貝加萊APROL系統(tǒng)在電廠煙氣脫硫自動化工程中的應(yīng)用

　　一、電廠煙氣脫硫的意義
　　隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國因燃煤排放的二氧化硫急劇增加。據(jù)統(tǒng)計，1990年全國煤炭消耗量10.52億噸，到1995年煤炭消耗量增至12.8億噸，二氧化硫排放量達(dá)2370萬噸，超過歐洲和美國，居世界首位。由于我國部分地區(qū)燃用高硫煤，燃煤設(shè)備未能采取脫硫措施，致使二氧化硫排放量不斷增加，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。據(jù)國家環(huán)境保護(hù)局對全國2177個環(huán)境監(jiān)測站13年(1981-1993年)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析表明，環(huán)境空氣中二氧化硫濃度超標(biāo)城市不斷增多，目前已有62.3%的城市二氧化硫年平均濃度超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)，日平均濃度超過三級標(biāo)準(zhǔn)（二氧化硫年平均濃度二級標(biāo)準(zhǔn)值為0.06毫克／立方米，是人群在環(huán)境中長期暴露不受危害的基本要求；日平均濃度三級標(biāo)準(zhǔn)值為0.25毫克／立方米，是人群在環(huán)境中短期暴露不受急性健康損害的最低要求。環(huán)境空氣中二氧化硫的主要危害是引起人體呼吸系統(tǒng)疾病，造成人群死亡率增加）。為控制燃煤造成的SO2大量排放，遏制酸沉降污染惡化趨勢，防治城市空氣污染，國家出臺了《燃煤二氧化硫排放污染防治技術(shù)政策》。1991年10月29日國家環(huán)境保護(hù)局批準(zhǔn)《燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，其中GB 13223--91 、GBJ4--73 、代替廢氣電站部分中規(guī)定了燃煤電廠的二氧化硫允許排放量及煙塵允許排放濃度，詳細(xì)介紹了不同燃煤電廠SO2排放量以及SO2最高允許排放濃度的計算方法，適用于全國除層燃和拋煤發(fā)電鍋爐以外的燃煤電廠。
　　隨著國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高以及環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的提高和檢測的日益嚴(yán)格，發(fā)電企業(yè)排污的成本大幅提高，在權(quán)衡利弊之后發(fā)電企業(yè)往往更愿意選擇安裝環(huán)保裝置。同時，推廣燃煤電廠的煙氣脫硫項目以減少SO2污染從經(jīng)濟(jì)角度也是首選。為深入貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，實(shí)現(xiàn)全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，我們把控制二氧化硫的排放作為一項重要工作來抓，于2005年與浙大網(wǎng)新公司合作，對湖南岳陽華能電廠二期2×300Mw ＃1、＃2機(jī)組進(jìn)行了煙氣脫硫自動化系統(tǒng)的設(shè)計調(diào)試工作。
　　二、脫硫工藝的種類
　　煙氣脫硫技術(shù)分為兩大類，即濕法煙氣脫硫技術(shù)和干法煙氣脫硫技術(shù)。濕法煙氣脫硫在燃煤發(fā)電廠及中小型燃煤鍋爐上獲得廣泛的應(yīng)用，成為當(dāng)今世界上燃煤發(fā)電廠采用的脫硫主導(dǎo)工藝技術(shù)。這是由于濕法煙氣脫硫效率高、設(shè)備小、易控制、占地面積小以及適用于高中低硫煤等。目前，在國內(nèi)外燃煤發(fā)電廠中，濕法煙氣硫占總煙氣脫硫的85%左右，并有逐年增加的趨勢。在我國中小型燃煤鍋爐中，濕法煙氣脫硫占98%以上，接近100%。
　　石灰石法占濕法技術(shù)的36.7%。由于石灰石來源豐富，價格比石灰低得多，多年來形成了濕法石灰石——石膏煙氣脫硫技術(shù)，并在國內(nèi)外燃煤發(fā)電廠中獲得廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用量有逐年增加的趨勢。還有拋棄法即對反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行拋棄處理。但石灰石/石灰-石膏拋棄法呈逐年下降的趨勢。這是由于石灰石/石灰——石膏法副產(chǎn)建筑材料石膏，對環(huán)境不造成二次污染所致。另外，還有回收法，強(qiáng)制使CaSO3氧化成CaSO4（石膏）并加以回收。其它濕法技術(shù)有雙堿法、氧化鎂法、氨法、維爾曼－洛德法等各占48.3%。而干法煙氣脫硫技術(shù)則無論脫硫劑是干態(tài)還是濕態(tài)，最終反應(yīng)產(chǎn)物都為干態(tài)。
　　三、岳陽電廠煙氣脫硫工藝原理
　　岳陽電廠脫硫工藝采用濕式石灰石—石膏的化學(xué)吸收法對排放煙氣進(jìn)行脫硫。濕法煙氣脫硫基本原理有物理吸收和化學(xué)吸收法兩種原理。物理吸收速率較低，在現(xiàn)代煙氣中很少單獨(dú)采用物理吸收法。若被吸收的氣體組分與吸收液的組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則稱為化學(xué)吸收。在化學(xué)吸收過程中，被吸收氣體與液體相組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，有效的降低了溶液表面上被吸收氣體的分壓，增加了吸收過程的推動力，即提高了吸收效率又降低了被吸收氣體的氣相分壓。因此，化學(xué)吸收速率比物理吸收速率大得多。
　　該電廠煙氣脫硫系統(tǒng)（FGD）的#3、#4機(jī)組設(shè)計為每爐一座吸收塔和其它附屬設(shè)備。其基本原理是煙氣脫硫生成石膏后，被儲存在石膏堆場中。
　　石灰石－石膏濕法煙氣脫硫的基本化學(xué)反應(yīng)如下：

