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電廠(chǎng)化學(xué)水處理系統(tǒng)作為電廠(chǎng)輔機(jī)程控系統(tǒng)的重要組成部分,其運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)鍋爐的安全性與生產(chǎn)的連續(xù)性,并影響著整個(gè)電廠(chǎng)的工作安全性和機(jī)組的使用壽命。
隨著化學(xué)水處理工藝的不斷更新變化,復(fù)雜程度越來(lái)越高,對(duì)系統(tǒng)自動(dòng)控制的要求也越來(lái)越嚴(yán)格。一般電廠(chǎng)化學(xué)水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)都采用以PLC(可編程邏輯控制器)為主,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn),功能包括對(duì)化學(xué)水處理過(guò)程的自動(dòng)化控制、狀態(tài)監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)報(bào)警、統(tǒng)計(jì)打印等。
電廠(chǎng)的水處理系統(tǒng)一般包含三個(gè)子系統(tǒng):鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)、凝結(jié)水處理系統(tǒng)、綜合水(廢水)系統(tǒng)。
•補(bǔ)給水系統(tǒng)由預(yù)處理系統(tǒng)、反滲透預(yù)脫鹽系統(tǒng)、化學(xué)除鹽系統(tǒng)、酸堿系統(tǒng)四部分組成,控制范圍還包括水工凈水站。
凝結(jié)水系統(tǒng)主要工藝流程包括:凝結(jié)水精處理及樹(shù)脂再生系統(tǒng)、水汽取樣分析系統(tǒng)、化學(xué)加藥系統(tǒng)等幾個(gè)部分。凝結(jié)水精處理及樹(shù)脂再生系統(tǒng)包括混床、樹(shù)脂捕捉器、再循環(huán)泵、旁路及單元內(nèi)所有的管道、管件、閥門(mén)、就地儀表等;水汽取樣分析系統(tǒng)包括熱力系統(tǒng)的水汽取樣分析系統(tǒng)和凝汽器檢漏取樣分析系統(tǒng)。熱力系統(tǒng)水汽取樣分析系統(tǒng)由高溫高壓架、儀表盤(pán)組成。凝汽器檢漏取樣分析系統(tǒng)由檢漏取樣架和分析儀表盤(pán)組成;化學(xué)加藥系統(tǒng)由三部分組成:給水及凝結(jié)水加氨系統(tǒng);給水加聯(lián)氨系統(tǒng);爐水加磷酸鹽系統(tǒng)。
•廢水系統(tǒng)用來(lái)處理電廠(chǎng)的全部廢水,包括灰渣廢水、化學(xué)廢水、生活廢水和脫硫廢水等。
其主要目的是將天然水在進(jìn)入汽水系統(tǒng)之前除去水中的雜質(zhì),一般流程為:天然水→ 混凝沉淀→ 過(guò)濾→ 離子交換→ 補(bǔ)給水。主要的控制過(guò)程如下:
混凝沉淀:除去水中的小顆粒懸浮物和膠質(zhì)體物質(zhì),有化學(xué)混凝和電混凝兩種方式。
過(guò)濾處理:除去混凝處理后的水中殘留的少量懸浮物,常采用石英砂或無(wú)煙煤或直接過(guò)濾。
化學(xué)除鹽:脫除清水含鹽(金屬離子和酸根),使之成為可供鍋爐使用的無(wú)鹽水。包括陽(yáng)離子交換,去CO2,陰離子交換,混合離子交換等。
主要控制:濾池、澄清池、加藥設(shè)備、過(guò)濾器、陽(yáng)床、陰床、混床、水箱、泵、風(fēng)機(jī)、酸堿儲(chǔ)存和計(jì)量設(shè)備等。
凝結(jié)水處理系統(tǒng)包括凝結(jié)水精處理系統(tǒng)和體外再生系統(tǒng)。一般由高速混床、陽(yáng)樹(shù)脂再生罐、陰樹(shù)脂再生罐、再循環(huán)泵、樹(shù)脂存儲(chǔ)罐、混脂罐、酸堿設(shè)備、沖洗水泵、風(fēng)機(jī)等組成。凝結(jié)水處理系統(tǒng)中的設(shè)備大都是周期性工作的,要求定時(shí)進(jìn)行還原和再生。
i. 凝結(jié)水精處理系統(tǒng):
■ 前置過(guò)濾器
