NT6000 DCS在大唐南京發電廠煙氣脫硫系統中的應用

摘要：SO2是火電廠的主要污染排放物，是形成酸雨、酸霧的主要原因之一，電廠必須建設脫硫設施減排SO2。本系統采用NT6000 DCS技術對電廠煙氣脫硫（FGD)系統進行集散控制，具有脫硫效率高，系統運行的可靠性和持續性好。本文在介紹濕法脫硫的工藝的基礎上、從操作站和工程師站的軟硬件配置，控制器及I/O點的分配，系統的部分裝置的設備級控制邏輯、順控及主要的調節回路實現，系統調試等方面對系統做了闡述。

關鍵詞：濕法脫硫 NT6000ＤＣＳ 控制策略

1 概述

火電生產是以燃燒礦物燃料為基礎的一種能量轉換過程，會排放大量的粉塵和有害氣體，燃料燃燒排放的主要是二氧化硫。二氧化硫濃度為1-5ppm時可聞到臭味，長時間吸入可引起心悸，呼吸困難等心肺疾病。若形成硫酸煙霧，對人的皮膚，眼疾膜，咽喉等均有強烈刺激和損害。硫化物在大氣中積累，造成環境酸化，是形成酸雨、酸霧的主要原因之一，污染土壤和水體，腐蝕建筑物，使農作物減產，影響動植物的生長發育。因此電廠必須建設脫硫設施減排SO2。

目前煙氣脫硫（FGD）技術不下幾十種，主要分為濕法、干法、半干法、生物等幾大類，其中濕式鈣法（石灰石－石膏）是目前世界上技術最成熟、實用業績最多、運行狀態最穩定的脫硫工藝，因此大多數電廠采用的脫硫技術多是濕法脫硫。[1]

2 濕法脫硫工藝簡介及控制功能分析

各式濕法煙氣脫硫工藝流程、形式和機理大同小異，主要是使用石灰石(CaCO3）、石灰（CaO)或碳酸鈉(Na2CO3）等漿液作洗滌劑，在反應塔中對煙氣進行洗滌，從而除去煙氣中的SO2。其具有脫硫效率高(90%－98％)，機組容量大，煤種適應性強，運行費用較低和副產品易回收等優點。[2]

大唐南京發電廠2×660MW超超臨界機組煙氣脫硫系統采用中環（中國）工程有限公司生產的石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝（FGD。鍋爐來的全部煙氣經引風機升壓后直接進入吸收塔，煙氣自下向上流動，煙氣中的SO2被自上而下循環噴淋的石灰石-石膏漿液吸收生成CaSO3，并在吸收塔反應池中被鼓入的氧化空氣氧化而生成石膏。脫去SO2的煙氣經除霧器除去煙氣中攜帶的漿液霧滴后，經煙囪排入大氣。

本脫硫系統采用“兩爐兩塔”方式，#1、#2爐配備各自獨立的煙氣系統、吸收塔、一級旋流脫水、氧化風機等脫硫裝置；運行方式為單元運行。石灰石輸送儲存（2套）、石灰石漿液制備（2套）、二級真空脫水（2套）、事故漿池（1套）、工藝水（1套）、廢水處理（1套）等輔助公用系統。

粒徑≤45μm的石灰石粉由密封罐車運至廠內，由輸送空氣卸入石灰石粉倉。石灰石粉倉內的石灰石粉通過底部的葉輪給料機均勻地送入石灰石漿液罐內，系統將自動按一定的比例加水攪拌，制成一定濃度的石灰石漿液（含固濃度為20%—30%（wt）），再用漿液泵送至脫硫吸收塔漿池。為使漿液混合均勻、防止沉淀，石灰石漿液罐內設有攪拌器。

吸收塔反應池中產生的石膏由石膏排出泵送入石膏水力旋流器濃縮，濃縮后的石膏漿液進入真空皮帶式過濾機進行二級脫水。石膏漿液經脫水處理后表面含水率小于10%，送入石膏儲存間存放待運。石膏水力旋流器溢流出的漿液返回吸收塔循環使用。

