摘要：本工程為華能岳陽電廠二期擴建2×300MW機組煙氣脫硫工程，煙氣采用石灰石-石膏濕法工藝進行脫硫。整個工程采用了貝加萊APROL分散控制系統(tǒng), 控制包括3#FGD, 4#FGD, 石灰石漿液, 石膏脫水, 廢水等公用部分.
關鍵詞：電廠 脫硫 DCS 貝加萊 APROL 石膏 FGD
Abstract：This FGD project is parts of 2×300MW units in Huaneng Yueyang Electrical Power Plant, it apply Limestone wet flue gas desulfurization. The whole system use B&R APROL DCS, its control area include: 3#FGD, 4#FGD, serous limestone, gypsum drying, waste-water and so on.
Key Words：Thermo Electrical Power Plant FGD DCS B&R APROL limestone gypsum
1 工程概述
1.1 工程簡介
本工程為華能岳陽電廠二期擴建2×300MW機組煙氣脫硫工程，煙氣采用石灰石-石膏濕法工藝進行脫硫。每臺機組設獨立的煙氣系統(tǒng)、吸收塔等脫硫裝置，單元運行，其監(jiān)控范圍包括：
--FGD裝置：吸收塔、煙氣系統(tǒng)、增壓風機、GGH系統(tǒng)、排放系統(tǒng)；
--FGD公用系統(tǒng)：工藝水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、石灰石漿液制備系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)；
--FGD電氣系統(tǒng)：脫硫低壓變、高低壓電源回路、UPS、直流系統(tǒng)監(jiān)視和控制；
--煙氣檢測、成分分析等；
控制系統(tǒng)I/O規(guī)模在3560點。
1.2 技術要求
本工程要求FGD_DCS完成規(guī)定的數(shù)據(jù)采集（DAS）、模擬量控制（MCS）、順序控制（SCS）等功能以滿足脫硫系統(tǒng)各種運行工況的要求，確保脫硫系統(tǒng)安全、高效運行。
整個FGD_DCS的可利用率至少為99.9%,脫硫率95%以上 。DAS系統(tǒng)的平均無故障時間（MTBF）不小于8600小時，SCS、MCS系統(tǒng)的平均無故障時間（MTBF）不小于16000小時。
1.3 技術難點
石灰石漿液投入量控制的精度決定著整個系統(tǒng)的脫硫率,增壓風機的開度閉環(huán)控制精度影響鍋爐爐膛壓力的穩(wěn)定性,因此如何控制好這兩個量是該控制系統(tǒng)成功的難點.
2 控制系統(tǒng)
2.1 APROL簡介
貝加萊(B&R)APROL DCS是一個基于SUSE LINUX 32/64操作系統(tǒng)上的分布式操作系統(tǒng)，通過它能實現(xiàn)從現(xiàn)場I/O到數(shù)據(jù)服務器和操作員站，以及網(wǎng)絡通訊集成一體化開發(fā)。由APROL組成的系統(tǒng)可以簡單到一個DPU站加一個操作員站的小系統(tǒng)，也可擴展至多層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，上百個DPU和上百個操作站的復雜系統(tǒng)。APROL完全能夠滿足FDA 21CFR第11章和GAMP4提出的審計追蹤要求。
2.1.1 APROL網(wǎng)絡架構(gòu)
APROL系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡分三層架構(gòu):操作總線,過程總線和I/O總線。APROL建議客戶將操作總線和過程總線分離，以提高過程總線的實時性。
2.1.2 工程組態(tài)
整個工程設計過程，從MSR測量點到復雜的控制/調(diào)節(jié)工作直到過程控制和過程可視化，僅通過一個工具完成，該工具為CaeManager。全部工程設計過程采用圖形方式完成，軟件實現(xiàn)采用IEC1131-3標準功能塊圖（VDI/VDE3696），各個層次都可以用C語言來開發(fā)更強大的功能塊。
2.1.3 人機界面
操作和監(jiān)視層是一個用于觀察實時處理過程的全圖形視窗系統(tǒng)， APROL的應用進程會在操作員終端顯示運行系統(tǒng)的所有實時處理。操作員可以根據(jù)當前詳細的設備運行狀態(tài)，以及特定的工廠條件，選擇相應的處理行為。同時，操作員也可以處理歷史數(shù)據(jù)和過程事件，對系統(tǒng)的運行進行分析和統(tǒng)計。
