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摘要：針對電廠脫硫系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求，介紹了力控SCADA軟件平臺在火電廠脫硫監(jiān)控中的應(yīng)用，通過監(jiān)控系統(tǒng)，工作人員能準(zhǔn)確了解脫硫系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，提高脫硫系統(tǒng)各設(shè)備的運(yùn)行效率，降低了設(shè)備的損耗及能源的浪費(fèi)，保證了整個系統(tǒng)按工藝要求正常運(yùn)行，為電廠安全、穩(wěn)定、環(huán)保運(yùn)行提供了有力的保證。
關(guān)鍵詞： 煙氣脫硫 實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng) 力控SCADA軟件 CEMS
一、前言
隨著國內(nèi)電力事業(yè)的飛速發(fā)展，電力環(huán)保越來越引起人們的關(guān)注。根據(jù)國家發(fā)展規(guī)劃，到“十一五”末，中國火電裝機(jī)將達(dá)到4.773億至5.033億千瓦，每年需要燃燒煤炭十三點(diǎn)五億噸，將大大增加電廠的燃煤量。燃煤量的大量增加，使嚴(yán)格控制煤炭燃燒所產(chǎn)生的煙氣排放成為電力事業(yè)發(fā)展的一個重要組成部分。
從排放角度看，煤炭燃燒產(chǎn)生的污染物主要是二氧化硫、氮氧化物和飛灰。使用靜電除塵器或纖維過濾器可控制99％的飛灰污染，低氮燃燒器可減少氮氧化物的產(chǎn)生。但是，國內(nèi)火電廠的二氧化硫排放量始終處在比較高的水平，每年二氧化硫的排放量約為2300萬噸，造成的損失高達(dá)1200億元。
二、脫硫工藝簡述
煙氣脫硫(Flue Gas Desulphurization)，英語簡寫為FOD，是目前應(yīng)用最廣，降低SO2排放量最直接、最經(jīng)濟(jì)、最有效的方法，也是目前唯一大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的技術(shù)。目前，世界各國對煙氣脫硫都非常重視，已開發(fā)了數(shù)十種行之有效的脫硫技術(shù)。根據(jù)脫硫過程是否有水參與及脫流產(chǎn)物的干濕狀態(tài)可以分為濕法、半干法和干法煙氣脫硫。另外還有氨法、鎂法、鈉法、海水脫硫、電予柬輻射法等。
煙氣脫硫系統(tǒng)主要由以下各子系統(tǒng)組成：石灰石漿液制備系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、二氧化硫吸收系統(tǒng)(包括漿液循環(huán)及氧化)、石膏脫水系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)。
在所有的方法之中，石灰／石灰石一石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，具有脫硫效率高，運(yùn)行可靠性好的特點(diǎn)。石灰／石灰石一石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)是目前火電廠中大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的脫硫方式之一，90％以上的國內(nèi)外火電廠脫硫技術(shù)均采用石灰／石灰石一石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)。圖1所示為典型濕法煙氣脫硫工藝圖。
圖1 典型濕法煙氣脫硫工藝圖
◆化灰系統(tǒng)流程：
石灰粉→石灰儲罐→化漿罐→漿液儲罐。可以實(shí)時監(jiān)控石灰儲倉料位、化灰系統(tǒng)工作狀態(tài)、化漿罐液位、漿液儲罐液位等。
◆吸收塔工作流程：
鍋爐煙氣經(jīng)過除塵器除去大部分的粉塵后，經(jīng)引風(fēng)機(jī)加壓進(jìn)入脫硫系統(tǒng)。煙氣與從上而下的、由噴嘴充分霧化的脫硫液逆向?qū)α鹘佑|，脫硫液充分吸收煙氣中的SO2后進(jìn)入除霧器除霧，凈化并除霧之后的煙氣，由煙道引至煙囪排放。
◆氧化出渣系統(tǒng)工作流程：
脫硫液在吸收塔內(nèi)和SO2充分反應(yīng)后，經(jīng)漿液排出泵進(jìn)入氧化塔酸化氧化，氧化塔內(nèi)同時鼓入氧化風(fēng)和酸化煙氣，酸化煙氣將剩余的脫硫漿液充分反應(yīng)后生成亞硫酸鈣，然后與氧化風(fēng)反應(yīng)生成硫酸鈣，經(jīng)過真空帶式過濾機(jī)過濾，得到成品石膏。
三、實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計
系統(tǒng)以PLC為控制主體，配置工業(yè)控制計算機(jī)和組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)對脫硫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)視和流程控制。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，PLC負(fù)責(zé)采集傳感器、壓力儀表等檢測儀表的數(shù)據(jù)，通過軟件設(shè)計控制程序，對現(xiàn)場變送器、閥門和泵等進(jìn)行監(jiān)控處理，并可以以多種工作方式進(jìn)行操作，如就地操作、遠(yuǎn)程操作和自動運(yùn)行等，將設(shè)備進(jìn)行集中控制管理，并監(jiān)視其運(yùn)行狀況，方便故障處理。PLC控制站同監(jiān)控計算機(jī)之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，控制終端設(shè)置在脫硫監(jiān)控中心，由操作人員進(jìn)行監(jiān)控。
