NT6000,DCS在大唐南京发电厂烟气脱硫系统中的应用

摘要：SO2是火电厂的主要污染排放物，是形成酸雨、酸雾的主要原因之一，电厂必须建设脱硫设施减排SO2。本系统采用NT6000 DCS技术对电厂烟气脱硫（FGD)系统进行集散控制，具有脱硫效率高，系统运行的可靠性和持续性好。本文在介绍湿法脱硫的工艺的基础上、从操作站和工程师站的软硬件配置，控制器及I/O点的分配，系统的部分装置的设备级控制逻辑、顺控及主要的调节回路实现，系统调试等方面对系统做了阐述。

关键词：湿法脱硫 NT6000ＤＣＳ 控制策略

1 概述

火电生产是以燃烧矿物燃料为基础的一种能量转换过程，会排放大量的粉尘和有害气体，燃料燃烧排放的主要是二氧化硫。二氧化硫浓度为1-5ppm时可闻到臭味，长时间吸入可引起心悸,呼吸困难等心肺疾病。若形成硫酸烟雾，对人的皮肤，眼疾膜，咽喉等均有强烈刺激和损害。硫化物在大气中积累，造成环境酸化，是形成酸雨、酸雾的主要原因之一，污染土壤和水体，腐蚀建筑物，使农作物减产，影响动植物的生长发育。因此电厂必须建设脱硫设施减排SO2。

目前烟气脱硫（FGD）技术不下几十种，主要分为湿法、干法、半干法、生物等几大类，其中湿式钙法（石灰石－石膏）是目前世界上技术最成熟、实用业绩最多、运行状态最稳定的脱硫工艺，因此大多数电厂采用的脱硫技术多是湿法脱硫。[1]

2 湿法脱硫工艺简介及控制功能分析

各式湿法烟气脱硫工艺流程、形式和机理大同小异，主要是使用石灰石(CaCO3）、石灰（CaO)或碳酸钠(Na2CO3）等浆液作洗涤剂，在反应塔中对烟气进行洗涤，从而除去烟气中的SO2。其具有脱硫效率高(90%－98％)，机组容量大，煤种适应性强，运行费用较低和副产品易回收等优点。[2]

大唐南京发电厂2×660MW超超临界机组烟气脱硫系统采用中环（中国）工程有限公司生产的石灰石－石膏湿法烟气脱硫工艺（FGD。锅炉来的全部烟气经引风机升压后直接进入吸收塔，烟气自下向上流动，烟气中的SO2被自上而下循环喷淋的石灰石-石膏浆液吸收生成CaSO3，并在吸收塔反应池中被鼓入的氧化空气氧化而生成石膏。脱去SO2的烟气经除雾器除去烟气中携带的浆液雾滴后，经烟囱排入大气。

本脱硫系统采用“两炉两塔”方式，#1、#2炉配备各自独立的烟气系统、吸收塔、一级旋流脱水、氧化风机等脱硫装置；运行方式为单元运行。石灰石输送储存（2套）、石灰石浆液制备（2套）、二级真空脱水（2套）、事故浆池（1套）、工艺水（1套）、废水处理（1套）等辅助公用系统。

粒径≤45μm的石灰石粉由密封罐车运至厂内，由输送空气卸入石灰石粉仓。石灰石粉仓内的石灰石粉通过底部的叶轮给料机均匀地送入石灰石浆液罐内，系统将自动按一定的比例加水搅拌，制成一定浓度的石灰石浆液（含固浓度为20%—30%（wt）），再用浆液泵送至脱硫吸收塔浆池。为使浆液混合均匀、防止沉淀，石灰石浆液罐内设有搅拌器。

吸收塔反应池中产生的石膏由石膏排出泵送入石膏水力旋流器浓缩，浓缩后的石膏浆液进入真空皮带式过滤机进行二级脱水。石膏浆液经脱水处理后表面含水率小于10%，送入石膏储存间存放待运。石膏水力旋流器溢流出的浆液返回吸收塔循环使用。

