電廠煙氣脫硫系統旁路擋板控制策略的探討

吳 昊,成福群

(1.廣東粵電靖海發電有限公司,廣東惠來 515223;2.重慶電力高等專科學校重慶 400053)

0 引言

廣東粵電靖海發電有限公司 1#,2#機組 2×600MW煙氣脫硫工程采用濕法煙氣脫硫。脫硫系統在引風機出口與煙囪之間的煙道上設置旁路擋板門,當 FGD裝置運行時,煙道旁路擋板門關閉,FGD裝置進出口擋板門打開,煙氣通過增壓風機的吸力作用引入 FGD系統。煙氣旁路擋板采用氣動調節方式,每個擋板門配供一套雙缸氣動執行機構。為了保證鍋爐機組的安全穩定運行,在 FGD裝置故障和停運時,旁路擋板門打開,FGD裝置進出口擋板門關閉,煙氣由旁路擋板經煙道直接進入煙囪,排向大氣。因此煙氣脫硫旁路擋板門作為 FGD裝置和鍋爐主機組之間直接聯系的關鍵設備,其控制方案的正確、適當與否,直接關系著鍋爐主機組的可靠穩定運行和FGD裝置的設備安全以及煙氣的脫硫效果。

1 煙氣脫硫旁路擋板門工藝控制要求

從脫硫煙風系統運行和切除過程要求,可以總結出旁路擋板門必須達到以下特殊工藝控制要求:

(1)所有設計采用的元器件必須滿足現場使用條件。脫硫系統的被控介質是含有一定腐蝕性的煙氣,對于安裝在室外的設備必須具有相應的防護等級。

(2)正常運行時,旁路擋板必須能夠實現相當于連續模擬量但又具有慢速定位功能的關閉操作,以有利于在脫硫投入過程中保持引風機出口(即增壓風機入口)壓力的穩定,從而保證旁路煙道和脫硫裝置之間平穩的過渡切換,保證不對鍋爐爐膛的負壓產生影響,不影響機組鍋爐的正常運行。

(3)緊急情況下,旁路擋板必須能夠實現相當于開關二位式的緊急快速打開操作,當脫硫系統出現故障時(如原、凈煙氣擋板關閉,增壓風機、循環泵、GGH故障停機等),應聯鎖保護切除脫硫,快速打開旁路擋板門,速度過慢則可能導致鍋爐爐膛負壓憋壓過大甚至導致 MFT保護動作。

(4)應裝設獨立于 DCS之外的硬接線緊急后備手操:目前脫硫控制系統均采用 DCS集中控制方式,不設常規控制儀表,如果在運行過程中 DCS出現故障,則運行人員可通過設在控制臺上的后備硬手操快速打開旁路擋板門,切除 FGD。

(5)旁路擋板門的控制電源、氣源必須可靠,須具有“三斷”保護裝置。如果在運行過程中電源、氣源故障,則旁路擋板門應處于故障安全的打開位置(即 FGD切除,以不會對鍋爐主機組的穩定運行和設備安全產生影響)。

(6)應裝設閥門位置變送器。以方便運行人員精確了解和控制旁路擋板門的開度位置,有利于在脫硫投入過程中保持引風機出口(即增壓風機入口)壓力的穩定。

(7)應裝設質量和數量足夠的位置行程開關(至少設置三開一閉)。因為旁路擋板門的開關位置狀態信號屬于脫硫聯鎖保護邏輯中的重要信號,應充分保證其安全可靠性。

(8)為防止當急停按鈕或快開指令復位后,旁路煙氣擋板根據快開指令前的模擬信號自行調節到所給開度;DCS系統內須設置調節允許指令,即在每次擋板快開后只有該指令向就地發出后,系統方可根據給定的模擬量信號調節擋板開度。調節允許指令發出的同時,把要調節開度 100%的信號發送給就地定位器。

2 旁路擋板門控制策略的分析與探討

2.1 旁路擋板控制策略及原則

目前對氣動執行機構的控制一般采取連續模擬量的 l/P閥門定位器和開關量的電磁閥兩種方式。如果單一地采用其中一種,顯然不能滿足脫硫旁路擋板門“正常運行時能夠實現相當于連續模擬量但又具有慢速定位功能的關閉操作,緊急情況下能夠實現相當于開關二位式的緊急快速打開操作”的控制功能要求。因為 l/P定位器雖然可以實現旁路擋板門慢速定位關閉操作,但其全行程的動作速度過慢,滿足不了旁路擋板快開的要求;而電磁閥卻相反,其動作閥門速度較快,但實現慢速精確定位操作卻相對困難。顯然如果能將二者有機組合起來,優勢互補,就完全可以滿足脫硫旁路擋板門“慢關快開”的控制功能要求。該發電廠氣動旁路擋板門正是基于這樣的原則來工作的,其控制原理如圖 1所示。雙控電磁閥上 EV-02電磁閥得電后,整個氣路有氣,EV 1為常開電磁閥,EV2為常閉電磁閥。在 EV1、EV 2都沒有帶電時,EV1導通,EV2閉合。此時煙氣擋板門處在開狀態,模擬量不可調節;需要調節擋板開度時需先向就地 PLC發調節允許指令,在得到允許調節指令后,EV1、EV2都同時帶電,EV1閉合,EV2導通.此時煙氣擋板門處在可調節狀態,當 P接收到模擬量調節信號后可以控制進入氣缸氣量的大小,來調節擋板開度。這樣就可以達到了“快開慢關”的控制要求。

