分散控制系統在電廠煙氣脫硫系統中的應用

摘要：已河南焦作電廠為例，介紹了分散控制系統DCS在電廠煙氣脫硫(FGD)系統中的應用，包括控制系統的構成和控制功能等。

關鍵詞：煙氣脫硫 分散控制系統

焦作電廠#1機組煙氣脫硫采用采用由比曉夫公司提供的循環流化床脫硫工藝，整套系統由以下子系統構成：煙道系統、吸收塔系統、脫硫布袋除塵器系統、脫硫灰循環系統、工藝水系統、流化風系統、石灰消化系統、脫硫劑儲存及輸送系統、壓縮空氣系統（脫硫、除灰公用）、緊急排放系統、除塵器灰斗加熱系統、氣力除灰系統。

一、脫硫工藝系統簡介

來自鍋爐的空氣預熱器出來的煙氣溫度一般為120～180℃左右，從底部進入吸收塔，在此處高溫煙氣與加入的吸收劑、循環脫硫灰充分預混合，進行初步的脫硫反應，然后通過吸收塔底部的文丘里管的加速，吸收劑、循環脫硫灰受到氣流的沖擊作用而懸浮起來，形成流化床，進行第二步充分的脫硫反應。在這一區域內流體處于激烈的湍動狀態，顆粒與煙氣之間具有很大的滑落速度，顆粒反應界面不斷摩擦、碰撞更新，極大地強化了脫硫反應的傳質與傳熱。在文丘里的出口擴管段設一套噴水裝置，噴入的霧化水一是增濕顆粒表面，二是使煙溫降至高于煙氣露點20℃左右，創造了良好的脫硫反應溫度，吸收劑在此與SO2充分反應，生成副產物CaSO3·1/2H2O，還與SO3、HF和HCl反應生成相應的副產物CaSO4·1/2H2O、CaF2、CaCl2等。凈化后的含塵煙氣從吸收塔頂部側向排出，然后轉向進入脫硫除塵器（布袋除塵器），再通過鍋爐風機排入煙囪。經布袋除塵器捕集下來的固體顆粒，通過除塵器下的灰循環系統，返回吸收塔繼續參加反應，如此循環，多余的少量脫硫灰渣通過物料輸送至灰倉，再通過除灰系統送入灰庫。

二、控制系統

1、控制系統構成

#1機組FGD裝置控制系統采用上海華文分散控制系統。DCS系統由高速實時數據網絡和連接在網上的人機接口站MMI與分散處理單元DPU三大部分組成，DPU面向被控對象，進行快速數據輸入輸出處理和閉環控制計算，完成報警檢測、接收操作指令和組態修改指令。MMI包括操作員站OPU、工程師站ENG、歷史數據站HSU。面向操作員以流程圖、棒狀圖、曲線、表格、按鈕、對話框等方式提供數據，解釋操作指令并送到DPU。通過問MMI、操作員和工程師可對監控過程進行干預和修改，在網上任一臺打印機上打印任何所需資料。MMI還能完成數據記錄統計功能。

#1機組FGD裝置的DCS設置了兩對DPU、二個操作員站、一個工程師站和一個歷史站。

2、控制功能

本工程脫硫、除塵及除灰系統合用一套分散控制系統（DCS）。基本功能包括DAS、MCS、SCS等。

1）數據采集系統（DAS）

DAS連續采集和處理所有與系統有關的重要測點信號及設備狀態信號，以便及時向操作人員提供有關的運行信息，實現系統安全經濟運行。一旦發生任何異常工況，將及時報警，提高系統的可利用率。DAS至少有下列功能：

·顯示：包括操作顯示、成組顯示、棒狀圖顯示、趨勢顯示、報警顯示等。

·制表記錄：包括定期記錄、事故順序（SOE）記錄、跳閘一覽記錄等。

·歷史數據存儲和檢索。

·性能計算。

2）模擬量控制系統（MCS）

FGD裝置的自動調節由DCS中的模擬量調節系統(MCS)完成。主要的調節項目有:

a、SO2脫除閉環控制系統

根據吸收塔進口煙氣流量及其原始SO2濃度控制脫硫劑的給料量，用吸收塔出口的煙氣流量及SO2的排放值來作為校核和精確地調節脫硫劑給料量的輔助調控參數，以保證達到要求的脫硫效率。

