摘要：本工程為華能岳陽電廠二期擴(kuò)建2×300MW機(jī)組煙氣脫硫工程，煙氣采用石灰石-石膏濕法工藝進(jìn)行脫硫。整個(gè)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(guān)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(jiǎn)介
本工程為華能岳陽電廠二期擴(kuò)建2×300MW機(jī)組煙氣脫硫工程，煙氣采用石灰石-石膏濕法工藝進(jìn)行脫硫。每臺(tái)機(jī)組設(shè)獨(dú)立的煙氣系統(tǒng)、吸收塔等脫硫裝置，單元運(yùn)行，其監(jiān)控范圍包括：
--FGD裝置：吸收塔、煙氣系統(tǒng)、增壓風(fēng)機(jī)、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(cè)、成分分析等；
控制系統(tǒng)I/O規(guī)模在3560點(diǎn)。
1.2 技術(shù)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(yùn)行工況的要求，確保脫硫系統(tǒng)安全、高效運(yùn)行。
整個(gè)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(shí)間（MTBF）不小于8600小時(shí)，SCS、MCS系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間（MTBF）不小于16000小時(shí)。
1.3 技術(shù)難點(diǎn)
石灰石漿液投入量控制的精度決定著整個(gè)系統(tǒng)的脫硫率,增壓風(fēng)機(jī)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(gè)量是該控制系統(tǒng)成功的難點(diǎn).
2 控制系統(tǒng)
2.1 APROL簡(jiǎn)介
貝加萊(B&R)APROL DCS是一個(gè)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(shí)現(xiàn)從現(xiàn)場(chǎng)I/O到數(shù)據(jù)服務(wù)器和操作員站，以及網(wǎng)絡(luò)通訊集成一體化開發(fā)。由APROL組成的系統(tǒng)可以簡(jiǎn)單到一個(gè)DPU站加一個(gè)操作員站的小系統(tǒng)，也可擴(kuò)展至多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，上百個(gè)DPU和上百個(gè)操作站的復(fù)雜系統(tǒng)。APROL完全能夠滿足FDA 21CFR第11章和GAMP4提出的審計(jì)追蹤要求。
2.1.1 APROL網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
APROL系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)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(shí)時(shí)性。
2.1.2 工程組態(tài)
整個(gè)工程設(shè)計(jì)過程，從MSR測(cè)量點(diǎn)到復(fù)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(gè)工具完成，該工具為CaeManager。全部工程設(shè)計(jì)過程采用圖形方式完成，軟件實(shí)現(xiàn)采用IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)功能塊圖（VDI/VDE3696），各個(gè)層次都可以用C語言來開發(fā)更強(qiáng)大的功能塊。
2.1.3 人機(jī)界面
操作和監(jiān)視層是一個(gè)用于觀察實(shí)時(shí)處理過程的全圖形視窗系統(tǒng)， APROL的應(yīng)用進(jìn)程會(huì)在操作員終端顯示運(yùn)行系統(tǒng)的所有實(shí)時(shí)處理。操作員可以根據(jù)當(dāng)前詳細(xì)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，以及特定的工廠條件，選擇相應(yīng)的處理行為。同時(shí)，操作員也可以處理歷史數(shù)據(jù)和過程事件，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)。
對(duì)過程的操作和監(jiān)視是通過APROL 系統(tǒng)的應(yīng)用"畫面顯示中心（DisplayCenter）"來實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)高效的程序通過完整的過程圖動(dòng)態(tài)顯示工廠的設(shè)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(dòng)作行為合成到運(yùn)行的處理過程。通過分層的樹狀結(jié)構(gòu)（Image Tree）和細(xì)化的步驟，支持對(duì)信息的完整顯示，從而允許快速和安全的對(duì)工廠的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行分別的參數(shù)調(diào)整。"畫面顯示中心（DisplayCenter）"被設(shè)計(jì)成操作員進(jìn)行監(jiān)視運(yùn)行和維護(hù)的可視化工具。直觀的操作方式基于鼠標(biāo)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(dòng)態(tài)過程處理圖的數(shù)量?jī)H僅取決于硬件的環(huán)境，這應(yīng)歸功于先進(jìn)的軟件體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念。為了達(dá)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(kù)IOSYS。雙向的數(shù)據(jù)傳輸僅限定在已經(jīng)實(shí)際改變的狀態(tài)量上。顯示時(shí)間（大約顯示500個(gè)過程變量）總計(jì)小于1秒鐘。
2.2 控制系統(tǒng)介紹
2.2.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
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(wù)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(jī)組成以太環(huán)網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，它的網(wǎng)絡(luò)通訊速率為100MBPS,設(shè)備之間通訊距離最大為100米(加光纖最大可達(dá)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(jī)，數(shù)據(jù)服務(wù)器時(shí)服務(wù)器。
2.2.2.2 過程總線
