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),長江南岸,北隔長江南港航道與長興島相望，電廠南側(cè)為外高橋保稅區(qū)，西面是外高橋新港區(qū)。電廠一期工程裝機容量為4300MW，#1、#2機組于1995年先后投入運行，#3、#4機組分別于1996年、1997年相繼投入運行。二期工程裝機容量為2900MW，于1995年投入運行。三期工程裝機容量為21000MW，目前正值施工高峰，計劃2008年兩臺機組都將投入運行。2、項目背景本工程為外高橋電廠二期2900MW超臨界機組的配套工程，設(shè)計范圍為在外高橋電廠一期4300MW中#1、#2機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)動態(tài)我國能源以煤碳為主，由煤碳排放的SO2所造成的酸雨危及24個省、市、自治區(qū)。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和能源的不斷增長，我國酸雨問題為得越來越嚴重，給世界生態(tài)環(huán)境帶來了嚴重的危害。因此酸雨和SO2污染防治是我國環(huán)境保護的工作重點之一。國家規(guī)定，通過發(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。而目前已投入運行的煙氣脫硫項目僅占全國火電裝機總?cè)萘康?.1%，據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計未來幾年，還要有3億千瓦裝機的煙氣脫硫裝置急需投運和建設(shè)，因此火電廠煙氣脫硫產(chǎn)業(yè)將迎來高速成長期。三、工藝描述本項目采用濕法石灰石強制氧化脫硫工藝，未處理煙氣經(jīng)FGD進口檔板、增壓風機、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臺漿液循環(huán)泵，以保證塔內(nèi)合理的液氣比；設(shè)置2臺氧化風機，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與自下而上運動的煙氣充分接觸并發(fā)生化學反應(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，當達到一定量時石膏漿液再通過漿液泵送入對應(yīng)的石膏漿液旋流器進行預(yù)脫水，濃縮后的漿液由旋流器排出至對應(yīng)的真空皮帶脫水機，脫水后的石膏經(jīng)輸送皮帶運至石膏倉庫中。脫水產(chǎn)生的廢水經(jīng)廢水旋流器分離，一部分進入回收水箱作為補充水被送入吸收塔，循環(huán)使用；另一部分進入廢水處理系統(tǒng)進行處理。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臺操作員站、2臺工程師站、10臺打印機、1機脫硫電子間、2機脫硫電子間、公共區(qū)電子間，所有這些設(shè)備通過冗余環(huán)網(wǎng)進行通訊，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，通過Modbus Plus實現(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上實現(xiàn)過程監(jiān)視和控制、報警管理、趨勢管理、系統(tǒng)診斷、數(shù)據(jù)采集和報表、開放系統(tǒng)連接等功能，DCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見下圖3。圖3下面以石灰石制備部分為例進行說明，本部分配備兩套完全獨立石灰石處理生產(chǎn)線，可同時滿足4300MW機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)備均要求有自動和手動兩種運行方式，主要設(shè)備及自動運行條件如下表：主要設(shè)備自動運行條件石灰石運輸及貯存斗提機2中間倉料位不高輸送皮帶2斗提機2運行振動給料機2石灰石倉料位不低輸送皮帶2運行斗提機1石灰石倉料位不高輸送皮帶1斗提機1運行振動給料機1輸送皮帶1運行石灰石磨制（重點）斗提機3石灰石粉倉料位不高螺旋輸送機斗提機3運行循環(huán)風機空氣閥開調(diào)節(jié)閥2、3、4開度布袋收集器差壓（PID調(diào)節(jié)，DCS輸出）熱風濕度（PID調(diào)節(jié)，DCS輸出）調(diào)節(jié)閥1開度熱風溫度（PID調(diào)節(jié)）磨機循環(huán)風機運行振動不高粉倉料位不高油站運行熱風溫度不低稱重皮帶磨機運行中間倉料位不低旋轉(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運行輸粉閥（2、4、6、8）壓力輸送器2運行輸粉閥（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)輸送皮帶及斗提機轉(zhuǎn)運至石灰石倉中貯存，需要時再依次通過振動給料機、輸送皮帶機及斗提機將石灰石轉(zhuǎn)運至中間倉。