一种基于三维显示的火力发电厂给排水网络管理方法及系统与流程

本发明属于工厂给排水管理技术领域，涉及一种基于三维显示的火力发电厂给排水网络管理方法及系统。

背景技术：

水资源是基础性自然资源和战略性经济资源，是社会经济可持续发展、维系生态平衡与和谐环境的重要基础。全国发电总装机容量中，火力发电用水量占全部工业用水量的40％。火力发电厂用水量大，水的问题已成为北方地区建设、发展电力工业的制约因素，因此，做好火力发电厂水资源的高效管理、建设火力发电厂给排水网络系统十分必要。

给排水系统是火电厂必不可少的重要组成部分，给排水系统包括生活给水系统、生活排水系统和消防系统，这几个系统都是楼宇自动化系统重要的监控对象，由于消防水系统与火灾自动报警系统、消防自动灭火系统密切，国家技术规范规定消防给水应由消防系统统一控制管理，因此，消防给水系统由消防联动控制系统进行控制。

传统dcs系统、plc控制器由于程序设计本身的局限性，不便进行高级的、复杂的性能计算分析，最多实现简单的pid偏差调节，传统dcs系统已无法满足当今信息化大发展的管理需求。

目前，水务管理较好的火力发电企业能够初步实现全厂水资源的分级管理及水务管理相关报表的自动生成，不能实现全厂水系统水质、水量的全面平衡及在线测试，不能实现全厂水平衡及不平衡率在线测试，更未实现用水设备自动监控及调节智能化。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于三维显示的火力发电厂给排水网络管理方法，对火电厂水资源进行可视化分级管理，精细监测、精准调控电厂用水和水处理，实现电厂废水零排放，节约省成本，保护自然环境。本发明的另一目的是提供一种基于三维显示的火力发电厂给排水网络系统。

本发明的技术方案是：基于三维显示的火力发电厂给排水网络管理方法，过程如下：

⑴在dcs系统中建立电厂给排水网络系统三维显示模型；

⑵利用sis体系实时数据库(edna)采集相关信息点；利用性能计算的分析算法提取瞬时最佳值所有相关数据，对数据进行标记作为有价值数据存入关系数据库(oracle)；

⑶给排水网络系统三维显示模型运行，显示发电厂给排水网络三维图和发电厂水平衡测试框图，实时展示系统运行状态；

⑷在线监测给排水网络系统水平衡状态；如果出现问题发出报警，提醒运行人员分析处理，处理完程后继续运行；如果不存在问题继续运行；

⑸分析机组负荷、水质变化和环境温度有无变化，出现变化系统分析超标数据，如能自动运行调节解决，进行自动运行调节，并发出系统异常预警，处理完成后回步骤⑶；没有变换返回步骤⑶；

⑹对不能通过自动运行调节解决的问题系统通过专家咨询诊断技术解决处理，处理完成后返回步骤⑶。

发电厂给排水的水源包括用生产水、生活用水辅机循环冷却水、脱硫工艺水和工业水处理单元出水。步骤⑵相关信息点包括生产水、生活污水、辅机循环冷却水、脱硫工艺水和工业水处理单元出水的在线流量表、在线水质分析仪表。步骤⑵中性能计算包括单位发电量取水量和发电补水率计算，计算式为：

vui＝vi/q，(1)

式中：vui—单位发电量取水量，[m³/(mw·h)]；，

vi—在一定计算时间内生产过程中取水量总和，(m³)；

q—在一定计算时间内的发电量，(mw·h)；

η＝qb/qz，(2)

式中：η-发电补水率，(％)；

qb-单位时间内机组补水量，(吨)；

qz-单位时间内锅炉蒸发量，(吨)。

电厂给排水网络系统三维显示模型使用的设备包括双屏幕显示器、操作主机、给排水网络主机、性能计算服务器、oracle关系数据库、数据存储磁盘阵列和单向隔离网闸。双屏幕显示器、操作主机、给排水网络主机、性能计算服务器、oracle关系数据库、数据存储磁盘阵列和单向隔离网闸相互通信连通。

