4×630MW機組樹脂再生智能監控系統研發與應用

國能浙江寧海發電有限公司 姚 堯 汪 嵐

國能浙江寧海發電有限公司4×630MW機組中每2臺機組公用一套精處理樹脂再生系統，樹脂采用體外“三塔法”再生方式，分離塔為高塔模式。4×630 MW機組為汽包爐，爐內加藥采用AVT處理，即加入氨（水）以控制凝結水和給水pH。為保證爐水和蒸汽品質，高速混床采取氫型運行方式，由于大量氨水的加入且大部分陰陽樹脂使用年限超6年，樹脂性能有所下降，高速混床制水運行周期較短（周期制水量100000m3以內），精處理樹脂再生頻率較高，單月一套再生系統需再生樹脂約18套，再生系統基本處于連續運行狀態。由于再生過程無可靠地監控手段，再生期間運行人員需時刻關注現場再生情況，運行勞動強度大。

1 精處理樹脂再生存在的問題

高速混床內失效的陰陽混合樹脂從混床內輸出不徹底，殘留部分失效樹脂與再生好的樹脂混合制水，導致離子交換量減少，制水周期縮短；目前的陽陰樹脂比例為2.7：2，失效的陰陽混合樹脂在分離塔內再生分離后，混脂層或陽樹脂層有可能高于陰樹脂輸出管下沿，導致部分陽樹脂輸送到陰塔再生，導致再生時陰塔中有部分陽樹脂，再生交叉污染，使再生效果不理想，影響制水周期；再生自動化水平低，再生過程需人為就地判斷干預再生過程，無法自動控制樹脂輸送終點；無法根據陰陽樹脂量來自動計算酸堿再生需要量；無法判斷陰、陽塔內樹脂輸送是否徹底，輸送過程需運行人員時刻關注樹脂層面情況，導致凝結水精處理再生系統運行人工勞動強度大。

2 精處理再生問題解決方案以及智能化研發改造方案

2.1 混床樹脂輸送不徹底原因及解決方案

現場檢測結果顯示，每次失效樹脂輸出后高混內有殘留樹脂，失效樹脂輸送不徹底，不滿足標準要求。經現場檢查發現存在的原因如下：

#1機精處理、#2精處理、精處理再生系統物理位置布置不合理，不是對稱布置，導致兩臺機組精處理樹脂輸送管路不一樣長，#2機組比#1機組輸送管路長70米左右，樹脂輸送管線最長達到150米、最短才70米左右，從而導致輸送阻力不一樣；壓力未調整前，混床樹脂空氣傳送壓力只有0.3MPa左右且輸送時間才14分鐘，空氣輸送結束后（絕大部分樹脂由空氣輸送期間完成），混床內的水位沒有降到水帽下方，周圍還有大量樹脂未輸送，即使后續的水汽輸送也無法徹底輸送徹底。

如輸送過程中要克服管阻、彎頭以及分離塔落差的影響，通過計算樹脂輸送壓力需達到0.35MPa以上且空氣輸送時間需調整到16分鐘，綜合考慮兩臺機組樹脂輸送壓力和時間，同時考慮避免壓力太大,導致#1機組輸送傳送過程存在干輸的風險（干輸會導致樹脂碰碎），輸送壓力調整到0.35MPa（減壓閥后的壓力），壓力和輸送時間調整后，經多次樹脂輸送后檢查，高混內的樹脂輸送完全徹底，樹脂也不存在干干輸現象。由此說明目前所執行的失效樹脂輸送步序及參數設計合理。

2.2 樹脂圖像識別改造方案

目前國能浙江寧海發電有限公司凝結水精處理分離塔內失效的陰陽混合樹脂分離與陰陽樹脂輸送過程無可靠的監控手段，需運行人員現場觀察窺視孔內的樹脂分層面及分層效果，人工干預陰陽樹脂輸出終點，進酸堿量無法精確控制等。為解決該問題研制開發了樹脂輸送圖像識別及智能控制技術產品，能自主準確可靠地判斷陰陽樹脂輸出終點；能對樹脂反洗分層效果的自主監視；能自主判斷樹脂分離和輸出終點給PLC；能自主監測陽、陰塔監控陽陰樹脂輸送情況；能自主計算再生所需的酸堿用量。

智能監控系統由圖像采集單元、圖像智能識別單元、樹脂輸送控制單元三個部分及附屬配電通信單元組成。界面圖像采集單元負責采集樹脂分離與輸送的實時圖像；界面圖像智能識別單元對采集的樹脂圖像進行實時分析，識別樹脂界面的位置并根據分析結果發出控制指令；樹脂輸送控制單元在上述兩個單元間起傳輸通信信號的作用，同時負責執行控制指令。附屬配電通信單元為其它單元供電，同時轉發通信信號。

圖1 圖像采集單元

圖像采集單元設置在分離塔、陰塔、陽塔共7個窺視鏡(A、B、C、D、E、F、G，下稱A-G)的對面，包括攝像機及LED補光裝置(A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1，下稱A1-G1)，用于采集樹脂分離及輸送過程中對應窺視鏡(A-G)的樹脂實時圖像。所述圖像采集單元通過PLC通訊與圖像智能識別單元通訊連接，傳輸至圖像智能識別單元分析并保存。

