火力发电厂脱硫系统控制方案研究

火力发电厂脱硫系统控制方案研究

香雪薇

(大唐环境产业集团股份有限公司呼图壁项目部新疆831200)

摘要：本文分析了脱硫控制系统的格局、现状及发展趋势，探讨了现场总线技术在脱硫系统的运用前景，结合某工程具体情况，选择正确的控制方案、控制参数，为设备投运后取得的良好经济效益打下坚实基础。

1概述

本文以某2×350MW热电联产工程为例，本工程采用石灰石－石膏湿法脱硫技术方案。脱硫系统的I/O控制点数统计为：单台炉FGD装置I/O约为700点，开关量点约占73％，模拟量点约占27％；两台炉公用系统中I/O约1040点，开关量点约占82％，模拟量点约占18％；电气量为160点，开关量点约占85％，模拟量点约占15％。

由此可见湿法烟气脱硫系统的控制特点是：开关量的控制较多，连续量控制对象较少，主要的控制回路以基本的PID算法为主，需要快速响应的控制回路比较少。在此基础上仅引入了前馈控制策略，没有串级调节回路及复杂的控制算法，与单元机组过程控制相比简单的多。总体而言脱硫系统控制是一个以条件和时序控制为主、少量模拟量调节回路为辅的控制系统，但存在与锅炉烟气系统的联锁保护控制。

2脱硫控制系统在电厂应用的格局

目前，火力发电厂脱硫控制系统普遍采用分散控制系统（DCS）或可编程序控制器（PLC），随着现场总线技术的不断发展，近期逐渐有一些工程开始在一定范围内试用现场总线技术，但业绩偏少。

以往国内已投入运行的脱硫项目中，脱硫系统一般以独立岛的形式出现，与锅炉控制系统之间的联络信号通过硬接线实现；脱硫岛设置控制室一般有三种模式，在脱硫岛设置独立的控制室、与灰岛合并控制室和在集控室设置脱硫操作员站等。但在已投运的项目中，控制室设置采用前两种模式的业绩居多。随着国家环保要求的提高，脱硫系统取消旁路，脱硫系统纳入机组DCS统一监控。

3脱硫控制方案设想

3.1控制模式

根据脱硫系统的特点及电厂实际运行的情况，脱硫控制系统拟采用纳入DCS系统的控制方案。其中与单元机组有关的烟气系统、吸收塔系统等分别纳入两台机组的锅炉控制DCS系统；属两台机组公用的磨制系统、脱水系统、废水处理系统等纳入机组公用DCS系统。在集控室DCS操作员站可实现对脱硫系统的监视、控制，就地不再设运行人员，只保留部分巡视人员，定期对就地进行巡视和异常事故的处理。

脱硫控制系统遵循控制集中、布置分散、安全可靠的原则。脱硫单元控制系统及公用系统均采用与机炉控制DCS相同的硬件，并采用DCS与现场总线技术相结合的方式。

脱硫岛区域设置火灾报警及消防系统、闭路电视系统等，并与全厂的火灾报警及消防系统、闭路电视系统实现通讯联网。闭路电视系统摄像头分别布置在烟囱、废水车间、石灰石卸料车间、脱水车间等重要区域。

3.2脱硫系统及车间布局

烟气脱硫单元工艺系统包括：烟气系统、吸收塔系统（包括石灰石浆液循环、氧化空气、除雾器冲洗、石膏浆液排出等系统），FGD公用系统包括：石灰石浆液制备系统、石膏脱水系统、工艺水系统、废水系统等。

吸收塔通常布置于烟囱两侧中心线上，锅炉引风机纵向布置，烟气自2台锅炉引风机出口汇合后进入吸收塔。两台炉的循环浆液泵位于两座吸收塔外侧。位于两座吸收塔中间，吸收塔出口净烟道直接水平接入烟囱。氧化风机布置在净烟道下面，向吸收塔内供氧化空气。

石膏处理车间及废水车间布置在与脱硫岛吸收塔区域一路之隔的工艺楼内，紧邻厂内主要道路布置以方便石灰石的运进及石膏的运出。

在烟囱两侧的烟道区域分别布置有两台炉的脱硫电子间，电子间内布置有本系统的DCS机柜、电源柜、CEMS机柜等。

在石膏处理车间及废水车间分别布置相应的热控电源柜及DCS远程机柜。

3.3脱硫系统主要功能

本工程脱硫系统主要包括数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）、电气控制系统（ECS）功能。

