一种炉水加药方法及系统与流程

本发明涉及炉水自动化控制领域，特别是涉及一种炉水加药方法及系统。

背景技术：

为保证火电厂的安全、经济运行，降低锅炉炉管的腐蚀速率、减小炉管沉积物与结垢量、及提高蒸汽品质，必须对锅炉炉水进行调节处理。对于中低压汽包锅炉，普遍采用协调磷酸盐处理方法对炉水进行处理，对于高压大容量机组则采用低磷酸盐处理方法对炉水进行处理。锅炉炉水的ph值、电导率和磷酸根是炉水水质的3个重要指标。对于低磷酸盐处理工艺，要求ph值为9～10，电导率在15μs/cm左右，磷酸根在0.5～3mg/l之间。

事实上，要实现上述控制目标，一般均采取往炉水中加na3po4。大多数情况下，炉水低磷酸盐处理都是人工进行的，首先人工测出炉水的ph值、电导率、磷酸根含量，根据参数情况决定是否应该开动(或停止)加磷酸盐的加药泵。人工加药由于对电机的开停控制并不能很好掌握，可能药品浓度过高或加入的时间过长，使控制指标居高不下；或者药品浓度过低，加入时间过短，停止时间过长，使控制指标偏低。因此，现有的炉水加药方式会造成实际参数严重偏离最佳值，威胁锅炉的安全运行。

实现磷酸盐加药自动化最关键的问题是炉水po43-浓度的实时在线监测。要求磷表不但测量准确而且测量速度快，因为炉水从汽包经汽水取样装置减压、减温过程大约用时10～20分钟，假如磷表测量速度慢，比如10分钟，那么整个系统的滞后时间约为20～30分钟。由于机组工况会随时发生变化，如补给水量变化、汽包排污变化、供热启停、发电负荷波动、手工配药时药箱浓度变化，都会造成系统内磷酸盐含量的大幅度变化。因此，炉水磷酸根离子浓度信号的滞后对加药自动调节极为不利。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种炉水加药方法及系统，以解决现有的加药方法由于数据获取滞后使得炉水加药调节精度低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种炉水加药方法，所述方法包括：

获取炉水水样中的指标数据，所述指标数据包括磷酸盐浓度、ph、电导率和给水量；

获取机组负荷的变化率；

判断所述变化率是否在设定阈值范围内，得到第一判断结果；

当所述第一判断结果表示所述速度在设定阈值范围内时，以所述磷酸盐浓度为主控参数、以所述ph和所述电导率为辅控参数对炉水进行比例-积分-微分控制，生成加药泵第一开度信号；

根据所述加药泵第一开度信号生成第一控制信号；

根据所述第一控制信号控制所述加药泵的电机的转速；

当所述第一判断结果表示所述速度不在设定阈值范围内时，以所述给水量为控制参数对炉水进行比例-积分-微分控制，生成所述加药泵第二开度信号；

根据所述加药泵第二开度信号生成第二控制信号；

根据所述第二控制信号控制所述加药泵的电机的转速。

可选的，所述当所述第一判断结果表示所述速度在设定阈值范围内时，以所述磷酸盐浓度为主控参数、以所述ph和所述电导率为辅控参数对炉水进行比例-积分-微分控制，生成加药泵第一开度信号，具体包括：

判断是否所述ph小于第一设定ph阈值且所述电导率小于第一设定电导率阈值，得到第二判断结果；

当所述第二判断结果表示所述ph小于第一设定ph阈值且所述电导率小于第一设定电导率阈值时，确定控制加药泵的开度为100％，确定加药泵的开度为100％的信号为第一开度信号；

当所述第二判断结果表示所述ph不小于第一设定ph阈值或所述电导率不小于第一设定电导率阈值时，判断是否所述ph大于第二设定ph阈值且所述电导率大于第二设定电导率阈值，得到第三判断结果；

