中小型鍋爐煙氣脫硫DCS控制水平提升探析

福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院　張?zhí)靷?/p>

中小型鍋爐煙氣脫硫DCS控制水平提升探析

福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院張?zhí)靷?/p>

該文簡單介紹了目前我國中小型鍋爐煙氣脫硫控制的情況，并從系統(tǒng)選擇、系統(tǒng)自動啟停和系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)等方面提出了提高脫硫DCS控制水平的方法，從而使脫硫系統(tǒng)節(jié)省人力，提高效率。

能源與動力工程自動控制大氣污染煙氣脫硫集散控制系統(tǒng)根據(jù)我國環(huán)境保護(hù)法規(guī)和最新火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，新建鍋爐及火電廠都必須配有煙氣脫硫系統(tǒng)。煙氣脫硫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個較重要的環(huán)節(jié)，較高的控制水平不但能使脫硫系統(tǒng)甚至主機(jī)系統(tǒng)長期安全穩(wěn)定運(yùn)行，而且可以大大降低操作人員的勞動強(qiáng)度、減少出錯幾率。其中，石灰/石膏濕法脫硫技術(shù)是目前較成熟的脫硫技術(shù)之一，國內(nèi)70%以上火電廠都采用這種脫硫方法，其控制方案也較成熟。但如何根據(jù)國內(nèi)中小型鍋爐煙氣脫硫的特點(diǎn)，有效提高自動控制的水平，減少能源消耗，提高效率，仍值得深入探討。

1　目前脫硫控制存在的問題和期望的控制目標(biāo)

隨著煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，早期由PLC控制的煙氣脫硫系統(tǒng)已不能滿足要求，采用集散控制系統(tǒng)（DCS）進(jìn)行煙氣脫硫控制已成為必然趨勢［1-2］。

對于煙氣脫硫系統(tǒng)的控制，大部分用戶都要求在保證脫硫效率的前提下，運(yùn)行人員能在集控室內(nèi)進(jìn)行煙氣脫硫裝置及其附屬設(shè)備的啟停和正常運(yùn)行工況的監(jiān)視、控制及異常與事故工況的報警、聯(lián)鎖和保護(hù)。在控制室內(nèi)不設(shè)置常規(guī)儀表盤，但當(dāng)脫硫控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，有手段能使脫硫系統(tǒng)安全解列，保護(hù)機(jī)組安全運(yùn)行。

目前，國內(nèi)脫硫DCS控制系統(tǒng)雖已得到廣泛應(yīng)用，但在控制水平上還存在著一些問題，例如：大部分系統(tǒng)是建立在子功能組、功能組基礎(chǔ)上的，脫硫系統(tǒng)的啟停需要多個功能組的手動操作，不具備自動啟停的功能；另外，雖然脫硫系統(tǒng)中模擬量調(diào)節(jié)數(shù)量不多，但常規(guī)的單系統(tǒng)、單回路調(diào)節(jié)很難做到與程序控制（SCS）系統(tǒng)整合，難以實(shí)現(xiàn)真正自動控制；報警系統(tǒng)的不完善不利于操作員快速處理異常工況等。

2　提高中小型鍋爐煙氣脫硫控制水平的方法

針對以上問題，在DCS控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，本文以石灰/石膏濕法脫硫技術(shù)為例，提出若干提高自動控制水平的方法。

2.1控制系統(tǒng)的選擇

在控制系統(tǒng)的選擇上，目前用戶都傾向于采用分散控制系統(tǒng)。建議在硬件配置時采用與主機(jī)控制系統(tǒng)保持一致的硬件。這樣一方面可以減少備品備件，而且可以減少熱工維護(hù)人員，減少維護(hù)量；另一方面便于與主機(jī)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，實(shí)現(xiàn)主機(jī)和脫硫控制系統(tǒng)一體化。另外，管理系統(tǒng)（MISPSYS）可以采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口采集數(shù)據(jù)。在選擇系統(tǒng)硬件配置時，對于系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)較少的系統(tǒng)可以使用一對主控單元，電源、通訊、重要測點(diǎn)均為1：1冗余配置。對于系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)較多的系統(tǒng)可以使用兩對或兩對以上的主控單元。

以浙江金華蘭溪協(xié)鑫環(huán)保熱電有限公司15MW+6MW燃煤發(fā)電機(jī)組煙氣脫硫系統(tǒng)為例，本工程與主體工程一樣選用和利時FM801主控單元，每對DPU配對I/O點(diǎn)數(shù)不超過300點(diǎn)，所以根據(jù)本工程實(shí)際情況，本工程共配置5對DPU、5面控制機(jī)柜、1臺工程師站、2臺操作員站、2臺服務(wù)器（用于與廠內(nèi)MIS系統(tǒng)通訊），電源、通訊、重要測點(diǎn)均為1：1冗余配置。系統(tǒng)投入運(yùn)行后設(shè)備利用率高、安全穩(wěn)定，達(dá)到中等自動控制水平。

2.2自動啟停程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)啟停方式可分為手動啟停和自動啟停兩種。目前通常采用功能組基礎(chǔ)上的手動啟停操作。要實(shí)現(xiàn)自動啟停必須對控制對象有全面的了解。還是以浙江金華蘭溪協(xié)鑫環(huán)保熱電有限公司15MW+6MW燃煤發(fā)電機(jī)組煙氣脫硫系統(tǒng)為例，脫硫工藝處理過程如下：鍋爐未處理的煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)后，進(jìn)入吸收塔與噴淋的石灰漿液接觸去除煙氣中的SO2；在吸收塔后部設(shè)有除霧器除去煙氣中的霧珠；經(jīng)脫硫后的凈煙氣進(jìn)入鋼制直排煙囪排入大氣。在此過程中，吸收塔漿液循環(huán)泵為吸收塔提供大量的吸收劑，以保證氣液兩相充分接觸，提高SO2的吸收效率；生成石膏的過程中采取空氣強(qiáng)制氧化，設(shè)置氧化風(fēng)機(jī)增加氧化效果。

