加氨模式对炉水控制的探讨

张小婕

江苏华电通州热电有限公司 226300

1. 燃气电厂锅炉水加氨意义

燃气电厂的热力设备长年累月使用，其安全运行受到结垢、沉淀物、金属腐蚀等方面的极大影响，有关统计显示60%锅炉事故和设备结垢密不可分。燃气电厂热蒸汽长时间和汽轮机叶片接触，其所携带的盐分会逐渐沉积下来，故汽轮机事故率也居高不下。近年来，随着水处理工艺的百花齐放，随着而来的热力设备的腐蚀而导致设备损耗严重情况也越来越不容忽视。众所周知，发电厂常态化运行保持锅炉炉水pH值稳定很重要，而且要求最好波动幅度在9.0-10.0，这种模式下机组水、汽品质才会得到有效控制，汽水管道积盐腐蚀可能性会大大降低，汽轮机本体叶片也会减少腐蚀状况。适量的氨水施加到锅炉水后，可利用氨的碱性中和锅炉水之中碳酸等造成的酸性，维持锅炉水及生殖器的PH值，缓冲水蒸气对设备的刺激，还可以缓解游离态二氧化碳对设备侵蚀，提升设备耐腐性。

但传统加氨模式较为简单粗放，容易造成人身伤害，污染重，浪费多，笔者基于总结结垢、积盐和腐蚀的现状，针对加氨模式改进，提出行之有效的防治对策，对于锅炉水科学管理具有重要的意义。

2. 传统加氨模式存在的问题

   1. 操作工人影响

常规加氨模式人工操作的工作量特别大，成箱氨水搬运、倾倒、氨水稀释都耗费大量人工。加氨量的改变需要依据计量泵频率的人工调节，而且需要每天跟踪凝结水加药后的电导率值，这样调节才精确，否则无法满足水质控制的指标条件。目前大多数电厂峰谷运行明显，负荷变化规律不确定，导致炉内水质极其失稳，机组运行的安全性受到较大制约，此外运行人员的工作难度也被加大。

手工配药的环境密封性不足,箱子里刚倾倒出的氨水浓度很高，极易挥发，挥发的时候工人在旁边呼吸，很容易口损害人体的眼睛和口鼻甚至影响到呼吸系统，氨水的刺激性会严重危害着操作者的身体健康。

1. 2. 环境影响

原有的加氨系统，依靠操作工人将氨水从桶里倾倒而加入药箱，虽然氨水存储期间是密封状态，但手工操作瞬间是开放状态，其再和配入的除盐水进一步稀释，通过加氨泵进入补水管路，这个过程氨的泄露较为严重，而且加氨方式非常不安全。

加氨量控制难度较大，很容易出现过量情况，且过量造成PH值偏高又会对有给水管道的铜系统造成腐蚀，同时循环氨回收有时直接排解，不够精细化，造成环境污染及较大浪费。

1. 3. 锅炉水影响

操作工人手工作业程序偏多，手工操作最大问题是受工人主观性影响大精准性不足，每次配氨浓度无法完全趋于适配水平，配氨完成后还需要二次调节计量泵频率，操作规程复杂，调整难度大，反馈周期较长，容易造成锅炉炉水水质控制指标不稳定。

1. 4. 工作效率影响

传统加氨系统依赖手动控制，其运行安全性难以保障，系统容易失稳，工作效率低,距离实时控制、精准操作还有很大提升空间。虽然部分设备也加载了自动控制模式，但控制原理较为落后，可靠性难以保障，控制效果不佳，热力机组运行经济性和稳定性难以保障。相关的控制系统也存在操作复杂、瞬态调试性能不足的问题，操作人员工作负荷受到较大影响，检修人员工作量无形中增加不少。

3. 新型加氨模式

   1. 实现加氨自循环

为了解决燃气电厂氨水用量大、安全可靠性差、调节困难等问题，导入了锅炉给水加氨全循环系统及方法，布设了水汽系统和氨分离系统，弥补了氨再利用系统，通过各个系统之间的节能协同及密切配合，使得加氨全循环过程得以更加系统化、环保化。氨分离系统实现对水汽系统含氨废水氨的分离，氨再利用系统对分离出来氨进行再利用，主要是再次回馈到水汽系统，实现氨再利用循环。

