PDF《烟气脱硫控制系统的 DCS 实现》

? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.

All rights reserved. http://www.cnki.net 西安工程科技学院学报Journal of Xi'

an University of Engineering Science and Technology 第20 卷第

1 期(总77 期)

2006 年2月Vol.

20 ,No.

1 (Sum No. 77) 文章编号 :16712850X(2006)

0120101203 收稿日期 :2004212215 通讯作者 :薛谦(19712) ,男 ,陕西省西安市人 ,西安工程科技学院讲师. E2mail :xueqian518 @163. com 烟气脱硫控制系统的 DCS 实现 薛谦1 ,邓小妮2 (1. 西安工程科技学院 电子信息学院 ,陕西 西安

710048 ;

2. 横河西仪有限公司 , 陕西 西安 710075) 摘要 :设计了用于工业控制的 DCS 系统 ,以实现烟气脱硫 的自动化控制. 本文介绍了湿法烟气 脱硫的工艺概况和系统配置 ,详细说明了烟气脱硫过程控制的实现方法. 实践表明 ,该系统参 数调整简单方便 ,完全实现了自动控制 ,并提高了系统的安全性和工作效率. 关键词 :烟气脱硫 ;

石灰石2石膏湿法 ;

分散型控制系统 中图分类号 : TP

273 文献标识码 :A 对火力发电厂实施烟气脱硫 F GD(Flue Gas Desulphurization) 是控制二氧化硫污染最有效的方法之 一. 烟气脱硫技术主要有石灰石2石膏湿法、 镁法、 钠法、 氨法、 海水法等[122 ] . 其中石灰石2石膏湿法以其脱 硫效率高 ,投资省 ,易控制 ,操作稳定以及适用于高中低硫煤等优点得到广泛应用[3] . 国家电力公司已将石 灰石2石膏湿法脱硫工艺确定为火电厂烟气脱硫的主导工艺. 在我国 ,湿法烟气脱硫已占

98 %以上[2 ] . 石灰石2石膏湿法脱硫工艺烟气由原烟气通道进入吸收塔内向上流动 ,被向下流动的石灰石浆液滴以 逆流方式所洗涤. 石灰石浆液滴则是通过喷浆层喷射到吸收塔中 ,将SO2 、 SO3 、 HCI 和HF 分离 ,与此同 时生成石膏(CaSO4 ・

2 H2 O) 作为主要产品 ,并消耗作为吸收剂的石灰石. 用作补给剂量而添加的石灰石 进入吸收塔循环泵入口 ,与收集池的石膏浆液混合 ,通过循环泵将混合浆液向上输送到吸收塔中. 吸收塔 收集池中的 p H 值通过注入石灰石进行控制 ,使其在 5. 8~6.

2 之间. 如果在吸收塔中 ,石灰石浆液已经转 化为石膏 ,则通过石膏浆液泵将其打入脱水站. 通过分配器 ,石膏或者被送到浆液罐 ,或者再循环回到吸收 塔中. 在洗气区域中 ,烟气冷却至饱和温度 ,被来自再循环浆液中的水蒸汽所饱和. 经过净化处理的烟气流 经卧式除雾器 ,在此处将清洁烟气中所携带的浆液微滴除去. 除雾器按照程序自动地进行冲洗. 在吸收塔 出口处 ,烟气被冷却且为水蒸汽所饱和. 在蒸汽再热器(SR) 中 ,烟气被循环于管内的大量蒸汽加热到

80 ℃ 以上. 最后 ,洁净烟气通过洁净烟气通道进入烟囱[1 ] . 本文采用 DCS 系统实现石灰石2石膏湿法脱硫技术.

1 系统构成 本套烟气脱硫项目采用日本横河公司先进的 DCS 控制系统 CEN TUM2CS1000 ,实现数据采集、 模拟 量调节、 顺序控制、 电气系统调节等. 系统主要由 HIS(工程师站/ 操作员站) 和PFCS(控制站) 组成 ,其基 本结构如图

1 所示[2 ] . CS1000 是基于 Windows 的DCS 控制系统 ,广泛应用于电力、 石化、 化工化肥、 市政、 环保等领域 ,适 用于中小企业. 系统为用户提供灵活方便的组态工具 ,并提供在线手册 ,易于学习掌握 ;

系统提供在线修改 功能 ,用户能方便的对控制图形、 操作画面等组态软件进行修改. 不影响 DCS 系统的正常运行 ,并具有虚 ? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 图1DSC 系统构成 拟测试功能 ,减少了软件调试时间. 现场控制站采用高可靠性设计 , PFCS 为双重化冗余. CPU 采取同时运转热备用方式 ,保证应用程序可实现不间断控制 ;

并 带有高能锂电池 ,保证系统完全失电后数据最少

72 h 不丢失. 所 有卡件都可带电插拔. PFCS 支持 RS2232C、 RS2422/

485 等标准 的通讯协议 ,可通过通讯卡件 ,与世界上各个著名厂家的 PLC 以 及其他智能仪表通讯 ,并支持 FF 现场总线通讯功能[3 ] . 本套脱硫 DCS 系统共配置模拟量

180 点 ,数字量

700 点 ,锅 炉DCS 系统采用 MODBUS 通讯 ,电除尘器采用硬接线的方式 通讯. 系统共配置

1200 点 ,冗余量为

26 % ,远远大于系统要求的

15 %. 根据系统要求 ,配置了

3 台人机接口站 ( HIS) ,2 台现场控 制站(PFCS) . V N ET 实时控制网用于连接系统内各部件 , Eth2 ernet 用于与上位管理网络进行通讯.

