程蓓 李新 陳成進(jìn)

(1.安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 自動化系，合肥230051;2.浙江天煌科技實(shí)業(yè)有限公司，浙江 杭州310030)

0 引言

“凝結(jié)水精處理模擬控制實(shí)訓(xùn)裝置”為中央財(cái)政支持的職業(yè)教育實(shí)訓(xùn)基地項(xiàng)目(能源與環(huán)保實(shí)訓(xùn)基地)中的建設(shè)子項(xiàng)目。該實(shí)訓(xùn)裝置立足能源綜合利用與環(huán)境保護(hù)，本著“推進(jìn)職業(yè)教育教學(xué)改革，樹立為社會開放培訓(xùn)服務(wù)的觀念”，建成后能夠?qū)嵤┕W(xué)結(jié)合、做學(xué)一體的教學(xué)模式。為集教學(xué)、培訓(xùn)、職業(yè)技能鑒定和技術(shù)服務(wù)為一體的職業(yè)教育實(shí)訓(xùn)平臺。該實(shí)訓(xùn)裝置以600MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組的凝結(jié)水精處理系統(tǒng)為模擬對象，建立系統(tǒng)的物理模型，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的全自動化控制。實(shí)訓(xùn)裝置主要實(shí)現(xiàn)順控、保護(hù)、連鎖、報(bào)警功能，同時結(jié)合自動檢測、CRT顯示、計(jì)算機(jī)控制、組態(tài)控制、網(wǎng)絡(luò)通信、現(xiàn)場總線等多種自動化技術(shù)，運(yùn)用微型機(jī)、PLC等控制設(shè)備，使該裝置能做到一套實(shí)訓(xùn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)多種功能、多種用途。［1］

1 實(shí)訓(xùn)裝置組成

大容量、高參數(shù)的火力發(fā)電廠中均設(shè)置凝結(jié)水精處理系統(tǒng)，凝結(jié)水最終是送入電廠鍋爐受熱面管道中的，其水質(zhì)將直接影響給水質(zhì)量。為了機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，防止受熱面和汽輪機(jī)腐蝕結(jié)垢，必須對凝結(jié)水進(jìn)行精處理，除去金屬腐蝕產(chǎn)物及凝汽器泄漏所帶入的雜質(zhì)。［2］

本凝結(jié)水精處理系統(tǒng)模型系根據(jù)國產(chǎn)600MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組的凝結(jié)水精處理實(shí)際系統(tǒng)簡化研制。實(shí)訓(xùn)裝置由1臺前置過濾器和2臺100%高速混床組成。過濾器和混床為串聯(lián)布置。

(1)前置過濾器

采用管式微孔過濾器作為前置過濾器，型號:ZF-3芯20英寸，過濾器材質(zhì)為不銹鋼304。內(nèi)裝3支20英寸1微米精度的聚丙烯折疊式濾芯。水由每個濾元外部進(jìn)入，由濾元中心的多孔管中流出，雜質(zhì)被截留在濾元表面。過濾器設(shè)備頂部裝設(shè)排氣閥，過濾器端蓋和筒體采用法蘭連接方式，可方便濾元拆卸與更換。過濾器管路設(shè)置反沖洗進(jìn)出口。

正常運(yùn)行時，凝結(jié)水經(jīng)過凝結(jié)水泵進(jìn)入精處理系統(tǒng)。首先通過過濾器的過濾作用除去熱力系統(tǒng)中鐵、銅等金屬物質(zhì)，管道中殘留的焊渣、泥沙等機(jī)械雜質(zhì)和懸浮物，另外除去了粒徑較大的物質(zhì)，延長了樹脂運(yùn)行周期和使用壽命。

前置過濾器系統(tǒng)設(shè)一個100%旁路。當(dāng)前置過濾器發(fā)生壓降過高，表明截留了大量固體時，該前置過濾器退出運(yùn)行，凝結(jié)水經(jīng)旁路通行。過濾器用反洗水泵進(jìn)行反洗。

