中小型鍋爐煙氣脫硫DCS控制水平提升探析

福建省產品質量檢驗研究院　張天偉

中小型鍋爐煙氣脫硫DCS控制水平提升探析

福建省產品質量檢驗研究院張天偉

該文簡單介紹了目前我國中小型鍋爐煙氣脫硫控制的情況，并從系統選擇、系統自動啟停和系統保護設計等方面提出了提高脫硫DCS控制水平的方法，從而使脫硫系統節省人力，提高效率。

能源與動力工程自動控制大氣污染煙氣脫硫集散控制系統根據我國環境保護法規和最新火電廠大氣污染物排放標準的規定，新建鍋爐及火電廠都必須配有煙氣脫硫系統。煙氣脫硫控制系統的設計是一個較重要的環節，較高的控制水平不但能使脫硫系統甚至主機系統長期安全穩定運行，而且可以大大降低操作人員的勞動強度、減少出錯幾率。其中，石灰/石膏濕法脫硫技術是目前較成熟的脫硫技術之一，國內70%以上火電廠都采用這種脫硫方法，其控制方案也較成熟。但如何根據國內中小型鍋爐煙氣脫硫的特點，有效提高自動控制的水平，減少能源消耗，提高效率，仍值得深入探討。

1　目前脫硫控制存在的問題和期望的控制目標

隨著煙氣排放標準的提高，早期由PLC控制的煙氣脫硫系統已不能滿足要求，采用集散控制系統（DCS）進行煙氣脫硫控制已成為必然趨勢［1-2］。

對于煙氣脫硫系統的控制，大部分用戶都要求在保證脫硫效率的前提下，運行人員能在集控室內進行煙氣脫硫裝置及其附屬設備的啟停和正常運行工況的監視、控制及異常與事故工況的報警、聯鎖和保護。在控制室內不設置常規儀表盤，但當脫硫控制系統出現故障時，有手段能使脫硫系統安全解列，保護機組安全運行。

目前，國內脫硫DCS控制系統雖已得到廣泛應用，但在控制水平上還存在著一些問題，例如：大部分系統是建立在子功能組、功能組基礎上的，脫硫系統的啟停需要多個功能組的手動操作，不具備自動啟停的功能；另外，雖然脫硫系統中模擬量調節數量不多，但常規的單系統、單回路調節很難做到與程序控制（SCS）系統整合，難以實現真正自動控制；報警系統的不完善不利于操作員快速處理異常工況等。

2　提高中小型鍋爐煙氣脫硫控制水平的方法

針對以上問題，在DCS控制系統設計時，本文以石灰/石膏濕法脫硫技術為例，提出若干提高自動控制水平的方法。

2.1控制系統的選擇

在控制系統的選擇上，目前用戶都傾向于采用分散控制系統。建議在硬件配置時采用與主機控制系統保持一致的硬件。這樣一方面可以減少備品備件，而且可以減少熱工維護人員，減少維護量；另一方面便于與主機實現網絡通信，實現主機和脫硫控制系統一體化。另外，管理系統（MISPSYS）可以采用統一的數據接口采集數據。在選擇系統硬件配置時，對于系統點數較少的系統可以使用一對主控單元，電源、通訊、重要測點均為1：1冗余配置。對于系統點數較多的系統可以使用兩對或兩對以上的主控單元。

以浙江金華蘭溪協鑫環保熱電有限公司15MW+6MW燃煤發電機組煙氣脫硫系統為例，本工程與主體工程一樣選用和利時FM801主控單元，每對DPU配對I/O點數不超過300點，所以根據本工程實際情況，本工程共配置5對DPU、5面控制機柜、1臺工程師站、2臺操作員站、2臺服務器（用于與廠內MIS系統通訊），電源、通訊、重要測點均為1：1冗余配置。系統投入運行后設備利用率高、安全穩定，達到中等自動控制水平。

