火力发电厂化学水处理的自动化控制研究

火力发电厂化学水处理的自动化控制研究

周全

中国能源建设集团华中电力试验研究院有限公司   湖南省长沙市410000

摘要：随着工业的快速发展和自动化行业的迅速发展,我们已经越来越离不开一种“电”。目前,火力发电厂占全国电能的大多数。但由于火力发电厂的化学冷却水处理工艺尚不成熟,还具有不足之处。本文阐述的火力发电厂化学水处理的离子交换法、全膜法脱盐处理自动化配置。并阐述了其自动控制的理论、数学模型、装置及其发展趋势。

关键词：化学水处理;除盐与再生;树脂交换;自动化控制

火力发电厂的化学污水处理厂的安全、科学和有效使用,对工厂内装置的高温锅炉和汽轮机的安全、有效和持续工作和使用寿命都有很大的影响。这样,有关化学水处理装置的自动控制的研究得到了相关学者和厂家的认可,并提出了许多技术系统，如“采用DCS联网技术”。20世纪90年代在国际水平上开发的大量自动化控制系统已经成功开发和实施。随着实际应用要求的不断提高，对自动化控制水平的要求也将增加。

1.火力发电厂化学水水质要求

火力发电厂化学水处理环境条件很重要:首先,原水里的悬浮固体、微粒以及其他物质经过絮凝和沉淀进行有效处理;对于送往锅炉系统的的水需要进行完全脱盐处理，现大多采用超滤、反渗透、电除盐系统全膜法工艺脱除水中盐分；凝结水处理时若火力发电厂的温度、压力参数很高,则有必要对汽轮机的凝结水进行有效的离子交换脱盐处理,防止由于凝汽器的失效而引起污染;其次,循环水在换热完毕经过再次冷却后也应进行有效处理：首先进行过滤净化处理,而后投加杀菌剂及缓蚀阻垢剂;时刻检测炉内汽水流程，做好相关化学监督工作，对于化验后各自异常数据，进行准确分析判断,做出正确处理;当装置停运时，有必要采取措施向加热系统中添加化学保护药剂，以确保水质符合标准。

2.化学水处理的自动化控制

2.1化学水处理自动化控制的总体思路

为了进行整个化学工艺流程的某些工作,还必须通过专用化学测试装置和分析仪器(如导电度等)和热工控制仪表(如流量温度等)的控制[1]。所以,首先对其自动控制应先进行管理与控制,并确定管理目标与方向;其次,根据系统要求和控制参数,设计、测试和检验系统的数学模型，再者,系统通过所定义的数学模型和其他因素(如经济绩效分析和比较)定义系统并实现系统。下面是一个发电厂化学给水处理自动控制系统的实例,控制方法和自动化控制的总体思路。

控制器以基于微处理器的可编程逻辑控制器(PLC)为基础。CRT站对站主要进行监视。CRT监视器要能显示并管理每个被控对象的流量、测量参数、状态和组参数。CRT显示器应根据P&ID进行设计。

根据上述的要求以及化学水处理装置的技术特性,化学水处理自动控制系统对子系统的独立管理是适当的[2]。安装现场包含了总控制室的现场配置与设置,即现场配置部分所包括的电子传感器等。分操作室的主要安装部分,包括电源、控制设备(PLC)、输入输出设备(I/O柜)、用于人机操作控制监视的CRT工作站。各个组成部分均由热工电缆或专用线缆相连构成的网络系统。

2.2自动化系统的配置及实现

化学水处理自动控制系统由CRT站、PLC控制系统、电气转换装置或电动执行机构转换装置构成,是一个完整的三级控制网络。第一级为CRT站,负极射线管是监控系统、人机对话窗口、网络管理厂（MIS）接口或中央控制系统的核心。负极射线管位于控制室，其基本功能是实时监控系统的整个过程，查看设备的运行状态，参数过程，自动记录和打印警报和各种报告等[3]。区域监控系统组（例如设备或设备组）、状态监控系统组（例如本地控制或远程控制）、条件监控系统组操作（例如，操作系统或系统管理）、自动远程控制系统设置模式(如各个在线工艺参数参与的闭环自动控制或时间顺序控制)等，这些功能既互相联系又互相闭锁、与系统自检功能一起构成了一个安全运行的控制操作平台。

