中国电力教育 ２０１０年管理论丛与技术研究专刊 火电厂化学水处理实施ＤＣＳ系统研究 林 义 （华电能源牡丹江第二发电厂热工检修分公司，黑龙江牡丹江１５７０１５） 摘要：实现化学水处理集中控制，是提高化学自动化水平的手段。火电厂化学水处理系统水、汽品质的好 坏直接影响热力系统机组的安全、经济稳定运行。随着高参数、大容量机组的迅速发展，对化学水处理系统自动 化的要求越来越高。因此，提高火电厂化学车间自动化水平，实施化学车间网络自动化管理是现代电力企业发展 的必然趋势。 关键词：ＤＣＳ；水处理；数据采集；参数控制；自动控制 一、系统结构（见图１） 及制氢的品质状态。完成现场汽水品质各种数据的采集 系统采用Ｗｉｎｄｏｗｓ（９８、ｍｃ、２０００、ｘｐ）平台，采 分析，化学水处理自动化系统主要通过分布于现场的采 用现场总线技术将化学仪表“虚拟”化，系统能实时 集工作站对化学加药系统进行监控，从而实现加药的计 监控水汽品质参数、加药系统、凝结水处理系统、补给 算机闭环控制。 水系统以及原水处理系统状态，并分析记录水、煤、油 主任办公室 专工办公室 中央集控室 仪表班 运行值班室 水处理值班室 嗣 ■ ｌ 集线器（。’●■■００ 一交换机 ¨ 。 ｌ －“ ； 曲 ＴＨＡＮＫ－２０００ ＴＨＡＮＫ．２０００ 厂计 工室 生技科 ５ ６＃７机水汽仪表工作站 水处理仪表工作站 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 图１ 系统结构 二、系统硬件 送主机ＤＣＳ系统。该系统与电厂ＭＩＳ网系统相连，作 客户机（用于各分析试验点的数据录入和监视）； 为一个子网挂在全厂的ＭＩＳ网上，实现了化学监督的各 工业控制计算机或ＰＬＣ（用于现场采集工作站）； 种数据信息共享，同时将机组运行状况在化学系统中反 测控元件； 映，使企业技术人员和管理者不必亲临现场，通过网络 多口ＨＵＢ或ＳＷＩＴＣＨ； 就可在办公室综合现场数据，监视、控制和诊断现场设 打印机。 备的运行状态。 该系统通过各个子系统的就地工作站完成各种数据 三、系统网络配置 的采集，由服务器集中进行数据分析。该系统通过网络 １．系统的选择 接口将化水程摔、凝结水程控、反渗透程控、原水处理 火电厂化学车间自动化系统作为一个网络系统（子 系统等系统的数据录入，实现多个系统的合并，并直接 网）挂接在全厂的ＭＩＳ网上（主网），子网允许挂接客户 作者简介：林义，男，华电能源牡丹江第二发电厂热工检修分公司，中学高级教师。 ４８９ 火电厂化学水处理实施ＤＣＳ系统研究 终端。主网与子网间采用网桥隔离，加强系统的安全性。 ２．独立性和可扩性 （２０００、ｘｐ）上的ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ。 （２）操作系统。服务器选用Ｗｉｎｄｏｗｓ（２０００、ｘｐ）， 入及监视站可选用其他类型的软件（ＩＮＴＯＵＣＨ、组态 火电厂水处理自动控制系统（见图２）。 系统自身的工作不依赖于主网，系统是否与主网连 现场监控工作站选用Ｗｉｎｄｏｗｓ（２０００、ｘｐ），各人工输 接均不影响主网的工作。 均具有对系统参数的设定能力和对实时检测数据、历史 在系统内部可以任意增添客户终端，每台客户终端 王等）。 数据与图表的观察能力。 ３．网络系统软件的选择 传统的分散独立单元控制系统（见图３）。 采用常规调节器＋变频调节器＋仪表信号传统的分 （１）数据库的选择。由于子系统内部的数据必须 散独立单元主要用于中小电厂化学水处理的控制，以及 能与外部共享，因此系统必须配备共用数据库。本系统 电厂的老设备改造。系统性能对比见表１。化学水处理 采用目前最通用的共用数据库，即建立在Ｗｉｎｄｏｗｓ ＤＣＳ系统结构见图４。 净水室自动处理系 —－ｑ自动加絮剂系统（原水处理） 一炉外水处理（补给水处理） －Ｉ Ｉ ｌ ｈ、ｒｈ— ，＾，＾Ｌ】Ｊ、儿 埘 除盐水处理系统 ＾ —＃日，。Ｊ ｔ、目岛ｕ川Ｈ 簧～力 ‘ ＝：ｈ ｎ ，＾ ．