发电厂脱硫工程电气及自控设计思考

张永涛 李强

摘 要：文章简单概述发电厂在不同生产阶段的脱硫技术，重点讨论关于此工序系统的电气及自控设计。列举需涵盖的监控内容，分别从模拟量、吸收塔液位等环节展开。以求发电厂在满足脱硫需要的同时，能控制生产投入资本。

关键词：发电厂;脱硫工程;自控设计

引言：国内火力发电依旧占据较大比重，生产能源一般为煤炭。借助燃烧煤期间形成的蒸汽，达到能量转化发电的目的。发电中，会排出SO2烟气和粉尘，对自然环境有不利影响，容易引发雾霾天气。

一、发电厂脱硫技术

首先，在燃烧前的脱硫处理。如今，比较成熟的技术主要是液化与加工洗选煤。以洗选煤为例，其是借助微生物、磁选等方式，控制粉尘及硫的含量，并且不会消耗过多的处理费用。运输煤炭过程中，内部无用物质已经实现控量，保证此时煤炭燃烧效果，同时压缩运输费用。洗选煤期间所使用的物理方法比较完善，可以把原煤里铁矿硫与泥土等杂物清理出去，具备机组搭设简单与资金投入量少等特征，但仅对无机硫有效。而对于有机硫可采用化学手段，借助化学反应，产生化合物，实现脱硫。

其次，燃烧期间脱硫处理。一方面，型煤工艺固硫。采煤机械化水平比较高，但煤粉含量不断增多，而燃烧型煤，可以控制粉尘量。型煤内部孔隙相对偏大，而且粒径比较匀称，可以有效净化超过七成的有害物质。另一方面，炉内喷钙。该项工艺的脱硫能力有限，但成本不高，比较符合资金实力较差的发电厂。反应过程是：SO2+CaO→CaSO3。虽然此项技术仅能达到30%～40%的脱硫程度，但若能搭配合适催化剂，也能超过70%。

最后，燃烧后的脱硫处理。此阶段的脱硫主要作用在烟气上，根据实际用水量，能分成湿法及干法和半干法。如果以副产品的角度来看，包括回收法与抛弃法，前者为氨脱硫，后者是喷钙脱硫。

二、电气自控设计分析

发电厂脱硫系统大多数借助DCS，实现自动控制，其可提供的功能较多，在合理调试后，能达到快速响应的效果。DCS装置一般布置在设备间，临近控制室，系统操作人员借助上位机，监控推流工况，而且异常警报与生成、表格等操作都可在上位机实现。系统正常工作状态下，支持无人值守，安排几位工作者定期巡检即可。

（一）监控内容

首先，实时采集排出烟气中的污染物含量，此项自控参数是最为关键的一项。其余参数还有氧化风机与浆液循环泵等重要装置，在工作中产生的数据信息。基于对设定该参数的采集与分析计算，DCS可在参数的一定起伏区间中，自动完成控制调节，维持脱硫过程的平稳运行。在控制烟气污染浓度符合生产要求的前提下，自控浓度参数起伏。其次，脱硫工序中装置通电工况以及负载状态，是利用现场的触点与电流信号，进行监控。如，中压配电装置，能为其配备通信管理机，以获取测控设备传送信息，通过通信网络，与DCS接上，达到监控此类装置工况的目的。而低压配电装置，一般借助硬接线，获取到所需信号，经过电缆，传送给DCS，完成监控过程。再次，DCS不仅能实现自控，还可借助保护逻辑，在识别到严重异常时，会自动让系统逐渐停下，同时会发出警报信号。最后，DCS采集脱硫工程核心装置工况信号，需立即传送到主控系统。发电机组则在脱硫过程发生严重故障时，通过自动及人工操控，实现下调负荷以及停机[1]。

（二）自控系统

1.数据采集

此自控部分比较简单，主要负责获取实际信息。具体功能包括：信息采集处理以及终端显示输出、参数超出限值警报、保存历史资料等。

2.模拟量控制

发电厂脱硫期间，大多数自控动作是依据模拟信号，借助该系统，可处理模拟量，和设定值比较，按照偏差值确定调控量。转变成模拟量，传给执行模块，达到自控的目的。该控制系统下，设置流量与排放等子系统。

