热电厂汽水在线监测及自动加药系统改造研究

杨少鹏

(东风汽车公司热电厂，湖北 十堰 442002)

0 引 言

东风汽车公司热电厂位于湖北省十堰市，是东风汽车公司的自备电厂。现有5台220吨/小时燃煤锅炉，3台6万千瓦汽轮发电机组，装机容量18万千瓦，年平均发电量9.5亿千瓦时，供热能力450吨/小时。控制室分布：机、炉控制室分别按五台锅炉集中和三台机集中设置。给水及主蒸汽采用母管制。东风汽车公司热电厂自1984年投产发电至今，为解决东风汽车公司十堰基地用电和提高居民生活品质作出了积极贡献。

热电厂汽水系统贯穿各种重要设备，汽水监督主要包括：溶解氧、pH、磷酸根、硬度、电导率、钠、硅等控制指标。其中溶解氧、pH和磷酸根的含量是引起热力设备结垢、腐蚀和威胁锅炉安全运行的几个主要因素，因此必须对这些参数进行实时监视和控制[1-5]。

车间原有的汽水监督均为现场取样后手动分析监测，2小时分析一次，测量周期长，反应时间慢，人力强度也高。给水加氨和炉水加磷酸盐，是防止热力设备腐蚀和结垢的重要方法。之前车间采用的加药方法为：在溶解箱内配好药，通过泵不断往炉内和除盐水母管内加药，运行人员在盘上监视pH和磷酸根含量，再根据规程要求，到加药房手动调整加药泵，从而对加药量进行控制。原有的汽水监督和加药控制方式，往往会因为取样不及时、实验室仪表不准确等因素造成加药不及时或加药量忽大忽小，不但浪费了大量药品，而且运行人员的劳动强度也大，更关键的是造成锅炉设备腐蚀程度严重加剧。随着自动化和以计算机为代表的控制技术深入到工业生产的各个方面，将原有的传统人工取样分析和手动加药改造为仪表在线分析和自动加药系统，不仅节省人力物力，同时可以对炉水指标实现实时监控和精确调整，更有利于设备的安全和经济运行[6-11]。

1 技术方案

针对实际运行情况，提出如下解决方案：安装一套在线仪表及计算机监视和控制系统，在线仪表实时测量值通过计算机监视和控制系统反馈到加药泵，提高设备的加药及时率及反应时间，减少酸碱腐蚀及结垢，提高设备可靠性和安全性，降低现场人员劳动强度。

在线自动监测仪表利用微机监视和控制系统实现对取样装置化学汽水参数的监督和加药自动控制，系统采用带LCD显示的上位机(PC)+可编程控制器(PLC)构成的控制系统来对整个工艺系统进行控制。控制流程如图1所示。

图1 在线监测和自动加药系统控制流程

汽水取样及在线监测系统主要包括:①上位机部分，主要包含操作员站主机、液晶显示器、打印机、100 M交换机、组态软件和不间断电源等;②控制室PLC部分，主要内存卡、CPU、以太网模块、ControlNet网络等;③汽水取样装置，主要包含高温架部分、低温架部分和分析仪表部分等。另外，该系统还可以通过厂局域网与厂级的MIS系统联网，进行远程监控。

以PLC为主题实现的控制系统与传统继电器和单片机结构相比，具有运行稳定可靠，操作方便和通用性强等优良性能[12-16]。

2 自动加药系统控制原理

锅炉水中适当添加磷酸盐及氨，可提高炉水的缓冲性能并对维持炉水pH的稳定有很大的作用，故能防止锅炉水冷壁的结构和腐蚀。平衡磷酸盐处理时，磷酸盐的加入量必须适当，这就要求计量泵必须能够自动调节加药量，调节信号是由汽水水样经过减温减压装置引入磷酸根表和pH 表探头进行测量，其4 mA～20 mA 的输出信号作为调节信号，经过PID运算处理后控制变频器输出，从而控制计量泵的转速(由于磷酸根的信号比较弱，变化范围小，不易控制，所以本控制系统采用pH 表的4 mA～20 mA 信号作为调节信号),从而实时控制炉水的加药量，使炉水的磷酸根浓度和pH保持在指标范围内。

控制流程如图2所示。

图2 自动加药系统控制流程

3 改造内容和改造后的功能与实现

3.1 汽水取样装置

将样水从原来现场取样点引出，改为集中取样，包括高温架和仪表盘两部分。高温架采用不锈钢框架方式，立体化布置阀门及冷却器等配件，样水来到高温架后通过溴化锂机组出水进行冷却，温度不超过40 ℃(符合国家标准)。减温减压后的样水送至仪表盘，按照各点需要监测的项目进行分配和检测。每台测量仪表配备一只流量计、过滤器和一个流量切断阀。在给水入口、饱和蒸汽和过热蒸汽出口测点加装阳离子交换柱，以消除水中含氨对电导率的测量影响。同时仪表盘设有自动保护装置，当样水温度超过40 ℃和压力过高时自动切断样水并报警，并可设置紧急停机。

3.2 在线分析设备

通过仪表工作站在线分析系统，传感器直接接触式测量样水，对样水进行连续监测。主要包括pH计、电导率仪、水中溶氧分析仪、磷酸根分析仪和钠分析仪等分析仪表，测量后的数据通过变送器把信号传送到监视计算机显示，同时把数值传送给加药系统，完成自动加药信号供给，并对监测对象的异常工况进行报警。

3.3 自动加药设备

在现有的加药间内加氨系统布置3台泵、2个溶解箱和2个氨罐，加磷酸盐系统布置6台泵和2个溶解箱，泵、管道和溶解箱互为备用。各计量运行状态在监视计算机上集中显示，并设置声光报警、溶解箱高低报警和计量泵运行状态显示。自动加氨装置信号选取给水pH为参数，自动加磷酸盐装置的信号选取磷酸盐(磷表)为参数。并可在监视计算机上对变频泵、溶解箱液位和搅拌器进行显示和报警。

控制和监视界面如图3所示。

图3 监视和控制界面

4 结束语

东风汽车公司热电厂汽水在线监测及自动加药系统采用计算机监视和控制，在线仪表实时测量值通过计算机监视和控制系统反馈到加药泵控制加药量，实现了对各指标参数的动态显示和监控，提高了设备的加药及时率及反应时间，解决了手动控制困难和现场人员劳动强度大的缺点。实践证明，本系统不仅满足了生产需要，提高了汽水品质监控和诊断水平，而且还为降低生产物耗和提高经济效益作出了积极贡献。