火力发电厂化水处理控制系统的应用研究

邱丰 官瑞英

摘要：

本文主要论述的是火力发电厂化学水处理控制系统的应用研究，对整个化学水处理控制系统有一个全面的分析，首先分析了火力发电厂化学水处理控制系统的工业流程并制作出控制系统的总体方案，其次对化学水控制系统的硬件设计做出规范，然后是开发化学水处理监控系统，然后设计化学水处理控制系统下位机程序，最后研究加药系统的智能控制策略并做出总结。

关键词：火力发电厂； 化学水处理控制系统

中图分类号：TM6文献标识码： A

引言

随着工业科技的迅速发展大型火力发电厂的规模越来越大，强大的电机组参数和容量对火力发电厂的化学水处理控制系统提出了很高的要求，在火力发电的过程中化学水可以冷却介质并传递能量，一套良好的化学水处理系统可以保证发电机组安全、平稳、高效的运转，并且会延长发电机组、锅炉、汽机设备的使用寿命。所以研究更好更高效的化学水处理系统一直是各界厂家和学者关注的焦点。

一、化学水处理控制系统的工业流程和制作方案

火力发电厂的发电原理就是讲热能转变为机械能进行发电。具体为加热化学水使热能以水蒸气为载体传递给发电机组进行发电，在不断循环的过程中加入天然水对损失的化学水进行补充，但通常天然水中的杂质会损害设备，使设备被腐蚀或沉积水垢，所以要对加入天然水的化学水进行处理。

1、 预处理

天然水中的胶体和悬浮物会严重影响锅炉水的处理效果，最有可能的就是这些杂质进入离子交换器中无染树脂降低交换容量，更严重的是胶体和悬浮物会进入锅炉中，在炉中结垢并堵塞管道。预处理的流程很简单，分为混凝、沉淀、澄清和过滤四步。混凝就是在水中加入混凝剂使大部分胶体和悬浮物聚集沉淀。混凝后需要对水进行沉淀软化，主要步骤就是在水中加入化学物质使钙镁离子转变为难容物质沉淀出来。经过以上处理的水澄清后就可以进行最后的过滤，要注意的是要用以活性炭为滤料的过滤器，因为活性炭有较强的吸附能力。

2、 化学除盐处理

化学除盐处理包括水的离子交换处理和膜处理。一般电厂通常把膜处理放在离子交换处理前。膜法除盐水处理是一种膜分离技术，是指在某一推动力作用下，利用特定膜的透过性能分离水中离子，分子或胶体，使水得以净化。一般包括超滤处理和反渗透处理。离子交换处理就是通过水在H型阳离子交换器和OH型阴离子交换器中的离子交换反应将阴阳离子除掉从而制得纯度很高的水。一般包括阳离子交换单元，脱碳单元和阴离子交换单元。现在也有不少电厂应用EDI技术代替离子交换处理进行二次除盐。

3、 凝结水精处理

随着机组装置规模的扩大和参数的提高，对补充进来的水分要求也是越来越高，所以凝结水精处理装置已被绝大多数厂家所使用。凝结水系统分为处理系统和体外再生系统两部分，凝结水处理用的是高速混床，体外再生装置由一台阴树脂再生罐和两台阳树脂再生罐组成。失效的树脂会被传送到阳树脂再生罐进行再生，从而达到循环利用的目的。

4、 加药系统

在化学除盐的过程中会产生大量的酸碱物质，锅炉给水中的钙、镁会在高温环境下发生化学反应，或者浓缩结晶，生成不溶的水垢，牢固附着在锅炉受热面上，这种水垢是热的不良导体，会阻碍热传导，严重时可能发生锅炉爆管事故为了提高蒸汽品质保证机组稳定运行，有必要在炉水中加入适量的磷酸盐溶液防止产生的水垢。另外，还需要在给水中加入一定量的氨水和联氨以达到调节PH值和除氧的目的。

