宋圣軍

（東北電力科學(xué)研究院有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110006）

我國(guó)是能源消耗大國(guó),能源結(jié)構(gòu)中煤炭仍然占有很大的比例。隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,由此產(chǎn)生的煤炭對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。火電廠的煙氣脫硫現(xiàn)已成為電廠正常營(yíng)運(yùn)所必須達(dá)到的重要指標(biāo)。綏中發(fā)電有限公司2×800 MW和2×1 000 MW機(jī)組,其脫硫工藝采用石灰石-石膏濕法脫硫。工藝系統(tǒng)包括：煙氣系統(tǒng)、石灰石漿液制備系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、石膏處理系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)和廢水系統(tǒng)。機(jī)組的脫硫控制系統(tǒng)采用艾默生公司的OVATION系統(tǒng)。它是集過(guò)程控制及企業(yè)管理信息技術(shù)為一體的集散控制系統(tǒng),采用了高速度、高可靠性、高開(kāi)放性的通信網(wǎng)絡(luò),具有多任務(wù)、多數(shù)據(jù)采集及潛在的控制能力。OVATION系統(tǒng)利用當(dāng)前最新的分布式、全局型的相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)完成對(duì)系統(tǒng)的組態(tài)。全局分布式數(shù)據(jù)庫(kù)將功能分散到多個(gè)可并行運(yùn)行的獨(dú)立站點(diǎn),而非集中到一個(gè)中央處理器上,不因其他事件的干擾而影響系統(tǒng)性能。

利用其最新的OVATION3.1系統(tǒng),整個(gè)DCS控制系統(tǒng)組態(tài)方便、結(jié)構(gòu)清晰。

1 石灰石-石膏濕法脫硫工藝

煙氣脫硫（FLUE GAS DESULFURIZATION,簡(jiǎn)稱(chēng)FGD）的化學(xué)反應(yīng)公式為

煙氣脫硫系統(tǒng)中,原煙氣經(jīng)過(guò)引風(fēng)機(jī)后的尾部總煙道抽取引入脫硫裝置,然后經(jīng)過(guò)動(dòng)葉可調(diào)流式增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)入吸收塔,通過(guò)氣-氣回轉(zhuǎn)式換熱器（GGH）,用原煙氣加熱從吸收塔出來(lái)的凈煙氣,凈煙氣通過(guò)煙囪排入大氣。

稱(chēng)重皮帶給料機(jī)把石灰石送到濕式球磨機(jī)內(nèi)磨制成漿液,石灰石漿液用泵輸送到水力旋流器經(jīng)分離后,在石灰石漿液箱中制成20%～30%的石灰石漿液,然后經(jīng)石灰石漿液泵送至吸收塔。

煙氣進(jìn)入吸收塔后,與被吸收塔循環(huán)泵打入噴淋層噴灑下來(lái)的石灰石/石膏漿液逆流接觸進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。吸收塔內(nèi)石膏漿液通過(guò)石膏排出泵送入石膏旋流站,濃縮后送入石膏緩沖箱。

吸收塔是脫硫系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備。吸收塔采用鋼結(jié)構(gòu),內(nèi)設(shè)防腐,采用橡膠內(nèi)襯,為一爐一塔單元布置。在煙溫≥180℃時(shí),為防止損壞設(shè)備,脫硫裝置退出運(yùn)行,煙氣系統(tǒng)進(jìn)入旁路運(yùn)行方式。旁路擋板的打開(kāi)時(shí)間不大于15 s,且旁路系統(tǒng)具備快開(kāi)慢關(guān)的功能。

吸收塔底部經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的石膏漿液經(jīng)過(guò)石膏排出泵,排至石膏漿液箱,經(jīng)過(guò)石膏旋流站旋流子的作用,進(jìn)行初步脫水的石膏排至真空皮帶機(jī),經(jīng)石膏皮帶機(jī)二次脫水后形成脫硫系統(tǒng)的最終產(chǎn)品固態(tài)石膏。

脫硫裝置產(chǎn)生的廢水經(jīng)由廢水旋流器送至廢水處理系統(tǒng),采用化學(xué)加藥和接觸泥漿連續(xù)處理廢水,沉淀出來(lái)的固形物在澄清濃縮器中分離,進(jìn)入濃縮器進(jìn)一步濃縮,清水排入沖渣系統(tǒng)。經(jīng)濃縮器濃縮的泥渣送至板框壓濾機(jī)脫水外運(yùn)。