本发明基于三维显示的火力发电厂给排水网络系统，包括中水源、雨水源、自来水源、生产水池、雨水回用单元和生活用水单元。中水源连接到生产水池，雨水源连接到雨水回用单元，自来水源连接到生活用水单元。系统设有化学水处理单元、辅机冷却单元、主机冷却单元、油区、检修用水区、综合利用单元、机组、生活污水池、工业废水处理单元、服务水池、脱硫单元和脱硫废水零排放元。生产水池通过中水管路连接到化学水处理单元、湿式除尘器、辅机冷却单元、主机冷却单元、油区、检修用水区、综合利用单元、工业废水处理单元、脱硫单元和脱硫废水零排放元。雨水回用单元连接到辅机冷却单元，辅机冷却单元的出水口连接到脱硫单元。生活用水单元的一路连接到综合利用单元，一路连接到生活污水池，生活污水池通过过滤水管路分为三路，一路连接到工业废水处理单元，一路连接到服务水池，第三路连接到绿化用水设备。化学水处理单元设有浓水出口和除盐水出口，浓水出口分别连接到工业废水处理单元和服务水池，除盐水出口通过除盐水管路分别连接到实验室和机组。机组凝结水出口一路连接到工业废水处理单元，另一路连接到脱硫废水零排放元。油区设有分离水出口和含油污水出口，分离水出口连接到工业废水处理单元，含油污水出口通过含油污水管路连接到工业废水处理单元。工业废水处理单元通过服务水池和脱硫单元连接到脱硫废水零排放元。

脱硫废水零排放元设有浓水出口和除盐水出口，浓水出口连接到综合利用单元，除盐水出口通过除盐水管路连接到化学水处理单元和服务水池。工业废水处理单元出水的一路和脱硫单元出水的一路分别连接到化学水处理单元。系统设有蒸汽管路，机组通过蒸汽管路分别连接到和综合利用单元和脱硫废水零排放元。主机冷却单元的冷却水出口分为两路，一路连接到主机冷却单元，一路连接到辅机冷却单元。中水源连接到辅机冷却单元，生产水池还连接到工业废水处理单元、脱硫单元、脱硫废水零排放元和绿化用水设备。湿式除尘器的出水口连接到脱硫单元，检修用水区的出水口和综合利用单元的出水口连接到生活污水池。

在dcs系统中设置全厂水平衡及分级管理画面，实时进行用水设备监控及调节。水平衡画面组态与数字化电厂相适应，具有自动报警、系统分析和数据展示功能。

本发明基于三维显示的火力发电厂给排水网络系统，对火电厂水资源进行可视化分级管理，精细监测、精准调控电厂用水和水处理，实现了电厂废水零排放，有利于节约生产成本和保护自然环境。与现有技术相比，本发明的有益效果是：①实现水资源可视化分级管理；②水质水量实时监控和偏差预警；③水平衡及不平衡率实时监测；④自动生成水务管理报表；⑤通过采集累积有价值数据，利用大数据分析方法，建立不同工况的分析模型，实现热电厂水网智能化运行管理。

附图说明

图1为火力发电厂给排水网络系统的流程示意图；

图2为基于三维显示的火力发电厂给排水网络管理方法的示意图；

图3三维显示模型使用的设备连接图；

图4为发电厂给排水网络三维显示图；

图5为发电厂水平衡及分级管理平衡图。

其中：1—生产水池、2—雨水回用单元、3—化学水处理单元、4—湿式除尘器、5—辅机冷却单元、6—主机冷却单元、7—油区、8—检修用水区、9—综合利用单元、10—生活用水单元、11—机组、12—生活污水池、13—工业废水处理单元、14—服务水池、15—脱硫单元、16—脱硫废水零排放单元、17—热网补水单元、18—实验室、19—输煤单元、20—消防水单元、—22—绿化用水、23—除盐水管路、24—含油污水管路、25—蒸汽管路、26—过滤水管路、27—中水管路。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。

