基于力控SCADA软件平台的电厂脱硫实时监控系统

摘要：针对电厂脱硫系统的特点和要求，介绍了力控SCADA软件平台在火电厂脱硫监控中的应用，通过监控系统，工作人员能准确了解脱硫系统运行状态，提高脱硫系统各设备的运行效率，降低了设备的损耗及能源的浪费，保证了整个系统按工艺要求正常运行，为电厂安全、稳定、环保运行提供了有力的保证。
关键词： 烟气脱硫 实时监控系统 力控SCADA软件 CEMS

随着国内电力事业的飞速发展，电力环保越来越引起人们的关注。根据国家发展规划，到“十一五”末，中国火电装机将达到4.773亿至5.033亿千瓦，每年需要燃烧煤炭十三点五亿吨，将大大增加电厂的燃煤量。燃煤量的大量增加，使严格控制煤炭燃烧所产生的烟气排放成为电力事业发展的一个重要组成部分。

从排放角度看，煤炭燃烧产生的污染物主要是二氧化硫、氮氧化物和飞灰。使用静电除尘器或纤维过滤器可控制99％的飞灰污染，低氮燃烧器可减少氮氧化物的产生。但是，国内火电厂的二氧化硫排放量始终处在比较高的水平，每年二氧化硫的排放量约为2300万吨，造成的损失高达1200亿元。

烟气脱硫(Flue Gas Desulphurization)，英语简写为FOD，是目前应用最广，降低SO2排放量最直接、最经济、最有效的方法，也是目前唯一大规模商业应用的技术。目前，世界各国对烟气脱硫都非常重视，已开发了数十种行之有效的脱硫技术。根据脱硫过程是否有水参与及脱流产物的干湿状态可以分为湿法、半干法和干法烟气脱硫。另外还有氨法、镁法、钠法、海水脱硫、电予柬辐射法等。

烟气脱硫系统主要由以下各子系统组成：石灰石浆液制备系统、烟气系统、二氧化硫吸收系统(包括浆液循环及氧化)、石膏脱水系统、工艺水系统、废水处理系统。

在所有的方法之中，石灰／石灰石一石膏湿法烟气脱硫技术应用最为广泛，具有脱硫效率高，运行可靠性好的特点。石灰／石灰石一石膏湿法烟气脱硫技术是目前火电厂中大规模商业化应用的脱硫方式之一，90％以上的国内外火电厂脱硫技术均采用石灰／石灰石一石膏湿法烟气脱硫技术。图1所示为典型湿法烟气脱硫工艺图。

图1 典型湿法烟气脱硫工艺图

◆化灰系统流程：

石灰粉→石灰储罐→化浆罐→浆液储罐。可以实时监控石灰储仓料位、化灰系统工作状态、化浆罐液位、浆液储罐液位等。

◆吸收塔工作流程：

锅炉烟气经过除尘器除去大部分的粉尘后，经引风机加压进入脱硫系统。烟气与从上而下的、由喷嘴充分雾化的脱硫液逆向对流接触，脱硫液充分吸收烟气中的SO2后进入除雾器除雾，净化并除雾之后的烟气，由烟道引至烟囱排放。

◆氧化出渣系统工作流程：

脱硫液在吸收塔内和SO2充分反应后，经浆液排出泵进入氧化塔酸化氧化，氧化塔内同时鼓入氧化风和酸化烟气，酸化烟气将剩余的脱硫浆液充分反应后生成亚硫酸钙，然后与氧化风反应生成硫酸钙，经过真空带式过滤机过滤，得到成品石膏。

系统以PLC为控制主体，配置工业控制计算机和组态软件来实现对脱硫系统的数据监视和流程控制。系统网络结构简单，PLC负责采集传感器、压力仪表等检测仪表的数据，通过软件设计控制程序，对现场变送器、阀门和泵等进行监控处理，并可以以多种工作方式进行操作，如就地操作、远程操作和自动运行等，将设备进行集中控制管理，并监视其运行状况，方便故障处理。PLC控制站同监控计算机之间通过以太网进行数据通信，控制终端设置在脱硫监控中心，由操作人员进行监控。

作为整个FGD系统的重要组成部分，力控SCADA软件Forcecontrol6.1负责汇总系统中各种电流、电压、温度、流量以及热工、电气开关量等运行信息，实现对系统运行状态等主要指标的实时监视与控制，并把这些运行信息用图形方式提供给管理人员，帮助管理人员监视和控制系统的运行。同时，从系统运行的安全性和经济性出发，对运行的主要参数进行分析、管理，还可根据运行参数生成各种报表，为系统运行提供有效的管理。

上位机监控组态软件根据工艺流程设计监控画面，具有数据采集显示、数据存储管理、报警输出、历史数据存储及报表生成等功能，并连接网络打印机，方便生产过程中需要生成各种报表文件。该系统设计了冗余的配置模式，5台上位机通过以太网与PLC控制站相连接，保证了数据的一致性和完整性，确保生产安全稳定的运行。

整套系统采用以太网方式通信，图2所示为系统架构示意图。

图2 系统架构示意图

模拟系统图显示包括三个方面的内容：现场设备及其系统模拟图屏幕显示，通过改变颜色进行设备运行状态的显示，设备的运行参数实时显示。对FGD监控系统来说，模拟系统图是以各个分系统的全彩色位图形式来显示的，例如：FGD系统模拟系统图就由吸收塔系统图、升压风机系统图、电气系统图等构成的。

根据系统工艺需求，力控实时监控设计了丰富的画面显示，形象动态地显示化灰系统、脱硫系统、氧化出渣系统及工艺水系统等流程，并采用不同颜色的显示来反映各设备的运行状态。图3、图4所示为脱硫及硫回收力控显示流程图。

图3 脱硫及硫回收力控系统实时流程图

图4 脱硫及硫回收力控系统实时流程图

图5 脱硫系统设备控制力控实时画面

在屏幕上以曲线的形式实时跟踪模拟量参数随时间的变化，或者将数据库中的历史数据以曲线的形式再现出来，直观的表示了重要参数随时阃变化的趋势，便于系统性能的分析和历史数据的查询和检索。

图6 脱硫系统曲线实例图

力控专家报表开发工具提供丰富的报表操作函数集、支持复杂脚本控制，包括：脚本调用和事件脚本，比如利用报表函数可以在报表上同时显示实时数据和任意时刻的历史数据，并加以统计处理，例如取行平均、列平均，统计出最大最小值。以表格的形式成组地显示运行参数和相关参数。列表显示可依据用户需要很方便地在列表显示的每页中配置自己所要监视的参数，其特点是：一、可以分组显示参数如常用参数列表、模拟量参数列表、计算量参数列表、开关量参数列表等等，便于对试验过程的监视；二、可以分类显示相关参数如温度、压力、二氧化硫量等，便于分析相关参数问的相互影响关系。

图7 脱硫系统专家报表

图8 系统报警状态图

本系统具有完善的监控功能，提高了脱硫生产自动化水平，保证了机组的正常稳定运行。通过工程长时间运行的情况看，控制系统、设备运行稳定，维护、检修工作量减少。通过监控系统，工作人员能准确了解脱硫系统运行状态，提高脱硫系统各设备的运行效率，降低了设备的损耗及能源的浪费，保证了整个系统按工艺要求正常运行，为电厂安全、稳定、环保运行提供了有力的保证。