新华分散控制系统在某发电厂烟气脱硫工程中的应用

【摘 要】本文主要介绍了新华分散控制系统XDPS在大型火力发电厂烟气脱硫系统中的应用示例。某大型燃煤发电厂1～4号机组烟气脱硫工程采用石灰石-石膏湿法工艺进行脱硫，用XDPS控制系统进行自动化控制，脱硫效率达90%以上。机组脱硫装置投运后，预计每年可减少二氧化硫排放量24000吨，将极大地改善周边地区的大气环境质量。

【关键词】新华分散控制系统XDPS；FGD烟气脱硫；石灰石-石膏法

0.项目背景

广东某燃煤发电厂地处电网负荷中心，对广东电网的安全稳定运行举足轻重，但火电厂燃烧的煤中产生的大量含有硫废气排入大气产生污染，形成的酸雨日益严重，对广东的环境造成了严重威胁。根据“十一五”规划和省的要求，2007年底前，广东将关闭全省所有单机5万千瓦及以下的常规燃煤电厂和燃油电厂，2008年前，所有12.5万千瓦以上机组要全部配套烟气脱硫装置。到2010年，全省火电厂脱硫能力将达到1960万千瓦以上。作为广东省重点关注工程之一，某燃煤发电厂1～4号机组脱硫工程预计投资4.55 亿人民币，采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，脱硫效率设计为90%。机组脱硫装置投运后，预计每年可再减少SO2排放量约24000吨，将进一步有效地改善广东及周边地区的大气环境。

1.石灰石-石膏湿法脱硫工艺

电厂脱硫工艺多为烟气脱硫（Flue Gas Desulfurization，简称FGD）是目前燃煤电厂控制SO2气体排放最有效和应用最广的技术。电厂烟气脱硫工艺按脱硫剂及脱硫反应产物的状态可分为湿法、干法及半干法三大类。其中湿法脱硫工艺主要有：石灰石/石灰―石膏法、海水法、双碱法、亚钠循环法、氧化镁法等。其中石灰石-石膏湿法是目前大型燃煤电厂使用最多、最成熟、运行状况最稳定的烟气脱硫技术。世界各国（如德国、日本等）大型火电厂90%以上采用这种工艺，对高硫煤，脱硫率可在90%以上，对低硫煤，脱硫率可在95%以上。

石灰石―石膏湿法烟气脱硫工艺主要是采用廉价易得的石灰石作为脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌制成吸收浆液作为吸收剂，在吸收塔内与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水，使其含水量小于10%，然后用输送机送至石膏贮仓堆放，脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴，再经过换热器加热升温后，由烟囱排入大气。该工艺反应机理为：

（1）SO2+H2OH2SO3吸收

（2）CaCO3+H2SO3CaSO3+CO2+H2O中和

（3）CaSO3+1/2O2CaSO4氧化

（4）CaSO3+1/2H2OCaSO3・1/2H2O结晶

（5）CaSO4+2H2OCaSO4・2H2O结晶

（6）CaSO3+H2SO3Ca（HSO3）2pH控制

2.概述XDPS控制系统在某燃煤发电厂1～4号机组烟气脱硫中的应用

某燃煤发电厂1～4号机组（3×200MW+1×300MW）烟气脱硫工程，烟气采用石灰石-石膏湿法工艺进行脱硫，控制系统采用新华控制工程有限公司具有知识产权的新华分散控制系统（XinHua Distributed Processing Systems，简称XDPS）。每台机组设独立的烟气系统、吸收塔等脱硫装置，单元运行，其监控范围包括：

（1）FGD装置：吸收塔、烟气系统、增压风机、GGH系统、排放系统。

（2）FGD公用系统：工艺水系统、压缩空气系统、码头粉仓系统、石灰石浆液制备系统、石膏脱水系统。

（3）FGD电气系统：脱硫低压变、高低压电源回路、UPS、直流系统监视和控制。

（4）烟气检测、成分分析等。

XDPS硬件配置及网络布置方案：1～4号机FGD各配置一套DCS系统，共四套，每套系统包含了3台控制柜、3台端子柜、1台交换机柜、1台电源柜、1工程师站、2操作员站、1历史站等；四套FGD_DCS之间设置一公用网络段，公用系统包含了3台控制柜、3台端子柜、1台电源柜、2台远程柜及1台网关机柜；公用系统分别与四套FGD_DCS的数据总线通过网桥联接；公用网络段不设单独的操作员站，通过单元机组脱硫操作员站对公用系统监控；在四套FGD_DCS中均可对接入公用网的系统进行监视和控制，同时具有相互闭锁功能，即在任何时候只能由一套FGD_DCS进行控制；同时不应因公用系统的存在，使四套FGD_DCS偶合在一起。1～4号机FGD_DCS的电子设备、工程师站、操作员站、公用系统电子设备集中布置在1～4号机脱硫电控楼内。

XDPS在此项目中完成的策略：系统正常运行及启停过程在运行人员少量干预下均可自动完成；操作人员在集中控制室通过LCD及键盘和鼠标对系统进行监视和控制操作，除旁路挡板门等个别紧急操作按钮外，控制室不设其它常规表盘；在烟气切换至FGD系统运行前，石灰石浆液制备及吸收塔功能组应投入运行，以确保FGD系统可投入运行且可接入烟气；在挡板切换至FGD运行后，烟气通过增压风机和GGH进入吸收塔，净烟气在吸收塔内冷却至饱和温度，在GGH内得到重新加热以保证净烟气进入烟囱前能达到所要求的温度80℃。密封烟气系统的切入、切出由烟气通道功能组控制。功能组的建立基于如下的规则：在下一步初始化之前，要等待上一步的一个反馈信号。如果监视时间或相应的时间超出而没有对应的动作时，将返回一个错误信息。为保证烟气通道功能组能够从头到尾执行下去，各个送入系统的数据将通过查询机组的监测系统和FGD系统来获取，然后进行处理。据工艺流程的运行条件设置必要的联锁。有效的联锁能使设备在事故工况下自动切除。此外，事故工况能立即通过报警系统提示给运行人员，并通过打印机打印。

XDPS逻辑组态软件还须完成的计算内容：脱硫效率计算、耗电量计算、耗水量计算、石灰石利用率计算、热交换器效率以能量平衡的方法计算、增压风机、浆液再循环泵效率计算等，计算误差小于0.1%。

按业主要求的MMI设置：电厂热工专业人员通过工程师站对系统进行组态、维护；专业工程师在授权的情况下，可以在现场对系统进行在线或离线修改；同时，所有运行情况和控制逻辑均可在工程师站上查看，增加了用户对系统掌握的程度，以及系统软件、硬件的透明度；当不需组态时，可运行与操作员站完全相同的软件；任何MMI站的故障，不影响系统运行；在常规运行中，如工程师站的故障等不影响数据的参数、组态，工程师站数据、组态即使全部被破坏，重新上装DPU数据、组态图即可恢复。

3.结束语

在总承包方、业主、各设备厂家及新华控制工程有限公司共同努力下，某燃煤发电厂1～4号机组烟气脱硫工程于2006年下半年完成整组启动并投入运行，脱硫效果明显，对改善广东环境空气质量，遏止酸雨污染具有积极的意义。

【参考文献】

[1]XDPS分散控制系统，化学工业出版社，2002.6.

[2]石灰石石膏湿法脱硫原理，百度文库，2012.1.

[3]烟气脱硫方法简介，中国环境保护产业协会，2010-08-20.