崔仲卿,趙雪峰
(國家能源集團蚌埠發(fā)電有限公司,安徽蚌埠 233000)
火電廠作為工業(yè)用水大戶,占全部工業(yè)用水量的40%以上[1],而其循環(huán)冷卻水用量占全廠用水量的70%以上。為全面貫徹國務院2015年頒布的《水污染防治行動計劃》(簡稱“水十條”)政策要求,全國各大用水企業(yè)在水務技術和管理上深度挖掘,循環(huán)水深度處理技術不斷翻新,包括旁流石灰軟化處理[2]、排污水至脫硫和輸煤噴淋,以及通過加酸、提高阻垢劑和殺菌劑投加量來提高濃縮倍率等手段實現(xiàn)循環(huán)水的零排放。然而,在實際工程應用中,循環(huán)水在減排回收過程中出現(xiàn)冷卻系統(tǒng)嚴重結垢甚至堵塞的現(xiàn)象,究其原因,和水質(zhì)極限控制、技術不成熟、管理不到位有著密切的聯(lián)系。本文以阻垢劑為切入點,對其自動化管理及控制[3-4]進行研究。
目前,國內(nèi)循環(huán)水處理主要依靠投加藥劑來確保水質(zhì)穩(wěn)定[5]。緩蝕阻垢劑是緩解換熱設備結垢腐蝕的重要藥劑。阻垢劑的投加方式和監(jiān)督直接關系到其在循環(huán)水中的阻垢緩蝕效果[6],是全國各企業(yè)出現(xiàn)循壞水冷卻設備發(fā)生結垢和腐蝕后最易忽略的一個因素。本文根據(jù)工程實際,對循環(huán)水阻垢劑的配置和投加方式進行研究和改造,在某電廠率先實現(xiàn)循環(huán)水阻垢劑的自動配置和投加,為相關工程的設計和改造提供借鑒。
某電廠循環(huán)水阻垢劑投加技術及管理流程和投加系統(tǒng)如圖1和圖2所示。
圖1 阻垢劑投加技術和管理流程分析Fig.1 Analysis of Scale Inhibitor Dosing Technology and Management Process
注:1-爬梯;2-人孔;3-加水手動閥門;4-排污一次閥;5-排污二次閥;6-出口閥圖2 原循環(huán)水阻垢劑加藥系統(tǒng)Flg.2 Scale Inhibitor Dosing System of Original Circulating Water
由圖1和圖2可知,循環(huán)水阻垢劑投加在現(xiàn)代化企業(yè)管理體系中存在3個失控現(xiàn)象。
(1)驗收管理失控。各大火電廠在逐漸縮減人員的同時,發(fā)生技術替代。藥品進廠后,顯然無法100%保證每桶藥品符合標準,也無法保證每桶藥品的質(zhì)量。
(2)配藥管理失控。人的不確定因素導致在安全上和技術上,存在人員的安全風險和所配藥品濃度的不穩(wěn)定。在配藥時,人工通過爬梯,將25 kg桶裝阻垢劑原液提到阻垢劑溶藥箱頂部,從溶藥箱人孔倒入,按照一定比例進行配比。阻垢劑每次配置時需30桶,人工勞動強度大。藥品配置比例受桶裝容量、初始液位和配藥桶數(shù)的影響,同時若人員責任心差則存在溶藥箱被抽空或只加水不加藥的情況,給循環(huán)水運行帶來了潛在的安全隱患。
(3)投加失控。計量泵長期運行中,既無液位聯(lián)鎖,又不能遠程監(jiān)控,藥品投多投少只憑經(jīng)驗,無法準確地定量投加,投加過程不能實時監(jiān)控和調(diào)整,循環(huán)水在較高濃縮倍率的情況下使換熱設備結垢。
為解決上述問題,實現(xiàn)阻垢劑自動配置和投加,釋放人力,實現(xiàn)阻垢劑精確定量投加和精細化管理,在技術上,從3個方面進行設計。
(1)改變供貨方式:將25 kg桶裝改為槽車或噸桶供應,阻垢劑進廠驗貨化驗,實現(xiàn)全覆蓋。
(2)增加阻垢劑儲存容器:根據(jù)實際供貨量,確定最終儲罐容積。
(3)實現(xiàn)儲罐到溶藥箱的自動進藥和進水配比。
根據(jù)上述設計思路,設計阻垢劑自動配置和投加系統(tǒng)如圖3所示。
注:1-爬梯;2-人孔;3-加水電動閥門;4-排污一次閥;5-排污二次閥;6-出口閥;7-計量箱進藥閥;8-阻垢劑儲罐進藥閥;9-阻垢劑儲罐;10-日阻垢劑出口一次手動閥;11-阻垢劑出口手動二次閥;12-阻垢劑計量箱進藥電動閥;13-超聲波遠傳液位計;14-磁翻板遠傳液位計圖3 阻垢劑自動配置和投加系統(tǒng)Fig.3 Automatic Configuration and Dosing System of Scale Inhibitor
該系統(tǒng)包括阻垢劑存儲系統(tǒng)、阻垢劑配藥系統(tǒng)、阻垢劑投加系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)。存儲系統(tǒng)由高位儲罐、卸藥泵、液位計和相關管道閥門組成;配藥系統(tǒng)由溶藥箱、稀釋水進水電動閥、進藥電動閥、超聲波液位計及相關管道閥門組成;投加系統(tǒng)由計量泵及相關閥門管道組成;電氣控制系統(tǒng)由卸藥泵、計量泵、電動閥門等動力電源和控制電源、變頻器組成。
2.2.1 阻垢劑存儲系統(tǒng)
阻垢劑儲罐設計高位儲罐,配置遠傳液位計,用于監(jiān)視當前儲存量。儲罐底部高于溶藥箱底部50~60 cm,利用儲罐高位落差,在溶藥箱液位較低時進藥。阻垢劑進廠后,通過卸藥泵將阻垢劑原液輸送至高位儲罐,每次供貨量為10~15 t。
