火力发电厂循环冷却水加酸控制系统实例

郭　磊 赵　磊 王德帅 刘　媛 刘　佳 李宝钢

（天津电气科学研究院有限公司）



火力发电厂循环冷却水加酸控制系统实例

郭磊 赵磊 王德帅 刘媛 刘佳 李宝钢

（天津电气科学研究院有限公司）

摘要：冷却水占火力发电厂整体用水量的七成，通过提高浓缩倍率的方法，以达到降低水资源的消耗同时，要保证水质不结垢、不腐蚀、保证循环水系统安全稳定地工作。同时针对老设备是人工加酸，重力加酸的方式进行自动化、可视化的改造，增加触摸显示屏作为上位机，进行远距离操作和现场状态的实时反馈。新系统更好地保障了生产安全，消除了人工加酸的安全隐患，降低了劳动强度，同时PH值控制更加平稳，安全报警体系更加健全。该系统的应用，具有显著的经济效益和社会效益。

关键词：循环冷却水；加酸处理；自动控制系统；可视化操作

1 项目背景

本系统是“四平热电厂二期扩建工程2×350MW机组等级亚临界供热机组—锅炉补给水处理、循环水处理加药装置”项目中的循环水加酸系统改造。原系统设备比较简单原始，即采用重力投加方式，由人工手动调节阀门改变投加量，采样时间为2h，由化验员去现场凝汽器旁取样，检测PH值，再判断目前加酸量是否合适。原系统存在以下问题：重力加酸量非线性；人员加酸只能凭经验，误差大；操作地点距离工作室较远，劳动强度大；储酸罐容量过小，且无剩余酸量显示，易延误加酸。上述问题导致原系统运行效果不良，使循环冷却水碱性加大，负硬度增加，导致阻垢剂效能降低，易使汽轮机凝汽器铜管结垢，进而使汽轮机效率降低，浪费大量能源。为改善这种状况，进行了新的循环水加酸系统的设计。

2 系统总体介绍

循环冷却水分为两个冷却塔，故新系统设计为双路循环水自动加酸系统。新系统中包含：一个卸酸泵，一个卸酸罐，负责将化工厂送来的硫酸打入储酸罐中；两个储酸罐分别对两个冷却塔提供浓硫酸；每一个储酸罐都对应一个智能PH值仪表和两套加酸装置；每一套加酸装置都包含一个变频器、一个计量泵，一个缓冲器。电气回路增加一个PLC和一个触摸屏进行控制。系统示意图如图1所示。

图1　系统整体流程示意

2.1 加酸管道回路

原系统加酸罐储量太小，不满足新系统的要求，故添加一个卸酸泵和一个容积0.6m3的卸酸罐，将化工厂送来的酸通过泵自动充到两个容积12.5m3的储酸罐，避免人工加酸的潜在危险。储酸罐内置一个磁浮（翻球式）液位计，将罐内硫酸液位信号变送到PLC中，用以在触摸显示屏上显示和完成低液位报警提示。每一个储酸罐出酸位置都配两套加酸装置，添加的硫酸需经过一个缓冲器，将加入的浓硫酸和循环水充分混合。管道在加酸位置后50m处增加一个U型管道用于智能PH值仪表采集取样。

2.2 电气回路

PH值取样在管道加酸点后50m处，将管道中循环水的PH值变为4～20mA的标准传输信号送到PLC中，PLC通过A/D模块读取数据，经PID程序运算后，通过D/A模块同样给出4～20mA信号到加酸装置中，完成一个加酸的PID闭环控制。同时采用触摸屏作为上位机，方便地进行状态实时监测和应急手动控制。控制用PLC选用的是台达的DVP-ES2，具有体积小巧，I/O口多，扩展模块丰富，具有RS232和RS485通讯端口，与触摸屏兼容性良好。

加酸方式分为自动和手动两种控制方式，自动情况下加酸量的多少主要由两处控制，一个是接到PLC输出信号的变频器控制，一处是和隔膜计量泵配套的冲程调节器。计量泵每一次的流体泵出量决定了其计量容量，在一定的有效隔膜面积下，泵的输出流体的体积流量正比于冲程长度和冲程频率。这样控制的好处在于可以不通过改变PID参数的情况下，人工可以干预加酸量的多少，用于应对突发情况，设备正常工作时冲程设为定值。手动控制系统相对简单，采用的变频器是富士电机的FVR-E9S变频器自带手动功能，在变频器上接一个电位器到控制面板，变频器的输出频率由电位器给定。每一个储酸罐对应两套加酸装置，一套为常用，一套为备用，确保正常生产的需求。

2.3 上位机功能

触摸屏选用的是上海富菱自动化科技有限公司的MT506SeView 触摸屏，屏幕反应灵敏且与PLC兼容性好。在触摸屏的软件编写上，根据实际功能的需要，软件主要分三大模块：变频器的控制、计量泵的控制、实时状态的显示，整体流程如图2所示。

图2　系统触摸屏软件流程

2.4 算法

算法采用的是 PID控制，系统采样周期是2s，每1min，将接受到的30个数据进行处理，将误报值进行筛选后，取平均值进行PID运算，故系统的控制周期是1min。由PH值的特性可知，在中性点时一点点的酸或者碱都会对PH值产生很大的影响，故控制PH值在8.0～8.8之间，当PH值低于8.0时，系统给出加酸装置关闭信号，当PH值高于8.8时，系统给出加酸装置控制信号。

3 项目实施中的技术关键

3.1 智能PH值仪表安装

智能PH值仪表的探针工作时脱水干烧易损坏，但电厂会有停休或者是循环水管路关断的情况，需在智能PH值仪表安装的位置加入一个U型管道，将探针安装到U型管路的底端，让底端的自存水保护探针。

3.2 管路材料

新系统中储罐本体材质为碳钢，管道材质采用无缝钢管，阀门为衬聚四氟乙烯阀门。阀门、法兰等接合面

的垫片必须采用聚四氟乙烯垫片。浓硫酸加药装置内严禁采用橡胶制品。计量泵为隔膜塑料泵。所有泵的配套电动机轴承为密封的SKF轴承。

3.3 日常注意事项

设备运转中，多次进行启停操作不利于控制的稳定性，可通过调节计量泵的冲程调节器来控制调大或者调小加酸量。新加入的冷却水应进行前处理，防止对平稳系统造成过大的干扰。加酸量应根据天气的炎热程度和机组的负荷高低来改变，当蒸发量大的时候，要及时调大加酸量。

3.4 报警系统

系统共有两种报警：过酸、过碱报警，储酸罐液位过低报警。当回路中循环水的PH值大于9或者小于6的时候，报警信号通过蜂鸣器提示操作人员；当储酸罐的液位低于报警值时，报警信号同样通过蜂鸣器提示操作人员，由于加酸周期较长，操作人员可以将蜂鸣器关闭，同时酸量不足的显示灯会亮起，在不打扰正常工作的情况下起到警示作用。

4 结束语

根据电厂的水量平衡需求，设计新的加酸控制系统，保证了夏季循环水浓缩倍率在4.58左右运行，单台机组循环水系统补水量为628 m3/h。新系统运转稳定，控制平稳，选触摸屏作为上位机实时显示现场状态，提高自动化程度，减轻操作人员的劳动强度、消除人工加酸的潜在危险，同时系统配备齐全的报警提示。

参考文献:

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收稿日期：（2015-11-17）