除霧器沖洗水系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)閥門(mén)進(jìn)行程序控制,系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)行一個(gè)主控程序和若干子程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)除霧器各級(jí)和吸收塔煙道入口的沖洗。

除霧器的沖洗頻率、沖洗強(qiáng)度以及沖洗水的水質(zhì)都會(huì)對(duì)除霧器的結(jié)垢產(chǎn)生影響。當(dāng)除霧器結(jié)垢后就會(huì)導(dǎo)致通過(guò)除霧器的煙氣流速增加,液滴夾帶進(jìn)入出口煙道引起煙囪雨霧、顆粒物排放固體的重量增加、損壞除霧器。

2 OVATION集散控制系統(tǒng)

OVATION是第一個(gè)采用全嵌入式數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的過(guò)程控制和采集系統(tǒng)。除了實(shí)時(shí)的和歷史的過(guò)程數(shù)據(jù)值外,數(shù)據(jù)庫(kù)還存儲(chǔ)了OVATION的每一個(gè)信息,包括：系統(tǒng)組態(tài)、歷史儲(chǔ)存和重新建立的數(shù)據(jù)、報(bào)表、控制算法信息、I/O控制器原始數(shù)據(jù)以及過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)。一個(gè)完整的OVATION控制系統(tǒng)如圖1所示。

3 FGD控制系統(tǒng)控制器分配原則

對(duì)于1臺(tái)爐的DCS系統(tǒng)配置,脫硫系統(tǒng)的最低配置為“一爐一塔（單元）”加“公用系統(tǒng)”的方式。

FGD公用系統(tǒng)可精細(xì)劃分為廢水系統(tǒng)、石灰石漿液供給系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)。一般情況下,公用系統(tǒng)的容量和單元機(jī)組的數(shù)量和容量有關(guān)。在綏中發(fā)電有限公司的脫硫DCS設(shè)計(jì)中,公用系統(tǒng)擁有4對(duì)控制器,其容量是保證4臺(tái)機(jī)組煙氣脫硫的最小配置。

單元機(jī)組的FGD系統(tǒng)可劃分為兩大部分：煙風(fēng)系統(tǒng)和吸收塔系統(tǒng)。機(jī)組的容量對(duì)于測(cè)點(diǎn)的數(shù)量無(wú)太大影響,單元FGD系統(tǒng)可以按2對(duì)控制器進(jìn)行分配。

公用系統(tǒng)和單元機(jī)組系統(tǒng)在分配測(cè)點(diǎn)時(shí)無(wú)特殊的要求,盡量達(dá)到均衡即可,若測(cè)點(diǎn)數(shù)量多,可增加擴(kuò)展柜。

FGD的系統(tǒng)組態(tài)可劃分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)、運(yùn)行監(jiān)視畫(huà)面、邏輯控制圖3個(gè)部分,其組態(tài)工作相互緊密聯(lián)系。

4 數(shù)據(jù)庫(kù)

OVATION系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)是Oracle關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù),存在于數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中。該數(shù)據(jù)庫(kù)包含系統(tǒng)中的絕大部分信息,包括組態(tài)、報(bào)表、記錄、控制算法信息、IO數(shù)據(jù)庫(kù)原始信息等。數(shù)據(jù)庫(kù)中分動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)、內(nèi)存數(shù)據(jù)、MMI 4類(lèi)數(shù)據(jù)。

a.動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。包括實(shí)時(shí)改變的數(shù)據(jù),有測(cè)點(diǎn)的數(shù)值及一些狀態(tài)信息。

