宋圣軍

（東北電力科學(xué)研究院有限公司,遼寧 沈陽 110006）

我國是能源消耗大國,能源結(jié)構(gòu)中煤炭仍然占有很大的比例。隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,由此產(chǎn)生的煤炭對環(huán)境的污染問題日益嚴(yán)重?；痣姀S的煙氣脫硫現(xiàn)已成為電廠正常營運所必須達(dá)到的重要指標(biāo)。綏中發(fā)電有限公司2×800 MW和2×1 000 MW機(jī)組,其脫硫工藝采用石灰石-石膏濕法脫硫。工藝系統(tǒng)包括：煙氣系統(tǒng)、石灰石漿液制備系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、石膏處理系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)和廢水系統(tǒng)。機(jī)組的脫硫控制系統(tǒng)采用艾默生公司的OVATION系統(tǒng)。它是集過程控制及企業(yè)管理信息技術(shù)為一體的集散控制系統(tǒng),采用了高速度、高可靠性、高開放性的通信網(wǎng)絡(luò),具有多任務(wù)、多數(shù)據(jù)采集及潛在的控制能力。OVATION系統(tǒng)利用當(dāng)前最新的分布式、全局型的相關(guān)數(shù)據(jù)庫完成對系統(tǒng)的組態(tài)。全局分布式數(shù)據(jù)庫將功能分散到多個可并行運行的獨立站點,而非集中到一個中央處理器上,不因其他事件的干擾而影響系統(tǒng)性能。

利用其最新的OVATION3.1系統(tǒng),整個DCS控制系統(tǒng)組態(tài)方便、結(jié)構(gòu)清晰。

1 石灰石-石膏濕法脫硫工藝

煙氣脫硫（FLUE GAS DESULFURIZATION,簡稱FGD）的化學(xué)反應(yīng)公式為

煙氣脫硫系統(tǒng)中,原煙氣經(jīng)過引風(fēng)機(jī)后的尾部總煙道抽取引入脫硫裝置,然后經(jīng)過動葉可調(diào)流式增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)入吸收塔,通過氣-氣回轉(zhuǎn)式換熱器（GGH）,用原煙氣加熱從吸收塔出來的凈煙氣,凈煙氣通過煙囪排入大氣。

稱重皮帶給料機(jī)把石灰石送到濕式球磨機(jī)內(nèi)磨制成漿液,石灰石漿液用泵輸送到水力旋流器經(jīng)分離后,在石灰石漿液箱中制成20%～30%的石灰石漿液,然后經(jīng)石灰石漿液泵送至吸收塔。

煙氣進(jìn)入吸收塔后,與被吸收塔循環(huán)泵打入噴淋層噴灑下來的石灰石/石膏漿液逆流接觸進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。吸收塔內(nèi)石膏漿液通過石膏排出泵送入石膏旋流站,濃縮后送入石膏緩沖箱。

吸收塔是脫硫系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備。吸收塔采用鋼結(jié)構(gòu),內(nèi)設(shè)防腐,采用橡膠內(nèi)襯,為一爐一塔單元布置。在煙溫≥180℃時,為防止損壞設(shè)備,脫硫裝置退出運行,煙氣系統(tǒng)進(jìn)入旁路運行方式。旁路擋板的打開時間不大于15 s,且旁路系統(tǒng)具備快開慢關(guān)的功能。

吸收塔底部經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的石膏漿液經(jīng)過石膏排出泵,排至石膏漿液箱,經(jīng)過石膏旋流站旋流子的作用,進(jìn)行初步脫水的石膏排至真空皮帶機(jī),經(jīng)石膏皮帶機(jī)二次脫水后形成脫硫系統(tǒng)的最終產(chǎn)品固態(tài)石膏。

