集散控制系统在电厂烟气脱硫工程中的应用

引言
　　集散控制系统简约，灵活，开放的结构形成一个功能强大，控制涉及面广泛的整体，满足了整个企业控制、系统集成、信息管理和工厂管理的需求。可以为用户解决各类在工程控制中所遇到的关于物理分散、信息集中管理、降低整体造价所遇到的一系列的难题。
　　随着电厂自动化水平的不断提高，电厂主控制室中盘台设备越来越少，取而代之的是功能完备的集散控制系统（DCS）及形式多样的各种操作员站。根据《火力发电厂设计技术规程》(DL5000－94)和部颁新厂新办法的有关规定，要实现机、炉、电统一的单元集中控制，使单元控制室的机、炉、电控制水平协调发展。因此，电厂燃煤机组烟气脱硫工程中通常采用DCS系统。根据电厂燃煤机组烟气脱硫工艺流程的特点，系统控制主要由烟气系统、吸收塔系统、石灰石浆液供应系统、石膏排出系统、工艺水及滤水系统等几部分组成。
　　DCS的系统结构
　　DCS操作员站系统是电厂脱硫的运行状态，控制和调整设备的运行参数，使电厂脱硫运行在安全高效的状态。图1为电厂烟气脱硫工程DCS网络的总体结构。图2是本工程的XDPS-400+系统网络结构和系统布置图。
　　烟气系统
　　烟气系统包括增压风机、烟气换热
器、挡板门密封空气系统、DCM（Drive Control Module）FGD入口原烟气挡板、DCM 吸收塔排空电动门、DCM FGD出口净烟气挡板、DCM旁路烟气挡板。
图1：电厂烟气脱硫工程DCS网络的总体结构
　烟气在FGD的启动和停机过程中将所有烟气挡板置于正确的位置，以保证由引风机至烟囱间的烟气通道。当吸收塔停运时吸收塔排空电动门开启，为来自氧化风机的空气提供排空的通道，如FGD遇有危险情况，烟气系统则导向安全的操作状态。
　　根据烟气挡板的位置，来自密封风机的密封空气直接引入到关闭的挡板，烟气挡板关闭时连杆机构带动密封空气阀自动开启。密封风机将热空气吹入双挡板之间，确保烟气泄露率为0。密封风机排出设计压力为高于烟道里的烟气压力500Pa的密封空气，密封空气采用电加热以防止在挡板处凝结。密封空气阀与烟气挡板执行机构机械联锁，烟气挡板关闭，密封空气阀开启；烟气挡板开启，密封空气阀关闭。在GGH里，通过对热的未处理烟气的吸收，用于再热来自吸收塔的净烟气。在100%BMCR工况下，无须补充热量，GGH维持净烟气温度高于82℃。在低负荷时，烟气温度将降低。

图2： DCS系统架构示意图
吸收塔系统
　　吸收塔系统包括SGC（Subgroup Circuit）吸收塔浆液循环、SGC除雾器冲洗、SGC吸收塔排水坑、SGC氧化空气、SGC事故浆液池、DCM吸收塔搅拌器、DCM吸收塔滤液补水阀。
　　吸收塔浆液循环泵连续运行，加入吸收塔的石灰石浆液量根据烟气流量、SO2 含量、SO2 脱除率和吸收塔浆液的pH值进行控制；吸收塔的液位通过吸收塔排出泵来控制，石膏排出泵连续运行，到水力旋流站的石膏浆液及返塔浆液通过关断阀连锁（保持1开1关），均以间断方式运行；通过吸收塔滤液补水调节阀控制吸收塔浆液密度。
　　吸收塔液位应保持在某一范围内，液位过高会影响气液交换，液位过低会影响运行的循环泵数量，通过调整除雾器冲洗的间隔时间来实现。根据在不同负荷下设定间隔时间函数即可，同时考虑在液位高时加强石膏的排出力度，液位低时加强石灰石浆液的供给。控制回路如图3所示。

图3 吸收塔液位控制回路

图4 石灰石浆液供给阀控制回路
石灰石浆液供应系统
　　石灰石浆液供应系统将成品石灰石浆液输送至吸收塔，每个吸收塔设有2台石灰石浆液输送泵，1运1备。石灰石浆液池设有1台搅拌器，防止浆液产生固体沉淀。
　　石灰石浆液输送泵与石灰石浆液池液位联锁。为保证石膏旋流子工作在最佳分离工况下，旋流子的入口压力应维持在某一定值，通过控制石膏旋流站至吸收塔再循环门的开度来达到该目的，加入负荷信号作为前馈。由于该门的开度会影响到吸收塔的液位，为避免干扰吸收塔液位，此时石灰石浆液供给阀也应同向变化。控制回路如图4所示。
　　石膏排出系统
　　烟气脱硫工程中设置了整套的石膏脱水系统，设置了1套石膏旋流站、2台真空皮带过滤机和1套废水旋流站系统。石膏旋流站的溢流全部回滤液水箱，石膏旋流站的底流、真空皮带过滤机、废水旋流站系统按预期方式运行。
　　石膏系统由SGC石膏排出泵、DCM石膏旋流站、SGC真空皮带过滤机、SGC废水旋流站组成。
　　石膏浆液排出泵将石膏浆液从吸收塔反应池送到烟气脱硫工程共用的石膏旋流站进行浓缩，另一方面吸收塔反应池可在事故时由石膏排出泵抛弃或排往事故浆池，检修吸收塔。石膏排出泵出口设密度及PH测量。吸收塔的液位和浆液密度通过吸收塔排出泵来控制，当吸收塔内浆液密度达到设定值时，石膏浆液排出到石膏旋流站；当吸收塔内浆液密度未达到设定值时，石膏浆液通过石膏返回管返至吸收塔。
　　吸收塔中持液槽内浆液混合物的浓度应保持某一水平，使固体悬浮物保持在最佳水平，防止结垢并使晶体成片，以便能够实现最大脱水率。通过调节吸收塔补水阀开度来保持吸收塔浆液的密度。为加快系统响应速度，加入锅炉负荷作为前馈信号。
　　控制回路如图5所示。

图5：吸收塔浆液浓度控制图

　　工艺水及滤液水系统
　　工艺水及滤水系统包括PC工艺水系统，PC滤液水系统。所有均由操作者设定为自动方式。工艺水泵能产生必要的压力用于除雾器冲洗、各种类型浆液管道的冲洗及设备的冷却用水、GGH高压水泵的供水。烟气脱硫工程设置了工艺水箱，并预留了1台工艺水泵的接口。设3台工艺水泵，2用1备，1座吸收塔对应1台工艺水泵。
　　除雾器冲洗水管路中的自动反冲洗滤水器去除工艺水中的杂质，并自动排污。除雾器冲洗水调节阀控制除雾器冲洗水进口压力。
　　结束语
　　在工程实际应用过程中，依照DCS的特点采用典型的方法来实现对电厂燃煤机组烟气脱硫工程中的控制，可以保证不出现误操作事故，还增加了相当部分的判据条件和I/O测点，这种方式的优点是较方便地对DCS进行检查，同时也增大了控制的可靠性。