施耐德Quantum PLC在上海外高橋發(fā)電廠煙氣脫硫系統(tǒng)中的.doc

施耐德Quantum PLC在上海外高橋發(fā)電廠煙氣脫硫系統(tǒng)中的應(yīng)用望亭發(fā)電廠張振江外高橋發(fā)電廠王愛(ài)琳一、摘要關(guān)鍵字：脫硫氧化二氧化硫石灰石石膏PH值GGHFGD二、概述1、電廠現(xiàn)狀上海外高橋發(fā)電廠位于上海市浦東新區(qū),長(zhǎng)江南岸,北隔長(zhǎng)江南港航道與長(zhǎng)興島相望，電廠南側(cè)為外高橋保稅區(qū)，西面是外高橋新港區(qū)。電廠一期工程裝機(jī)容量為4300MW，#1、#2機(jī)組于1995年先后投入運(yùn)行，#3、#4機(jī)組分別于1996年、1997年相繼投入運(yùn)行。二期工程裝機(jī)容量為2900MW，于1995年投入運(yùn)行。三期工程裝機(jī)容量為21000MW，目前正值施工高峰，計(jì)劃2008年兩臺(tái)機(jī)組都將投入運(yùn)行。2、項(xiàng)目背景本工程為外高橋電廠二期2900MW超臨界機(jī)組的配套工程，設(shè)計(jì)范圍為在外高橋電廠一期4300MW中#1、#2機(jī)組煙囪后新建兩套煙氣脫硫裝置。包括石灰石制備部分、煙氣吸收部分、石膏脫水部分、廢水處理部分及相應(yīng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)電源供應(yīng)系統(tǒng)等。3、行業(yè)動(dòng)態(tài)我國(guó)能源以煤碳為主，由煤碳排放的SO2所造成的酸雨危及24個(gè)省、市、自治區(qū)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和能源的不斷增長(zhǎng)，我國(guó)酸雨問(wèn)題為得越來(lái)越嚴(yán)重，給世界生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的危害。因此酸雨和SO2污染防治是我國(guó)環(huán)境保護(hù)的工作重點(diǎn)之一。國(guó)家規(guī)定，通過(guò)發(fā)改委審批的新建火電廠，燃煤含硫量在0.7%以上的，必須安裝煙氣脫硫設(shè)施。而目前已投入運(yùn)行的煙氣脫硫項(xiàng)目?jī)H占全國(guó)火電裝機(jī)總?cè)萘康?.1%，據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)未來(lái)幾年，還要有3億千瓦裝機(jī)的煙氣脫硫裝置急需投運(yùn)和建設(shè)，因此火電廠煙氣脫硫產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)高速成長(zhǎng)期。三、工藝描述本項(xiàng)目采用濕法石灰石強(qiáng)制氧化脫硫工藝，未處理煙氣經(jīng)FGD進(jìn)口檔板、增壓風(fēng)機(jī)、GGH降溫后引入吸收塔，吸收塔采用逆流噴霧空塔結(jié)構(gòu)，其下部設(shè)有反應(yīng)槽，來(lái)收集未反應(yīng)的石灰石漿液和已生成的石膏漿液。吸收塔配3臺(tái)漿液循環(huán)泵，以保證塔內(nèi)合理的液氣比；設(shè)置2臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)，使塔反應(yīng)槽內(nèi)的生成物得到完全氧化。漿液循環(huán)泵將反應(yīng)槽內(nèi)漿液經(jīng)霧化器霧化從吸收塔上部噴淋下來(lái)與自下而上運(yùn)動(dòng)的煙氣充分接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，煙氣中的SO2被除去，凈化后的煙氣經(jīng)除霧、GGH加熱后再由FGD出口檔板回到主煙道經(jīng)煙囪排入大氣。石灰石漿液、SO2和鼓入的氧化空氣反應(yīng)生成石膏漿液，主要反應(yīng)式為：CaCO3+SO2=CaSO3+CO2，2CaSO3+O2=2CaSO4，參見(jiàn)圖1、圖2。