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米頓羅計(jì)量泵加藥—各種加藥計(jì)算
發(fā)布時間：2022-12-17
1. 濃聯(lián)氨的需用量的計(jì)算：
N2H4= c*d*v*1000/w (kg)
式中：c——欲配溶液的百分比濃度
d——所配制溶液的比重（稀聯(lián)氨溶液可取1.0g/m3）
v——所配稀聯(lián)氨溶液體積m3
w——濃聯(lián)氨的百分比 濃度（一般為40%）
2.一般是程序控制,連續(xù)加入.
1. 氫氧化鈉和碳酸鈉加藥量的計(jì)算
(1) 空鍋上水時給水所需加堿量
X1=(YD-JD +JD+ JDGMV
式中 :X1 一一空鍋上水時 , 需加 NaOH 或 Na2C03 的量 ,g;
YD 一一給水總硬度 ,mmol/L;
JD 一一給水總堿度 ,mmol/L;
JDG 一一鍋水需維持的堿度 ,mmol/L;
V 一一鍋爐水容量 ,m3;
M 一一堿性藥劑摩爾質(zhì)量 ; 用 NaOH 為 40 g/mol, 用Na2C03 為 53g/mol 。
(2) 鍋爐運(yùn)行時給水所需加堿量
1) 對于非堿性水可按下式計(jì)算
X2=(YD-JD +JDGP)M
式中 :X2 一一每噸給水中需加 NaOH 或 Na2C03 的量 ,g/t;
PL 一鍋爐排污率 ,10-2;
其余符號同上式。
如果 NaOH 和 NazC03 同時使用時 , 則在上述各公式中應(yīng)分別乘以其各自所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù) , 如 NaOH 的用量占總堿 量的 η×10-2, 則 Na2C03 占 (1-η) ×10-2 , 兩者的比例應(yīng) 根據(jù)給水水質(zhì)而定。一般對于高硬度水、碳酸鹽硬度高或續(xù) 硬度高的水質(zhì)宜多用 NaOH, 而對于以非碳酸鹽硬度為主的 水質(zhì) , 應(yīng)以 Na2C03 為主 , 少加或不加 NaOH 。
2) 對于堿性水 , 也可按上式計(jì)算 , 但如果當(dāng) JDG 以標(biāo)準(zhǔn) 允許的*高值代入后 , 計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)負(fù)值 , 則說明原水鈉鉀 堿度較高 , 將會引起鍋水堿度超標(biāo) , 宜采用偏酸性藥劑 , 如 Na2HP04 、 NaHJ04 等。
2. 磷酸三納 (Na3P04 · 12H20) 用量計(jì)算
磷酸三納在鍋內(nèi)處理軟水劑中 , 一般用來作水渣調(diào)解劑
和消除殘余硬度用。當(dāng)單獨(dú)采用鍋內(nèi)水處理時 , 加藥量是按 經(jīng)驗(yàn)用量計(jì)算。
< 1) 空鍋上水時磷酸三鈉用量 Yl 的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式 :
Y1=(65 十 5YD)VU)(7-8)
(2) 鍋爐運(yùn)行時磷酸三鈉 (Y2) 的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式 :
Y2=5YDU/m3)
3. 常用有機(jī)藥類的用量 有機(jī)類防垢劑一般每噸水的經(jīng)驗(yàn)用量如下 :
(1) 拷膠 :5~1Og/t;
(2) 腐殖酸銷 : 每 l mrnol/L 的給水硬度投加了 3~5g;
(3) 有機(jī)聚磷酸鹽或有機(jī)聚寵酸鹽 : 根據(jù)不同的水質(zhì) , 一
般在 1~lOg/t 。 dc
上述各式的加藥量僅為理論計(jì)算值 , 實(shí)際運(yùn)行時 , 由于 Vh 各種因素如 ( 鍋爐負(fù)荷、實(shí)際排污率的大小等 ) 的影響 , 加 t 藥后的鍋水的實(shí)際堿度有時與欲控制的堿度會有一定差別 , 這時應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況 , 適當(dāng)調(diào)解加藥量和鍋爐排污量 , 使鍋 水指標(biāo)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)ρ -aA
