王寶添

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

自國(guó)務(wù)院印發(fā)《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》以來(lái)，火力發(fā)電廠積極響應(yīng)中央及地方要求，加快推進(jìn)大型燃煤機(jī)組的脫硫改造、超凈排放工程。某火電廠的原脫硫控制系統(tǒng)，共分為1#爐脫硫系統(tǒng)、2#爐脫硫系統(tǒng)和公用脫硫系統(tǒng)3 部分，采用PLC集中控制，使用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通信傳輸。由于脫硫區(qū)域分布比較零散，該脫硫系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，出現(xiàn)系統(tǒng)之間通信質(zhì)量低、協(xié)調(diào)能力差等問(wèn)題，脫硫效果下降。為解決這一問(wèn)題，對(duì)脫硫控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。本文對(duì)改造流程及其關(guān)鍵技術(shù)展開簡(jiǎn)要分析。

1 大型機(jī)組超凈排放改造脫硫控制系統(tǒng)的改造方案

原來(lái)的脫硫控制系統(tǒng)，電子設(shè)備間、脫硫控制室等全部由PLC 系統(tǒng)集中控制。改造的主要思路是在保持PLC 控制的前提下，替換為分布式控制系統(tǒng)（DCS），對(duì)于其他新增的實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置、遠(yuǎn)程操控裝置，則由FGD_DCS 系統(tǒng)管理。改造后的1#、2#和公用脫硫系統(tǒng)，分別對(duì)應(yīng)一套FGD_DCS，其中包含的硬件設(shè)備有DCS 電源分配柜、控制柜，以及繼電器、網(wǎng)關(guān)等。另外設(shè)置2 套機(jī)組路由器，滿足3 套FDG_DCS 系統(tǒng)相互之間進(jìn)行實(shí)時(shí)通信的需求。

2 脫硫控制系統(tǒng)的系統(tǒng)配置

2.1 系統(tǒng)硬件配置

改造后的脫硫控制系統(tǒng)，硬件部分共分為3 層，即控制層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 脫硫控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

各層對(duì)應(yīng)的功能如下：（1）控制層。以PLC 為核心的DCS 控制系統(tǒng)，分為工程師站、操作員站兩部分，負(fù)責(zé)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需要，下達(dá)相應(yīng)的指令。同時(shí)，在顯示器上展示系統(tǒng)各部分的運(yùn)行工況和實(shí)時(shí)參數(shù)，為脫硫控制提供必要的依據(jù)。（2）網(wǎng)絡(luò)層。包含通訊設(shè)備和工業(yè)以太網(wǎng)兩部分，采用有線通信提高抗干擾能力，確保在復(fù)雜環(huán)境下控制指令和檢測(cè)信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。根據(jù)連接對(duì)象的不同，對(duì)接控制主機(jī)的為應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)，對(duì)接前端設(shè)備（如控制柜、電源柜等）的為自動(dòng)層網(wǎng)絡(luò)。（3）應(yīng)用層。涵蓋了支持脫硫功能實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)設(shè)備，例如電源模件、信號(hào)模件、總線模件等。除了上述主要的硬件設(shè)備，還要關(guān)注冗余I/O 配備。各個(gè)DCS 系統(tǒng)的I/O 點(diǎn)數(shù)如表1 所示。

表1 脫硫DCS 控制系統(tǒng)I/O 點(diǎn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.2 系統(tǒng)軟件配置

改造后脫硫控制系統(tǒng)的軟件部分，包括：（1）Software 組態(tài)控制軟件。具體又分為儲(chǔ)存系統(tǒng)狀態(tài)信息的報(bào)表組態(tài)、傳遞控制指令的數(shù)據(jù)總線組態(tài)、執(zhí)行控制指令的設(shè)備組態(tài)等。（2）HMI 人機(jī)畫面。為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，在軟件部分增加了HMI 人機(jī)界面，除了實(shí)時(shí)展示脫硫控制系統(tǒng)各部分的運(yùn)行狀態(tài)外，還能夠讓各項(xiàng)控制指令可視化呈現(xiàn)。（3）Library 模塊庫(kù)。用于存儲(chǔ)各種程序、模型、數(shù)據(jù)和指令。本質(zhì)上是一個(gè)集成化的數(shù)據(jù)庫(kù)，可支持技術(shù)人員根據(jù)脫硫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，從庫(kù)內(nèi)靈活調(diào)用各種工藝模型和編程語(yǔ)言。

