Giáo trình Điều khiển các quá trình công nghệ: Phần 2

Nối tiếp nội dung phần 1, phần 2 cuốn giáo trình "Điều khiển các quá trình công nghệ" trình bày các nội dung: Điều khiển quá trình nồi hơi; điều khiển quá trình sản xuất giấy, điều khiển quá trình gia công dầu mó, điều khiển quá trình sản xuất xi măng. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Điều khiển các quá trình công nghệ: Phần 2 4 Điều khiển quá trình nôi hơi Nồi hơi là nguồn năng lượng cơ bàn cho quá trình phát điện cũng như cung cấp nhiệt năng cho các ngành công nghiệp ch ế biến cũng như sưỏi ấm trong dân dụng. Chương này trình bày về các vấn đề cơ bán của hệ thống điều khiến nồi hơi như xây dựng mô hình cùa nồi hơi, xây dựng mô hình tuyến tính hóa tại điềm làm việc, các bài toán điều khiến trong quá trình nồi hơi bao gồm: điều khiển lượng nước cấp, điều khiến lượng nhiên liệu và không khí, điều khiển áp suất và nhiệt độ cùa hơi bão hòa đầu ra. 4.1 K hái niệm về nồi hơi Nồi hơi (boiler) là một hệ thống rất quan trọng dùng trong công nghiệp để sản xuất hơi nưóc bão hòa dùng cho các m ục đích sau đây: • Dùng đ ế cấp hơi cho các tuabin hơi trong các nhà máy nhiệt điện sản xuất điện năng sử dụng năng lượng than đá, dầu, năng lượng hạt nhân và cả năng lượng nhiệt từ ánh nắng mặt trời. • Dùng cho công nghệ hấp, sấy, gia nhiệt cho các nguyên nhiên vật liệu và sản phẩm. • Dùng trong công nghiệp sưởi ấm cho các khu dân cư ... Urns_______ ► Quá trình nước hóa hơi Nhiên liệu nhiên liệu Bề mặt Không khỉ và không Lò đốt truyền khí nhiệt Hình 4-1 cãu trúc cơ bản cùa nồi hơi 211 Điều khiển quá trình nồi hoi c ấ u trúc hệ thống nồi hơi như Hình 4-1, trong đó bao gồm hai hệ thống cơ bản, một là hệ thống nước và hoi (steamwater system) và hai là hệ thống trao đổi nhiệt. Hệ thống nước và hơi có đầu vào là nước, đầu ra là hơi nước bão hòa. Hệ thõng trao đổi nhiệt bao gồm phần trộn nhiên liệu và không khí (mixing o f fu el and air), lò đốt {furnace) và bề mặt truyền nhiệt (heat transfer surface), đâu vào là nhiên liệu và không khí và đầu ra là khí thải và tro ựlue gas and ash). Bề mặt truyẽn nhiệt sẽ dẫn nhiệt từ lò đốt đến trao đổi nhiệt với hệ thống nước và hơi. Các nồi hơi dùng cho mục đích động lực thường có năng suất và áp suất hơi cao (năng suất từ vài chục đêh hàng trăm tãn/h, áp suãt vài chục kg/cm2). Các nồi hơi dùng cho hai m ục đích sau thường có năng suất và áp suất nhò hơn()iổHg suãt đêh vài chục tãn/h, áp suãt 8 - 2 3 kg/cm2). Về nguyên lý thiết kế, các nồi hơi có hai kiểu cơ bản là: • Nguồn nhiệt đi trong chùm ống, nước bao quanh ựire-tube) Khí thải Chùm ổng Buồng đốt lireDox) Hình 4-2 Nguyên lý cùa nói hơi fire-tube (bên trái) và luater-tube (bên phái) Noi hơi fire - tube có dòng nhiệt đi trong các ống (tube), các ống này ngập trong nước, nhiệt sẽ truyền đến nước và sinh hơi (nguyên lý giôhg như ãm điện dùng dây mayso). Nồi hơi dạng này có công suất nhỏ, năng suất khoảng 11 - 1 2 tãn/h, áp suất hơi đến 250 psi (17,5 kg/cm 1). Do đó ít được sừ dụng rộng rãi trong công nghiệp. • Nước đi trong chùm ống, nguồn nhiệt bao quanh (water-tube) Nồi hơi dạng này có cấu trúc ngược lại so với fire - tube, lúc này nước sẽ đi qua chùm ống và nhiệt bao quanh, cấu trúc dạng này cho phép sản xuất được hơi có áp suất và nhiệt độ cao cũng như hiệu suất sử dụng nhiệt lớn, nên được dùng phổ biến. Có thê’ phân loại nồi hơi theo nguồn nhiệt, khi đó có thê’ phân loại thành • Các nồi hơi có buồng đốt nhiên liệu: các nồi hơi sử dụng nguyên nhiên liệu đõt trực tiếp và sinh ra hoi. Đối với các nồi hơi có buồng đốt nhiên liệu, có thê’ dùng các loại nhiên liệu khác nhau: than, than bụi, nhiên liệu khi, lòng. • Các nồi hơi sử dụng nhiệt thừa: nồi hơi sử dụng nhiệt thừa từ các quá trình khác ví dụ như hơi sau khi đã sấy, khi thu về vẫn còn nhiệt và năng lượng, ta sử dụng hơi này bằng cách gia nhiệt thêm vào tạo thành hoi và chạy máy phát điện nội bộ. Nồi hơi dạng này thường có ở các nhà máy sản xuất giấy, phân bón, hấp sấy quần áo, trong công nghệ có những thiết bị nhiệt mà lượng nhiệt do khí thài (sản vật cháy) m ang theo rẩt lớn, có thế tận dụng đề sản xuất hơi. Ví dụ: lượng nhiệt sau các lò luyện thép. Đối với các nồi hơi có buồng đốt nhiên liệu, có thể dùng các loại nhiên liệu khác nhau: than, than bụi, nhiên liệu khí, lỏng. Ví dụ 4-1 Minh họa một quá trình sừdụng nồi hơi trong các nhà máy nhiệt điện sử dụng than A . ' *5 ' Ong khói _ Hình 4-3 Mô hình nhà máy nhiệt điện sử dụng quá trình nôi hơi 4.2 Các thành phần cơ bản của nồi hơi Các thành phần cơ bân của nồi hơi dùng than như mô tả trên Hình 4-4, chú ý rằng trong sơ đồ hơi bão hòa sẽ đi đến m ột hộp đầu chung (header), đây là sơ đồ phổ biến trong công nghiệp nhiệt điện, trong một số nhà máy đặc biệt nồi hoi được nối trực tiếp với turbin, lượng tiêu thụ nhiên liệu được tính toán dựa trên áp suất ỡ hộp đầu chung hoặc áp suất trong bao hơi. Các nhà máy điều khiến tốc độ đốt nhiên liệu dựa trên nhu cầu về điện năng (tính bang megawat) hoặc là áp suất cúa hơi, tốc độ cháy phụ thuộc vào các hệ thống cụ thê’ [16]. Buồng đốt hay còn gọi là lò (combustion cham ber ỉfurnacc) dùng đ ể sinh nhiệt và tạo thành hệ trao đổi nhiệt. Có ba yếu tố quan trọng đối vói buồng đốt đó là thòi gian, nhiệt độ và các dòng xoáy k ...