本系统取消了脱硫系统的烟气旁路、GGH及脱硫增压风机，采用脱硫增压风机与引风机合并的方式。在烟气事故情况下，高温烟气进入吸收塔会损坏塔内件。为保护塔内件，吸收塔入口烟道增设事故喷淋系统。在吸收塔出口温度高于65℃或浆液循环泵全停时，事故喷淋系统自动启动对高温烟气进行冷却。

脱硫系统工艺水由电厂工业水系统引接至工艺水箱，经工艺水泵打至各处作转机（氧化风机除外）、轴承、润滑油系统的冷却水，真空泵的密封水，输浆泵、管道的冲洗水等用水。

脱硫岛压缩空气由厂压缩空气站供给。

废水旋流器的溢流水由废水泵送至中和箱，加入石灰乳、有机硫、氯化铁、助凝剂等化学药品，去除废水中的重金属和氯离子，处理后的废水由清水泵排出。

脱硫系统主要涉及吸收塔系统、磨制系统、制浆系统、脱水系统等的DCS控制，脱硫岛监控范围至少包括:①FGD装置(吸收系统、GGH吹灰系统、FGD供水及排放系统等)；②公用辅助系统（石灰石制浆、石膏脱水、废水处理系统等）；③FGD电气系统（包括脱硫变、高低压电源回路的监视和控制以及UPS、直流系统的监视等），具体以电气部分相关要求为准；④烟气检测、成分分析等。

大唐南京发电厂采用了南京科远公司推出的NT6000控制系统，具有可靠，实时响应，多任务、数据采集、潜在控制能力和开放式的网络设计优点。

3 控制系统介绍

3.1 系统结构

本厂脱硫系统主要包括一台工程师站、三台操作员站、SIS站和历史站。

NT6000控制系统（DCS）由人机界面MMI（包括操作员站和工程师站）、控制网络（ENET）、分散处理单元（DPU）、I/O网络(EBUS)和I/O模件等部分组成。

电厂辅控车间NT6000 DCS系统拓扑结构：控制网为星型-环型混合结构，其中控制主网为星型结构，控制子网为环型结构。控制系统的网络结构如图1所示：

3.2 工程师及操作员站软硬件配置及功能

3.2.1 Pentium Ⅳ工控机

P4/2.8GHz主频，2G内存，500G硬盘，52×CDROM冗余网卡，专用键盘或101标准键盘，球标或鼠标.配有一可读写光驱。

3.2.2 显示器：22寸LCD，1280×1065象素，具有防眩、抗静电、低辐射的功能。

3.2.3 系统软件：WINDOWS XP操作系统

3.2.4 人机接口软件：组态软件Kview/DS、ControlX，运行软件Kiew/RT。

3.3 控制器配置和功能

脱硫系统（#1炉脱硫、#2炉脱硫、公用）配置6对（1：1冗余）控制器。控制系统必须具有独立的控制器，才能适应相应工艺系统的分步调试、分期投运、单独维护的要求。NT6000系统的过程控制站的核心部分分散处理单元DPU为KM940，KM940基于高可靠性的32位高性能PowerPC处理器和实时操作系统，通过冗余的控制网络向上与操作站节点及其它DPU连接，向下与I/O卡件连接，提供双向的信息交换，实现各种先进的控制策略，完成数据采集、模拟调节、顺序控制、高级控制、专家系统以及其它不同用户的特殊功能要求。KM940分散处理单元还能够通过多种现场总线与第三方装置，如PLC、专用保护装置、数据采集终端等进行数据交换，实现一体化控制，所支持总线包括：Modbus RTU、Profibus DP、Hart、FF、DeviceNet等。

