循環(huán)冷卻水智能化監(jiān)控系統(tǒng)在火電廠的應(yīng)用實(shí)例

國(guó)能滎陽(yáng)熱電有限公司 張文學(xué) 劉能杰 河南水云蹤智控科技有限公司 田燕兵

循環(huán)冷卻水管理技術(shù)發(fā)展至今，大部分管理者仍然沿用上世紀(jì)70年代的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)人工化驗(yàn)結(jié)果，決定每天加藥量和排污量，加藥操作和排污管理主要憑管理者經(jīng)驗(yàn)決定，但隨著補(bǔ)水來(lái)源趨于復(fù)雜化，經(jīng)常會(huì)造成藥劑濃度、濃縮倍率過(guò)高或過(guò)低，這些結(jié)果都會(huì)影響最終的水處理成效，節(jié)能減排的目標(biāo)也得不到實(shí)現(xiàn)。我廠在2020年5月通過(guò)了循環(huán)水智能化技改項(xiàng)目，決定利用大修的機(jī)會(huì)進(jìn)行循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的智能化監(jiān)控改造。

1 背景簡(jiǎn)介

國(guó)能滎陽(yáng)熱電廠位于鄭州市，廠址南距隴海鐵路線約2.5km、北距某高速公路約4km，交通便利。一期2×630MW 機(jī)組項(xiàng)目于2008年12月8日取得核準(zhǔn)，2009年1月9日正式開工建設(shè)，2010年機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，至今已運(yùn)營(yíng)10年。公司發(fā)電用水取自中水和第一污水處理廠，凝汽器管材采用316L 不銹鋼管。

1.1 運(yùn)行現(xiàn)狀

循環(huán)水處理系統(tǒng)的補(bǔ)充水系統(tǒng)為石灰處理系統(tǒng)，備用水源為石佛水庫(kù)的黃河水。根據(jù)循環(huán)水的運(yùn)行工況，循環(huán)水的最大補(bǔ)充水量為夏季2278.5t/h；石灰處理系統(tǒng)的出力按3000～3500t/h 設(shè)計(jì)。隨著國(guó)家水資源越來(lái)越缺乏，循環(huán)水補(bǔ)水經(jīng)常不夠，環(huán)保壓力越來(lái)越大，排污被嚴(yán)格控制。當(dāng)前循環(huán)水處理水質(zhì)監(jiān)控是根據(jù)手工化驗(yàn)水質(zhì)結(jié)果再人為調(diào)整水處理藥劑加入量。如何使用化學(xué)藥劑來(lái)處理循環(huán)冷卻水的腐蝕、結(jié)垢和微生物問題，連續(xù)維持水中有足夠的藥劑濃度，是技術(shù)管理上一項(xiàng)重要工作。

1.2 改造原因

循環(huán)水投加藥劑在運(yùn)行過(guò)程中由于水的排污、泄漏和損失，以及處理過(guò)程中因抑制腐蝕和結(jié)垢、沉積及微生物問題而被消耗，需要及時(shí)補(bǔ)充。我廠的水處理方式為阻垢緩蝕劑+殺菌滅藻劑+硫酸處理，以往都是人工進(jìn)行加藥，先對(duì)循環(huán)水中的藥劑進(jìn)行分析測(cè)試，再調(diào)整藥劑加藥量，對(duì)于pH 也是人工分析后，再進(jìn)行投加硫酸，這種加藥方式耗費(fèi)人力，增加了勞動(dòng)強(qiáng)度，還存在加藥時(shí)間滯后，藥劑濃度波動(dòng)大的問題，直接導(dǎo)致處理效果不佳或藥劑、水嚴(yán)重浪費(fèi)問題，同時(shí)也會(huì)造成環(huán)保壓力。

為保證電廠水處理設(shè)備的安全運(yùn)行，減少藥劑投加量和循環(huán)水排污，節(jié)約水資源，適應(yīng)國(guó)家環(huán)保政策，對(duì)設(shè)備進(jìn)行精細(xì)化管理，對(duì)循環(huán)水實(shí)行在線監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程傳輸、異常報(bào)警十分必要。故需對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)加藥裝置進(jìn)行改造，增加在線監(jiān)控與自動(dòng)調(diào)整裝置。

