國華惠電脫硫及灰渣與主機系統一體化控制研究

張海富，何鵬晟，唐昊，李承浩（神華國華惠州熱電分公司，廣東 惠州 516082）

萬太浩（神華陜西國華錦界電廠，陜西 神木 719319）

1 引言

惠電公司#1、#2機組脫硫系統共用一套DCS控制系統，除灰系統、除渣系統為#1、#2機組分別共用一套PLC控制系統。作為電廠安全運行的控制中樞神經，如控制系統發(fā)生故障，易造成兩臺機組同時跳閘,中斷系統供熱，存在較大的安全隱患。同時國家發(fā)展改革委和環(huán)境保護部《燃煤發(fā)電機組環(huán)保電價及環(huán)保設施運行監(jiān)管辦法》第十三條中要求“脫硫脫硝除塵DCS主要參數應逐步設置于同一集控室內?！币虼诵枰M行脫硫及灰渣控制系統進行單元制改造，實現與主機DCS系統一體化控制。本文重點介紹了在雙機不同時停運的情況脫硫及灰渣控制系統進行單元制改造，從方案的策劃、風險的分析及最后的具體實施都進行了周密的安排，實現控制系統一體化進行了深入的研究。

2 目前網絡結構及存在的主要問題

2.1 網絡結構

主機控制系統是由3個網絡構成，包括#1機組、#2機組及公用DCS控制系統；脫硫控制系統是由1個網絡組成，包含#1機組脫硫、#2機組脫硫和公用脫硫系統，如圖1所示。

圖1 主機及脫硫網絡結構圖

除灰系統為#1、#2機組共用一套PLC控制系統，主要采用可編程控制器與工控機(PLC+PC)構成的計算機系統，如圖2所示，PLC為Modicon Quantum系列雙機熱備方式，系統的可靠性方面主要為每個控制站的電源模塊及通訊模塊為一個，故障時沒有備用造成整個控制站癱瘓。除渣系統為#1、#2機組分共用一套PLC控制系統，網絡結構與除灰系統相同。

圖2 除灰系統網絡結構圖

2.2 存在的主要問題

國華惠電公司脫硫煙道旁路已經取消，因此要求除灰系統隨機組全程投入，這樣可以避免鍋爐粉塵造成吸收塔漿液中毒，脫硫效率下降，環(huán)保主要參數超標。兩臺機組的脫硫及灰渣控制系統分別共用一套控制系統，一旦控制系統失靈兩臺機組將被迫打閘停運。同時灰硫與主機控制室分別由兩個主值操作，在機組異常情況下，灰硫運行人員不能及時控制環(huán)保參數不超標。

（1）控制系統發(fā)生通訊堵塞系統癱瘓，會造成兩臺機組及公用系統操作員站所有數據中斷，運行人員不能有效監(jiān)控機組主要參數，同時不能通過操作員站下發(fā)控制指令，輕則機組被迫停運，重則設備損壞，存在較大的安全隱患。

（2）脫硫、除灰、除渣控制系統不能根據機組的定修開展定期維護、試驗、邏輯修改等工作，系統長期運行其可靠性必然下降。

（3）國家對環(huán)保要求的提高，脫硫及除灰、除渣系統在機組運行中嚴禁退出，一旦控制系統出現故障將會影響到兩臺機組環(huán)保設施的安全、穩(wěn)定運行，造成環(huán)保設備效率降低，污染物排放不達標，發(fā)生環(huán)境保護事件，給惠電及集團公司帶來不良社會影響。

（4）除灰、除渣、脫硫控制系統與主機控制系統的監(jiān)控相互獨立，沒有充分考慮資源的共享，使得運行管理不能集中，從而造成各種資源的浪費。硫灰渣與主機集中控制每臺機組至少可以節(jié)省運行人員2人以上，可以充分節(jié)省人力資源成本。

（5）各公司運行人員技術水平參差不起，一般情況都是硫灰渣控制的運行人員的技術水平差于主機運行人員，機組正常運行情況下其對于環(huán)保參數的控制與主機控制的主值有一定的偏差，值長、主值的日常操作及協調工作非常難，當出現機組升降負荷或網上故障等應急情況，值長、主值更無法對機組的安全運行及環(huán)保指標的控制進行統一調度，經常造成環(huán)保指標超限問題的發(fā)生。

