Giới thiệu
Điều khiển các van hơi là một chức năng trọng yếu của hệ thống DEH. Nó có ý nghĩa quan trọng đối với việc vận hành tổ máy ổn định, hiệu suất và kinh tế. Có 2 phương pháp để điều khiển các van hơi tuabin: Single valve và Sequence valve.
- Single valve: Hay còn gọi là phương pháp điều khiển tiết lưu (throttle governing). Khi tuabin vận hành trong chế độ single valve, hiệu suất điều khiển của tuabin rất cao, tính linh hoạt tốt. Tuy nhiên thất thoát năng lượng trên van hay thất thoát tiết lưu (throttle loss) lại rất lớn.
- Sequence valve: Hay còn gọi là phương pháp điều khiển khe phun (nozzle governing). Khi tuabin vận hành trong chế độ này, thất thoát tiết lưu trên van giảm đáng kể, nhưng tính linh hoạt trong điều khiển lại giảm.
Trong suốt quá trình tổ máy vận hành, việc lựa chọn thời điểm thích hợp để sử dụng các chế độ điều khiển là rất quan trọng. Nó có thể nâng cao chất lượng và hiệu năng điều khiển của tuabin hơi. Nhờ vậy có thể tăng hiệu suất của tổ máy, giảm nhiên liệu đốt và nâng cao kinh tế vận hành. Vì vậy việc nghiên cứu và ứng dụng 2 chế độ Single và Sequence vào thực tế vận hành là rất quan trọng và cần thiết đối với tất cả các Nhà máy Nhiệt điện.
Nguyên lý điều khiển
Mỗi van điều khiển hơi của tuabin (TV, GV, IV) đều có đặc tuyến làm việc riêng. Khi DEH điều khiển tốc độ, áp suất hay tải. DEH sẽ gởi một giá trị tham chiếu chung cho các van điều khiển. Giá trị tham chiếu này (Reference) thực chất là giá trị tượng trưng cho nhu cầu lưu lượng hơi mà DEH cần. Giá trị Reference được đưa đến các hàm đặc tuyến của từng van và điều khiển độ mở của các van. Các hàm số F(x) sẽ đóng vai trò phân chia độ mở van cho GV, TV, IV. Nhờ vậy các van sẽ phối hợp độ mở nhịp nhàng với nhau, giúp DEH điều khiển tuabin một cách tối ưu và duy trì tốc độ, áp suất hay tải ổn định quanh giá trị đặt.
 |
| Hình 1. Sơ đồ khối các van hơi chính tuabin |
 |
| Hình 2. Sơ đồ điều khiển các van hơi chính tuabin bởi DEH |
So sánh hai chế độ điều khiển
Trong vận hành bình thường lưu lượng hơi qua tuabin cao áp được điều khiển bởi các van GV. Bằng cách thay đổi độ mở các van GV, DEH dễ dàng điều tiết được lượng hơi vào tuabin thông qua đó thay đổi tốc độ và tải của tổ máy. Dựa vào cách điều khiển các van hơi của DEH ta có thể chia là 2 loại: Single valve và Sequence valve, cả 2 chế độ đều có mặt ưu điểm và khuyết điểm riêng.
Single valve
Trong chế độ Single valve, tất cả các van sẽ được DEH điều chỉnh cùng một độ mở và cùng một thời điểm. Trong chế độ này vì lưu lượng hơi qua các tầng cánh điều chỉnh là như nhau, nên giản nỡ nhiệt rotor được đồng nhất và nhiệt độ kim loại của các bộ phận trên tuabin hơi được duy trì ổn định. Điều này giúp cho tuabin vận hành an toàn khi tốc độ thay đổi tải lớn. Nhưng bởi vì tất cả các van cùng hiệu chỉnh và không mở hoàn toàn, nên thất thoát tiết lưu là rất lớn. Điều này làm giảm hiệu suất nhiệt của tổ máy.
Sequence valve
Trong chế độ sequence valve, DEH sẽ điều chỉnh độ mở cho từng van. Có nghĩa là các van sẽ có một đặc tuyến điều khiển riêng biệt. Chế độ điều khiển này làm giảm thất thoát tiết lưu và tăng hiệu suất nhiệt của tuabin hơi. Nhưng do lưu lượng hơi vào tuabin không đối xứng, khi tốc độ thay đổi tải lớn sẽ làm cho giản nở nhiệt thân rotor không đồng đều, nhiệt độ kim loại giữa các phần của tuabin hơi chênh lệch, độ rung tăng và stress rotor tăng.
