CN106292455A - 一种直流锅炉凝结水加氨拟人化巡检式智能控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流锅炉凝结水加氨拟人化巡检式智能控制系统及控制方法，包括：流量计，用于采集凝结水泵的实时流量Q；第一电导率仪，第二电导率仪，第三电导率仪，DCS控制器，交流变频器，分别与DCS控制器和加药计量泵相连接，用于接收DCS控制器发出的转速频率信号，调节加药计量泵电机转速的频率，本发明能够根据运行工况自动调整凝结水加氨量，避免了人工调整的滞后性和不及时性，节省大量的人力成本，实现了直流锅炉凝结水pH值的稳定精准控制。

Description

一种直流锅炉凝结水加氨拟人化巡检式智能控制系统及控制 方法

技术领域

本发明属于凝结水处理领域，具体涉及直流锅炉凝结水的pH值控制，特别涉及一种直流锅炉凝结水加氨拟人化巡检式智能控制系统及控制方法。

背景技术

随着热力发电厂参数、容量的提高，以及直流锅炉的应用，对锅炉给水的品质提出了越来越高的要求，直流锅炉机组中设有凝结水处理装置，以去除凝结水中的金属腐蚀产物和微量溶解盐，使得凝结水的品质达到锅炉给水的要求。由于整个热力系统主要是由钢铁制成的，虽然各个系统都采用了多种防腐措施，但是轻微的腐蚀仍然无法避免，为了防止和减轻水对金属的腐蚀，凝结水系统一般都采用碱性运行方式，即向凝结水中加入氨，保持水的pH值为9.0～9.6，在此情况下，大部分铁、铜都以金属氧化物的形态存在于水中，使钢铁和铜的腐蚀速度在较低范围内。因此，直流锅炉凝结水pH值的控制非常重要，精准稳定的pH值可以大大减少金属腐蚀结垢情况的发生，降低锅炉出现水冷壁爆管、汽轮机叶片腐蚀结垢等情况发生的概率。

目前，直流锅炉凝结水pH值控制主要有两种：一种为人工手动调整，运行人员通过pH值的高低手动调整加氨泵的频率从而实现凝结水pH值控制；另一种为PID控制，加氨泵根据凝结水pH值的变化进行PID调节。但是人工手动调整pH值受人为因素影响较大且操作起来劳动强度大，调试不及时或者操作不当易导致pH值偏离控制范围，很难实现精准稳定的控制，而PID调节的控制方式受P、I参数设置影响较大，需要充分考虑pH变化的滞后性，工作人员往往对工艺不熟悉，很难考虑到这个问题，且从部分电厂的使用来看，由于pH值变化滞后性的存在，用PID控制也很容易出现pH值波动较大的情况，这都会影响炉水品质，直接造成水循环系统和锅炉水汽设备腐蚀，严重时甚至导致损坏。因此，需要一种可以精准控制直流锅炉凝结水pH值的控制方法。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种直流锅炉凝结水加氨拟人化巡检式智能控制系统及控制方法，该控制系统和方法能够根据运行工况自动调整凝结水加氨量，避免了人工调整的滞后性和不及时性，节省大量的人力成本，实现了直流锅炉凝结水pH值的稳定精准控制。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种直流锅炉凝结水加氨拟人化巡检式智能控制系统，包括：

流量计，设置在凝结水泵出水母管的管路上，用于采集凝结水泵的实时流量Q；

第一电导率仪，设置在集中取样架处，取样点设置在精处理系统出水母管的管路上，用于采集精处理系统出水加氨前的电导率值κ₁；

第二电导率仪，与氨水溶液箱相连接，用于采集氨水溶液箱中的电导率值κ₂；

第三电导率仪，设置在集中取样架处，取样点设置在精处理系统出水加药点后的母管管路上，用于采集精处理系统出水加氨后的电导率值κ₃；

DCS控制器，用于接收流量计、第一电导率仪、第二电导率仪和第三电导率仪采集的数据，并对采集数据进行综合运算后输出转速频率信号给交流变频器；

交流变频器，分别与DCS控制器和加药计量泵相连接，用于接收DCS控制器发出的转速频率信号，调节加药计量泵电机转速的频率。

所述加药计量泵还与氨水溶液箱和加药点相连接。

所述加药点后的母管管路与除氧器相连接。

所述凝结水泵的出水母管与精处理系统的进水母管相连接。

所述精处理系统的进、出水母管之间设置有精处理旁路。

所述加药计量泵的数量至少为2台。

本发明还公开了一种直流锅炉凝结水加氨拟人化巡检式智能控制方法，包括如下步骤：

1)通过流量计、第一电导率仪、第二电导率仪和第三电导率仪分别采集凝结水泵的实时流量Q、精处理系统出水加氨前的电导率值κ₁、氨水溶液箱中的电导率值κ₂和精处理系统出水加氨后的电导率值κ₃，并将采集得到的数据反馈至DCS控制器；