1 引 言
目前，我國對大型鍋爐的給水與蒸汽質(zhì)量指標(biāo)要求十分嚴(yán)格，因而需要對爐水品質(zhì)連續(xù)監(jiān)控。測量pH值大多采用傳統(tǒng)的PID控制算法，但在反應(yīng)過程中，因其中和點(diǎn)附近的高增益使得難以調(diào)整傳統(tǒng)PID控制器參數(shù)。因此只能采用很小的比例增益，否則系統(tǒng)不穩(wěn)定，而比例增益過小，又將使系統(tǒng)的動態(tài)特性變壞。對于鍋爐給水加藥測控裝置，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了加藥系統(tǒng)的自動化，但無自動配藥設(shè)備，仍需根據(jù)汽水實(shí)驗(yàn)室的化驗(yàn)結(jié)果人工配藥，這樣不僅工作強(qiáng)度大，而且所加的氨、聯(lián)胺均屬易揮發(fā)物質(zhì)，會給操作者造成嚴(yán)重危害，并導(dǎo)致環(huán)境污染。為此，提出變增益三區(qū)段非線性PID和積分模糊控制（IFC）算法的兩種新型pH值控制法。通過對帶有時滯的pH值中和過程進(jìn)行數(shù)字仿真，結(jié)果表明，這兩種控制算法均具有魯棒性強(qiáng)，響應(yīng)速度快和控制精度高的特點(diǎn)，尤其是IFC算法能克服pH值中和過程中的較大時滯。通過在某電廠的實(shí)際應(yīng)用，已實(shí)現(xiàn)了鍋爐給水配藥、加藥系統(tǒng)的全自動控制。
2 pH值控制方法的研究
2.1 常規(guī)PID控制
PID控制是按偏差的比例（P—Proportional）、積分（I—Integral）和微分（D—Derivative）線性組合的控制方式。圖1為常規(guī)的PID控制系統(tǒng)。其中，r為參考輸入信號；PID為控制器；P為被控對象模型；d為干擾量；e（k）為系統(tǒng)誤差；u（k）為控制量；pH（k）為被控過程輸出量。由圖可見，常規(guī)PID控制中的比例作用實(shí)際上是一種線性放大或縮小作用，很難適應(yīng)酸堿中和過程中被控對象非線性的特點(diǎn)。
圖1 典型pH值控制系統(tǒng)
2.2 變增益三區(qū)段非線性PID控制
將pH值變化按拐點(diǎn)分為：一個高增益區(qū)和兩個增益系數(shù)不同的低增益區(qū)。高增益區(qū)控制器采用較低增益;低增益區(qū)控制器采用不同的高增益，以滿足系統(tǒng)期望的性能指標(biāo)。此外為防止積分飽和，采用帶死區(qū)和輸出限幅的PID控制算法。
2.3 模糊控制
模糊控制算法概括為：根據(jù)本次采樣得到的系統(tǒng)輸出值，計(jì)算出輸入變量；將輸入變量的精確量變?yōu)槟：?；根?jù)輸入變量（模糊量）及模糊控制規(guī)則，按模糊推理合成規(guī)則計(jì)算控制量（模糊量）；由上述得到的控制量（模糊量）計(jì)算精確的控制量。
3 電廠鍋爐給水加藥控制系統(tǒng)
某發(fā)電廠共有4臺300 MW的發(fā)電機(jī)組，分為兩個單元，一單元為1#、2#機(jī)組，二單元為3#和4#機(jī)組。每個單元加藥計(jì)量泵包括鍋爐補(bǔ)給水（生水經(jīng)各種水處理方式凈化后，用于補(bǔ)充火力發(fā)電廠的汽水損失）和爐水兩種用水。現(xiàn)以二單元為例，加藥系統(tǒng)采用兩用一備共3臺加藥計(jì)量泵，即3#和4#機(jī)組各用l臺加藥計(jì)量泵，當(dāng)其中1臺出現(xiàn)故障時切換到備用泵。在該系統(tǒng)中通過檢測pH值來控制爐水中磷酸鹽的加入量，pH值要求控制在914～9.78，當(dāng)其中1臺機(jī)組的pH值低于9.4時，啟動相應(yīng)機(jī)組的加藥泵。此時，磷酸鹽加藥箱內(nèi)的磷酸鹽溶液經(jīng)過管道（管道上的閥門都為手動閥，正常時為打開狀態(tài)）被泵入相應(yīng)機(jī)組的除氧器出水管加藥點(diǎn)。若3#機(jī)組的加藥計(jì)量泵出現(xiàn)故障，則打開備用泵與其相連管道上的閥門，備用泵接替3#機(jī)組的加藥計(jì)量泵，為3#機(jī)組的爐水加藥；4#機(jī)組亦然。由于爐水中加入了適當(dāng)?shù)牧姿猁}及氫氧化鈉，可提高爐水的緩沖性能，并有利于維持爐水pH值的穩(wěn)定性，從而防止鍋爐水冷壁的結(jié)垢和腐蝕。