第二级是PLC控制系统，它可以由一个或多个PLC组成，并且都有可以独立运行的CPU模块。它通过网络连接到一级CRT站，其主要功能是：

①控制作用:将每个PLC控制模块串联在电力传输中心,以完成工艺设备的功能,同时还有对程序化设备的保护功能[4]。当化学系统异常时,它会自行停机。而PLC则能够对它进行编程,来进行化学的处理。

②数据交换及采集:PLC工作站能标识站地址,批准CRT工作站的有效命令,并对化学水过程实施监控;获取现场检测数据、泵(阀)工作状况等。并将其送到CRT站,成为控制系统进行数据分析、测试与管理的基础。

③显示作用:PLC控制模块的每个指令对应一个稳定的操作系统,在状态指示区监控工艺系统的操作情况;PLC子控制站还可在人机界面上安装,用于检测系统的工作情况及检测工艺设备。

第三级为中间转换接口系统,指PLC控制器和工艺设备间的机械接线。它的作用是把PLC控制器发出的低压流量控制信息转化为气源控制信息或高电压检测信息,进而改变被控制的工艺设备,并经过它把其工作状况及阀门情况信息传给PLC控制器。

3.测量仪表系统的配置

测量仪表（化学分析、在线热监测）是控制系统的重要组成部分[5]。根据正常工作和化学自动控制水处理系统的要求至少应在关键点配备以下测试设备：①硅表:主要监测阴离子交换器出口或混合离子交换器出口的除盐水中所含二氧化硅的含量;②钠表：主要测量阴离子交换器端口中的钠浓度。③工业pH值（pH值）：主要监测中和池和废水处理排放池等设备中污水的酸碱度。④导电度仪：主要体现进、产水中离子的多少。⑤酸/碱浓度计:主要监测酸、碱喷射器出口的酸/碱浓度;⑥流量(计)变送器:主要监测系统进出口母管、泵(阀)、喷射器出口等设备的出口流量;⑦压力(计)变送器:主要监测系统进出口母管、泵(阀)等设备管线压力;⑧液位计:主要监测除盐水箱、中间水箱和中和池等设备的液位,各药箱、储罐液位。

上述的几类仪表为了能与自动化接口,就需要把这些类型的仪表转化为电参数,而这种参数也可以由PLC系统识别。常规的(仪表)变送器可产生4-20mA(或0-5V),并通过A/D转换接入PLC系统。新的现场总线设备已应用于火力发电厂化学水处理系统,包括带HART(Highway Addressable Remote Transducer)协议的智能化仪表、CAN总线和PROFIBUS_DP的智能仪表,此外还有一些使用范围广泛、数量更大的现场总线设备,有助于改善系统的安全性与稳定性。

4.总结

成熟的计算机应用技术、通信技术,以及先进的设计理念应用到火力发电厂化学水处理自动化中,组成了联网级智能自动化控制信息系统,其主要特征如下:①智能化且无人值守，即各个现场管理设备(站)都通过远程的进行自主实施的管理能力;②网络化,将各子系统通过互联网统一构成了一个系统;③资源共享信息化。它将是新一代功能更强大的自动化控制系统。

参考文献

[1]王有会.火力发电厂化学水处理的自动化控制[J].电气传动自动化,2004,26(1):4.

[2]张凯,刘敏层.火力发电厂化学水处理DCS控制系统的设计与实现[J].计算机与数字工程,2019,47(7):6.

[3]王珂.火力发电厂化学水处理的DCS控制系统[J].自动化应用,2016(8):2.

[4]毕国旗.浅谈火力发电厂化学水处理的重要性[J].科技展望,2016,026(008):88-89.

[5]高慧,刘云.论电厂化学水处理系统的特点与发展趋势[J].2020.