1.3 改造目標(biāo)

通過(guò)對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)增加在線監(jiān)控與自動(dòng)調(diào)整裝置，完成在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)化學(xué)藥劑的濃度，根據(jù)藥劑濃度傳感器的設(shè)定來(lái)開啟計(jì)量泵調(diào)整加藥量，以保證最佳的藥劑濃度。當(dāng)藥劑濃度不足時(shí)，能自動(dòng)調(diào)整化學(xué)藥劑至設(shè)計(jì)濃度，確保系統(tǒng)中的化學(xué)藥劑始終維持最佳狀態(tài)[1]，全面防止系統(tǒng)結(jié)垢、腐蝕、沉積、菌藻滋生等情況的發(fā)生。對(duì)循環(huán)水各加藥泵進(jìn)行自動(dòng)控制，保證循環(huán)水pH 值、電導(dǎo)率等參數(shù)在規(guī)定范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)最佳用水效率和最優(yōu)水質(zhì)。

2 安裝、調(diào)試

2020年11月中旬河南分公司招標(biāo)，河南水云蹤智控科技有限公司中標(biāo)國(guó)能滎陽(yáng)電廠在線監(jiān)控設(shè)備2套。經(jīng)過(guò)中標(biāo)方現(xiàn)場(chǎng)跟蹤安裝、調(diào)試，于2020年12月中旬正式投運(yùn)。

2.1 設(shè)備整體設(shè)計(jì)、安裝狀況

國(guó)能滎陽(yáng)電廠循環(huán)水自控項(xiàng)目是滎陽(yáng)電廠的重要技改項(xiàng)目，該項(xiàng)目包含了在線監(jiān)測(cè)阻垢緩蝕劑濃度、ORP、pH 值、電導(dǎo)率、濁度，自動(dòng)加酸、自動(dòng)控制加阻垢緩蝕劑、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)及故障傳輸、現(xiàn)場(chǎng)智能化屏幕顯示等功能。本次技改特別要求了ORP的監(jiān)測(cè)，ORP 反應(yīng)了循環(huán)水宏觀氧化還原性，ORP值越高氧化性越強(qiáng)、ORP 值越低還原性越強(qiáng)。正常情況下ORP 為0～200mV，當(dāng)水中耗氧性物質(zhì)增多或者微生物粘泥泛濫時(shí)，ORP 值會(huì)明顯下降甚至降低為負(fù)值，如果加殺菌劑后ORP 值可達(dá)到500mV以上甚至更高，可通過(guò)ORP 值判斷是否需要加殺菌劑滅菌，維持水質(zhì)良好[2]。

2.2 調(diào)試過(guò)程

調(diào)試內(nèi)容：1月5日設(shè)備安裝結(jié)束，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上線；1月5日～1月25日進(jìn)行阻垢緩蝕劑投加調(diào)試，期間只進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)、沒有對(duì)加藥裝置進(jìn)行控制。不控制期間，發(fā)現(xiàn)水中有熒光值約為17左右，作為循環(huán)水中藥劑的背景值；1月31日之后開始控制加酸泵，控制pH 值，控制加酸（pH8.32～8.44）。根據(jù)pH 和循環(huán)水中的堿度的關(guān)系，當(dāng)pH8.32～8.44區(qū)間時(shí)堿度約為300～400mg/L 滿足技術(shù)方案要求；2月5日根據(jù)前期定量加藥得出的經(jīng)驗(yàn)，開始對(duì)阻垢劑進(jìn)行在線檢測(cè)，并控制藥劑濃度在70～80mg/L 區(qū)間內(nèi)，每天計(jì)劃投加藥劑在125～150kg。期間由于循環(huán)水系統(tǒng)藥劑濃度達(dá)到了預(yù)期值，加藥泵短時(shí)間內(nèi)停止屬正常情況，若因?yàn)檠a(bǔ)水等因素導(dǎo)致藥劑濃度降低，設(shè)備會(huì)自動(dòng)補(bǔ)加藥劑，直至達(dá)到預(yù)期值。

