探讨DCS 系统在火电厂化学水处理技术

探讨DCS 系统在火电厂化学水处理技术

摘要：国电丰城发电厂四期化学水处理dcs应用研究在国内首次将补给水、水汽品质、炉内水处理、凝结水处理等专家故障预诊断策略纳入dcs 集中控制系统。采用dcs 控制，有利于拓展控制范围、实现较复杂的控制策略，为实现电厂dcs管控一体化打下了良好的基础。

关键词：丰城发电厂化学水处理 dcs 发展

一、火电机组化学水处理dcs 控制的必要性

随着我国经济快速增长，而电力供应形势持续紧张，保障电力的安全、稳定供应显得尤为重要；同时，由于电力系统的改革，厂网分家，电力作为商品进入市场进行运作，发、供、用电三方比以往任何时候都更加注重自身的经济效益，作为发电一方的各个电厂，自身有提高自动化水平、降低运营成本的内在要求，因此，实现电厂热力系统水、汽品质的化学水处理dcs 集中控制已成为我国大中型火力发电企业的迫切需要，而这也是研发火电机组水汽系统dcs 控制系统的目的。

化学水处理采用dcs 系统，可以解决大型火电厂化学水处理系统工艺设备分散、化学量的测量存在较大滞后以及介质存在腐蚀性等复杂条件导致全过程自动集中控制难的问题，实现原水预处理、补给水处理、给水处理、覆盖过滤、凝结水精除盐、水汽监督等系统的集中监控。改造后的水汽诊断系统利用dcs的强大功能，可以实现火电机组热力系统的水汽品质的在线诊断功能，而且可以

达到炉外原水系统及除盐水系统在线诊断功能；自动化水平大幅度提高，减员增效，减轻运行劳动强度，减少维护工作量，达到提高机组安全经济运行的要求。

二、火电机组化学水处理dcs 控制的技术难点

（1）火电厂的化学水处理过程大多为地域分散。它包括：①从原水（江水或湖水）开始处理，生产成为工业水（自来水）的水厂（其中包括澄清、过滤、加氯杀菌灭藻等工艺）；②化学锅炉补给水的化水车间（其中包括全厂的污水处理）；③给水热力除氧、化学除氧及给水的加氨防腐处理；④炉内加药（磷酸盐等）、排污、防腐蚀防结垢处理；⑤热力系统的水汽品质分析取样系统；⑥凝结水精处理及加氨化学防腐蚀处理等。

（2）物理化学工况复杂，互相制约，相互影响。在火电厂内，按照热力循环过程要求，并存着不同参数即：高温高压、中温中压、低温低压等水汽系统。水厂工业水处理与不同季节及气候变化等带来的河水变化密切相关，它直接影响到除盐水处理的加药再生和水质周期控制，除盐水和凝结水是锅炉给水的两大组成部分。它直接影响除氧器的运行和给水加氨处理和锅炉加药排污控制，

反之，后者的各种工况又影响着热力过程的控制工况，如锅炉排污、水位、补水量、接带负荷速度和最高出力等。

（3）各种化学在线仪器的监测和加药控制过程中的化学变量与电量间转换是电化学过程，这种信号不仅很弱且干扰成份多。需要经过多次深度反馈滤波和放大后才能正确识别。所以，要完成

dcs全过程集中控制，须对一些仪表（在线仪表）进行必要的改造。

（4）水汽系统的全过程、涉及的热工控制系统本身也是多样化的：①除盐水和凝结水处理本身各有一个程序控制系统：要使之与化学水汽系统dcs 实现对接处理，以便纳入集中自动控制。②火电厂集控所采用的汽轮机、锅炉的计算机mis系统也需与化学水汽系统dcs 成功实现对接。③炉内水、汽取样装置的巡检信号和炉内加药装置的数据信号要通过mis 系统与化学水汽系统dcs 实现数据交换。

