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。

1 現(xiàn)行循環(huán)水阻垢劑的投加現(xiàn)狀

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。

2 新型阻垢劑自動配藥和投加設計

2.1 結構設計

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 工作原理

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)。

3 新型阻垢劑自動配藥和投加系統(tǒng)投運后的效果評價

(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。

4 結論

(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。