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1、<p> 火電廠單元式加藥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p> 【摘要】隨著我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展,特別是火電廠高參數(shù)大容量機(jī)組的投產(chǎn),對(duì)水汽品質(zhì)和水質(zhì)工況的控制提出了越來(lái)越嚴(yán)格的要求。能否嚴(yán)格準(zhǔn)確地進(jìn)行水質(zhì)調(diào)節(jié),直接關(guān)系到整個(gè)機(jī)組的穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)和安全運(yùn)行。本課題主要針對(duì)國(guó)大唐淮南洛河發(fā)電廠而設(shè)計(jì)的一套用于發(fā)電機(jī)組熱力系統(tǒng)水汽質(zhì)量控制的化學(xué)加藥系統(tǒng)。 </p><p> 【關(guān)鍵詞】化學(xué)加
2、藥系統(tǒng),變頻調(diào)速,水處理 </p><p> 中圖分類號(hào): V444.3+7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): </p><p><b> 1、引言 </b></p><p> 隨著我國(guó)電力工業(yè)的不斷發(fā)展,電站輔機(jī)設(shè)備的作用越來(lái)越引起人們的重視,鍋爐水處理作為輔機(jī)的重要組成部分尤為重要。然而,目前仍有部分火電廠鍋爐給水加藥控制系統(tǒng)還采用手動(dòng)加
3、藥方式,無(wú)法滿足鍋爐運(yùn)行工況及操作條件變化的需要,造成鍋爐系統(tǒng)中藥劑的濃度時(shí)高時(shí)低,浪費(fèi)大量藥劑,而且導(dǎo)致汽輪機(jī)的冷凝器空抽區(qū)銅管等處的氧化腐蝕,甚至?xí)蚋g斷裂造成停機(jī)事故。目前,基于PLC 的電站鍋爐給水加藥控制系統(tǒng),已經(jīng)解決了自動(dòng)加藥的問(wèn)題,但配藥還是采用手動(dòng)方式控制,不能完成對(duì)各參數(shù)的設(shè)定與控制,屬于半自動(dòng)化操作系統(tǒng)[1]。 </p><p><b> 2、系統(tǒng)原理 </b><
4、;/p><p> 火電廠化學(xué)車間的加藥系統(tǒng)包括給水加氨、加聯(lián)氨和爐水磷酸鹽協(xié)調(diào)處理兩大部分,其中給水加聯(lián)氨的目的是除去給水中的殘余氧量,給水中加入適量的氨是為了將給水的pH值控制在一定的堿性范圍之內(nèi)(一般為8.8~9.2),防止出現(xiàn)銅管和鐵管腐蝕,而爐水磷酸鹽協(xié)調(diào)處理控制主要是使得爐水的pH值、電導(dǎo)率、磷酸根的含量在合格的范圍之內(nèi),使鍋爐管壁不腐蝕、不結(jié)垢,提高傳熱效率,防止鍋爐因傳熱不均勻而引起爆管。 </
5、p><p> 2.1 自動(dòng)加藥系統(tǒng)的化學(xué)原理 </p><p><b> 1、 加氨原理 </b></p><p> 氨溶于水發(fā)生如下反應(yīng): </p><p> NH3+H2O ↔ NH3 ∙ H2O ↔ NH4+ + OH-(2-1) </p>
6、<p> 因而,氨水是一種弱電解質(zhì),屬于弱堿,在溶液中存在著電離平衡。我們可以利用氨水的堿性來(lái)調(diào)整給水的pH值。反應(yīng)如下: </p><p> NH3 ∙ H2O + H2CO3 → NH4HCO3 + H2O(2-2) </p><p> NH3 ∙ H2O + NH4HCO3 → (NH4)2CO3 + H2O(2-3) &l
7、t;/p><p> 計(jì)算表明,若加入氨量恰好將H2CO3中和至NH4HCO3,則給水pH值約為7.9;若中和至(NH4)2CO3給水的pH值為9.2。通常加氨的目的是將pH值調(diào)節(jié)在8.5以上,即加氨量多于完成第一步中和反應(yīng)所需要的量[2]。 </p><p><b> 2、 加聯(lián)氨原理 </b></p><p> 聯(lián)氨(N2H4)又稱肼,在常
