电厂化学水处理DCS的应用与研究
张春生'，李岩”，赵继阳”，朱存旭”
（1.大唐国际张家口发电厂河北张家口075133：2.华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室，河北保定071003：3.国电河北龙山发电有限责任公司河北邯郸056400）
摘要：为提高火电厂生产效益，实现火电机组综合化控制系统，针对某300MW机组化学水处理系统存在自动化程度偏低、生产状况落后的现象，进行了化学水处理分散控制系统（DCS）的应用研究，化学制水DCS系统应用与火电厂水处理系统后提高了水处理工艺过程的 自动控制程度和管理水平，促进发电企业长远快速发展具有重要的意义，同时也拓展了控制范国，实现了较复杂的控制策略，对实现电厂DCS管控一体化有借鉴作用.
关键词：火电厂；化学水；DCS控制系统
中图分类号：TK223.5.1文献标志码：B文章编号：1009-3230（2011）05-0001-05
Application andResearch ofPlant ChemicalWater TreatmentDCS
ZHANC Chun-sheng’ LI Yan² ZHAO Ji-yang² ZHU Cun-xn²
(1. Datang International Zhangjiakou Power Plant Zhangjiakou 075133 China; 2. North China Electric Power University Power Plant Equipment condition monitoring and control Ministryof Education Key Laboratory Baoding 071003 China ;3. State Power Generation Co. Ltd.
Longshan Handah 056400)
Abstract: This paper is to improve production efficiency in power plsnt and to achieve thermal power integrated control system. For an existing 300 MW unit automated chemical water treatment system isthe phenomenon of low and backward production status and it studied Chemical treatment weretreatment system water treatment procese to improve the level of automatic control and managemenL. distributed control system ( DCS) . Chemical DCS system applications of water and power plant water q ood odoape extend the control range it achieved more plex control stegy. To achieve integration of s poer plant DCS control thst has reference effect.
Key words: Thermal power plant; Chemical water; DCS control system
到性，严重时还可能产生不可逆转的腐蚀事故.当前，国内多数电厂的除盐系统普遍存在自动化程度偏低、生产状况落后的现象，设备往往来用人工控制的方法，劳动强度大，由于阀门众多，从而 造成整个化学汽水处理流程中众多影响因素夜此间不能及时协调、及时响应处理，往往会误开阀门对生产产生不利的影响.这种以人为主的控制方式控制效果不佳，造成酸碱耗量经常超标且制水质量经常不能稳定控制.因此，在火力发电厂中，
0前言
化学水处理是火电厂重要的生产过程，确保化学水处理设备可靠运行和补给水质量对火电厂理主要是指给水处理，即锅炉用水的处理. 的安全经济运行起着非常重要的作用.电厂水处
电厂中水、汽系统运行质量的好坏直接影响锅炉、汽轮机设备及系统运行的安全性和经济
要的意义. 工作对保证发电厂的安全、经济运行具有十分重
为此，张家口发电厂与四方电气集团有限公司合作进行了300MW机组化学水处理DCS的应用研究，实现了锅炉内、外水汽品质的全面、集中、综合控制，并配置专家在线诊渐系统，全面提升水汽处理的自动化水平，提高水汽品质，满足了热力厂辅助生产系统应用DCS进行了有益的探索. 设备长期稳定、安全经济运行的需要，为国内火电
1化学水处理系统工艺流程
化学水处理系统主要由离子交换除盐系统、酸碱再生系统、废液中和系统组成.
1.1离子交换除盐系统
张家口发电厂采用的是地下水，水质很好，离子交换除盐系统采用一级除盐系统加混床处理，生水加热器一过滤器一清水池一清水泵一强酸性 其流程为：地下水→深井泵一生水池→生水泵→阳离子交换器→除碳器一中间水池一中间水泵→强碱性阴离子交换器一混床一除盐水池一除盐水泵一主厂房，设有5套过滤器、强酸性阳离子交换器、强诚性阴离子交换器和混床以进行切换使生产连续.