b.靜態(tài)數(shù)據(jù)。包括測(cè)點(diǎn)的一些標(biāo)定數(shù)據(jù)及報(bào)警數(shù)據(jù)。

c.閃存數(shù)據(jù)。包括測(cè)點(diǎn)的組態(tài)數(shù)據(jù),如報(bào)警限制值、上下限等。

d.MMI數(shù)據(jù)。包括測(cè)點(diǎn)的字符信息,如點(diǎn)的描述、工程單位等。

圖1 OVATION系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

因此,對(duì)于組態(tài)工程技術(shù)人員,測(cè)點(diǎn)是數(shù)據(jù)庫(kù)組成的基本單元。測(cè)點(diǎn)分為硬件點(diǎn)和中間點(diǎn),其中硬件點(diǎn)來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)變送器的測(cè)點(diǎn),命名采用標(biāo)準(zhǔn)KKS編碼設(shè)計(jì),重要保護(hù)用測(cè)點(diǎn)的地址分配采用冗余分散的原則;中間點(diǎn)是程序中使用的過(guò)程變量,中間點(diǎn)數(shù)量多。OVATION邏輯組態(tài)的中間點(diǎn)可劃分為：模擬量點(diǎn)LA、開(kāi)關(guān)量點(diǎn)LD和打包點(diǎn)LP。中間點(diǎn)的編碼規(guī)則要符合程序設(shè)計(jì)模塊化的要求,高效簡(jiǎn)潔的編碼規(guī)則有利于提高程序的可讀性和可移植性,降低設(shè)計(jì)人員的工作復(fù)雜程度。根據(jù)以上原則,提出了一種新的編碼方式,已在10余臺(tái)機(jī)組的DCS組態(tài)設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用,如圖2所示。

圖2 中間點(diǎn)編碼規(guī)則

5 邏輯組態(tài)

FGD的各設(shè)備和系統(tǒng)組態(tài)實(shí)現(xiàn)的功能類(lèi)似,順序控制系統(tǒng)的功能組及程序量比較大。程序組態(tài)設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)上要符合模塊化的設(shè)計(jì)理念,在工藝要求上盡量符合系統(tǒng)功能集中,重要保護(hù)信號(hào)冗余分散的基本原則。例如,石灰石-石膏濕法脫硫工藝中,由于脫硫管道中的介質(zhì)是具有腐蝕性的介質(zhì),所以脫硫系統(tǒng)的各個(gè)管道在使用結(jié)束后都要求進(jìn)行沖洗,大部分工藝子系統(tǒng)都要求具備工藝水沖洗功能。沖洗功能組應(yīng)設(shè)計(jì)成為模塊化的沖洗功能組子程序,既方便組態(tài)工作,又可對(duì)FGD運(yùn)行時(shí)的靈活操作帶來(lái)便利。

6 FGD主要控制策略

6.1 增壓風(fēng)機(jī)入口壓力控制

增壓風(fēng)機(jī)需要克服從原煙氣擋板入口開(kāi)始到凈煙氣擋板出口結(jié)束這一段FGD系統(tǒng)的壓降。通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)前導(dǎo)葉的角度使增壓風(fēng)機(jī)適應(yīng)煙氣負(fù)荷的變化,調(diào)節(jié)增壓風(fēng)機(jī)入口壓力。鍋爐負(fù)荷信號(hào)和鍋爐引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉開(kāi)度變化信號(hào)中的較大者也作為增壓風(fēng)機(jī)葉片控制的前饋信號(hào)。用于迅速跟隨壓力變化,避免鍋爐爐膛壓力較大波動(dòng),保證鍋爐爐膛壓力穩(wěn)定,確保主機(jī)安全運(yùn)行。

6.2 吸收塔供漿流量控制

脫硫系統(tǒng)最終要產(chǎn)生具備合格品質(zhì)的石膏產(chǎn)品,必須控制好進(jìn)入吸收塔的石灰石漿液流量,保證吸收塔內(nèi)漿液pH值變化最小。石灰石漿液流量主要通過(guò)入口SO2濃度控制,并由吸收塔內(nèi)漿液pH值信號(hào)（有的加入系統(tǒng)脫硫率）進(jìn)行修正。合理的石灰石漿液流量將吸收塔反應(yīng)液體環(huán)境維持在合理的范圍內(nèi),其pH值控制采用串級(jí)控制。

由煙氣流量,未處理氣中SO2濃度和化學(xué)計(jì)量因數(shù)計(jì)算出石灰石漿液流量設(shè)定值,并以此值作為可變指令,給設(shè)定值加上測(cè)得的pH值和換算因數(shù)作為修正值。按懸浮液濃度修正過(guò)的石灰石漿液流量將作為實(shí)際值（控制可變量）輸送至主控制器（見(jiàn)圖3）。

圖3 吸收塔漿液流量控制

6.3 濕式球磨機(jī)供水量控制（粗調(diào)）

根據(jù)送往濕式球磨機(jī)的石灰石量計(jì)算進(jìn)入濕式球磨機(jī)的濾液水量,濾液水量通過(guò)調(diào)整濕式球磨機(jī)的濾液閥進(jìn)行控制。石灰石與濾液水的比例要基本保持不變。