本系統取消了脫硫系統的煙氣旁路、GGH及脫硫增壓風機，采用脫硫增壓風機與引風機合并的方式。在煙氣事故情況下，高溫煙氣進入吸收塔會損壞塔內件。為保護塔內件，吸收塔入口煙道增設事故噴淋系統。在吸收塔出口溫度高于65℃或漿液循環泵全停時，事故噴淋系統自動啟動對高溫煙氣進行冷卻。

脫硫系統工藝水由電廠工業水系統引接至工藝水箱，經工藝水泵打至各處作轉機（氧化風機除外）、軸承、潤滑油系統的冷卻水，真空泵的密封水，輸漿泵、管道的沖洗水等用水。

脫硫島壓縮空氣由廠壓縮空氣站供給。

廢水旋流器的溢流水由廢水泵送至中和箱，加入石灰乳、有機硫、氯化鐵、助凝劑等化學藥品，去除廢水中的重金屬和氯離子，處理后的廢水由清水泵排出。

脫硫系統主要涉及吸收塔系統、磨制系統、制漿系統、脫水系統等的DCS控制，脫硫島監控范圍至少包括:①FGD裝置(吸收系統、GGH吹灰系統、FGD供水及排放系統等)；②公用輔助系統（石灰石制漿、石膏脫水、廢水處理系統等）；③FGD電氣系統（包括脫硫變、高低壓電源回路的監視和控制以及UPS、直流系統的監視等），具體以電氣部分相關要求為準；④煙氣檢測、成分分析等。

大唐南京發電廠采用了南京科遠公司推出的NT6000控制系統，具有可靠，實時響應，多任務、數據采集、潛在控制能力和開放式的網絡設計優點。

3 控制系統介紹

3.1 系統結構

本廠脫硫系統主要包括一臺工程師站、三臺操作員站、SIS站和歷史站。

NT6000控制系統（DCS）由人機界面MMI（包括操作員站和工程師站）、控制網絡（ENET）、分散處理單元（DPU）、I/O網絡(EBUS)和I/O模件等部分組成。

電廠輔控車間NT6000 DCS系統拓撲結構：控制網為星型-環型混合結構，其中控制主網為星型結構，控制子網為環型結構。控制系統的網絡結構如圖1所示：

3.2 工程師及操作員站軟硬件配置及功能

3.2.1 Pentium Ⅳ工控機

P4/2.8GHz主頻，2G內存，500G硬盤，52×CDROM冗余網卡，專用鍵盤或101標準鍵盤，球標或鼠標.配有一可讀寫光驅。

3.2.2 顯示器：22寸LCD，1280×1065象素，具有防眩、抗靜電、低輻射的功能。

3.2.3 系統軟件：WINDOWS XP操作系統

3.2.4 人機接口軟件：組態軟件Kview/DS、ControlX，運行軟件Kiew/RT。

3.3 控制器配置和功能

脫硫系統（#1爐脫硫、#2爐脫硫、公用）配置6對（1：1冗余）控制器。控制系統必須具有獨立的控制器，才能適應相應工藝系統的分步調試、分期投運、單獨維護的要求。NT6000系統的過程控制站的核心部分分散處理單元DPU為KM940，KM940基于高可靠性的32位高性能PowerPC處理器和實時操作系統，通過冗余的控制網絡向上與操作站節點及其它DPU連接，向下與I/O卡件連接，提供雙向的信息交換，實現各種先進的控制策略，完成數據采集、模擬調節、順序控制、高級控制、專家系統以及其它不同用戶的特殊功能要求。KM940分散處理單元還能夠通過多種現場總線與第三方裝置，如PLC、專用保護裝置、數據采集終端等進行數據交換，實現一體化控制，所支持總線包括：Modbus RTU、Profibus DP、Hart、FF、DeviceNet等。

