發電廠脫硫工程電氣及自控設計思考

張永濤 李強

摘 要：文章簡單概述發電廠在不同生產階段的脫硫技術，重點討論關于此工序系統的電氣及自控設計。列舉需涵蓋的監控內容，分別從模擬量、吸收塔液位等環節展開。以求發電廠在滿足脫硫需要的同時，能控制生產投入資本。

關鍵詞：發電廠;脫硫工程;自控設計

引言：國內火力發電依舊占據較大比重，生產能源一般為煤炭。借助燃燒煤期間形成的蒸汽，達到能量轉化發電的目的。發電中，會排出SO2煙氣和粉塵，對自然環境有不利影響，容易引發霧霾天氣。

一、發電廠脫硫技術

首先，在燃燒前的脫硫處理。如今，比較成熟的技術主要是液化與加工洗選煤。以洗選煤為例，其是借助微生物、磁選等方式，控制粉塵及硫的含量，并且不會消耗過多的處理費用。運輸煤炭過程中，內部無用物質已經實現控量，保證此時煤炭燃燒效果，同時壓縮運輸費用。洗選煤期間所使用的物理方法比較完善，可以把原煤里鐵礦硫與泥土等雜物清理出去，具備機組搭設簡單與資金投入量少等特征，但僅對無機硫有效。而對于有機硫可采用化學手段，借助化學反應，產生化合物，實現脫硫。

其次，燃燒期間脫硫處理。一方面，型煤工藝固硫。采煤機械化水平比較高，但煤粉含量不斷增多，而燃燒型煤，可以控制粉塵量。型煤內部孔隙相對偏大，而且粒徑比較勻稱，可以有效凈化超過七成的有害物質。另一方面，爐內噴鈣。該項工藝的脫硫能力有限，但成本不高，比較符合資金實力較差的發電廠。反應過程是：SO2+CaO→CaSO3。雖然此項技術僅能達到30%～40%的脫硫程度，但若能搭配合適催化劑，也能超過70%。

最后，燃燒后的脫硫處理。此階段的脫硫主要作用在煙氣上，根據實際用水量，能分成濕法及干法和半干法。如果以副產品的角度來看，包括回收法與拋棄法，前者為氨脫硫，后者是噴鈣脫硫。

二、電氣自控設計分析

發電廠脫硫系統大多數借助DCS，實現自動控制，其可提供的功能較多，在合理調試后，能達到快速響應的效果。DCS裝置一般布置在設備間，臨近控制室，系統操作人員借助上位機，監控推流工況，而且異常警報與生成、表格等操作都可在上位機實現。系統正常工作狀態下，支持無人值守，安排幾位工作者定期巡檢即可。

（一）監控內容

首先，實時采集排出煙氣中的污染物含量，此項自控參數是最為關鍵的一項。其余參數還有氧化風機與漿液循環泵等重要裝置，在工作中產生的數據信息。基于對設定該參數的采集與分析計算，DCS可在參數的一定起伏區間中，自動完成控制調節，維持脫硫過程的平穩運行。在控制煙氣污染濃度符合生產要求的前提下，自控濃度參數起伏。其次，脫硫工序中裝置通電工況以及負載狀態，是利用現場的觸點與電流信號，進行監控。如，中壓配電裝置，能為其配備通信管理機，以獲取測控設備傳送信息，通過通信網絡，與DCS接上，達到監控此類裝置工況的目的。而低壓配電裝置，一般借助硬接線，獲取到所需信號，經過電纜，傳送給DCS，完成監控過程。再次，DCS不僅能實現自控，還可借助保護邏輯，在識別到嚴重異常時，會自動讓系統逐漸停下，同時會發出警報信號。最后，DCS采集脫硫工程核心裝置工況信號，需立即傳送到主控系統。發電機組則在脫硫過程發生嚴重故障時，通過自動及人工操控，實現下調負荷以及停機[1]。

（二）自控系統

1.數據采集

此自控部分比較簡單，主要負責獲取實際信息。具體功能包括：信息采集處理以及終端顯示輸出、參數超出限值警報、保存歷史資料等。

2.模擬量控制

發電廠脫硫期間，大多數自控動作是依據模擬信號，借助該系統，可處理模擬量，和設定值比較，按照偏差值確定調控量。轉變成模擬量，傳給執行模塊，達到自控的目的。該控制系統下，設置流量與排放等子系統。