我公司循環(huán)水采用阻垢緩蝕劑加硫酸處理的方式，要求循環(huán)水濃縮倍數(shù)5～6倍，自控裝置投運(yùn)后，濃縮倍數(shù)到6倍藥劑濃度在60到65mg/L 之間，pH 值控制在8.32～8.44之間，阻垢劑加藥與加酸穩(wěn)定運(yùn)行。循環(huán)水濁度按標(biāo)準(zhǔn)要求小于20NTU，但我公司采用的補(bǔ)水為中水及黃河水實(shí)際濁度偏高，尤其是雨季可高達(dá)70～80NTU，積累大量在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可分析每年的汛期實(shí)際數(shù)據(jù)，根據(jù)大量數(shù)據(jù)可為來(lái)年運(yùn)行提供參考。同時(shí)后臺(tái)可查看和記錄設(shè)備運(yùn)行狀況及加藥泵、加酸泵開啟情況。

2.3 整體運(yùn)行情況

采用投加阻垢緩蝕劑和輔助加硫酸運(yùn)行，循環(huán)水的兩項(xiàng)主要控制指標(biāo)pH 和藥劑濃度，平穩(wěn)運(yùn)行，如圖1（根據(jù)目標(biāo)藥劑濃度為60～65mg/L，穩(wěn)妥起見前期運(yùn)行設(shè)定70～80mg/L，待運(yùn)行穩(wěn)定后設(shè)定值改為60～70mg/L，繼續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定調(diào)整到60～65mg/L）。

圖1 自動(dòng)控制下循環(huán)水的藥劑濃度（PTSA）和pH 值顯示圖

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行效果監(jiān)督：為了現(xiàn)場(chǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，我公司配合廠家調(diào)試人員進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)取水樣檢測(cè)評(píng)價(jià)，效果良好，部分?jǐn)?shù)據(jù)列表如表1。

表1 水云蹤上線前調(diào)試記錄

pH 異常情況：水云蹤在線監(jiān)測(cè)與智能加藥管理系統(tǒng)是開放的管理系統(tǒng)，用戶可實(shí)時(shí)查看、調(diào)取水處理數(shù)據(jù)。可實(shí)現(xiàn)“公司—部門—車間”三級(jí)管理模式的系統(tǒng)化管理；方便用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行故障。5月28日監(jiān)測(cè)過(guò)程中的異常問題：循環(huán)水池pH異常升高，經(jīng)過(guò)多方溝通、檢查，發(fā)現(xiàn)加酸管故障，經(jīng)過(guò)組織檢修部門迅速維修管道，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行后，pH 逐漸恢復(fù)到預(yù)期目標(biāo)值（圖2）；中控大屏顯示效果：在我廠中控室設(shè)置了智能化中控大屏，屏幕上滾動(dòng)實(shí)時(shí)顯示各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)各加藥泵的啟停狀況，中控室可直接實(shí)時(shí)監(jiān)控水質(zhì)運(yùn)行情況，異常情況及時(shí)報(bào)警。

圖2 pH 值異常情況顯示圖

2.4 運(yùn)行小結(jié)

在大部分的時(shí)間里，循環(huán)水的濃縮倍率都在5倍以上運(yùn)行（根據(jù)氯離子來(lái)計(jì)算）；循環(huán)水的鈣硬度、總硬度、氯離子長(zhǎng)期超指標(biāo)運(yùn)行。在水云蹤協(xié)助控制、管理下，在濃縮倍率波動(dòng)較大甚至超標(biāo)時(shí)仍能保持藥劑濃度和pH 值的穩(wěn)定，且根據(jù)計(jì)算氯比-鈣比數(shù)值＜0.2，水質(zhì)穩(wěn)定無(wú)結(jié)垢和腐蝕風(fēng)險(xiǎn)[3-4]。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠遠(yuǎn)程傳輸，可幫助及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問題，可有效避免事故損失，使水處理管理更加精準(zhǔn)化。硫酸、阻垢緩蝕劑加藥都可自動(dòng)控制，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)加藥更精準(zhǔn)，控制pH 的區(qū)間范圍更小，后臺(tái)可自動(dòng)出具總結(jié)報(bào)告，報(bào)告更具客觀性，能得到藥劑廠家和終端用戶之間的認(rèn)可。