本发明基于三维显示的火力发电厂给排水网络系统，如图1所示，包括中水源、雨水源、自来水源、生产水池1、雨水回用单元2、生活用水单元10、化学水处理单元3、辅机冷却单元5、主机冷却单元6、油区7、检修用水区8、综合利用单元9、机组11、输煤单元19、生活污水池12、工业废水处理单元13、服务水池14、脱硫单元15和脱硫废水零排放元16。中水源一路连接到生产水池，一路连接到辅机冷却单元5，雨水源连接到雨水回用单元，自来水源连接到生活用水单元和消防水单元20。生产水池通过中水管路27连接到化学水处理单元3、湿式除尘器4、辅机冷却单元5、主机冷却单元6、油区7、检修用水区8、综合利用单元9、输煤单元19、工业废水处理单元13、脱硫单元15和脱硫废水零排放元16，还有一路连接到绿化用水设备22。雨水回用单元2连接到辅机冷却单元5，辅机冷却单元的出水口连接到脱硫单元15。生活用水单元10一路连接到综合利用单元9，一路连接到生活污水池12。生活污水池通过过滤水管路26分为三路，一路连接到工业废水处理单元13，一路连接到服务水池14，第三路连接到绿化用水设备22。化学水处理单元3设有浓水出口和除盐水出口，浓水出口分别连接到工业废水处理单元13和服务水池14，除盐水出口通过除盐水管路23分别连接到实验室18和机组11，还有一路连接到热网补水单元17。机组11凝结水出口一路连接到工业废水处理单元13，另一路连接到脱硫废水零排放元16。油区设有分离水出口和含油污水出口，分离水出口连接到工业废水处理单元13，含油污水出口通过含油污水管路连接到工业废水处理单元。工业废水处理单元通过服务水池14和脱硫单元15连接到脱硫废水零排放元16。脱硫废水零排放元设有浓水出口和除盐水出口，浓水出口连接到综合利用单元9，除盐水出口通过除盐水管路23连接到化学水处理单元3和服务水池14。工业废水处理单元13的出水的一路和脱硫单元15出水的一路分别连接到化学水处理单元。

系统设有蒸汽管路25，机组11通过蒸汽管路分别连接到和综合利用单元9和脱硫废水零排放元16。主机冷却单元6的冷却水出口分为两路，一路连接到主机冷却单元6，一路连接到辅机冷却单元5。湿式除尘器4的出水口连接到脱硫单元15，检修用水区8的出水口和综合利用单元9的出水口连接到生活污水池12。

本发明的发电厂给排水的水源包生产水、生活用水、辅机循环冷却水、脱硫工艺水和工业水处理单元出水，各管路安装了水质在线监测仪表，能够实时在线监督用水设备水质情况、防止用水设备腐蚀、结垢，保证设备安全、稳定、经济运行。通过信息接口技术确保给排水网络数据实时性，

本发明基于三维显示的火力发电厂给排水网络管理方法，如图1所示，过程如下：

⑴建立电厂给排水网络系统三维显示模型，如图3所示，三维显示模型使用的设备包括双屏幕显示器、操作主机、给排水网络主机、性能计算服务器、oracle关系数据库、数据存储磁盘阵列和单向隔离网闸。双屏幕显示器、操作主机、给排水网络主机、性能计算服务器、oracle关系数据库、数据存储磁盘阵列和单向隔离网闸相互通信连通。

⑵利用sis体系实时数据库(edna)采集相关信息点，相关信息点包括生产水、生活污水、辅机循环冷却水、脱硫工艺水和工业水处理单元出水的在线流量表、在线水质分析仪表。利用性能计算的分析算法提取瞬时最佳值所有相关数据，对数据进行标记作为有价值数据存入关系数据库(oracle)。性能计算包括单位发电量取水量和发电补水率计算，计算式为：

vui＝vi/q，(1)