圖2圖1漿液輸送泵將吸收塔中一定濃度及PH值的石膏漿液輸送至石膏漿液箱中暫存，當(dāng)達(dá)到一定量時(shí)石膏漿液再通過(guò)漿液泵送入對(duì)應(yīng)的石膏漿液旋流器進(jìn)行預(yù)脫水，濃縮后的漿液由旋流器排出至對(duì)應(yīng)的真空皮帶脫水機(jī)，脫水后的石膏經(jīng)輸送皮帶運(yùn)至石膏倉(cāng)庫(kù)中。脫水產(chǎn)生的廢水經(jīng)廢水旋流器分離，一部分進(jìn)入回收水箱作為補(bǔ)充水被送入吸收塔，循環(huán)使用；另一部分進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。四、控制系統(tǒng)組成和施耐德解決方案本煙氣脫硫工程主控系統(tǒng)采用ABB貝利的SymphonyDCS系統(tǒng)，共配置8臺(tái)操作員站、2臺(tái)工程師站、10臺(tái)打印機(jī)、1機(jī)脫硫電子間、2機(jī)脫硫電子間、公共區(qū)電子間，所有這些設(shè)備通過(guò)冗余環(huán)網(wǎng)進(jìn)行通訊，其中石灰石制備部分及廢水處理部分采用施耐德Quantum PLC控制平臺(tái)，通過(guò)Modbus Plus實(shí)現(xiàn)與DCS環(huán)網(wǎng)的通訊，這樣操作人員可以在任意操作員站CRT上實(shí)現(xiàn)過(guò)程監(jiān)視和控制、報(bào)警管理、趨勢(shì)管理、系統(tǒng)診斷、數(shù)據(jù)采集和報(bào)表、開(kāi)放系統(tǒng)連接等功能，DCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖3。圖3下面以石灰石制備部分為例進(jìn)行說(shuō)明，本部分配備兩套完全獨(dú)立石灰石處理生產(chǎn)線，可同時(shí)滿足4300MW機(jī)組在正常工況下脫硫用石灰石的耗量，每條生產(chǎn)線包括石灰石運(yùn)輸及貯存、石灰石磨制、石灰石粉貯存及輸送、石灰石漿液配制和相關(guān)輔助設(shè)備，所有需要控制的設(shè)備均要求有自動(dòng)和手動(dòng)兩種運(yùn)行方式，主要設(shè)備及自動(dòng)運(yùn)行條件如下表：主要設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行條件石灰石運(yùn)輸及貯存斗提機(jī)2中間倉(cāng)料位不高輸送皮帶2斗提機(jī)2運(yùn)行振動(dòng)給料機(jī)2石灰石倉(cāng)料位不低輸送皮帶2運(yùn)行斗提機(jī)1石灰石倉(cāng)料位不高輸送皮帶1斗提機(jī)1運(yùn)行振動(dòng)給料機(jī)1輸送皮帶1運(yùn)行石灰石磨制（重點(diǎn)）斗提機(jī)3石灰石粉倉(cāng)料位不高螺旋輸送機(jī)斗提機(jī)3運(yùn)行循環(huán)風(fēng)機(jī)空氣閥開(kāi)調(diào)節(jié)閥2、3、4開(kāi)度布袋收集器差壓（PID調(diào)節(jié)，DCS輸出）熱風(fēng)濕度（PID調(diào)節(jié)，DCS輸出）調(diào)節(jié)閥1開(kāi)度熱風(fēng)溫度（PID調(diào)節(jié)）磨機(jī)循環(huán)風(fēng)機(jī)運(yùn)行振動(dòng)不高粉倉(cāng)料位不高油站運(yùn)行熱風(fēng)溫度不低稱重皮帶磨機(jī)運(yùn)行中間倉(cāng)料位不低旋轉(zhuǎn)分離器出粒度（預(yù)設(shè)定）石灰石粉貯存及輸送系統(tǒng)輸粉閥（1、3、5、7）壓力輸送器1運(yùn)行輸粉閥（2、4、6、8）壓力輸送器2運(yùn)行輸粉閥（9、10、20、30）粉斗料位不高輸粉閥（11、21、31）輸粉閥（12、22、32）根據(jù)選定的粉斗切換漿液配制系統(tǒng)給料機(jī)選定配漿池液位不高選定配漿池濃度不高分配閥選定配漿池切換攪拌器配漿液位不低沖洗閥A、B漿液泵關(guān)閉后沖洗5分鐘石灰石經(jīng)輸送皮帶及斗提機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至石灰石倉(cāng)中貯存，需要時(shí)再依次通過(guò)振動(dòng)給料機(jī)、輸送皮帶機(jī)及斗提機(jī)將石灰石轉(zhuǎn)運(yùn)至中間倉(cāng)。