圖1 氣動旁路擋板門控制原理圖

2.2 煙氣旁路擋板控制策略的實現

(1)正常運行時相當于連續模擬量但又具有慢速定位功能的關閉操作功能的實現。這種運行方式作為旁路擋板門最基本的操作方式,在使用就地PLC控制兩線制智能電氣閥門定位器,實現對旁路擋板的直接控制,同時 DCS采用連續模擬量 4～20mA的信號作為 PLC的控制信號,即通過 DCS控制 PLC。PLC控制旁路擋板閥方式間接實現了 DCS系統對煙氣旁路擋板的遠方精確定位操作。

(2)緊急情況下相當于開關二位式的緊急快速打開操作功能的實現。在 l/P閥門定位器輸出至氣缸的控制氣源管路上并接開方向的直通旁路,當需要快速打開旁路時,通過緊急打開電磁閥將氣缸的動作氣源切換至直通旁路,越過 l/P閥門定位器,從而實現旁路擋板門的超馳快開動作。

(3)獨立于 DCS之外的硬接線緊急后備手操的實現。在操作員控制臺上僅設置了緊急快開電磁閥的硬手操旋鈕開關(自保持),其常閉接點通過硬接線和就地控制柜端子連接,DCS輸出 DO常閉接點串接(采用掉電打開邏輯)。

(4)控制電源、氣源的配置。由于旁路擋板門對鍋爐穩定運行的特殊重要性,所以在其控制電源、氣源的提供上采取了力求萬無一失的安全性措施。l/P電氣閥門定位器電源通過兩線制 4～20mA輸入指令信號由 DCS系統內的 UPS供電;緊急快開電磁閥直接由 UPS電源供電,并采用掉電打開邏輯,一旦脫硫系統電源故障消失,旁路擋板門將自動打開,處于對鍋爐運行安全的位置;旁路擋板門所用壓縮氣源,取自電廠儀用空壓站儲氣罐出口,并且在就地設置了儲氣罐,儲氣量滿足擋板 5～10分鐘用量,足夠滿足旁路擋板門的安全動作時間和用氣量。

(5)位置變送器的設置。智能電氣閥門定位器可以兩線制方式工作,不需外加供給電源。其微處理器一方面根據偏差(給定值信號和位置反饋信號)的大小和方向輸出一個氣動位移增量至氣缸正確定位,同時輸出一路 4～20mA位置反饋信號至遠方集控室 DCS,以方便運行人員精確了解和控制旁路擋板門的開度位置。

(6)位置行程開關的設置。在旁路擋板門的全開/全關位置分別裝設4對機械行程開關,將狀態信號送入 DCS用作脫硫狀態指示報警、聯鎖保護和 SOE。

(7)就地控制柜的設置。為了方便就地安裝和調試,每個旁路擋板門就地設置了一個 800×600×300mm(H×W×D)的就地控制柜,所有相關的就地PLC、快開電磁閥、氣動閥、手動閥、消音器、接線箱等全部集中放置于柜內,起到安全保護作用。

2.3 煙氣旁路擋板控制策略的分析與完善

靖海發電有限公司 1#機組脫硫系統自 2007年2月與主機同時投入商業運行以來,至今已有兩年多的時間,在實際的運行過程中由于控制策略的不完善,出現了一些問題,對此我們進行分析并有針對性的作了完善工作。

(1)原設計中在脫硫系統故障時,為防止旁路擋板速度過慢導致鍋爐爐膛負壓憋壓過大導致MFT保護動作,設置了旁路擋板在故障時快速打開的功能,但在運行中發現并不是打開的速度越快越好,打開過快對鍋爐引風機和爐膛壓力的波動影響較明顯,而且對旁路煙風道有較劇烈的機械沖擊震動。因此,必須根據鍋爐燃燒及煙風特性,進行現場調試,整定在不影響鍋爐燃燒穩定運行為準。從現有的運行經驗,以及設備的具體情況,我們分析出全關到全開的行程時間應控制在 9～15s之間為宜。為實現這一目標,在氣缸打開排氣路上加裝了手動排氣閥,通過調整快開排氣閥的開度,可達到控制旁路擋板門的開啟速度,其時間為 10～20s,前 30%打開時間一般不多于 5s,原煙氣與凈煙氣擋板同時關閉。基本上達到了控制快開時的行程時間要求,保證了在旁路擋板快開時機組的安全運行。

(2)在氣罐出口加裝失氣開關。當主路氣源突然壓力降低,低于設定值 0.49MPa時,壓力開關動作,通過就地控制柜內 PLC,使柜內的 EV1、EV 2電磁閥同時失電,氣源通過 EV1快速進入氣缸,直接打開旁路擋板,同時信號進入 DCS系統進行報警。

(3)在控制系統內必須設置調節允許指令,只有該指令向就地發出后,系統方可進行調節。以防止當急停按鈕或快開指令觸發后,在需要關閉旁路擋板時,調節運行指令發出的同時,旁路煙氣擋板根據快開指令前的模擬信號自行調節到所給開度,擋板快開時,觸發開到位開關,開到位信號進入 DCS,DCS同時就把調節開度 100%的模擬量指令發送給就地定位器,使指令與實際開度保持一致。

3 結束語

在對靖海發電有限公司 1#、2#機組 FGD旁路擋板控制系統進行完善后,旁路擋板故障率大大降低了。運行兩年多以來,沒有因為 FGD故障旁路擋板未能及時打開而造成機組非計劃停運事件,同時旁路擋板的誤開動作率降低 95%以上,這樣有助于提高脫硫效率。

由于我國電力行業的煙氣脫硫建設還剛剛處于國產化起步階段,有關 FGD旁路擋板門的控制方案,目前在國內尚未有大規模成熟應用的經驗,只有在工程實踐中探索出更佳的控制方案來。