式中：vui—单位发电量取水量，[m³/(mw·h)]；，

vi—在一定计算时间内生产过程中取水量总和，(m³)；

q—在一定计算时间内的发电量，mw·h)；

η＝qb/qz，(2)

式中：η-发电补水率，(％)；

qb-单位时间内机组补水量，(吨)；

qz-单位时间内锅炉蒸发量，(吨)。

⑶给排水网络系统三维显示模型运行，如图4所示，显示发电厂给排水网络三维图，如图5所示，显示发电厂水平衡测试框图，实时展示系统运行状态。

⑷在线监测给排水网络系统水平衡状态；如果出现问题发出报警，提醒运行人员分析处理，处理完程后继续运行；如果不存在问题继续运行。

⑸分析机组负荷、水质变化和环境温度有无变化，出现变化系统分析超标数据，如能自动运行调节解决，进行自动运行调节，并发出系统异常预警，处理完成后回步骤⑶；没有变换返回步骤⑶。

⑹对不能通过自动运行调节解决的问题系统通过专家咨询诊断技术解决处理，处理完成后返回步骤⑶。

以火电厂水资源综合利用为基础，在主要用水单元中配备在线流量表及水质监测仪表，实时、准确监测主要用水设备用水量及受水设备水质，保证设备安全、稳定和经济运行。当给排水网络的水质和水量偏离目标值时，实时预警，通过主动调控实现全厂用水的统一调度，实现水量及水质的自控化。通过水资源合理回用，将不易处理的工业废水全部用于脱硫工艺水，再通过脱硫废水零排放处理单元，经混凝澄清、软化、纳滤分盐、反渗透浓缩、蒸发结晶等工艺，实现全厂零废水排放，并控制单位发电量取水量不高于0.3m3/mw·h。

生产水至生产水池前，有一路水源直接至辅机循环水单元，增加了操作的灵活性和安全性。雨水经回用水泵至辅机循环水单元，化验水质合格用作辅机循环用水，有效利用自然水资源。生产水至化学水处理单元安装在线流量表、cod、ph、电导率及浊度表。当生产水来水cod(≤50mg/l)、ph(6-9)、浊度(≤5ntu)超标时及时采取措施进行处理。生产水至油区用于燃油泵泵轴及油罐冷却，燃油泵泵轴密封水最终排至工业废水处理单元的含油废水调节池，及时调整轴封冷却水流量，在保证轴封冷却的前提下，将冷却水流量调至最低。化学水处理单元至机组除盐水安装在线流量表、ph、电导率及硅表，热网补水安装在线流量、ph表，当机组及热网补水量异常时，及时查找原因、分析处理。

化学多介质过滤器反洗、超滤反洗水、反渗透冲洗及不合格产品水、超滤其反渗透化学清洗废水和除盐再生水至经常性废水池，经工业废水处理单元中和、混凝、澄清、过滤后回用至化学水处理单元的原水箱或服务水池。生活污水主要包括职工食堂、浴室、冲厕等，生活污水经二级生化处理后出水质量达标后夏季主要用于绿化及道路喷洒，冬季回至工业废水处理单元服务水池，用于锅炉脱硫工艺水，或至工业废水处理单元非经常性废水污池，经工业废水处理设备混凝、澄清、过滤处理后回用于化学水处理单元的原水箱或服务水池。脱硫废水零排放反渗透产水回用于化学原水箱。

本发明基于三维显示的火力发电厂给排水网络系统通过对发电厂水系统统筹规划、精细监测、数据分析和精准调控，将发电综合水耗由0.42m³/mwh降至0.3m³/mwh以下。实现了火电厂零水排放，每年减少废水排放50万吨，具有良好的社会环保效益。本发明通过对运行调控实现标准化管理，减少人为因素导致的不安全现象，通过水质监测，使受水设备在设计水质工况下运行，减缓设备腐蚀，延长设备使用寿命。通过使用本发明提高了机组水系统的运行稳定性，使机组节能降耗效果显著提升，提高了水资源利用水平，减少了水资源浪费，改善日趋严峻的水资源短缺问题。