對過程的操作和監(jiān)視是通過APROL 系統(tǒng)的應用"畫面顯示中心（DisplayCenter）"來實現(xiàn)的。這個高效的程序通過完整的過程圖動態(tài)顯示工廠的設備狀態(tài)；并且，通過一套集成的訪問控制手段，它將操作員的動作行為合成到運行的處理過程。通過分層的樹狀結(jié)構(gòu)（Image Tree）和細化的步驟，支持對信息的完整顯示，從而允許快速和安全的對工廠的各個設備進行分別的參數(shù)調(diào)整。"畫面顯示中心（DisplayCenter）"被設計成操作員進行監(jiān)視運行和維護的可視化工具。直觀的操作方式基于鼠標和鍵盤的組合環(huán)境，如同在Microsoft Windows環(huán)境中一樣。
可以顯示的動態(tài)過程處理圖的數(shù)量僅僅取決于硬件的環(huán)境，這應歸功于先進的軟件體系結(jié)構(gòu)的設計理念。為了達到最大性能，滿足最可能的需求，DisplayCenter直接連接到在線的過程數(shù)據(jù)庫IOSYS。雙向的數(shù)據(jù)傳輸僅限定在已經(jīng)實際改變的狀態(tài)量上。顯示時間（大約顯示500個過程變量）總計小于1秒鐘。
2.2 控制系統(tǒng)介紹
2.2.1 網(wǎng)絡拓撲圖
2.2.2 總線系統(tǒng)
2.2.2.1 操作總線
操作總線是操作員站與數(shù)據(jù)服務器之間的通訊網(wǎng)路,操作總線主要傳送操作站需要的數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用快速工業(yè)交換機組成以太環(huán)網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，它的網(wǎng)絡通訊速率為100MBPS,設備之間通訊距離最大為100米(加光纖最大可達70千米)。APROL分散控制系統(tǒng)操作總線系統(tǒng)是基于TCP/IP協(xié)議的主從架構(gòu)，操作員站為客戶機，數(shù)據(jù)服務器時服務器。
2.2.2.2 過程總線
過程總線是數(shù)據(jù)服務器與DPU之間的高速網(wǎng)路。APROL DCS系統(tǒng)的過程總線可采用時下工業(yè)界流行的各種通訊方式：RS232/485、CAN、PROFIBUS、工業(yè)以太網(wǎng)、光纖網(wǎng)。本系統(tǒng)采用快速工業(yè)交換機組成以太環(huán)網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡通訊速率為100MBPS,設備之間通訊距離最大為100米(加光纖最大可達70千米)。網(wǎng)絡刷新能力為32萬點/秒。
APROL系統(tǒng)過程總線提供一種"透明工廠"技術，只要接入APROL的DPU在物理網(wǎng)路上是可達的，不管中間轉(zhuǎn)換過多少種通訊介質(zhì)：RS232/422、CAN、PROFIBUS、以太網(wǎng)和光纖，中間經(jīng)歷多少個DPU站。中央控制室操作員站和工程師站都可以對該DPU進行診斷和監(jiān)控.
2.2.2.3 I/O總線
I/O總線是DPU控制器與I/O擴展站之間的數(shù)據(jù)網(wǎng)路。APROL可以提供RIO，CAN，PROFIBUS DP，DEVICENET和POWERLINK等I/O總線類型。本系統(tǒng)采用CAN作為IO總線,通訊速度為500Kbps
2.2.3 控制計算機
控制計算機用來收集從現(xiàn)場FGD#3，F(xiàn)GD#4和公共部分的數(shù)據(jù)，并且完成歷史數(shù)據(jù)冗余備份，報警數(shù)據(jù)判斷收集，報表生成，登錄權(quán)限管理。本系統(tǒng)使用AP:STDS-HPML370容錯服務器（貝加萊(B&R)對其經(jīng)過嚴格測試），其性能參數(shù)如下：
● 惠普ML370 容錯服務器，立式（或機架式）
● 230 VAC冗余電源
● 雙64位Intel Xeon 3,4 GHz CPU
● 2 GB用戶內(nèi)存
● SCSI RAID控制器0/1, 可升級到RAID 5
● 2個熱插拔72 G SCSI硬盤
● 8MB顯存
● 10/100 Mbit/s (RJ45)以太網(wǎng)接口，用于操作總線
● 10/100 Mbit/s (RJ45)以太網(wǎng)接口，用于過程總線
● DVD-ROM/CD-RW驅(qū)動器
● 3.5"軟驅(qū)
● 光電鼠標
系統(tǒng)共用了5臺控制計算機, 其中一臺為工程師站, 位于電子間, 其它4臺為操作站, 位于集中控制室. 操作站在調(diào)試其間也可以通過權(quán)限登陸到工程師站組態(tài), 利于一邊觀察一邊修改.