ｊ 火 电 厂 水汽循环系统 Ｉ ｌ 常 水 处 — 凝结水精处理系统 —一Ｊ炉内自动协调磷酸盐系统 Ｉ一汽水品质监测及故障诊断系 ｌＩ 工业废水自动处理系统 图２火电厂水处理自动控制系统 图３ 传统的分散独立单元控制系统 图４化学水处理ＤＣＳ系统结构图 ４９０ 火电厂化学水处理实施ＤＣＳ系统研究 表１ 系统性能对比 控制方式 设备类型 适用范围 使用费用 特点 ＤＣＳ设备：由仪表工作站、操作员站、服务器 构成监控网络ＤＣＳ系统 由罗干个Ｉ／０站通过以太网组 成网络通过网关与主机ＤＣＳ及厂ＭＩＳ系统 ，，统一新建工程 整体改造 费用略高 齐全设计、系统完整、控制水平高、功能 、维修量小、便于实施，方便管理， 减人增效。 相连。 ＰＬＣ＋上位 ＰＬＣ＋上位机，各ＰＬＣ子系统自成工作站，通 部分改造或 统一设计、培植灵活、可根据需要决定子 机控制系统 过以太网相连，构成化水处理程控网，在与主 机ＤＣＳ相连或通过网关与ＭＩＳ系统相连。 传统分散 独立系统 常规调节器＋仪表 整体改造 费用适中 系统数量，便于部分实施，控制水平较高， 维修量不大，方便管理。 运行稳定性差，指标控制难度大，维修量 大不便管理。 ，局部改造 费用较低 四、火电厂化学水处理控制 １．给水加氨系统 用模糊控制技术，自动向炉内加入二钠和三钠并协调二 钠和三钠的关系确保水质指标合格；可通过自动协调加 给水加氨以提高ｐＨ值在８．８—９．３之间，一方面可 磷酸盐动态模拟图进行实时监控；实时查询各溶液箱的 使给水中ＣＯ２得以消除，从而防止给水系统的ＣＯ２腐 液位、状态以及电磁阀、搅拌电机、加药泵的工作 蚀；另一方面，给水加氨为联氨除氧创造必要条件。 主要功能及技术指标：控制给水ｐＨ值：８．８～ ９．３；自动配制稀氨溶液，其浓度可人为设定；控制系 状态。 ４．汽水品质自动监测诊断系统 该系统主要完成汽水品质实时监测数据的录人、汇 统根据设定的参数值，对加药装置进行自动闭环控制； 总及分析，并能以多种形式进行监视，特别是结合理论 变频调速，自动向给水母管加氨；可通过加氨控制动态 和实际经验为一体的故障诊断系统，可有效地帮助现场 模拟图进行实时监控；实时查询各溶液箱的液位、状态 运行人员准确判断出热力系统汽水品质超标的故障原 以及电磁阀、搅拌电机、加药泵的工作状态。 ２．给水加联氨系统 给水加联氨的目的：一方面可将水中的溶解氧还 因，并及时提出正确的处理方法，从而提高运行人员事 故判断和处理能力，保证机组安全经济运行。 主要功能及技术指标：适用范围：５０ＭＷ一６００ＭＷ 原，起到除氧作用，从而防止给水系统的腐蚀。另一方 机组；定期采集汽水品质化学监测仪表信号；显示实时 面在ｔ＞２００￣Ｃ条件下，将热力系统内的氧化铁、氧化 数据、历史数据、超标数据一览表；自动绘制各监测仪 铜还原，以防止系统结铁垢和铜垢。联胺化学除氧必须 表的运行曲线；自动计算汽水平衡参数；自动打印日 在碱性条件下完成，且联氨过剩量在１０～５０ｕｇ／Ｌ。 主要功能及技术指标：自动配制联氨溶液，其浓度 报、月报、年报表；汽水品质超标时，自动进行故障原 因的诊断，并提出处理办法。 ５．除盐水处理程控系统 该系统完成对化学出盐水处理整个过程及设备进行 自动控制，包括：实现机械过滤器、活性炭过滤器、阳 床、阴床、混床的自动再生（反洗）及自动投运；实 可人为设定；控制系统根据给水流量进行开环控制，用 除氧器出口氧进行修正控制；或通过联氨表进行ＰＩＤ闭 环控制，给水流量进行信号作为扰动控制；变频调速， 自动向给水母管加联氨；可通过加联氨控制动态模拟图 进行实时监控；实时查询各溶液箱的液位、状态以及电 现清水泵、反洗水泵、除碳风机、中间水泵、自用水 泵、除盐水泵自动启停及监控；实现全过程在线参数的 磁阀、搅拌电机、加药泵的工作状态。 ３．自动协调加磷酸盐系统 而且能有效地防止炉水中产生游离ＮａＯＨ引起炉管的碱 自动监测、报警及记录。减轻运行人员的劳动强度，提 相连。 主要功能及技术指标：所有气动或电动阀门可实现 炉水协调加磷酸盐控制不仅能防止钙镁垢的形成， 高工作效率。该系统作为一个子系统与化学车间子网 性腐蚀。