PAS-300分散控制系統(tǒng)在國電電力大同二電廠脫硫系統(tǒng)中的應(yīng)用

毛新靜

（山西省電力勘測設(shè)計院，山西 太原 030001）

1 概述

為加快燃煤機組煙氣脫硫設(shè)施建設(shè)，提高脫硫效率，減少二氧化硫排放對環(huán)境造成的影響，國家發(fā)展改革委和國家環(huán)保總局聯(lián)合會下發(fā)了《燃煤發(fā)電機組脫硫電價及脫硫設(shè)施運行管理辦法（試行）》，《辦法》規(guī)定，新（擴）建燃煤機組必須按照環(huán)保規(guī)定同步建設(shè)脫硫設(shè)施；現(xiàn)有燃煤機組應(yīng)按照國家發(fā)展改革委、國家環(huán)?？偩钟“l(fā)的《現(xiàn)有燃煤電廠二氧化硫治理“十一五”規(guī)劃》要求完成脫硫改造。近年來，各個燃煤電廠都適時地引進了煙氣脫硫裝置。

目前，已投入運行的電廠煙氣脫硫系統(tǒng)，大多采用車間集中控制方式，就地設(shè)置煙氣脫硫系統(tǒng)電子設(shè)備間。煙氣脫硫系統(tǒng)采用先進、獨立的DCS分散控制系統(tǒng)并隨煙氣脫硫設(shè)備提供，煙氣脫硫系統(tǒng)DCS的選型與機組DCS一致，以便于實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

由于脫硫設(shè)備尚未形成國產(chǎn)化，重要的設(shè)備還有賴于進口，且多數(shù)電廠主機DCS采用進口產(chǎn)品，使得脫硫裝置及控制系統(tǒng)價格一直居高不下，在電廠總投資中占相當大的比例。因此，脫硫控制系統(tǒng)的國產(chǎn)化成為當前重要的研究課題。

2 國電電力大同二電廠脫硫系統(tǒng)

國電電力大同二電廠2×200 MW機組采用石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝，脫硫系統(tǒng)FGD為2臺機組100%的煙氣脫硫，每臺鍋爐額定出力為670 t/h，每臺煙氣脫硫裝置的處理煙氣量為1801742 Nm3/h，脫硫率不小于95%。系統(tǒng)有單獨的脫硫升壓風(fēng)機，兩爐共用一個吸收塔，在設(shè)計最小和最大負荷點的任何負荷工況下都能正常運行，并且排放的污染物不超出環(huán)保要求的保證排放值。

本工程煙氣脫硫裝置和附屬系統(tǒng)，包括以下部分：脫硫工業(yè)水、工藝水系統(tǒng)；脫硫石膏排出系統(tǒng)；吸收塔系統(tǒng)；GGH（氣－氣加熱器）系統(tǒng)；脫硫擋板門及密封風(fēng)系統(tǒng)；增加風(fēng)機及其系統(tǒng)；真空皮帶脫水系統(tǒng)；制漿系統(tǒng)；模擬量（MCS）及順序控制（SCS）系統(tǒng)；脫硫煙氣表計及其他系統(tǒng)；該工程煙氣脫硫系統(tǒng)采用集中控制方式，以分散控制系統(tǒng)的LCD和鍵盤作為主要監(jiān)視和控制中心，配以少量急停按鈕（布置在LCD）上，在脫硫控制室可以完成對整套裝置的啟停、正常工況的監(jiān)視和調(diào)整、異常工況的報警和緊急事故處理。

3 DCS控制系統(tǒng)

本工程選用國電南自的PAS－300 M系統(tǒng)。PAS-300 M分散控制系統(tǒng)是國電南自與華北電力大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的新一代分散控制系統(tǒng)，國電南自擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。該系統(tǒng)是一個集計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊、顯示技術(shù)、控制技術(shù)為一體的工業(yè)自動化產(chǎn)品，完全實現(xiàn)控制與信息一體化，具有開放式結(jié)構(gòu)和良好的硬件兼容性和軟件可擴展性。與主機DCS選型一致，形成真正意義上的機爐電及輔助車間控制一體化，使DCS成為電廠各車間的信息中心。

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

PAS－300 M的基本構(gòu)成由現(xiàn)場級、控制級、監(jiān)控級和管理級4層構(gòu)成。現(xiàn)場級主要包括各種過程通道卡件或模塊。控制級包括所有的過程站。監(jiān)控級包括工程師站（ES）、操作員站（OS）、歷史站（HS）和打印機等附屬設(shè)備。管理級包括實時監(jiān)控和日常管理兩部分。

3.1.1 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

PAS－300 M系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)由上到下分為監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)兩個層次，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)工程師站和操作員站的互連，控制網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)現(xiàn)場控制站與過程IO模塊的通訊。網(wǎng)絡(luò)采用可靠性高的雙冗余結(jié)構(gòu)，應(yīng)用時保證在單條網(wǎng)絡(luò)失效的情況下而不影響通信。監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)由100 M高速冗余以太網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，用于操作站的連接，完成操作員站的在線數(shù)據(jù)通訊。控制網(wǎng)絡(luò)由CAN總線構(gòu)成，用來實現(xiàn)過程IO模塊與現(xiàn)場控制站主控單元的通信，完成實時輸入、輸出數(shù)據(jù)的傳送。CAN總線是專門為自動控制系統(tǒng)與在設(shè)備級分散IO之間進行通訊而設(shè)計的，既可滿足高速傳輸，又有簡單使用、經(jīng)濟性強等特點。

3.1.2 DCS的硬件配置

本工程兩臺爐設(shè)一個脫硫控制室，脫硫控制室布置在脫硫島電控綜合樓12 m。控制室配置2臺操作員站、1臺工程師站、1臺歷史站及1臺大屏幕站。電子設(shè)備間內(nèi)配置了DCS電源柜、控制柜、煙氣系統(tǒng)機柜、吸收塔系統(tǒng)機柜及公用系統(tǒng)機柜各1個。

