350MW 機組化學(xué)自動控制設(shè)計思路

孫貴財 田正彬 劉樹根

（山西京能呂臨發(fā)電有限公司，山西 呂梁 033200）

自動化控制是工業(yè)化高效生產(chǎn)的趨勢和目標(biāo)，而且這一目標(biāo)在不斷地被刷新，很多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到智能化的目標(biāo)。近年來，電力生產(chǎn)企業(yè)將自動化、智能化不斷應(yīng)用到生產(chǎn)現(xiàn)場，鍋爐、汽輪機、電氣專業(yè)已經(jīng)達(dá)到高度集中控制、自動控制的水平，但是化學(xué)專業(yè)由于設(shè)備分布較為分散，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)零散，控制系統(tǒng)只實現(xiàn)了局部的自動化?？煽啃缘?，且需要占用較多的人力資源。我公司結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場實際需求和經(jīng)驗，對火力發(fā)電廠化學(xué)專業(yè)自動化控制方案進(jìn)行擴展和優(yōu)化，最終實現(xiàn)專業(yè)內(nèi)所有系統(tǒng)自動化運行的目的。目前化學(xué)自動控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，鑒于它在設(shè)計和運行方面有很多技術(shù)特點，值得我們分析與研究。

一、設(shè)備介紹

本工程為2×350MW 超臨界發(fā)電機組。鍋爐采用東方鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的2×1186t/h 超臨界循環(huán)流化床、一次中間再熱直流爐。汽輪機為上海汽輪機有限責(zé)任公司制造的2×350MW 超臨界、中間再熱、兩缸兩排汽、直接空冷凝汽式汽輪機，發(fā)電機采用雙水內(nèi)冷冷卻方式。

化學(xué)系統(tǒng)包括：原水預(yù)處理系統(tǒng)（工業(yè)水預(yù)處理系統(tǒng)、生活水預(yù)處理系統(tǒng)）、鍋爐補給水處理系統(tǒng)、工業(yè)廢水處理系統(tǒng)（包括含油廢水處理系統(tǒng)）、含煤廢水處理系統(tǒng)、生活污水處理系統(tǒng)、凝結(jié)水精處理系統(tǒng)、汽水加藥監(jiān)督系統(tǒng)、綜合泵房系統(tǒng)等八個子系統(tǒng)。

鍋爐補給水水源為煤礦疏干水和曹家?guī)X水庫水，陽坡水庫水作為備用水源。原水經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)絮凝、沉降后，除去水中大量的泥沙，再經(jīng)過鍋爐補給水處理系統(tǒng)的過濾、除鹽后送往鍋爐。

鍋爐在啟動初期或者運行過程中會產(chǎn)生較多的廢水，此外，原水在絮凝、沉降、過濾、除鹽過程中也會產(chǎn)生大量的廢水，為了保護(hù)環(huán)境，節(jié)約水資源，實現(xiàn)公司廢水零排放，該部分廢水全部送往工業(yè)廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行凈化處理，處理達(dá)標(biāo)后進(jìn)行二次使用。輸煤系統(tǒng)、煤泥系統(tǒng)的沖洗水含煤泥量較大，工業(yè)廢水無法處理，經(jīng)過含煤廢水處理系統(tǒng)后重新用于輸煤系統(tǒng)、煤泥系統(tǒng)沖洗使用，實現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。生活污水水量較大且含有大量的有機物，公司設(shè)立了生活污水處理系統(tǒng)，并在生活污水處理系統(tǒng)中培養(yǎng)了大量的好氧細(xì)菌，徹底分解有機物，實現(xiàn)生活污水的凈化處理，凈化后的水源供公司廠區(qū)綠化使用或者進(jìn)入化學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行消耗。

凝結(jié)水精處理系統(tǒng)用來除去凝結(jié)水從熱力系統(tǒng)中攜帶的大量的腐蝕產(chǎn)物和積鹽，保證凝結(jié)水的品質(zhì)，實現(xiàn)機組的安全經(jīng)濟(jì)運行，

二、設(shè)計思路

（一）組織機構(gòu)的設(shè)立

組織機構(gòu)的設(shè)立是自動化開展的前提和基礎(chǔ)，人員的選擇是此項工作能否順利完成的關(guān)鍵。公司組織的化學(xué)自動化系統(tǒng)的改造不同于委托第三方進(jìn)行的技術(shù)改造，不具有深厚的技術(shù)支持和技術(shù)積累，在技術(shù)改造方面存在經(jīng)驗不足，在運用資本方面缺乏靈活性。所以在人員選擇上要滿足幾點要求。首先，要有主管生產(chǎn)的高管進(jìn)行牽頭組織，確保自動化改造過程中技術(shù)、資金、人員、時間能很好協(xié)調(diào)；第二，自動化改造需要三個專業(yè)的人員，分別是熱工、機務(wù)、運行三個專業(yè)；第三，在進(jìn)行自動化改造過程中，要以運行專業(yè)為牽頭專業(yè)，以需求引導(dǎo)技術(shù)改造；第四，在選擇人員時要選擇對自動化、數(shù)字化、智能化有一定知識儲備的人員，便于后期在系統(tǒng)自動化方向上進(jìn)行把控。

