周  洪，方彥軍，賀劍鋒

1  概述
目前，大部分火電廠氨的加藥控制方式采用手動采集給水樣本，進(jìn)行pH值分析測定后，人工啟停加藥泵進(jìn)行加藥，屬人工間歇控制。二甲基酮肟加藥控制方式與氨的加藥控制方式大致相同。磷酸鹽的加藥控制方式采用人工式協(xié)調(diào)pH-磷酸鹽的工藝方式，即采用人工取樣測定爐水磷酸根離子濃度、pH值及水樣溫度，通過查圖得出對應(yīng)的比值R，從而決定是否加藥。
電廠原來使用的聯(lián)氨加藥系統(tǒng)為人工模擬加藥，即定時(shí)通過人工分析系統(tǒng)聯(lián)氨含量，然后調(diào)節(jié)加藥泵沖程，從而改變加藥量的大小。這樣隨鍋爐運(yùn)行工況及操作條件的變化，鍋爐系統(tǒng)中聯(lián)氨的濃度偏離最佳值較大。從而會造成不必要的浪費(fèi)，且聯(lián)氨為有毒致癌物質(zhì)，易導(dǎo)致環(huán)境污染；聯(lián)氨濃度偏小，除氧效果差，達(dá)不到防止鍋爐熱力系統(tǒng)腐蝕與結(jié)垢的目的，影響發(fā)電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
在加藥控制方面，手工間歇控制的整個(gè)過程時(shí)間長、工作量大、且存在眾多人為因素，若不實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，不可避免地造成爐內(nèi)汽、水的pH值、磷酸根離子濃度及給水溶解氧濃度不合格，時(shí)高時(shí)低，在一個(gè)相當(dāng)大的范圍內(nèi)波動，致使鍋爐結(jié)垢和腐蝕，影響生產(chǎn)。
2  現(xiàn)場化學(xué)儀表的完善
為了配合水汽質(zhì)量計(jì)算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)及交流變頻加藥控制系統(tǒng)的實(shí)施，現(xiàn)場化學(xué)儀表需做一些完善工作。
 ?  磷酸根離子濃度測定儀
國產(chǎn)的磷酸根離子濃度測定儀目前的主要問題是維護(hù)量比較大，防腐問題也相對突出。因此在維護(hù)不理想的情況下，使用壽命一般都不長（1-2年），有待完善。進(jìn)口的磷酸根離子測定儀，目前使用較多的是美國、德國、瑞士等國生產(chǎn)的，這些進(jìn)口儀表具有精度高、維護(hù)量小的特點(diǎn)，但價(jià)格都比較貴。
 ?  聯(lián)氨自動分析儀
采用聯(lián)氨自動分析儀連續(xù)監(jiān)測鍋爐系統(tǒng)中的聯(lián)氨含量，取代定時(shí)人工取樣化驗(yàn)工作。由聯(lián)氨自動分析儀輸出的電信號作為自動加藥控制單元的調(diào)節(jié)信號，從而改變電動機(jī)的電源頻率，調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，使鍋爐系統(tǒng)中聯(lián)氨的加藥量保持在最佳濃度。
3  交流變頻自動加藥控制系統(tǒng)的基本原理
火力發(fā)電廠向給水中加入適量的氨和適量的化學(xué)除氧劑（如聯(lián)氨、二甲基酮肟），向爐水中加入適量的磷酸鹽；除鹽系統(tǒng)中中和池排入廢水時(shí)pH值的控制；水凈化預(yù)處理工藝中混凝劑加入量的控制等，均涉及到加藥量的自動調(diào)節(jié)問題。60-70年代設(shè)計(jì)制造了以直流調(diào)節(jié)技術(shù)為基礎(chǔ)的閉環(huán)自動加藥系統(tǒng)。其調(diào)速性能較好，所以在交流變頻技術(shù)成熟前，在不少場合都有應(yīng)用，但是存在幾個(gè)不可避免的缺點(diǎn)：
 ?  直流電機(jī)比交流電機(jī)復(fù)雜得多，它有兩個(gè)繞線組，需兩個(gè)直流電源供電，特別是裝在轉(zhuǎn)子上的繞組，其電流在運(yùn)轉(zhuǎn)中必須換向，為此，借助于在轉(zhuǎn)子上的許多換向片和固定在定子上的碳電刷滑接觸來完成，更增加了其復(fù)雜性，因此制造困難，價(jià)格也比相同功率的三相異步電機(jī)高5～6倍；
 ?  換向片和電刷在轉(zhuǎn)動過程中互相摩擦損耗，或者因電刷安裝位置欠佳（不在中性點(diǎn)上）換向片與電刷接觸不良，銅片受化學(xué)腐蝕，誘發(fā)電火花產(chǎn)生等，加速了換向片和電刷的損壞，直至電機(jī)不能工作。而更換和修復(fù)損壞的換向片十分困難，不僅增加了維護(hù)量，而且降低了直流調(diào)速系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。
 ?  用于自動加藥調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的直流電機(jī)，其負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩，在低轉(zhuǎn)速下電樞電流不僅沒有減少，反而增大兩倍左右。在恒轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速情況下，電樞電流隨著轉(zhuǎn)速的降低而迅速增加，電機(jī)發(fā)熱量也迅速增加。考慮到此時(shí)裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子上的風(fēng)扇與電機(jī)轉(zhuǎn)速相同，風(fēng)冷效果差，則加快了電機(jī)及電機(jī)繞組的升溫速度，使繞組電阻增加，發(fā)熱增加，如此造成惡性循環(huán)，直至燒壞電機(jī)。