实施ＰＨ一磷酸盐协调处理，主要是保证炉水 磷酸根和Ｒ值都在控制目标范围内，由于炉水磷酸根 程控、软操、就地控制；实现阳床、阴床、混床自动再 和Ｒ值是相互影响的，用传统的ＰＩＤ算法很难对其进 生及自动投运；所有气动或电动阀门的开、关及故障状 行控制，本系统采用模糊控制算法，有效解决了ＰＨ一 态在ＣＲＴ上以不同的颜色显示；自动调节阳床、阴床、 磷酸盐协调处理问题。 混床的进出水流量，确保反洗时不跑树脂，投运时可在 主要功能及技术指标：控制炉水磷酸根含量：２．０ 线调整制水量；再生酸碱液浓度控制：２．０％～３．０％； ～８．０ｐｐｍ；控制炉水ｐＨ值：９．０—１０．０之间；控制炉 酸、碱计量箱自动进酸、碱控制；所有在线参数自动采 水Ｒ值：２．３～２．８之间；自动配制磷酸盐稀溶液；采 集、记录及报警，可显示实时曲线、历史曲线；自动生 ４９１ 火电厂化学水处理实施ＤＣＳ系统研究 成运行报表。 ６．废水中和处理系统 主要功能及技术指标：能够按任意设定值控制灰渣 水ｐＨ值在２～８之间，满足输灰泵和管线不结垢；ｐＨ 发电厂化学除盐系统再生过后的废酸废碱液，必须 表测量范围：０～１４；水样温度：５—５５。Ｃ；ｐＨ表能自 经过处理达标后，才能向外排放。首先利用中和池对废 动实现对传感器的清洗，保证传感器测量准确。 液进行收集、混合，让废酸废碱液自行中和，然后通过 加药（酸或碱）方式使其达到ｐＨ值合格（６＜ｐＨ＜ 贮酸罐具有就地液位和远传实时液位系统，并具有 高低限报警；自动运行，自动调节加酸量；显示运行时 ９），再经泵排出厂外。由于中和池废水中和所需酸碱 间、ＰＨ值及实时曲线、水样温度故障信息等；自动采 量与池中ｐＨ值成指数关系，传统的加药处理较困难， 集、记录灰水加酸后ＰＨ值及用酸量，并生成运行报 因此本系统采用二级加药处理方式进行加药控制。 表；事件记录，可查询最近发生的重要事件。 五、实际应用 主要功能及技术指标：废水排放标准ｐＨ值：６．００ ～９．００之间；自动测量中和池废水的酸碱浓度；自动 火电厂化学水处理系统水、汽品质的好坏直接影响 测量中和池废水的液位高度；对中和池废水自动进行中 热力系统机组的安全、经济稳定运行。随着高参数、大 和处理；当ｐＨ值达到排放标准时，自动或人工进行排 容量机组的发展，对化学水处理系统自动化的要求越来 水；自动或人工停止合格水的排放；对碱计量箱碱浓度 越高。我厂以前制水系统全部是人工操作，在线仪表投 自动进行配制；加药方式采用计量加药和阀门计时 入率、准确率低。通过本次化学ＤＣＳ改造实现了给水 加药。 ７．净水站自动加絮凝剂系统 自动加氧，炉水自动加药，澄清池自动加药等，使电厂 化学水处理自动化水平及技术监督水平上了一个新 絮凝剂与水混凝后形成矾花，矾花带胶体电荷，与 台阶。水中带异种胶体电荷的悬浮胶体发生絮凝，使用流动电 流检定仪检测流动电流大小，即矾花量多少，选择合适 浊度对应流动电流大小作为控制点，控制澄清池进水母 器的出水口水质。 出水浊度≤３ＦＴＵ；自动监测药箱或药池液位，高、低 液位报警；自动检测原水母管流动电流和澄清池（或 参考文献： ［１］郭宗仁，等．可编程序控制器及其通信网络技术 人民邮电出版社，１９９９． 管絮凝剂和助凝剂加入量，从而保证澄清池或浮床过滤 ［Ｍ］．北京：［２］李玉杰．铁岭电厂化学水阴阳床顺序控制系统［Ｊ］． ［３］承慰才，等．电厂化学仪表（第２版）［Ｍ］．北京：中 国电力出版社，１９９８． ［４］段刚．ＰＬＣ与变频器应用技术项目教程（西门子） ９９６，（１）． 主要功能及技术指标：控制澄清池或浮床过滤器的 东北电力技术，１浮床过滤器）出水浊度；自动向原水母管加入絮凝剂 和助凝剂，并按最佳投药量加入；记录并存储出水浊度 值（ＦＴＵ）、流动电流值；白诊断功能：流动电流测定 ［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１０． ［５］吴仁芳，等．电厂化学（第３版）［Ｍ］．北京：中国电 力出版社，２００６． 仪故障、浊度计故障、液位计故障、计量泵故障等。 ４９２