6.4 石灰石漿液箱密度控制（細(xì)調(diào)）

送往濕式球磨機(jī)再循環(huán)箱的濾液水量,將根據(jù)石灰石漿液的濃度,通過(guò)調(diào)整濕式球磨機(jī)循環(huán)箱的濾液閥進(jìn)行控制。

6.5 真空皮帶機(jī)濾餅厚度控制

為了控制不同的石膏漿液供送流量和防止非均勻配送石膏漿以形成塊狀物,利用液位測(cè)定測(cè)量塊狀物的厚度。采用單回路控制,在閉環(huán)控制中將調(diào)定的塊狀物厚度值與實(shí)際測(cè)得的塊狀物厚度值進(jìn)行對(duì)比。厚度太高使濾帶驅(qū)動(dòng)裝置以較快速度運(yùn)行,厚度太低使濾帶驅(qū)動(dòng)裝置以較慢速度運(yùn)行。

6.6 吸收塔液位控制

通過(guò)對(duì)FGD系統(tǒng)提供充足的工藝水,補(bǔ)充進(jìn)入吸收塔的熱煙氣冷卻和飽和過(guò)程中所蒸發(fā)掉的水。FGD運(yùn)行時(shí),工藝水由液滴分離器（除霧器）的沖洗水提供。吸收塔液位控制由加入到實(shí)際煙氣中的除霧器沖洗水水量控制,執(zhí)行設(shè)備為除霧器的各沖洗水閥門(mén),功能組投入后,按照一定的規(guī)則依次打開(kāi)和關(guān)閉?？稍O(shè)一個(gè)中斷時(shí)間,沖洗時(shí)間是煙氣量的函數(shù),煙氣量最大時(shí)對(duì)應(yīng)最小的中斷時(shí)間。

6.7 FGD系統(tǒng)保護(hù)

FGD裝置的保護(hù)動(dòng)作條件主要包括：FGD進(jìn)口溫度異常,增壓風(fēng)機(jī)停運(yùn),煙氣換熱器GGH停運(yùn),循環(huán)漿泵投入數(shù)量不足,鍋爐MFT,油燃燒器投入狀況,煤燃燒器投入狀況,電除塵電場(chǎng)投入狀況。

FGD保護(hù)動(dòng)作結(jié)果：自動(dòng)快速開(kāi)啟旁路擋板門(mén),切除FGD,機(jī)組旁路運(yùn)行?？刂剖以O(shè)手動(dòng)按鈕,在緊急狀態(tài)時(shí)強(qiáng)制動(dòng)作旁路擋板門(mén),保證鍋爐安全運(yùn)行,當(dāng)旁路煙氣擋板開(kāi)到位后,停增壓風(fēng)機(jī);當(dāng)旁路煙氣擋板開(kāi)到位,并且增壓風(fēng)機(jī)停運(yùn),關(guān)FGD入口煙氣擋板;當(dāng)旁路煙氣擋板開(kāi)到位后,并且增壓風(fēng)機(jī)停運(yùn),關(guān)FGD出口煙氣擋板。

7 結(jié)束語(yǔ)

煙氣脫硫工程是節(jié)能減排的重要手段,是國(guó)家實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要工程之一,石灰石-石膏濕法脫硫在華能太倉(cāng)電廠、成都國(guó)華金堂電廠、綏中發(fā)電有限公司等應(yīng)用中,脫硫效率均達(dá)到96%以上,FGD投產(chǎn)后,滿足了其所在城市的空氣污染物排放量要求,社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益明顯。采用的OVATION控制系統(tǒng),軟硬件結(jié)構(gòu)緊湊,程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔,功能強(qiáng)大,安全可靠,在近年的生產(chǎn)運(yùn)行中均未出現(xiàn)重大安全事故,受到用戶的一致好評(píng)。

[1] 徐 宏.石灰石-石膏濕法脫硫裝置控制策略[J].能源工程,2005,（6）：47-49.

[2] 陳志強(qiáng),傅 鈞,劉衛(wèi)華.煙氣脫硫系統(tǒng)控制策略[J].水利電力機(jī)械,2007,29（6）：9-11.