該系統(tǒng)將爐水水樣經(jīng)過減溫減壓裝置引入磷酸表及pH表探頭進(jìn)行測量，經(jīng)過模擬量轉(zhuǎn)換，再經(jīng)控制系統(tǒng)PID運(yùn)算后控制變頻器輸出，控制加藥泵轉(zhuǎn)速，從而實(shí)時控制爐水的加藥量，使?fàn)t水的磷酸根濃度與pH較好地保持在合格的范圍內(nèi)。圖2給出其控制流程圖。該控制分為調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、被控對象及變送器4部分。其中，調(diào)節(jié)器由S7-200 PLC和相應(yīng)控制軟件組成；執(zhí)行器由變頻器、電機(jī)和計(jì)量泵組成；被控對象為爐水；變送器采用分析儀表，即pH表。
3.1 控制流程
圖3給出3#機(jī)組的爐水加藥控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)從在線分析儀表（磷酸根表、pH表）中提取4～20mA信號，根據(jù)運(yùn)行工藝參數(shù)和確定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行窗口式PID復(fù)合運(yùn)算，中間結(jié)果送變頻器，控制加藥泵加藥量以實(shí)現(xiàn)加藥的自動閉環(huán)調(diào)節(jié)。
3.2 控制系統(tǒng)組成
該控制系統(tǒng)選用上位機(jī)軟件WinCC+西門子PLC的組合方案。PLC系統(tǒng)通過PorfiBus總線方式與上位機(jī)WinCC連接。如圖4所示。其中上位監(jiān)控部分由工業(yè)計(jì)算機(jī)（WinCC）來完成。監(jiān)控工作人員可通過CRT實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀況.設(shè)定或修改系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，同時通過CRT遠(yuǎn)程軟件控制系統(tǒng)運(yùn)行。上位工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和管理，并與MIS系統(tǒng)等聯(lián)網(wǎng)。上位機(jī)可對控制器進(jìn)行組態(tài)，組態(tài)范圍包括控制器的網(wǎng)絡(luò)地址和時間、選擇控制算法、設(shè)定算法參數(shù)、設(shè)定控制量的設(shè)定點(diǎn)、選擇算法中輸入量及輸出量的通道等。下位控制部分由安裝在現(xiàn)場的一套可編程控制器（PLC）來完成。它是自動加藥控制系統(tǒng)的核心，用于采集相應(yīng)的水質(zhì)數(shù)據(jù)。由于化學(xué)加藥系統(tǒng)具有純滯后性質(zhì)，會導(dǎo)致控制作用不及時，引起系統(tǒng)產(chǎn)生超調(diào)或振蕩，而利用計(jì)算機(jī)可方便實(shí)現(xiàn)滯后補(bǔ)償。采用改進(jìn)的數(shù)字PID控制算法和模糊控制算法，使控制器利用輸出控制信號調(diào)節(jié)現(xiàn)場的交流
N2H4= c*d*v*1000/w (kg)
式中：c——欲配溶液的百分比濃度
d——所配制溶液的比重（稀聯(lián)氨溶液可取1.0g/m3）
v——所配稀聯(lián)氨溶液體積m3
w——濃聯(lián)氨的百分比 濃度（一般為40%）
2.一般是程序控制,連續(xù)加入.
