电厂化学制水系统DCS改造研究

马晓东 任宏宇

内蒙古霍煤鸿骏铝电有限责任公司电力分公司 029200

摘要：国内火电机组辅机控制系统主要包括化学制水系统、输煤系统和脱硫系统。其中，化学制水系统包括原水预处理、离子除盐等子系统。传统制水系统采用独立且分散的控制方式，子系统包含的设备多，手动操作量大，整个系统的风险控制能力低，需要大量人员操作和维护，且系统间单独操作存在管理困难，导致制水设备的制水效率低，设备易损坏。相比燃煤机组，基于调峰运行方式的燃气-蒸汽联合循环机组，其化学制水系统需具备启动速度快、启停频繁的特点保障发电用水，因此对制水系统的制水效率、稳定性和系统自我调节能力要求更高。为此，部分电厂开展了针对燃气-蒸汽联合循环机组制水系统的自动控制方式研究，通过DCS系统平台，整合机组系统相关参数，实现联合循环机组制水系统的全自动控制。

关键词：联合循环机组；原水预处理；全过程；智控运行；可靠性

1现状介绍

某电厂建设有一套STAG209E燃气-蒸汽联合循环机组，由2台燃气轮机发电机组、2台余热锅炉、1台抽凝式蒸汽轮机发电机组和1台背压式蒸汽轮机发电机组成。投产以来，机组主要以日开夜停调峰方式运行，间断性的运行方式对系统设备可靠性、自动化水平、运行监控与统计分析等工作提出了极高的要求，且电厂计划于2020年底前开始除盐水定制服务，日均供水量在机组发电、供热基础上增加至少1000吨。

2问题与分析

受制于混合絮凝沉淀池出口管径偏小的因素，混合絮凝沉淀池的实际出力远小于额定出力。制水过程中，因取水泵额定出力相对于混合絮凝沉淀池出力过大且取水泵采用工频设计，只能通过混合絮凝沉淀池进口手动阀节流方式来控制进水流量，造成取水母管节流损失大，取水泵运行经济性不佳。由于机组运行补水需要，取水泵需不定时启动和停运，长期短周期频繁启停运行，对泵体机械和电器设备造成较大冲击损害，从而降低设备使用寿命，增加设备故障率。

3方案研究与实施

3.1取水泵变频改造

从取水口水面标高到电厂厂区混凝沉淀池液面的高差35.5米，通过混合絮凝沉淀池进口阀调节来实现恒压与定流量供水；实施取水泵变频改造，可降低取水管路节流损失，实现电机的柔性启停，并将电机电流限制在额定电流内，降低泵的平均转速，延长电机和泵的使用寿命。

3.2混合絮凝沉淀加药系统改造

加药系统的改造主要实现投加液态混凝剂聚合铝功能，范围包含新建一座液态混凝剂聚合铝原液池及加装液位计2个，增设原液泵2台，溶液箱进药电磁阀、进水电磁阀、出药电磁阀各2个，3号加药泵出口电磁阀2个，增加溶液箱搅拌机远控功能，该系统远控与自控功能的实现，为原水预处理全程自动控制奠定基础。通过加药系统的改造，实现DCS远方操作与监视，通过计算溶液箱液态混凝剂聚合铝原液与进水的配比，可保证混合后的加药品质稳定；通过混凝沉淀池液进水量与进水浊度的关系，可提供加药量与出水浊度提供控制比例的依据。

3.2.3各系统用水需求信息数据的搭建

原水预处理系统主要为循环水池与工业水池补水，数据搭建的基本原则是实现两个水池液位的区间控制，即液位低工况触发原水预处理系统投运，液位高停运系统。因循环水池与工业水池用水量存在的不确定性，为实现原水预处理系统投用后的连续运行，减少原水预处理系统启停次数，可对两个用户的用水需求进一步延展性分析，即通过对用户当前与未来用水需求的预判，从而动态调整水池水位定值。对循环水池用水需求，可分为机组启停阶段、连续运行阶段、停运阶段；工业水池用水需求，主要是除盐水制水需求；当两个用户同时有用水需求时，可设计供水方式互切的功能，减少原水预处理系统短时间的启停次数。

