火電廠單元式加藥系統(tǒng)的設(shè)計

1、<p>　　火電廠單元式加藥系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　【摘要】隨著我國電力工業(yè)的發(fā)展，特別是火電廠高參數(shù)大容量機(jī)組的投產(chǎn)，對水汽品質(zhì)和水質(zhì)工況的控制提出了越來越嚴(yán)格的要求。能否嚴(yán)格準(zhǔn)確地進(jìn)行水質(zhì)調(diào)節(jié)，直接關(guān)系到整個機(jī)組的穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)和安全運(yùn)行。本課題主要針對國大唐淮南洛河發(fā)電廠而設(shè)計的一套用于發(fā)電機(jī)組熱力系統(tǒng)水汽質(zhì)量控制的化學(xué)加藥系統(tǒng)。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】化學(xué)加

2、藥系統(tǒng)，變頻調(diào)速，水處理 </p><p>　　中圖分類號： V444.3+7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： </p><p><b>　　1、引言 </b></p><p>　　隨著我國電力工業(yè)的不斷發(fā)展，電站輔機(jī)設(shè)備的作用越來越引起人們的重視，鍋爐水處理作為輔機(jī)的重要組成部分尤為重要。然而，目前仍有部分火電廠鍋爐給水加藥控制系統(tǒng)還采用手動加

3、藥方式,無法滿足鍋爐運(yùn)行工況及操作條件變化的需要,造成鍋爐系統(tǒng)中藥劑的濃度時高時低,浪費(fèi)大量藥劑,而且導(dǎo)致汽輪機(jī)的冷凝器空抽區(qū)銅管等處的氧化腐蝕,甚至?xí)蚋g斷裂造成停機(jī)事故。目前,基于PLC 的電站鍋爐給水加藥控制系統(tǒng),已經(jīng)解決了自動加藥的問題,但配藥還是采用手動方式控制,不能完成對各參數(shù)的設(shè)定與控制,屬于半自動化操作系統(tǒng)[1]。 </p><p><b>　　2、系統(tǒng)原理 </b><

4、;/p><p>　　火電廠化學(xué)車間的加藥系統(tǒng)包括給水加氨、加聯(lián)氨和爐水磷酸鹽協(xié)調(diào)處理兩大部分，其中給水加聯(lián)氨的目的是除去給水中的殘余氧量，給水中加入適量的氨是為了將給水的pH值控制在一定的堿性范圍之內(nèi)(一般為8．8～9．2)，防止出現(xiàn)銅管和鐵管腐蝕，而爐水磷酸鹽協(xié)調(diào)處理控制主要是使得爐水的pH值、電導(dǎo)率、磷酸根的含量在合格的范圍之內(nèi)，使鍋爐管壁不腐蝕、不結(jié)垢，提高傳熱效率，防止鍋爐因傳熱不均勻而引起爆管。 </

5、p><p>　　2.1 自動加藥系統(tǒng)的化學(xué)原理 </p><p><b>　　1、 加氨原理 </b></p><p>　　氨溶于水發(fā)生如下反應(yīng)： </p><p>　　NH3+H2O &#8596; NH3 &#8729; H2O &#8596; NH4+ + OH-（2-1） </p>

6、<p>　　因而，氨水是一種弱電解質(zhì)，屬于弱堿，在溶液中存在著電離平衡。我們可以利用氨水的堿性來調(diào)整給水的pH值。反應(yīng)如下： </p><p>　　NH3 &#8729; H2O + H2CO3 → NH4HCO3 + H2O（2-2） </p><p>　　NH3 &#8729; H2O + NH4HCO3 → （NH4）2CO3 + H2O（2-3） &l

7、t;/p><p>　　計算表明，若加入氨量恰好將H2CO3中和至NH4HCO3，則給水pH值約為7.9；若中和至（NH4）2CO3給水的pH值為9.2。通常加氨的目的是將pH值調(diào)節(jié)在8.5以上，即加氨量多于完成第一步中和反應(yīng)所需要的量[2]。 </p><p><b>　　2、 加聯(lián)氨原理 </b></p><p>　　聯(lián)氨（N2H4）又稱肼，在常