当所述第三判断结果表示所述ph大于第二设定ph阈值且所述电导率大于第二设定电导率阈值时，确定控制所述加药泵的开度为0，确定加药泵的开度为0的信号为第一开度信号；

当所述第三判断结果表示所述ph不大于第二设定ph阈值或所述电导率不大于第二设定电导率阈值时，判断是否第一设定ph阈值≤ph≤第二设定ph阈值，且第一设定电导率阈值≤电导率≤第二设定电导率阈值，得到第四判断结果；

当所述第四判断结果表示是时，利用公式计算所述加药泵的开度n1％，其中c1为所述磷酸盐浓度，c2为控制范围内设定的最大磷酸盐含量，确定控制所述加药泵的开度为n1％，确定加药泵的开度为n1％的信号为第一开度信号。

可选的，所述第一设定ph阈值为9.0，所述第二设定ph阈值为10.0，所述第一设定电导率阈值为5μs/cm，所述第二设定电导率阈值为25μs/cm。

可选的，所述当所述第一判断结果表示所述速度不在设定阈值范围内时，以所述给水量为控制参数对炉水进行比例-积分-微分控制，生成第二开度信号，具体包括：

利用公式计算所述加药泵的开度n2％，其中q1为所述给水流量，q2为控制范围内设定的最大给水流量，确定控制所述加药泵的开度为n2％的信号为第二开度信号。

可选的，所述根据所述第二控制信号控制所述加药泵的电机的转速，之后还包括：

根据所述加药泵向炉水中的加药量、加入时刻与加药前炉水中ph、导电率，调整所述比例-积分-微分控制的控制参数，对获取所述指标时刻与加药时刻之间的滞后时间进行补偿。

一种炉水加药系统，所述系统包括：

指标数据获取模块，用于获取炉水水样中的指标数据，所述指标数据包括磷酸盐浓度、ph、电导率和给水量；

变化率获取模块，用于获取机组负荷的变化率；

第一判断模块，用于判断所述变化率是否在设定阈值范围内，得到第一判断结果；

第一开度信号生成模块，用于当所述第一判断结果表示所述速度在设定阈值范围内时，以所述磷酸盐浓度为主控参数、以所述ph和所述电导率为辅控参数对炉水进行比例-积分-微分控制，生成加药泵第一开度信号；

第一控制信号生成模块，用于根据所述加药泵第一开度信号生成第一控制信号；

转速控制模块，用于根据所述第一控制信号控制所述加药泵的电机的转速；

第二开度信号生成模块，用于当所述第一判断结果表示所述速度不在设定阈值范围内时，以所述给水量为控制参数对炉水进行比例-积分-微分控制，生成所述加药泵第二开度信号；

第二控制信号生成模块，用于根据所述加药泵第二开度信号生成第二控制信号；

所述转速控制模块，还用于根据所述第二控制信号控制所述加药泵的电机的转速。

可选的，所述第一开度信号生成模块，具体包括：

第二判断单元，用于判断是否所述ph小于第一设定ph阈值且所述电导率小于第一设定电导率阈值，得到第二判断结果；

第一开度信号确定单元，用于当所述第二判断结果表示所述ph小于第一设定ph阈值且所述电导率小于第一设定电导率阈值时，确定控制加药泵的开度为100％，确定加药泵的开度为100％的信号为第一开度信号；

第三判断单元，用于当所述第二判断结果表示所述ph不小于第一设定ph阈值或所述电导率不小于第一设定电导率阈值时，判断是否所述ph大于第二设定ph阈值且所述电导率大于第二设定电导率阈值，得到第三判断结果；

第一开度信号确定单元，还用于当所述第三判断结果表示所述ph大于第二设定ph阈值且所述电导率大于第二设定电导率阈值时，确定控制所述加药泵的开度为0，确定加药泵的开度为0的信号为第一开度信号；

第四判断单元，用于当所述第三判断结果表示所述ph不大于第二设定ph阈值或所述电导率不大于第二设定电导率阈值时，判断是否第一设定ph阈值≤所述ph≤第二设定ph阈值，且第一设定电导率阈值≤所述电导率≤第二设定电导率阈值，得到第四判断结果；