从生水加热器来的原水进人过滤器进行过滤，将原水中残留的悬浮物去除.经过过滤后的水进人清水箱，由清水泵打人强酸性阳离子交换器，经强酸性阳离子交换除去水中铁、钙、镁、钠等阳离子，再送人除二氧化碳器，通过鼓风方式除去水中CO，，再送人强藏性阴离子交换器，通过强藏性阴离子交换，除去水中强酸根（CI、SO）.碳除盐水池，由除盐水聚送人主厂房，以供锅炉使水，称作无盐水.用来吸收阳离子的树脂称为阳性阳离子交换器也称为阳床，强碱性阴离子交换性2. 树脂，用来吸收阴离子的树脂称为阴树脂.强酸备和环节均采用余设计，具有很高的可靠
酸氢根（HCO）及硅酸氢根（HSiO）等阴离子， 进人混床对剩余的阴、阳离子进行处理，最后送人用.经过以上工艺处理的水就是合格的钢炉补给
为了提高生产效益，实现综合化控制系统，水处理器也称为阴床.
1.2酸碱再生系统
1.3废液中和系统
2DCS系统概述
酸罐中的浓盐酸（HCI）由酸泵输送到酸计量箱，当阳床再生时，由除盐水使酸喷雾器产生负压，将酸计量箱内的一定量的浓盐酸稀释成稀酸溶液，送入阳床进行再生.
碱罐中的碱液（Na0H）由碱系输送到碱计量箱，当阴床再生时，由除盐水使碱喷雾器产生负压，将城计量箱内的一定量的浓碱稀释成稀碱溶液，送入阴床进行再生.
由于在本系统采用的是化学除盐工艺，再生已经失效的阳、阴离子交换树脂时，所用的酸、碱液耗量不可育创民于或等于理论量.所以除盐工艺的水处理系统再生过程中就必定产生大量的酸、碱废水.不经处置的废液就直接排放，会污染 水域、影响农作物及鱼类正常生长和危及人民群众的健康.这就必须要进行废酸、碱的处理，以使排放水pH值达到允许排放的标准.
阴阳床再生过程中会产生一定量的废碱和废酸（总量约占化学制水10%），通常采用的方法是把这些废碱和废酸排到中和池中，进行自然中和，废碱和废酸混合反应后pH值不能满足环保排放 但实际使用中很难达到自然中和处理的目的，即（pH值6-9）标准.其工作原理就是设置一个中和池，让阴阳离子交换器再生所产生的废酸碱液排放到中和池中，首先让废酸碱液自行中和，井根据需要，加人适量的酸减进行中和，然后排放掉废液.为了加快中和速度，这里设置压缩空气管进 行揽拌，使得加人调节用的酸（或藏）与废液能够混合均匀、互相中和.
化学制水程控系统是基于DCS设计理念的控制系统.采用分散控制、集中管理、控制权限下放、降低控制风险的设计理念.系统重要设
系统具备自动制水、自动再生、制水计量、水质监测、流量控制、液位调节、压力保护、上位机监控和通过广城网监控等功能，能够实现电厂化学 水处理过程的全方位自动控制.
2.2控制方式
系统提供辅控网远程控制、程序自动控制、控制室上位机集中控制和就地手动控制四种方式.
正常情况下采用程序自动控制，将自动控制逻辑下装在PAC系统中，通过PAC系统实现化学水处理工艺流程的控制.辅控网远程控制和控 制室上位机集中控制均为辅助的控制方式，运行人吴无论是在辅控网控制室还是在车问控制室都能对整个工艺系统进行集中监视、管理，进行全车润设备的启动、停止、运行监控.就地于动控制一般作为检修、调试之用，运行人员通过就地操作箱对各设备进行手动控制.
3化学制水系统改造
3.1张电化学水处理系统改造必要性
张家口电厂化学制水系统始建于上个世纪八十年代，采用电子间模拟盘和设备就地手动操作相结合的方式进行控制操作.经过近20年的运行，相关的设备都已陈旧、老化，部分配件已经不能使用.主要的问题如下：
（1）没有程控，的工作儿乎都要依靠运行人员来实现.没有任何自检信息，出现故障时查找原因非常困唯：
（2）气动门的行程开关绝大部分都已经损坏，无法正确标识气动门的开关位置；
万方数据
2.1化学制水程控系统结构
四方公司DCS系统由上位机监控系统和可编程自动控制（PAC）系统组成，如图1所示.