中間倉(cāng)內(nèi)的石灰石通過(guò)稱重給料機(jī)送至石灰石磨機(jī)，磨機(jī)配有蒸汽加熱系統(tǒng)用于加熱石灰石，使磨機(jī)在進(jìn)料含水量不大于10%；磨機(jī)配有旋轉(zhuǎn)分離器，以保證磨機(jī)的出料粒度。從旋轉(zhuǎn)分離器排出的符合粒度要求的石灰石粉由布袋除塵器收集，并落入布袋除塵器下方的螺旋輸送機(jī)，由螺旋輸送機(jī)輸送卸料至斗提機(jī)，經(jīng)斗提機(jī)垂直提升送至石灰石粉倉(cāng)中貯存，參見(jiàn)圖4。圖4每個(gè)粉倉(cāng)有2個(gè)出口，分別設(shè)有2臺(tái)壓力輸送器，采用氣力輸送系統(tǒng)將石灰石粉輸送至1km以外的配漿系統(tǒng)。整個(gè)石灰石粉輸送系統(tǒng)設(shè)有3根輸送管路，通過(guò)輸粉閥的切換閥可以使3條輸送管路內(nèi)的石灰石粉分別送至2座粉斗。每座石灰石粉斗下設(shè)有2個(gè)石灰石漿液箱，石灰石粉可以通過(guò)粉斗下方的給料機(jī)及分配閥將石灰石粉有選擇地送至2個(gè)石灰石漿液箱內(nèi)水混合，通過(guò)漿液箱內(nèi)攪拌器攪拌制漿，石灰石漿液濃度控制在20%，調(diào)制好的石灰石漿液通過(guò)石灰石漿液泵送入吸收塔。由于石灰石漿液容易沉積，故石灰石漿液箱、污水池等中都安裝有機(jī)械式攪拌器，同時(shí)為防止設(shè)備停運(yùn)時(shí)漿液在管道、泵中沉積，造成堵塞，在各漿液泵、管道上都設(shè)置了工藝水沖洗系統(tǒng)，參見(jiàn)圖5圖5石灰石倉(cāng)、中間倉(cāng)、石灰石粉倉(cāng)、石灰石粉斗均設(shè)有布袋除塵器及壓力真空釋放閥，并設(shè)有雷達(dá)料位計(jì)；為防止金屬異物進(jìn)入磨機(jī)，系統(tǒng)中設(shè)有金屬探測(cè)器及除鐵器；為保證卸料流暢，粉斗、粉倉(cāng)設(shè)有流化風(fēng)系統(tǒng)，共有3臺(tái)流化風(fēng)機(jī)和2臺(tái)流化空氣用空氣加熱器。此部分的控制重點(diǎn)是磨機(jī)、分離器、循環(huán)風(fēng)機(jī)、調(diào)節(jié)閥、石灰石粉溫度及濕度的協(xié)調(diào)控制，難點(diǎn)是當(dāng)數(shù)據(jù)吞吐量大的時(shí)候PLC的響應(yīng)速度應(yīng)滿足工藝要求，為此控制系統(tǒng)采用RIO單電纜熱備方式，由主控制器、備用控制器、1RIO分站、2RIO分站及3RIO分站組成，控制器通過(guò)同軸電纜實(shí)現(xiàn)對(duì)3個(gè)RIO分站的控制，再通過(guò)Modbus Plus網(wǎng)絡(luò)與DCS系統(tǒng)通訊，可以滿足上述控制要求。設(shè)計(jì)控制點(diǎn)類型為：DI：1066，DO：570，AI：56，各站點(diǎn)模塊的配置如下：機(jī)架名稱組成主控制器CPS11420電源模塊、CPU43412A模塊、CRP93100遠(yuǎn)程I/O頭模塊、CHS11000熱備模塊、NOM21200 Modbus Plus網(wǎng)絡(luò)接口模塊備用控制器CPS11420電源模塊、CPU43412A模塊、CRP93100遠(yuǎn)程I/O頭模塊、CHS11000熱備模塊、NOM21200 Modbus Plus網(wǎng)絡(luò)接口模塊1RIOCPS11420電源模塊、CRA93100遠(yuǎn)程IO引下線模塊、DDI364離散輸入模塊、ACI03000模擬輸入模塊等11模塊。2RIOCPS11420電源模塊、CRA93100遠(yuǎn)程IO引下線模塊、DDI364離散輸入模塊、DDO364離散輸出模塊等10模塊。3RIOCPS11420電源模塊、CRA93100遠(yuǎn)程IO引下線模塊、DDI364離散輸入模塊、DDO364離散輸出模塊、ACI03000模擬輸入模塊等16模塊。