前置過(guò)濾器的工作狀態(tài)有“備用”、“運(yùn)行”、“沖洗”三種狀態(tài)。“備用”狀態(tài)是過(guò)濾器處于靜止?fàn)顟B(tài),要經(jīng)投運(yùn)程序后才具備運(yùn)行條件。“運(yùn)行”狀態(tài)是過(guò)濾器正常制水。“沖洗”狀態(tài)是過(guò)濾器運(yùn)行失效后進(jìn)行反洗等一系列程序。操作方式分為全自動(dòng)、步進(jìn)/ 退、點(diǎn)操三種方式。全自動(dòng)控制按備用—運(yùn)行—沖洗—備用的順序循環(huán)進(jìn)行。步進(jìn)/ 退可以任意啟動(dòng)某一具體步序,該步結(jié)束后自動(dòng)停止。每臺(tái)設(shè)備只能處于一種狀態(tài)之下。反洗水泵在反洗時(shí)一備一用。當(dāng)*臺(tái)水泵啟動(dòng)失效時(shí)自動(dòng)啟備用泵并報(bào)警,程序不中斷,當(dāng)備用泵也失效時(shí),系統(tǒng)報(bào)警,程序中斷。一次門(mén)是帶定位器的調(diào)節(jié)閥,該閥開(kāi)度大小的調(diào)節(jié)在CRT/TFT畫(huà)面上以手操方式實(shí)現(xiàn)。
■ 混床和再生設(shè)備
混床和再生設(shè)備的工作狀態(tài)有“備用”、“運(yùn)行”、“樹(shù)脂輸送”、“再生”。備用狀態(tài)表示混床處于靜止?fàn)顟B(tài),床內(nèi)為有效樹(shù)脂。運(yùn)行狀態(tài)表示混床經(jīng)升壓、投運(yùn)等一系列程序后進(jìn)入穩(wěn)定制水狀態(tài)。樹(shù)脂輸送表示混床失效樹(shù)脂送入陽(yáng)再生塔,再生好的樹(shù)脂送回混床。再生表示再生設(shè)備內(nèi)的樹(shù)脂進(jìn)行一系列的再生處理。防止樹(shù)脂輸送時(shí)混淆兩份樹(shù)脂,保證在充分的條件下開(kāi)始再生,必須建立以下輔助標(biāo)志:“允許樹(shù)脂輸送”和“允許再生”。
ii. 再生系統(tǒng):
再生系統(tǒng)的控制方式與前置過(guò)濾器系統(tǒng)的控制方式基本相同。
廢水系統(tǒng)用來(lái)處理電廠(chǎng)的全部廢水,包括灰渣廢水、化學(xué)廢水、生活廢水和脫硫廢水等。一般情況下,廢水不作為回收利用的對(duì)象,只進(jìn)行達(dá)標(biāo)水處理排放。工藝比鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)、凝結(jié)水處理系統(tǒng)簡(jiǎn)單,不再贅述。
目前發(fā)電廠(chǎng)水處理的典型工藝有:
離子交換法
離子交換法,即利用離子交換樹(shù)脂將水中溶鹽的離子吸收。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的運(yùn)行以后,離子交換樹(shù)脂會(huì)失效,這時(shí)就需要停止運(yùn)行以對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行再生(還原),以便使樹(shù)脂可以重新使用(陽(yáng)離子交換樹(shù)脂失效時(shí),使用酸進(jìn)行再生,陰離子交換樹(shù)脂失效時(shí),使用堿進(jìn)行再生) 。
RO(Reverse Osmosis)反滲透技術(shù),是*和節(jié)能的脫鹽技術(shù),其原理是利用高分子材料經(jīng)過(guò)特殊工藝制成的半透膜,它只容許水分子通過(guò),而不容許溶質(zhì)通過(guò)。在高壓泵的壓力作用下,原水中的水壓超過(guò)滲透壓,水分子則透過(guò)半透膜進(jìn)入另一側(cè),從而獲得除鹽水、純凈水。而原水中的溶解和非溶解的無(wú)機(jī)鹽、重金屬離子、有機(jī)物、菌體、膠體等物質(zhì)均無(wú)法通過(guò)半透膜,被截留在濃水中。
EDI (ElectroDeIonization ) 填充床電滲析,又稱(chēng)電去離子法,是一種將離子交換技術(shù)、離子交換膜技術(shù)和離子電遷移技術(shù)相結(jié)合的水處理技術(shù)。利用離子交換能深度脫鹽來(lái)克服電滲析極化而導(dǎo)致的脫鹽不*,利用電滲析極化而發(fā)生水電離產(chǎn)生H+和OH-離子實(shí)現(xiàn)樹(shù)脂自再生來(lái)克服樹(shù)脂失效后通過(guò)化學(xué)藥劑再生的缺陷,是20世紀(jì)80年代以來(lái)逐漸興起的新技術(shù)。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展,EDI技術(shù)已經(jīng)在北美及歐洲占據(jù)了相當(dāng)部分的市場(chǎng)。
表1 給出了離子交換、反滲透、電去離子三種典型化學(xué)水處理工藝的比較。從表中可以看到,從處理技術(shù)的*性、處理效果、對(duì)環(huán)境的污染等方面電去離子法相對(duì)于另外兩種方法具有明顯的優(yōu)勢(shì),發(fā)展前景廣闊,但由于其項(xiàng)目的前期資金投入比較多,對(duì)原水水質(zhì)要求較高和其他方面的因素,在國(guó)內(nèi)電廠(chǎng)化學(xué)水處理工藝上應(yīng)用范圍還很有限。離子交換法和反滲透法需要的項(xiàng)目前期資金投入相對(duì)較少,而且在國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較普遍、工藝比較成熟。
