营口仙人岛热电厂锅炉补给水系统顺序控制的实现

房国成，梁兆国，王存旭

(1.国网辽宁省电力有限公司 电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.沈阳工程学院 a.能源与动力学院；b.新能源学院，辽宁 沈阳 110136)

营口仙人岛热电厂锅炉补给水系统顺序控制的实现

房国成1，梁兆国2a，王存旭2b

(1.国网辽宁省电力有限公司 电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.沈阳工程学院 a.能源与动力学院；b.新能源学院，辽宁 沈阳 110136)

补给水的水质对热电厂的经济安全指标影响很大，而采用超滤、反渗透和混床工艺来提高补给水水质，又会导致系统运行操作强度大，可靠性降低。针对这个问题，营口仙人岛热电厂对锅炉补给水系统顺控控制策略进行了合理分析和设计，使用Ovation公司的DCS系统对相关逻辑进行组态，简化了运行操作过程，提升了锅炉补给水的水质指标，同时为相似的热电厂锅炉补给水系统提升控制水平提供一定参考。

热电厂；补给水；DCS；顺序控制

由于作为补给水的地表水或地下水中含有一定量的杂质和离子，会对热力设备造成结垢、积盐和腐蚀的影响，所以必须采用相应的锅炉补给水系统来除去这些影响因素。

华能营口仙人岛热电厂锅炉补给水系统主要由超滤系统、反渗透系统和混合离子交换器系统构成。超滤系统可以除掉水中的悬浮物、颗粒、有机物、胶体等杂质，使产水水质满足后续的反渗透装置的进水要求[1]。反渗透系统利用半透膜选择性通过的特点，使得水中溶解的有机物和盐类不能通过，从而除去盐与有机物[2-4]。混合离子交换器系统对锅炉补给水进行深度除盐，使水质达到要求。

通过对98个电厂中的锅炉补给水工业流程进行调查的结果表明[5]：大约65%的电厂都对地表水或地下水采用了不少于二级的预处理单元(超滤工艺)；46%的电厂将反渗透系统处理的出水直接作为锅炉补给水，其中27%的电厂采用了二级反渗透处理，19%的电厂采用了一级反渗透处理；对于锅炉补给水后处理部分，54%的电厂进行了后处理措施，其中43%的后处理单元采用了混床工艺。

该厂对于锅炉补给水要求较为严格，所以并没有只采用部分工艺对锅炉补给水进行处理，该厂的锅炉补给水系统对地表水或地下水进行了超滤预处理，同时又进行了反渗透处理和混床后处理措施，对于反渗透部分又采用了二级反渗透处理。由于采用了所有工艺进行处理，其锅炉补给水系统工艺非常完善，使得锅炉补给水质量很高。该厂锅炉补给水系统处理过程如图1所示。

图1 锅炉补给水系统处理流程

1 顺序控制系统构成

由于该厂锅炉补给水系统工艺的全面性，其需要运行操作的步骤是非常多的，对繁多的操作进行合理的顺序控制，既可以减轻运行工作强度，同时又能够保证运行的可靠性。

依据锅炉补给水处理的控制要求和工艺流程，参与顺序控制的子系统主要有超滤运行及反洗顺控、超滤化学加强反洗顺控、超滤停运顺控、一级反渗透运行顺控、二级反渗透顺控、混床再生顺控、混床投运顺控、混床正洗顺控和混床停运顺控，以上子系统结合超滤加药系统和泵系统构成了锅炉补给水的控制系统。顺序控制系统在DCS操作界面上设置“手动”“自动”运行按钮，也设置“暂停”“跳步”按钮，在顺控步序进行时有相应显示，同时顺控中每一步可根据情况设置控制时间。

2 顺序控制系统控制策略分析

2.1 超滤系统顺序控制策略

超滤系统主要对汽机房来的加热后澄清水进行预处理，如图2所示。需要控制的设备主要包括超滤进水门、超滤出水门、超滤本体设备、反冲洗进水门、反冲洗出水门、超滤反冲洗泵、超滤反洗过滤器等。

在投入顺序控制之前，按照要求将清水泵、次氯酸钠加药泵和酸碱计量泵的开关设定在“自动”位置。同时，设定清水泵变频器的最低转数、正常转数和最高转数。待这些工作做完后，就可以进行超滤系统的顺控投入。