2)DCS控制器对采集到的数据进行计算得到加药计量泵的加氨基础频率和直流锅炉凝结水加氨后的pH值，并在每个巡检周期内将计算得到的直流锅炉凝结水加氨后pH值与预先设定的pH值控制范围的上限值和下限值进行比较，根据比较的结果向交流变频器输出转速频率信号；

所述加药计量泵的加氨基础频率的计算公式为：

式中，κ₁为精处理出水，加氨之前的电导率值，单位为μS/cm，

κ₂为氨水溶液箱中的电导率值，单位为μS/cm，

Q为凝结水泵实时流量，单位为t/h，

pH为预先设定的pH值控制范围的中间值，

加药计量泵的最大加药量为加药计量泵的固有参数，单位为L/h，

加药计量泵的设定行程在加药计量泵行程调节杆处设定，单位为％；

所述直流锅炉凝结水加氨后pH值的计算公式为：

直流锅炉凝结水加氨后pH＝8.566+lgκ₃，

式中，κ₃为凝结水加氨后的电导率值，单位为μS/cm；

3)交流变频器在接收DCS控制器发出的转速频率信号后对加药计量泵的频率进行自动纠正。

步骤2)中计算得到的直流锅炉凝结水加氨后pH值高于上限值时，则将加药计量泵的加氨基础频率按照设定的调节幅值降低一次；计算得到的直流锅炉凝结水加氨后pH值低于下限值时，则将加药计量泵的加氨基础频率按照设定的调节幅值增加一次；计算得到的直流锅炉凝结水加氨后pH值高于下限值，低于上限值时，则加药计量泵的加氨基础频率不进行调整。

本发明将凝结水pH值作为控制目标值，以流量和加氨后的pH值对加药计量泵的频率进行双变量控制，先根据实时流量Q和电导率值κ₁、κ₂计算出加药计量泵的加药频率，并根据电导率值κ₃计算出直流锅炉凝结水加氨后的pH值，然后在每个巡检周期内将计算出的pH值与预先设定的pH值控制范围的上限值和下限值进行比较，根据比较的结果对已计算出的加药计量泵的频率进行自动纠正，从而实现凝结水pH值的精准稳定控制；通过DCS控制系统实现一种凝结水pH值的拟人化巡检式智能控制。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明的直流锅炉凝结水加氨拟人化巡检式智能控制系统将人工调整智能化，且结构相对简单，不需增加很多复杂设备，便于运行人员进行操作；该控制系统通过DCS控制器控制加药计量泵的频率跟随流量的实时变化而变化，克服了pH值变化滞后问题，通过加氨后pH值的变化反馈对加药计量泵的频率进行微量叠加性纠偏控制，保证pH值精准稳定控制，从而通过以流量和加氨后的pH值对加药计量泵的频率进行双变量协调控制，实现了精准的加药量控制，降低了凝结水pH值的波动范围；该控制系统采用能够精确测量电导率值以计算方式得到pH值代替不易精确测量的氨水浓度和pH值，保证了pH值的精准稳定控制；此外，该种控制方式可延伸至同类型的加药控制系统，如直流锅炉给水加氨，中水加石灰等系统。