图1四方公司化学制水DCS程控系统
（3）过滤器的门为手动门.需要运行人员在现场进行操作；
（4）各种水泵、风机的控制柜都已经老化，相应的指示信息非营费乏，只能由运行人员在现场进行手动操作：
kW机组供水，所担负的责任非常重大，现有系统 日前.化学制水系统负责给全厂8台30万已经是勉强支持，越来越不能端足厂方运行的要求，追切需要进行改造.由上述分析可知，对化学水处理（DCS）系统进行改造是十分必要的.
3.2张电化学水处理系统改造的可行性分析
针对张家口电厂化学水处理系统的陈旧、老开放的系统结构中不断融人市场上出现的先进技 化和部分配件已经不能使用等现状，通过在稳定术，为不间用户在各种工业生产中的应用要求提供了可當地系统平台，可极大地推动分布式控制系统向开放型企业控制系统的转化过程是完全可行的，同时可以大量节俭人员的配置，提高运行的安全性和可靠性.
3.3改造的目的
针对整个化学制水工艺引人程序控制系统，实现对化学制水处理工艺过程的自动控制和管理，达到减少运行人员、降低操作人员的劳动强度和难度的目的.并将化学制水程控子系统接入全
厂的辅控网，实现整个电厂控制自动化的目的.
3.4改造方案
张家口发电厂共8台300MW东方凝汽式机组，锅炉补给水处理承担着全厂八台机组的供水任务，补给水系统通过一级除盐混床除去原水中阴阳离子，供给机组合格的除盐水，其出水水质直接关系着全厂机组的安全性与经济性.一期工床，单系列出力60-90/h，水源取自张电西南郊 程设计5个除盐系列，除盐设备为一级除盐混2km处洋河附近深井水.原水采用加热和过滤处理.主要工艺流程如下：
原水（两线）→原水池一原水泵→原水加热器→机械过滤器一清水箱一请水泵一强阳床→除碳器→中间水箱一强阴床一混床→除盐水箱→ 除盐水泵→机房.
结合补给水系统目前的实际情况，为了实现改造的目标，需要进行以下方面的工作：
（1）将模拟盘系统更换为四方集团的程序控制系统
水程控系统.主要包括：就地监视上位机系统和 ①在车间控制室新上一套四方集团的化学制PAC系统一套.
②整个化学制水系统共有1450个物理点，考虑20%的格量，总共需要提供的物理点通道为1752点.根据工艺流程，可将化学制水系统分为10个子系统.每个子系统配置一个DPU.
③就地监视上位机系统包括两台子系统上位机、打印机及操作台.
④PAC系统由6面屏柜组成，其中一面屏柜为交换机屏柜，另五面屏柜为DPU屏柜.每面DPU屏柜包括两套DPU.
其B码脉冲信号接至各DPU，从面实现整个系统 PAC系统配置一台GPS同步对时装置，将时钟的统一.
（2）改造一次设备
换为钢管，并在钢管外部加装防护套管，增强铜管障停运时间为1h，小于2.2h. 的抗腐蚀能力.
万方数据
②气路：消除设备公用气路的现象，每个设备都具有自己独立的气路.
进行调整，每个设备的电磁阀都放置在独立的电 ③电磁阀及其控制屏柜全部更换.在布局上磁民柜中.电磁阀屏柜增加远方就地转换开关.
④更换现有控制屏柜，采用MCC柜的形式，将的屏柜就地集中组屏.更换内部的控制电路，增加远方启停接点，将位置信号和电流信号连接至车间控制室.具备和程控系统的接口.将动力电源中的熔断器更换为空气开关.
（3）加装各种表计.
①每个阴床出口都要装导电度表，共有5个阴床.
②每个混床出口都要装导电度表，共有4个混床.