3.2 DCS軟件功能

DCS基本軟件功能為DAS，MCS，SCS，保留必要的與單元機組控制系統(tǒng)DCS間的信號聯(lián)系。

（1）數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)（DAS）將連續(xù)采集和處理所有與工藝系統(tǒng)有關(guān)的熱力過程信號及設(shè)備狀態(tài)信號，及時向操作人員提供運行信息，實現(xiàn)系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行，一旦發(fā)生任何異常工況，能及時報警。

該系統(tǒng)檢測的主要參數(shù)有：FGD裝置工況及工藝系統(tǒng)的運行參數(shù)、主要輔機的運行狀態(tài)、主要閥門的開關(guān)狀態(tài)及調(diào)節(jié)閥門的開度、電源及其他必要條件的供給狀態(tài)、主要的電氣參數(shù)等。

（2）模擬量控制系統(tǒng)（MCS）。模擬量控制系統(tǒng)將脫硫島作為一個整體進行控制，確保系統(tǒng)快速和穩(wěn)定地滿足工況變化，并保持穩(wěn)定的運行，滿足脫硫島安全啟停及正常運行的要求?？刂葡到y(tǒng)具有一切必要的手段、自動補償及修訂系統(tǒng)自身的瞬態(tài)響應(yīng)，在自動控制范圍內(nèi)，系統(tǒng)能處于自動方式而不需要任何性質(zhì)的人工干預(yù)。控制系統(tǒng)能操縱被控設(shè)備及控制設(shè)備實現(xiàn)性能要求的能力，不受到控制系統(tǒng)的限制。

該系統(tǒng)主要完成以下控制：吸收塔供漿流量控制、吸收塔液位控制、吸收塔排漿泵出口濃度控制、升壓風(fēng)機入口壓力控制、石灰石漿液密度控制、真空皮帶機濾厚度控制。

（3）順序控制系統(tǒng)（SCS）作為DCS的一部分，完成脫硫系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)中各類輔機的啟停順序控制。順序控制設(shè)置必要的程序斷電，順序控制有完備的操作指導(dǎo)，以幫助運行人員快速、準確地啟停相關(guān)設(shè)備。具體包括：GGH密封風(fēng)機、氧化風(fēng)機、升壓風(fēng)機冷卻風(fēng)機、升壓風(fēng)機油泵、油泵電機、各種工藝水泵、石膏漿液泵及石膏漿液排出泵的自動切換；循環(huán)漿液泵、PH沖洗、GGH及GGH沖洗、除霧器、真空皮帶機及升壓風(fēng)機等的順序控制。

（4）保護及報警。當發(fā)生主燃料跳閘（MFT）、GGH加熱器停運、增壓風(fēng)機停運、進口煙氣擋板未開、出口煙氣擋板未開等上述情況中的任何一種異?，F(xiàn)象時，F(xiàn)GD裝置停運并自動打開煙氣旁路擋板，通過關(guān)閉進口煙氣擋板和出口煙氣擋板來隔斷進入FGD的煙氣通道。

本工程DCS系統(tǒng)與兩臺爐之間的信息通過硬接線方式實現(xiàn)。主要信號包括鍋爐MFT、燃燒器運行、鍋爐吹掃、電除塵信號及鍋爐負荷信號等。

3.3 控制系統(tǒng)的可靠性分析

PAS－300 M分散控制系統(tǒng)在借鑒國外先進DOS設(shè)計經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，有其獨立的特點：

（1）冗余配置。由于所有控制器均采用冗余配置、連接各分散處理單元、IO處理系統(tǒng)、人機接口及系統(tǒng)外部設(shè)備等的數(shù)據(jù)通訊總線也采用冗余配置，冗余的數(shù)據(jù)通訊總線在任何時候都能同時工作，保證了各種運行工況下系統(tǒng)的實時性和響應(yīng)時間。

（2）控制分級原則。分散控制系統(tǒng)的設(shè)計按照控制分級原則（功能組級、子功能級及驅(qū)動級）進行，以便在系統(tǒng)局部故障時，操作員能選擇較低的水平控制，而不致喪失對整個過程的控制。

（3）系統(tǒng)的重要保護和跳閘功能采用獨立的多個測量通道，重要回路采用三取二邏輯。

（4）DCS與其他控制，保護裝置之間的數(shù)字量信息交換采用IO通道時，采用光電隔離措施。

（5）對每個獨立的控制對象，設(shè)有投入運行的許可條件，以避免不符合條件的投運，還設(shè)有“動作連鎖”，以便在危險的運行條件下使設(shè)備跳閘。設(shè)置分散控制自診斷的模擬量診斷畫面或報警窗，在分散控制系統(tǒng)故障初期時，能夠直觀、方便地將故障診斷信息向運行人員顯示，使故障位置盡快確定，提高系統(tǒng)的運行可靠性。

4 結(jié)束語

國電電力大同二電廠兩爐一塔煙氣脫硫工程自2007年11月順利通過168 h試運行后，脫硫系統(tǒng)從未無故停運。PAS－300 M分散控制系統(tǒng)的高可靠性保證了脫硫設(shè)施能夠長期、穩(wěn)定、可靠運行，能夠達到設(shè)計脫硫效率，二氧化硫排放量不超標。該系統(tǒng)在國電電力大同二電廠的成功運行，為脫硫控制系統(tǒng)的國產(chǎn)化提供了良好的范例，奠定了堅實的基礎(chǔ)。

[1]《燃煤發(fā)電機組脫硫電價及脫硫設(shè)施運行管理辦法（試行）》.