2.2.2 阻垢劑自動配藥系統(tǒng)
溶藥箱配置遠傳液位計,通過DCS邏輯判斷并執(zhí)行自動配藥,配藥邏輯如圖4所示。
圖4 自動配藥邏輯Fig.4 Logic of Automatic Dispensing
為防止配藥中斷或溶藥箱外溢,DCS設置液位低低和液位高高彈窗報警和保護。
2.2.3 阻垢劑自動投加系統(tǒng)
阻垢劑計量泵變頻控制,可在DCS遠程啟停,并實時通過頻率控制計量泵輸出藥量。頻率的控制根據(jù)循環(huán)水TP,進行微調(diào)。
(1)阻垢劑進廠驗收:透明噸桶或槽車到貨后,現(xiàn)場物理狀態(tài)驗收顯而易見。取樣化驗代表性強,對供應商具有較強的威懾力,阻垢劑質(zhì)量能夠得到控制。
(2)自動投加性能:根據(jù)自動配藥邏輯,DCS系統(tǒng)PID控制器自動液位跟蹤,并及時準確地控制就地電動閥門,阻垢劑配置規(guī)律穩(wěn)定,從儲罐和溶藥箱液位可直觀判斷,如圖5所示。
圖5 阻垢劑溶藥箱和高位儲罐液位趨勢Tig.5 Level Trend of Scale Inhibitor Dissolving Tank and High Level Tank
由圖5可知,系統(tǒng)自動運行后,阻垢劑用量連續(xù)穩(wěn)定,每天投加量恒定,每次配藥量恒定,實現(xiàn)了阻垢的精準投加和配置。
(3)循環(huán)水水質(zhì)穩(wěn)定情況:從循環(huán)水水質(zhì)分析來看,水質(zhì)分析如表1和表2所示。
表1 改造前3號機組循環(huán)水水質(zhì)分析Tab.1 Analysis of Circulating Water Quality of Unit 3 before Reconstruction
表2 改造后3號機組循環(huán)水水質(zhì)分析Tab.2 Analysis of Circulating Water Quality of Unit 3 after Reconstruction
根據(jù)循環(huán)水補水和塔池內(nèi)TP數(shù)據(jù)分析, 2019年,循環(huán)水TP濃度的高低起伏,與人工配藥濃度的不一致有著密切的聯(lián)系。阻垢劑時而投加過量,時而只加水不加藥,從技術上,均不能保證循環(huán)水的正常運行。相比之下,2020年2月,3/4號機組循環(huán)水阻垢劑自動投加系統(tǒng)投運后,連續(xù)4個月,測得水中的TP穩(wěn)定。說明,自動控制下的阻垢劑投加量穩(wěn)定。
(4)循環(huán)水補水量與阻垢劑投加量分析
從阻垢劑投加量和淮河取水量進一步分析,由于電廠循環(huán)冷卻水用量占全廠用水量的70%以上,認為循環(huán)水補水量直接影響取水量的大小。2019年,阻垢劑投加不成比例,2020年,2月之后,阻垢劑的投加與總水量一致,如圖6、圖7所示。
圖6 2019年阻垢劑投加與循環(huán)水補水關系Fig.6 Relationship between Scale Inhibitor Dosing and Circulating Water Replenishment in 2019
圖7 2020年阻垢劑投加與循環(huán)水補水關系Fig.7 Relationship between Scale Inhibitor Dosing and Circulating Water Replenishment in 2020
阻垢劑是否均勻穩(wěn)定地投加直接關系到凝汽器是否能夠處在較好的運行工況。2020年2月自動投加系統(tǒng)投運后,凝汽器換熱系統(tǒng)冷卻部位清潔干凈,說明阻垢劑自動投加后效果明顯。圖8、圖9為4號機凝汽器回水側5個月前后的照片。
圖9 2020年5月4號機凝汽器回水側Fig.9 Return Water Side of Condenser of Unit 4 in May 2020
凝汽器鋼管保持清潔運行,跟循環(huán)水其他指標的嚴格控制密不可分。但是,根據(jù)循環(huán)水動態(tài)模擬試驗,阻垢劑投加不正常,很難保證凝汽器鋼管連續(xù)5個月的運行仍然能夠保持上述清潔。如此,阻垢劑從技術改造到技術管理的改進后,循環(huán)水換熱設備結垢速率得到有效的緩解。
(1)阻垢劑自動投加系統(tǒng)的投入,大大提高了循環(huán)水的運行可靠性,大大減少了人力,提高了阻垢劑的驗收質(zhì)量。阻垢劑的供貨、配置和投加變得可控,數(shù)據(jù)量化,投加精準。
(2)阻垢劑配藥濃度由定性估算變?yōu)槎孔詣优渲?,實現(xiàn)了人工手動向自動化控制的轉變。
(3)自動配藥投加系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,可確保循環(huán)水在阻垢劑投加方面做到精準投加,進而確保循環(huán)水水質(zhì)指標穩(wěn)定,提高凝汽器安全運行系數(shù)。
(4)循環(huán)水處理方面,配合殺菌和深度處理,大大提高了循環(huán)水的濃縮倍率,在節(jié)約水資源和環(huán)保排放方面,取得了巨大的成效。