2.2自動啟停程序設計

系統啟停方式可分為手動啟停和自動啟停兩種。目前通常采用功能組基礎上的手動啟停操作。要實現自動啟停必須對控制對象有全面的了解。還是以浙江金華蘭溪協鑫環保熱電有限公司15MW+6MW燃煤發電機組煙氣脫硫系統為例，脫硫工藝處理過程如下：鍋爐未處理的煙氣經引風機后，進入吸收塔與噴淋的石灰漿液接觸去除煙氣中的SO2；在吸收塔后部設有除霧器除去煙氣中的霧珠；經脫硫后的凈煙氣進入鋼制直排煙囪排入大氣。在此過程中，吸收塔漿液循環泵為吸收塔提供大量的吸收劑，以保證氣液兩相充分接觸，提高SO2的吸收效率；生成石膏的過程中采取空氣強制氧化，設置氧化風機增加氧化效果。

根據上述流程，本工程將煙氣脫硫DCS功能組劃分為煙氣系統、吸收塔SO2吸收系統、石灰漿液制備及供應系統、氧化空氣系統、脫硫渣處理系統、工藝水系統、事故處理系統等。其中石灰漿液制備及供應系統、氧化空氣系統、脫硫渣處理系統、工藝水系統、事故處理系統為三臺機組脫硫系統的公用部分。要實現自動啟動，必須由啟動程序和停用程序組織這些功能組，例如，首先啟用工藝水系統和石灰漿液制備供應系統進行制漿、輸送漿液，然后啟用吸收塔SO2系統，接著才允許投入煙氣系統，關閉旁路使煙氣進入脫硫狀態。設計時必須注意如下幾點：

（1）子功能組必須具備啟動或停用程序所要求的功能。例如啟動程序指令的接收口、功能組內部聯鎖開關的自動投切功能、功能組與啟動程序信息的交換功能等。又如石灰漿液泵系統本身作為子功能組，具有一用一備的聯鎖開關。當吸收塔系統功能組啟動石灰漿液泵系統子功能組時，子功能組啟動其中一組設備，延時一段時間后應自動投備用設備組的聯鎖開關。

（2）啟動或停用程序必須有較強的容錯性。例如應具有對功能組進行投入或切除的手段。國內自動啟停技術相對國外還存在差距，其中很大一個因素是硬件跟不上，一方面是質量上的差異，另一方面是對硬件性能不十分了解。無論是調試階段還是正常運行工況下，都會碰到功能組運行出現問題的情況，可以考慮手動處理問題，但不能影響啟動或停用程序總的流程。

（3）系統中模擬量的控制必須滿足自動啟停的要求。本工程脫硫系統包含供漿流量、吸收塔液位等控制，這些控制應有與啟停程序交換指令和信息的接口，以使系統安全、可靠、高效率地運行。

（4）本工程還通過光纖通訊并入原有主體工程的機組DCS系統，實現脫硫區無人值守。同時，通過兩臺服務器MIS和SIS系統，進行全廠信息共享。

2.3安全可靠的系統保護設計

系統保護設計直接影響脫硫系統和機組的安全運行，所以安全可靠是第一位的。

2.3.1設置備用硬手操按鈕

為了使脫硫系統安全解列以保護機組安全運行，除了在脫硫系統內由邏輯控制保護外，還在控制室內設置能使脫硫系統安全解列的后備硬手操按鈕。

2.3.2保護條件信號的安全處理

保護條件信號的可靠性是設計保護系統的前提條件，既要使系統安全運行，又要保護設備，所以不希望由于信號不可靠造成誤動作或不動作。因此，本工程對于多個測點的信號均進行了篩選，例如先進行數據有效性判斷，再用三選二等方法進行運算，得出正確的信號。

2.3.3設計有效的報警系統

本工程DCS系統具有一套完整的報警系統，對異常的系統和過程狀態進行報警。除了充分應用系統的報警功能外，還利用邏輯運算等手段把重要的、影響設備或系統的中間邏輯量進行集中報警，并且放置在醒目的監視畫面上，輔以聲光報警信號，以便在發生異常工況時，運行人員能快速找到問題所在。

3　結束語

本文介紹的幾種提高脫硫DCS控制水平方法是在工程實踐中總結出來的，它可以有效提高系統的自動化程度，減少操作人員的誤操作，降低運行人員勞動強度，有效節約資源，提高效率，特別適用于中小型鍋爐濕法脫硫系統。

［1］王雷.大型火力發電機組煙氣脫硫控制系統設計［J］.中國電力，2005（1）：76-79.

［2］胡蓉.分散控制系統在煙氣脫硫系統中的應用［J］.四川電力技術，2003（5）：17-18.