b、吸收塔溫度閉環控制系統

根據吸收塔出口處的煙氣溫度直接控制其底部的噴水量，以確保吸收塔內的溫度處于盡可能地接近露點的最佳反應溫度范圍內，并使煙溫控制在70～90℃范圍內，使設備及煙道不至于產生低溫腐蝕。噴水量的調節通過調節回流水壓來調節的。

c、吸收塔壓降閉環控制系統

循環流化床的固/氣比或固體濃度是保證其良好運行的重要參數。在運行中需要能調節床內的固/氣比以保證反應器始終處于良好的運行工況。其調節方法是通過調節除塵器下再循環溜槽的給料量，以控制送回反應器的再循環干灰量，從而保證了床內必需的固/氣比。

d、凈煙氣循環閉環控制系統

通過調節凈煙氣再循環擋板，保證吸收塔在鍋爐低負荷運行時的煙氣量不低于75％設計流量，從而保證吸收塔在低負荷運行時的最佳傳熱、傳質狀態。

3）順序控制系統(SCS)

SCS完成脫硫系統及輔助系統的啟停順序控制。

·順序控制將設置必要的程序斷點，順序控制有完備的操作指導，以幫助運行人員快速、準確地處理系統啟停和運行過程中出現的各種情況。

·一個功能組項被定義為某一工藝系統內所有輔機及其所有的相關設備。

·所設計的功能組和子組級順序控制將進行自動順序操作，各子組項的啟、停在安全的基礎上能獨立進行。

·對于每一個子組項及其相關設備，它們的狀態、啟動許可條件、操作順序和運行方式，都在LCD上顯示出畫面。

·在手動順序控制方式下，提供操作指導，這些操作指導以圖形方式顯示在LCD上，即按照順序進行，可顯示下一步應被執行的程序步驟，并根據設備狀態變化的反饋信號，在LCD上改變相應設備的顏色。

·運行人員通過手動指令，可修改順序或對執行的順序跳步，同時滿足安全要求。

·控制順序中的每一步均通過從設備來的反饋信號得以確認，每一步都監視預定的時間。如順序未能在約定的時間內完成，則應發出報警，并禁止程序進行下去。如果故障消除，在運行人員再啟動后，可使程序再進行下去。

·在自動順序執行期間，出現任何故障或運行人員中斷信號，正在運行的程序將中斷并回到安全狀態，使程序中斷的故障或運行人員指令在LCD上顯示，并由打印機打印出來。

·順序控制是按命令邏輯順序進行的，每步有檢查，在正常運行時，順序一旦啟動將至結束。在順序過程中每一步有指示，在此步完成后自行熄滅，順序是否完成都有分別的指示。

·運行人員在LCD/鍵盤上操作每一個被控對象，手動操作有許可條件，以防運行人員誤動作。提供子組級和執行級控制，操作員能操作所有設備（如泵、風機、閥門和擋板等），通過LCD/鍵盤進行遠方操作，按設備和運行要求，驅動級控制有聯鎖。

·設備的聯鎖、保護指令具有最高優先級：手動指令則比自動指令優先。被控設備的“啟動”、“停止”或“開”、“關”指令應互相閉鎖，且使被控設備向安全方向動作。

·SCS將通過聯鎖、聯跳和保護跳閘功能來保證被控對象的安全。保護及重要聯鎖功能，包括緊急跳閘均采用硬接線連接。

·用于保護的接點（過程驅動開關或其它開關接點）是“動合型”的，以免信號源失電或回路斷電時，發生誤動作（采用“斷電跳閘”的重要保護除外）。

·對成對的被控設備，控制系統的組態將采用不同的分散處理單元或控制組件，以防系統故障時二個被控設備同時失去控制。

三、系統可靠性措施

1）冗余配置

①控制器CPU1:1

②電源(CPU、I/O、機柜電源、模件電源、操作電源)1:1

③通訊高速公路1:1

④操作站兩臺互為備份

2）自診斷：各個標準站中，在站正常執行過程中運行，并不影響過程的實時能力。自動退出故障系統，同時在人機接口站上有相應報警信息產生，且I/O板上LED顯示。LCD自診斷信息可顯示至卡件級。

3）網絡差錯控制：信息傳遞采用CRC校驗，并具有豐富的在線自診斷手段。

4）無擾切換：DPU冗余，并可實現自動無擾切換。切換時間＜10ms；

5）I/O卡件：提供可靠的光電隔離和半導體隔離卡件，其共模抑制比達120db，其串模抑制比達60db，允許帶電拔插。

四、結束語

工程采用分散控制系統不僅提高了自動化控制水平而目減少了運行人員的誤操作和勞動強度，同時提高了系統的可靠性。