2 控制功能 F GD 烟气脱硫主要的模拟量调节系统包括蒸汽加热器后的 烟气温度控制 ,冷凝水箱水位控制 ,石灰石浆液流量控制等系统 ;

主要的顺序控制系统包括锅炉与 F GD 保 护系统、 烟气系统、 吸收塔系统、 排放坑系统、 除雾器系统、 循环泵系统、 石灰石系统、 石膏浆液系统、 辅机系 统、 电气系统等[1 ] . 图2石灰石浆液流量控制 2.

1 石灰石浆液流量控制 循环浆液的 p H 值与脱硫效率及钙利用率 紧密相关. 当pH值过高时 ,有助于脱硫剂对二 氧化硫的吸收 ,但会导致溶液中 SO3

2 和CO3

2 离 子浓度的相对增加 ,降低脱硫剂活性 ,由此降低 了钙利用率 ;

相反 ,如果 p H 值过低 ,虽然有助于 脱硫剂的溶解 ,以及较高钙利用率的实现 ,但系 统脱硫率低. 因此 ,在正常运行时 ,通过调节石灰 石浆液至吸收塔调节阀的开度 ,调节进入吸收塔 的石灰石流量 ,最终将 p H 值控制在5. 8~6. 2之间,脱硫率在

90 %~95 %之间变化. 其工作原理 如图 2. 2.

2 锅炉与 F GD 保护系统 当FGD 系统或锅炉出现危险时必须停运 FGD 系统或锅炉 MF T ,以保证人身和设备的安 全. 当FGD 保护信号发出时 ,烟气系统自动执行 停止程序. 当FGD 保护信号发出 120s 后 ,发送 请求锅炉 MF T 的信号 ,并在锅炉操作画面上弹 出 ,由锅炉运行人员根据具体情况决定是否停炉. 锅炉与 F GD 保护逻辑如图

3 所示. 2.

3 除雾器系统 用工艺水进行除雾器的冲洗有两个目的 ,即防止除雾器堵塞 ,保持吸收塔中所需水位. 除雾器共有三 层 ,按照程序不时地循环进行冲洗 ,从而将清洁烟气中所携带的浆液微滴除去. 如果吸收塔水位较高 ,则冲 洗就按较长时间间隔进行. 然而 ,为防止除雾器因其所携带浆液微滴而引起的堵塞 ,最长时间间隔的设定 应当严格依据于最短的冲洗时间. 最短的时间间隔取决于吸收塔内的水位 ,即如果该水位降到了所需水位 以下 ,则该水位下降得越多 ,冲洗间隔时间就变得越短. 2.

4 循环泵系统

2 0

1 西安工程科技学院学报第20 卷?1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 图3锅炉与 FGD 保护系统 循环泵将石灰石浆液向上输送到吸收塔中 ,通过喷嘴进行雾化 ,使气体和液体得以充分接触 ,达到最 佳脱硫效果. 每个泵均与其各自喷浆层相连接 ,泵的数量取决于烟气中的含硫量 ,其本身也是锅炉负荷和 煤中含硫量的函数. 本套系统中设有

2 层喷浆层、

2 个循环泵. 正常情况下 ,2 台循环泵都运行. 当一台泵出 现故障时 ,系统仍能保持运行.

2 台循环泵都出现故障时 ,必须关闭系统以保证安全.

3 结束语 本套 F GD 系统已正式投入运行 ,所有模拟量调节、 顺控逻辑均为自动控制 ,所有联锁保护均自动 ,全 部实现自动控制. 通过应用 DCS 系统 ,使得运行人员能方便地控制各种参数 ,操作简单 ,确保了系统稳定 运行 ,提高了系统的安全性 ,降低了运行人员的劳动强度 ,提高了工作效率. 本系统投产一年后 ,该地区的 环境质量经当地环保部门检测 ,已达到了国家环保总局的要求 ,为周边环境的改善做出了很大的贡献. 参考文献 : [1 ] 孙克勤 ,钟秦. 火电厂烟气脱硫系统设计建设及运行[ M]. 北京 :化学工业出版社 ,2005. [2 ] 杨r. 二氧化硫减排技术与烟气脱硫工程[ M ]. 北京 :冶金工业出版社 ,2004. [3 ] 阎维平. 电站燃煤锅炉石灰石湿法烟气脱硫装置运行与控制[ M ]. 北京 :中国电力出版社 ,2005. [4 ] 湿法烟气脱硫除尘一体化技术[ EB/ OL ]. 2005211215. http :/ / www. goepe. com/ js/ detail. php ? id = 755. [5 ] 烟气脱硫系统运行规程[ Z]. 奥地利能源公司 ,2000 :34257. [6 ] YO KO GAWA CEN TUM2CS1000 系统操作手册[ Z]. 西安横河西仪有限公司 ,1998 :5212. DCS realization of flue gas desulphurization control system X U E Qian

1 , Deng X iao2ni

2 (1. School of Electronics and Information , XAU EST , Xi′ an

710048 , China ;

2. Yokogawa Xi Yi Co. , Ltd. , Xi′ an

710075 , China) Abstract : In order to control SO2 in flue gas , The technology survey and system configuration are intro2 duced. The DCS control system is selected and designed. The realization of flue gas desulphurization au2 tomatical control functions are described in detail. The advantage of DCS control system is confirmed by limestone flow , protection of boiler and F GD , misteliminator and recirculation pump control. It is proved that whole F GD is controlled automatically and parameters are easy to modified. The security and efficiency of F GD are improved greatly. Key words :flue gas desulphurization ;

limestone2gypsum ;

distributed control system 编辑 :武晖、 董军浪 ;

校对 :董军浪、 武晖301第1期烟气脱硫控制系统的 DCS 实现 ........