本工程设有以下主要调节回路：

石灰石浆液浓度控制

石灰石浆液制备控制系统必须保证连续向吸收塔供应浓度合适的足够浆液，设定恒定石灰石供应量，并按比例调节供水量，通过石灰石浆液密度测量的反馈信号修正进水量进行细调。

吸收塔PH值及塔出口SO2浓度控制

测量吸收塔前未净化和塔后净化后的烟气中SO2浓度、烟气温度、压力和烟气量，通过这些测量可计算进入吸收塔中SO2总量和SO2脱除效率。根据SO2总量，控制加入到吸收塔中的石灰石浆液量。通过改变石灰石浆液量调节阀的开度来实现石灰石量的调节。而吸收塔排出浆液的PH值作为SO2吸收过程的校正值参与调节。

吸收塔液位控制

吸收塔石灰石浆液供应量、石膏浆排出量及烟气进入量等因素的变化造成吸收塔的液位波动。根据测量的液位值，调节过滤水管道调节阀门和除雾器冲洗时间间隔，实现液位的稳定。

石膏浆液排出量控制

根据吸收塔石灰石浆液供应量，并用排出石膏浆的密度值进行修正，通过控制石膏排出泵转速，调节石膏排出量。

SCS系统分为以下子系统：

烟气系统（包括引风机出口至吸收塔之间的受控设备）

吸收塔系统（包括：吸收塔浆液循环泵、吸收塔搅拌器、氧化风机、吸收塔石膏排出泵、工艺水泵等子功能组）

石膏脱水系统（包括：水力旋流器、真空皮带过滤机、水环式真空泵、过滤水泵、液水箱搅拌器、石膏饼冲洗水泵、滤布冲洗等子功能组）

脱硫废水处理子系统。

3.4系统设计中采取的可靠性措施

遵循故障安全的准则。

采用冗余措施

控制器冗余配置。

网络通讯冗余。

供电电源：保护、控制、仪表系统的电源冗余设置，其中一路UPS电源、一路保安电源。挡板门及用于调节保护的重要执行机构/电动头采用冗余电源配电，其中一路保安电源、一路厂用电电源。

为保证测量信号的可靠，重要的保护用过程信号、状态采用3取2或2取1测量方式。关键的模拟量参数例如吸收塔液位、浆液PH值测量、烟气压力、烟气温度等用于保护、调节的一次测量元件、系统间联络点均冗余设置。

重要的仪控设备采用进口产品，如工艺系统关键被控对象的执行机构、主要分析仪表、CEMS、质量流量计、PH计、开关量仪表等采用进口产品。

设计完善的联锁功能，如备用设备启停联锁、箱罐池的高低液位联锁、管道设备冲洗联锁等，使控制系统能对运行工况的变化自动及时作出反应，保证系统稳定运行。

3.5现场总线在脱硫系统中的应用设想

在脱硫系统采用DCS远程IO+现场总线技术的方案，拟选用FF型现场总线或PROFIBUS现场总线中的一种作为选用方案。

使用范围主要基于以下两点，首先纳入现场总线范围的受控设备对保护无特殊要求（重要的联锁保护点仍需要采用硬接线点）；其次，纳入现场总线控制范围的设备已经具备安装智能接口的条件，以现场智能的智能变送器、PH计、浊度计、质量流量计、电磁流量计、超声波仪表、带智能马达控制器的电动机、进口的智能型执行机构/电动头等为主。

初步估算，脱硫系统纳入现场总线范围的智能仪表约130台、智能电动头/执行机构10台、变频控制马达30台、带智能马达控制器的电动机约140台。

4结束语

因脱硫系统与锅炉运行关系较密切，脱硫、脱硝系统纳入单元机组及其公用DCS中，统一监控有利于系统安全和环保要求，脱硫区域不设值班人员，既保证了系统可靠、安全的要求，又达到了减员、增效的目的。现场总线技术的应用，为建立智能化电厂奠定了基础。

参考文献：

[1]禾志强，祁利明.火力发电厂烟气脱硫废水处理工艺[J].水处理技术，2010，03：133-135.