二、辅助车间的燃料系统控制点主要为输煤程控系统（对于秸秆电厂也有燃料输送皮带，也可按输煤系统看待），也有大型电厂的油库系统控制设置在燃料控制点；电厂设计分工中将输煤控制系统划归电气专业负责。早期电厂中输煤程控常作为电厂自动化改造的子项，这部分控制系统硬件基本都采用PLC程序控制器实现；在这些改造过程中也产生了很多专业输煤程控自动化系统集成公司，他们对输煤程控的软硬件配置、设计、施工、调试都很专业，以至于国内后续兴建电厂的输煤程控都采用由输煤程控集成商总包完成的模式，设计院或业主仅对PLC的品牌和与上位通讯接口提出要求。

有些新建电厂要求输煤程控也采用DCS硬件完成，理论上不存在问题，但是由于与传统的设计分工、供货范围不同，实际实施中要注意下列问题：如果仍由专业的输煤程控集成商用DCS硬件来完成输煤程控的工作，除设计、供货、安装、调试的工作范围不变外，该集成商需要掌握选定的DCS软、硬件的使用技术，并应有成功使用案例，以保证项目的实施。

辅助车间水系统控制点以化学水处理控制为主。化学水控制系统多数工程都是由化学水处理厂家成套提供，硬件采用PLC居多。因为化学水处理要根据当地水质确定工艺、设备，工艺要求较高，而厂家对其工艺无疑是最清楚的，将设备供货和控制系统分开实施往往造成协调不畅；另外，化水车间与主厂房距离远，运行、控制也相对独立，所以化学水处理的控制系统基本上采用化水厂家成套提供的方式。业主和设计院可以在签订技术协议时对化水控制系统的硬件形式和与主厂房控制系统的接口方式提出要求；如要求硬件按照全厂统一的品牌PLC或者与主厂房控制系统同厂家同系列的DCS产品后，由化水厂家完成整套系统供货和调试。

三、辅助车间灰控制点（包括除灰系统、电除尘系统、脱硫系统等），除灰系统、除尘系统以程序控制为主，输入输出量基本上都是开关量信号，更适合采用PLC系统实现控制功能，主要采用独立的PLC进行控制，这种方式一直沿用如今也没有太大的改变。大型脱硫系统的控制逐渐由PLC控制为主向采用DCS系统控制发展，小型系统仍多采用PLC控制。

几乎所有的第四代DCS都包容了过程控制、逻辑控制和批处理控制，实现混合控制。因而像化水、输煤、脱硫、除尘这类控制点数多的系统完全可以采用与主厂房相同的DCS系统硬件实现，这是许多业主在项目建设中希望达到的目标。问题的关键在于DCS厂家对这些系统工艺的了解深度和工程经验是否能够胜任，要求某一个DCS厂家对电厂主厂房及辅助系统所有的工艺都能深刻了解并在短时间完成全部系统的组态调试显然是很困难的，也与目前市场上各公司以专业化为主的实际情况不符；同样要求辅助系统供货厂家摒弃惯用的控制系统统一到某一DCS品牌下完成其系统控制同样需要整熟悉、掌握的过程；这些因素制约了国产DCS控制在辅助系统应用的推广。

四、加药系统智能控制策略

火力发电厂的加药过程有些复杂，主要问题是难以准确把握加药时间，通常加药时间都会有较大的延迟。而且对于加药过程是水质的变化难以做出有规律的线性描述，所以常规的控制策略很难取得效果。针对以上情况以及对以往的经验总结，模糊控制技术是一个很据潜质的智能控制策略，厂家可以安装模糊自适应PID控制器，然后还是需要对处理过程中的水质进行大量的测量而后建立PID参数模糊规则表，而后就可以解决处理过程中的非线性和滞后性等问题。

总结

随着国家电力系统的不断改革，电力系统也呈现出自动化、程控化的趋势，并且在未来自动化的电力系统必将遍布全球，加快火电厂的化学水处理控制系统的应用研究有助于整个火力发电领域的发展，自动化、程序化的火力发电系统不但具备人工智能化的有点，而且投入少、效率高、节约能源，对于一个人口众多且工业迅速发展的国家有着重要的意义。

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