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ABB 发电过程中的水质控制

ABB(中国)有限公司
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                ----用于监测大用水量工业流程中污染物情况的突破性技术
          (提供: ABB(中国)有限公司仪表产品部 ,作者:Eric D’Costa,) 

  按照美国人口统计局的数字,世界人口于1999年6月突破60亿。这意味着,地球上总人口的数量是20世?#32479;?#30340;3.5倍,1960年的大约2倍。这种爆炸性的增长产生了史无前例的能源需求,促使人们进一步开采地球上有限的自然资源。为了满足飙升的能源需求,必须采用可?#20013;?#24615;生产方式,并推动实现更高的能效[1, 2]。为了在发电过程中提高能效,ABB的AW600可以对蒸汽-水循环的化学成分进行高级检测。
  
  由于认识到保护资源的重要性,ABB致力于开发高能效产品和流程,以便在其整个生命周期中减少对环境的影响。ABB的下一代仪器仪表产?#26041;?#24212;对全球环境的挑战,同时利用公司范围内的公共部件开发过程所产生的显著业务效率。
  
  水质测量在发电过程中的重要作用在发电过程中,水在锅炉中被加热并转变为蒸汽,后者用于推动?#26032;?#21644;发电机组,以便产生电力。许多不同类型的燃料都可用于发电,但在能量转化过程中都需要产生大量的蒸汽。例如,一个典型的矿物燃料发电站具有4个160MV锅炉,每个锅炉每小时可把大约650吨水转变为蒸汽。这就是说,每月的用水?#30475;?#32422;有2百万吨。由于生产蒸汽的过程需要如此之多的水,所用水的化学水质就至为重要[3]。如果水中含有微量的污染物、或水的化学成分有少许变化,都会对全厂的性能、可靠性、效率和安全性造成代价昂贵的?#29616;?#21518;果。因此化学监测十分关键,目的是监测蒸汽发电厂中的污染物并减少腐蚀。
  
  发电厂水质监测是ABB的一个核心业务,为此提供了多种化学测量仪表。在锅炉给水及冷凝物中,二氧化硅(作为岩石圈中含量仅次于碳的元素)和磷酸盐(用作pH调节剂来限制腐蚀)是两种必须严密监测的物质。
  
  二氧化硅是一种?#23721;源?#27700;中除去的天然物质。在高温高压下它可以溶解,背蒸汽携带,并且不均匀地沉积在过热管及汽轮机叶片上。二氧化硅可形成难以清除的坚硬沉积物,类似于陶瓷。即使是少量的二氧化硅?#19981;?#20351;发电效率显著下降,并造成?#29616;?#30340;机械损坏1 。冷凝器的微小泄漏?#37096;?#20351;蒸汽-水循环受到二氧化硅污染。必须在蒸汽-水循环的一些测点上连续监测二氧化硅,以防止锅炉及汽轮机受损。另一方面,在某些发电站,向水中加入磷酸盐来严格控制蒸汽-水循环的pH值,从而减少酸性腐蚀。它也必须接受连续监测,以避免蒸汽发生管遭受代价高昂的腐蚀 2 。
  
  如果水中含有微量的污染物、或水的化学成分有少许变化,都会对全厂的性能、可靠性、效率和安全性造成代价昂贵的?#29616;?#21518;果。
  
  不良水质的代价
  水的化学问题会引起腐蚀?#25910;稀?#36807;热器污损与/或?#26032;?#21494;片化学沉积。这会造成效率下降,并最终引起工厂停运,带来发电损失。
  
  在典型的发电站中,如果由于?#29616;?#30340;水质问题引起腐蚀及化学沉积,并造成为期一周的锅炉停机,则估计会带来大约4百万美元的损失(20万美元用于修理及化学清洗,380万美元时因停机而损失的产值)。由于水质不?#32423;?#24341;起的灾难性?#25910;?#20250;需要更多的时间和资金来修复。难以估计通过化学测量实现良好水质控制而产生的价值,但由美国矿石燃料发电协会提供的下列数据(1980年代中期的报告)在今天仍有意义[4]:
  