圖像采集單元其特征在于：包括攝像機及LED補光裝置(A1-G1)，所述攝像機及LED補光裝置(A1-G1)設置在分離塔、陰塔、陽塔7個窺視鏡(A-G)的正對面，攝像機是具有網絡通訊功能的高清夜景攝像機、LED補光燈位于攝像機的兩側呈兩個條形分布；分離塔上部窺視鏡(A)正對面的攝像機及LED補光裝置(A1)用于監控分離塔上部的樹脂總量、分離塔中部窺視鏡(B)正對面的攝像機及LED補光裝置(B1)用于監控分離塔中部的陰陽樹脂的分層情況、分離塔下部窺視鏡(C)正對面的攝像機及LED補光裝置(C1)用于監控分離塔下部的樹脂分離輸送終點、陰塔上部窺視鏡(D)正對面的攝像機及LED補光裝置(D1)用于監控陰樹脂總量、陰塔下部窺視鏡(E)正對面的攝像機及LED補光裝置(E1)用于監控陰樹脂輸送至陽塔時的輸送終點、陽塔上部窺視鏡(F)正對面的攝像機及LED補光裝置(F1)用于監控陽樹脂總量及混合后的樹脂總量、陽塔下部窺視鏡(G)正對面的攝像機及LED補光裝置(G1)用于監控樹脂輸送至混床的輸送終點。

圖像智能識別單元包括千兆交換機(H)和安裝在千兆交換機(H)內的樹脂圖像智能識別軟件，千兆交換機(H)運行樹脂圖像智能識別軟件對樹脂圖像進行捕捉、識別、分析。圖像智能識別單元獲得由PLC(J)發送的圖像識別信號后，開始采樣樹脂圖像進行實時分析以識別圖像中陰/陽樹脂的百分比占比。然后將識別占比結果數值實時發送至識別控制柜(I)，最后識別控制柜(I)接收到數值后進行判斷并執行相應的樹脂輸送工作。

具體流程如下：首先，啟動樹脂自動再生控制智能視頻識別系統，由圖像采集單元實時采集視頻，通過通訊單元傳輸至智能視頻分析單元并保存，等待由程控PLC信號通訊單元輸入的開始信號；其次，在程控PLC信號通訊單元輸入的開始信號到達后，智能視頻分析單元開始視頻圖像實時分析，識別圖像中陰/陽樹脂的百分比占比，在智能視頻分析單元計算機界面上顯示結果，并通過程控PLC信號通訊單元實時輸出百分比占比；程控PLC在收到監控窗口陰/陽樹脂的百分比占比后，執行相應的樹脂輸送工作；在程控PLC信號通訊單元輸入的結束信號到達后，智能視頻分析單元停止視頻圖像實時分析。

2.3 智能再生控制邏輯及控制畫面優化

在精處理再生系統界面，增加自動再生相關的幾大參數顯示和設置模塊，主要分為四個部分：樹脂量識別顯示模塊、手自動切換模塊、自動再生參數設置模塊、補光燈控制框。自動再生邏輯優化說明如下：

分離塔等待再生時自動靜置一分鐘，SPT上部窺視孔陰樹脂量小于設定值出樹脂量偏少報警，點擊開始再生，自動反復擦洗，擦洗完成后自動一次分離，一次分離結束后靜置的最后一分鐘，SPT上部窺視孔陰樹脂量小于設定值出樹脂量偏少報警，提醒運行人員關注。如SPT中部窺視孔陰樹脂占比大于設定值，啟動“輸送陰樹脂”；如SPT中部窺視孔陰樹脂占比小于設定值，啟動“輸送陽樹脂”同時報警，輸到陰樹脂占比大于設定值延時10秒或輸送30秒后自動沖洗，沖洗結束啟動“輸送陰樹脂”。

陰樹脂輸送完成、自動開始二次分離，二次分離結束自動啟動輸送陽樹脂，輸送3分鐘后，SPT下部窺視鏡陽樹脂占比小于設定值，延時10s后自動步進到陰樹脂再生程序。ART反復擦洗結束靜置一分鐘，系統根據ART中部窺視孔陰樹脂量確定進堿時間自動進堿再生。陰樹脂再生導電度正常，自動步進到陽塔再生程序，CRT反復擦洗結束靜置一分鐘，系統根據CRT中部窺視孔陽樹脂量確定進酸時間自動進酸再生。陽樹脂再生后，導電度正常，自動步進到陰樹脂送CRT。陰樹脂送CRT400秒后陰塔下部窺視孔陰樹脂占比大于設定值，出報送混床13分鐘后陽塔下部窺視孔混脂占比大于設定值，出報警提醒運行觀察混脂輸送是否堵塞。

綜上，項目實施后的精處理樹脂徹底實現現場自動再生功能，實現現場無人值守。通過改造后樹脂的分離與輸送精度提高，樹脂配比發生混亂的現象基本消除，高速混床出水水質更加優良和穩定。酸堿再生優化后，大大減少了再生自用水量、酸堿用量以及廢水排放量，大幅減少電廠實現零排放的投資和運營成本，節能降耗的效果更加明顯。