8、溫時(shí),是一種無(wú)色液體。聯(lián)氨是一種還原劑,特別是在堿性水溶液中,它是一種很強(qiáng)的還原劑。它可將水中的溶解氧還原,如下式: </p><p> N2H4 + O2 → N2↑ + 2H2O(2-4) </p><p> 反應(yīng)產(chǎn)物N2和H2O對(duì)熱力系統(tǒng)的運(yùn)行沒(méi)有任何害處,用聯(lián)氨除去給水中溶解氧就是利用它的這種性質(zhì)。在高溫(t > 200。C)水中N2H4可將Fe2O3還原成Fe2O4以至
9、Fe,反應(yīng)式如下: </p><p> 6Fe2O3 + N2H4 → 4Fe3O4 + N2 + 2H2O (2-5) </p><p> 2Fe3O4 + N2H4 → 6FeO + N2 +2H2O (2-6) </p><p> 2FeO +N2H4 →2Fe + N2 + 2H2O (2-7) </p><p> N2H4還
10、能將CuO還原成Cu2O或Cu。聯(lián)氨的這些性質(zhì)可以用來(lái)防止鍋內(nèi)結(jié)鐵垢和銅垢。 </p><p> 按理論計(jì)算,1mg/L溶解氧需要與1mg/L聯(lián)氨反應(yīng),但是由于還能發(fā)生上述反應(yīng),一般按1.5—2.0份的聯(lián)氨對(duì)1份溶解氧來(lái)控制[3]。 </p><p> 3、 爐水的磷酸鹽處理原理 </p><p> 鍋內(nèi)磷酸鹽處理的目的就是向鍋爐水中投加某些磷酸鹽藥品,使之形
11、成能防止結(jié)垢,又能避免堿性腐蝕的發(fā)生條件,從而保證鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。工作原理如下: </p><p> 協(xié)調(diào)磷酸鹽處理是一種既嚴(yán)格又合理的鍋內(nèi)水處理方法,它不僅能防止鈣鎂垢的產(chǎn)生,而且能防止鍋爐管的腐蝕。對(duì)于以除鹽水為補(bǔ)給水的高壓爐,為避免游離NaOH產(chǎn)生,可采用此方法來(lái)控制爐水PH,使Na+和PO43-保持平衡。 </p><p> 協(xié)調(diào)磷酸鹽處理就是除了向鍋爐水中加入一定量的Na
12、3PO4外,還添加磷酸氫鹽,如用Na2HPO4時(shí): </p><p> Na2HPO4 + NaOH ↔ Na3PO4 + H2O 2-10 </p><p> 只要加入的Na2HPO4量足夠,就可以使水中的NaOH都成為Na3PO4的一級(jí)水解產(chǎn)物,即水中無(wú)游離的NaOH。 </p><p> 我們用磷酸鹽溶液中的Na+和PO43-的摩爾數(shù)
13、比R(R=Na/PO4),來(lái)描述水溶液中不同組分的磷酸鹽。對(duì)于各種不同組分的磷酸鹽。對(duì)于各種不同組成比例的Na3PO4和Na2HPO4混合溶液中,Na/PO4摩爾比R在2—3之間,且Na2HPO4越多的溶液中Na/PO4摩爾比越接近2。 </p><p> 經(jīng)研究得知,當(dāng)磷酸鹽溶液的R<2.85時(shí)即使發(fā)生磷酸鹽暫時(shí)消失現(xiàn)象,析出磷酸鹽固相附著物時(shí),由于Na2HPO4的存在,爐管管壁邊界層中也不會(huì)產(chǎn)生游離的
14、NaOH,就避免了爐管的堿腐蝕。此外,鍋爐水中R的下限應(yīng)該大于2.2,以保證爐水的pH值較高,防止發(fā)生酸性腐蝕的可能。在實(shí)際運(yùn)行中,協(xié)調(diào)磷酸鹽處理一般控制在R為2.5—2.6。這樣既可以維持規(guī)定的pH值,又可防止NaOH腐蝕的余度[4]。 </p><p> 2.2 自動(dòng)加藥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理 </p><p> 1、加氨系統(tǒng)的工作原理 </p><p> 系統(tǒng)由
15、PH表, 電導(dǎo)表, 控制器, 變頻器, 加藥泵等組成。測(cè)量?jī)x表pH 計(jì)在線測(cè)得給水母管中給水的pH值,其輸出4~2 mA 信號(hào)給控制裝置中調(diào)節(jié)器,調(diào)節(jié)器設(shè)定要控制的pH 值并比較pH 計(jì)輸出與設(shè)定的pH值,當(dāng)pH 計(jì)輸出的pH 值 設(shè)定值時(shí),變頻器將輸出頻率隨時(shí)間減小的三相電源給交流電機(jī),直到給水pH 值減小到設(shè)定值。最終使給水的PH 值( 或電導(dǎo)率) 維持在規(guī)定的范圍內(nèi)。 </p><p> 2、加聯(lián)氨系統(tǒng)的