1. 氫氧化鈉和碳酸鈉加藥量的計(jì)算
(1) 空鍋上水時給水所需加堿量
X1=(YD-JD +JD+ JDGMV
式中 :X1 一一空鍋上水時 , 需加 NaOH 或 Na2C03 的量 ,g;
YD 一一給水總硬度 ,mmol/L;
JD 一一給水總堿度 ,mmol/L;
JDG 一一鍋水需維持的堿度 ,mmol/L;
V 一一鍋爐水容量 ,m3;
M 一一堿性藥劑摩爾質(zhì)量 ; 用 NaOH 為 40 g/mol, 用Na2C03 為 53g/mol 。
(2) 鍋爐運(yùn)行時給水所需加堿量
1) 對于非堿性水可按下式計(jì)算
X2=(YD-JD +JDGP)M
式中 :X2 一一每噸給水中需加 NaOH 或 Na2C03 的量 ,g/t;
PL 一鍋爐排污率 ,10-2;
其余符號同上式。
如果 NaOH 和 NazC03 同時使用時 , 則在上述各公式中應(yīng)分別乘以其各自所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù) , 如 NaOH 的用量占總堿 量的 η×10-2, 則 Na2C03 占 (1-η) ×10-2 , 兩者的比例應(yīng) 根據(jù)給水水質(zhì)而定。一般對于高硬度水、碳酸鹽硬度高或續(xù) 硬度高的水質(zhì)宜多用 NaOH, 而對于以非碳酸鹽硬度為主的 水質(zhì) , 應(yīng)以 Na2C03 為主 , 少加或不加 NaOH 。
2) 對于堿性水 , 也可按上式計(jì)算 , 但如果當(dāng) JDG 以標(biāo)準(zhǔn) 允許的*高值代入后 , 計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)負(fù)值 , 則說明原水鈉鉀 堿度較高 , 將會引起鍋水堿度超標(biāo) , 宜采用偏酸性藥劑 , 如 Na2HP04 、 NaHJ04 等。
2. 磷酸三納 (Na3P04 · 12H20) 用量計(jì)算
磷酸三納在鍋內(nèi)處理軟水劑中 , 一般用來作水渣調(diào)解劑
和消除殘余硬度用。當(dāng)單獨(dú)采用鍋內(nèi)水處理時 , 加藥量是按 經(jīng)驗(yàn)用量計(jì)算。
< 1) 空鍋上水時磷酸三鈉用量 Yl 的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式 :
Y1=(65 十 5YD)VU)(7-8)
(2) 鍋爐運(yùn)行時磷酸三鈉 (Y2) 的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式 :
Y2=5YDU/m3)
3. 常用有機(jī)藥類的用量 有機(jī)類防垢劑一般每噸水的經(jīng)驗(yàn)用量如下 :
(1) 拷膠 :5~1Og/t;
(2) 腐殖酸銷 : 每 l mrnol/L 的給水硬度投加了 3~5g;
(3) 有機(jī)聚磷酸鹽或有機(jī)聚寵酸鹽 : 根據(jù)不同的水質(zhì) , 一
般在 1~lOg/t 。 dc
上述各式的加藥量僅為理論計(jì)算值 , 實(shí)際運(yùn)行時 , 由于 Vh 各種因素如 ( 鍋爐負(fù)荷、實(shí)際排污率的大小等 ) 的影響 , 加 t 藥后的鍋水的實(shí)際堿度有時與欲控制的堿度會有一定差別 , 這時應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況 , 適當(dāng)調(diào)解加藥量和鍋爐排污量 , 使鍋 水指標(biāo)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)ρ -aA
1 引 言