第一开度信号确定单元，还用于当所述第四判断结果表示是时，利用公式计算所述加药泵的开度n1％，其中c1为所述磷酸盐浓度，c2为控制范围内设定的最大磷酸盐含量，确定控制所述加药泵的开度为n1％，确定加药泵的开度为n1％的信号为第一开度信号。

可选的，所述第一设定ph阈值为9.0，所述第二设定ph阈值为10.0，所述第一设定电导率阈值为5μs/cm，所述第二设定电导率阈值为25μs/cm。

可选的，所述第二开度信号生成模块，具体包括：

开度计算单元，用于利用公式计算所述加药泵的开度n2％，其中q1为所述给水流量，q2为控制范围内设定的最大给水流量；

第二开度信号确定单元，用于确定控制所述加药泵的开度为n2％的信号为第二开度信号。

可选的，所述系统还包括：

控制参数调整模块，用于根据所述加药泵向炉水中的加药量、加入时刻与加药前炉水中ph、导电率，调整所述比例-积分-微分控制的控制参数，对获取所述指标时刻与加药时刻之间的滞后时间进行补偿。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

通过实时获得炉水磷酸盐含量、ph、电导率、给水流量，采用多个控制参数同时控制炉水加药的过程，更全面地保证控制参数的平稳、可靠，降低了控制过程的延迟，提高了控制的精度，避免了单参数因为一次信号取样误差带来的波动与误动；自动加药方法的建立为自动加药装置的设计开发奠定了基础，实现自动化加药可降低工作人员劳动强度，避免了人为因素造成的不良事故；实现了科学加药，为锅炉经济稳定运行提供了保障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明炉水加药方法实施例1流程图；

图2为本发明炉水加药系统实施例1结构图；

图3为本发明炉水加药系统实施例2结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明炉水加药方法实施例1：

图1为本发明炉水加药方法实施例1流程图。如图1所示，所述方法包括：

步骤101：获取指标数据。获取炉水水样中的指标数据，所述指标数据包括磷酸盐浓度、ph、电导率和给水量。指标数据以磷酸根浓度表、电导率表、ph表、给水量表的形式传输至中央控制器。

步骤102：获取机组负荷的变化率。实时监测机组负荷的变化率即机组增减负荷的速度。

步骤103：判断变化率是否在设定阈值范围内。判断变化率是否在设定阈值范围内是为了判断此时炉水内的状态是否为补给水的状态。设定阈值范围可以为5mw/min～7mw/min，变化率在此范围内即为处于稳定状态，不在此范围即为补给水状态。当变化率在设定阈值范围内时，执行步骤104；否则，执行步骤107。

步骤104：生成第一开度信号。以所述磷酸盐浓度为主控参数、以所述ph和所述电导率为辅控参数对炉水进行比例-积分-微分(proportionintegrationdifferentiation，pid)控制，生成加药泵第一开度信号。具体的判断过程为：

(1)判断是否满足：第一设定ph阈值≤ph≤第二设定ph阈值，且第一设定电导率阈值≤电导率≤第二设定电导率阈值。当满足时，利用公式计算所述加药泵的开度n1％，其中c1为所述磷酸盐浓度，c2为控制范围内设定的最大磷酸盐含量即允许最大磷酸盐含量，或期望控制范围内最大磷酸盐含量，确定控制所述加药泵的开度为n1％，确定加药泵的开度为n1％的信号为第一开度信号；

(2)判断是否满足：ph<第一设定ph阈值，且所述电导率<第一设定电导率阈值。当满足时，确定控制加药泵的开度为100％，确定加药泵的开度为100％的信号为第一开度信号；

(3)判断是否满足：ph>第二设定ph阈值，且所述电导率>第二设定电导率阈值。当满足时，确定控制所述加药泵的开度为0，确定加药泵的开度为0的信号为第一开度信号；

以上三个判断过程同时并行运行，一般当ph<第一设定ph阈值时，所述电导率也会满足电导率<第一设定电导率阈值的条件。当ph>第二设定ph阈值时，电导率也会满足所述电导率>第二设定电导率阈值的条件。