（6）隨著DCS系統維護成本的降低，且由于PLC控制系統本身局限性（在線修改邏輯風險較大，無歷史查詢功能），目前新投產機組設計全部取消PLC控制，采用DCS一體化控制的主題思路，將除灰、除渣、脫硫系統的運行監(jiān)控納入到主機監(jiān)控范圍，實現DCS系統軟件及硬件一致，便于專業(yè)人員的培訓及系統的維護工作，每年也可以節(jié)省日常維護的備品備件及技術培訓等資源。

3 改造方案

3.1 系統網絡改造方案

首先將脫硫DCS系統進行單元制改造，#1脫硫、#2脫硫及脫硫公用分別組成獨立的DCS系統，進行單元制控制；將#1機組灰渣系統改造成DCS系統納入到#1機組脫硫控制系統，同時納入到#1機組DCS系統，實現控制系統一體化進行集中控制；將#2機組灰渣系統改造成DCS系統納入到#2機組脫硫控制系統，同時納入到#2機組DCS系統，實現控制系統一體化進行集中控制。改造過程中保證DCS系統軟件及硬件一致，便于專業(yè)人員的培訓及系統的維護工作。具體實施方案如下：

（1）#1脫硫的煙氣、吸收塔控制部分由光纜連接直接進入#1主機DCS系統網絡。

（2）#2脫硫的煙氣、吸收塔控制部分由光纜連接直接進入#2主機DCS系統網絡。

（3）脫硫公用部分，如真空皮帶機等設備的控制，單獨組建一套DCS網絡。在該網絡中增加四臺網橋機(HMI站)，通過運行ASDPU（網橋通訊軟件）專用軟件，將本網絡測點信息分別發(fā)送至#1、#2機主機DCS系統，同時接收#1、#2機主機DCS系統發(fā)來的操作指令。

（4）#2機組灰渣系統從原灰渣控制系統中分離出來，改造成DCS控制系統，并入#2機組脫硫及主機DCS控制系統，實現脫硫、灰渣及主機DCS系統一體化控制。

（5）#1機組灰渣系統從原灰渣控制系統中分離出來，改造成DCS控制系統，并入#1機組脫硫及主機DCS控制系統，實現脫硫、灰渣及主機DCS系統一體化控制。

（6）除灰公用系統并入脫硫公用系統，通過網橋機進入主機DCS公用系統。

（7）增加一臺網絡電源柜，正面為#1機組反面為#2機組，根據控制站及上位機數量配置交換機、空氣開關、總電源接口等，原網絡電源柜做為灰硫公用系統使用。

（8）脫硫系統增加一臺數據歷史站和工程師站作為#2機組使用，便于維護人員在脫硫電子間進行邏輯傳動、測點檢查等工作；增加四臺網橋機作為兩臺機組與公用系統的數據交換使用；每臺機組增加一臺操作員站一用一備，作為一體化改造過度過程使用。如圖3-4所示。

圖3 一體化控制網絡結構圖

圖4 脫硫、除灰公用系統網絡結構圖

3.2 改造的主要風險及實施方案

由于原脫硫、除灰、除渣系統為兩臺機組共用一套控制系統，同時還包括兩臺機組的公用系統。惠電公司負責大亞灣石化區(qū)的供熱任務，不可能兩臺機組同時停運進行控制系統的單元制改造工作，所以施工難度較大風險較高。前期需要梳理控制系統的每一根網線、每一個電源及兩臺機組之間的網間變量，任何一步考慮不全面都可能造成系統癱瘓及機組的非計劃停運。在充分評估風險的基礎上分為灰渣及脫硫兩部分進行單元制改造工作，又由于灰渣控制系統網絡采用#1、#2及公用串級結構，因此改造工作要從#2機組檢修時開始。

3.3 灰渣系統單元制改造實施方案

（1）將除灰公用系統灰?guī)烨袚Q至就地運行模式，除灰空壓機切至就地運行方式，這樣所有實時運行參數均無法在上位機顯示，所有操作均需在就地操作；

（2）通過PLC系統上位機檢查確認內部程序運行正常，硬件配置正確，系統運行無問題。

（3）在一號爐除灰程控柜網絡A網分支器處斷開2號爐除灰程控柜、空壓機控制柜、灰?guī)爝h程控制柜通訊網絡，安裝終端電阻，無問題后斷開B網網絡同時安裝終端電阻。過程中熱控人員將原空壓機控制柜兩個壓力信號電纜重新敷設到#1機組除灰控制柜，以保證一號機組的除灰系統正常運行。

