中小型锅炉烟气脱硫DCS控制水平提升探析

福建省产品质量检验研究院　张天伟

中小型锅炉烟气脱硫DCS控制水平提升探析

福建省产品质量检验研究院张天伟

该文简单介绍了目前我国中小型锅炉烟气脱硫控制的情况，并从系统选择、系统自动启停和系统保护设计等方面提出了提高脱硫DCS控制水平的方法，从而使脱硫系统节省人力，提高效率。

能源与动力工程自动控制大气污染烟气脱硫集散控制系统根据我国环境保护法规和最新火电厂大气污染物排放标准的规定，新建锅炉及火电厂都必须配有烟气脱硫系统。烟气脱硫控制系统的设计是一个较重要的环节，较高的控制水平不但能使脱硫系统甚至主机系统长期安全稳定运行，而且可以大大降低操作人员的劳动强度、减少出错几率。其中，石灰/石膏湿法脱硫技术是目前较成熟的脱硫技术之一，国内70%以上火电厂都采用这种脱硫方法，其控制方案也较成熟。但如何根据国内中小型锅炉烟气脱硫的特点，有效提高自动控制的水平，减少能源消耗，提高效率，仍值得深入探讨。

1　目前脱硫控制存在的问题和期望的控制目标

随着烟气排放标准的提高，早期由PLC控制的烟气脱硫系统已不能满足要求，采用集散控制系统（DCS）进行烟气脱硫控制已成为必然趋势［1-2］。

对于烟气脱硫系统的控制，大部分用户都要求在保证脱硫效率的前提下，运行人员能在集控室内进行烟气脱硫装置及其附属设备的启停和正常运行工况的监视、控制及异常与事故工况的报警、联锁和保护。在控制室内不设置常规仪表盘，但当脱硫控制系统出现故障时，有手段能使脱硫系统安全解列，保护机组安全运行。

目前，国内脱硫DCS控制系统虽已得到广泛应用，但在控制水平上还存在着一些问题，例如：大部分系统是建立在子功能组、功能组基础上的，脱硫系统的启停需要多个功能组的手动操作，不具备自动启停的功能；另外，虽然脱硫系统中模拟量调节数量不多，但常规的单系统、单回路调节很难做到与程序控制（SCS）系统整合，难以实现真正自动控制；报警系统的不完善不利于操作员快速处理异常工况等。

2　提高中小型锅炉烟气脱硫控制水平的方法

针对以上问题，在DCS控制系统设计时，本文以石灰/石膏湿法脱硫技术为例，提出若干提高自动控制水平的方法。

2.1控制系统的选择

在控制系统的选择上，目前用户都倾向于采用分散控制系统。建议在硬件配置时采用与主机控制系统保持一致的硬件。这样一方面可以减少备品备件，而且可以减少热工维护人员，减少维护量；另一方面便于与主机实现网络通信，实现主机和脱硫控制系统一体化。另外，管理系统（MISPSYS）可以采用统一的数据接口采集数据。在选择系统硬件配置时，对于系统点数较少的系统可以使用一对主控单元，电源、通讯、重要测点均为1：1冗余配置。对于系统点数较多的系统可以使用两对或两对以上的主控单元。

以浙江金华兰溪协鑫环保热电有限公司15MW+6MW燃煤发电机组烟气脱硫系统为例，本工程与主体工程一样选用和利时FM801主控单元，每对DPU配对I/O点数不超过300点，所以根据本工程实际情况，本工程共配置5对DPU、5面控制机柜、1台工程师站、2台操作员站、2台服务器（用于与厂内MIS系统通讯），电源、通讯、重要测点均为1：1冗余配置。系统投入运行后设备利用率高、安全稳定，达到中等自动控制水平。