經(jīng)濟(jì)性分析：使用水云蹤后pH 值波動(dòng)小，總體pH 值比原來(lái)更穩(wěn)定。未安裝設(shè)備前，單臺(tái)機(jī)組硫酸用量約2.7噸/天、阻垢劑用量150千克/天，安裝后硫酸消耗約2.3噸/天，阻垢劑減少到135千克/天，使用水云蹤后對(duì)循環(huán)水指標(biāo)精確監(jiān)控，合理排污，在設(shè)備安全運(yùn)行的情況節(jié)約大量水資源，為企業(yè)和社會(huì)帶來(lái)了一定效益[5-6]。

原有運(yùn)行模式與采用“水云蹤”系統(tǒng)下項(xiàng)目對(duì)比如下。

硫酸投加：每小時(shí)分析一次pH 和氯離子，調(diào)整加酸泵的頻率，調(diào)節(jié)加酸量。pH 波動(dòng)范圍8.2～8.6/在線連續(xù)監(jiān)測(cè)，根據(jù)設(shè)備顯示數(shù)據(jù)，自動(dòng)啟停加酸泵，pH 波動(dòng)范圍±0.05；阻垢緩蝕劑投加：每天定量投加（每天150kg），每天計(jì)算一次補(bǔ)排水量進(jìn)行藥劑投加。現(xiàn)場(chǎng)不檢測(cè)藥劑濃度/根據(jù)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，自動(dòng)啟停加藥泵，在線顯示藥劑濃度。合理投加藥劑，每天能節(jié)省5～10千克阻垢緩蝕劑，硫酸300～400千克。

指標(biāo)檢測(cè)：每周一檢測(cè)一次全指標(biāo)/設(shè)備終端3秒一次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，手機(jī)端1分鐘更新一次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，電腦端1分鐘更新一次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)傳輸：填寫檢測(cè)報(bào)表/給相關(guān)人員權(quán)限，隨時(shí)可在手機(jī)端和電腦端查看數(shù)據(jù)。后臺(tái)可無(wú)限次下載10年內(nèi)數(shù)據(jù)；報(bào)警提示：有異常需要逐級(jí)匯報(bào)/有異常情況，系統(tǒng)報(bào)警提醒，直接在手機(jī)端和電腦端進(jìn)行提示，有權(quán)限的人都可看到；系統(tǒng)排污：每小時(shí)檢測(cè)一次氯離子，計(jì)算濃縮倍率，調(diào)整補(bǔ)排水量/可在排污管上鏈接自動(dòng)排污閥，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)排污，可大量節(jié)約水資源。

3 結(jié)語(yǔ)

水云蹤系列自動(dòng)加藥系統(tǒng)采用美國(guó)先進(jìn)傳感器技術(shù)，通過(guò)測(cè)定熒光技術(shù)每3秒鐘一次檢測(cè)水中的熒光型藥劑濃度，并由智能控制器自動(dòng)調(diào)整，保持系統(tǒng)中合理的阻垢劑的濃度。實(shí)現(xiàn)了反饋閉環(huán)控制，使得系統(tǒng)藥劑濃度始終在控制目標(biāo)附近較小的范圍。這徹底解決了無(wú)膦配方方案下藥劑濃度的檢測(cè)和控制難題。即使是含膦配方的加藥方案，同樣可采用熒光檢測(cè)的技術(shù)路線，穩(wěn)定可靠地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加藥。綜上所述，水云蹤公司“在線監(jiān)控”系統(tǒng)運(yùn)行性能穩(wěn)定、可靠，長(zhǎng)期運(yùn)行能夠確保循環(huán)水系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行，并能夠帶來(lái)很好的經(jīng)濟(jì)效益。能夠確保循環(huán)水系統(tǒng)在高濃縮倍率下安全穩(wěn)定運(yùn)行。