比較項(xiàng)目 | 傳統(tǒng)除鹽方式 | 改良的除鹽方式 | 綠色的除鹽方式 |
處理方法 | 離子交換 | 反滲透,RO | 電除鹽,EDI |
項(xiàng)目初期投資 | 低 | 中 | 高 |
運(yùn)行費(fèi)用 | 高 | 中 | 低 |
環(huán)境污染程度 | 高 | 中 | 無(wú) |
進(jìn)水水質(zhì)要求 | 低 | 中 | 高 |
出水連續(xù)性 | 低 | 中 | 高 |
產(chǎn)水率 | 低 | 中 | 高 |
出水水質(zhì) | 低 | 中 | 高 |
目前,離子交換法化學(xué)水處理工藝在電廠(chǎng)中應(yīng)用zui為普遍,其控制系統(tǒng)主要是通過(guò)對(duì)水處理設(shè)備,以及相關(guān)的閥門(mén)、水泵等設(shè)備的控制,實(shí)現(xiàn)整個(gè)化學(xué)水處理流程的整體投運(yùn)、設(shè)備切換、清洗再生和整體停運(yùn)等工序的自動(dòng)控制。
? 型號(hào):LK210 支持冗余
? 處理器主頻:533 MHz
? 存儲(chǔ)器:用于程序:16MB;用于數(shù)據(jù):64MB+1MB掉電保持
? 指令執(zhí)行時(shí)間:位操作,zui小0.013µs;字操作,zui?。?.013µs;浮點(diǎn)數(shù)加法,zui?。?.2µs
? I/O點(diǎn)容量:數(shù)字量通道,zui大57344;模擬量通道,zui大3584
? 通信接口:2路以太網(wǎng)接口、2路PROFIBUS-D總線(xiàn)接口,2路串行接口
? 支持冗余、支持帶電插拔
? 供電電壓:20.4~28.8VDC
? 支持多任務(wù)運(yùn)行,zui多支持32個(gè)任務(wù)
序號(hào) | 模塊名稱(chēng) | 型號(hào)及規(guī)格 | 數(shù)量 |
控制站(DI:260 DO:162 AI:66 RTD:21 A0:13) | |||
1 | 電源模塊 | LK910,電源模塊,輸入120/230VAC,輸出24VDC, | 6 |
2 | CPU模塊 | LK210,冗余CPU模塊,533MHZ,位指令0.013ms/K,程序16M,數(shù)據(jù)64MB+1MB掉電保持區(qū) | 2 |
3 | 通信接口模塊 | LK231,PROFIBUS-DP通信接口模塊 | 5 |
4 | 16點(diǎn)數(shù)字量輸入模塊 | LK610,16通道數(shù)字量輸入模塊,12/24V DC,漏型 | 17 |
5 | 16點(diǎn)數(shù)字量輸出模塊 | LK710,16通道常開(kāi)晶體管輸出模塊,24V DC | 11 |
6 | 8點(diǎn)模擬量輸入模塊 | LK411,8通道模擬量輸入模塊,16位,電流信號(hào) | 9 |
7 | 4點(diǎn)模擬量輸出模塊 | LK511,4通道模擬量輸出模塊,12位,電流信號(hào),隔離 | 4 |
8 | 6點(diǎn)熱電阻輸入模塊 | LK430,6點(diǎn)熱電阻, | 4 |
9 | 本地背板 | LK121,本地背板,冗余CPU插槽,10 IO槽 | 1 |
10 | 擴(kuò)展背板 | LK111,本地背板,10 IO槽 | 4 |
11 | 擴(kuò)展電纜 3M | LKX002 | 2 |
12 | 占空模塊 | LKC131 | 3 |
13 | LK I/O端子矮蓋板 | LKC110 | 48 |
14 | I/O端子矮蓋板透明標(biāo)簽 | LKL022 | 48 |
15 | I/O底板編碼銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)工具 | LKF003 | 1 |
本軟件系統(tǒng)是以微軟公司的Windows 2000/Windows XP為工作平臺(tái)使用和利時(shí)公司FacView 監(jiān)控組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)出來(lái)的,全中文組態(tài),功能強(qiáng)大,易學(xué)易用,*開(kāi)放。
