论热电厂水汽采样和化学加药控制系统研究

[摘 要]随着电厂规模的日益扩大，工艺水平的不断提高，要求采用更新颖的控制技术来满足工艺的需要。由于化学加药控制系统的非线性、大时滞、时变的特点，常规的控制方法难以获得满意的控制效果。为了提高系统控制的鲁棒性和自适应能力，本文笔者研究了热电厂水汽采样和化学加药控制系统。 [关键词热电厂 水汽采样 化学加药 控制系统

中图分类号：tm621.8 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）17-581-01

在热力发电厂中，水汽品质是一项重要指标。好的水汽品质可以提高热力设备的性能，延长设备的使用寿命，节约能源，减少事故发生率。反之水汽品质的失调将会给电厂的热工设备造成不同程度的损伤，给机组的安全和电厂稳经济运行带来隐患。所以水汽采样和化学加药是电厂热工过程的两个重要环节。 1. 电厂水汽采样控制系统 1.1水汽采样流程

在电厂的热力系统中，水和蒸汽作为工作介质完成能量的传递与转换。水在火力发电过程中主要有两个循环系统：一是热力循环系统；二是冷却循环系统。在热力循环系统中水在锅炉中吸收燃料燃烧产生的热能，变成高温高压蒸汽，蒸汽被传送到绝热汽轮机中，同时冷却循环水将汽轮机输出部分冷却，这样就形成了很大的压力差，蒸汽膨胀做功，推动汽轮机转动，将热能转换成机械能，带动

发电机，将机械能转换为电能。做过功的低温低压蒸汽在凝汽器中冷凝为水，再与锅炉补充水一起重新送回锅炉。例如：国产600mw超临界锅炉的典型水汽流程是：

给水一省煤气一螺旋水冷壁一垂直水冷壁一汽水分离器一顶棚和包覆过热器一低温过热器一屏式过热器一高温过热器一集器联箱。水汽采样流程图如图所示： 1.2水汽采样控制系统工艺

首先在取样点来的样水进入高温高压架，高温高压的样水经过冷却装置冷却进入取样架，取样架上温度巡检仪实时监测样水的温度，样水经过人工取样架到达人工取样盘（这里有恒温装置，保证样水检测时各参数稳定），传感器测试产生的4- 20ma的标准信号传递给现场仪表显示数据，并将信号传递给数据采集模块。下位机通过管理网络将数据传送给上位机监控系统和电厂的dcs系统。采样完毕，将废液从排污口排放出去。 2. 化学加药系统控制 2.1加药系统控制基础

化学水处理是发电厂的重要环节，只有对水进行适当的净化处理和严格的监督汽水质量，才能防止造成热力设备的结垢、腐蚀，避免爆竹事故；才能防止过热器和汽轮机的积盐，而这些问题必须通过对给水进行加药来解决。主厂化学加药装置控制系统一般采用plc可编程序控制器来完成。 2.1.1 plc的工作原理

2.1.1.1扫描技术

当plc投入运行后其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称为一个扫描周期。在整个运行期间，plc的cpu以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

（1）输入采样阶段。在输入采样阶段，plc以扫描式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入i/o映象区中的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，i/o映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

（2）用户程序执行阶段。在用户程序执行阶段，plc总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各种触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统ram存储区中对应的状态；或者刷新该输出线圈在i/o映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在i/o映象区内的状态和数据不会发生变化，而其它输出点和软设备在i/o映象区或系统ram存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序

执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在上面的程序起作用。

（3）输出刷新阶段。当扫描用户程序结束后，plc就进入输出刷新阶段。在此期间，cpu按照i/o映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是plc的真正输出。一般来说，plc的扫描周期包括自诊断、通信等，即一个扫描周期等于自诊断、通信、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所以时间的总和。 2.1.1.2 plc的i/o响应时间

为了增强plc的抗干扰能力，提高其可靠性，plc的每个开关量输入端都光电隔离等技术。为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，plc采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。以上两个主要原因，使得plc的i/o响应比一般微型计算机构成的工业控制系统慢的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般大于一个扫描周期甚至更长。 2.2化学加药的工艺

化学加药的方法很多，加不同的药剂用不同的控制方法，常见的有双泵单控和三泵双控，三泵双控控制比较复杂但是控制效果好，下面以三泵双控的控制方法为例介绍一下加药工艺：

加药的过程是，先从溶液罐中取出药液加到计量箱中，同时向计量箱中加入水，并且不断搅拌使其均匀（当液位超过高低限位时报

警）。混合药液中由传感器检测其药液浓度，并以此为条件控制加药液和加水的比例。配好的药液经过阀门和计量泵打到需要加药的部位。计量泵两用一备，通常中间的作为备用，当有泵出现故障时，中间泵自动切入工作。加药过程分手动和自动两种控制方法，手动加药需要人为控制加药的泵和阀门；而自动加药则不同，经采集系统采集上来的数据，由控制单元对其进行处理，结果反映采样点的各种物质的含量情况，并以此作为一个加药控制信号，另一个控制信号是凝结水流量计给出的4- 20ma信号，两个信号与加药泵连锁控制，实现自动加药。 参考文献：

[1]徐婷，杨万生.电厂水处理加药远程监控系统的开发与利用.武汉：武汉大学出版社，2004：15- 21

[2]许佩瑶.火电厂应用化学.北京：中国电力出版社，2007：97- 122

[3]缪学勤，工业控制系统用现场总线，自动化仪表，1998，11