2.2.4 現(xiàn)場控制器
本系統(tǒng)采用高性能的3CP360.60-1做現(xiàn)場控制器，其主要性能參數(shù)如下:
● 266MHz，32BIT主處理器
● 高性能 FPU浮點處理器
● 集成IO處理器
● 32MB DRAM，496kB SRAM
● 512 KB L2 cache
● 程序與數(shù)據(jù)內(nèi)存：64M 4G（CF）
● 1個插入槽用于PCI模塊，內(nèi)插 Powerlink等接口
● 1個標準RS232接口
● 1個100Base-T工業(yè)以太網(wǎng)接口
● 2個USB(1.1)
● 指令周期0.012 0.02 ?s
● 最快任務周期: 200 ?s
● I/O處理能力65535任混
● 狀態(tài)LED燈診斷指示
現(xiàn)場共有9對冗余DPU, 27個I/O站.
2.2.5 I/O模塊
本系統(tǒng)采用的I/O模塊電氣端子可拆卸，提供了施工/維護的方便性。及測試狀態(tài)等指示。工業(yè)級抗干擾和安全特性符合UL、CSA、CE等認證。 電子模件和電源模件都采用防塵、防潮、防靜電、防電磁干擾，適合遠程就地安裝，抵御惡劣工作環(huán)境影響，生命期內(nèi)免維護。
I/O模件通道都采用了先進的電氣隔離技術（光電隔離、繼電器隔離、線性放大器隔離），抗干擾能力強。I/O通道設計安裝有PTC電子保險裝置，當遇強電沖擊或誤接強電入I/O通道時，通道立即被阻塞保護，強電去除后，通道功能逐漸恢復。
采用全分散型智能I/O測控模件。支持控制器和I/O模件全部前置的遠程控制站安裝方式和智能I/O子系統(tǒng)前置的遠程I/O站安裝方式。
2.2.6 石灰石漿液加入量(Q計算)計算
（此處的Q計算為理論計算值，用于PID設定值的計算）
上式中：
η：脫硫效率設計值95%.
上式中：
（這是一個常數(shù)，一般為0.93）
Ca/S=1.03
Y軸是石灰石漿液密度,X軸是含固量
Y=1000 * X + 925
上圖中:
Q實際反饋 :石灰石漿液濃度作為反饋值;
F(x):為 PH值的偏差對應的修正曲線
Q實際設定值(調(diào)節(jié)閥)=Q理論計算(1+k(PH設定-PH實際)) ;k為比例系數(shù)，初值1，需要在實際中調(diào)整
Q實際設定值是計算的PID的設定值.
2.2.7 增壓風機前饋控制
2.2.7.1 選用引風機開度平均值或鍋爐負荷作為增壓風機開度前饋調(diào)節(jié)的輸入量
注：1、鍋爐負荷180---190對應5%---8%作一曲線，依次列推
可以做一個分段函數(shù),
注：當鍋爐負荷小于180時，增壓風機靜葉開度為5%；大于320時，靜葉開度為23%
Y=5 X∈[0，180]
Y=0.3X-49 X∈[180，190]
Y=0.8X-144 X∈[190，200]
Y=0.1X-4 X∈[200，240]
Y=0.05X+8 X∈[240，260]
Y=21 X∈[260，290]
Y= 0.1X-8 X∈[290，300]
Y= 0.05X+7 X∈[300，320]
Y= 23% X∈[320，+∞]
2.2.7.2 引風機開度平均值對應不同的增壓風機開度
引風機開度平均值當兩個值相同并對應不同的增壓風機開度，去增壓風機的平均值，如下表
當引風機開度小于15時，靜葉開度為6.5%;當高于23時，靜葉開度為22.5%。
Y=6.5 X∈[0，15]
Y=4.75X-64.75 X∈[15，17]
Y=X-1 X∈[17，19]
Y=1.5X-10.5 X∈[19，20]
Y=2X-20.5 X∈[20，20.5]
Y=X X∈[20.5，21]
Y= 0.75X+5.25 X∈[21，23]
Y=22.5% X∈[23，+∞]
3 運行情況
5月30日，華能岳陽電廠4號機組及脫硫裝置同時通過168小時試運行，正式移交生產(chǎn)。這是我國首次實現(xiàn)脫硫裝置與新建機組同步投產(chǎn)。
與發(fā)電機組同步建設投資1.8億元的煙氣脫硫工程采用成熟、可靠的石灰石－石膏濕法脫硫技術,脫硫率達97％以上，使兩臺30萬千瓦燃煤機組投產(chǎn)后每年可減少二氧化硫排放一萬噸。
參考文獻
1. <<岳陽電廠煙氣脫硫DCS技術建議書》- 浙大網(wǎng)新, 2005年1月
2. <<APROL 3.0過程控制系統(tǒng)使用手冊>> - 貝加萊工業(yè)自動化, 2004年2月
3. <<300MW熱電聯(lián)產(chǎn)機組煙氣脫硫技術>> - 中國電力出版社,2006年1月
作者：貝加萊工業(yè)自動化（上海）有限公司 陳志平
