鍋爐給水自動加氨系統改造與應用研究

陳雷，高小春，張建杰，劉濤，孟立軍

（國能粵電臺山發電有限公司，廣東 江門 529228）

隨著我國電力行業的發展，高容量機組越來越多，對機組給水品質的要求也就越來越高。鍋爐給水加氨技術是電廠保證汽水品質的重要手段之一。自動加氨系統包括自動配氨和控制加氨自動化兩部分：配氨裝置引入脫硝氨氣和除鹽水自動配比成期望濃度的氨水；加氨選用單點加氨，泵選用凝結水加氨泵，對除氧器入口的電導率進行控制，根據電導率和pH 之間的換算公式pH=8.57+lgSC，同時引入凝結水流量信號，即可保證在負荷變化時，給水pH 依舊穩定。從根源上降低了化學原因導致的設備事故，保證了機組安全、經濟地運行。

1 給水pH 波動的原因

鍋爐給水pH 保持在9.0 ～9.3 時能夠有效降低水系統的金屬腐蝕，但是目前的人工加氨配比的氨水濃度不一致、加氨后省煤器入口pH 具有較大的滯后性，且機組負荷波動時，人工干預后的不確定性會造成給水pH經常發生波動。

1.1 氨水濃度波動

由于目前氨水的來源是采購的外來濃氨水，在使用過程中，運行人員將濃氨水倒入氨溶液箱中，之后引入除鹽水稀釋。整個過程人工操作，濃氨水氣味刺鼻，且每批次采購的濃氨水濃度不一致，致使運行人員無法保證氨水溶液箱中氨水的濃度，氨水濃度的不穩定會導致加氨后的給水pH 的波動。

1.2 省煤器入口pH 采樣的滯后性

自動加氨系統的加氨點取在精處理出口，從該加氨點至省煤器入口采樣點距離較長，且中間有除氧器的存在，導致氨水加入后到省煤器入口采樣時，時間較長，難以控制。同時，pH 在線表受溶液電阻的影響，自身滯后性大，易產生偏差，不適合作為直接性的控制目標，而除氧器入口電導率在線表采樣反應快，準確度高，且滯后性小，適合作為加氨系統的。

1.3 機組負荷波動

機組根據電網的需求進行負荷的改變，負荷改變后，凝結水流量也就發生了變化，如果此時不改變加氨量，或者過快的改變加氨量，由于機組給水系統自身的滯后性，同樣會導致整個機組給水pH 發生波動。

以上3 點是給水pH 發生波動的原因。當鍋爐給水pH 忽高忽低，長時間給水pH 不達標，使得水汽品質降低，可能會造成熱力系統設備的腐蝕、結垢甚至爆管故障。

2 自動加氨系統

自動加氨系統如圖1 所示，其中包括氨水溶液箱、加氨泵和除氧器入口汽水采樣。通過自動配氨裝置保證了氨水溶液箱內部氨水濃度的穩定性；采集除氧器入口電導率信號，使用前饋補償PID 運算邏輯，計算出此時機組所需的加氨量后，對加氨泵進行控制，在凝結水加氨點進行加氨，最終實現除氧器入口電導率穩定。控制系統的采樣點選擇在除氧器入口，這樣既可以保證給水的pH 值，也可以降低系統的滯后性。

圖1 鍋爐加氨系統

2.1 自動配氨裝置

自動配氨裝置作為自動加氨系統的一部分，具有重要的作用。自動加氨裝置將脫銷使用的氨氣和加氨間室內的除鹽水引入裝置接口，通過西門子PLC 控制器對閥門進行控制，完成配比，得到所需濃度的氨水。其內部包括電導率表、液位計、西門子PLC 控制器、觸摸顯示屏、截止閥、逆止閥、電動調節閥。氨水箱內部安裝電導率在線采樣表和液位計，氨氣電調閥的控制氨水的電導率，除鹽水電調閥控制氨水箱的液位，保證了氨水箱內部的氨水濃度穩定。自動配氨裝置內部如圖2 所示。