步骤105：生成第一控制信号。根据步骤104生成的第一开度信号，计算第一开度信号对应的加药泵的输出频率，生成控制加药泵转速的第一控制信号。

步骤106：控制电机转速。根据第一控制信号，通过变频调速器调节加药泵的电机转速，以此来调节加药泵的加药量。

步骤107：生成第二开度信号。以所述给水量为控制参数对炉水进行比例-积分-微分(pid)控制，生成所述加药泵第二开度信号；具体利用公式计算所述加药泵的开度n2％，其中q1为所述给水流量，q2为控制范围内设定的最大给水流量，确定控制所述加药泵的开度为n2％的信号为第二开度信号。

步骤108：生成第二控制信号。根据步骤107生成的第二开度信号，计算第二开度信号对应的加药泵的输出频率，生成控制加药泵转速的第二控制信号。

步骤109：控制电机转速。根据第二控制信号，通过变频调速器调节加药泵的电机转速，以此来调节加药泵的加药量。

本发明炉水加药系统实施例1：

图2为本发明炉水加药系统实施例1结构图。如图2所示，所述系统包括：

指标数据获取模块201，用于获取炉水水样中的指标数据，所述指标数据包括磷酸盐浓度、ph、电导率和给水量；

变化率获取模块202，用于获取机组负荷的变化率；

第一判断模块203，用于判断所述变化率是否在设定阈值范围内，得到第一判断结果；

第一开度信号生成模块204，用于当所述第一判断结果表示所述速度在设定阈值范围内时，以所述磷酸盐浓度为主控参数、以所述ph和所述电导率为辅控参数对炉水进行比例-积分-微分控制，生成加药泵第一开度信号；

第一控制信号生成模块205，用于根据所述加药泵第一开度信号生成第一控制信号；

转速控制模块206，用于根据所述第一控制信号控制所述加药泵的电机的转速；

第二开度信号生成模块207，用于当所述第一判断结果表示所述速度不在设定阈值范围内时，以所述给水量为控制参数对炉水进行比例-积分-微分控制，生成所述加药泵第二开度信号；

第二控制信号生成模块208，用于根据所述加药泵第二开度信号生成第二控制信号；

所述转速控制模块206，还用于根据所述第二控制信号控制所述加药泵的电机的转速。

本发明炉水加药方法实施例2：

某600mw亚临界湿冷燃煤机组炉水为磷酸盐处理，采用连续加药方式，炉水ph值为9-10。磷酸盐的加入量应保证：低负荷时，维持po4^3-在0.5～3mg/l；中等负荷时，维持po4^3-在0.5-1.5mg/l；高负荷时，维持po4^3-在0.5-1mg/l。凝汽器泄漏时，应增加磷酸盐的加入量，维持po4^3-在2～10mg/l，并加强排污处理。同时，要求炉水ph值为9.0～10.0，电导率在5～25μs/cm。现采用本发明炉水多参数协同自动加药的控制方法，引入炉水磷酸根浓度、ph、dd、给水流量四个参数，对加磷酸盐系统进行调控。主要应用交流变频技术与计算机控制技术相结合的方法，多参数协调控制使系统更加稳定可靠。

首先建立加药控制的数学模型：根据炉水中磷酸盐的浓度与ph、电导率电导率的相互关系，建立采用pid自动控制磷酸盐加药的模型。

在每次运行模型前，根据炉水中磷酸盐的加入量、加入时刻与ph、电导率的相关关系，调整pid控制参数，使加药量与磷酸根表读数间的滞后时间得到有效补偿。

根据建立的模型开始运行炉水加药的方法：

步骤1、从连续排污管的垂直段或水平段的下半侧取炉水样，将降温减压后的水样进行分析测量；

步骤2、测量炉水水样的磷酸盐浓度与ph、电导率、给水流量四个参数，并将监测得到的参数信号反馈给中央控制器；

步骤3、监测机组增减负荷速度，其参数信号反馈给中央控制器。

步骤4、中央控制器将监测到的磷酸根浓度、ph值和电导率值与设定值进行比较计算，并根据机组增减负荷的速度，调节pid控制参数，生成不同的控制信号。经过智能pid整定后，将控制信号传输给变频调速器。