脫硫裝置產(chǎn)生的廢水經(jīng)由廢水旋流器送至廢水處理系統(tǒng),采用化學(xué)加藥和接觸泥漿連續(xù)處理廢水,沉淀出來的固形物在澄清濃縮器中分離,進(jìn)入濃縮器進(jìn)一步濃縮,清水排入沖渣系統(tǒng)。經(jīng)濃縮器濃縮的泥渣送至板框壓濾機(jī)脫水外運。

除霧器沖洗水系統(tǒng)通過自動閥門進(jìn)行程序控制,系統(tǒng)通過運行一個主控程序和若干子程序?qū)崿F(xiàn)對除霧器各級和吸收塔煙道入口的沖洗。

除霧器的沖洗頻率、沖洗強(qiáng)度以及沖洗水的水質(zhì)都會對除霧器的結(jié)垢產(chǎn)生影響。當(dāng)除霧器結(jié)垢后就會導(dǎo)致通過除霧器的煙氣流速增加,液滴夾帶進(jìn)入出口煙道引起煙囪雨霧、顆粒物排放固體的重量增加、損壞除霧器。

2 OVATION集散控制系統(tǒng)

OVATION是第一個采用全嵌入式數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的過程控制和采集系統(tǒng)。除了實時的和歷史的過程數(shù)據(jù)值外,數(shù)據(jù)庫還存儲了OVATION的每一個信息,包括：系統(tǒng)組態(tài)、歷史儲存和重新建立的數(shù)據(jù)、報表、控制算法信息、I/O控制器原始數(shù)據(jù)以及過程數(shù)據(jù)庫。一個完整的OVATION控制系統(tǒng)如圖1所示。

3 FGD控制系統(tǒng)控制器分配原則

對于1臺爐的DCS系統(tǒng)配置,脫硫系統(tǒng)的最低配置為“一爐一塔（單元）”加“公用系統(tǒng)”的方式。

FGD公用系統(tǒng)可精細(xì)劃分為廢水系統(tǒng)、石灰石漿液供給系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)。一般情況下,公用系統(tǒng)的容量和單元機(jī)組的數(shù)量和容量有關(guān)。在綏中發(fā)電有限公司的脫硫DCS設(shè)計中,公用系統(tǒng)擁有4對控制器,其容量是保證4臺機(jī)組煙氣脫硫的最小配置。

單元機(jī)組的FGD系統(tǒng)可劃分為兩大部分：煙風(fēng)系統(tǒng)和吸收塔系統(tǒng)。機(jī)組的容量對于測點的數(shù)量無太大影響,單元FGD系統(tǒng)可以按2對控制器進(jìn)行分配。

公用系統(tǒng)和單元機(jī)組系統(tǒng)在分配測點時無特殊的要求,盡量達(dá)到均衡即可,若測點數(shù)量多,可增加擴(kuò)展柜。

FGD的系統(tǒng)組態(tài)可劃分?jǐn)?shù)據(jù)庫、運行監(jiān)視畫面、邏輯控制圖3個部分,其組態(tài)工作相互緊密聯(lián)系。

4 數(shù)據(jù)庫

OVATION系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫是Oracle關(guān)系型數(shù)據(jù)庫,存在于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。該數(shù)據(jù)庫包含系統(tǒng)中的絕大部分信息,包括組態(tài)、報表、記錄、控制算法信息、IO數(shù)據(jù)庫原始信息等。數(shù)據(jù)庫中分動態(tài)數(shù)據(jù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)、內(nèi)存數(shù)據(jù)、MMI 4類數(shù)據(jù)。

