PAS-300分散控制系統在國電電力大同二電廠脫硫系統中的應用

毛新靜

（山西省電力勘測設計院，山西 太原 030001）

1 概述

為加快燃煤機組煙氣脫硫設施建設，提高脫硫效率，減少二氧化硫排放對環境造成的影響，國家發展改革委和國家環?？偩致摵蠒掳l了《燃煤發電機組脫硫電價及脫硫設施運行管理辦法（試行）》，《辦法》規定，新（擴）建燃煤機組必須按照環保規定同步建設脫硫設施；現有燃煤機組應按照國家發展改革委、國家環?？偩钟“l的《現有燃煤電廠二氧化硫治理“十一五”規劃》要求完成脫硫改造。近年來，各個燃煤電廠都適時地引進了煙氣脫硫裝置。

目前，已投入運行的電廠煙氣脫硫系統，大多采用車間集中控制方式，就地設置煙氣脫硫系統電子設備間。煙氣脫硫系統采用先進、獨立的DCS分散控制系統并隨煙氣脫硫設備提供，煙氣脫硫系統DCS的選型與機組DCS一致，以便于實現數據通信。

由于脫硫設備尚未形成國產化，重要的設備還有賴于進口，且多數電廠主機DCS采用進口產品，使得脫硫裝置及控制系統價格一直居高不下，在電廠總投資中占相當大的比例。因此，脫硫控制系統的國產化成為當前重要的研究課題。

2 國電電力大同二電廠脫硫系統

國電電力大同二電廠2×200 MW機組采用石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝，脫硫系統FGD為2臺機組100%的煙氣脫硫，每臺鍋爐額定出力為670 t/h，每臺煙氣脫硫裝置的處理煙氣量為1801742 Nm3/h，脫硫率不小于95%。系統有單獨的脫硫升壓風機，兩爐共用一個吸收塔，在設計最小和最大負荷點的任何負荷工況下都能正常運行，并且排放的污染物不超出環保要求的保證排放值。

本工程煙氣脫硫裝置和附屬系統，包括以下部分：脫硫工業水、工藝水系統；脫硫石膏排出系統；吸收塔系統；GGH（氣－氣加熱器）系統；脫硫擋板門及密封風系統；增加風機及其系統；真空皮帶脫水系統；制漿系統；模擬量（MCS）及順序控制（SCS）系統；脫硫煙氣表計及其他系統；該工程煙氣脫硫系統采用集中控制方式，以分散控制系統的LCD和鍵盤作為主要監視和控制中心，配以少量急停按鈕（布置在LCD）上，在脫硫控制室可以完成對整套裝置的啟停、正常工況的監視和調整、異常工況的報警和緊急事故處理。

3 DCS控制系統

本工程選用國電南自的PAS－300 M系統。PAS-300 M分散控制系統是國電南自與華北電力大學聯合開發的新一代分散控制系統，國電南自擁有自主知識產權。該系統是一個集計算機技術、網絡通訊、顯示技術、控制技術為一體的工業自動化產品，完全實現控制與信息一體化，具有開放式結構和良好的硬件兼容性和軟件可擴展性。與主機DCS選型一致，形成真正意義上的機爐電及輔助車間控制一體化，使DCS成為電廠各車間的信息中心。

3.1 系統構成

PAS－300 M的基本構成由現場級、控制級、監控級和管理級4層構成。現場級主要包括各種過程通道卡件或模塊。控制級包括所有的過程站。監控級包括工程師站（ES）、操作員站（OS）、歷史站（HS）和打印機等附屬設備。管理級包括實時監控和日常管理兩部分。

3.1.1 網絡構成

PAS－300 M系統的網絡由上到下分為監控網絡和控制網絡兩個層次，監控網絡實現工程師站和操作員站的互連，控制網絡實現現場控制站與過程IO模塊的通訊。網絡采用可靠性高的雙冗余結構，應用時保證在單條網絡失效的情況下而不影響通信。監控網絡由100 M高速冗余以太網絡構成，用于操作站的連接，完成操作員站的在線數據通訊?？刂凭W絡由CAN總線構成，用來實現過程IO模塊與現場控制站主控單元的通信，完成實時輸入、輸出數據的傳送。CAN總線是專門為自動控制系統與在設備級分散IO之間進行通訊而設計的，既可滿足高速傳輸，又有簡單使用、經濟性強等特點。

3.1.2 DCS的硬件配置

本工程兩臺爐設一個脫硫控制室，脫硫控制室布置在脫硫島電控綜合樓12 m。控制室配置2臺操作員站、1臺工程師站、1臺歷史站及1臺大屏幕站。電子設備間內配置了DCS電源柜、控制柜、煙氣系統機柜、吸收塔系統機柜及公用系統機柜各1個。

