【凝结水处理】火电机组化水精处理系统实现智能化方法探讨
摘要：本文介绍了火电机组化学水精处理升级改造流程，对现有设备及控制逻辑进行诊断，优化阴阳树脂配比；利用智能摄像机及相关工控机及识别软件辅助优化精处理树脂智能再生技术，最终实现无人值守精处理树脂再生，提高产水能力，降低酸碱消耗，减少废水排放。应用结果表明，升级后的精处理树脂智能再生运行及控制模式稳定，可使精处理混床产水量提高40%以上，减少操作人员工作量，高效节能减排。
关键词：阴阳树脂配比；智能再生摄像机；无人值守；节能减排
0 前言
随着国家信息化和工业化深度融合政策的实施，在节能降耗减排政策的推动下，新型数字化电厂、智能化电厂建设是发电企业的发展趋势。凝结水精处理系统是电厂水汽循环过程中不可缺少的环节，其作用是去除凝结水中的杂质和离子，以获得更加纯净的锅炉给水。为了减少我公司化学水精处理系统的人工干预、提高产水能力、减少废水排放，我们对现有的化学水精处理系统进行了升级改造，改为智能再生运行及控制模式。
1精加工体系介绍
我公司二期为2*630MW机组，凝结水精处理系统以单元制接入热力系统，由两台混床机组、一台再生单元、一台辅助单元组成。每台混床机组配置两台预过滤器、三台φ3000混床。混床阴阳树脂按体积比1:1装填，单台阴阳树脂容积为3.9m3。高速混床按H+/OH型运行设计，系统水处理量为1277.9m3/h。正常运行条件下，两台高速混床运行可满足单台机组100%凝结水量的处理。 两套混床单元共用一套再生单元（包括分离池、阳离子再生池、阴离子再生池、废水树脂捕捉器等）及辅助单元（包括冲洗水泵、罗茨风机、酸碱计量泵、电加热槽等），再生方式采用高塔分离法体外再生技术。
目前我公司混床采用加氢运行方式，单台混床循环产水量约9万吨，在双机高负荷情况下，每周需再生2次，主要问题是：混床循环产水量低，树脂界面不够清晰，需人工检查；再生频繁，废水排放量大，不利于装置长期安全、经济、环保运行。
2.精细化处理系统改造升级
我公司凝结水精处理系统的升级改造具体分为：精处理系统现有运行诊断、精处理树脂智能再生技术优化、精处理再生设备升级改造及树脂配比调整后运行方式优化。
2.1 精细化治疗系统运行诊断
对我公司精处理再生系统设备、树脂性能、再生参数、出水水质、程控步骤、酸碱质量等进行了逐项检查，查找了运行中存在的主要问题。
连续跟踪凝结水泵出水水质、单台混床出水水质，查看现场水质监测报告，对再生系统树脂的分离效果、输送效果、洗涤效果、树脂再生程度、树脂交换容量、循环产水量、氢型运行状况、氨化操作转换期、酸碱再生浓度、再生时间、再生方式、再生终点等进行检查诊断，判断精处理系统的运行水平及改进空间。
2.1.1 凝结水自动加氨优化
由于凝结水中的主要离子为加入以提高pH值的氨，氨的质量浓度一般为0.5~1.0mg/L，而氯离子、钠离子等其它离子的质量浓度则在1μg/L以下，二者质量浓度相差数千倍。因此，高混床周期产水量主要取决于加入的氨量，也就是pH值，因此拟先对锅炉给水氨自动控制系统进行优化。
我公司锅炉给水氨水自动控制系统以国电智深DCS控制系统为基础，经与高层运行人员沟通，采集不同负荷段手动操作对应的变频器输出值，配置主给水流量、凝结水流量作为前馈因子，二者占比为1:1（若凝结水流量波动较大，可减小其前馈权重）。对氨泵变频器最大贡献为25Hz，占总输出的50%，进行前馈调节。采用PID控制器完成精细调节，并加入异常参数超限冗余误差机制，以锅炉给水氨水添加自动控制和给水电导率、pH值的无差调节为最终目标。实际运行参数表明，优化后的氨水添加自动控制系统满足操作规程要求，避免氨水超标，大大减少运行人员人工干预，简单可靠，效果显著。 自动控制优化前后（18小时，包括机组负荷增加和减少）的曲线如下图1所示。
1---红线-除氧器入口样水电导率
2---绿色/蓝色—氨泵变频指示/反馈
3---黄色--冷凝水流
4---浅红色—水流量（本文其他曲线同）
图1 锅炉给水加氨系统优化前后相关参数历史趋势
2.1.2精处理及再生系统主要阀门严密性控制
取样的阳树脂含有大量阴树脂，发现阴树脂输送至阳塔冲洗时，在关闭所有阀门的情况下，阴树脂进入分离塔。现场观察发现，所有阀门均已关闭，同时阴塔出脂口冒出大量气泡，怀疑阴树脂出脂门、分离塔进脂门、排液门漏水，处理有效。
2.2精制树脂智能再生系统
为了提高树脂体外投放的准确性，增设了以图像智能识别技术为核心的精处理混床智能控制中心，对精处理每组树脂的总量、树脂投放过程、树脂再生状态等进行自动识别和控制，使得每组树脂的用量均匀，且精处理再生过程可现场无人化进行，只需在盘操作即可。