一方面，流量控制。石灰石浆液环节运转中，DCS把锅炉工作负荷、烟气SO2浓度以及流量等信息，借助实时计算，得到最适宜的理论添加量。下一步则对比吸收塔中浆液pH的实际值与设定值，结合浆液当前密度，经过变化修正后的理论添加量，调整机组中的石灰石浆液流量。借助此项自控，确保吸收塔中pH值始终处于设定值附近。另一方面，排放控制。烟气吸收环节处于正常工况时，需保证固体物质满足设定的含量区间内。为达到该控制标准，需实时掌握浆液池内物质的密度，经过和设定值比较，得出最佳的排放时间与排放量。在浆液底流经过脱水处理后，形成石膏。

3.吸收塔液位

吸收塔运转期间，其液位不能超出烟气入口，因而需借助DCS实现全过程监测。基于监测数据采集，控制实际液位。现实调节中，是借助改变冲洗水的水量，达到自控的效果。具体的控制方式为：首先，在吸收塔内液位处于设置区间中，直接根據提前设定的程序完成冲洗动作，有效控制对烟气产生的阻力，并能及时补充水分。其次，在吸收塔内液位不足时，让除雾或者除尘装置持续进行冲洗，往吸收塔内添加更多的水，直至上升至设定该区间。最后，液位超过设定最大值时，立即停止冲洗动作。浆液借助喷淋部分，接触到高温烟气，促使后者温度下降，湿度增加，继而使得浆液水分含量下降，液位随之降低。在液位降至设定区间内，重新开启冲洗处理[2]。

4.开关量次序

此项自控系统是根据设定的工艺步骤，按照相应的次序启停动力装置及阀门等。借此能降低由于误操作产生系统异常的概率，能提升系统使用的自动化程度与稳定性。

（三）电气设计

发电厂配置的成套脱硫系统，投入成本多，使用成本高。在当前环保指标不断提升中，保证装置能连续长期工作为系统设计师重点考虑的问题。为此，需基于石灰石与石膏的脱硫技术，确定主接线形式，以给生产活动提供基础条件。

1.中压电源

此类电源接入方式有三类：首先，脱硫岛中部布置配电设备，系统所有中压电气设备与变压装置，接到高厂变和起备变6kV、10kV一侧。该接入形式符合新建与个别改造工程，不会过多安装配电装置，建设工期短。其次，在脱硫区中，安设配电设备。主接线一般为单母线分段，一般在外部的中压电源，应布置两条进线，接入高厂变或者是起备变。该布线模式可用在高厂变容量极多，而且现实空间较小的条件下。最后，设置高压脱硫变，代替常规中压电源。

2.低压电源

低压电源可选的方案主要有两类，其一，设置两端的母线和变压装置，负责脱硫系统中低压电气设备用电。两个变压装置的中压来源于各自上级，以确保电源之间相互独立，支持电压的稳定性。其二，该方案是基于上一布置方式，把两段母线，细分成四段，分别连接不同的变压器。在一级母线下分出的两段母线，互为备用。

3.保安电源

在发电机组由于故障异常，导致用电母线全部失电，脱硫机组也会停止工作。而脱硫系统常规停运程序是要求个别装置继续工作一定时间，此类设备便为事故保安负荷，一般有DCS、少数搅拌装置等。保安负荷需通过电气和技术设计者，在一同明确总量的前提下，向事故保安提供所需电量。其引接点可为柴油发电机以及在主厂房内的事故保安段，具体要结合发电厂需要，加以确定。当前，很少有新建的燃煤发电工程，大多数脱硫系统是经过改造优化处理得到，因而可选择连接在主厂房内。此类电源容量是按照发电厂和脱硫机组情况确定，基于此推导出发电机容量。通常条件下，发电机支持增加该项容量，但如果条件不允许，可对发电机实施扩容处理[3]。

结束语：

利用自控系统，可对脱硫工序进行全面防控，保障对无有害气体的防控效果，下调污染排放浓度。今后，发电厂需在改造脱硫系统方面，适当增加资金，促使自动控制系统更加完善，减少每年的二氧化硫排放量，顺应当前节能降耗的发展诉求。

参考文献：

[1]王磊.发电厂脱硫除尘系统控制及电气设计探究[J].电工技术，2021（06）：10-11+17.

[2]席青华.浅谈脱硫工程电气设计[J].机电信息，2019（24）：27-28.

[3]熊艳霞.热电厂脱硫工程电气及自控设计分析[J].中国标准化，2019（06）：244-245.