CN102621939B - 一种工业锅炉水质在线监测和智能控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业锅炉水质在线监测和智能控制装置和方法。包括：采样冷却器、电导率传感器、中央控制器、排污电磁阀、pH值传感器、碱度测试单元以及加药泵；对锅炉中的水采样，并冷却水样；监测冷却水样电导率，并将监测信号反馈给中央控制器，电导率信号超过限值M1时，中央控制器自动控制排污；监测冷却水样pH值，并将监测信号反馈给中央控制器，pH值信号超出域值范围M2时，中央控制器自动控制加药；监测冷却水样的碱度值，并将监测信号反馈给中央控制器，碱度信号超出域值范围M3时，中央控制器自动控制加药。实施本发明的技术方案，能实现科学排污、合理加药；降低锅炉作业人员的劳动强度，避免因人为疏忽等原因造成安全事故。

Description

一种工业锅炉水质在线监测和智能控制装置和方法

技术领域

本发明涉及一种水处理技术，尤其涉及一种工业锅炉水质在线监测和智能控制装置和方法。

背景技术

工业锅炉是重要的热能动力设备，广泛应用于工厂动力、建筑采暖、人民生活等各个方面，数量众多。工业锅炉实现热能动力传递的最常用的载体为水（包括水蒸汽），水在工业锅炉内吸收燃料燃烧的热能，转变为高温的水或水蒸汽，从而实现热能传递或动力做功。为了工业锅炉运行的安全和节能运行，锅炉进水需要加药来减小腐蚀和结垢，而锅炉内部的水需要经常排污以降低杂质含量。国家标准GB/T1576《工业锅炉水质》规定了合格的工业锅炉水质指标，如果水质不符合标准规定，锅炉将处于不安全或者不节能的运行状态。而工业锅炉运行中，由于原有的锅炉水不断被消耗，同时新的补充水不断加入，这样水系统一直处于动态变化中，锅炉水质要控制在国家标准GB/T1576《工业锅炉水质》规定范围内，其难度比较大。

目前，最普遍的锅炉水质控制方式为人工控制，即人工从锅炉中取水样进行化验，根据化验结果和国家标准规定的值相比较，通过锅炉进水中加药和锅炉水排污两种手段来调节水质。目前，相关的规则要求每个班至少化验一次。这种方式可靠、设备投资少，但是劳动强度大，动作滞后不能即时跟踪水质变化。要实现工业锅炉水质处于长期合格的目的，自动监测和智能控制装置需要解决两大关键技术：1、可靠的在线监测装置；2、监测结果和自动加药、排污装置形成闭环反馈。

现有的技术分为两类，自动排污技术和自动加药技术。自动排污技术通过监测排污指标实现自动排污控制；而自动加药技术是根据锅炉进水流量控制药剂的自动投加。由于影响锅炉水质状况的因素有很多，如锅炉运行负荷、操作人员习惯、水源水质变化等等。因此上述两种技术都无法真正意义上实现水质自动调节，尤其是水处理药剂自动加入的量的控制单纯依赖进水量，没有采取监测手段，因此也没有自动加药的反馈，还是需要人的干预。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷提供一种工业锅炉水质在线监测和智能控制装置和方法，以实现对锅炉水质的pH值、碱度、溶解固形物三个重要项目的在线监测、自动加药以及自动排污的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种工业锅炉水质在线监测和智能控制装置，包括采样冷却器2、电导率传感器6、中央控制器10、排污电磁阀12，其特征在于，还包括温度变送器3、电磁阀4、pH值传感器7、碱度测试单元8、加药泵15；其中，采样冷却器2、温度变送器3、电磁阀4、电导率传感器6、pH值传感器7、碱度测试单元8设置在锅炉1的水样出水管21上；电导率传感器6、pH值传感器7、碱度测试单元8通过导线与中央控制器10连接；加药泵15设置在锅炉1的进水管24上，并通过导线与中央控制器10连接；排污电磁阀12设置在锅炉1的排污管a22上，并通过导线与中央控制器10连接。采用该技术方案，可通过电导率传感器6准确的监测锅炉水样的电导率，并且中央控制器10可以根据电导率的监测结果自动排污；另外，还可以通过pH值传感器7准确的监测锅炉水样的pH值，中央控制器10可以根据pH值的监测结果自动加药。

在本发明中，温度变送器3对采样冷却器2的出口温度进行监测，如果水温超过预设的安全温度，电磁阀4将自动切断，避免高温的水样损害后面的监测单元。

在本发明中，在水样出水管21上还设置有流量计5。流量计5将流经的水样调节到合适的流量，以便后面的电导率传感器6、pH值传感器7和碱度测试单元8更加准确的监测。

在本发明中，锅炉1上还设有排污管b23，在排污管b23上设置有手动排污阀13。当排污电磁阀12出现异常状况时，还可以采用手动排污阀13进行排污。

在本发明中，在进水管24上还设有药剂容器16；加药泵15与中央控制器10连接的导线上设置了继电器14和/或所述排污电磁阀12与中央控制器10连接的导线上设置了继电器11。