另外，在可控硅電源中，為抑制電源電壓的脈動，必須接入一個(gè)電抗器，當(dāng)選用的電抗器容量不夠大時(shí)，在上述情況下電抗器也可能燒毀。據(jù)調(diào)查，許多電廠因燒壞電抗器而導(dǎo)致加藥系統(tǒng)癱瘓的故障時(shí)有發(fā)生。更換電機(jī)或電抗器不僅增加了維護(hù)量和維護(hù)費(fèi)用，還影響了正常生產(chǎn)。
 ?  直流調(diào)速系統(tǒng)中，電抗器、電機(jī)換向片和電刷等部位均有電阻，因而直流電機(jī)的效率低，在低轉(zhuǎn)速時(shí)尤為明顯。
由上述可見，采用直流調(diào)速自動加藥系統(tǒng)，電機(jī)造價(jià)高、可靠性差、壽命短、維護(hù)困難、工作量大、能耗大。
交流變頻調(diào)速自動加藥調(diào)節(jié)系統(tǒng)由檢測器、調(diào)節(jié)器、交流變頻器、操作盤、交流電機(jī)（如普通的三相異步電機(jī)）和加藥泵組成。與直流調(diào)速自動加藥調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成相比，后者用交流變頻器，交流電機(jī)和相應(yīng)的操作盤來代替其勵(lì)磁電源、電樞電源、直流電壓調(diào)整器、直流電機(jī)和相應(yīng)的操作盤。交流變頻器是新穎的變壓變頻裝置（即交―直―交），它采用最新大功率晶體管變送器和微機(jī)控制的正弦波脈寬調(diào)節(jié)控制技術(shù)，其性能優(yōu)于以往任何一種調(diào)速方式。
交流變頻器的主要作用是將頻率為50Hz，電壓為單相220V或三相380V的電源變成直流電源，然后在微處理機(jī)控制下變?yōu)轭l率、電壓可調(diào)的單相或三相正弦波電源，用來驅(qū)動單相或三相電機(jī)。性能優(yōu)良的變頻器，其頻率可變范圍為0.5～400Hz，電壓為0～額定值（220～380V），輸出的電壓-頻率關(guān)系曲線多達(dá)幾十種，供用戶電機(jī)在不同的負(fù)載特性下使用。在調(diào)節(jié)器輸出的信號作用下，交流變頻器的輸出電壓和頻率跟蹤著調(diào)節(jié)信號變化，交流電機(jī)轉(zhuǎn)速也隨著變化，改變了自動加藥速度，也就使加藥濃度穩(wěn)定在設(shè)定值上或允許的范圍內(nèi)。該系統(tǒng)還具有許多優(yōu)異的功能。例如：電機(jī)軟啟動、制動功能；電機(jī)升速、減速速率選擇預(yù)置，上下限頻率、回避頻率設(shè)定；恒轉(zhuǎn)矩與恒功率調(diào)速特性選擇，低頻運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償；欠壓、過壓、過流、過載、短路、過熱、失速防止等保護(hù)功能。交流變頻調(diào)速自動加藥調(diào)節(jié)系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)：
 ?  任何鼠籠交流電機(jī)均能適用本系統(tǒng)，這些電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、使用壽命長、極少維護(hù)、可靠性高。
 ?  交流電機(jī)在電機(jī)低轉(zhuǎn)速下工作，其轉(zhuǎn)矩可以得到補(bǔ)償，可滿足恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，且交流電機(jī)的工作電流隨著轉(zhuǎn)速的下降而減少，不僅節(jié)省了電能，而且大大提高了可靠性。
 ?  節(jié)能效率高達(dá)30‰～55。
4  系統(tǒng)組成
 ?  氨自動加藥調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖1所示。其中 為加藥柱塞泵； 為三相異步電動機(jī)；測量控制點(diǎn)為給水的pH值；電機(jī)和泵采用一備二冗余方式；備用電機(jī)和泵的啟用及閥門的切換由人工手動進(jìn)行。1#（2#）自動框圖中的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
 

圖1  氨自動加藥調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖

圖2  變頻調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)原理圖

在本系統(tǒng)中設(shè)置了PID調(diào)節(jié)并設(shè)計(jì)成為可切換。即當(dāng)系統(tǒng)需要較高精度的調(diào)節(jié)時(shí)，可切換投入PID調(diào)節(jié)，以達(dá)到最佳控制的目的。為了使本系統(tǒng)的檢測信號能夠得到保存以便作出分析、判斷，同時(shí)設(shè)計(jì)了RS-485接口（配有相應(yīng)的軟件），實(shí)現(xiàn)了與PC機(jī)的連接，使本系統(tǒng)能很好地與上位機(jī)保持通訊。