8、溫時，是一種無色液體。聯(lián)氨是一種還原劑，特別是在堿性水溶液中，它是一種很強(qiáng)的還原劑。它可將水中的溶解氧還原，如下式： </p><p>　　N2H4 + O2 → N2↑ + 2H2O（2-4） </p><p>　　反應(yīng)產(chǎn)物N2和H2O對熱力系統(tǒng)的運(yùn)行沒有任何害處，用聯(lián)氨除去給水中溶解氧就是利用它的這種性質(zhì)。在高溫（t > 200。C）水中N2H4可將Fe2O3還原成Fe2O4以至

9、Fe，反應(yīng)式如下： </p><p>　　6Fe2O3 + N2H4 → 4Fe3O4 + N2 + 2H2O （2-5） </p><p>　　2Fe3O4 + N2H4 → 6FeO + N2 +2H2O （2-6） </p><p>　　2FeO +N2H4 →2Fe + N2 + 2H2O （2-7） </p><p>　　N2H4還

10、能將CuO還原成Cu2O或Cu。聯(lián)氨的這些性質(zhì)可以用來防止鍋內(nèi)結(jié)鐵垢和銅垢。 </p><p>　　按理論計算，1mg/L溶解氧需要與1mg/L聯(lián)氨反應(yīng)，但是由于還能發(fā)生上述反應(yīng)，一般按1.5—2.0份的聯(lián)氨對1份溶解氧來控制[3]。 </p><p>　　3、 爐水的磷酸鹽處理原理 </p><p>　　鍋內(nèi)磷酸鹽處理的目的就是向鍋爐水中投加某些磷酸鹽藥品，使之形

11、成能防止結(jié)垢，又能避免堿性腐蝕的發(fā)生條件，從而保證鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。工作原理如下： </p><p>　　協(xié)調(diào)磷酸鹽處理是一種既嚴(yán)格又合理的鍋內(nèi)水處理方法，它不僅能防止鈣鎂垢的產(chǎn)生，而且能防止鍋爐管的腐蝕。對于以除鹽水為補(bǔ)給水的高壓爐，為避免游離NaOH產(chǎn)生，可采用此方法來控制爐水PH，使Na+和PO43-保持平衡。 </p><p>　　協(xié)調(diào)磷酸鹽處理就是除了向鍋爐水中加入一定量的Na

12、3PO4外，還添加磷酸氫鹽，如用Na2HPO4時： </p><p>　　Na2HPO4 + NaOH &#8596; Na3PO4 + H2O 2-10 </p><p>　　只要加入的Na2HPO4量足夠，就可以使水中的NaOH都成為Na3PO4的一級水解產(chǎn)物，即水中無游離的NaOH。 </p><p>　　我們用磷酸鹽溶液中的Na+和PO43-的摩爾數(shù)

13、比R（R=Na/PO4）,來描述水溶液中不同組分的磷酸鹽。對于各種不同組分的磷酸鹽。對于各種不同組成比例的Na3PO4和Na2HPO4混合溶液中，Na/PO4摩爾比R在2—3之間，且Na2HPO4越多的溶液中Na/PO4摩爾比越接近2。 </p><p>　　經(jīng)研究得知，當(dāng)磷酸鹽溶液的R<2.85時即使發(fā)生磷酸鹽暫時消失現(xiàn)象，析出磷酸鹽固相附著物時，由于Na2HPO4的存在，爐管管壁邊界層中也不會產(chǎn)生游離的

14、NaOH,就避免了爐管的堿腐蝕。此外，鍋爐水中R的下限應(yīng)該大于2.2，以保證爐水的pH值較高，防止發(fā)生酸性腐蝕的可能。在實際運(yùn)行中，協(xié)調(diào)磷酸鹽處理一般控制在R為2.5—2.6。這樣既可以維持規(guī)定的pH值，又可防止NaOH腐蝕的余度[4]。 </p><p>　　2.2 自動加藥系統(tǒng)的設(shè)計原理 </p><p>　　1、加氨系統(tǒng)的工作原理 </p><p>　　系統(tǒng)由