一方面，流量控制。石灰石漿液環節運轉中，DCS把鍋爐工作負荷、煙氣SO2濃度以及流量等信息，借助實時計算，得到最適宜的理論添加量。下一步則對比吸收塔中漿液pH的實際值與設定值，結合漿液當前密度，經過變化修正后的理論添加量，調整機組中的石灰石漿液流量。借助此項自控，確保吸收塔中pH值始終處于設定值附近。另一方面，排放控制。煙氣吸收環節處于正常工況時，需保證固體物質滿足設定的含量區間內。為達到該控制標準，需實時掌握漿液池內物質的密度，經過和設定值比較，得出最佳的排放時間與排放量。在漿液底流經過脫水處理后，形成石膏。

3.吸收塔液位

吸收塔運轉期間，其液位不能超出煙氣入口，因而需借助DCS實現全過程監測。基于監測數據采集，控制實際液位。現實調節中，是借助改變沖洗水的水量，達到自控的效果。具體的控制方式為：首先，在吸收塔內液位處于設置區間中，直接根據提前設定的程序完成沖洗動作，有效控制對煙氣產生的阻力，并能及時補充水分。其次，在吸收塔內液位不足時，讓除霧或者除塵裝置持續進行沖洗，往吸收塔內添加更多的水，直至上升至設定該區間。最后，液位超過設定最大值時，立即停止沖洗動作。漿液借助噴淋部分，接觸到高溫煙氣，促使后者溫度下降，濕度增加，繼而使得漿液水分含量下降，液位隨之降低。在液位降至設定區間內，重新開啟沖洗處理[2]。

4.開關量次序

此項自控系統是根據設定的工藝步驟，按照相應的次序啟停動力裝置及閥門等。借此能降低由于誤操作產生系統異常的概率，能提升系統使用的自動化程度與穩定性。

（三）電氣設計

發電廠配置的成套脫硫系統，投入成本多，使用成本高。在當前環保指標不斷提升中，保證裝置能連續長期工作為系統設計師重點考慮的問題。為此，需基于石灰石與石膏的脫硫技術，確定主接線形式，以給生產活動提供基礎條件。

1.中壓電源

此類電源接入方式有三類：首先，脫硫島中部布置配電設備，系統所有中壓電氣設備與變壓裝置，接到高廠變和起備變6kV、10kV一側。該接入形式符合新建與個別改造工程，不會過多安裝配電裝置，建設工期短。其次，在脫硫區中，安設配電設備。主接線一般為單母線分段，一般在外部的中壓電源，應布置兩條進線，接入高廠變或者是起備變。該布線模式可用在高廠變容量極多，而且現實空間較小的條件下。最后，設置高壓脫硫變，代替常規中壓電源。

2.低壓電源

低壓電源可選的方案主要有兩類，其一，設置兩端的母線和變壓裝置，負責脫硫系統中低壓電氣設備用電。兩個變壓裝置的中壓來源于各自上級，以確保電源之間相互獨立，支持電壓的穩定性。其二，該方案是基于上一布置方式，把兩段母線，細分成四段，分別連接不同的變壓器。在一級母線下分出的兩段母線，互為備用。

3.保安電源

在發電機組由于故障異常，導致用電母線全部失電，脫硫機組也會停止工作。而脫硫系統常規停運程序是要求個別裝置繼續工作一定時間，此類設備便為事故保安負荷，一般有DCS、少數攪拌裝置等。保安負荷需通過電氣和技術設計者，在一同明確總量的前提下，向事故保安提供所需電量。其引接點可為柴油發電機以及在主廠房內的事故保安段，具體要結合發電廠需要，加以確定。當前，很少有新建的燃煤發電工程，大多數脫硫系統是經過改造優化處理得到，因而可選擇連接在主廠房內。此類電源容量是按照發電廠和脫硫機組情況確定，基于此推導出發電機容量。通常條件下，發電機支持增加該項容量，但如果條件不允許，可對發電機實施擴容處理[3]。

結束語：

利用自控系統，可對脫硫工序進行全面防控，保障對無有害氣體的防控效果，下調污染排放濃度。今后，發電廠需在改造脫硫系統方面，適當增加資金，促使自動控制系統更加完善，減少每年的二氧化硫排放量，順應當前節能降耗的發展訴求。

參考文獻：

[1]王磊.發電廠脫硫除塵系統控制及電氣設計探究[J].電工技術，2021（06）：10-11+17.

[2]席青華.淺談脫硫工程電氣設計[J].機電信息，2019（24）：27-28.

[3]熊艷霞.熱電廠脫硫工程電氣及自控設計分析[J].中國標準化，2019（06）：244-245.