超滤运行及反洗顺控的步序如下：

1)打开超滤进水门和超滤出水门；

2)超滤装置运行30～40 min后，关闭超滤进水门和超滤出水门，进行反冲洗；

3)系统反冲洗时，打开反冲洗进水门和超滤反冲洗排水门；

4)启动超滤反冲洗泵后，反冲洗40 s，关闭反冲洗泵；

5)关闭反冲洗进水门和超滤反冲洗排水门，重新开始上述产水过程。

超滤化学加强反洗的顺控步序如下：

A投加次氯酸钠和碱(化学加强反洗1)。

1)打开反冲洗进水气动阀和超滤反冲洗排水气动阀；

2)启动超滤反冲洗泵运行，反冲洗40 s；

3)打开次氯酸钠和碱计量泵进行加药，自动停止次氯酸钠和碱计量泵运行；

4)15 s后停止反冲洗水泵运行；

5)关闭反冲洗进水气动阀和超滤反冲洗排水气动阀；

6)浸泡10 min后，打开反冲洗进水气动阀、超滤反冲洗排水气动阀；

7)启动超滤反冲洗泵进行漂洗；

8)漂洗40 s后，停止超滤反冲洗泵运行，关闭反冲洗进水气动阀、超滤反冲洗排水气动阀。

B投加酸(化学加强反洗2)。

1)打开酸计量泵进行加药，40 s后，停止酸计量泵运行；

2)15 s后自动停止超滤反冲洗水泵运行，同时关闭反冲洗进水气动阀和超滤反冲洗排水气动阀；

3)浸泡10 min后，打开反冲洗进水气动阀和超滤反冲洗排水气动阀；

4)打开超滤反冲洗泵进行漂洗；

5)漂洗40 s后，停止反冲洗泵运行(5 s)，同时关闭反冲洗进水阀和超滤反冲洗排水气动阀；

6)化学加强反洗过程完成，所有水泵和阀门均处于关闭状态。

2.2 反渗透系统控制策略

反渗透系统对超滤处理后的水进行下一步处理，使水质进一步提升，反渗透系统需要控制的设备主要包括：

1)一、二级保安过滤器出、入口门；

2)一、二级反渗透高压泵；

3)一、二级反渗透进水气动门、浓水排放手动门、浓水排放气动门、产水排放门等，系统如图3和图4所示。

一级反渗透启动的顺控步序如下:

1)打开保安过滤器出、入口门；

2)打开一级反渗透进水气动门、浓水排放手动门、浓水排放气动门、产水排放门；

3)启动一级反渗透给水泵、还原剂计量泵运行，关进水气动门、浓水排放气动门；

4)启动一级反渗透高压泵，开进水气动门；

5)启动阻垢剂计量泵，调整加药泵频率和冲程，使阻垢剂药量为3 mg/L；

图2 超滤系统

6)2 min后关闭产水排放门，调节进水门和浓排手动门(调好后不再动)，使产水流量逐渐达到169 m3/h，浓水流量达到56 m3/h，先冲洗一级反渗透水箱至水质合格，开始水箱蓄水。

一级反渗透停运顺序控制的步序如下：

1)关闭进水气动门，打开产水排放门，停止一级反渗透高压泵和一级反渗透给水泵运行；

2)打开浓水排放电动门和冲洗进水门，启动冲洗水泵，停机冲洗5 min；

3)停止冲洗水泵，关闭浓水排放气动门和冲洗进水门，1 min后关闭产水排放门。

二级反渗透装置启动顺控步序如下：

1)打开保安过滤器出、入口门；

2)打开二级反渗透进水气动门、浓水排放手动门、浓水排放气动门和产水排放门；

3)启动二级反渗透给水泵，低压冲洗5 min；

4)关闭进水气动门和浓水排放气动门；

5)启动二级反渗透高压泵，开进水气动门。

图3 一级反渗透系统

二级反渗透装置停运顺控步序如下：

1)关闭进水气动门，打开产水排放门，停止二级反渗透高压泵和二级反渗透给水泵；

2)打开浓水排放电动门和冲洗进水门，启动冲洗水泵，停机冲洗5 min；

3)停止冲洗水泵，关闭浓水排放气动门和冲洗进水门，1 min后关闭产水排放门。

2.3 混床系统的控制策略

混床系统作为锅炉补给水的后处理系统，对补给水进行深度除盐，使水质深层次提升。混床系统需要控制的设备主要是相关管路上的阀门，通过开关阀门来进行混床再生等工艺处理，系统如图5所示。