組織機構(gòu)建議分成兩個小組即領(lǐng)導(dǎo)小組和實施小組，領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)方案審核批準(zhǔn)及指導(dǎo)工作，并對方案實施過程進(jìn)行監(jiān)督，對結(jié)果進(jìn)行總結(jié)評價。實施小組負(fù)責(zé)方案的起草、編寫、討論及前期準(zhǔn)備工作，負(fù)責(zé)方案實施過程中全程跟蹤，確保方案實施的正確性和可靠性。

（二）專業(yè)區(qū)域劃分

在進(jìn)行化學(xué)自動控制系統(tǒng)區(qū)域劃分時，按照化學(xué)專業(yè)的系統(tǒng)劃分有利于自動化的實現(xiàn)。本方案共劃分12 個系統(tǒng)，分別是除鹽水制水系統(tǒng)、原水系統(tǒng)預(yù)處理系統(tǒng)、補給水再生輔助系統(tǒng)、1/2 號機精處理系統(tǒng)、精處理再生輔助系統(tǒng)、工業(yè)廢水系統(tǒng)、含油廢水系統(tǒng)、含煤廢水系統(tǒng)、生活污水系統(tǒng)、水汽取樣及加藥系統(tǒng)、尿素制備系統(tǒng)、廠前區(qū)換熱站（洗澡水）系統(tǒng)。各系統(tǒng)按照不同功能分為若干個子系統(tǒng)。

（三）系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

1.除鹽水制水系統(tǒng)：所有單體設(shè)備實現(xiàn)了自動化步序，設(shè)備啟停無需手動點操，未實現(xiàn)整套自動化啟停功能。制水順序為：生水池→雙介質(zhì)過濾器→超濾→清水箱→反滲透→除碳水池→一、二級除鹽→除鹽水箱。其中，在清水箱→反滲透存在斷點，→除碳水池→一、二級除鹽存在斷點。

2.原水預(yù)處理系統(tǒng)：未實現(xiàn)單套設(shè)備的自動化步序，設(shè)備啟停均需手動點操。

3.補給水再生輔助系統(tǒng)：陰陽床再生、混床再生均實現(xiàn)了單體設(shè)備自動化步序，未實現(xiàn)整套自動化功能。酸堿接卸平臺及道路面積小，酸堿罐車無法靠近接卸平臺，每次酸堿接卸不徹底。

4.精處理前置過濾器及陰陽床系統(tǒng)：實現(xiàn)了單套設(shè)備啟停的自動化步序。該系統(tǒng)主要分為前置過濾器定期反洗、切換，陰陽床失效后的切換、樹脂輸送等操作，未實現(xiàn)整套設(shè)備自動化功能。

5.精處理再生輔助系統(tǒng)：實現(xiàn)了單套設(shè)備的擦洗及再生步序，未實現(xiàn)整套自動化功能。

6.工業(yè)廢水系統(tǒng)：實現(xiàn)設(shè)備的單體自動化步序。斜板澄清器排泥未實現(xiàn)單體自動化步序，各水池高液位啟動未實現(xiàn)自動化步序。（只做了低液位聯(lián)停，未做高液位自動聯(lián)啟）

7.含油廢水系統(tǒng)：目前單體設(shè)備未實現(xiàn)自動化步序。（就地為PLC 控制，未實現(xiàn)高低液位聯(lián)鎖啟停功能）

8.含煤廢水系統(tǒng)：實現(xiàn)單套設(shè)備自動化步序，未實現(xiàn)自動反洗切換以及高低液位聯(lián)鎖啟停功能。（抓泥斗操作無法實現(xiàn)自動）

9.生活污水系統(tǒng)：實現(xiàn)了部分單套設(shè)備自動啟停步序，未實現(xiàn)整套設(shè)備自動啟停和切換功能。

10.水汽取樣及加藥系統(tǒng)：水汽取樣系統(tǒng)均為在線儀表，恒溫裝置為就地PLC 控制，實現(xiàn)了自動啟停功能。

11.尿素制備系統(tǒng)：尿素供料系統(tǒng)未實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)供料壓力、稀釋水壓力。尿素供料泵、稀釋水泵均為工頻泵，稀釋水回流閥為手動閥，尿素供料泵回流閥為電動開關(guān)閥，無法自動調(diào)整母管壓力。尿素循環(huán)水泵出口為手動閥，未實現(xiàn)自動循環(huán)和輸送切換。尿素配置系統(tǒng)沖洗水閥均為手動閥，未實現(xiàn)自動沖洗。

