熱電廠(chǎng)汽水在線(xiàn)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)加藥系統(tǒng)改造研究

楊少鵬

(東風(fēng)汽車(chē)公司熱電廠(chǎng)，湖北 十堰 442002)

0 引 言

東風(fēng)汽車(chē)公司熱電廠(chǎng)位于湖北省十堰市，是東風(fēng)汽車(chē)公司的自備電廠(chǎng)?，F(xiàn)有5臺(tái)220噸/小時(shí)燃煤鍋爐，3臺(tái)6萬(wàn)千瓦汽輪發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)容量18萬(wàn)千瓦，年平均發(fā)電量9.5億千瓦時(shí)，供熱能力450噸/小時(shí)?？刂剖曳植迹簷C(jī)、爐控制室分別按五臺(tái)鍋爐集中和三臺(tái)機(jī)集中設(shè)置。給水及主蒸汽采用母管制。東風(fēng)汽車(chē)公司熱電廠(chǎng)自1984年投產(chǎn)發(fā)電至今，為解決東風(fēng)汽車(chē)公司十堰基地用電和提高居民生活品質(zhì)作出了積極貢獻(xiàn)。

熱電廠(chǎng)汽水系統(tǒng)貫穿各種重要設(shè)備，汽水監(jiān)督主要包括：溶解氧、pH、磷酸根、硬度、電導(dǎo)率、鈉、硅等控制指標(biāo)。其中溶解氧、pH和磷酸根的含量是引起熱力設(shè)備結(jié)垢、腐蝕和威脅鍋爐安全運(yùn)行的幾個(gè)主要因素，因此必須對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制[1-5]。

車(chē)間原有的汽水監(jiān)督均為現(xiàn)場(chǎng)取樣后手動(dòng)分析監(jiān)測(cè)，2小時(shí)分析一次，測(cè)量周期長(zhǎng)，反應(yīng)時(shí)間慢，人力強(qiáng)度也高。給水加氨和爐水加磷酸鹽，是防止熱力設(shè)備腐蝕和結(jié)垢的重要方法。之前車(chē)間采用的加藥方法為：在溶解箱內(nèi)配好藥，通過(guò)泵不斷往爐內(nèi)和除鹽水母管內(nèi)加藥，運(yùn)行人員在盤(pán)上監(jiān)視pH和磷酸根含量，再根據(jù)規(guī)程要求，到加藥房手動(dòng)調(diào)整加藥泵，從而對(duì)加藥量進(jìn)行控制。原有的汽水監(jiān)督和加藥控制方式，往往會(huì)因?yàn)槿硬患皶r(shí)、實(shí)驗(yàn)室儀表不準(zhǔn)確等因素造成加藥不及時(shí)或加藥量忽大忽小，不但浪費(fèi)了大量藥品，而且運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度也大，更關(guān)鍵的是造成鍋爐設(shè)備腐蝕程度嚴(yán)重加劇。隨著自動(dòng)化和以計(jì)算機(jī)為代表的控制技術(shù)深入到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面，將原有的傳統(tǒng)人工取樣分析和手動(dòng)加藥改造為儀表在線(xiàn)分析和自動(dòng)加藥系統(tǒng)，不僅節(jié)省人力物力，同時(shí)可以對(duì)爐水指標(biāo)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和精確調(diào)整，更有利于設(shè)備的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[6-11]。

1 技術(shù)方案

針對(duì)實(shí)際運(yùn)行情況，提出如下解決方案：安裝一套在線(xiàn)儀表及計(jì)算機(jī)監(jiān)視和控制系統(tǒng)，在線(xiàn)儀表實(shí)時(shí)測(cè)量值通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)視和控制系統(tǒng)反饋到加藥泵，提高設(shè)備的加藥及時(shí)率及反應(yīng)時(shí)間，減少酸堿腐蝕及結(jié)垢，提高設(shè)備可靠性和安全性，降低現(xiàn)場(chǎng)人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

在線(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀表利用微機(jī)監(jiān)視和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)取樣裝置化學(xué)汽水參數(shù)的監(jiān)督和加藥自動(dòng)控制，系統(tǒng)采用帶LCD顯示的上位機(jī)(PC)+可編程控制器(PLC)構(gòu)成的控制系統(tǒng)來(lái)對(duì)整個(gè)工藝系統(tǒng)進(jìn)行控制?？刂屏鞒倘鐖D1所示。

圖1 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)加藥系統(tǒng)控制流程

汽水取樣及在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括:①上位機(jī)部分，主要包含操作員站主機(jī)、液晶顯示器、打印機(jī)、100 M交換機(jī)、組態(tài)軟件和不間斷電源等;②控制室PLC部分，主要內(nèi)存卡、CPU、以太網(wǎng)模塊、ControlNet網(wǎng)絡(luò)等;③汽水取樣裝置，主要包含高溫架部分、低溫架部分和分析儀表部分等。另外，該系統(tǒng)還可以通過(guò)廠(chǎng)局域網(wǎng)與廠(chǎng)級(jí)的MIS系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

以PLC為主題實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)繼電器和單片機(jī)結(jié)構(gòu)相比，具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作方便和通用性強(qiáng)等優(yōu)良性能[12-16]。