　　以#3機(jī)組為例，岳陽電廠脫硫工藝流程如圖1所示。

　　圖1 脫硫工藝流程圖

　　煙氣脫硫系統(tǒng)的工藝主要包含：煙氣系統(tǒng)、吸收系統(tǒng)、石灰石漿液制備及供給系統(tǒng)、石膏旋流系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、排空系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)等。由以下主要部件組成：吸收塔、氣氣換熱器、增壓風(fēng)機(jī)及其它設(shè)備和輔助系統(tǒng)、石灰石漿液制備和石膏脫水機(jī)等。
　　每套FGD系統(tǒng)處理電廠一臺鍋爐的煙氣。煙氣系統(tǒng)包括增壓風(fēng)機(jī)、GGH、原煙氣擋板、凈煙氣擋板、旁路擋板、擋板密封風(fēng)機(jī)。在擋板切換至FGD運(yùn)行后，煙氣通過增壓風(fēng)機(jī)和GGH進(jìn)入吸收塔，凈煙氣在吸收塔內(nèi)冷卻至飽和溫度，在GGH內(nèi)得到重新加熱以保證凈煙氣進(jìn)入煙囪前能達(dá)到所要求的溫度80℃。
　　吸收系主要用來洗脫SO2、SO3、HF、HCL和飛塵。新鮮的石灰石漿液不斷的加入吸收塔，副產(chǎn)品石膏漿液、石灰石漿液和水的混合漿液一直在吸收塔內(nèi)從循環(huán)池至噴淋層不斷地循環(huán)。混合漿液在噴嘴處霧化為非常細(xì)小直徑的小液滴，在小液滴滴落回循環(huán)池的過程中，去除了煙氣中的SO2、SO3、HF、HCL和飛塵等。
　　石灰石漿液制備及供給系統(tǒng)由石灰石卸料系統(tǒng)、濕磨系統(tǒng)、石灰石漿液緩沖系統(tǒng)組成，主要是將來自磨機(jī)系統(tǒng)的石灰石漿液稀釋成20%Wt的石灰石漿液，然后送往吸收塔。
　　石膏是洗滌工藝的產(chǎn)品，石膏漿液中含有（如氧化鎂、氯化鈣）石膏、石灰、CaF2和其它雜物顆粒，因此需要對石膏進(jìn)行凈化，將石膏從其它物質(zhì)中分離出來。石膏凈化分兩部進(jìn)行：分離和脫水，分離在石膏旋流系統(tǒng)中進(jìn)行，接著的第二步則在石膏（真空皮帶）脫水系統(tǒng)中進(jìn)行。
　　排空和廢水系統(tǒng)屬于輔助系統(tǒng)，保證脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定、合格的運(yùn)行。
　　四、APROL系統(tǒng)在脫硫綜合自動化項目中的應(yīng)用
　　華能岳陽電廠二期擴(kuò)建2×300MW機(jī)組煙氣脫硫工程與華能岳陽電廠二期擴(kuò)建工程于2005年同時動工，我們負(fù)責(zé)煙氣脫硫綜合自動化控制系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試。
　　該工程控制點(diǎn)數(shù)共3700多點(diǎn)，如表1所示：
　　表 1 華能岳陽電廠二期擴(kuò)建2×300MW機(jī)組煙氣脫硫監(jiān)控點(diǎn)