根據(jù)上述流程，本工程將煙氣脫硫DCS功能組劃分為煙氣系統(tǒng)、吸收塔SO2吸收系統(tǒng)、石灰漿液制備及供應(yīng)系統(tǒng)、氧化空氣系統(tǒng)、脫硫渣處理系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、事故處理系統(tǒng)等。其中石灰漿液制備及供應(yīng)系統(tǒng)、氧化空氣系統(tǒng)、脫硫渣處理系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、事故處理系統(tǒng)為三臺機(jī)組脫硫系統(tǒng)的公用部分。要實(shí)現(xiàn)自動啟動，必須由啟動程序和停用程序組織這些功能組，例如，首先啟用工藝水系統(tǒng)和石灰漿液制備供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行制漿、輸送漿液，然后啟用吸收塔SO2系統(tǒng)，接著才允許投入煙氣系統(tǒng)，關(guān)閉旁路使煙氣進(jìn)入脫硫狀態(tài)。設(shè)計(jì)時必須注意如下幾點(diǎn)：

（1）子功能組必須具備啟動或停用程序所要求的功能。例如啟動程序指令的接收口、功能組內(nèi)部聯(lián)鎖開關(guān)的自動投切功能、功能組與啟動程序信息的交換功能等。又如石灰漿液泵系統(tǒng)本身作為子功能組，具有一用一備的聯(lián)鎖開關(guān)。當(dāng)吸收塔系統(tǒng)功能組啟動石灰漿液泵系統(tǒng)子功能組時，子功能組啟動其中一組設(shè)備，延時一段時間后應(yīng)自動投備用設(shè)備組的聯(lián)鎖開關(guān)。

（2）啟動或停用程序必須有較強(qiáng)的容錯性。例如應(yīng)具有對功能組進(jìn)行投入或切除的手段。國內(nèi)自動啟停技術(shù)相對國外還存在差距，其中很大一個因素是硬件跟不上，一方面是質(zhì)量上的差異，另一方面是對硬件性能不十分了解。無論是調(diào)試階段還是正常運(yùn)行工況下，都會碰到功能組運(yùn)行出現(xiàn)問題的情況，可以考慮手動處理問題，但不能影響啟動或停用程序總的流程。

（3）系統(tǒng)中模擬量的控制必須滿足自動啟停的要求。本工程脫硫系統(tǒng)包含供漿流量、吸收塔液位等控制，這些控制應(yīng)有與啟停程序交換指令和信息的接口，以使系統(tǒng)安全、可靠、高效率地運(yùn)行。

（4）本工程還通過光纖通訊并入原有主體工程的機(jī)組DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)脫硫區(qū)無人值守。同時，通過兩臺服務(wù)器MIS和SIS系統(tǒng)，進(jìn)行全廠信息共享。

2.3安全可靠的系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)直接影響脫硫系統(tǒng)和機(jī)組的安全運(yùn)行，所以安全可靠是第一位的。

2.3.1設(shè)置備用硬手操按鈕

為了使脫硫系統(tǒng)安全解列以保護(hù)機(jī)組安全運(yùn)行，除了在脫硫系統(tǒng)內(nèi)由邏輯控制保護(hù)外，還在控制室內(nèi)設(shè)置能使脫硫系統(tǒng)安全解列的后備硬手操按鈕。

2.3.2保護(hù)條件信號的安全處理

保護(hù)條件信號的可靠性是設(shè)計(jì)保護(hù)系統(tǒng)的前提條件，既要使系統(tǒng)安全運(yùn)行，又要保護(hù)設(shè)備，所以不希望由于信號不可靠造成誤動作或不動作。因此，本工程對于多個測點(diǎn)的信號均進(jìn)行了篩選，例如先進(jìn)行數(shù)據(jù)有效性判斷，再用三選二等方法進(jìn)行運(yùn)算，得出正確的信號。

2.3.3設(shè)計(jì)有效的報警系統(tǒng)

本工程DCS系統(tǒng)具有一套完整的報警系統(tǒng)，對異常的系統(tǒng)和過程狀態(tài)進(jìn)行報警。除了充分應(yīng)用系統(tǒng)的報警功能外，還利用邏輯運(yùn)算等手段把重要的、影響設(shè)備或系統(tǒng)的中間邏輯量進(jìn)行集中報警，并且放置在醒目的監(jiān)視畫面上，輔以聲光報警信號，以便在發(fā)生異常工況時，運(yùn)行人員能快速找到問題所在。

3　結(jié)束語

本文介紹的幾種提高脫硫DCS控制水平方法是在工程實(shí)踐中總結(jié)出來的，它可以有效提高系統(tǒng)的自動化程度，減少操作人員的誤操作，降低運(yùn)行人員勞動強(qiáng)度，有效節(jié)約資源，提高效率，特別適用于中小型鍋爐濕法脫硫系統(tǒng)。

［1］王雷.大型火力發(fā)電機(jī)組煙氣脫硫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.中國電力，2005（1）：76-79.

［2］胡蓉.分散控制系統(tǒng)在煙氣脫硫系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.四川電力技術(shù)，2003（5）：17-18.