在本发明中，所述进水管24安装在锅炉1的上部；水样出水管21安装在锅炉1的中部，其末端连接到污水槽9；排污管a22和排污管b23为锅炉1底部的排污管的两个并列排污支管。

同时，本发明还提供一种工业锅炉水质在线监测和智能控制方法，包括以下步骤：S1、对锅炉中的水进行采样，并对所述水样进行冷却；S2、监测所述冷却水样的电导率，并将监测得到的电导率信号反馈给中央控制器，当所述电导率信号超过限值M1时，所述中央控制器自动控制排污；S3、监测所述冷却水样的pH值，并将监测得到的pH值信号反馈给所述中央控制器，当所述pH值信号超出域值范围M2时，所述中央控制器自动控制加药。

在本发明中，在所述步骤S3之后还包括以下步骤：监测所述冷却水样的碱度，并将监测得到的碱度信号反馈给中央控制器，当所述碱度信号超过域值M3时，所述中央控制器自动控制加药。

在本发明中，在所述步骤S1之后还包括以下步骤：对所述冷却水样的温度进行监测，当温度超过预设的安全温度值M4时，自动关闭管路，停止水样的流动；当管路开启时，对所述冷却水样的流量进行调节。

实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：

1、维持工业锅炉的水质稳定在国家标准GB/T1576要求的合格范围内，避免金属腐蚀、结垢，造成锅炉腐蚀穿管或爆管等安全事故；

2、实现科学排污、合理加药，避免能源和水资源的浪费；减少水处理药剂的消耗，保护环境；

3、降低工业锅炉作业人员的劳动强度，避免因人为疏忽或技术水平不够所造成的锅炉安全事故。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的原理示意图；

图2是本发明实施例的系统流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，1为锅炉，2为采样冷却器，3为温度变送器，4为电磁阀，5为流量计，6为电导率传感器，7为pH值传感器，8为碱度测试单元，9为污水槽，10为中央控制器，11为排污继电器，12为排污电磁阀，13为手动排污阀，14为继电器，15为加药泵，16为药剂容器，21为水样出水管，22为排污管a，23为排污管b，24为进水管。

如图1所示，锅炉1的上部设有进水管24，在进水管24上，药剂容器16连接到加药泵15，加药泵15再连接到锅炉1。锅炉1的中部设有水样出水管21，水样出水管21上依次设有采样冷却器2、温度变送器3、电磁阀4、流量计5、电导率传感器6、pH值传感器7、碱度测试单元8,最后连接到污水槽9。锅炉1的底部设有排污管a22和排污管b23，排污管a22和排污管b23为锅炉底部的排污管的两个并列排污支管，排污管a22上设有排污电磁阀12，排污管b23上设有手动排污阀13。同时，电导率传感器6、pH值传感器7、碱度单元8通过导线连接到中央控制器10，加药泵15通过导线与继电器14、中央控制器10串接，排污电磁阀12通过导线与排污继电器11、中央控制器10串接。

如图2所示，具体操作实施的步骤为：

第一步，锅炉1中的水样流经采样冷却器2进行冷却，温度变送器3对采样冷却器2的出口温度进行监测，温度超过预设的安全温度值M4时电磁阀4自动关闭；电磁阀4开启时，流量计5对水样的流量进行调节。

第二步，冷却水样流经电导率传感器6，电导率传感器6将监测得到的电导率信号反馈给中央控制器10，当电导率信号超过限值M1时，中央控制器10控制继电器11开启，进而控制排污电磁阀12开启进行排污，排污持续时间T1后自动关闭。

第三步，冷却水样流经pH值传感器7，pH值传感器7将监测得到的pH值信号反馈给中央控制器10，当pH值信号超出域值范围M2时，中央控制器10控制继电器14开启，进而控制加药泵15向锅炉1中加药，加药持续时间T2后自动关闭。

第四步，将冷却水样流速恒定在限定数值Q1，并在该恒定流速的冷却水样中滴加恒定流速Q2的浓度为C的硫酸标准溶液,两者发生酸碱反应，再由pH值传感器检测碱度测试单元8的出口水样的pH值,pH值传感器将监测得到的pH值信号反馈给中央控制器10，中央控制器10利用Q1、Q2、C以及pH值传感器反馈的信号数据计算获得碱度值，当碱度值超过域值M3时，中央控制器10控制继电器14开启，进而控制加药泵15向锅炉1中加药，加药持续时间T3后自动关闭。