2 自動(dòng)加藥系統(tǒng)控制原理

鍋爐水中適當(dāng)添加磷酸鹽及氨，可提高爐水的緩沖性能并對(duì)維持爐水pH的穩(wěn)定有很大的作用，故能防止鍋爐水冷壁的結(jié)構(gòu)和腐蝕。平衡磷酸鹽處理時(shí)，磷酸鹽的加入量必須適當(dāng)，這就要求計(jì)量泵必須能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)加藥量，調(diào)節(jié)信號(hào)是由汽水水樣經(jīng)過(guò)減溫減壓裝置引入磷酸根表和pH 表探頭進(jìn)行測(cè)量，其4 mA～20 mA 的輸出信號(hào)作為調(diào)節(jié)信號(hào)，經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算處理后控制變頻器輸出，從而控制計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速(由于磷酸根的信號(hào)比較弱，變化范圍小，不易控制，所以本控制系統(tǒng)采用pH 表的4 mA～20 mA 信號(hào)作為調(diào)節(jié)信號(hào)),從而實(shí)時(shí)控制爐水的加藥量，使?fàn)t水的磷酸根濃度和pH保持在指標(biāo)范圍內(nèi)。

控制流程如圖2所示。

圖2 自動(dòng)加藥系統(tǒng)控制流程

3 改造內(nèi)容和改造后的功能與實(shí)現(xiàn)

3.1 汽水取樣裝置

將樣水從原來(lái)現(xiàn)場(chǎng)取樣點(diǎn)引出，改為集中取樣，包括高溫架和儀表盤(pán)兩部分。高溫架采用不銹鋼框架方式，立體化布置閥門(mén)及冷卻器等配件，樣水來(lái)到高溫架后通過(guò)溴化鋰機(jī)組出水進(jìn)行冷卻，溫度不超過(guò)40 ℃(符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn))。減溫減壓后的樣水送至儀表盤(pán)，按照各點(diǎn)需要監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目進(jìn)行分配和檢測(cè)。每臺(tái)測(cè)量?jī)x表配備一只流量計(jì)、過(guò)濾器和一個(gè)流量切斷閥。在給水入口、飽和蒸汽和過(guò)熱蒸汽出口測(cè)點(diǎn)加裝陽(yáng)離子交換柱，以消除水中含氨對(duì)電導(dǎo)率的測(cè)量影響。同時(shí)儀表盤(pán)設(shè)有自動(dòng)保護(hù)裝置，當(dāng)樣水溫度超過(guò)40 ℃和壓力過(guò)高時(shí)自動(dòng)切斷樣水并報(bào)警，并可設(shè)置緊急停機(jī)。

3.2 在線(xiàn)分析設(shè)備

通過(guò)儀表工作站在線(xiàn)分析系統(tǒng)，傳感器直接接觸式測(cè)量樣水，對(duì)樣水進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。主要包括pH計(jì)、電導(dǎo)率儀、水中溶氧分析儀、磷酸根分析儀和鈉分析儀等分析儀表，測(cè)量后的數(shù)據(jù)通過(guò)變送器把信號(hào)傳送到監(jiān)視計(jì)算機(jī)顯示，同時(shí)把數(shù)值傳送給加藥系統(tǒng)，完成自動(dòng)加藥信號(hào)供給，并對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的異常工況進(jìn)行報(bào)警。

3.3 自動(dòng)加藥設(shè)備

在現(xiàn)有的加藥間內(nèi)加氨系統(tǒng)布置3臺(tái)泵、2個(gè)溶解箱和2個(gè)氨罐，加磷酸鹽系統(tǒng)布置6臺(tái)泵和2個(gè)溶解箱，泵、管道和溶解箱互為備用。各計(jì)量運(yùn)行狀態(tài)在監(jiān)視計(jì)算機(jī)上集中顯示，并設(shè)置聲光報(bào)警、溶解箱高低報(bào)警和計(jì)量泵運(yùn)行狀態(tài)顯示。自動(dòng)加氨裝置信號(hào)選取給水pH為參數(shù)，自動(dòng)加磷酸鹽裝置的信號(hào)選取磷酸鹽(磷表)為參數(shù)。并可在監(jiān)視計(jì)算機(jī)上對(duì)變頻泵、溶解箱液位和攪拌器進(jìn)行顯示和報(bào)警。

控制和監(jiān)視界面如圖3所示。

圖3 監(jiān)視和控制界面

4 結(jié)束語(yǔ)

東風(fēng)汽車(chē)公司熱電廠(chǎng)汽水在線(xiàn)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)加藥系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)監(jiān)視和控制，在線(xiàn)儀表實(shí)時(shí)測(cè)量值通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)視和控制系統(tǒng)反饋到加藥泵控制加藥量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各指標(biāo)參數(shù)的動(dòng)態(tài)顯示和監(jiān)控，提高了設(shè)備的加藥及時(shí)率及反應(yīng)時(shí)間，解決了手動(dòng)控制困難和現(xiàn)場(chǎng)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大的缺點(diǎn)。實(shí)踐證明，本系統(tǒng)不僅滿(mǎn)足了生產(chǎn)需要，提高了汽水品質(zhì)監(jiān)控和診斷水平，而且還為降低生產(chǎn)物耗和提高經(jīng)濟(jì)效益作出了積極貢獻(xiàn)。