過程總線是數(shù)據(jù)服務(wù)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(shí)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(jī)組成以太環(huán)網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)通訊速率為100MBPS,設(shè)備之間通訊距離最大為100米(加光纖最大可達(dá)70千米)。網(wǎng)絡(luò)刷新能力為32萬點(diǎn)/秒。
APROL系統(tǒng)過程總線提供一種"透明工廠"技術(shù)，只要接入APROL的DPU在物理網(wǎng)路上是可達(dá)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(gè)DPU站。中央控制室操作員站和工程師站都可以對(duì)該DPU進(jìn)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(kuò)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(jì)算機(jī)
控制計(jì)算機(jī)用來收集從現(xiàn)場(chǎng)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(bào)警數(shù)據(jù)判斷收集，報(bào)表生成，登錄權(quán)限管理。本系統(tǒng)使用AP:STDS-HPML370容錯(cuò)服務(wù)器（貝加萊(B&R)對(duì)其經(jīng)過嚴(yán)格測(cè)試），其性能參數(shù)如下：
● 惠普ML370 容錯(cuò)服務(wù)器，立式（或機(jī)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(jí)到RAID 5
● 2個(gè)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(dòng)器
● 3.5"軟驅(qū)
● 光電鼠標(biāo)
系統(tǒng)共用了5臺(tái)控制計(jì)算機(jī), 其中一臺(tái)為工程師站, 位于電子間, 其它4臺(tái)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(chǎng)控制器
本系統(tǒng)采用高性能的3CP360.60-1做現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)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(gè)插入槽用于PCI模塊，內(nèi)插 Powerlink等接口
● 1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS232接口
● 1個(gè)100Base-T工業(yè)以太網(wǎng)接口
● 2個(gè)USB(1.1)
● 指令周期0.012 0.02 ?s
● 最快任務(wù)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(chǎng)共有9對(duì)冗余DPU, 27個(gè)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(hù)的方便性。及測(cè)試狀態(tài)等指示。工業(yè)級(jí)抗干擾和安全特性符合UL、CSA、CE等認(rèn)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(yuǎn)程就地安裝，抵御惡劣工作環(huán)境影響，生命期內(nèi)免維護(hù)。
I/O模件通道都采用了先進(jìn)的電氣隔離技術(shù)（光電隔離、繼電器隔離、線性放大器隔離），抗干擾能力強(qiáng)。I/O通道設(shè)計(jì)安裝有PTC電子保險(xiǎn)裝置，當(dāng)遇強(qiáng)電沖擊或誤接強(qiáng)電入I/O通道時(shí)，通道立即被阻塞保護(hù)，強(qiáng)電去除后，通道功能逐漸恢復(fù)。
采用全分散型智能I/O測(cè)控模件。支持控制器和I/O模件全部前置的遠(yuǎn)程控制站安裝方式和智能I/O子系統(tǒng)前置的遠(yuǎn)程I/O站安裝方式。
2.2.6 石灰石漿液加入量(Q計(jì)算)計(jì)算
（此處的Q計(jì)算為理論計(jì)算值，用于PID設(shè)定值的計(jì)算）
上式中：
η：脫硫效率設(shè)計(jì)值95%.
上式中：
（這是一個(gè)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(shí)際反饋 :石灰石漿液濃度作為反饋值;
F(x):為 PH值的偏差對(duì)應(yīng)的修正曲線
Q實(shí)際設(shè)定值(調(diào)節(jié)閥)=Q理論計(jì)算(1+k(PH設(shè)定-PH實(shí)際)) ;k為比例系數(shù)，初值1，需要在實(shí)際中調(diào)整
Q實(shí)際設(shè)定值是計(jì)算的PID的設(shè)定值.
2.2.7 增壓風(fēng)機(jī)前饋控制
2.2.7.1 選用引風(fēng)機(jī)開度平均值或鍋爐負(fù)荷作為增壓風(fēng)機(jī)開度前饋調(diào)節(jié)的輸入量
注：1、鍋爐負(fù)荷180---190對(duì)應(yīng)5%---8%作一曲線，依次列推
可以做一個(gè)分段函數(shù),
注：當(dāng)鍋爐負(fù)荷小于180時(shí)，增壓風(fēng)機(jī)靜葉開度為5%；大于320時(shí)，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(fēng)機(jī)開度平均值對(duì)應(yīng)不同的增壓風(fēng)機(jī)開度
引風(fēng)機(jī)開度平均值當(dāng)兩個(gè)值相同并對(duì)應(yīng)不同的增壓風(fēng)機(jī)開度，去增壓風(fēng)機(jī)的平均值，如下表
當(dāng)引風(fēng)機(jī)開度小于15時(shí)，靜葉開度為6.5%;當(dāng)高于23時(shí)，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(yùn)行情況
5月30日，華能岳陽電廠4號(hào)機(jī)組及脫硫裝置同時(shí)通過168小時(shí)試運(yùn)行，正式移交生產(chǎn)。這是我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)脫硫裝置與新建機(jī)組同步投產(chǎn)。
與發(fā)電機(jī)組同步建設(shè)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(shù),脫硫率達(dá)97％以上，使兩臺(tái)30萬千瓦燃煤機(jī)組投產(chǎn)后每年可減少二氧化硫排放一萬噸。
參考文獻(xiàn)
1. <<岳陽電廠煙氣脫硫DCS技術(shù)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(cè)>> - 貝加萊工業(yè)自動(dòng)化, 2004年2月
3. <<300MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組煙氣脫硫技術(shù)>> - 中國(guó)電力出版社,2006年1月
作者：貝加萊工業(yè)自動(dòng)化（上海）有限公司 陳志平