a.動態(tài)數(shù)據(jù)。包括實時改變的數(shù)據(jù),有測點的數(shù)值及一些狀態(tài)信息。

b.靜態(tài)數(shù)據(jù)。包括測點的一些標(biāo)定數(shù)據(jù)及報警數(shù)據(jù)。

c.閃存數(shù)據(jù)。包括測點的組態(tài)數(shù)據(jù),如報警限制值、上下限等。

d.MMI數(shù)據(jù)。包括測點的字符信息,如點的描述、工程單位等。

圖1 OVATION系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

因此,對于組態(tài)工程技術(shù)人員,測點是數(shù)據(jù)庫組成的基本單元。測點分為硬件點和中間點,其中硬件點來自現(xiàn)場變送器的測點,命名采用標(biāo)準(zhǔn)KKS編碼設(shè)計,重要保護(hù)用測點的地址分配采用冗余分散的原則;中間點是程序中使用的過程變量,中間點數(shù)量多。OVATION邏輯組態(tài)的中間點可劃分為：模擬量點LA、開關(guān)量點LD和打包點LP。中間點的編碼規(guī)則要符合程序設(shè)計模塊化的要求,高效簡潔的編碼規(guī)則有利于提高程序的可讀性和可移植性,降低設(shè)計人員的工作復(fù)雜程度。根據(jù)以上原則,提出了一種新的編碼方式,已在10余臺機(jī)組的DCS組態(tài)設(shè)計中得到應(yīng)用,如圖2所示。

圖2 中間點編碼規(guī)則

5 邏輯組態(tài)

FGD的各設(shè)備和系統(tǒng)組態(tài)實現(xiàn)的功能類似,順序控制系統(tǒng)的功能組及程序量比較大。程序組態(tài)設(shè)計在結(jié)構(gòu)上要符合模塊化的設(shè)計理念,在工藝要求上盡量符合系統(tǒng)功能集中,重要保護(hù)信號冗余分散的基本原則。例如,石灰石-石膏濕法脫硫工藝中,由于脫硫管道中的介質(zhì)是具有腐蝕性的介質(zhì),所以脫硫系統(tǒng)的各個管道在使用結(jié)束后都要求進(jìn)行沖洗,大部分工藝子系統(tǒng)都要求具備工藝水沖洗功能。沖洗功能組應(yīng)設(shè)計成為模塊化的沖洗功能組子程序,既方便組態(tài)工作,又可對FGD運行時的靈活操作帶來便利。

6 FGD主要控制策略

6.1 增壓風(fēng)機(jī)入口壓力控制

增壓風(fēng)機(jī)需要克服從原煙氣擋板入口開始到凈煙氣擋板出口結(jié)束這一段FGD系統(tǒng)的壓降。通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)前導(dǎo)葉的角度使增壓風(fēng)機(jī)適應(yīng)煙氣負(fù)荷的變化,調(diào)節(jié)增壓風(fēng)機(jī)入口壓力。鍋爐負(fù)荷信號和鍋爐引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉開度變化信號中的較大者也作為增壓風(fēng)機(jī)葉片控制的前饋信號。用于迅速跟隨壓力變化,避免鍋爐爐膛壓力較大波動,保證鍋爐爐膛壓力穩(wěn)定,確保主機(jī)安全運行。

6.2 吸收塔供漿流量控制

脫硫系統(tǒng)最終要產(chǎn)生具備合格品質(zhì)的石膏產(chǎn)品,必須控制好進(jìn)入吸收塔的石灰石漿液流量,保證吸收塔內(nèi)漿液pH值變化最小。石灰石漿液流量主要通過入口SO2濃度控制,并由吸收塔內(nèi)漿液pH值信號（有的加入系統(tǒng)脫硫率）進(jìn)行修正。合理的石灰石漿液流量將吸收塔反應(yīng)液體環(huán)境維持在合理的范圍內(nèi),其pH值控制采用串級控制。

由煙氣流量,未處理氣中SO2濃度和化學(xué)計量因數(shù)計算出石灰石漿液流量設(shè)定值,并以此值作為可變指令,給設(shè)定值加上測得的pH值和換算因數(shù)作為修正值。按懸浮液濃度修正過的石灰石漿液流量將作為實際值（控制可變量）輸送至主控制器（見圖3）。

