煙氣濕法脫硫OVATION系統設計

宋圣軍

（東北電力科學研究院有限公司,遼寧 沈陽 110006）

我國是能源消耗大國,能源結構中煤炭仍然占有很大的比例。隨著經濟的迅速發展,由此產生的煤炭對環境的污染問題日益嚴重。火電廠的煙氣脫硫現已成為電廠正常營運所必須達到的重要指標。綏中發電有限公司2×800 MW和2×1 000 MW機組,其脫硫工藝采用石灰石-石膏濕法脫硫。工藝系統包括：煙氣系統、石灰石漿液制備系統、吸收塔系統、石膏處理系統、工藝水系統和廢水系統。機組的脫硫控制系統采用艾默生公司的OVATION系統。它是集過程控制及企業管理信息技術為一體的集散控制系統,采用了高速度、高可靠性、高開放性的通信網絡,具有多任務、多數據采集及潛在的控制能力。OVATION系統利用當前最新的分布式、全局型的相關數據庫完成對系統的組態。全局分布式數據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性能。

利用其最新的OVATION3.1系統,整個DCS控制系統組態方便、結構清晰。

1 石灰石-石膏濕法脫硫工藝

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

煙氣脫硫系統中,原煙氣經過引風機后的尾部總煙道抽取引入脫硫裝置,然后經過動葉可調流式增壓風機進入吸收塔,通過氣-氣回轉式換熱器（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。

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

煙氣進入吸收塔后,與被吸收塔循環泵打入噴淋層噴灑下來的石灰石/石膏漿液逆流接觸進行化學反應。吸收塔內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。

吸收塔是脫硫系統關鍵設備。吸收塔采用鋼結構,內設防腐,采用橡膠內襯,為一爐一塔單元布置。在煙溫≥180℃時,為防止損壞設備,脫硫裝置退出運行,煙氣系統進入旁路運行方式。旁路擋板的打開時間不大于15 s,且旁路系統具備快開慢關的功能。

吸收塔底部經過化學反應產生的石膏漿液經過石膏排出泵,排至石膏漿液箱,經過石膏旋流站旋流子的作用,進行初步脫水的石膏排至真空皮帶機,經石膏皮帶機二次脫水后形成脫硫系統的最終產品固態石膏。

脫硫裝置產生的廢水經由廢水旋流器送至廢水處理系統,采用化學加藥和接觸泥漿連續處理廢水,沉淀出來的固形物在澄清濃縮器中分離,進入濃縮器進一步濃縮,清水排入沖渣系統。經濃縮器濃縮的泥渣送至板框壓濾機脫水外運。

除霧器沖洗水系統通過自動閥門進行程序控制,系統通過運行一個主控程序和若干子程序實現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、沖洗強度以及沖洗水的水質都會對除霧器的結垢產生影響。當除霧器結垢后就會導致通過除霧器的煙氣流速增加,液滴夾帶進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

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

3 FGD控制系統控制器分配原則

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

FGD公用系統可精細劃分為廢水系統、石灰石漿液供給系統、工藝水系統、石膏脫水系統。一般情況下,公用系統的容量和單元機組的數量和容量有關。在綏中發電有限公司的脫硫DCS設計中,公用系統擁有4對控制器,其容量是保證4臺機組煙氣脫硫的最小配置。

單元機組的FGD系統可劃分為兩大部分：煙風系統和吸收塔系統。機組的容量對于測點的數量無太大影響,單元FGD系統可以按2對控制器進行分配。

公用系統和單元機組系統在分配測點時無特殊的要求,盡量達到均衡即可,若測點數量多,可增加擴展柜。

FGD的系統組態可劃分數據庫、運行監視畫面、邏輯控制圖3個部分,其組態工作相互緊密聯系。

4 數據庫

OVATION系統的基礎數據庫是Oracle關系型數據庫,存在于數據庫服務器中。該數據庫包含系統中的絕大部分信息,包括組態、報表、記錄、控制算法信息、IO數據庫原始信息等。數據庫中分動態數據、靜態數據、內存數據、MMI 4類數據。