作為整個FGD系統(tǒng)的重要組成部分，力控SCADA軟件Forcecontrol6.1負(fù)責(zé)匯總系統(tǒng)中各種電流、電壓、溫度、流量以及熱工、電氣開關(guān)量等運(yùn)行信息，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等主要指標(biāo)的實(shí)時監(jiān)視與控制，并把這些運(yùn)行信息用圖形方式提供給管理人員，幫助管理人員監(jiān)視和控制系統(tǒng)的運(yùn)行。同時，從系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，對運(yùn)行的主要參數(shù)進(jìn)行分析、管理，還可根據(jù)運(yùn)行參數(shù)生成各種報表，為系統(tǒng)運(yùn)行提供有效的管理。
上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件根據(jù)工藝流程設(shè)計監(jiān)控畫面，具有數(shù)據(jù)采集顯示、數(shù)據(jù)存儲管理、報警輸出、歷史數(shù)據(jù)存儲及報表生成等功能，并連接網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)，方便生產(chǎn)過程中需要生成各種報表文件。該系統(tǒng)設(shè)計了冗余的配置模式，5臺上位機(jī)通過以太網(wǎng)與PLC控制站相連接，保證了數(shù)據(jù)的一致性和完整性，確保生產(chǎn)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。
整套系統(tǒng)采用以太網(wǎng)方式通信，圖2所示為系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。
圖2 系統(tǒng)架構(gòu)示意圖
四、監(jiān)控系統(tǒng)主要功能
4.1模擬系統(tǒng)圖顯示
模擬系統(tǒng)圖顯示包括三個方面的內(nèi)容：現(xiàn)場設(shè)備及其系統(tǒng)模擬圖屏幕顯示，通過改變顏色進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的顯示，設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)實(shí)時顯示。對FGD監(jiān)控系統(tǒng)來說，模擬系統(tǒng)圖是以各個分系統(tǒng)的全彩色位圖形式來顯示的，例如：FGD系統(tǒng)模擬系統(tǒng)圖就由吸收塔系統(tǒng)圖、升壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)圖、電氣系統(tǒng)圖等構(gòu)成的。
根據(jù)系統(tǒng)工藝需求，力控實(shí)時監(jiān)控設(shè)計了豐富的畫面顯示，形象動態(tài)地顯示化灰系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、氧化出渣系統(tǒng)及工藝水系統(tǒng)等流程，并采用不同顏色的顯示來反映各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。圖3、圖4所示為脫硫及硫回收力控顯示流程圖。
圖3 脫硫及硫回收力控系統(tǒng)實(shí)時流程圖
圖4 脫硫及硫回收力控系統(tǒng)實(shí)時流程圖
圖5 脫硫系統(tǒng)設(shè)備控制力控實(shí)時畫面
4.2實(shí)時／歷史趨勢曲線顯示
在屏幕上以曲線的形式實(shí)時跟蹤模擬量參數(shù)隨時間的變化，或者將數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)以曲線的形式再現(xiàn)出來，直觀的表示了重要參數(shù)隨時閫變化的趨勢，便于系統(tǒng)性能的分析和歷史數(shù)據(jù)的查詢和檢索。
圖6 脫硫系統(tǒng)曲線實(shí)例圖
4.3報表、報警功能
力控專家報表開發(fā)工具提供豐富的報表操作函數(shù)集、支持復(fù)雜腳本控制，包括：腳本調(diào)用和事件腳本，比如利用報表函數(shù)可以在報表上同時顯示實(shí)時數(shù)據(jù)和任意時刻的歷史數(shù)據(jù)，并加以統(tǒng)計處理，例如取行平均、列平均，統(tǒng)計出最大最小值。以表格的形式成組地顯示運(yùn)行參數(shù)和相關(guān)參數(shù)。列表顯示可依據(jù)用戶需要很方便地在列表顯示的每頁中配置自己所要監(jiān)視的參數(shù)，其特點(diǎn)是：一、可以分組顯示參數(shù)如常用參數(shù)列表、模擬量參數(shù)列表、計算量參數(shù)列表、開關(guān)量參數(shù)列表等等，便于對試驗(yàn)過程的監(jiān)視；二、可以分類顯示相關(guān)參數(shù)如溫度、壓力、二氧化硫量等，便于分析相關(guān)參數(shù)問的相互影響關(guān)系。
圖7 脫硫系統(tǒng)專家報表
圖8 系統(tǒng)報警狀態(tài)圖
五、總結(jié)
本系統(tǒng)具有完善的監(jiān)控功能，提高了脫硫生產(chǎn)自動化水平，保證了機(jī)組的正常穩(wěn)定運(yùn)行。通過工程長時間運(yùn)行的情況看，控制系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)、檢修工作量減少。通過監(jiān)控系統(tǒng)，工作人員能準(zhǔn)確了解脫硫系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，提高脫硫系統(tǒng)各設(shè)備的運(yùn)行效率，降低了設(shè)備的損耗及能源的浪費(fèi)，保證了整個系統(tǒng)按工藝要求正常運(yùn)行，為電廠安全、穩(wěn)定、環(huán)保運(yùn)行提供了有力的保證。
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