浅谈在线仪表在火力发电厂锅炉水处理中的应用

2011-10-08季海燕刘冬冬

中国新技术新产品 2011年24期

季海燕刘冬冬

（1、大庆油田热电厂化学分厂，黑龙江大庆 163314；2、宏伟热电厂，黑龙江大庆 163314）

引言

当今随着电子技术的发展和以计算机为代表的控制技术的突飞猛进，水质在线监测仪表、变频器技术和plc的应用已深入到工业生产和社会生活的各方面。水质在线仪表是生产现场最直接的检测设备，被称为自动化的“眼睛”，其准确性直接影响到自动化控制的精度。变频技术的不断发展和成熟，以其明显节能效果、高可靠性、较高功率因数及效率等诸多优点，越来越被人们所重视。可编程序逻辑控制器(plc)，是近年来发展起来的并得到广泛应用的新一代工业自动化控制装置，它已成为解决自动控制问题的最有效工具之一，它编程简单并且稳定可靠，plc可以用于各种工业过程的闭环控制。当前自动加药系统已广泛采用plc自动控制技术、变频调速技术取代传统的直流调速系统。

1 我厂投入炉内协调磷酸盐自动加药系统的原因及控制目标

引入原因：由于锅炉在运行中，因凝汽器的渗泄漏和炉水大量蒸发而引起的炉水盐分极度浓缩，会造成炉管积盐、结垢。以前我厂投入的一套手动加药系统每天人员分几班倒，人工取样实验室分析炉水的ph值和磷酸根值，靠人为经验配药后开启手动加药泵加药。因取样不及时、实验室仪表不准确、人的素质参差不齐等因素造成了系统加药不理想，该加的时候不加，不加的时候又大量加，这样不仅浪费了大量的人力物力，最关健的是造成了锅炉设备腐蚀程度严重加剧。因而我厂经过考查研究引入了这套自动协调磷酸盐加药系统，该方法要求严格控制ph值和磷酸根值，从而实现r值(钠离子的量浓度与磷酸根炉离子的量浓度比)的严格控制以保证协调磷酸盐处理的水质工况。协调磷酸盐自动加药系统常采用开关量控制二钠和三钠的选择，当磷酸盐超过给定值时停泵；当磷酸盐低于给定值时启动泵。

控制目标：自动连续分析炉水磷酸根和ph值，输出信号送上位机系统和plc系统，加药量，根据水质、水量的变化，实现实时自动调节，达到最佳处理效果。当某泵故障时，备用泵自动投入使用，调节池液位实施连锁，低液位自动停泵并报警。根据工艺参数要求自动开启二钠和三钠药箱电磁阀加相应的药，低液位时开启补水阀补除盐水。实现数据处理、汇总、打印，上位机出现故障时，plc可脱离上位机独立运行。

2 控制原理

自动加磷装置通过对炉水自动协调磷酸盐处理，控制ph值 (9-10ph)和磷酸根值(315mg/1)，从而实现r值(钠离子的量浓度与磷酸根离子的量浓度之比)的严格控制，以防止机组运行时杂质进人锅炉而引起积盐结垢。其控制原理为：通过汽水取样盘的在线磷表和ph表监测炉内磷酸根含量和ph值并输出4-20ma标准信号进入plc，整个plc控制系统按用户要求实现pid调节功能通过一系列算法处理 (pid)再经过功能模块输出4-20ma信号进电控柜内变频器，相应控制计量泵的转速，以便自动调节计量泵的输出流量，调节流量范围为0100%。在plc中配有ad和da模块，来自磷表和ph表的420ma信号经plc进行pid运算后输出至变频器控制计量泵调节加药量。启动备计量泵时，plc先输出接点信号(开关量)到交流接触器，接通变频器电源，然后再正常启动泵。

此系统最关键的设备是自动化在线分析仪磷表和ph表，它是保证整个闭环控制系统可靠运行的信号来源。在线仪表的测量值作为反馈，系统中采用pid算法，各系统plc与中控室计算机通讯。pid算法如下：

u：调节器的输出信号；e(t)：调节器的偏差信号，它等于测量值和给定值的之差；kp：调节器比例系数；t1：调节器的积分时间；td：调节器的微分时间；u0：输出补偿。

3 控制系统的组成

所有测量数据如水位、液位、药位在中央控制室集中显示。磷酸盐协调处理控制系统由ph表、磷酸根表；三菱plc控制器；西门子：6se6440-2ud21变频器以及电磁阀、加药泵和电机等组成。plc控制器根据ph值和磷酸根值计算出r值，由r值确定加药的品种，去控制磁阀的开启和关闭；磷酸根值作为系统的给定值。

4 控制算法

在协调磷酸盐控制系统中，系统存在很大的时延，并且有两个反馈信号(锅水ph值和磷酸根值)，控制参数也有两个，即系统为两输入、两输出系统。由于对象的数学模型是变化的，因此用经典的方法设计控制器十分困难。为了简化系统硬件组成和控制算法，我们采用专家系统的方法对被控对象实施控制。专家控制器的控制算法可以用如下的语言模型来描述。