a.動態數據。包括實時改變的數據,有測點的數值及一些狀態信息。

b.靜態數據。包括測點的一些標定數據及報警數據。

c.閃存數據。包括測點的組態數據,如報警限制值、上下限等。

d.MMI數據。包括測點的字符信息,如點的描述、工程單位等。

圖1 OVATION系統結構圖

因此,對于組態工程技術人員,測點是數據庫組成的基本單元。測點分為硬件點和中間點,其中硬件點來自現場變送器的測點,命名采用標準KKS編碼設計,重要保護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,中間點數量多。OVATION邏輯組態的中間點可劃分為：模擬量點LA、開關量點LD和打包點LP。中間點的編碼規則要符合程序設計模塊化的要求,高效簡潔的編碼規則有利于提高程序的可讀性和可移植性,降低設計人員的工作復雜程度。根據以上原則,提出了一種新的編碼方式,已在10余臺機組的DCS組態設計中得到應用,如圖2所示。

圖2 中間點編碼規則

5 邏輯組態

FGD的各設備和系統組態實現的功能類似,順序控制系統的功能組及程序量比較大。程序組態設計在結構上要符合模塊化的設計理念,在工藝要求上盡量符合系統功能集中,重要保護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是具有腐蝕性的介質,所以脫硫系統的各個管道在使用結束后都要求進行沖洗,大部分工藝子系統都要求具備工藝水沖洗功能。沖洗功能組應設計成為模塊化的沖洗功能組子程序,既方便組態工作,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 增壓風機入口壓力控制

增壓風機需要克服從原煙氣擋板入口開始到凈煙氣擋板出口結束這一段FGD系統的壓降。通過調節風機前導葉的角度使增壓風機適應煙氣負荷的變化,調節增壓風機入口壓力。鍋爐負荷信號和鍋爐引風機導葉開度變化信號中的較大者也作為增壓風機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定,確保主機安全運行。

6.2 吸收塔供漿流量控制

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

由煙氣流量,未處理氣中SO2濃度和化學計量因數計算出石灰石漿液流量設定值,并以此值作為可變指令,給設定值加上測得的pH值和換算因數作為修正值。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 濕式球磨機供水量控制（粗調）

根據送往濕式球磨機的石灰石量計算進入濕式球磨機的濾液水量,濾液水量通過調整濕式球磨機的濾液閥進行控制。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（細調）

送往濕式球磨機再循環箱的濾液水量,將根據石灰石漿液的濃度,通過調整濕式球磨機循環箱的濾液閥進行控制。

6.5 真空皮帶機濾餅厚度控制

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,在閉環控制中將調定的塊狀物厚度值與實際測得的塊狀物厚度值進行對比。厚度太高使濾帶驅動裝置以較快速度運行,厚度太低使濾帶驅動裝置以較慢速度運行。

6.6 吸收塔液位控制

通過對FGD系統提供充足的工藝水,補充進入吸收塔的熱煙氣冷卻和飽和過程中所蒸發掉的水。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,執行設備為除霧器的各沖洗水閥門,功能組投入后,按照一定的規則依次打開和關閉。可設一個中斷時間,沖洗時間是煙氣量的函數,煙氣量最大時對應最小的中斷時間。

6.7 FGD系統保護

FGD裝置的保護動作條件主要包括：FGD進口溫度異常,增壓風機停運,煙氣換熱器GGH停運,循環漿泵投入數量不足,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保護動作結果：自動快速開啟旁路擋板門,切除FGD,機組旁路運行。控制室設手動按鈕,在緊急狀態時強制動作旁路擋板門,保證鍋爐安全運行,當旁路煙氣擋板開到位后,停增壓風機;當旁路煙氣擋板開到位,并且增壓風機停運,關FGD入口煙氣擋板;當旁路煙氣擋板開到位后,并且增壓風機停運,關FGD出口煙氣擋板。

7 結束語

煙氣脫硫工程是節能減排的重要手段,是國家實現可持續發展戰略的重要工程之一,石灰石-石膏濕法脫硫在華能太倉電廠、成都國華金堂電廠、綏中發電有限公司等應用中,脫硫效率均達到96%以上,FGD投產后,滿足了其所在城市的空氣污染物排放量要求,社會效益、經濟效益明顯。采用的OVATION控制系統,軟硬件結構緊湊,程序設計簡潔,功能強大,安全可靠,在近年的生產運行中均未出現重大安全事故,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,傅 鈞,劉衛華.煙氣脫硫系統控制策略[J].水利電力機械,2007,29（6）：9-11.