3.4 控制系统I/O分配

为保证I/O卡件损坏时，影响范围不致太大，每块卡件点数不宜过多。任意一块I/O模件的故障均不影响其他I/O模件的正常工作。每个模拟量输入点有一个单独的A/D转换器，每一个模拟量输出点有一个单独的D/A转换器，每一路热电阻输入有单独的桥路。每个数字量输入/输出卡件的点数不超过8个通道，每个模拟量输入/输出卡件的点数不超过4个通道。此外，所有的输入通道、输出通道及其工作电源，均互相隔离。开关量输入/输出卡件都采用继电器隔离，模拟量信号输入都采用端子板隔离，以确保IO卡件的安全。脱硫系统约为2152点.分布如表1：

3.5 系统接地及电源分配

3.5.1 系统接地。DCS机柜接地分为两种：屏蔽接地（SE）和保护接地(PE)，不管是屏蔽接地还是保护接地最终都将汇总到电气接地网；但380V的配电柜保护接地需要单独考虑。

3.5.2 电源分配。①控制柜进两路220VAC电源。②操作站、工程师站等是两路220VAC电源经过自动切换装置的供电方式。③就地仪表、配电柜里的电动阀等设备都是通过接触器自动切换装置的供电方式。

4 系统控制功能实现

控制功能设计决定了系统的自动化程度和设备运行方式。控制功能分三部分：设备级逻辑、SFC（顺控）、自动调节（PID)。

4.1 设备级逻辑

设备级逻辑主要包括浆液循环泵、吸收塔搅拌器、氧化风机、石膏排出泵、石灰浆液泵、真空皮带机、真空泵等设备的启、停和联锁停控制。

4.2 顺控

脱硫顺控主要是一些功能组启动、停止、联锁启动、联锁停止、启动允许、停止允许、复位。主要功能组有：循环泵功能组、石膏排出泵功能组、吸收塔功能组、除雾器功能组、除雾器冲洗功能组、吸收塔事故冷却功能组、石灰石供浆功能组、石灰石浆液泵功能组、真空皮带机功能组。功能组具有如同循环泵功能组统一格式的面板。（如图2）

4.3 主要闭环调节

PID是“比例积分微分控制”的简称，其中“P”代表比例控制，英文是Proportional；“I”代表积分控制，英文是Integral，“D”代表微分控制，英文是“的Derivative”，它是一种闭环连续控制，不断检测现场的被控参数，即测量值，将它与控制目标值，即设定值比较，经过PID运算，输出一个值来调节相应执行机构的开度，使被控参数接近或等于目标值，PID功能逻辑框图如图3，面板如图4所示。

在本系统中主要的PID回路有：①增压风机动叶自动调节，主要是调节增压风机入口压力；②石灰石浆液流量自动调节——串级调节，主要是调节石膏浆液PH值；③真空皮带机，主要是调节石膏滤饼厚度；④吸收塔液位自动调节，⑤石膏浆液至吸收塔调节阀。主要是调节石膏浆液集箱压力。以上典型的脱硫系统PID调节，但随着脱硫工艺的不断改进，自动调节也有所变化。

5 系统现场调试

当操作站的安装，控制柜的卡件布置，系统的接地、供电及通信网络的连接，就进入系统调试阶段。步骤如下：①准备工作。②系统恢复。主要进行机柜恢复、操作站恢复、工程师站恢复。③系统授电。④系统上电。主要有电源柜上电、控制柜上电、操作站上电。⑤软件下载。⑥系统测试。⑦数采点调试。⑧设备级调试。⑨功能测试。⑩联锁保护逻辑调试。■调节系统调试。

6 小结

从本套系统投运后的实际运行效果看，大大降低工作人员的劳动强度，提高系统运行的可靠性和持续性，取得了良好的社会效果。脱硫后的烟气排放完全符合设计要求和国家环保标准，脱硫效率可达95％。

参考文献：

[1]郭东明.脱硫工程技术与设备，学工业出版社，郭东明，007-05-01.

[2]曾庭华，杨华，廖永进，郭斌.湿法烟气脱硫系统的调试、试验及运行，中国电力出版社，2010-02-01.

推荐访问:大唐 烟气 脱硫 南京 发电厂