　　我們將脫硫系統(tǒng)的自動控制分為兩個區(qū)，即制漿區(qū)和脫硫區(qū)。制漿區(qū)負(fù)責(zé)自動控制脫硫漿液的制造和輸送；而脫硫區(qū)則又分別對SO2濃度回路、石灰石粉制漿濃度和脫硫塔煙氣溫度進(jìn)行控制。
　　根據(jù)脫硫系統(tǒng)特點(diǎn)，我們將整個系統(tǒng)劃分為三部分進(jìn)行監(jiān)控，#1脫硫系統(tǒng)、#2脫硫系統(tǒng)和公用系統(tǒng)。#1、#1脫硫系統(tǒng)分別對#1、#2脫硫的煙氣系統(tǒng)、吸收系統(tǒng)、石灰石漿液制備及供給系統(tǒng)、石膏旋流系統(tǒng)和石膏脫水等系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控；公用系統(tǒng)主要對工藝水系統(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)及電氣系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制。
　　整個系統(tǒng)操作層的操作總線為雙以太網(wǎng)，操作層設(shè)備包括4臺操作員工作站、1臺工程師工作站、3臺打印機(jī)、一個打印服務(wù)器，后臺軟件采用B&R公司的APROL過程處理軟件。數(shù)據(jù)高速公路由4個網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，兩兩級聯(lián)方式構(gòu)成雙網(wǎng)?，F(xiàn)場層由控制處理器和過程輸入/輸出(I/O)兩部分構(gòu)成，控制處理器共9對，1#脫硫、2#脫硫和公用系統(tǒng)各3對，每對互為熱備用?？刂铺幚砥鞑捎肅P360,I/O單元采用IF260,通過EX350進(jìn)行遠(yuǎn)程擴(kuò)展?？刂铺幚砥骱瓦^程輸入/輸出(I/O)單元采用CAN_BUS總線通訊方式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

　　圖2 脫硫系統(tǒng)綜合自動化系統(tǒng)機(jī)構(gòu)圖

　　脫硫系統(tǒng)控制的主要目的是保證工藝系統(tǒng)的安全、正常運(yùn)行，提高機(jī)組的自動化水平，維持主要參數(shù)正常；主要輔機(jī)啟停時自動進(jìn)行相關(guān)連鎖操作；保證脫硫系統(tǒng)故障不引起主機(jī)跳閘。表2列出了各系統(tǒng)的主要控制點(diǎn)。

　　表2 各系統(tǒng)主要控制點(diǎn)

　　該工程經(jīng)過近10個月的調(diào)試時間，于2006年5月份按期保質(zhì)的完成了兩個機(jī)組脫硫系統(tǒng)的168驗(yàn)收，并且實(shí)現(xiàn)了華能系統(tǒng)第一個電廠主廠項目168驗(yàn)收與脫硫項目168驗(yàn)收同期完成的目標(biāo)。該系統(tǒng)設(shè)計有完善的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、閉環(huán)控制回路（MCS）及順序控制功能組（SCS）等，系統(tǒng)正常運(yùn)行及啟停過程在運(yùn)行人員少量干預(yù)下均可自動完成。操作人員在集中控制室通過LCD及鍵盤和鼠標(biāo)對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制操作。該系統(tǒng)從投運(yùn)至今運(yùn)行穩(wěn)定。不但創(chuàng)造了巨大的環(huán)境效益，同時創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。由于脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，該電廠多次經(jīng)過環(huán)保部門的驗(yàn)收，排放完全符合標(biāo)準(zhǔn)，因而在工業(yè)電價的基礎(chǔ)上，年年享受每度電0.25元的補(bǔ)貼電價，每年都為電廠增加了巨大的經(jīng)濟(jì)收益。B&R公司在脫硫綜合自動化控制等項目上具有廣闊的應(yīng)用前景！

　　作者：北京電力科學(xué)院  王志凱