圖2 自動配氨裝置

2.2 加氨自動化設計

自動配氨裝置保證了加氨系統原料氨水濃度的穩定性。當機組負荷發生波動，由于沒有自動控制的保護，加氨系統自身的滯后性和人工過度的干預，導致加氨量的不穩定，使得給水pH 發生波動。本次自動加氨系統使用凝結水單點加氨，控制目標為除氧器入口電導率，電導率目標反應快且準確，同時與該點的pH 具有pH=8.57+lgSC 關系，這樣可以降低加氨系統由于采樣儀表帶來的滯后性。

自動加氨系統的邏輯控制增加在輔控DCS 上，引入凝結水流量和除氧器入口電導率信號，同時保證輔控DCS 對該加氨泵的可控性。

自動加氨控制采用前饋補償PID 調節，如圖3 所示，前饋補償PID 控制包括兩部分，一部分是PID 輸出，另一部分是由前饋參數組成。PID 部分是控制系統準確度的保證，主要是根據設定值與采樣值之間的偏差量，修改運算輸出數據，從而達到采樣值與設定值一致；前饋部分是控制系統快速性的保證，主要是根據凝結水流量的變化，快速地改變控制系統的運算量，從而減小控制系統在外部干擾下，達到設定值的快速性。結合自動加氨控制特點，設計了前饋補償PID 控制系統，控制系統實時采集凝結水流量，根據凝結水流量進行加氨量前饋比例調節，同時采集除氧器入口電導率值，進行PID 調節，兩者疊加后，實現前饋補償PID 控制，改變加氨泵的頻率，保證除氧器入口電導率的穩定，即實現給水pH 平穩控制。

3 設備的應用案例

本次自動加氨系統改造應用在國家能源某電廠660MW 調峰機組，該機組在未改造前采用人工配氨水，將采購回來的濃氨水倒入氨溶液箱中，加氨泵的頻率是運行人員在輔控的操作員站進行手動更改頻率，每次負荷變化時，運行人員根據此時的給水pH 值手動增加和降低加氨泵的頻率。運行人員既要配氨水，又要修改加藥泵的頻率，工作量較大。由此，我方提出的全自動加氨系統改造，應用于該電廠。

自動加氨系統的配氨部分從鍋爐脫硝的氨氣母管上引來氨氣至加藥間自動配氨設備處，在加藥間引一路除鹽水至自動配氨設備處，按照設備要求改造氨水溶液箱，引入氨溶液箱的電導率和液位信號至自動配氨設備的西門子PLC 控制器。對焊接的管路進行打壓測試，正常后確認氨氣母管壓力為0.4MPa，除鹽水壓力為0.3MPa，滿足自動配氨裝置的系統要求，在自動配氨裝置的觸摸屏上設置電導率為1100μS/cm，液位設定在75cm，投入自動后，氨水溶液箱能夠保證氨水濃度和液位在設定值范圍內。

確認氨水溶液箱濃度液位穩定后，將凝結水流量和除氧器入口電導率信號引入輔控DCS 控制器中，將前饋補償PID 算法塊按照以下邏輯說明搭建，邏輯說明是采樣值為除氧器入口電導率信號，前饋量是凝結水流量信號，控制量為加氨泵變頻器信號。修改組態畫面，操作小彈窗，如圖4 所示。

圖4 自動加氨系統加氨泵控制彈窗

手動控制加氨泵啟動，運行至除氧器入口電導率穩定。此時投運自動運行，調整PID 參數，保證除氧器入口電導率能夠達到設定值；調整凝結水流量參數，保證在負荷波動過程中，減小除氧器入口電導率在設定值上下的波動。運行效果如圖5 所示。

圖5 自動加氨系統控制效果圖

根據表1 所示，當除氧器入口電導率設定值為6.5μS/cm 時，可以得到全自動加氨系統對除氧器入口電導率的控制可以保證在6.5±0.5μS/cm 以內，省煤器入口pH 保證在9.2±0.05 以內。

表1 除氧器入口電導率和省煤器入口pH 數據

4 結語

自動加氨系統在國家能源某電廠的應用，通過自動配氨裝置得到了氨水濃度的穩定性，編寫自動加氨控制邏輯，控制除氧器入口電導率在6.5±0.5μS/cm,省煤器入口pH 在9.2±0.05 以內。不僅降低了運行人員的工作量，而且大幅提高了加氨系統的精確度，從而提高了給水品質，減緩了熱力系統腐蝕。