12.廠前區(qū)換熱站（洗澡水）：該系統(tǒng)為就地PLC 控制，未實現(xiàn)DCS監(jiān)視和自動化啟停功能，系統(tǒng)閥門除蒸汽調(diào)節(jié)閥外，其余均為手動閥。

三、整改技術(shù)方案

整改技術(shù)方案從系統(tǒng)存在的問題、整體自動化思路、需增加和更換的設(shè)備三個方面進(jìn)行實施，具體以除鹽水制水系統(tǒng)為例：

（一）存在問題

1.超濾反洗管道無pH 表計，無法監(jiān)視酸洗堿洗加藥情況；

2.除鹽水箱液位計高位時液位波動大；

3.生水加熱器蒸汽溫度、流量、壓力測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確；

4.生水加熱器出水流量與雙介質(zhì)過濾器進(jìn)水流量、超濾產(chǎn)水流量不匹配；

5.反滲透濃水流量無法正常檢測；

6.陰陽床進(jìn)水流量、混床進(jìn)水流量、除鹽水泵出口流量不匹配；

7.生水池補水流量測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確；

8.超濾產(chǎn)水濁度測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)（酸洗堿洗后）；

9.一、二級除鹽產(chǎn)水硅表測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)；

10.超濾空氣擦洗減壓閥減壓效果差；

11.超濾進(jìn)水壓力低，自清洗過濾器無法自動反洗；

12.生水加熱器蒸汽管道電動閥前無自動疏水器。

（二）整體思路

1.流程：生水池——生水泵——生水加熱器——雙介質(zhì)過濾器、超濾——清水箱——清水泵——高壓泵——反滲透——除碳水池——除碳水泵——陽床、陰床、混床——除鹽水箱——除鹽水泵

2.一鍵制水：除鹽水箱液位設(shè)置預(yù)選按鈕，根據(jù)除鹽水箱液位判斷系統(tǒng)啟停，所選擇除鹽水箱液位〈5.0 米，觸發(fā)一鍵制水。啟動順序為：一鍵制水——除鹽順控——反滲透順控——雙介質(zhì)過濾器、超濾順控。設(shè)置預(yù)選菜單，可選擇加入一鍵制水系統(tǒng)的設(shè)備（1號-4號雙介質(zhì)過濾器、1號-3號超濾、1 號-3 號反滲透、1 號-2 號除一級除鹽、1 號-2 號混床）。

一鍵制水允許投入條件為：除碳水池液位≮3.0 米，清水箱液位≮4.5 米，除鹽順控、反滲透順控、雙介質(zhì)過濾器、超濾順控均具備啟動條件（目前已有順控步序）。1 號、2 號、3 號生水泵、雙介質(zhì)過濾器一一對應(yīng)關(guān)系，4 號生水泵、4 號雙濾料過濾器為公共備用。1 號、2 號、3 號清水泵、反滲透為一一對應(yīng)關(guān)系，4 號清水泵為公共備用。1 號、2 號除碳水泵與一級除鹽一一對應(yīng)，3 號除碳水泵為公共備用。

3.停運順序：所選擇除鹽水箱液位〉10.0 米，觸發(fā)停運除鹽系統(tǒng)。除碳水池液位＞3.2 米，觸發(fā)停運反滲透。清水箱液位〉5.0 米，觸發(fā)停運雙介質(zhì)過濾器、超濾。生水池自動補水：液位＜2.5 米自動開啟生水池補水閥。

4.反洗操作：超濾酸洗/堿洗時，該設(shè)備退出運行，進(jìn)入酸洗/堿洗順控，備用設(shè)備自動投入運行，酸洗/堿洗結(jié)束后進(jìn)入備用狀態(tài)。反滲透累計運行時長達(dá)8h 時停機沖洗，沖洗結(jié)束后進(jìn)入備用狀態(tài)，反洗前備用設(shè)備自動投入運行。雙介質(zhì)過濾器累計運行時長達(dá)超濾累計酸+堿洗5 次后（運行人員可調(diào)），進(jìn)行一次反洗，反洗結(jié)束進(jìn)入備用狀態(tài)，反洗前備用設(shè)備自動投入運行。

（三）需增加和更換的設(shè)備清單

1.超濾空氣擦洗管道減壓閥需更換；

2.超濾反洗管道（酸堿加藥后）需增加pH 測點；

3.反滲透進(jìn)水母管需增加SDI 檢測取樣口；

4.超濾出口增加在線余氯表；

5.生水加熱器蒸汽管道電動閥前增加自動疏水器。

四、結(jié)束語

從我公司機組自動化改造的運行情況來看，圍繞DCS 控制系統(tǒng)，通過邏輯編程、邏輯優(yōu)化的方法，實現(xiàn)了化學(xué)專業(yè)自動控制的目的，增加了設(shè)備的可靠性，減少了運行人員的數(shù)量，降低了企業(yè)的經(jīng)營成本，對于輔網(wǎng)的自動化推廣起到了示范和借鑒的作用。