锅炉给水自动加氨系统改造与应用研究

2023-12-04陈雷高小春张建杰刘涛孟立军

中国设备工程 2023年22期

陈雷，高小春，张建杰，刘涛，孟立军

（国能粤电台山发电有限公司，广东江门 529228）

随着我国电力行业的发展，高容量机组越来越多，对机组给水品质的要求也就越来越高。锅炉给水加氨技术是电厂保证汽水品质的重要手段之一。自动加氨系统包括自动配氨和控制加氨自动化两部分：配氨装置引入脱硝氨气和除盐水自动配比成期望浓度的氨水；加氨选用单点加氨，泵选用凝结水加氨泵，对除氧器入口的电导率进行控制，根据电导率和pH 之间的换算公式pH=8.57+lgSC，同时引入凝结水流量信号，即可保证在负荷变化时，给水pH 依旧稳定。从根源上降低了化学原因导致的设备事故，保证了机组安全、经济地运行。

1 给水pH 波动的原因

锅炉给水pH 保持在9.0 ～9.3 时能够有效降低水系统的金属腐蚀，但是目前的人工加氨配比的氨水浓度不一致、加氨后省煤器入口pH 具有较大的滞后性，且机组负荷波动时，人工干预后的不确定性会造成给水pH经常发生波动。

1.1 氨水浓度波动

由于目前氨水的来源是采购的外来浓氨水，在使用过程中，运行人员将浓氨水倒入氨溶液箱中，之后引入除盐水稀释。整个过程人工操作，浓氨水气味刺鼻，且每批次采购的浓氨水浓度不一致，致使运行人员无法保证氨水溶液箱中氨水的浓度，氨水浓度的不稳定会导致加氨后的给水pH 的波动。

1.2 省煤器入口pH 采样的滞后性

自动加氨系统的加氨点取在精处理出口，从该加氨点至省煤器入口采样点距离较长，且中间有除氧器的存在，导致氨水加入后到省煤器入口采样时，时间较长，难以控制。同时，pH 在线表受溶液电阻的影响，自身滞后性大，易产生偏差，不适合作为直接性的控制目标，而除氧器入口电导率在线表采样反应快，准确度高，且滞后性小，适合作为加氨系统的。

1.3 机组负荷波动

机组根据电网的需求进行负荷的改变，负荷改变后，凝结水流量也就发生了变化，如果此时不改变加氨量，或者过快的改变加氨量，由于机组给水系统自身的滞后性，同样会导致整个机组给水pH 发生波动。

以上3 点是给水pH 发生波动的原因。当锅炉给水pH 忽高忽低，长时间给水pH 不达标，使得水汽品质降低，可能会造成热力系统设备的腐蚀、结垢甚至爆管故障。

2 自动加氨系统

自动加氨系统如图1 所示，其中包括氨水溶液箱、加氨泵和除氧器入口汽水采样。通过自动配氨装置保证了氨水溶液箱内部氨水浓度的稳定性；采集除氧器入口电导率信号，使用前馈补偿PID 运算逻辑，计算出此时机组所需的加氨量后，对加氨泵进行控制，在凝结水加氨点进行加氨，最终实现除氧器入口电导率稳定。控制系统的采样点选择在除氧器入口，这样既可以保证给水的pH 值，也可以降低系统的滞后性。

图1 锅炉加氨系统

2.1 自动配氨装置

自动配氨装置作为自动加氨系统的一部分，具有重要的作用。自动加氨装置将脱销使用的氨气和加氨间室内的除盐水引入装置接口，通过西门子PLC 控制器对阀门进行控制，完成配比，得到所需浓度的氨水。其内部包括电导率表、液位计、西门子PLC 控制器、触摸显示屏、截止阀、逆止阀、电动调节阀。氨水箱内部安装电导率在线采样表和液位计，氨气电调阀的控制氨水的电导率，除盐水电调阀控制氨水箱的液位，保证了氨水箱内部的氨水浓度稳定。自动配氨装置内部如图2 所示。

图2 自动配氨装置

2.2 加氨自动化设计

自动配氨装置保证了加氨系统原料氨水浓度的稳定性。当机组负荷发生波动，由于没有自动控制的保护，加氨系统自身的滞后性和人工过度的干预，导致加氨量的不稳定，使得给水pH 发生波动。本次自动加氨系统使用凝结水单点加氨，控制目标为除氧器入口电导率，电导率目标反应快且准确，同时与该点的pH 具有pH=8.57+lgSC 关系，这样可以降低加氨系统由于采样仪表带来的滞后性。

自动加氨系统的逻辑控制增加在辅控DCS 上，引入凝结水流量和除氧器入口电导率信号，同时保证辅控DCS 对该加氨泵的可控性。

自动加氨控制采用前馈补偿PID 调节，如图3 所示，前馈补偿PID 控制包括两部分，一部分是PID 输出，另一部分是由前馈参数组成。PID 部分是控制系统准确度的保证，主要是根据设定值与采样值之间的偏差量，修改运算输出数据，从而达到采样值与设定值一致；前馈部分是控制系统快速性的保证，主要是根据凝结水流量的变化，快速地改变控制系统的运算量，从而减小控制系统在外部干扰下，达到设定值的快速性。结合自动加氨控制特点，设计了前馈补偿PID 控制系统，控制系统实时采集凝结水流量，根据凝结水流量进行加氨量前馈比例调节，同时采集除氧器入口电导率值，进行PID 调节，两者叠加后，实现前馈补偿PID 控制，改变加氨泵的频率，保证除氧器入口电导率的稳定，即实现给水pH 平稳控制。

3 设备的应用案例

本次自动加氨系统改造应用在国家能源某电厂660MW 调峰机组，该机组在未改造前采用人工配氨水，将采购回来的浓氨水倒入氨溶液箱中，加氨泵的频率是运行人员在辅控的操作员站进行手动更改频率，每次负荷变化时，运行人员根据此时的给水pH 值手动增加和降低加氨泵的频率。运行人员既要配氨水，又要修改加药泵的频率，工作量较大。由此，我方提出的全自动加氨系统改造，应用于该电厂。

自动加氨系统的配氨部分从锅炉脱硝的氨气母管上引来氨气至加药间自动配氨设备处，在加药间引一路除盐水至自动配氨设备处，按照设备要求改造氨水溶液箱，引入氨溶液箱的电导率和液位信号至自动配氨设备的西门子PLC 控制器。对焊接的管路进行打压测试，正常后确认氨气母管压力为0.4MPa，除盐水压力为0.3MPa，满足自动配氨装置的系统要求，在自动配氨装置的触摸屏上设置电导率为1100μS/cm，液位设定在75cm，投入自动后，氨水溶液箱能够保证氨水浓度和液位在设定值范围内。

确认氨水溶液箱浓度液位稳定后，将凝结水流量和除氧器入口电导率信号引入辅控DCS 控制器中，将前馈补偿PID 算法块按照以下逻辑说明搭建，逻辑说明是采样值为除氧器入口电导率信号，前馈量是凝结水流量信号，控制量为加氨泵变频器信号。修改组态画面，操作小弹窗，如图4 所示。