进一步的，本发明的加药计量泵的数量至少为2台，在实际应用中有一台可以作为备用，备用泵可以在其他加药计量泵损坏或出现故障时作为替代，增强了直流锅炉的稳定性。

附图说明

图1为本发明的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细描述。

如图1所示，本发明的直流锅炉凝结水加氨拟人化巡检式智能控制系统，包括：

流量计，设置在凝结水泵出水母管的管路上，用于采集凝结水泵的实时流量Q；

第一电导率仪，设置在集中取样架处，取样点设置在精处理系统出水母管的管路上，用于采集精处理系统出水加氨前的电导率值κ₁；

第二电导率仪，与氨水溶液箱相连接，用于采集氨水溶液箱中的电导率值κ₂；

第三电导率仪，设置在集中取样架处，取样点设置在精处理系统出水加药点后的母管管路上，用于采集精处理系统出水加氨后的电导率值κ₃；

DCS控制器，用于接收流量计、第一电导率仪、第二电导率仪和第三电导率仪采集的数据，并对采集数据进行综合运算后输出转速频率信号给交流变频器；

交流变频器，分别与DCS控制器和加药计量泵相连接，用于接收DCS控制器发出的转速频率信号，调节加药计量泵电机转速的频率。

所述加药计量泵还与氨水溶液箱和加药点相连接。

所述加药点后的母管管路与除氧器相连接。

所述凝结水泵的出水母管与精处理系统的进水母管相连接。

所述精处理系统的进、出水母管之间设置有精处理旁路，在精处理系统停运时，水由此旁路进入热力系统。

本发明将凝结水加氨后pH值作为控制目标值，首先，通过流量计、第一电导率仪、第二电导率仪和第三电导率仪分别采集凝结水泵的实时流量Q、精处理系统出水加氨前的电导率值κ₁、氨水溶液箱中的电导率值κ₂和精处理系统出水加氨后的电导率值κ₃，并将采集得到的数据反馈至DCS控制器；DCS控制器根据实时流量Q和电导率值κ₁、κ₂计算出凝结水加药计量泵的加氨基础频率，其计算公式如下：

式中，

κ₁为精处理出水，加氨之前的电导率值(μS/cm)，

κ₂为配制氨水时的氨水溶液箱里面的电导率值(μS/cm)，

Q为凝结水泵实时流量(t/h)，

pH为预先设定的pH值控制范围的中间值，如直流炉凝结水pH值需要控制在9.2-9.6之间，则公式中的pH值为9.4，

加药计量泵的最大加药量为加药计量泵的固有参数，在加药计量泵铭牌处确定数值，单位为L/h，

加药计量泵的设定行程在加药计量泵行程调节杆处设定，单位为％；

同时DCS控制器还根据电导率值κ₃计算出直流锅炉凝结水加氨后的pH值，其计算公式如下：

直流锅炉凝结水加氨后pH＝8.566+lgκ₃

式中，κ₃为凝结水加氨后的电导率值(μS/cm)；

可见DCS控制器以流量和加氨后的pH值对加药计量泵的频率进行双变量控制，然后在每个巡检周期内将计算出的加氨后的pH值与预先设定的pH值控制范围的的上限值和下限值进行比较，根据比较的结果向交流变频器输出转速频率的控制信号，交流变频器在接收DCS控制器发出的转速频率信号后对加药计量泵的频率进行自动纠正，从而控制凝结水加药计量泵的加氨频率，实现了凝结水pH值的精准稳定控制。

本发明的凝结水pH值的上限值和下限值，比如将凝结水pH值的控制范围设定为9.2～9.3，上限值即为9.3，下限值即为9.2；

本发明中巡检周期为将目标值与上限值和下限值比较的周期时间，即凝结水加药计量泵频率调整的周期，该参数一般设置为加氨后pH值开始变化的间隔时间，也就是水样从取样点流到第三电导率仪的时间，这是由于加氨后的pH值根据第三电导率仪测得的电导率值κ₃计算得到，加药点后有一个取样管道，通过取样管道加药后的水样输送至集中取样架处的第三电导率仪，将巡检时间设置成水样从取样点流到第三电导率仪的时间，这样能够消除从加药到样水监测的滞后性，保证调整的准确性。

本发明中调节幅值为单次调整的幅度设定，即每个加药计量泵频率调整周期内的调整幅度，该参数的大小决定调整的精度。

在设定好各项数值后，运行本发明，智能控制系统会在每个巡检周期内将目标值与上限值和下限值作比较，如果目标值高于上限值，则将凝结水加药泵的基础频率按照设定的调节幅值降低一次，如果目标值低于下限值，则将凝结水加药泵的基础频率按照设定的调节幅值增加一次，如果目标值高于下限值，低于上限值，则将凝结水加药计量泵的基础频率不进行调整，上述所有的调整均为累积调整，如三个周期内目标值均高于上限值，则将基础频率累加三次调节幅值。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非用于限制本发明的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种替换与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种直流锅炉凝结水加氨拟人化巡检式智能控制系统，其特征在于，包括：

