大型機組超凈排放改造脫硫電氣及控制系統關鍵技術

王寶添

（福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

自國務院印發《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》以來，火力發電廠積極響應中央及地方要求，加快推進大型燃煤機組的脫硫改造、超凈排放工程。某火電廠的原脫硫控制系統，共分為1#爐脫硫系統、2#爐脫硫系統和公用脫硫系統3 部分，采用PLC集中控制，使用工業以太網進行通信傳輸。由于脫硫區域分布比較零散，該脫硫系統運行一段時間后，出現系統之間通信質量低、協調能力差等問題，脫硫效果下降。為解決這一問題，對脫硫控制系統進行改造。本文對改造流程及其關鍵技術展開簡要分析。

1 大型機組超凈排放改造脫硫控制系統的改造方案

原來的脫硫控制系統，電子設備間、脫硫控制室等全部由PLC 系統集中控制。改造的主要思路是在保持PLC 控制的前提下，替換為分布式控制系統（DCS），對于其他新增的實時監控裝置、遠程操控裝置，則由FGD_DCS 系統管理。改造后的1#、2#和公用脫硫系統，分別對應一套FGD_DCS，其中包含的硬件設備有DCS 電源分配柜、控制柜，以及繼電器、網關等。另外設置2 套機組路由器，滿足3 套FDG_DCS 系統相互之間進行實時通信的需求。

2 脫硫控制系統的系統配置

2.1 系統硬件配置

改造后的脫硫控制系統，硬件部分共分為3 層，即控制層、網絡層和應用層，整體結構如圖1 所示。

圖1 脫硫控制系統的硬件結構

各層對應的功能如下：（1）控制層。以PLC 為核心的DCS 控制系統，分為工程師站、操作員站兩部分，負責根據系統運行需要，下達相應的指令。同時，在顯示器上展示系統各部分的運行工況和實時參數，為脫硫控制提供必要的依據。（2）網絡層。包含通訊設備和工業以太網兩部分，采用有線通信提高抗干擾能力，確保在復雜環境下控制指令和檢測信號的穩定傳輸。根據連接對象的不同，對接控制主機的為應用層網絡，對接前端設備（如控制柜、電源柜等）的為自動層網絡。（3）應用層。涵蓋了支持脫硫功能實現的各項設備，例如電源模件、信號模件、總線模件等。除了上述主要的硬件設備，還要關注冗余I/O 配備。各個DCS 系統的I/O 點數如表1 所示。

表1 脫硫DCS 控制系統I/O 點統計結果

2.2 系統軟件配置

改造后脫硫控制系統的軟件部分，包括：（1）Software 組態控制軟件。具體又分為儲存系統狀態信息的報表組態、傳遞控制指令的數據總線組態、執行控制指令的設備組態等。（2）HMI 人機畫面。為了實現遠程監控功能，在軟件部分增加了HMI 人機界面，除了實時展示脫硫控制系統各部分的運行狀態外，還能夠讓各項控制指令可視化呈現。（3）Library 模塊庫。用于存儲各種程序、模型、數據和指令。本質上是一個集成化的數據庫，可支持技術人員根據脫硫控制系統的設計需要，從庫內靈活調用各種工藝模型和編程語言。

3 脫硫控制系統的關鍵技術

3.1 數據采集功能

DAS（數據采集系統）是DCS 系統的重要組成，以60 次/s的頻率連續采集各個監測點的狀態信號。前端信號經工業以太網反饋至PLC 后，進行信號的對比分析，若發現設備狀態信號與標準值存在較為明顯的差異，則判定為FGD 系統存在異常，此時系統發出警報。DAS 系統數據采集功能的實現，依賴于分布在DCS_FGD 系統各處的監測裝置（傳感器）；而DAS 系統數據分析功能的實現，則依賴于PLC 提供的數據對比功能。在DCS 系統的數據庫中，預先存儲脫硫控制系統中核心設備的標準值。以此作為參照，與DAS 采集的實際值（如變化速率、模擬量輸入等）進行對比。兩者之間的差值超出允許范圍，則判斷為異常。發現異常工況后，PLC 啟動預設的跳閘程序，完成跳閘保護。