在正常情況下，主控制器執(zhí)行應(yīng)用程序并控制輸入輸出，備用控制器駐留在后臺(tái)，通過(guò)高速光纖與主控制器相連。當(dāng)主控制器意外發(fā)生故障時(shí)，備用控制器自動(dòng)切換為主控制器，并使用最新的數(shù)據(jù)執(zhí)行應(yīng)用程序并更新I/O，發(fā)生故障的控制器修復(fù)并重新連接到系統(tǒng)中，它將承擔(dān)備用控制器的角色。PLC控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6。圖6由于工藝對(duì)響應(yīng)速度要求很嚴(yán)格，I/O控制的切換時(shí)間應(yīng)當(dāng)在PLC掃描周期之內(nèi)，Quantum的RIO網(wǎng)絡(luò)采用“CPU直接驅(qū)動(dòng)”技術(shù)，確保CPU的掃描時(shí)間和I/O掃描的時(shí)間高度同步，使CPU可以控制與其相連的模塊之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，以最大程度地提高吞吐量及性能。Modbus Plus作為一個(gè)令牌網(wǎng)絡(luò)，以1兆波特的通信速度進(jìn)行快速訪問(wèn)并處理數(shù)據(jù)，其優(yōu)勢(shì)在于能夠控制實(shí)時(shí)控制裝置，如I/O、驅(qū)動(dòng)器等，同時(shí)不因加載或通信而降低性能。具體配置如下：在主、備用控制器機(jī)架分別配置了NOM21200模塊，采用單網(wǎng)絡(luò)雙重連接的方式，即主控制器NOM21200模塊中的Modbus Plus Chan A與Modbus Plus Chan B接口分別通過(guò)雙絞線連接到網(wǎng)橋A對(duì)應(yīng)的A口與B口，同樣備用控制器也以同樣方式連接到網(wǎng)橋B對(duì)應(yīng)的A口與B口，再由網(wǎng)橋通過(guò)串口連接至DCS CNet環(huán)網(wǎng)。廢水處理部分控制系統(tǒng)采用RIO單電纜方式，由本地I/O站、1RIO分站、2RIO分站及3RIO分站組成。本地I/O站通過(guò)同軸電纜實(shí)現(xiàn)對(duì)3個(gè)RIO分站的控制?？刂泣c(diǎn)類型為DI：1328，DO：428，AI：42，模塊的類型與配置與石灰石制備部分類似，這里不再詳述。五、應(yīng)用總結(jié)使用施耐德PLC雙機(jī)熱備系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)主備機(jī)之間平穩(wěn)、無(wú)縫的切換，切換時(shí)系統(tǒng)對(duì)過(guò)程的監(jiān)控不會(huì)中斷，并且不會(huì)因?yàn)榘l(fā)生硬件故障而受到不利影響。因此雙機(jī)熱備系統(tǒng)能夠減少停機(jī)時(shí)間，從而提高生產(chǎn)效率，到目前本系統(tǒng)已連續(xù)安全運(yùn)行300天，平均故障停機(jī)時(shí)間為0天。Modbus Plus綜合了高速、對(duì)等通信及安裝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，允許主計(jì)算機(jī)、控制器或其他數(shù)據(jù)源通過(guò)廉價(jià)雙絞線在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)進(jìn)行對(duì)等通信，簡(jiǎn)化了應(yīng)用，降低了安裝成本。石灰石的研磨粒度在整個(gè)脫硫工藝中起著至關(guān)重要的作用，它直接影響系統(tǒng)的脫硫效率及產(chǎn)生石膏的品質(zhì)，也是石灰石溶解的容易及快速程度的量度，大顆粒更難溶解，必須降低以PH的方式來(lái)溶解，這樣也會(huì)對(duì)脫硫效率和石膏品質(zhì)產(chǎn)生直接影響。本控制系統(tǒng)能滿足當(dāng)石灰石硬度、進(jìn)料溫度等外界條件發(fā)生變化時(shí)的快速響應(yīng)速度，以保證合格的研磨粒度，使脫硫效率