燃煤電廠水處理系統(tǒng)運行控制的優(yōu)化方案

燃煤電廠水處理系統(tǒng)運行控制的優(yōu)化方案

1水處理系統(tǒng)流程沙角a醫(yī)院共有5臺機組，期3.200mw，期2.300mw。1986年12月，配備了一套含糊不清的水處理系統(tǒng)，歷時25年。水處理系統(tǒng)流程為:活性炭過濾器→前置氫床+陽床→除二氧化碳器→弱堿陰床+強堿陰床→混床。設計出力320t/h;設備之間的聯(lián)接方式為母管制;設備運行控制方式是通過就地控制柜操作和手動操作,即每臺設備單設1臺就地控制柜,設備閥門的驅動方式為氣動。2水處理設備運行人員流失嚴重該廠水處理系統(tǒng)運行控制存在以下問題:1)因設備服役時間長,閥門、管道及氣源設備老化、腐蝕嚴重,設備維護工作量大、維護費用較高、維護人手嚴重不足。(1)據(jù)統(tǒng)計,近幾年來,涉及水處理系統(tǒng)的維護工作大約每天1~2項,2009年起維護工作量明顯增多,少數(shù)缺陷甚至因設計或技術原因無法處理;(2)近年來化學水處理系統(tǒng)維修所消耗備品備件的費用平均大約為55萬/年,且維護費用逞逐年增加的趨勢;(3)經(jīng)過電力企業(yè)廠網(wǎng)改革以及該廠人力資源優(yōu)化后,化學檢修人員由改革前30人的定員減少到10人,編制大幅減少,維護人手嚴重不足。2)只能就地通過控制柜或手動運行水處理設備,因而運行人員工作量大,特別是后半夜值班人員。該廠人力資源優(yōu)化使化學運行人員由28人減少到17人,更進一步增加了運行人員的工作量和工作強度。3)因不能遠方監(jiān)控設備運行狀態(tài),運行人員不能在值班室實時掌握設備運行狀態(tài),這給運行人員對系統(tǒng)故障的判斷和處理增加了難度,容易發(fā)生因故障處理不及時而造成設備缺陷擴大的事件。4)氣動閥門沒有位置反饋裝置,因而很難準確控制流量等運行參數(shù),容易在反洗流量較大時造成樹脂流失、中排裝置彎曲、配水墊層擾亂。特別是對于母管制水處理系統(tǒng)的樹脂再生操作,程序多,反洗流量、進再生液流量、置換流量、正洗流量必須準確控制,因為它直接關系到再生成敗、酸堿耗高低、周期制水量多少和除鹽水質的優(yōu)劣。(1)2007—2009年間,曾經(jīng)發(fā)生2次混床樹脂流失、3次陰床中排裝置彎曲的現(xiàn)象;(2)因為難以準確控制再生參數(shù),再生特別是陰床和混床的再生往往需要重復再生1~2次方能成功,增加了水處理設備的酸堿耗。為了根治上述問題,該廠決定對水處理系統(tǒng)進行自動化控制改造。3水處理系統(tǒng)改造結合該廠具體情況,確定以下程控改造方案:1)改造范圍的確定。隨著地方工業(yè)的發(fā)展,河水污染嚴重。由于原水取自當?shù)睾恿魉|惡化,2001年該廠將市政自來水引入廠區(qū)作為鍋爐補充水處理系統(tǒng)的原水。與投產(chǎn)初期相比,該廠水質水量發(fā)生了較大變化,原水含鹽量由520mg/L下降到102mg/L,下降了80.4%;機組補水量由105t/h減少到45t/h,下降了57.1%。因此,除鹽設備的運行周期和同時運行的臺數(shù)必須作相應調整。例如,目前正常情況下只需運行單套設備,即可基本滿足5臺機組的供水需要。根據(jù)該廠水處理系統(tǒng)實際運行狀況,同時也為了節(jié)省費用,程控改造的策略定為一次設計、分步實施。本次改造的主體設備包括4臺活性碳過濾器、2套一級離子交換設備及3套二級離子交換設備的控制系統(tǒng)。2)控制系統(tǒng)的選擇。