900 MW 機組煙氣三氧化硫脫除控制系統改造

王 玨

外高橋第二發電有限責任公司

1 煙氣三氧化硫脫除系統

1.1 項目背景

上海外高橋第二發電廠2×900 MW 機組在運行過程中摻燒了3%～5%的污泥，導致煙氣中三氧化硫（SO3）濃度升高，堵塞空氣預熱器。根據這一現象提出改造方案，通過向SCR 反應器出口煙道內噴入堿性吸收劑Ca(OH)2細粉，使其與煙氣中的SO3反應，產生硫酸鈣，達到脫除煙氣中SO3的目的［1］。

1.2 煙氣三氧化硫脫除原理

在脫硝過程中，由于NH3的逃逸是客觀存在的，其在空氣預熱器處與SO3形成硫酸氫氨，反應式如下：

硫酸氫氨在不同的溫度下分別呈現氣態、液態、顆粒狀。燃煤機組煙氣中飛灰含量較高，硫酸氫氨在146～207 ℃溫度范圍內為液態。液態硫酸氫氨捕捉飛灰能力極強，會與煙氣中的飛灰粒子結合，附著于預熱器傳熱元件上形成融鹽狀的積灰，造成預熱器腐蝕、堵灰［2］，影響預熱器換熱及機組正常運行。

目前研究表明，通過向鍋爐內噴入堿性吸收劑Ca(OH)2細粉，使其與煙氣中SO3反應產生硫酸鈣，可以脫除煙氣中的SO3，其化學反應式如下：

傳統SO3脫除技術都位于空氣預熱器之后，無法解決空氣預熱器堵塞問題［3］。此次的改造方案中，堿性吸附劑的噴射位置位于SCR反應器出口煙道，在空氣預熱器之前，因此能較好地緩解空氣預熱器低溫堵塞問題。

1.3 煙氣三氧化硫脫除工藝流程

煙氣三氧化硫脫除系統的主要工藝流程如下：

Ca(OH)2粉→粉倉→粉倉插板門→稱重罐→給料裝置→噴射泵→送粉管路→噴射位置。

此次改造新建Ca(OH)2輸粉系統，由粉倉、稱重罐、給料機、4臺羅茨風機及各類管道組成。在空預器煙氣側進口處沿半徑方向線性布置鴨嘴型堿粉噴嘴，利用氣力輸送系統將料倉內的Ca(OH)2粉劑通過鴨嘴型噴嘴均勻送入空預器煙道內與煙氣充分混合反應。

系統噴粉量按單臺空預器100 kg/h至300 kg/h設計，滿足兩臺空預器同時噴粉要求，Ca(OH)2粉倉容量按200 kg/h 設計，三天使用量約為28 m3。此外，Ca(OH)2粉倉氣化風機配備有加熱器，用于流化Ca(OH)2粉，防止Ca(OH)2粉受潮堆積。

2 控制系統改造

2.1 西門子T-3000控制系統

此次改造考慮到項目施工、運行維護及成本預算等多種因素，故將煙氣三氧化硫脫除系統的控制部分接入機組脫硫脫硝控制系統中。脫硫脫硝控制系統是2008年投入運行的，采用西門子T-3000控制系統，2015年超凈排放改造時又在現場增加了一組遠程控制柜，該遠程柜距離此次改造的現場設備較近，方便施工，同時經測算，遠程控制器I/O 點余量以及板卡布置情況基本滿足改造需求。

西門子T-3000控制系統具有以下特點：

1）嵌入式組件服務——ECS 嵌入了所有過程相關數據到每一個單獨組件中。該嵌入式組件方式提供了面向所有任務的單一用戶界面，統一了系統體系，簡化了系統結構，并且消除了傳統控制系統中對子系統的需求。

2）T-3000使用了XML與Java技術，這些技術不受操作系統或硬件平臺兼容性的限制，有助于過程優化、修改與參數調整［4］。傳統控制系統中包含大量子系統，須對這些子系統進行工程設計，增加了額外的處理時間和管理負荷，并有可能導致多重故障點及更多的維護工作。T-3000消除了這些子系統，保證了內在數據的連貫性，大大減少了管理工作和故障點。

3）T-3000提供完全建立在開放標準上的平臺與成熟的軟硬組件保證了業務應用的簡便集成［5］，信號傳輸無需通過網關或接口就能從最底層的現場設備直達控制室。

4）T-3000 的用戶界面集合了設計、組態、調試、運行、診斷等多種應用，每個對象都嵌入了所有必要的信息與接口，通過標準瀏覽器即可瀏覽整個電廠的狀態并執行所有任務，充分提高了執行任務的靈活性，方便運行人員與工程師的操作。

5）T-3000 提供了工程設計解決方案，系統結構簡單，各種軟硬組件即插即用，不僅符合不同的功能要求，還滿足不同視圖的風格要求。

2.2 控制系統概況

此次改造在原脫硫脫硝控制系統中增加SO3脫除系統畫面，增加粉倉、稱重罐、氣化風機、輸粉風機、旋轉給料機等設備。各主要設備間配置連鎖保護邏輯，提高了設備的安全穩定性。同時，運行人員可以在控制畫面進行遠程啟停、報警處理、趨勢分析、故障診斷等操作。煙氣三氧化硫脫除控制系統畫面見圖1。