第五步，从第二步开始重复。

按照以上步骤操作，可以实现维持工业锅炉的水质稳定在国家标准GB/T1576要求的合格范围内，避免金属腐蚀、结垢，造成锅炉腐蚀穿管或爆管等安全事故；并同时实现实现科学排污、合理加药，避免能源和水资源的浪费；减少水处理药剂的消耗，保护环境；降低作业人员的劳动强度等。

Claims (6)

1.一种工业锅炉水质在线监测和智能控制装置，包括采样冷却器(2)、电导率传感器(6)、中央控制器(10)、排污电磁阀(12)，其特征在于，

还包括温度变送器(3)、电磁阀(4)、pH值传感器(7)、碱度测试单元(8)、加药泵(15)；

其中，所述采样冷却器(2)、温度变送器(3)、电磁阀(4)、电导率传感器(6)、pH值传感器(7)、碱度测试单元(8)设置在锅炉(1)的水样出水管(21)上；所述温度变送器(3)设置于所述采样冷却器(2)的出口处以对所述采样冷却器(2)的出口温度进行监测；

所述电导率传感器(6)、pH值传感器(7)、碱度测试单元(8)通过导线与中央控制器(10)连接；

所述加药泵(15)设置在所述锅炉(1)的进水管(24)上，并通过导线与中央控制器(10)连接；

其中，所述碱度测试单元(8)用于将冷却水样流速恒定在限定数值Q1，并在流速恒定在限定数值Q1的所述冷却水样中滴加恒定流速Q2的浓度为C的硫酸标准溶液,以使两者发生酸碱反应；而所述pH值传感器(7)用于检测所述碱度测试单元(8)的出口水样的pH值,且所述pH值传感器(7)将监测得到的pH值信号反馈给所述中央控制器(10)，所述中央控制器(10)利用Q1、Q2、C以及pH值传感器反馈的信号数据计算获得碱度值，当碱度值超过域值M3时，中央控制器控制加药泵(15)向锅炉(1)中加药，加药持续时间T3后自动关闭；

所述排污电磁阀(12)设置在所述锅炉(1)的排污管a(22)上，并通过导线与中央控制器(10)连接。

2.根据权利要求1所述的工业锅炉水质在线监测和智能控制装置，其特征在于，在所述水样出水管(21)上还设置有流量计(5)。

3.根据权利要求1所述的工业锅炉水质在线监测和智能控制装置，其特征在于，在所述锅炉(1)上还设有排污管b(23)，在所述排污管b(23)上设置有手动排污阀(13)。

4.根据权利要求1所述的工业锅炉水质在线监测和智能控制装置，其特征在于，在所述进水管(24)上还设有药剂容器(16)；所述加药泵(15)与中央控制器(10)连接的导线上设置了继电器(14)和/或所述排污电磁阀(12)与中央控制器(10)连接的导线上设置了排污继电器(11)。

5.根据权利要求3所述的工业锅炉水质在线监测和智能控制装置，其特征在于，所述进水管(24)安装在锅炉(1)的上部；所述水样出水管(21)安装在所述锅炉(1)的中部，其末端连接到污水槽(9)；所述排污管a(22)和排污管b(23)为锅炉(1)底部的排污管的两个并列排污支管。

6.一种工业锅炉水质在线监测和智能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对锅炉中的水进行采样，以获得水样；并对所述水样进行冷却，得到冷却水样；

S2、对所述冷却水样的温度进行监测，当温度超过预设的安全温度值M4时，自动关闭管路，停止水样的流动；当管路开启时，对所述冷却水样的流量进行调节；

S3、监测所述冷却水样的电导率，并将监测得到的电导率信号反馈给中央控制器，当所述电导率信号超过限值M1时，所述中央控制器自动控制排污；

S4、监测所述冷却水样的pH值，并将监测得到的pH值信号反馈给所述中央控制器，当pH值信号超出域值范围M2时，所述中央控制器自动控制加药；

S5、监测所述冷却水样的碱度，并将监测得到的碱度信号反馈给中央控制器，当所述碱度信号超过域值M3时，所述中央控制器自动控制加药；

其中，所述步骤S5包括以下步骤：

将冷却水样流速恒定在限定数值Q1，并在流速恒定在限定数值Q1的所述冷却水样中滴加恒定流速Q2的浓度为C的硫酸标准溶液,两者发生酸碱反应，再由pH值传感器检测碱度测试单元的出口水样的pH值,pH值传感器将监测得到的pH值信号反馈给中央控制器，中央控制器利用Q1、Q2、C以及pH值传感器反馈的信号数据计算获得碱度值，当碱度值超过域值M3时，中央控制器控制继电器开启，进而控制加药泵向锅炉中加药，加药持续时间T3后自动关闭。