3.2 DCS軟件功能

DCS基本軟件功能為DAS，MCS，SCS，保留必要的與單元機組控制系統DCS間的信號聯系。

（1）數據采集處理系統（DAS）將連續采集和處理所有與工藝系統有關的熱力過程信號及設備狀態信號，及時向操作人員提供運行信息，實現系統安全經濟運行，一旦發生任何異常工況，能及時報警。

該系統檢測的主要參數有：FGD裝置工況及工藝系統的運行參數、主要輔機的運行狀態、主要閥門的開關狀態及調節閥門的開度、電源及其他必要條件的供給狀態、主要的電氣參數等。

（2）模擬量控制系統（MCS）。模擬量控制系統將脫硫島作為一個整體進行控制，確保系統快速和穩定地滿足工況變化，并保持穩定的運行，滿足脫硫島安全啟停及正常運行的要求。控制系統具有一切必要的手段、自動補償及修訂系統自身的瞬態響應，在自動控制范圍內，系統能處于自動方式而不需要任何性質的人工干預?？刂葡到y能操縱被控設備及控制設備實現性能要求的能力，不受到控制系統的限制。

該系統主要完成以下控制：吸收塔供漿流量控制、吸收塔液位控制、吸收塔排漿泵出口濃度控制、升壓風機入口壓力控制、石灰石漿液密度控制、真空皮帶機濾厚度控制。

（3）順序控制系統（SCS）作為DCS的一部分，完成脫硫系統及輔助系統中各類輔機的啟停順序控制。順序控制設置必要的程序斷電，順序控制有完備的操作指導，以幫助運行人員快速、準確地啟停相關設備。具體包括：GGH密封風機、氧化風機、升壓風機冷卻風機、升壓風機油泵、油泵電機、各種工藝水泵、石膏漿液泵及石膏漿液排出泵的自動切換；循環漿液泵、PH沖洗、GGH及GGH沖洗、除霧器、真空皮帶機及升壓風機等的順序控制。

（4）保護及報警。當發生主燃料跳閘（MFT）、GGH加熱器停運、增壓風機停運、進口煙氣擋板未開、出口煙氣擋板未開等上述情況中的任何一種異常現象時，FGD裝置停運并自動打開煙氣旁路擋板，通過關閉進口煙氣擋板和出口煙氣擋板來隔斷進入FGD的煙氣通道。

本工程DCS系統與兩臺爐之間的信息通過硬接線方式實現。主要信號包括鍋爐MFT、燃燒器運行、鍋爐吹掃、電除塵信號及鍋爐負荷信號等。

3.3 控制系統的可靠性分析

PAS－300 M分散控制系統在借鑒國外先進DOS設計經驗的基礎上，有其獨立的特點：

（1）冗余配置。由于所有控制器均采用冗余配置、連接各分散處理單元、IO處理系統、人機接口及系統外部設備等的數據通訊總線也采用冗余配置，冗余的數據通訊總線在任何時候都能同時工作，保證了各種運行工況下系統的實時性和響應時間。

（2）控制分級原則。分散控制系統的設計按照控制分級原則（功能組級、子功能級及驅動級）進行，以便在系統局部故障時，操作員能選擇較低的水平控制，而不致喪失對整個過程的控制。

（3）系統的重要保護和跳閘功能采用獨立的多個測量通道，重要回路采用三取二邏輯。

（4）DCS與其他控制，保護裝置之間的數字量信息交換采用IO通道時，采用光電隔離措施。

（5）對每個獨立的控制對象，設有投入運行的許可條件，以避免不符合條件的投運，還設有“動作連鎖”，以便在危險的運行條件下使設備跳閘。設置分散控制自診斷的模擬量診斷畫面或報警窗，在分散控制系統故障初期時，能夠直觀、方便地將故障診斷信息向運行人員顯示，使故障位置盡快確定，提高系統的運行可靠性。

4 結束語

國電電力大同二電廠兩爐一塔煙氣脫硫工程自2007年11月順利通過168 h試運行后，脫硫系統從未無故停運。PAS－300 M分散控制系統的高可靠性保證了脫硫設施能夠長期、穩定、可靠運行，能夠達到設計脫硫效率，二氧化硫排放量不超標。該系統在國電電力大同二電廠的成功運行，為脫硫控制系統的國產化提供了良好的范例，奠定了堅實的基礎。

[1]《燃煤發電機組脫硫電價及脫硫設施運行管理辦法（試行）》.