3.4 控制系統I/O分配

為保證I/O卡件損壞時，影響范圍不致太大，每塊卡件點數不宜過多。任意一塊I/O模件的故障均不影響其他I/O模件的正常工作。每個模擬量輸入點有一個單獨的A/D轉換器，每一個模擬量輸出點有一個單獨的D/A轉換器，每一路熱電阻輸入有單獨的橋路。每個數字量輸入/輸出卡件的點數不超過8個通道，每個模擬量輸入/輸出卡件的點數不超過4個通道。此外，所有的輸入通道、輸出通道及其工作電源，均互相隔離。開關量輸入/輸出卡件都采用繼電器隔離，模擬量信號輸入都采用端子板隔離，以確保IO卡件的安全。脫硫系統約為2152點.分布如表1：

3.5 系統接地及電源分配

3.5.1 系統接地。DCS機柜接地分為兩種：屏蔽接地（SE）和保護接地(PE)，不管是屏蔽接地還是保護接地最終都將匯總到電氣接地網；但380V的配電柜保護接地需要單獨考慮。

3.5.2 電源分配。①控制柜進兩路220VAC電源。②操作站、工程師站等是兩路220VAC電源經過自動切換裝置的供電方式。③就地儀表、配電柜里的電動閥等設備都是通過接觸器自動切換裝置的供電方式。

4 系統控制功能實現

控制功能設計決定了系統的自動化程度和設備運行方式。控制功能分三部分：設備級邏輯、SFC（順控）、自動調節（PID)。

4.1 設備級邏輯

設備級邏輯主要包括漿液循環泵、吸收塔攪拌器、氧化風機、石膏排出泵、石灰漿液泵、真空皮帶機、真空泵等設備的啟、停和聯鎖停控制。

4.2 順控

脫硫順控主要是一些功能組啟動、停止、聯鎖啟動、聯鎖停止、啟動允許、停止允許、復位。主要功能組有：循環泵功能組、石膏排出泵功能組、吸收塔功能組、除霧器功能組、除霧器沖洗功能組、吸收塔事故冷卻功能組、石灰石供漿功能組、石灰石漿液泵功能組、真空皮帶機功能組。功能組具有如同循環泵功能組統一格式的面板。（如圖2）

4.3 主要閉環調節

PID是“比例積分微分控制”的簡稱，其中“P”代表比例控制，英文是Proportional；“I”代表積分控制，英文是Integral，“D”代表微分控制，英文是“的Derivative”，它是一種閉環連續控制，不斷檢測現場的被控參數，即測量值，將它與控制目標值，即設定值比較，經過PID運算，輸出一個值來調節相應執行機構的開度，使被控參數接近或等于目標值，PID功能邏輯框圖如圖3，面板如圖4所示。

在本系統中主要的PID回路有：①增壓風機動葉自動調節，主要是調節增壓風機入口壓力；②石灰石漿液流量自動調節——串級調節，主要是調節石膏漿液PH值；③真空皮帶機，主要是調節石膏濾餅厚度；④吸收塔液位自動調節，⑤石膏漿液至吸收塔調節閥。主要是調節石膏漿液集箱壓力。以上典型的脫硫系統PID調節，但隨著脫硫工藝的不斷改進，自動調節也有所變化。

5 系統現場調試

當操作站的安裝，控制柜的卡件布置，系統的接地、供電及通信網絡的連接，就進入系統調試階段。步驟如下：①準備工作。②系統恢復。主要進行機柜恢復、操作站恢復、工程師站恢復。③系統授電。④系統上電。主要有電源柜上電、控制柜上電、操作站上電。⑤軟件下載。⑥系統測試。⑦數采點調試。⑧設備級調試。⑨功能測試。⑩聯鎖保護邏輯調試。■調節系統調試。

6 小結

從本套系統投運后的實際運行效果看，大大降低工作人員的勞動強度，提高系統運行的可靠性和持續性，取得了良好的社會效果。脫硫后的煙氣排放完全符合設計要求和國家環保標準，脫硫效率可達95％。

參考文獻：

[1]郭東明.脫硫工程技術與設備，學工業出版社，郭東明，007-05-01.

[2]曾庭華，楊華，廖永進，郭斌.濕法煙氣脫硫系統的調試、試驗及運行，中國電力出版社，2010-02-01.