本次改造采用可編程邏輯控制器(PLC)加上位監(jiān)控站?？刂葡到y(tǒng)通過PLC對整個鍋爐補給水處理系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制?？刂葡到y(tǒng)采用順控、點操及就地操作相結合的控制方式。順序控制包括系統(tǒng)投運、停運和再生(反洗)。通過操作員站進行監(jiān)視控制,即通過CRT畫面和鍵盤對整個工藝系統(tǒng)進行監(jiān)視控制,取消控制室原先設置的常規(guī)控制儀表盤。3)閥門的改造。鑒于目前氣動閥門不能滿足自動控制要求的現(xiàn)狀,本次改造對水處理系統(tǒng)的全部氣動閥門進行了更換,使系統(tǒng)具備遠程操作的功能,從而減少人力消耗及人為誤操作概率;同時考慮到新設備初期調試及檢修安全隔離的需要,對相關手動閥門也進行了更換。結合閥門在國內市場的使用狀況、性能、價格等綜合因素,本次改造采用了進口閥門。4)管件的更換。由于新閥門與原閥門尺寸有所不同,而且不少管道有銹蝕現(xiàn)象,故本次改造在更換了134個氣動閥門和48個手動閥門的同時,相應更換了連接管道900多米,包括4臺活性炭過濾器、2臺前置氫、2臺陽床、1臺弱堿陰床、1臺強堿陰床、3臺混床、1臺再生水泵(包括自用水管)和廢水酸堿中和系統(tǒng)的全部管件。5)自動化水平的再提升。為了實現(xiàn)控制系統(tǒng)的高度自動化,本次改造將原系統(tǒng)中的泵、風機、液位計等納入控制范疇。由于原系統(tǒng)中的廢酸堿中和系統(tǒng)、除鹽水加氨系統(tǒng)等已事先實現(xiàn)了自動化控制,改造時把該類附屬系統(tǒng)納入本控制系統(tǒng)中,實現(xiàn)集中自動控制。4控制功能4.1再生/加堿過程對除鹽水處理的整個工藝系統(tǒng)進行集中監(jiān)視管理、自動順序控制:除鹽水處理裝置的正常啟動、運行、停機;各離子交換器的運行/備用的切投、各離子交換器的再生/反洗、各離子交換器的自動加酸/加堿等步驟都由PLC順序自動進行;當某陽離子、陰離子、混合離子交換器失效時,自動停運,并發(fā)出報警信號,自動/或手動啟動備用的相應離子交換器;顯示器上可監(jiān)視和顯示系統(tǒng)再生的所有流程閥門的狀態(tài),以及自動和手動控制反洗/正洗或再生步驟以及再生狀態(tài);值班員可在操作界面上簡單方便完成各個分系統(tǒng)的監(jiān)視和控制。4.2為站模板切換對電動及氣動閥門、泵、風機等設備,可通過除鹽水處理控制系統(tǒng)的操作員站進行遠方軟手操,也可以就地硬手操,遠方/就地切換在PLC內完成,同時在就地控制箱上有相應的遠方/就地信號指示。其中泵、風機等設備還能通過操作站對其設置檢修閉鎖控制,以防止進行設備維護時發(fā)生誤操作。4.3控制界面介紹PLC的CPU與遠程I/O間采用RIO網(wǎng)通信,PLC與上位監(jiān)控站采用以太網(wǎng)通信。本控制系統(tǒng)上位采用C/S模式,即服務器負責數(shù)據(jù)采集,客戶端負責監(jiān)控,其中1臺IBM服務器為盲服務器,只具有數(shù)據(jù)采集功能;2臺工控機功能相同,都是作為客戶端,從服務器讀取數(shù)據(jù),以監(jiān)控工藝系統(tǒng)的運行,其中1臺同時做為工程師站,可對監(jiān)控畫面進行編輯?？刂葡到y(tǒng)設有雙向數(shù)據(jù)通信接口,能與輔助車間控制網(wǎng)實行通信,使得運行人員能夠通過輔助車間控制網(wǎng)操作員站,對除鹽水處理系統(tǒng)的運行情況進行監(jiān)視,也可以對整套裝置或其中單個設備進行啟/停操作。