将氨溶液通过加药泵直接加至系统出水管上，加氨管道增加调节阀，出水管上装设逆止阀，氨水倒流的问题得以有效解决，氨加入至除盐水箱的过程均衡而且有节奏，加氨后混合效果也非常均匀，使除盐水提前作为蒸汽锅炉可备用的合格补给水。另外从除盐水箱底部出水总管上，另外通过一个管道接至实验调控室，使除盐水依靠除盐水箱的静压直接压至实验调控室取样点，从而可以快速、便捷的实时监测到除盐水箱中的含氨量，同时监测除盐水的pH值，实现加氨量调节精准、实时。

1. 2. 自动化运行

优化给水PH值的控制参数，适配更合理的给水电导率进行综合管控，变频控制器在调节器上输入信号，使变频器输出电压和频率改变加氨泵转速，来实现给水PH值与电机转速间的对应关系。具体操作步骤包括：通过在线除盐水PH反推出加氨后除盐水相关PH值，实现差异化的PH值模拟加氨量的匹配值，如在0-14范围内都有一一对应的4-20mA（电压DC0-10V）模拟量，模拟信号瞬间传递到变频器，再反馈采样信号，系统内核经过精准测算，输出加氨泵转速及频率相关指标的控制信号，从而实现自动、精准加氨和控制加氨频次的目的。当PH值＞9.8时，控制器降低电机转动速度，使给水PH值逐步下降，达到合格范围；当PH值＜9.5时，控制器增加电机转动速度，使给水PH值逐步上升，达到合格范围；当PH值在合格范围内时，维持电机转速不变。在正常运行中，通过PH电极探头所测加氨母管中除盐水的PH值，转换相关精准的模拟量信号输出至变频器进行数字化的显示，与设定的数据值比较，差值经过PID运算后，输出自动调节信号控制加氨隔膜泵电机的运转速度，从而达到适配的氨水浓度PH值，确保炉内水循环系统含氨量精确可控。

1. 3. 高精度控制

目前很多燃气电厂锅炉加氨车间空间设计有局限，给水系统规划存在不足，往往和加氨点距离较远，PH值检测与标准的PH值对比反馈偏差的耗时较长，从计量泵到加药点管线及化学仪表取样管线长度达到几十米，这样的话，检测到给水PH的变化，再反馈加药量的变化，流程耗时近半小时。常规的PID控制策略对长达半小时的反馈滞后束手无策，加药调量过高的问题屡见不鲜且难以解决。基于此，改革了常规的调氨量模式，杜绝常规PID调节对大滞后调节模式出现的过调超调现象，保障调节准确性和及时性，机组负荷的变化或设定值的改变，可以对应瞬时改变其加药计量泵的规则，不需要等待反馈值与设定值出现偏差才开始调节，保证了锅炉给水比导的稳定性。

1. 4. 负压引流

加氨泵链接负压式加氨装置，同时增加混合调节桶，在混合调节桶的上方连接有一进水管及补水管，中间设计喷射器及吸氨管，通过蝶阀将吸氨管的加氨量进行精准控制。采用喷射器均衡混合氨水及除盐水的浓度配比，实现负压利用及扩散效果，使得手工操作加氨工作量降低，还能使得氨水与除盐水巧妙混合均匀，成本降低。

4. 运行效益

给水生产运行稳定性高，PH值能准确恒定控制在PH 9.5-9.8范围内，保障了工艺参数要求得以均衡，喷射泵的加载有效抑制氨泄漏，即保证了水质，又减轻了工人劳动负荷，降低了设备检修的频次。同时，变频器的自动手动可切换也有效保证异常状态及时发现并实现迅速调整及跟踪到位。

5. 总结 

当PH值高于设定值，减少加氨量时，PH电极探头的控制信号会反馈到变频器，从而自动降低计量泵的转速，实现减少加氨量；当PH值低于设定值，需增加加氨量时，也是需变频器来提高计量泵的转速，这样的话实现加氨量自动按要求增加；PH值在控制范围内时，计量泵的转速则维持不变。反馈信号的瞬时性、准确性，配合变频器的调整及时性、可逆性，给水加氨量不均匀、PH值时高时低现象得以杜绝。系统投入运行后，设备自动化智能化程度有效改善，能够及时、可靠、准确地完成补给水PH值的调节控制，加氨量实时、微量变化也非常可靠。彻底改变了以前手动加氨周期滞后、加氨量忽高忽低带来的不利影响，保障了炉水指标稳定，有效防止了铜系统设备腐蚀。

6. 建议 

从系统运行状态来看，效果不错，但因设备自动化智能化程度提高，相关设备包括PH表、电导率表及PH电极探头定期校验的频次要有保障。发现设备精度下降或者设备故障需及时进行更换或维修。运行人员应进一步熟悉运行工况及规程细则，以确保其安全运行。 

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