Cách thức chuyển đổi giữa 2 chế độ điều khiển Single và Sequence
Trong suốt quá trình tổ máy khởi động và thay đổi tải, để đảm bảo lưu lượng hơi qua các tầng cánh điều chỉnh đồng đều và tăng tính ổn định, an toàn cho tuabin, chế độ Single valve sẽ được sử dụng. Khi tải tổ máy ổn định (>75%), vận hành viên nên chuyển DEH sang chế độ Sequence valve để giảm thất thoát tiết lưu trên van và tăng hiệu suất cho tổ máy. Quá trình chuyển đổi giữa 2 chế độ điều khiển phải được thực hiện một cách an toàn và linh hoạt, trong suốt quá trình chuyển đổi, tất cả các thông số của tổ máy phải được duy trì ổn định. Một chức năng đặc biệt được tích hợp trong hệ thống điều khiển DEH sẽ giúp cho quá trình chuyển đổi diễn ra trơn tru, an toàn và đảm bảo không làm dao động hệ thống. Bên dưới sẽ trình bày cách thức DEH thực hiện quá trình chuyển đổi này.
Giả sử tổ máy đang vận hành trong chế độ Single và ta chuyển DEH sang chế độ Sequence. Lúc này DEH sẽ tính toán giá trị độ mở cuối cùng của từng van GV dưới cả 2 chế độ điều khiển Sequence và Single. Cả 2 giá trị sẽ được tính toán và gởi đến để điều khiển độ mở của các van GV. Quá trình chuyển đổi hoàn thành sau khi tất cả các van đạt được độ mở tương ứng với chế độ Sequence. Trong suốt quá trình chuyển đổi, GV3 và GV4 sẽ mở lên từ từ, trong khi GV1 và GV2 sẽ đóng lại từ từ. Tại bất kỳ thời điểm nào trong suốt chu trình, việc giảm và tăng độ mở của các van sẽ được tiến hành song song vì vậy tổng lưu lượng hơi vẫn được duy trì ổn định. Như vậy tải của tổ máy trong suốt quá trình chuyển đổi sẽ không bị ảnh hưởng. Khi chế độ điều khiển Sequence chuyển sang Single quá trình được thực hiện ngược lại theo nguyên lý tương tự.
Cách thức DEH tính toán và chuyển đổi giữa 2 chế độ Sequence và Single được mô tả như công thức bên dưới:
µ = X1 * µ1 + X2 * µ2 (1)
Ở đây µ là độ mở cuối cùng trước khi DEH gởi đến các van GV, µ1 là độ mở của các van GV trong chế độ Sequence, µ2 là độ mở của các van GV trong chế độ Single, X1 là hệ số trong chế độ Sequence và X2 là hệ số trong chế độ Single.
X1 + X2 = 1 (2)
Bản chất của quá trình chuyển đổi từ chế độ Single valve sang chế độ Sequence valve là quá trình chuyển đổi hệ số của X1 từ 0 lên 1 theo tốc độ đã xác định trước (ví dụ tốc độ đặt là 0.00166665) trong khi X2 chuyển từ 1 xuống 0 theo công thức (2). Hệ số X2 biến đổi với thời gian được biểu diễn như hình 4.
 |
| Hình 3. Công thức tính toán X1 và X2 của DEH |
 |
| Hình 4. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ X2 với thời gian |
Tốc độ chuyển đổi được thực hiện bởi việc tăng và giảm giá trị của X1 và X2. Tốc độ thay đổi của X1 và X2 được cài đặt là 0.00166665/S. Nghĩa là cứ mỗi giây X1 tăng lên 0.0016665 thì X2 Giảm đi 0.00166665. Như vậy sau 600S (1/0.00166665 = 600S = 10 phút) thì X1 = 1 và X2 = 0. Lúc này quá trình chuyển từ chế độ Single sang Sequence coi như hoàn tất, thời gian chuyển đổi giữa 2 chế độ mất 600S (10 phút).
Nhờ giải thuật trên mà trong suốt quá trình chuyển đổi tổng lưu lượng hơi qua tuabin vẫn không đổi, tải được duy trì ổn định, các thông số của hệ thống không dao động. Tuy nhiên vì chế độ Sequence giảm được thất thoát năng lượng trên van nên sau khi chuyển tải sẽ tăng nhẹ. Lúc này vận hành viên cần giảm nhiên liêu đốt để duy trì tải ổn định và tiết kiệm nhiên liệu và nâng cao kinh tế vận hành.
No comment