圖1 煙氣三氧化硫脫除控制系統畫面

如圖1 所示，Ca(OH)2粉通過壓縮空氣正壓輸送到Ca(OH)2粉倉。粉倉頂設置布袋除塵器、雨棚、真空釋放閥等設備以保證系統安全、穩定運行。堿粉輸送系統和粉倉氣化系統各設置2 臺羅茨風機。粉倉錐段設置氣化板，由單獨的羅茨風機提供氣化風，同時配置電加熱器以防止倉內Ca(OH)2粉潮濕板結。粉倉錐底設置插板門、給料機，給料機轉速由變頻器控制，將實際需要的粉量均勻地輸送到噴射泵中。堿粉噴射分別位于脫硝SCR 出口煙道和空預器冷端到熱端的交界處，兩處噴射同時使用也可互為備用，其輸粉管路由電動球閥控制。

3 改造過程

3.1 改造設計

此次改造是利用原有脫硫脫硝系統富余的I/O點進行設計的，無新增控制機柜，因此改造時，為了將新增的設備接線與原有的控制柜接線隔離，增加了一個就地接線柜，如圖2所示。此外，對需要外加電源的輸入輸出信號，就地接線柜內設計了24 V直流電源與220 V交流電源。新增就地接線柜的主要優點有：

圖2 就地接線柜

1）安全性能高。盡可能減少新增設備控制信號對原有設備的影響，提高了設備的安全可靠性。

2）施工方便。由于改造需在脫硫脫硝系統運行時同步進行，增加就地接線柜可保證施工時不影響系統運行，在機組調停時完成控制柜側的接線即可，提高了施工的靈活度。

3）維護方便。運行中如發生故障，可在就地接線柜檢查故障情況，不影響脫硫脫硝設備的運行，方便了缺陷的處理。

3.2 改造工期

此次改造工期計劃18 d，詳細計劃見表1。由于此次改造所需的I/O點數均為原脫硝遠程控制柜的富余點數，因此需先對所需點進行通道測試，預計2 d；現場設備的安裝和接線工作，6 d；就地接線柜的安裝和接線工作，4 d；脫硝遠程控制柜側的接線，3 d；系統整體調試工作，3 d。實際工程進展情況與計劃相符。

表1 改造工期

3.3 改造實施過程

此次控制系統改造具體實施過程可分為以下步驟：

1）現場熱控設備的安裝

現場熱控設備的安裝包括4 臺風機、2 臺氣動閥、2 臺電動閥、1 臺旋轉給料機、1 臺加熱器和1臺布袋除塵器，熱控監測設備主要有變送器、料位計、熱電阻溫度等，共61 點I/O 點數，其中AI 3 點、AO 1點、DI 36點、DO 20點，RTD 1點，具體分布情況如表2所示。

表2 煙氣三氧化硫脫除系統I/O點數

2）就地接線柜的安裝和接線

現場設備安裝完成后，為了不影響脫硫脫硝系統的正常運行，先進行就地接線柜的安裝與接線，在機組調停時再進行控制柜的接線。

就地接線柜作為脫硝遠程控制柜與現場設備之間的中間連接，起到了信號隔離作用，特別是帶電信號與無源信號的隔離，如氣動執行機構的控制指令由遠程控制柜輸出時為無源信號，通過就地接線柜供電至氣動閥門驅動電磁閥動作，這一過程保證了遠程控制柜端的信號是無源干接點，起到了安全保護作用。

3）脫硝遠程控制柜接線

機組調停后再開展脫硝遠程控制柜側的接線，脫硝遠程控制柜內部布置見圖3。為防止外部電源串入引起卡件故障，接線時需將卡件斷電。由于機組調停時間約一周，為不影響機組的正常恢復，接線時間壓縮為3 d。

圖3 脫硝遠程控制柜

4）設備試轉調試

機柜接線工作完成后，進行三氧化硫脫除系統的單體設備調試，主要包括電動閥、氣動閥、輸粉風機、氣化風機、旋轉給料機等，并在空載情況下試轉，檢查信號的反饋和校驗邏輯，之后再進行整組啟動調試：根據三氧化硫脫除工藝流程，通過畫面操作控制指令，依次啟動堿粉倉氣化風機、電加熱器、除塵器，啟動輸粉風機，由旋轉給料機向鍋爐輸送堿粉。

通過改變旋轉給料機的頻率調節噴入鍋爐的堿粉量，實際堿粉輸送量與給料機的頻率成正比。從設備試轉與調試情況來看，基本符合改造預期。

4 改造效果

改造后，三氧化硫脫除系統堿粉量噴射可調、精準，堿粉倉、粉管無堵粉情況，輸粉風機運行穩定，基本解決了空預器堵塞問題。改造前機組負荷800 MW 時，5B 側一次風平均壓差接近3 000 Pa，晃動幅度超過3 500 Pa，改造后降低了53.62%，煙氣側壓差也降低了34.82%，堵塞問題得到了顯著緩解，提高了機組運行穩定性，減少了能耗，降低了設備的維修費用。

5 結語

本文詳細介紹了外高橋第二發電廠煙氣三氧化硫脫除控制系統改造實例，對改造過程中存在的問題提出了優化方案，有效緩解了空預器堵塞問題，提高了機組的安全穩定運行，可在其他電廠進行推廣和應用。