（5）外围设备多，化学水处理过程主要涉及强酸、强碱等腐蚀性介质及炉水、蒸汽等高温、高压介质，要将诸多的化学仪表、热工仪表、电器设备、阀门等纳入系统，实现自动控制的难度也较大。

三、化学水处理dcs系统的主要特点

国电丰城发电厂四期化学水处理系统由四期化学水预处理系统、四期锅炉化学补给水系统、四期覆盖系统、四期凝结水精处理系统、工业水系统、生活消防水系统及四期机炉汽水分析系统等组成。由于水汽系统的工艺流程战线长且分散，化学工况复杂，各分系统间相互联系、相互制约、相互影响，却在控制调节时又“各自为政”，从而造成整个化学汽水处理流程中的众多因素彼此间不能及时协调、及时反应处理，被迫采取保守的控制指标，浪费了大量的人力、物力。在实际运行中，化学运行参数主要依靠手工分析，

受操作人员技能水平和设备影响较大，难以满足机组对水、汽品质的精确控制的要求。同时由于四期一级除盐补给水系统的运行方式为母管制运行方式，更进一步加大了四期一级除盐补给水系统的控制难度和运行人员劳动强度大。

通过对原水加药量的检测实现原水自动加药，原水加药系统以流动电流检测仪控制投药量作为主要控制手段，通过在线监测和控制水中胶体（混浊物质）的脱稳程度，在原水的流量及混凝剂浓度、流量发生变化时迅速响应，在3～5min内及时调整加药量，保证混凝剂的准确投加。为进一步提高在原水流量大幅度变化时的响应速度，加入流量比例前馈控制系统，使响应时间达到5min以内，控制策略上应用了间隙pid控制技术，解决化学加药系统的纯滞后问题。

利用dcs 良好的可扩展性及多种扩展接口，为今后整个电厂水网系统dcs提供基础。本dcs 系统总规模：操作员站2 台（其中一台兼做工程师站），控制处理器cp2对（分别冗余），总i /o点数1576点。i /o点备用率18.94%，cp备用率85 /240，节点总线网络具有较大的可扩展性。

本dcs 系统解决了国电丰城发电厂化学水处理系统工艺设备分散、化学量的测量存在较大滞后以及介质存在腐蚀性等复杂条件导致全过程自动集中控制难的问题，实现了原水预处理、补给水处理、给水处理、覆盖过滤、凝结水精除盐、水汽监督等系统的集中监控。水处理系统控制模型，充分发挥专家诊断和控制系统的功

能。

四、dcs的发展方向

1. 智能化

在火电厂控制的各系统功能（mcs、scs、ccs、fsss、deh、bps ）中，传统的pid控制策略已能较好地实现。但尚有一些问题没有得到很好的解决，例如，燃烧过程的动态优化问题、钢球磨中储式制粉系统的控制问题、大范围变工况时再热汽温的控制问题等。这些问题多半涉及到非线性、大时滞、慢时变、分布参数和非确定性控制问题，用传统的控制策略是难以解决这类问题的。因此，必须探讨先进控制策略、特别是智能控制策略的应用问题，应采用人工智能的方法去解决。

2. 通用化、标准化

现阶段dcs仍是自成体系，相对独立的系统，不同厂商生产的dcs之间、dcs与其它控制系统（如plc控制系统）之间相互通信困难，形成电厂中目前存在的“自动化孤岛”现象。随着计算机及网络技术的发展，dcs将是一种通用化、标准化的系统，具有良好的开放性，能满足用户不断提高的要求。在硬件上， dcs将采用更多通用的、标准化的技术，专用的产品将越来越少高性能的工业微机及工作站被大量采用，通用网络结构淘汰专用网络。在软件上，网络通信协议向国际标准靠拢，实现网络通信协议标准化通用化、标准化的商业性软件包将被大量采用，极大提高dcs

的适应能力。今后，电厂自动控制系统将以系统集成的方式构成