運(yùn)行人員可通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)化學(xué)水處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程狀態(tài)監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)圖形監(jiān)視、實(shí)時(shí)報(bào)警、統(tǒng)計(jì)打印等。即運(yùn)行人員在控制室就可以對(duì)報(bào)表、圖形實(shí)時(shí)查詢(xún),對(duì)生產(chǎn)情況進(jìn)行了解并作出指導(dǎo),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理自動(dòng)化,并可與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)通訊,提高全廠(chǎng)自動(dòng)化水平。
化學(xué)水處理系統(tǒng)控制方式設(shè)計(jì)為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備就地手動(dòng)控制、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制三種控制模式。即使在程控系統(tǒng)*故障的情況下還可以通過(guò)就地控制實(shí)現(xiàn)手動(dòng)制水,保證機(jī)組鍋爐的可靠用水。控制箱上選用3位選擇開(kāi)關(guān),分別為就地開(kāi)、就地關(guān)、遠(yuǎn)程控制。選擇遠(yuǎn)程控制時(shí),控制閥由操作員在操作站上控制。操作員可以在操作站對(duì)控制閥進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視和動(dòng)作控制,對(duì)控制閥的控制可分選擇自動(dòng)和手動(dòng)方式。在自動(dòng)方式時(shí)控制閥受PLC邏輯程序控制,在手動(dòng)方式時(shí)控制閥由操作員直接在操作界面上點(diǎn)擊控制。
具體控制程序設(shè)計(jì)包括:
正常制水程序控制
水箱水位控制
制水設(shè)備自動(dòng)切換投運(yùn)的控制
機(jī)械過(guò)濾器的清洗、自動(dòng)切換控制
除鹽與反洗、再生的全自動(dòng)周期運(yùn)行控制
陰床、陽(yáng)床的再生程序控制
混床再生的自動(dòng)周期運(yùn)行控制
加酸、加堿系統(tǒng)控制
廢酸、廢堿中和系統(tǒng)控制
壓縮空氣系統(tǒng)控制
其他控制功能
閥門(mén)、泵等的控制狀態(tài)顯示,自動(dòng)/手動(dòng)/就地操作和選擇聯(lián)鎖。系統(tǒng)所有流量、壓力可在操作界面上實(shí)時(shí)監(jiān)視,原水流量、陰床出口流量、混床出口流量顯示積算并作歷史紀(jì)錄,可分別查看一級(jí)除鹽、混床再生制水量。
? 系統(tǒng)*、可靠、性能價(jià)格比高
? 系統(tǒng)自動(dòng)化水平高,有利于保證生產(chǎn)連續(xù)、穩(wěn)定和出水水質(zhì)的穩(wěn)定性
? 系統(tǒng)控制方式多樣,具有完善的聯(lián)鎖、保護(hù)功能,自適應(yīng)能力強(qiáng)
? 系統(tǒng)運(yùn)行方式多樣,設(shè)置有程控、步進(jìn)、單操、就地手動(dòng)等功能
? 上位監(jiān)控軟件功能豐富、完備,操作靈活、維護(hù)方便
? 優(yōu)良的開(kāi)放性和可擴(kuò)展性,預(yù)留與其他系統(tǒng)的通訊接口
作為電廠(chǎng)工藝流程中的重要的環(huán)節(jié),化學(xué)水處理系統(tǒng)自動(dòng)控制在整個(gè)電廠(chǎng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)中有著舉足輕重的地位。它的工作狀態(tài)將直接影響整個(gè)鍋爐系統(tǒng)的安全性與經(jīng)濟(jì)性,并影響到整個(gè)電廠(chǎng)的工作穩(wěn)定性與可靠性。本文總結(jié)了和利時(shí)公司HOLLiAS LK PLC在化學(xué)水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)中的項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),并在此基礎(chǔ)上完善了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和功能,為保證整套水處理設(shè)備安全、、穩(wěn)定運(yùn)行提供了更加合理的解決方案,具有很好的借鑒和推廣價(jià)值。
[ 1 ] 王平洋,電力系統(tǒng)自動(dòng)化與智能技術(shù)[J],電力系統(tǒng)自動(dòng)化
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