16、工作原理 </p><p> 一般來(lái)說(shuō), 聯(lián)氨的加藥點(diǎn)在除氧器之后, 而聯(lián)氨的取樣點(diǎn)在給水泵之后(某些系統(tǒng)在高壓加熱器之后)。聯(lián)氨自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)如下圖所示。系統(tǒng)由取樣管、聯(lián)氨表、控制器、變頻器、加藥泵、加藥管等組成[3]。 </p><p> 自動(dòng)加除氧劑(聯(lián)胺)系統(tǒng)是一個(gè)單回路后饋閉環(huán)控制回路,此系統(tǒng)控制原理較磷酸鹽系統(tǒng)簡(jiǎn)單,與加氨系統(tǒng)類似,從表面現(xiàn)象上看只需控制溶氧量的上限值,實(shí)
17、際情況是,既要控制溶氧上限值(最大加藥量),同時(shí)要考慮節(jié)約藥品,不能為了控制溶氧上限而靠過(guò)量加藥來(lái)實(shí)現(xiàn),應(yīng)該控制一個(gè)適當(dāng)?shù)募铀幜考缺WC溶氧不超過(guò)上限,又能夠節(jié)約藥品[8]。(控制原理框圖及等效原理如圖2-2) </p><p> 圖2-2 聯(lián)氨自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)原理圖 </p><p> 3、加磷酸系統(tǒng)的工作原理 </p><p> 磷酸鹽協(xié)調(diào)處理控制系統(tǒng)由p
18、H 表、磷酸根表、控制器、變頻器、電磁閥、加藥泵和電機(jī)等組成。自動(dòng)控制加藥原理如下: </p><p> 爐水協(xié)調(diào)磷酸鹽-pH 處理的自動(dòng)控制加藥原理:通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),在線采集質(zhì)量濃度及pH值等,利用由純磷酸鹽理論(適于高壓、超高壓汽包鍋爐爐水協(xié)調(diào)磷酸鹽-pH處理)或修正的磷酸鹽理論(適于亞臨界壓汽包鍋爐爐水協(xié)調(diào)磷酸鹽-pH 處理)推導(dǎo)得到的pH 值計(jì)算公式,由計(jì)算機(jī)計(jì)算出與爐水質(zhì)量濃度和pH 值對(duì)應(yīng)的R 值
19、。通過(guò)與質(zhì)量濃度給定值的比較,由工控機(jī)控制變頻器以控制磷酸鹽加藥泵,自動(dòng)調(diào)整加藥量的大小;整個(gè)自動(dòng)控制加藥過(guò)程通過(guò)閉環(huán)負(fù)反饋的PID 算法和開(kāi)關(guān)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整加藥量的大小和自動(dòng)改變加藥品種[4,9]。 </p><p> 圖2-3 磷酸鹽加藥控制系統(tǒng)原理圖 </p><p><b> 3、結(jié)束語(yǔ) </b></p><p> 本文介紹的
20、電站鍋爐自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)可采用先進(jìn)的變頻調(diào)速和PLC技術(shù), 解決了手動(dòng)控制困難和直流調(diào)速控制可靠性差的缺點(diǎn)。系統(tǒng)中可使用變頻器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。文中只對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理作了大概的闡述,詳細(xì)的施工圖紙的要根據(jù)具體的施工對(duì)象進(jìn)一步設(shè)計(jì)。 </p><p> 依此原理設(shè)計(jì)系統(tǒng),其可靠性高, 性能穩(wěn)定, 對(duì)節(jié)約藥品, 保護(hù)環(huán)境, 可提高鍋爐穩(wěn)定性和安全性, 減小勞動(dòng)強(qiáng)度, 減人增效等具有重要意義,可產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)
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