3 脫硫控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 數(shù)據(jù)采集功能

DAS（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）是DCS 系統(tǒng)的重要組成，以60 次/s的頻率連續(xù)采集各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)信號(hào)。前端信號(hào)經(jīng)工業(yè)以太網(wǎng)反饋至PLC 后，進(jìn)行信號(hào)的對(duì)比分析，若發(fā)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)值存在較為明顯的差異，則判定為FGD 系統(tǒng)存在異常，此時(shí)系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)。DAS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集功能的實(shí)現(xiàn)，依賴于分布在DCS_FGD 系統(tǒng)各處的監(jiān)測(cè)裝置（傳感器）；而DAS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析功能的實(shí)現(xiàn)，則依賴于PLC 提供的數(shù)據(jù)對(duì)比功能。在DCS 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，預(yù)先存儲(chǔ)脫硫控制系統(tǒng)中核心設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)值。以此作為參照，與DAS 采集的實(shí)際值（如變化速率、模擬量輸入等）進(jìn)行對(duì)比。兩者之間的差值超出允許范圍，則判斷為異常。發(fā)現(xiàn)異常工況后，PLC 啟動(dòng)預(yù)設(shè)的跳閘程序，完成跳閘保護(hù)。

3.2 模擬量控制功能

MCS（模擬量控制系統(tǒng)）是DCS 系統(tǒng)的又一重要組成，該系統(tǒng)的核心設(shè)備有增壓風(fēng)機(jī)、真空皮帶脫水機(jī)等。為保證MSC 系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，使用到的關(guān)鍵技術(shù)有吸收塔液位控制技術(shù)、石灰石漿液pH 調(diào)節(jié)技術(shù)、增壓風(fēng)機(jī)流量調(diào)節(jié)技術(shù)等。以吸收塔液位的自動(dòng)調(diào)控為例，在吸收塔內(nèi)存儲(chǔ)了石灰石漿液，是吸收煙氣中二氧化硫的主要成分。液位控制的原理是以通入的煙氣量P（x）作為變量，進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換后，得到輸出值A(chǔ)。將A 與當(dāng)前吸收塔內(nèi)的液位h 相乘，然后除于液位的期望值h0，即可計(jì)算出經(jīng)過(guò)煙氣量補(bǔ)償后的比較值B。利用積分時(shí)間常數(shù)T，對(duì)h0做積分處理，即可得到輸出值C。此時(shí)，由觸發(fā)器進(jìn)行條件判定，若B=C，則啟動(dòng)除霧器沖洗程序；直到B≠C 后，停止沖洗程序。整個(gè)流程如圖2 所示。

圖2 吸收塔液位控制系統(tǒng)

3.3 順序控制功能

SCS（順序控制系統(tǒng)）的功能是保障脫硫控制系統(tǒng)按照預(yù)設(shè)的程序，準(zhǔn)確、快速的完成各個(gè)脫硫步驟。其中又包括了煙氣系統(tǒng)、增壓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)等若干個(gè)子系統(tǒng)。

3.3.1 增壓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)

原煙氣的排放壓力不穩(wěn)定，這種情況下直接進(jìn)入吸收塔，會(huì)導(dǎo)致吸收效果不均勻，在排放壓力較大時(shí)部分煙氣無(wú)法被充分吸收，從而導(dǎo)致脫硫效果變差。因此，為達(dá)到徹底的煙氣脫硫，必須要在吸收塔之前安裝增壓風(fēng)機(jī)。增壓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的原理是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)原煙氣的排放壓力，然后靈活調(diào)節(jié)增壓風(fēng)機(jī)葉片角度與轉(zhuǎn)速，從而將壓力差值始終維持在一個(gè)相對(duì)平衡的狀態(tài)。

3.3.2 吸收塔系統(tǒng)

