện nay đang là nước đứng đầu Asian về sản xuất xi măng với sản lượng sản xuất trong năm 2010 đạt 63 triệu tấn và hơn 60 dây chuyền sản xuất xi măng lò khô đã được xây dựng. Tuy nhiên, ngành công nghiệp xi măng Việt Nam nói chung và công ty xi măng COSEVCO Sông Gianh nói riêng hiện đang phải đối mặt với những thách thức lớn như giá điện, than dầu tăng liên tục làm ảnh hưởng tới hiệu quả sản xuất kinh doanh công ty. Bên cạnh đó, tình trạng thiếu điện xẩy ra trong một thời gian dài cũng đã làm ảnh hưởng đến sản lượng sản xuất và tiêu thụ của nhà máy. Đứng trước những thách thức lớn đó, việc tận dụng nhiệt dư thừa trong lò xi măng để phát điện là một việc làm thiết thực và có ý nghĩa rất lớn đối với nhà máy xi mang COSEVCO Sông Ganh, nhất là trong bối cảnh hiện nay khi mà ngành điện trong nước chỉ đảm bảo được 80% năng lượng điện cho ngành xi măng từ nay đến năm 2020, còn lại 20% ngành xi măng phải tự lo. Do đó, việc nghiên cứu, tính toán, thiết kế, đầu tư xây dựng dự án tận dụng nhiệt dư thừa của lò xi măng để phát điện là việc làm bắt buộc đối với nhà máy xi măng COSEVCO Sông Gianh. Các tính toán đã chỉ ra, khi lắp đặt hệ thống này trong nhà máy xi măng có thể tiết kiệm 20% chi phí điện năng hàng năm và giảm đáng kể khí CO[SUB]2[/SUB] thải ra môi trường ngoài. Hiện tại các nhà máy xi măng trên thế giới đã đưa vào sử dụng hệ thống sử dụng nhiệt dư để phát điện, trong nước đã có một số nhà máy đưa vào khai thác như: Nhà máy xi măng Hà Tiên 2, nhà máy xi măng Công Thanh Turbine hơi là thiết bị quan trọng trong dự án thu hồi nhiệt khí thải, việc điều chỉnh ổn định tốc độ turbine hơi quyết định các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống phát điện, khả năng ổn định tần số của máy phát Đề tài “Nghiên cứu thiết kế mô hình điều khiển turbine hơi trong dự án tận dụng nhiệt dư tại nhà máy xi măng Sông Gianh” là bước nghiên cứu ban đầu để lập dự án cũng như nắm bắt sơ đồ công nghệ, làm chủ hệ thống khi đầu tư vào sản xuất.

2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu lý luận tổng quan, phương pháp thiết kế, xây dựng bộ điều tốc turbine hơi trên cơ sở đó ứng dụng cho dự án thu hồi nhiệt khí thải để phát điện phục vụ cho nhà máy xi măng COSEVCO Sông Gianh.
3. PHẠM VI VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu nguyên lý thu hồi nhiệt tối ưu trong nhà máy sản xuất xi măng.
- Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ turbine hơi.
- Xây dựng sơ đồ công nghệ của hệ thống.
- Tính toán, thiết lập các thông số hệ thống để điều khiển tốc độ turbine hơi.
- Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống trên máy tính.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Tính toán lý thuyết và mô phỏng hệ thống trên máy tính.
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỂN
- Thiết lập mô hình điều khiển tốc độ turbine hơi ứng dụng cho dự án thu hồi nhiệt khí thải để phát điện tại nhà máy xi măng COSEVCO Sông Gianh.
6. DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC & KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG
- Xây dựng mô hình điều khiển tốc độ turbine hơi
- Tối ưu hóa hệ thống điều khiển turbine hơi
- Mô phỏng hệ thống thu hồi nhiệt trên máy tính phục vụ chô công tác đào tạo trước khi đưa dây chuyền vào sử dụng.
7. CẤU TRÚC LUẬN VĂN
Ngoài phần mở đầu, kết luận và khả năng ứng dụng của đề tài, danh mục tài liệu tham khảo và các phụ lục, nội dung chính của luận văn được chia thành 4 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan
Giới thiệu các nguồn nhiệt dư thải ra môi trường của các nhà máy xi măng hiện nay. Dựa vào những đặc tính công nghệ để xây dựng lên mô hình thu hồi nhiệt làm máy phát điện phục vụ cho nguồn điện sẽ thiếu hụt của nhà máy trong tương lai.
Chương 2: Các thiết bị chính trong dây chuyền thu hồi nhiệt dư
Giới thiệu một số thiết bị chính trong dây chuyền. Nguyên lý làm việc của các thiết bị và chu trình nhiệt hóa hơi.
Chương 3: Thiết kế mô hình điều khiển tốc độ của turbine hơi
Trong phần này giới thiệu về mô hình toán học điều khiển tốc độ turbine hơi, xây dựng mô hình điều khiển tốc độ turbine bằng thuật toán PID cổ điển từ đó chỉnh định các tham số của bộ điều khiển PID bằng bộ điều khiển fuzzy mờ.
Chương 4: Mô phỏng hệ thống bằng WINCC phục vụ cho công tác đào tạo
Mô phỏng quá trình thu hồi nhiệt bằng wincc, quá trình thiết kế và giới thiệu chức năng của các thiết bị trên mô hình điều khiển.