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采用Quantum PLC实现的大型火力发电厂烟气脱硫控制系统

作者:吴锦源、徐丽杰,北京交通大学电气工程学院;曹玉山,北京龙源正合电力技术有限公司;姚溆,南通天生港2006.03.24阅读 4520

  经济发展使得人们的生活水平有了一定的提高,但同时也使人们周围的生活环境不断恶化www.cechina.cn,人们逐渐意识到环境污染的危害,并提出了经济与环境必须协调发展的要求。大气污染与人们的生活息息相关,因为它会直接造成人群死亡率增加,破坏生态系统,造成巨大的经济损失。而火电厂、炼钢厂等工业所排放的废气正是大气污染的主要来源。鉴于此,国家有关部委制定了法规要求电厂增加脱硫系统。目前应用较为广泛的烟气脱硫工艺有:石灰石(石灰)-石膏湿法脱硫、喷雾干燥法脱硫、烟气循环流化床脱硫、海水脱硫、电子束法脱硫。国内针对超过200MW的大型机组优先考虑采用石灰石(石灰)-石膏湿法脱硫。本文结合施耐德电气公司Quantum系列PLC在南通天生港电厂(简称天电)2×300MW机组烟气脱硫系统的实际应用,着重探讨石灰石(石灰)-石膏湿法脱硫监控系统部分设计与实际应用。

脱硫系统网络结构

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图1:脱硫系统网络结构

  一、 湿法脱硫工艺简介
  石灰石(石灰)-石膏湿法脱硫工艺采用价廉易得的石灰石或石灰作脱硫吸收剂,石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌成吸收浆液。当采用石灰为吸收剂时,石灰粉经消化处理后加水磨制成吸收浆液。在吸收塔
内,吸收浆液与烟气接触混合,烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应被脱除,最终反应产物为石膏。其反应原理可用以下化学反应方程来描述:
  CaCO3+SO2=CaSO3+CO2
  2CaSO3+O2=2CaSO4
  天电脱硫工艺系统由三个子系统组成:#1炉系统, #2炉系统和公用系统。其中#1炉系统与#2炉系统的组成结构基本一样,分别负责来自1号和2号锅炉烟气的脱硫任务www.cechina.cn,按功能分成烟道功能子系统和吸收塔功能子系统。公用系统是指#1炉和#2炉共同使用的功能设备的统称,按功能划分为公用辅助系统、石灰石卸料与磨制系统和废水处理系统等。
  二、 脱硫控制系统
  表1给出了各个系统的输入输出点(IO)分配点数。

脱硫系统控制测点统计表
表1 脱硫系统控制测点统计表

  根据上述脱硫系统的特点,整个控制系统也划分三个子系统控制工程网版权所有,共采用三对施耐德电气公司的Quantum系列PLC的534 14A 控制器组成冗余的控制系统和网络,控制器通过Quantum系列NOE以太网模块与100M以太网交换机直接相联。控制系统配置了三台操作员站和一台工程师站。图1为脱硫系统网络结构图。
  脱硫DCS系统运行时需要与#1、#2锅炉的DCS系统进行状态信号的交流,从#1、#2过来到达脱硫DCS系统的状态主要有:锅炉的负荷、锅炉油枪工作状态、锅炉煤层工作状态、锅炉吹扫、锅炉MFT以及电除尘的运行状态。从脱硫DCS系统传递到#1、#2锅炉DCS的信号有:旁路挡板、原烟气挡板和净烟气挡板的开关状态。这些信号都涉及到电厂锅炉的运行,所以锅炉DCS与脱硫DCS之间的接口采用硬接线方式。
  #1炉和#2炉设备是相对独立的,它们共同调用公用系统中的石灰石供浆和石膏脱水子功能系统,#1炉与#2炉之间也存在着连锁保护,这些在#1炉、#2炉和公用系统控制器之间传递的信号通过Modbus-TCP协议传输,从而节省了重复的IO电缆铺设费用。
  脱硫DCS系统主要实现的功能有:数据采集系统(DAS),模拟量控制系统(MCS)和顺序控制系统(SCS)。
  1、 数据采集系统(DAS)
  数据采集系统按所选定的数据采集前端设备 的采样速率,周期性地采集和处理现场设备和工艺的开关量和模拟量信息。并通过网络传输到上位机显示屏中显示,作为运行人员监视和操作现场设备的依据。
  数据采集系统的基本功能有:数据采集、数据处理、屏幕显示、报警声光显示、事件记录和追忆、历史数据存储检索及打印、性能在线计算等功能。
  数据采集系统首先是通过采集卡周期性扫描外部测点的状态,然后经过诸如正确性判断、工程量换算、限值判断等处理后www.cechina.cn,将处理过的信息作为新的数据写入数据库中。数据库乃数据采集系统的核心,脱硫DCS系统拥有两个数据库:一个是控制器数据库,另一个是上位机数据库。上位机通过Modbus-TCP协议与控制器联接,按一定的采样周期循环扫描控制器数据库的变化,并同时对上位机数据库与画面显示进行更新。
  2、模拟量控制系统(MCS)
  模拟量控制系统实现脱硫控制系统的模拟量闭环调节功能,脱硫控制系统的主要闭环调节回路有:增压风机入口压力调节、吸收塔液位自动调节、石灰石供浆流量调节,还有公用系统中的滤饼厚度调节等。
  a增压风机入口压力调节
  增压风机入口压力调节的目的在于使锅炉炉膛压力保持稳定。将锅炉正常运行时的引风机出口压力作为增压风机入口压力调节的设定值,测量实际运行的压力,然后进行比较得出偏差,偏差经过控制算法计算,得出调节量作用在增压风机的调节导叶上www.cechina.cn,使得增压风机入口压力稳定在设定值附近。
  增压风机入口压力闭环调节控制算法通





















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