4应用效果

4.1混合絮凝沉淀加药系统改造成效

通过混合絮凝沉淀加药系统改造的实施，实现了配药、加药系统的远程监控功能；通过原水全年各典型工况的样水配药小试分析，确定了液态聚合铝配药浓度。配药系统的改造，大幅降低了人工配药工作量，替代了人工就地操作；应用原液池液位变量、加药泵运行时间统计、溶液箱液位变量的三重配药运行监督程序，可有效保证溶液配比浓度的可靠性与稳定性。加药泵变频自动，通过引入原水进水流量与浊度，以及混凝沉淀池出水浊度等三个信号，可实现原水加药流量与浊度模式的自动控制。

4.2系统数据统计指标的建设

系统指标分为能源与设备两类。其中能源指标主要分为水、电、药三项变动成本要素，按日、月、年口径分别进行统计。设备类指标的统计，主要为取水泵、加药泵、原液泵运行时间统计，统计时间可为主、备泵的选择，设备的检修周期提供依据。水类指标分为：取水量、混凝沉淀池排污量、循环水池补水量、工业水池补水量。系统设计有取水泵出口流量与2路混凝沉淀池进口流量，通过历史数据统计对比分析，将3个流量信号进行优选处理，并形成取水量指标；混凝沉淀池排污量根据排污阀开启时间估算排污量，并形成排污总量指标；循环水池与工业水池的补水量遵循水平衡原则，根据补水的路径划分统计，对于循环水与工业水池两路切换期间，各按50%的比例统计。用电量指标：主要为取水泵系统电耗；基于补水量的划分，可对循环水池、工业水池的补水区分统计。本系统除取水泵房以外的用电设备，均由化学低压厂变提供，纳入除盐水系统电类指标。用药量指标：主要为液态聚合铝用量的统计，根据溶液箱液位的变量，反推计算得出，该指标的设置，可用于原水品质变化对加药需求的影响关系，可用于实际加药量与理论加药量的偏差监督。

4.3DCS 控制的简述

系统全过程的应用基于循环水池与工业水池补水需求触发。主系统包含三个顺控投切功能，即循环水池补水顺控、工业水池补水顺控、原水顺控。具备原水预处理补水至循环水池、原水预处理补水至工业水池的一对一系统运行工况，与原水预处理补水至循环水池与工业水池的一对二运行工况。当处于一对二运行工况时，根据两个水池的液位高度，自动判断优先顺序。当满足上述工况触发条件后，先对系统通水管路阀门状态位置进行判断，并顺控执行开阀，满足管路通畅；再对系统加药管路阀门进行判断并开启溶液箱出药电磁阀；然后依次顺控启动预选原水泵、加药泵，完成顺控启动预处理制水流程。在一对二工况运行期间，先开启后需求进水池系统的管路阀门，开启后再关闭先需求进水池系统的阀门。补水顺控启动触发后，优先选用高液位溶液箱，即开启该溶液箱出口阀，然后触发低液位溶液箱自动配药顺控；当出药的溶液箱液位低于设置值，开启备用溶液箱出口阀，然后关闭低液位溶液箱出药阀，并启动自动配药顺控。当补水量满足需求后，触发停运系统顺控，依次停运取水泵、加药泵，关闭溶液箱出药阀、进水池系统阀门，完成顺控停运预处理制水流程。混凝沉淀池排污阀根据沉淀池累计进水量，触发排污顺控，累计进水量的设定，需要根据沉淀池实际运行情况进行设定，定期调整。取水泵变频自动的设计，主要根据产水单耗与产水品质进行流量定值的人工设定；通常情况下，在原水与出水品质一定可控范围内，较高的流量可降低取水单位电耗。加药变频的自动设计，主要以取水流量为基准值，再根据取水浊度与出水浊度的变化的情况设计相应的前馈与闭环控制。

结束语

本项目是基于水处理系统前端的智控研究与应用，对其他电厂化学专业相关的制水系统、加药系统的提升具有一定的借鉴意义；项目的应用，对机组安全经济运行有较大的提升与保障，并起到了一定的节能降耗作用。

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