(2)混床

本裝置中設(shè)計(jì)2臺不銹鋼圓柱形混床。進(jìn)水裝置設(shè)計(jì)為頂部不銹鋼板加不銹鋼繞絲水帽。水從混床上部進(jìn)入床體，通過樹脂后從下部出水裝置流出。出水裝置設(shè)計(jì)為蝶形板加不銹鋼繞絲水帽，整個出水裝置采用316不銹鋼板制作?；齑驳某鲋孜挥诨齑驳淖畹撞??；齑采习惭b有觀察窗?；齑捕松w和筒體也采用法蘭連接方式，可方便樹脂的更換。

混床內(nèi)裝有強(qiáng)酸陽樹脂和強(qiáng)堿陰樹脂的混合樹脂層，陰、陽樹脂均采用均粒凝膠型樹脂。主要作用是除去凝結(jié)水中的溶解鹽類物質(zhì)(即各種陰、陽離子)，另外還可以除去前置過濾器漏出的懸浮物和膠體等雜質(zhì)。

離子交換樹脂是用化學(xué)合成方法制成的有機(jī)高分子化合物，分子中含有活性基團(tuán)，能與水中離子發(fā)生交換作用，以達(dá)到除鹽目的，以R-H、R-OH分別表示陽、陰樹脂，其原理如下:

2臺混床1臺運(yùn)行，1臺備用，當(dāng)某一臺混床出水不合格或壓差過大時，將啟動另一臺混床并進(jìn)行再循環(huán)運(yùn)行直至出水合格并入系統(tǒng)。此時，將失效的混床解列。混床系統(tǒng)設(shè)一個100%自動旁路，當(dāng)凝結(jié)水溫度超過55℃或系統(tǒng)壓差大于一定值時自動打開，并關(guān)閉混床系統(tǒng)進(jìn)出水母管總閥門。

(3)輔助設(shè)備

本實(shí)訓(xùn)裝置框架選用不銹鋼材料制作，結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀。設(shè)置儲水箱和反沖洗水箱，均由不銹鋼板制成，堅(jiān)實(shí)耐用，不易生銹。水箱容積根據(jù)水流量 1t/h，能持續(xù)運(yùn)行1小時設(shè)計(jì)。為節(jié)約水資源，正常運(yùn)行時處理后的水進(jìn)儲水箱。

本設(shè)備的水泵共有2臺，分別模擬凝結(jié)水泵和反沖洗水泵，均采用不銹鋼立式多級離心泵，泵揚(yáng)程分別為51m和32m。

整個精處理系統(tǒng)設(shè)一個100%大旁路及隔離閥，自動旁路閥再設(shè)有手動檢修旁流閥。3級旁路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提高了系統(tǒng)的運(yùn)行靈活性，方便設(shè)備故障處理。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 控制系統(tǒng)組成

本凝結(jié)水精處理控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為DCS控制系統(tǒng)分級體系。底層為現(xiàn)場設(shè)備級，中間為控制級，上層為中心管理級。上層監(jiān)控系統(tǒng)配有工程師站和操作員站，工程師站安裝有WINCC組態(tài)軟件，現(xiàn)場控制級設(shè)有PLC控制子站。通過以太網(wǎng)將分布在工業(yè)現(xiàn)場附近的控制站和控制中心的操作員站及工程師站連接起來，完成對現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的分散控制和集中操作管理。PLC為遠(yuǎn)程I/O結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)程ET200模塊與PLC之間通過Profibus-DP現(xiàn)場總線連接，遠(yuǎn)程I/O站控制凝結(jié)水精處理裝置。見圖1。［3］