圖3 吸收塔漿液流量控制

6.3 濕式球磨機(jī)供水量控制（粗調(diào)）

根據(jù)送往濕式球磨機(jī)的石灰石量計算進(jìn)入濕式球磨機(jī)的濾液水量,濾液水量通過調(diào)整濕式球磨機(jī)的濾液閥進(jìn)行控制。石灰石與濾液水的比例要基本保持不變。

6.4 石灰石漿液箱密度控制（細(xì)調(diào)）

送往濕式球磨機(jī)再循環(huán)箱的濾液水量,將根據(jù)石灰石漿液的濃度,通過調(diào)整濕式球磨機(jī)循環(huán)箱的濾液閥進(jìn)行控制。

6.5 真空皮帶機(jī)濾餅厚度控制

為了控制不同的石膏漿液供送流量和防止非均勻配送石膏漿以形成塊狀物,利用液位測定測量塊狀物的厚度。采用單回路控制,在閉環(huán)控制中將調(diào)定的塊狀物厚度值與實際測得的塊狀物厚度值進(jìn)行對比。厚度太高使濾帶驅(qū)動裝置以較快速度運行,厚度太低使濾帶驅(qū)動裝置以較慢速度運行。

6.6 吸收塔液位控制

通過對FGD系統(tǒng)提供充足的工藝水,補(bǔ)充進(jìn)入吸收塔的熱煙氣冷卻和飽和過程中所蒸發(fā)掉的水。FGD運行時,工藝水由液滴分離器（除霧器）的沖洗水提供。吸收塔液位控制由加入到實際煙氣中的除霧器沖洗水水量控制,執(zhí)行設(shè)備為除霧器的各沖洗水閥門,功能組投入后,按照一定的規(guī)則依次打開和關(guān)閉?？稍O(shè)一個中斷時間,沖洗時間是煙氣量的函數(shù),煙氣量最大時對應(yīng)最小的中斷時間。

6.7 FGD系統(tǒng)保護(hù)

FGD裝置的保護(hù)動作條件主要包括：FGD進(jìn)口溫度異常,增壓風(fēng)機(jī)停運,煙氣換熱器GGH停運,循環(huán)漿泵投入數(shù)量不足,鍋爐MFT,油燃燒器投入狀況,煤燃燒器投入狀況,電除塵電場投入狀況。

FGD保護(hù)動作結(jié)果：自動快速開啟旁路擋板門,切除FGD,機(jī)組旁路運行?？刂剖以O(shè)手動按鈕,在緊急狀態(tài)時強(qiáng)制動作旁路擋板門,保證鍋爐安全運行,當(dāng)旁路煙氣擋板開到位后,停增壓風(fēng)機(jī);當(dāng)旁路煙氣擋板開到位,并且增壓風(fēng)機(jī)停運,關(guān)FGD入口煙氣擋板;當(dāng)旁路煙氣擋板開到位后,并且增壓風(fēng)機(jī)停運,關(guān)FGD出口煙氣擋板。

7 結(jié)束語

煙氣脫硫工程是節(jié)能減排的重要手段,是國家實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要工程之一,石灰石-石膏濕法脫硫在華能太倉電廠、成都國華金堂電廠、綏中發(fā)電有限公司等應(yīng)用中,脫硫效率均達(dá)到96%以上,FGD投產(chǎn)后,滿足了其所在城市的空氣污染物排放量要求,社會效益、經(jīng)濟(jì)效益明顯。采用的OVATION控制系統(tǒng),軟硬件結(jié)構(gòu)緊湊,程序設(shè)計簡潔,功能強(qiáng)大,安全可靠,在近年的生產(chǎn)運行中均未出現(xiàn)重大安全事故,受到用戶的一致好評。

[1] 徐 宏.石灰石-石膏濕法脫硫裝置控制策略[J].能源工程,2005,（6）：47-49.

[2] 陳志強(qiáng),傅 鈞,劉衛(wèi)華.煙氣脫硫系統(tǒng)控制策略[J].水利電力機(jī)械,2007,29（6）：9-11.