2.2.1智能识别设备在精细处理及再生系统中的应用流程
1）根据树脂再生系统现场情况，分析智能相机的安装位置、智能相机的数据传输形式；
2）在精加工再生系统中安装7个工业相机和一台工控机，并对相机进行离线调试，使相机图像清晰；
3）摄像机采集的数据通过图像识别软件进行分析，并将分析结果以开关量信号的形式传输给DCS控制系统；
4）再生过程中调试智能再生设备，确保树脂界面识别率达到100%。
2.2.2 精处理树脂再生程序控制优化
对原有程序控制进行优化，将智能相机采集的图像信息转化为开关信号纳入再生程序控制，主要优化步骤如下：
1）分离塔树脂第一次分离后，原来的逻辑是先输送阴树脂，再进行二次分离，最后输送阳树脂；优化为：分离塔树脂第一次分离后，先输送阳树脂，后输送阴树脂，然后选择二次分离，输送阳树脂；
2）分离塔树脂二次分离为可选操作，增加了选择按钮，操作人员可根据实际情况决定是否进行树脂二次分离，以上两步可有效省去树脂二次分离步骤，节约用水；
3）优化部分阀门动作，将阳树脂输送动力由采用水压（打开分离塔顶部排水门）改为采用大气压（打开分离塔排气门），不仅使树脂输送稳定，而且防止了阳树脂和阳树脂紊乱的情况，节省了除盐水的耗水量；
4）用摄像机及图像识别软件取代阴、阳树脂再生洗涤步骤中的满水开关，使每次循环洗涤时阴、阳塔内的水位只充满到摄像机识别位置。这样既节省了除盐水，又避免了满水过程中阴树脂从排气阀处漏水。
2.3 精处理及再生设备升级
2.3.1 阴、阳树脂配比的调整
对目前我公司精处理系统运行方式进行诊断，将阴阳树脂配比由目前的1：1调整为2：3，树脂总量不变，共计添加约5.5m3与原树脂同品牌、同型号的阳树脂，对双机中的7组树脂进行复活，并对调整配比后的7组树脂进行交换容量、最大产量、树脂处理效果等检测。
2.3.2再生系统正塔中排改造
对再生系统阳塔中排进行更换，由原侧进水改为中进水，提高中排位置以适应树脂配比的调整，经安装试水后，中排布水均匀。
2.4 实施注意事项
1）树脂不能露天存放，存放地点温度应在5-30℃范围内，存放期间应保持湿润；
2）灌注树脂前必须对设备内部所有装置进行现场详细检查，主要包括水帽的安装、橡胶衬层间隙的检查；
3）中压设备（高速混床）严禁不经过升压过程直接从低压过渡到中压，以防止损坏设备内部零件及布水装置；
4）系统超温、超压差报警及联锁动作必须正确，防止发生误动作或拒绝动作，造成设备损坏或停机；
5）严密监视树脂捕集器的运行情况（正常情况下压差≤0.1MPa），防止细粉碎的树脂泄漏到供水和其他热力系统中；
6)精处理及再生时，必须保证阴、阳树脂完全分离，防止再生过程中的交叉污染。
3.效果评估
现场运行优化升级后，对项目实施目标进行逐一验证评估，对改造前后混床循环产水量、混床出水水质、混床运行终点判断、酸碱消耗、除盐水消耗、废水削减量、树脂再生程度、分离程度、智能再生设备识别率、各混床树脂均匀性、树脂输送效果等进行检查对比，综合评价改造后的效果。
1）通过二期精处理优化升级改造前一年3A、3B、4A、4B四座混床的平均值（剔除异常低值）与改造后数据对比，根据进水水质可知，改造后产水量可提高40%以上。如下图2所示。
1---蓝色—升级前的混床产水量
2---绿色—混床升级改造后产水量
图2 混床产水升级前后产水数据
1）通过优化精处理再生系统程序控制，调节再生流量、冲水时间等，减少树脂再生耗水量约100吨/次，节碱0.3吨/次，节酸0.2吨/次；
2）每年节省除盐水约3.7万吨，每年减少原水使用量约6万吨；
3）每年节省碱120吨以上，每年节省盐酸35吨以上，每年减少固体盐排放量约85吨；
4）每年减少耗电量▪h，延长树脂寿命3-4年。
4。结论
凝结水精处理系统是机组除盐水的主要用户，高混床再生过程中产生的酸碱废水也是高盐废水的重要来源。本次升级改造，通过对现有精处理系统的运行诊断、精处理树脂智能再生技术的优化、精处理再生设备的升级改造、树脂配比的调整及运行方式的优化，利用智能再生摄像机及相关工控机及识别软件辅助精处理树脂智能再生技术的优化，可明显提高凝结水设备循环产水量，降低水耗，大幅度节约除盐水及新鲜水，减少废水排放量及酸碱使用量，每年增加效益约30万元，可大幅度降低后期废水零排放工程的造价及运行费用。 该项目的成功实施，无论在推动电厂智能化方面，还是在设备安全性、经济性方面都取得了良好的效果，可在各类火电项目中复制推广。
参考：
[1]田文华.凝结水精处理系统节水减排降耗关键技术,火力发电,2019.04