（4）在#1機組除灰控制柜上增加一塊AI（模擬量輸入）卡件，使用上位機對PLC系統進行硬件組態(tài)，同時將原空壓機控制站的兩個測點重新定義進行軟件組態(tài)及報警設置，檢查無問題后對PLC進行重新下裝。

（5）觀察控制系統軟硬件運行正常，運行人員將#1機組輸灰系統切至遠方方式進行正常輸灰。

（6）進行#2除灰及公用系統的DCS系統控制柜改造工作，將#2控制站通過網線直接接入#2脫硫交換機，將公用的兩個控制站通過網線直接接入脫硫公用系統交換機。

（7）除渣系統單元制改造步驟與除灰系統基本一致，

（8）#1、#2機組除渣系統網絡已分開，在機組#1機組檢修時可以直接DCS系統改造工作。

3.4 脫硫系統的單元制改造實施方案

（1）梳理#1、#2及公用系統之間的網間變量，避免單元制改造過程中系統設備誤動，危機機組的安全運行。將所有網間變量敷設電纜使用硬接線的方式保證控制站之間引用點聯鎖保護正常。

（2）將#2脫硫網絡單獨設置，脫開原脫硫系統網絡。增加脫硫網橋機、工程師站、歷史站、操作員站，并進行網絡調試。

（3）#2機組檢修時將其脫硫網絡電源柜投入運行，將#2脫硫控制站重新接入電源及網絡，由于是雙路電源和網絡，因此接入過程中要避免失電及斷網。

（4）#1機組檢修時將#1脫硫網絡單獨設置，脫開原脫硫系統網絡。#1脫硫網絡電源柜投入運行，將#1脫硫控制站重新接入電源及網絡，由于是雙路電源和網絡，因此接入過程中要避免失電及斷網。

（5）將脫硫公用系統網線進行整理，包括除灰公用系統，連接網橋機與#1、#2機組通訊正常。

（6）拆除網間變量的硬接線，為提高可靠性重要聯鎖保護可以保留硬接線方式。

3.5 脫硫及灰渣與主機控制系統一體化調試方案

（1）在#2機組檢修時將#2脫硫網絡接入#2單元機組網絡交換機上，合并#2脫硫系統點目錄至#2單元機組，合并#2脫硫畫面至#2單元機組，更改#2脫硫畫面中手操器的動態(tài)鏈接。

（2）在#1機組檢修時將#1脫硫網絡接入#1單元機組網絡交換機上，合并#1脫硫系統點目錄至#1單元機組，合并#1脫硫畫面至#1單元機組，更改#1脫硫畫面中手操器的動態(tài)鏈接。

（3）在#1機組檢修時，將公用系統控制設備切至就地運行，重新配置公用脫硫系統控制器網段；（從222.222.221網段更改至222.222.226網段，從222.222.222網段更改至222.222.227網段），重新配置#1/2脫硫網橋機設置。合并共用脫硫畫面至#1、2單元機組，更改共用脫硫畫面中手操器的動態(tài)鏈接。

4 結語

實現脫硫及灰渣控制系統單元制及與主機DCS系統一體化控制，使主機、脫硫、灰渣控制系統軟、硬件統一，提高了控制系統的可靠性，減少了備品備件種類和控制系統維護工作量，節(jié)約了維護成本，同時徹底解決脫硫、除灰、除渣控制系統故障造成兩臺機組的同時停運的重大隱患，提高了將灰渣控制系統自動化控制水平。硫灰渣控制室與主機集控室進行集中控制，機組正常運行情況時，值長、主值對于環(huán)保參數的控制起到一定的指導和監(jiān)督作用。當發(fā)生機組升降負荷或網上故障等應急情況，值長可以對機組的安全運行及環(huán)保指標的控制進行統一調度，控制環(huán)保指標不發(fā)生超限現象，避免環(huán)保事件的發(fā)生，同時通過減少運行值班員也節(jié)省了公司的人力資源成本。

[1] DL/T 659-2006, 火電廠分散控制系統驗收測試規(guī)程[S].

[2] DL/T 658-2006, 火電廠開關量控制系統驗收測試規(guī)程[S].

[3] DL/T 744-2004, 火力發(fā)電廠熱工自動化系統檢修運行維護規(guī)程[S].

[4] 趙燕平. 火電廠分散控制系統檢修運行維護手冊[M]. 北京 : 中國電力出版社, 2002.

[5] 吳華斌. 火電工程調試技術手冊熱工卷[M]. 北京 : 中國電力出版社, 2003.