目前，我國對大型鍋爐的給水與蒸汽質(zhì)量指標(biāo)要求十分嚴(yán)格，因而需要對爐水品質(zhì)連續(xù)監(jiān)控。測量pH值大多采用傳統(tǒng)的PID控制算法，但在反應(yīng)過程中，因其中和點(diǎn)附近的高增益使得難以調(diào)整傳統(tǒng)PID控制器參數(shù)。因此只能采用很小的比例增益，否則系統(tǒng)不穩(wěn)定，而比例增益過小，又將使系統(tǒng)的動態(tài)特性變壞。對于鍋爐給水加藥測控裝置，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了加藥系統(tǒng)的自動化，但無自動配藥設(shè)備，仍需根據(jù)汽水實(shí)驗(yàn)室的化驗(yàn)結(jié)果人工配藥，這樣不僅工作強(qiáng)度大，而且所加的氨、聯(lián)胺均屬易揮發(fā)物質(zhì)，會給操作者造成嚴(yán)重危害，并導(dǎo)致環(huán)境污染。為此，提出變增益三區(qū)段非線性PID和積分模糊控制（IFC）算法的兩種新型pH值控制法。通過對帶有時滯的pH值中和過程進(jìn)行數(shù)字仿真，結(jié)果表明，這兩種控制算法均具有魯棒性強(qiáng)，響應(yīng)速度快和控制精度高的特點(diǎn)，尤其是IFC算法能克服pH值中和過程中的較大時滯。通過在某電廠的實(shí)際應(yīng)用，已實(shí)現(xiàn)了鍋爐給水配藥、加藥系統(tǒng)的全自動控制。
2 pH值控制方法的研究
2.1 常規(guī)PID控制
PID控制是按偏差的比例（P—Proportional）、積分（I—Integral）和微分（D—Derivative）線性組合的控制方式。圖1為常規(guī)的PID控制系統(tǒng)。其中，r為參考輸入信號；PID為控制器；P為被控對象模型；d為干擾量；e（k）為系統(tǒng)誤差；u（k）為控制量；pH（k）為被控過程輸出量。由圖可見，常規(guī)PID控制中的比例作用實(shí)際上是一種線性放大或縮小作用，很難適應(yīng)酸堿中和過程中被控對象非線性的特點(diǎn)。
圖1 典型pH值控制系統(tǒng)
2.2 變增益三區(qū)段非線性PID控制
將pH值變化按拐點(diǎn)分為：一個高增益區(qū)和兩個增益系數(shù)不同的低增益區(qū)。高增益區(qū)控制器采用較低增益;低增益區(qū)控制器采用不同的高增益，以滿足系統(tǒng)期望的性能指標(biāo)。此外為防止積分飽和，采用帶死區(qū)和輸出限幅的PID控制算法。
2.3 模糊控制
模糊控制算法概括為：根據(jù)本次采樣得到的系統(tǒng)輸出值，計(jì)算出輸入變量；將輸入變量的精確量變?yōu)槟：?；根?jù)輸入變量（模糊量）及模糊控制規(guī)則，按模糊推理合成規(guī)則計(jì)算控制量（模糊量）；由上述得到的控制量（模糊量）計(jì)算精確的控制量。
3 電廠鍋爐給水加藥控制系統(tǒng)
某發(fā)電廠共有4臺300 MW的發(fā)電機(jī)組，分為兩個單元，一單元為1#、2#機(jī)組，二單元為3#和4#機(jī)組。每個單元加藥計(jì)量泵包括鍋爐補(bǔ)給水（生水經(jīng)各種水處理方式凈化后，用于補(bǔ)充火力發(fā)電廠的汽水損失）和爐水兩種用水。現(xiàn)以二單元為例，加藥系統(tǒng)采用兩用一備共3臺加藥計(jì)量泵，即3#和4#機(jī)組各用l臺加藥計(jì)量泵，當(dāng)其中1臺出現(xiàn)故障時切換到備用泵。在該系統(tǒng)中通過檢測pH值來控制爐水中磷酸鹽的加入量，pH值要求控制在914～9.78，當(dāng)其中1臺機(jī)組的pH值低于9.4時，啟動相應(yīng)機(jī)組的加藥泵。此時，磷酸鹽加藥箱內(nèi)的磷酸鹽溶液經(jīng)過管道（管道上的閥門都為手動閥，正常時為打開狀態(tài)）被泵入相應(yīng)機(jī)組的除氧器出水管加藥點(diǎn)。若3#機(jī)組的加藥計(jì)量泵出現(xiàn)故障，則打開備用泵與其相連管道上的閥門，備用泵接替3#機(jī)組的加藥計(jì)量泵，為3#機(jī)組的爐水加藥；4#機(jī)組亦然。由于爐水中加入了適當(dāng)?shù)牧姿猁}及氫氧化鈉，可提高爐水的緩沖性能，并有利于維持爐水pH值的穩(wěn)定性，從而防止鍋爐水冷壁的結(jié)垢和腐蝕。