15、PH表, 電導(dǎo)表, 控制器, 變頻器, 加藥泵等組成。測量儀表pH 計在線測得給水母管中給水的pH值,其輸出4～2 mA 信號給控制裝置中調(diào)節(jié)器,調(diào)節(jié)器設(shè)定要控制的pH 值并比較pH 計輸出與設(shè)定的pH值,當(dāng)pH 計輸出的pH 值 設(shè)定值時,變頻器將輸出頻率隨時間減小的三相電源給交流電機(jī),直到給水pH 值減小到設(shè)定值。最終使給水的PH 值( 或電導(dǎo)率) 維持在規(guī)定的范圍內(nèi)。 </p><p>　　2、加聯(lián)氨系統(tǒng)的

16、工作原理 </p><p>　　一般來說, 聯(lián)氨的加藥點在除氧器之后, 而聯(lián)氨的取樣點在給水泵之后(某些系統(tǒng)在高壓加熱器之后)。聯(lián)氨自動加藥控制系統(tǒng)如下圖所示。系統(tǒng)由取樣管、聯(lián)氨表、控制器、變頻器、加藥泵、加藥管等組成[3]。 </p><p>　　自動加除氧劑（聯(lián)胺）系統(tǒng)是一個單回路后饋閉環(huán)控制回路，此系統(tǒng)控制原理較磷酸鹽系統(tǒng)簡單，與加氨系統(tǒng)類似，從表面現(xiàn)象上看只需控制溶氧量的上限值，實

17、際情況是，既要控制溶氧上限值（最大加藥量），同時要考慮節(jié)約藥品，不能為了控制溶氧上限而靠過量加藥來實現(xiàn)，應(yīng)該控制一個適當(dāng)?shù)募铀幜考缺ＷC溶氧不超過上限，又能夠節(jié)約藥品[8]。（控制原理框圖及等效原理如圖2-2） </p><p>　　圖2-2 聯(lián)氨自動加藥控制系統(tǒng)原理圖 </p><p>　　3、加磷酸系統(tǒng)的工作原理 </p><p>　　磷酸鹽協(xié)調(diào)處理控制系統(tǒng)由p

18、H 表、磷酸根表、控制器、變頻器、電磁閥、加藥泵和電機(jī)等組成。自動控制加藥原理如下： </p><p>　　爐水協(xié)調(diào)磷酸鹽-pH 處理的自動控制加藥原理：通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在線采集質(zhì)量濃度及pH值等，利用由純磷酸鹽理論（適于高壓、超高壓汽包鍋爐爐水協(xié)調(diào)磷酸鹽-pH處理）或修正的磷酸鹽理論（適于亞臨界壓汽包鍋爐爐水協(xié)調(diào)磷酸鹽-pH 處理）推導(dǎo)得到的pH 值計算公式，由計算機(jī)計算出與爐水質(zhì)量濃度和pH 值對應(yīng)的R 值

19、。通過與質(zhì)量濃度給定值的比較，由工控機(jī)控制變頻器以控制磷酸鹽加藥泵，自動調(diào)整加藥量的大?。徽麄€自動控制加藥過程通過閉環(huán)負(fù)反饋的PID 算法和開關(guān)算法來實現(xiàn)自動調(diào)整加藥量的大小和自動改變加藥品種[4,9]。 </p><p>　　圖2-3 磷酸鹽加藥控制系統(tǒng)原理圖 </p><p><b>　　3、結(jié)束語 </b></p><p>　　本文介紹的

20、電站鍋爐自動加藥控制系統(tǒng)可采用先進(jìn)的變頻調(diào)速和PLC技術(shù), 解決了手動控制困難和直流調(diào)速控制可靠性差的缺點。系統(tǒng)中可使用變頻器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。文中只對系統(tǒng)的設(shè)計原理作了大概的闡述，詳細(xì)的施工圖紙的要根據(jù)具體的施工對象進(jìn)一步設(shè)計。 </p><p>　　依此原理設(shè)計系統(tǒng)，其可靠性高, 性能穩(wěn)定, 對節(jié)約藥品, 保護(hù)環(huán)境, 可提高鍋爐穩(wěn)定性和安全性, 減小勞動強(qiáng)度, 減人增效等具有重要意義,可產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會