中間倉內(nèi)的石灰石通過稱重給料機送至石灰石磨機，磨機配有蒸汽加熱系統(tǒng)用于加熱石灰石，使磨機在進料含水量不大于10%；磨機配有旋轉(zhuǎn)分離器，以保證磨機的出料粒度。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，由螺旋輸送機輸送卸料至斗提機，經(jīng)斗提機垂直提升送至石灰石粉倉中貯存，參見圖4。圖4每個粉倉有2個出口，分別設(shè)有2臺壓力輸送器，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)。整個石灰石粉輸送系統(tǒng)設(shè)有3根輸送管路，通過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個石灰石漿液箱，石灰石粉可以通過粉斗下方的給料機及分配閥將石灰石粉有選擇地送至2個石灰石漿液箱內(nèi)水混合，通過漿液箱內(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械式攪拌器，同時為防止設(shè)備停運時漿液在管道、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)，參見圖5圖5石灰石倉、中間倉、石灰石粉倉、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)有雷達料位計；為防止金屬異物進入磨機，系統(tǒng)中設(shè)有金屬探測器及除鐵器；為保證卸料流暢，粉斗、粉倉設(shè)有流化風系統(tǒng)，共有3臺流化風機和2臺流化空氣用空氣加熱器。此部分的控制重點是磨機、分離器、循環(huán)風機、調(diào)節(jié)閥、石灰石粉溫度及濕度的協(xié)調(diào)控制，難點是當數(shù)據(jù)吞吐量大的時候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，控制器通過同軸電纜實現(xiàn)對3個RIO分站的控制，再通過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)計控制點類型為：DI：1066，DO：570，AI：56，各站點模塊的配置如下：機架名稱組成主控制器CPS11420電源模塊、CPU43412A模塊、CRP93100遠程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，通過高速光纖與主控制器相連。當主控制器意外發(fā)生故障時，備用控制器自動切換為主控制器，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并重新連接到系統(tǒng)中，它將承擔備用控制器的角色。PLC控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖6。圖6由于工藝對響應(yīng)速度要求很嚴格，I/O控制的切換時間應(yīng)當在PLC掃描周期之內(nèi)，Quantum的RIO網(wǎng)絡(luò)采用“CPU直接驅(qū)動”技術(shù)，確保CPU的掃描時間和I/O掃描的時間高度同步，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作為一個令牌網(wǎng)絡(luò)，以1兆波特的通信速度進行快速訪問并處理數(shù)據(jù)，其優(yōu)勢在于能夠控制實時控制裝置，如I/O、驅(qū)動器等，同時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接口分別通過雙絞線連接到網(wǎng)橋A對應(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對應(yīng)的A口與B口，再由網(wǎng)橋通過串口連接至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站通過同軸電纜實現(xiàn)對3個RIO分站的控制。控制點類型為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雙機熱備系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)主備機之間平穩(wěn)、無縫的切換，切換時系統(tǒng)對過程的監(jiān)控不會中斷，并且不會因為發(fā)生硬件故障而受到不利影響。因此雙機熱備系統(tǒng)能夠減少停機時間，從而提高生產(chǎn)效率，到目前本系統(tǒng)已連續(xù)安全運行300天，平均故障停機時間為0天。Modbus Plus綜合了高速、對等通信及安裝簡單的優(yōu)點，允許主計算機、控制器或其他數(shù)據(jù)源通過廉價雙絞線在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)進行對等通信，簡化了應(yīng)用，降低了安裝成本。石灰石的研磨粒度在整個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的方式來溶解，這樣也會對脫硫效率和石膏品質(zhì)產(chǎn)生直接影響。本控制系統(tǒng)能滿足當石灰石硬度、進料溫度等外界條件發(fā)生變化時的快速響應(yīng)速度，以保證合格的研磨粒度，使脫硫效率