③每个阴床出口都要装碰表，共5个阴床.
④每个没床出口都要装硅表，共4个混床.
③每个过滤器的人口和出口都要装压力表，共有4个过滤器.
每个混床的人口和出口都要装压力表，共有4个混床.
压缩空气母管要装压力表：共有1个母管.
⑧每个阳床的人口要装流量计，共有5个阳床.
4化学制水DCS系统改造后测试实验
4.2测试目的和任务
根据辅控系统测试方法、控制器DL/T659-2006（火力发电厂集散控制系统验收测试线程），测试验证大唐国际张家口发电厂化学制水的整体 运行情况是否满足生产管理要求，是否达到测试合格标准.
4.2制水系统可用率
制水系统2008年6月投人试运行至2008年①气路载体：将现有的塑料管和铁管全部更9月，系统累计稳定运行时间为90d，其间累计故
制水系统可用率考核期间未发生由于控制系
统原因引起的操作员站功能丧失和余通讯总线较，取得以下成效：
功能丧失的故障.
现了自动监测和控制，在降低操作人员的劳动强 （1）化学药剂用量、水质检测、流量控制等实度和难度的同时，还极大的降低了酸碱耗量和生水耗量.
制水系统可用率考核期间控制系统的各种备件齐全，且备件存放制水系统的试验现场.
制水系统的可用率由（1）式计算如下：
（2）取消了常规模拟盘操作器、操作开关等，操作间大为简化，直接节约了备品备件的设备费用.改造前，系统检修期间这些常规仪表的拆装、 校验都耗费大量的劳动力，改造后系统彻底改变了这一情况.此外，由于该系统所用的模块都可带电插拔，也大大缩短了消缺时间，及时消除安全隐惠，为系统安全、稳定供水提供了保障.
(1)
式中：A-可用率；
t-实际试验时间；
4累计故障时间.
制水系统的实际试验时间t =90（d）×24（h）=2160（b）.实际试验时间t=1（b）.系统可用率=1(2 160 -1)/2 160) ×100% =99. 9537%.
（3）系统提供了数据计算、报表、曲线、历史数据存储等管理功能，简化了运行人员实时记录 数据的工作，增加了管理层数据记录、分析功能，增加对管理层对运行班组的考核提供了真实可靠的数据.
制水系统的可用率为9.9537%大于99.9%.
4.2抗干扰能力测试
（1）电缆的检查：检查引人制水系统的电缆，1/0信号电缆必须采用屏蔽电缆.电缆的敷设应符合分层、屏蔽、防火和接地等有关规定.
（4）控制系统实现了电气、热工一体化，有助于减员增效.该项技术在张家口发电厂的应用，技进步. 也提高了职工的技术水平，推动了控制技术的科
到射额干扰信号时，系统应仍然可以正常工作. （2）抗射额干扰能力的测试：当制水系统受
（3）现场引人干扰电压的测试：选择一路模报量（如初中间水箱液位计信号），现场引人的共模和差模干扰电压值，该模拟量信号不会受到干扰电压的影响.
通过试运行实验可以看出，制水控制系统实现了处理工艺过程的自动控制和管理，降低了制水过程中酸碱耗量和生水耗量、达到了减少运行人员、降低操作人员的劳动强度和难度的目的，并已纳人全厂辅控网，实现辅助车间集中监控的目 的.试运行期间，系统完全满足工艺要求，未发现异常故障，运行情况良好，符合生产要求.
4.3接地系统测试
辅控车间制水系统应保证通讯屏柜可靠接地，并且符合制造厂的技术条件和有关标准的规定.
制水系统和电厂电气系统共用的是一个接地网，控制系统接地线与电气接地网只允许有一个连接点，且接地电阻应小于0.50.
参考文献
[1]事培元文力发电厂水处理及水质控制[M].北京：[2]许琦，杨向东，孙国良，电厂化学水处理DCS的应用 ，2000.研究[1]-中国电力 2005 38（7）：6163.
4.4测试结果
系统投人试运行后，与改造前的运行情况比