系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制柜，上置大功率排風(fēng)扇，下有防水進(jìn)風(fēng)凹槽，前置高強(qiáng)度透明玻璃，其整體做前門，在不用打開柜門的情況下即可觀看整柜儀表運(yùn)行情況，前后門均加工業(yè)控制柜專業(yè)用鎖，整柜體內(nèi)外全噴塑防觸電結(jié)構(gòu)，另有接地裝置，控制系統(tǒng)在控制柜中分層擺掛，前置大面板裝有各種標(biāo)準(zhǔn)件及控制儀表模塊等。供三相四線～380V、單相～220V電源，總電源由三相四線空氣開關(guān)控制，電網(wǎng)電壓由指針式交流電壓表監(jiān)視。設(shè)有漏電保護(hù)空氣開關(guān)，安全性符合國際標(biāo)準(zhǔn)。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用西門子SIMATIC S7-300系列PLC控制系統(tǒng)。凝結(jié)水處理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)程序控制、CRT手動操作、就地操作等功能。采用上位計(jì)算機(jī)+PLC的控制方式，PLC為遠(yuǎn)程I/O結(jié)構(gòu)。在控制室通過CRT(19″大屏幕CRT，分辨率1024*768)畫面上的模擬圖、自動/手動切換開關(guān)以及閥門的啟動/停止按鈕實(shí)現(xiàn)對整個工藝系統(tǒng)的監(jiān)視和控制。在就地控制柜通過按鈕和開關(guān)實(shí)現(xiàn)自動/手動切換以及閥門的開/關(guān)，實(shí)現(xiàn)對整個工藝系統(tǒng)的監(jiān)視和控制。本套控制系統(tǒng)下位機(jī)編程軟件采用SIEMENS公司的下位編程軟件STEP 7。上位機(jī)監(jiān)控軟件采用SIEMENS公司的上位監(jiān)控組態(tài)軟件SIMATIC WINCC。上位機(jī)監(jiān)控軟件以Windows XP作為操作系統(tǒng)，主要由應(yīng)用開發(fā)環(huán)境和實(shí)時運(yùn)行環(huán)境構(gòu)成，系統(tǒng)的監(jiān)視和控制提供的人機(jī)界面友好，具有報(bào)警、顯示、記錄和打印功能，以及實(shí)時和歷史趨勢曲線。［4］

為了便于監(jiān)視運(yùn)行工況，在就地安裝指示儀表，并將信號送到CRT上顯示。包括電導(dǎo)率分析儀表，熱電阻溫度計(jì)，智能壓力變送器，渦輪流量變送器。溫度、壓力、差壓、液位開關(guān)向PLC提供數(shù)字量信息，并連接到報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)這些量偏離設(shè)定值時發(fā)出報(bào)警信號。

4 順序功能圖

順序功能流程圖語言是為了滿足順序邏輯控制而設(shè)計(jì)的編程語言。編程時將順序流程動作的過程分成步和轉(zhuǎn)換條件，根據(jù)轉(zhuǎn)移條件對控制系統(tǒng)的功能流程順序進(jìn)行分配，一步一步的按照順序動作。每一步代表一個控制功能任務(wù)，用方框表示。這種編程語言使程序結(jié)構(gòu)清晰，易于閱讀及維護(hù)，大大減輕編程的工作量，縮短編程和調(diào)試時間。用于系統(tǒng)的規(guī)模校大，程序關(guān)系較復(fù)雜的場合。IEC組織(國際電工委員會)將順序功能流程編程語言列為首選語言。本凝結(jié)水模擬控制系統(tǒng)運(yùn)行順序功能圖如圖2所示。

5 結(jié)束語

“凝結(jié)水精處理模擬控制實(shí)訓(xùn)裝置”是模擬600MW國產(chǎn)超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組的凝結(jié)水精處理系統(tǒng)而自主研發(fā)的，是與電廠實(shí)際系統(tǒng)控制方式一致的實(shí)訓(xùn)裝置。可滿足各大院校所開設(shè)的自動化類課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)的需要。該裝置現(xiàn)已投入教學(xué)運(yùn)行，效果優(yōu)良，值得推廣。

［1］朱凌云，林琳.基于WINCC的PLC控制系統(tǒng)仿真平臺設(shè)計(jì)［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，29(5):49-53.

［2］徐銳，田繼紅.不同類型的凝結(jié)水處理混床之運(yùn)行比較［J］.江西電力，2000，24(2):11-13.

［3］任波，喬莉，李環(huán).現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用［M］.北京:航空工業(yè)出版社，2008:2-12.

［4］沈麗娥，吳亦鋒，張麗萍.基于PLC和FCS的濕法煙氣脫硫吸收塔監(jiān)控系統(tǒng)研究福州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)［J］.2011，39(1):77-81.

圖2 凝結(jié)水控制系統(tǒng)運(yùn)行順序功能圖