  1 汽轮叶片上的二氧化硅沉积
   



  2 由于蒸汽-水循环中化学水质的控制不足而造成的管道焊接腐蚀
  

 
  3 AW600 二氧化硅分析仪
   



  大约一半的非计划停机与腐蚀有关
  腐蚀与化学沉积每年造成超过30亿美元的运行与维护费用
  厂用电损耗的10%以上与腐蚀有关
  对于100 MW机组,效率下降1%意味着每年的运行费用增加大约15万美元
  
  AW600分析仪一马当先
  用于二氧化硅及磷酸盐的新型AW600分析仪是当今市场上最为先进的水质分析仪 3 。考虑到发电厂运营商所面临的当前问题和未来挑战,AW600在整个周期内对环境的影响都很小。在同类型的水质分析仪中,它的购买和维护成本最低。产品的设计包含了资产管理功能和通信能力,有助于提高发电循环的效率。客户将得到一种高品质的水分析仪,以便控制流程,实现成本与可靠性目标,管理资产(工厂与仪器),并满足当地及国?#20351;?#21046;规定的要求。减少保养成本,还能显著节省成本。由于这种分析仪的设计简单、维护要求低,对操作员技能水平的要求可以降低。AW600综合了先进的通信能力、内?#31354;?#26029;、预防性维护功能和数据趋势例程,客户可以仅在必要的时候或按照预定时间投入使用,从而简化业务流程4 。
  
  数据处理、存储和安全性使得用户可以执行全新的任务和功能,从流程数据中获取更大价值,甚至使某些报告任务实现自动化。AW600的新型模块化设计消除了用户和服务人员之前在进行例行维护任务、?#25910;?#25490;除或维修时受到的某些困扰。
  
  AW600与环境
  在对环境的影响方面,在产品使用中的维护成本,AW600得用户?#19978;?#33879;受益,特别是在与同类分析仪相比时。AW600消耗的?#32422;?#20307;积是传统分析仪的大约十五?#31181;?#19968;。这能降低?#32422;?#36153;用,并减少浪费。AW600制造材料的重量和体积?#25216;?#23569;了大WEEE及RoHS1)法则,采用了环保材料,便于安装,并能实现高效回收。
  
  保养间隔被延长到90天,这大约是竞争对手测量仪器维护工作目前所需间隔的三倍。此外,保养所需时间缩短了三?#31181;?#20108;,使保养费用显著下降。
  
  同时添加了方便用户使用的功能。例如,可以通过互联网从远程位置查看仪器状态,并在移动状态下使用SMS即时信息,从而无需经常进行仪器保养。由于分析仪的设计包括了辅助密封措施,即使无意之中把有害的化学?#32422;?#27900;洒在仪器上,也不会造成损坏。
  
  设计考虑事项
  在所有要求中,测量的可靠性与准确性最为重要。因此,设计小组采用了一种严格而复杂的分析化学技术,并把它应用于易于操作的模块化产品中。当可靠性与准确性风?#25112;?#39640;?#20445;?#22914;在?#32422;?#36816;输系统中),则采用成熟技术。在技术风?#25112;系?#30340;领域,根据重大突破来开发定制的解决方案。例如,在图像用户界面、光学感测模块和内?#31354;?#26029;传感器这三个领域,需要技术创新来得到可以实现价值增长的功能。
  
  设计小组遇到的挑战包括,通过建立一种模块化设计来显著减少制造成本和提前期,该模块化设计的主要零件和子组合件应该能简化制造过程。重点在于取消劳动密集的步骤,采购预
  先测试的零件,并从成本?#31995;?#30340;国家购买材料。为了实现这一目标,多达80%的材料从中国和远东采购。
  4 AW600 分析仪的高级通信与诊断功能使工厂操作?#34987;?#24471;了对仪器的高度控制?#32422;?#36164;产管理能力

 

