周  洪，方彦军，贺剑锋

1  概述
目前，大部分火电厂氨的加药控制方式采用手动采集给水样本，进行pH值分析测定后，人工启停加药泵进行加药，属人工间歇控制。二甲基酮肟加药控制方式与氨的加药控制方式大致相同。磷酸盐的加药控制方式采用人工式协调pH-磷酸盐的工艺方式，即采用人工取样测定炉水磷酸根离子浓度、pH值及水样温度，通过查图得出对应的比值R，从而决定是否加药。
电厂原来使用的联氨加药系统为人工模拟加药，即定时通过人工分析系统联氨含量，然后调节加药泵冲程，从而改变加药量的大小。这样随锅炉运行工况及操作条件的变化，锅炉系统中联氨的浓度偏离最佳值较大。从而会造成不必要的浪费，且联氨为有毒致癌物质，易导致环境污染；联氨浓度偏小，除氧效果差，达不到防止锅炉热力系统腐蚀与结垢的目的，影响发电厂的安全经济运行。
在加药控制方面，手工间歇控制的整个过程时间长、工作量大、且存在众多人为因素，若不实现连续控制，不可避免地造成炉内汽、水的pH值、磷酸根离子浓度及给水溶解氧浓度不合格，时高时低，在一个相当大的范围内波动，致使锅炉结垢和腐蚀，影响生产。
2  现场化学仪表的完善
为了配合水汽质量计算机监测系统及交流变频加药控制系统的实施，现场化学仪表需做一些完善工作。
 ?  磷酸根离子浓度测定仪
国产的磷酸根离子浓度测定仪目前的主要问题是维护量比较大，防腐问题也相对突出。因此在维护不理想的情况下，使用寿命一般都不长（1-2年），有待完善。进口的磷酸根离子测定仪，目前使用较多的是美国、德国、瑞士等国生产的，这些进口仪表具有精度高、维护量小的特点，但价格都比较贵。
 ?  联氨自动分析仪
采用联氨自动分析仪连续监测锅炉系统中的联氨含量，取代定时人工取样化验工作。由联氨自动分析仪输出的电信号作为自动加药控制单元的调节信号，从而改变电动机的电源频率，调节电动机的转速，使锅炉系统中联氨的加药量保持在最佳浓度。
3  交流变频自动加药控制系统的基本原理
火力发电厂向给水中加入适量的氨和适量的化学除氧剂（如联氨、二甲基酮肟），向炉水中加入适量的磷酸盐；除盐系统中中和池排入废水时pH值的控制；水净化预处理工艺中混凝剂加入量的控制等，均涉及到加药量的自动调节问题。60-70年代设计制造了以直流调节技术为基础的闭环自动加药系统。其调速性能较好，所以在交流变频技术成熟前，在不少场合都有应用，但是存在几个不可避免的缺点：
 ?  直流电机比交流电机复杂得多，它有两个绕线组，需两个直流电源供电，特别是装在转子上的绕组，其电流在运转中必须换向，为此，借助于在转子上的许多换向片和固定在定子上的碳电刷滑接触来完成，更增加了其复杂性，因此制造困难，价格也比相同功率的三相异步电机高5～6倍；
 ?  换向片和电刷在转动过程中互相摩擦损耗，或者因电刷安装位置欠佳（不在中性点上）换向片与电刷接触不良，铜片受化学腐蚀，诱发电火花产生等，加速了换向片和电刷的损坏，直至电机不能工作。而更换和修复损坏的换向片十分困难，不仅增加了维护量，而且降低了直流调速系统的可靠性和使用寿命。
 ?  用于自动加药调节系统中的直流电机，其负载为恒转矩，在低转速下电枢电流不仅没有减少，反而增大两倍左右。在恒转矩、低转速情况下，电枢电流随着转速的降低而迅速增加，电机发热量也迅速增加。考虑到此时装在电机转子上的风扇与电机转速相同，风冷效果差，则加快了电机及电机绕组的升温速度，使绕组电阻增加，发热增加，如此造成恶性循环，直至烧坏电机。
另外，在可控硅电源中，为抑制电源电压的脉动，必须接入一个电抗器，当选用的电抗器容量不够大时，在上述情况下电抗器也可能烧毁。据调查，许多电厂因烧坏电抗器而导致加药系统瘫痪的故障时有发生。更换电机或电抗器不仅增加了维护量和维护费用，还影响了正常生产。
 ?  直流调速系统中，电抗器、电机换向片和电刷等部位均有电阻，因而直流电机的效率低，在低转速时尤为明显。
由上述可见，采用直流调速自动加药系统，电机造价高、可靠性差、寿命短、维护困难、工作量大、能耗大。
交流变频调速自动加药调节系统由检测器、调节器、交流变频器、操作盘、交流电机（如普通的三相异步电机）和加药泵组成。与直流调速自动加药调节系统的组成相比，后者用交流变频器，交流电机和相应的操作盘来代替其励磁电源、电枢电源、直流电压调整器、直流电机和相应的操作盘。交流变频器是新颖的变压变频装置（即交―直―交），它采用最新大功率晶体管变送器和微机控制的正弦波脉宽调节控制技术，其性能优于以往任何一种调速方式。
交流变频器的主要作用是将频率为50Hz，电压为单相220V或三相380V的电源变成直流电源，然后在微处理机控制下变为频率、电压可调的单相或三相正弦波电源，用来驱动单相或三相电机。性能优良的变频器，其频率可变范围为0.5～400Hz，电压为0～额定值（220～380V），输出的电压-频率关系曲线多达几十种，供用户电机在不同的负载特性下使用。在调节器输出的信号作用下，交流变频器的输出电压和频率跟踪着调节信号变化，交流电机转速也随着变化，改变了自动加药速度，也就使加药浓度稳定在设定值上或允许的范围内。该系统还具有许多优异的功能。例如：电机软启动、制动功能；电机升速、减速速率选择预置，上下限频率、回避频率设定；恒转矩与恒功率调速特性选择，低频运行时转矩补偿；欠压、过压、过流、过载、短路、过热、失速防止等保护功能。交流变频调速自动加药调节系统的突出优点：
 ?  任何鼠笼交流电机均能适用本系统，这些电机结构简单、造价低、使用寿命长、极少维护、可靠性高。
 ?  交流电机在电机低转速下工作，其转矩可以得到补偿，可满足恒转矩负载，且交流电机的工作电流随着转速的下降而减少，不仅节省了电能，而且大大提高了可靠性。
 ?  节能效率高达30‰～55。
4  系统组成
 ?  氨自动加药调节系统如图1所示。其中 为加药柱塞泵； 为三相异步电动机；测量控制点为给水的pH值；电机和泵采用一备二冗余方式；备用电机和泵的启用及阀门的切换由人工手动进行。1#（2#）自动框图中的结构框图如图2所示。
 

图1  氨自动加药调节系统框图

图2  变频调节结构原理图

在本系统中设置了PID调节并设计成为可切换。即当系统需要较高精度的调节时，可切换投入PID调节，以达到最佳控制的目的。为了使本系统的检测信号能够得到保存以便作出分析、判断，同时设计了RS-485接口（配有相应的软件），实现了与PC机的连接，使本系统能很好地与上位机保持通讯。