當裝置或控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,能在輔助車間控制網(wǎng)操作員站上顯示,并發(fā)出報警信號。4.4啟動許可條件及備用設備自動投入聯(lián)鎖保護即對泵/風機等設備,系統(tǒng)設計有必要的啟動許可條件及備用設備自動投入等聯(lián)鎖功能;手操優(yōu)先即允許手動啟動或中斷自動程序,在手動控制下可進行工藝系統(tǒng)中任何的操作。5水處理系統(tǒng)改造的成效本次改造工程的技術經(jīng)濟效果如下:1)控制模式采用目前國內流行的PLC加上位機方式,系統(tǒng)的控制水平及性能達到目前國內先進水平,有效滿足了母管制水處理除鹽系統(tǒng)實現(xiàn)自動程序控制的技術含量和技術難度的高要求;同時將原系統(tǒng)中的泵、風機、液位計等納入控制系統(tǒng),并對已經(jīng)實現(xiàn)自動化的附屬系統(tǒng)如酸堿中和系統(tǒng)、除鹽水加氨系統(tǒng)進行兼容,實現(xiàn)控制系統(tǒng)的高度自動化。2)控制系統(tǒng)關鍵參數(shù)均能在線檢測和顯示,畫面直觀簡單,非常方便值班員操作;控制系統(tǒng)附加功能如連鎖、手操優(yōu)先等功能完善,對保護系統(tǒng)正常運行起到關鍵作用,避免因故障處理不及時而造成的設備缺陷擴大。3)控制系統(tǒng)通過EtherNet數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)將人機接口和各個PLC控制站聯(lián)接,保證可靠和高效的系統(tǒng)通信;同時控制系統(tǒng)設有數(shù)據(jù)通信接口,與全廠MIS、SIS系統(tǒng)實行通信,達到資源共用、數(shù)據(jù)共享。4)實現(xiàn)投資較小、效益最大化。本次改造共投入資金400百萬元左右,在電力系統(tǒng)內同類型設備改造中投入的資金相對較小。由于在改造中充分考慮了電廠原水水質及用水水量的實際情況,有針對性地對水處理系統(tǒng)的部分單元進行改造,水處理系統(tǒng)的工藝、主體設備及大部分管道不發(fā)生改變,既達到了程控改造的目的又節(jié)約了改造成本。5)減少了設備的維護工作量和運行人員的工作強度。水處理系統(tǒng)改造后設備的缺陷率顯著減少,投運近1年來,缺陷的發(fā)生由原來系統(tǒng)的45~55次/月到目前的1次/年,大大減少了檢修人員的維護工作量。系統(tǒng)改造后,值班員無需時常到現(xiàn)場查看系統(tǒng)參數(shù),在操作界面上就可簡單方便完成系統(tǒng)的監(jiān)視和控制,特別是系統(tǒng)再生操作的高度程序化大大降低了值班員的勞動強度。6)降低再生酸堿耗,節(jié)約電廠運行成本。改造前由于難以準確獲知再生參數(shù),系統(tǒng)的再生工作往往需要重復1~2次方能成功;系統(tǒng)改造投運以來水處理系統(tǒng)的酸堿耗都得到不同程度的降低,其中陽床和混床酸耗分別降低了52%和58%,陰床和混床堿耗分別降低了48%和58%,每年為該廠節(jié)約運行成本近40萬元。7)節(jié)約人力成本。設備改造前由于系統(tǒng)自動化程度低,操作復雜,水處理崗位設置了2名再生制氫加氯值班員崗位;系統(tǒng)改造后水處理系統(tǒng)再生工作可由值班員完成,再生制氫加氯值班員的再生工作得到釋放,為電廠節(jié)約人力成本創(chuàng)造條件