  5 AW600 采用了 ABB 仪器仪表部的清晰而独特的高级 HMI 显示页面
   



  6 借助图形显示功能,可以同时监测多个流程,并查看历史数据
   
  一项主要的设计目标是尽量利用ABB公共部件项目所提供的部件。高级HMI、公共软件框架和公共现场总线装置都是公共部件项目的成果。AW600电子外?#19988;?#26159;作为一种公共部件开发的,它将用于未来的ABB仪器仪表产品。所有主要的AW600模块(电子单元、液体部分部件及液体部分外壳部件)也都将用于未来的分析产品,从而显著节省研发投资。
  
  主要特点
  AW600的一项重要使命是为客户提供超?#20132;?#26412;分析仪器的更高价值。这种增值是通过建立?#30475;?#30340;图形用户界面(GUI) 5 -ABB的高级HMI公共部件来实现的。
  
  GUI基于最新发布的SM500F图形记录仪硬件。应用固件经过特殊编写,使用户能够更加全面地审视所需的测量、仪器的状态、?#32422;?#26377;关流程或应用的语境内信息。例如,用户可以监测多达6个流程,并查看图形趋势或图表数据形式的历史数据和仪器事件 6 。AW600的用户还可通过几个可选的安全等级,把数据保存在安全数字(SD)卡中,便于以后查看与报告。SM500F模块的另一项优点是能够在平台上添加产品改进、新功能及其他被测量2)?#20445;?#26356;新仪器固件。
  
  AW600内的一组内?#31354;?#26029;传感器可实时监测仪器的状态。基于?#32422;?#21644;标准溶液液位的信息(如所剩的测量时间)可以得到评估,并预设报警来提示用户何时需要补充消耗品。内部流量及液位传感器监测泵的效率,并在需要采取预防性维护时通知用户,从而避免发生?#25910;稀?#21487;以设置定期自动校验和补偿校正,保证随?#20493;?#21487;进行可靠的测量。
  
  通信
  AW600分析仪采用了最新的通信功能。PROFIBUS DP-V13)实现了与ABB最新的分布式控制系统800xA的循环总线连接。其他高级通信则通过电子邮件信息及互联网连接(通过以太网模块)来实现。有关的PC软件应用使用户可以用台式PC或笔记本电脑(通过移动技术)实时查询AW600。借助用GSM模块提供的SMS文?#20013;?#24687;服务,用户可以在手机上接收更新和状态信息。未来的调整措施使用户可以用移动计算装置(如PDA或Pocket PC)的无线功能来操作并设置AW600。
  
  AW600仪器平台
  二氧化硅与磷酸盐分析仪仅仅是新型AW600平台中首先推出的两?#20013;?#20135;品。未来,基于AW600的水质分析仪还将包括面向饮用水和废水的多种应用。它们的目标是发电、城市用水和过程能够工业等核心市场。
  
  Eric D’Costa
  ABB分析仪器
  英国Stonehouse
  [email protected]
  
  参考文献
  [1] A.Bursik: Power Plant Chemistry 1 (1999) 5,16-19
  [2] A.Bursik: :Power Plant Chemistry 1 (2002)1,18-21
  [3] A.Whitehead. R. C. Rowe: Power PlantChemistry 2(2000) 8, 471-477
  [4] J.A. Matthews: Power Plant Chemistry 3(2001) 4 203-208
  
  脚注
  1)废弃电气与电?#30001;?#22791;(WEEE)规定鼓励重新使用、回收与再生,以改善电气、电?#30001;?#22791;生命周期所涉及的所有使用者的环境影响。有害物质限制(RoHS)要求自2006年7月起,在新上市的电气、电?#30001;?#22791;中,淘汰重金属(铅、汞、镉与六价铬)与溴化阻?#25216;痢?
  2)被测量是所测的物理或电气量、性质或条件。术语“被测量”优于“所测主要参数”。
  3)90%的PROFIBUS从动应用是PROFIBUS分散式周边(DP)协议,具有三种按功能分级的版本:DP-V0、DP-V1 及 DP-V2。PROFIBUS DP-V1包含旨在实现流程自动化(特别是参数分配、操作、可视化与智能现场装置中断控制的非循环数据通信,?#32422;?#24490;环用户数据通信)的改进。
  
  
  注:本文曾发表在电力设备杂志
 

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