图4 二级反渗透系统

图5 混床系统

混床再生顺控、混床投运顺控、混床正洗顺控和混床停运顺控步序如下：

1)混床内阴、阳树脂反洗：开启反洗排水门、反洗进水门和空气门，启动混床给水泵，调节流量为10～15 m3/h；进水至空气门排水，关闭空气门，缓慢增大流量直至30～35 m3/h，同时检查取样点的水样是否存在粒径大于0.3 mm的树脂，反洗10 min左右。

2)混床内阴、阳树脂分层：反洗10 min后，缓慢调节混床给水泵出口门，减少流量到25 m3/h，每隔3～5 min减少流量5 m3/h，直至到0，静置10 min。

3)混床内阴、阳树脂的压实：打开混床进水门和正排门，调节流量至50 m3/h，3 min后，关闭进水门和正排门。

4)混床进酸、进碱再生：打开进碱门、进酸门和中排门，启动再生水泵，调节进酸稀释水流量为25～30 m3/h，进碱稀释水流量为25～30 m3/h；打开酸、碱计量箱出口门，控制进酸浓度为4%，进碱浓度为4%，酸、碱加完后，关闭酸、碱计量箱出口门。

5)混床阴、阳树脂的置换：再生水泵继续运行，置换至中排排水接近中性，停再生水泵。

6)混床阴、阳树脂的冲洗：调节冲洗流量为40～50 m3/h，冲洗30 min。

7)混床排水：打开混床的排空气门和正排门，通过窥视孔监视水位，排至树脂层上100 mm时，关闭正排门。

8)空气混脂：进压缩空气剧烈搅动树脂，检查压缩空气压力为0.1～0.2 MPa之间，控制空气流量为2～3 m3/min。混脂时间为2～3 min左右，待树脂混合均匀，关闭压缩空气门。

9)混床充水：打开混床的正洗进水门，向混床上水，顶部空气门出水后，停止充水。

10)混床正洗：打开混床的正排门和出口取样门，调节流量为40～50 m3/h，进行正洗，洗至排水达标后，结束正洗，混床处于备用状态。

3 顺序控制的实现

对于锅炉补给水顺序控制乃至整个辅网控制系统都是使用DCS+上位机的全厂控制系统一体化网络控制方案，应用DCS控制具有很多优点[6-9]：DCS控制系统具有很强的生产过程控制功能，能够很好的完成辅网的过程控制；针于复杂的大型工业生产流程，它的控制分散程度更高；其组态方面相对简单、丰富，操作界面符合电厂的运行模式；相比PLC来说，DCS进口品牌较多，大大增加了系统的可靠性。

营口仙人岛热电厂DCS应用的是Ovation的控制系统，该系统集过程控制和企业管理信息技术为一体，融合了当今世界最先进的计算机与通讯技术于一身，采用了高速度、高可靠性、高开放性的通讯网络，具有多任务、多数据采集及潜在的控制能力。

Ovation系统利用当前最新的分布式、全局型的数据库完成对系统的组态。全局分布式数据库将功能分散到多个可并行运行的独立站点，而非集中到一个中央处理器上，不因其他事件的干扰而影响系统性能，大大提高了系统的可靠性。

就锅炉补给水系统的控制而言，应用Ovation系统进行组态是十分方便的，这对使用其他系统的电厂来说是一大优势，锅炉补给水系统组态主要通过Ovation系统内部的MASTERSEQ功能块和DEVICESEQ功能块组态来实现。

MASTERSEQ功能块是一种监督算法，可安排各控制功能有序地执行，该算法利用单独的DEVICESEQ算法连接在序列的每个步骤中执行的逻辑功能。DEVICESEQ算法提供控制逻辑功能和MASTERSEQ算法之间的接口，在大多数常用应用程序组态中，控制特定设备。

以超滤系统顺控为例，完成组态的MASTERSEQ功能块与DCS操作界面上的控制按钮相关联，完成操作界面运行指令的传达，MASTERSEQ功能块处理过的相应指令经DEVICESEQ功能块去控制超滤进水门、超滤出水门、反冲洗进水门、超滤反冲洗排水门和反冲洗泵相关设备，从而使设备有序运行，完成顺序控制。