2.2自动启停程序设计

系统启停方式可分为手动启停和自动启停两种。目前通常采用功能组基础上的手动启停操作。要实现自动启停必须对控制对象有全面的了解。还是以浙江金华兰溪协鑫环保热电有限公司15MW+6MW燃煤发电机组烟气脱硫系统为例，脱硫工艺处理过程如下：锅炉未处理的烟气经引风机后，进入吸收塔与喷淋的石灰浆液接触去除烟气中的SO2；在吸收塔后部设有除雾器除去烟气中的雾珠；经脱硫后的净烟气进入钢制直排烟囱排入大气。在此过程中，吸收塔浆液循环泵为吸收塔提供大量的吸收剂，以保证气液两相充分接触，提高SO2的吸收效率；生成石膏的过程中采取空气强制氧化，设置氧化风机增加氧化效果。

根据上述流程，本工程将烟气脱硫DCS功能组划分为烟气系统、吸收塔SO2吸收系统、石灰浆液制备及供应系统、氧化空气系统、脱硫渣处理系统、工艺水系统、事故处理系统等。其中石灰浆液制备及供应系统、氧化空气系统、脱硫渣处理系统、工艺水系统、事故处理系统为三台机组脱硫系统的公用部分。要实现自动启动，必须由启动程序和停用程序组织这些功能组，例如，首先启用工艺水系统和石灰浆液制备供应系统进行制浆、输送浆液，然后启用吸收塔SO2系统，接着才允许投入烟气系统，关闭旁路使烟气进入脱硫状态。设计时必须注意如下几点：

（1）子功能组必须具备启动或停用程序所要求的功能。例如启动程序指令的接收口、功能组内部联锁开关的自动投切功能、功能组与启动程序信息的交换功能等。又如石灰浆液泵系统本身作为子功能组，具有一用一备的联锁开关。当吸收塔系统功能组启动石灰浆液泵系统子功能组时，子功能组启动其中一组设备，延时一段时间后应自动投备用设备组的联锁开关。

（2）启动或停用程序必须有较强的容错性。例如应具有对功能组进行投入或切除的手段。国内自动启停技术相对国外还存在差距，其中很大一个因素是硬件跟不上，一方面是质量上的差异，另一方面是对硬件性能不十分了解。无论是调试阶段还是正常运行工况下，都会碰到功能组运行出现问题的情况，可以考虑手动处理问题，但不能影响启动或停用程序总的流程。

（3）系统中模拟量的控制必须满足自动启停的要求。本工程脱硫系统包含供浆流量、吸收塔液位等控制，这些控制应有与启停程序交换指令和信息的接口，以使系统安全、可靠、高效率地运行。

（4）本工程还通过光纤通讯并入原有主体工程的机组DCS系统，实现脱硫区无人值守。同时，通过两台服务器MIS和SIS系统，进行全厂信息共享。

2.3安全可靠的系统保护设计

系统保护设计直接影响脱硫系统和机组的安全运行，所以安全可靠是第一位的。

2.3.1设置备用硬手操按钮

为了使脱硫系统安全解列以保护机组安全运行，除了在脱硫系统内由逻辑控制保护外，还在控制室内设置能使脱硫系统安全解列的后备硬手操按钮。

2.3.2保护条件信号的安全处理

保护条件信号的可靠性是设计保护系统的前提条件，既要使系统安全运行，又要保护设备，所以不希望由于信号不可靠造成误动作或不动作。因此，本工程对于多个测点的信号均进行了筛选，例如先进行数据有效性判断，再用三选二等方法进行运算，得出正确的信号。

2.3.3设计有效的报警系统

本工程DCS系统具有一套完整的报警系统，对异常的系统和过程状态进行报警。除了充分应用系统的报警功能外，还利用逻辑运算等手段把重要的、影响设备或系统的中间逻辑量进行集中报警，并且放置在醒目的监视画面上，辅以声光报警信号，以便在发生异常工况时，运行人员能快速找到问题所在。

3　结束语

本文介绍的几种提高脱硫DCS控制水平方法是在工程实践中总结出来的，它可以有效提高系统的自动化程度，减少操作人员的误操作，降低运行人员劳动强度，有效节约资源，提高效率，特别适用于中小型锅炉湿法脱硫系统。

［1］王雷.大型火力发电机组烟气脱硫控制系统设计［J］.中国电力，2005（1）：76-79.

［2］胡蓉.分散控制系统在烟气脱硫系统中的应用［J］.四川电力技术，2003（5）：17-18.