3.2 模擬量控制功能

MCS（模擬量控制系統）是DCS 系統的又一重要組成，該系統的核心設備有增壓風機、真空皮帶脫水機等。為保證MSC 系統功能的實現，使用到的關鍵技術有吸收塔液位控制技術、石灰石漿液pH 調節技術、增壓風機流量調節技術等。以吸收塔液位的自動調控為例，在吸收塔內存儲了石灰石漿液，是吸收煙氣中二氧化硫的主要成分。液位控制的原理是以通入的煙氣量P（x）作為變量，進行A/D 轉換后，得到輸出值A。將A 與當前吸收塔內的液位h 相乘，然后除于液位的期望值h0，即可計算出經過煙氣量補償后的比較值B。利用積分時間常數T，對h0做積分處理，即可得到輸出值C。此時，由觸發器進行條件判定，若B=C，則啟動除霧器沖洗程序；直到B≠C 后，停止沖洗程序。整個流程如圖2 所示。

圖2 吸收塔液位控制系統

3.3 順序控制功能

SCS（順序控制系統）的功能是保障脫硫控制系統按照預設的程序，準確、快速的完成各個脫硫步驟。其中又包括了煙氣系統、增壓風機控制系統、吸收塔系統等若干個子系統。

3.3.1 增壓風機控制系統

原煙氣的排放壓力不穩定，這種情況下直接進入吸收塔，會導致吸收效果不均勻，在排放壓力較大時部分煙氣無法被充分吸收，從而導致脫硫效果變差。因此，為達到徹底的煙氣脫硫，必須要在吸收塔之前安裝增壓風機。增壓風機控制系統的原理是實時監測原煙氣的排放壓力，然后靈活調節增壓風機葉片角度與轉速，從而將壓力差值始終維持在一個相對平衡的狀態。

3.3.2 吸收塔系統

吸收塔系統核心裝置之一是氧化風機，在脫硫期間源源不斷的向吸收塔內吹入氧氣、空氣中的二氧化硫被石灰石漿液吸收后，生成亞硫酸鈣，然后在氧氣的氧化作用下，進一步生成性質更加穩定硫酸鈣?；赟CS 系統的氧化風機啟停順序如表2所示。

表2 氧化風機啟?？刂屏鞒?/p>

4 脫硫控制系統的調試

4.1 脫硫控制系統的調試流程

完成煙氣脫硫超凈排放控制系統的改造后，還要通過調試驗證該系統能否正常運行，并發揮脫硫功能。對于調試中發現的運行問題和質量缺陷，也可及時處理，保證該系統投入正常使用后穩定運行。分布式脫硫控制系統的調試內容及流程如圖3 所示。

圖3 分布式脫硫控制系統的調試流程圖

4.2 脫硫系統檢查

在明確脫硫系統調試流程的基礎上，還要檢查該系統的接地系統是否正常，硬件設備及軟件系統是否運行正常。具體檢查內容有：（1）接地檢查。開始系統運行調試前，要重點檢查接地裝置連接是否可靠，如果接地不良可能會影響設備的安全運行。保證各個接地系統的母線要分別獨立連接接地極，防止相互干擾。信號電纜的屏蔽線也必須單獨接地，防止產生電位差影響控制功能的發揮。（2）硬件檢查。使用萬用表分別測量母線和開關的供電電壓，保證電源的電能輸出正常。檢查插卡信號燈的狀態，保證機柜插卡正常通電。運行DCS 系統，確保主機和輔助設備運行正常。（3）軟件檢查。在確定接地正常、硬件不存在問題后，啟動軟件進行運行調試，分別檢查系統軟件和應用軟件（如過程監視程序、過程控制程序等），確保系統各項功能正常。

5 脫硫控制系統的改造效果分析

脫硫系統改造前后的基本參數如表3 所示。

表3 脫硫控制系統改造前后基本參數對比

該機組在600MW 滿負荷的運行環境下，脫硫裝置的實測效率達到了99.46%，高于火電廠設定了98.50%的最低要求，改造后煙氣排放合格。對于經過脫硫處理的煙氣，收集并檢測其中的二氧化硫濃度，為6.4mg/Nm3，也低于15.0mg/Nm3的預設標準?；痣姀S經過此次改造后，每年可減排二氧化硫6.31× 104t，創造了良好的社會效益和經濟效益。

結束語

在火力發電行業大力倡導綠色環保、節能降耗的背景下，對機組的脫硫系統進行改造，實現超凈排放是當前的一項重要任務。在系統改造時，除了要設計好硬件、軟件方面的配置外，還要重點關注數據采集、模擬量控制、順序控制等系統中涉及的關鍵技術。完成改造后，開展調試運行，確保改造后的脫硫控制系統完全符合火電廠的改造預期，實現綠色發展。