具体pid整定过程为：

(1)机组稳定负荷工作时，即机组负荷变化稳定在6mw/min内(可由机组参数确定)，以磷酸根(po4^3-)作为主控参数，电导率表、ph表作为辅控参数，控制炉水加药泵的加药量。具体包括三个步骤：

a：ph在9.0～10.0之间，电导率在5～25μs/cm时，利用公式计算加药泵的开度n1％，c1为在线读取的磷酸盐浓度，单位为mg/l；c2为控制范围内设定的最大磷酸盐含量或期望控制范围内最大磷酸盐含量，单位为mg/l；确定控制所述加药泵的开度为n1％，确定加药泵的开度为n1％的信号为第一开度信号，

b：ph﹤9.0时，加药泵的开度n％输出为100％，ph﹥10时，n％输出为0。

c：电导率﹤5μs/cm时，加药泵的开度n％输出为100％，电导率﹥25μs/cm时，n％输出为0。

以上三个步骤并行进行，相互独立，不同的加药泵的输出频率对应不同的开度，根据确定的加药泵的开度信号计算加药泵的输出频率，将所得的运算结果送到变频调速器，变频调速器的输出是频率可变的三相交流电，可驱动电机转动。

炉水ph、电导率两个参数的大小在系统正常运行情况下是由磷酸盐的含量决定的，根据理论计算只要将po4^3-含量控制在在合理的的范围内，ph、电导率也会在合理的范围内，所以系统正常情况下以po4^3-作为主控参数。当锅炉内有其他引起腐蚀的物质进入时，如果系统泄漏或补给水水质恶化，炉水电导率值反而会升高，此时的电导率值增大不是因为加磷酸盐引起的，是由于杂质的进入所产生的，这时靠用磷酸根含量来控制磷酸盐的自动加药就不能实现，必须以电导率进行控制。同时，其他杂质侵入也会引起ph的变化，而监测出的磷酸盐的含量并没有大的变化，这时靠用磷酸根含量来控制磷酸盐的自动加药就不能实现，必须以ph进行控制。

(2)当机组大幅度增减负荷时以给水流量信号为控制参数，控制炉水加药泵的加药量；利用公式公式计算所述加药泵的开度n2％，其中q1为所述给水流量，单位为t/h；q2为控制范围内设定的最大给水流量即允许最大给水流量，单位为t/h。不同的加药泵的输出频率对应不同的开度，根据确定的加药泵的开度信号计算加药泵的输出频率，将所得的运算结果送到变频调速器，变频调速器的输出是频率可变的三相交流电，可驱动电机转动。

在机组调峰时，由于给水流量波动大，po4^3-、电导率、ph三个参数波动大，可采用流量作为加药依据。如果对机组增减负荷速度控制，则会有相应的流量控制指标，记为at/h，当流量信号变化值某个阶段(如5min、10min等)每分钟超过at/h对应的电流值时，多参数协同自动加药控制系统的控制参数切换为给水流量控制。

s5、变频调速器根据开度对应的加药泵频率控制电机转速，来控制加药泵的加药量。

本发明炉水加药系统实施例2：

图3为本发明炉水加药系统实施例2结构图，如图3所示，所述结构包括：四个监测仪表(磷酸盐表301、ph表302、dd表303、流量表304)输出4～20ma信号给变频控制柜上的中央控制器305，并比较中央控制器305中设定值与相应测量值。中央控制器305根据比较值进行pid控制输出控制信号给交流电机306，改变交流电机306的输出频率，从而改变磷酸盐加药泵307的加药量，实现对加药量的自动控制。对控制参数可实现通常的pid调节和自整定自动调节。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。