吸收塔系統(tǒng)核心裝置之一是氧化風(fēng)機(jī)，在脫硫期間源源不斷的向吸收塔內(nèi)吹入氧氣、空氣中的二氧化硫被石灰石漿液吸收后，生成亞硫酸鈣，然后在氧氣的氧化作用下，進(jìn)一步生成性質(zhì)更加穩(wěn)定硫酸鈣。基于SCS 系統(tǒng)的氧化風(fēng)機(jī)啟停順序如表2所示。

表2 氧化風(fēng)機(jī)啟?？刂屏鞒?/p>

4 脫硫控制系統(tǒng)的調(diào)試

4.1 脫硫控制系統(tǒng)的調(diào)試流程

完成煙氣脫硫超凈排放控制系統(tǒng)的改造后，還要通過(guò)調(diào)試驗(yàn)證該系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，并發(fā)揮脫硫功能。對(duì)于調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的運(yùn)行問(wèn)題和質(zhì)量缺陷，也可及時(shí)處理，保證該系統(tǒng)投入正常使用后穩(wěn)定運(yùn)行。分布式脫硫控制系統(tǒng)的調(diào)試內(nèi)容及流程如圖3 所示。

圖3 分布式脫硫控制系統(tǒng)的調(diào)試流程圖

4.2 脫硫系統(tǒng)檢查

在明確脫硫系統(tǒng)調(diào)試流程的基礎(chǔ)上，還要檢查該系統(tǒng)的接地系統(tǒng)是否正常，硬件設(shè)備及軟件系統(tǒng)是否運(yùn)行正常。具體檢查內(nèi)容有：（1）接地檢查。開始系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試前，要重點(diǎn)檢查接地裝置連接是否可靠，如果接地不良可能會(huì)影響設(shè)備的安全運(yùn)行。保證各個(gè)接地系統(tǒng)的母線要分別獨(dú)立連接接地極，防止相互干擾。信號(hào)電纜的屏蔽線也必須單獨(dú)接地，防止產(chǎn)生電位差影響控制功能的發(fā)揮。（2）硬件檢查。使用萬(wàn)用表分別測(cè)量母線和開關(guān)的供電電壓，保證電源的電能輸出正常。檢查插卡信號(hào)燈的狀態(tài)，保證機(jī)柜插卡正常通電。運(yùn)行DCS 系統(tǒng)，確保主機(jī)和輔助設(shè)備運(yùn)行正常。（3）軟件檢查。在確定接地正常、硬件不存在問(wèn)題后，啟動(dòng)軟件進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，分別檢查系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件（如過(guò)程監(jiān)視程序、過(guò)程控制程序等），確保系統(tǒng)各項(xiàng)功能正常。

5 脫硫控制系統(tǒng)的改造效果分析

脫硫系統(tǒng)改造前后的基本參數(shù)如表3 所示。

表3 脫硫控制系統(tǒng)改造前后基本參數(shù)對(duì)比

該機(jī)組在600MW 滿負(fù)荷的運(yùn)行環(huán)境下，脫硫裝置的實(shí)測(cè)效率達(dá)到了99.46%，高于火電廠設(shè)定了98.50%的最低要求，改造后煙氣排放合格。對(duì)于經(jīng)過(guò)脫硫處理的煙氣，收集并檢測(cè)其中的二氧化硫濃度，為6.4mg/Nm3，也低于15.0mg/Nm3的預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)?；痣姀S經(jīng)過(guò)此次改造后，每年可減排二氧化硫6.31× 104t，創(chuàng)造了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)束語(yǔ)

在火力發(fā)電行業(yè)大力倡導(dǎo)綠色環(huán)保、節(jié)能降耗的背景下，對(duì)機(jī)組的脫硫系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)超凈排放是當(dāng)前的一項(xiàng)重要任務(wù)。在系統(tǒng)改造時(shí)，除了要設(shè)計(jì)好硬件、軟件方面的配置外，還要重點(diǎn)關(guān)注數(shù)據(jù)采集、模擬量控制、順序控制等系統(tǒng)中涉及的關(guān)鍵技術(shù)。完成改造后，開展調(diào)試運(yùn)行，確保改造后的脫硫控制系統(tǒng)完全符合火電廠的改造預(yù)期，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展。