該系統(tǒng)將爐水水樣經(jīng)過減溫減壓裝置引入磷酸表及pH表探頭進(jìn)行測量，經(jīng)過模擬量轉(zhuǎn)換，再經(jīng)控制系統(tǒng)PID運(yùn)算后控制變頻器輸出，控制加藥泵轉(zhuǎn)速，從而實(shí)時控制爐水的加藥量，使?fàn)t水的磷酸根濃度與pH較好地保持在合格的范圍內(nèi)。圖2給出其控制流程圖。該控制分為調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、被控對象及變送器4部分。其中，調(diào)節(jié)器由S7-200 PLC和相應(yīng)控制軟件組成；執(zhí)行器由變頻器、電機(jī)和計(jì)量泵組成；被控對象為爐水；變送器采用分析儀表，即pH表。
3.1 控制流程
圖3給出3#機(jī)組的爐水加藥控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)從在線分析儀表（磷酸根表、pH表）中提取4～20mA信號，根據(jù)運(yùn)行工藝參數(shù)和確定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行窗口式PID復(fù)合運(yùn)算，中間結(jié)果送變頻器，控制加藥泵加藥量以實(shí)現(xiàn)加藥的自動閉環(huán)調(diào)節(jié)。
3.2 控制系統(tǒng)組成
該控制系統(tǒng)選用上位機(jī)軟件WinCC+西門子PLC的組合方案。PLC系統(tǒng)通過PorfiBus總線方式與上位機(jī)WinCC連接。如圖4所示。其中上位監(jiān)控部分由工業(yè)計(jì)算機(jī)（WinCC）來完成。監(jiān)控工作人員可通過CRT實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀況.設(shè)定或修改系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，同時通過CRT遠(yuǎn)程軟件控制系統(tǒng)運(yùn)行。上位工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和管理，并與MIS系統(tǒng)等聯(lián)網(wǎng)。上位機(jī)可對控制器進(jìn)行組態(tài)，組態(tài)范圍包括控制器的網(wǎng)絡(luò)地址和時間、選擇控制算法、設(shè)定算法參數(shù)、設(shè)定控制量的設(shè)定點(diǎn)、選擇算法中輸入量及輸出量的通道等。下位控制部分由安裝在現(xiàn)場的一套可編程控制器（PLC）來完成。它是自動加藥控制系統(tǒng)的核心，用于采集相應(yīng)的水質(zhì)數(shù)據(jù)。由于化學(xué)加藥系統(tǒng)具有純滯后性質(zhì)，會導(dǎo)致控制作用不及時，引起系統(tǒng)產(chǎn)生超調(diào)或振蕩，而利用計(jì)算機(jī)可方便實(shí)現(xiàn)滯后補(bǔ)償。采用改進(jìn)的數(shù)字PID控制算法和模糊控制算法，使控制器利用輸出控制信號調(diào)節(jié)現(xiàn)場的交流