流量计，设置在凝结水泵出水母管的管路上，用于采集凝结水泵的实时流量Q；

第一电导率仪，设置在集中取样架处，取样点设置在精处理系统出水母管的管路上，用于采集精处理系统出水加氨前的电导率值κ₁；

第二电导率仪，与氨水溶液箱相连接，用于采集氨水溶液箱中的电导率值κ₂；

第三电导率仪，设置在集中取样架处，取样点设置在精处理系统出水加药点后的母管管路上，用于采集精处理系统出水加氨后的电导率值κ₃；

DCS控制器，用于接收流量计、第一电导率仪、第二电导率仪和第三电导率仪采集的数据，并对采集数据进行综合运算后输出转速频率信号给交流变频器；

交流变频器，分别与DCS控制器和加药计量泵相连接，用于接收DCS控制器发出的转速频率信号，调节加药计量泵电机转速的频率。

2.根据权利要求1所述的一种直流锅炉凝结水加氨拟人化巡检式智能控制系统，其特征在于，所述加药计量泵还与氨水溶液箱和加药点相连接。

3.根据权利要求1所述的一种直流锅炉凝结水加氨拟人化巡检式智能控制系统，其特征在于，所述加药点后的母管管路与除氧器相连接。

4.根据权利要求1所述的一种直流锅炉凝结水加氨拟人化巡检式智能控制系统，其特征在于，所述凝结水泵的出水母管与精处理系统的进水母管相连接。

5.根据权利要求4所述的一种直流锅炉凝结水加氨拟人化巡检式智能控制系统，其特征在于，所述精处理系统的进、出水母管之间设置有精处理旁路。

6.根据权利要求1所述的一种直流锅炉凝结水加氨拟人化巡检式智能控制系统，其特征在于，所述加药计量泵的数量至少为2台。

7.一种直流锅炉凝结水加氨拟人化巡检式智能控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)通过流量计、第一电导率仪、第二电导率仪和第三电导率仪分别采集凝结水泵的实时流量Q、精处理系统出水加氨前的电导率值κ₁、氨水溶液箱中的电导率值κ₂和精处理系统出水加氨后的电导率值κ₃，并将采集得到的数据反馈至DCS控制器；

2)DCS控制器对采集到的数据进行计算得到加药计量泵的加氨基础频率和直流锅炉凝结水加氨后的pH值，并在每个巡检周期内将计算得到的直流锅炉凝结水加氨后pH值与预先设定的pH值控制范围的上限值和下限值进行比较，根据比较的结果向交流变频器输出转速频率信号；

所述加药计量泵的加氨基础频率的计算公式为：

式中，κ₁为精处理出水，加氨之前的电导率值，单位为μS/cm，

κ₂为氨水溶液箱中的电导率值，单位为μS/cm，

Q为凝结水泵实时流量，单位为t/h，

pH为预先设定的pH值控制范围的中间值，

加药计量泵的最大加药量为加药计量泵的固有参数，单位为L/h，

加药计量泵的设定行程在加药计量泵行程调节杆处设定，单位为％；

所述直流锅炉凝结水加氨后pH值的计算公式为：

直流锅炉凝结水加氨后pH＝8.566+lgκ₃，

式中，κ₃为凝结水加氨后的电导率值，单位为μS/cm；

3)交流变频器在接收DCS控制器发出的转速频率信号后对加药计量泵的频率进行自动纠正。

8.根据权利要求7所述的一种直流锅炉凝结水加氨拟人化巡检式智能控制方法，其特征在于，引入人工巡检机制，将凝结水加氨后pH与控制范围值每个巡检周期内进行比对，对计算所得的加药计量泵的基础频率进行自动纠偏：

在步骤2)中计算得到的直流锅炉凝结水加氨后pH值高于上限值时，则将加药计量泵的基础频率按照设定的调节幅值降低一次；计算得到的直流锅炉凝结水加氨后pH值低于下限值时，则将加药计量泵的加氨基础频率按照设定的调节幅值增加一次；计算得到的直流锅炉凝结水加氨后pH值高于下限值，低于上限值时，则加药计量泵的加氨基础频率不进行调整。