对于反渗透系统和混床系统而言，组态同样是通过这两个功能块来实现的，不同的是：MASTERSEQ功能块接受的运行指令不同，DEVICESEQ功能块控制的设备不同，对于一级反渗透系统，其连接的是一级反渗透保安过滤器出、入口门，一级反渗透排水气动门等，对于二级反渗透系统，其连接的是二级反渗透保安过滤器出、入口门等阀门，对于混床系统，其控制的是混床相关的阀门、电泵等。

通过Ovation公司的DCS系统对锅炉补给水控制系统进行组态，可以大大简化组态过程，同时使控制逻辑容易读懂，便于调试和修改。由于其系统功能块的强大，使控制质量更加完善。

4 结 语

营口仙人岛热电厂对锅炉补给水水质要求较高，所以采用了很全面和先进的超滤、反渗透和混床工艺对锅炉补给水进行处理，由于工艺步骤很多，增加了运行操作的强度，对运行的可靠性也产生了影响。对此问题采用顺序控制技术，对超滤运行、反洗、一级反渗透、二级反渗透和混床运行等提出了相应的控制策略，并针对这些控制策略进行了现场实践，其结果如表1所示。

通过现场运行情况来看，控制效果良好，能够达到719 t/h的锅炉补给水设计出力，同时锅炉补给水的水质能够达到标准，同时为其他类似热电厂提供了一定的参考价值。

表1 实测锅炉补给水水质指标

[1] 周建东，郭 爽.全膜水处理中超滤装置运行状况的分析[J].科技创新与应用，2015(17)：18-19.

[2] 李旭阳.探讨反渗透在电厂水处理中的应用[J].资源节约与环保，2016(9)：70.

[3] 仲惟雷，周艾蕾，康 燕，等.反渗透技术在电厂大型水处理项目中的应用[J].工业水处理，2014，34(9)：90-92.

[4] 张耀江.反渗透技术在电厂水处理的应用探讨[J].中国高新技术企业，2015(9)：51-52.

[5] 郁达伟，郑 祥，肖庆聪，等.反渗透技术在我国火电行业中的应用分析[J].中国给水排水，2012，28(2)：5-9.

[6] 牛克龙，王玉梅.大型火电厂辅助车间采用DCS&PLC的优缺点[J].应用技术，2012(5)：63-65.

[7] 崔起明，方明星，王亮敏，等.PLC、DCS、FCS 三大控制系统基本特点与差异[J].自动化技术与应用，2013，32(3)：91-93.

[8] 夏晓莉.PLC、DCS 两大控制系统的分析[J].中国新技术新产品，2009(22)：172.

[9] 高 敏,夏邦安.对PLC、DCS、FCS 三大控制系统的特点和差异的探讨[J].应用能源动技术，2008(11)：42-45.

Make-upWaterSystemSequenceControlofBoilerinYingkouXianrendaoThermalPowerPlant

FANGGuo-cheng1,LIANGZhao-guo2a,WANGCun-xu2b

(1.StateGridElectricPowerResearchInstitute,Shenyang110006; 2a.SchoolofEnergyandPowerEngineering;2b.SchoolofNewEnergy,ShenyangInstituteofEngineering,Shenyang110136,Liaoningprovince)

Because the water quality in boiler make-up water system has great influence on the economic and safety indexes of thermal power plant operation,it is important to improve the automatic control level of boiler make-up water system.The Ying Kou Xianrendaothermal power plant has a higher demand for boiler make-up water,and adopts a comprehensive treatment process which results in intension operation and low reliability.By analyzing the control strategy of boiler make-up water system,the operation instructions were simplified and the corresponding water quality indexes of the boiler make-up water system were improvedthrough configuring the underlying logic by using Ovation′s DCS system.It can also provide a reference for similar boiler supply water system in thermal power plant to improve control level.

thermal power plant; make-up water; DCS; sequence control

TP273

A

1673-1603(2017)04-0313-08

(责任编辑张凯校对魏静敏)

2017-06-23

房国成(1979-)，男，吉林吉林人，高级工程师，硕士。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2017.04.005