摘 要：本文介紹貝加萊APROL DCS系統在電廠煙氣脫硫自動化工程中的應用。作者著重描述了岳陽電廠煙氣脫硫工藝的原理和APROL系統在脫硫綜合自動化系統中的應用。該系統從投運至今運行穩定，不但創造了巨大的環境效益，同時也獲得了顯著的經濟效益。
關鍵詞：貝加萊APROL 系統;電廠;煙氣脫硫工藝;綜合自動化

Application of B&R’s APROL DCS in the Flue Gas Desulphurization
Automation Project of the Power Plant
WANG Zhi-kai
Abstract: The article deals with the application of B&R’s APROL DCS in the fume desulphurization automation project. The author focuses on the description of the principle of fume desulphurization technology in Yueyang Electric Power Plant and the application of APROL system in the desulphurization synthesized automation system. The system has run steady since it has been put into operation; it not only creates an enormous environment benefit but also obtains the significant economic benefit.
Keywords: B&R APROL System; Electric Power Plant; Fume Desulphurization Technology; Synthesized Automation
1 電廠煙氣脫硫的意義
　　隨著經濟的快速發展，我國因燃煤排放的二氧化硫急劇增加。據統計，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2370萬噸，超過歐洲和美國，居世界首位。由于我國部分地區燃用高硫煤，燃煤設備未能采取脫硫措施，致使二氧化硫排放量不斷增加，造成嚴重的環境污染。據國家環境保護局對全國2177個環境監測站13年（1981-1993年）監測數據分析表明，環境空氣中二氧化硫濃度超標城市不斷增多，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準，日平均濃度超過三級標準（二氧化硫年平均濃度二級標準值為0.06毫克/立方米，是人群在環境中長期暴露不受危害的基本要求;日平均濃度三級標準值為0.25毫克/立方米，是人群在環境中短期暴露不受急性健康損害的最低要求。環境空氣中二氧化硫的主要危害是引起人體呼吸系統疾病，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政策》。1991年10月29日國家環境保護局批準《燃煤電廠大氣污染物排放標準》，其中GB 13223——91 、GBJ4——73 、代替廢氣電站部分中規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電鍋爐以外的燃煤電廠。
　　我院于2005年與浙大網新公司合作，對湖南岳陽華能電廠二期2×300Mw #1、#2機組進行了煙氣脫硫自動化系統的設計調試工作。
2 脫硫工藝的種類
　　煙氣脫硫技術分為兩大類，即濕法煙氣脫硫技術和干法煙氣脫硫技術。濕法煙氣脫硫在燃煤發電廠及中小型燃煤鍋爐上獲得廣泛的應用，成為當今世界上燃煤發電廠采用的脫硫主導工藝技術。這是由于濕法煙氣脫硫效率高、設備小、易控制、占地面積小以及適用于高中低硫煤等。目前，在國內外燃煤發電廠中，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，并在國內外燃煤發電廠中獲得廣泛的應用，其應用量有逐年增加的趨勢。還有拋棄法即對反應產物進行拋棄處理。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——石膏法副產建筑材料石膏，對環境不造成二次污染所致。另外，還有回收法，強制使CaSO3氧化成CaSO4（石膏）并加以回收。其它濕法技術有雙堿法、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則無論脫硫劑是干態還是濕態，最終反應產物都為干態。
3 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—石膏的化學吸收法對排放煙氣進行脫硫。濕法煙氣脫硫基本原理有物理吸收和化學吸收法兩種原理。物理吸收速率較低，在現代煙氣中很少單獨采用物理吸收法。若被吸收的氣體組分與吸收液的組分發生化學反應，則稱為化學吸收。在化學吸收過程中，被吸收氣體與液體相組分發生化學反應，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，化學吸收速率比物理吸收速率大得多。
　　該電廠煙氣脫硫系統（FGD）的#3、#4機組設計為每爐一座吸收塔和其它附屬設備。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反應如下：
　　
　　以#3機組為例，岳陽電廠脫硫工藝流程如圖1所示。

圖1 脫硫工藝流程圖
　　煙氣脫硫系統的工藝主要包含：煙氣系統、吸收系統、石灰石漿液制備及供給系統、石膏旋流系統、石膏脫水系統、排空系統、廢水處理系統等。由以下主要部件組成：吸收塔、氣氣換熱器、增壓風機及其它設備和輔助系統、石灰石漿液制備和石膏脫水機等。
　　每套FGD系統處理電廠一臺鍋爐的煙氣。煙氣系統包括增壓風機、GGH、原煙氣擋板、凈煙氣擋板、旁路擋板、擋板密封風機。在擋板切換至FGD運行后，煙氣通過增壓風機和GGH進入吸收塔，凈煙氣在吸收塔內冷卻至飽和溫度，在GGH內得到重新加熱以保證凈煙氣進入煙囪前能達到所要求的溫度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，副產品石膏漿液、石灰石漿液和水的混合漿液一直在吸收塔內從循環池至噴淋層不斷地循環。混合漿液在噴嘴處霧化為非常細小直徑的小液滴，在小液滴滴落回循環池的過程中，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由石灰石卸料系統、濕磨系統、石灰石漿液緩沖系統組成，主要是將來自磨機系統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，因此需要對石膏進行凈化，將石膏從其它物質中分離出來。石膏凈化分兩部進行：分離和脫水，分離在石膏旋流系統中進行，接著的第二步則在石膏（真空皮帶）脫水系統中進行。
　　排空和廢水系統屬于輔助系統，保證脫硫系統穩定、合格的運行。
4 APROL系統在脫硫綜合自動化項目中的應用
　　華能岳陽電廠二期擴建2×300MW機組煙氣脫硫工程與華能岳陽電廠二期擴建工程于2005年同時動工，我們負責煙氣脫硫綜合自動化控制系統的開發調試。
　　該工程控制點數共3700多點，如表1所示：
　　表 1 華能岳陽電廠二期擴建2×300MW機組煙氣脫硫監控點


　　將脫硫系統的自動控制分為兩個區，即制漿區和脫硫區。制漿區負責自動控制脫硫漿液的制造和輸送;而脫硫區則又分別對SO2濃度回路、石灰石粉制漿濃度和脫硫塔煙氣溫度進行控制。
　　根據脫硫系統特點，將整個系統劃分為三部分進行監控，#1脫硫系統、#2脫硫系統和公用系統。#1、#1脫硫系統分別對#1、#2脫硫的煙氣系統、吸收系統、石灰石漿液制備及供給系統、石膏旋流系統和石膏脫水等系統進行監控;公用系統主要對工藝水系統、壓縮空氣系統、石灰石漿液制備系統、石膏脫水系統、廢水處理系統及電氣系統進行監視和控制。
　　APROL R3.0是貝加萊公司研發的新一代創新型過程控制系統，采用NOVELL SUSE Linux9.3操作系統。該系統具有完全的通用性，從終端到顯示層，都可由中央工程設計工具CAE Manager完成配置。整體配置完成后存儲到中央過程控制數據庫。可以從數據庫控制計算機和過程控制系統的控制器上下載項目內容，從而確保了資源中所有的配置數據的一致性。使用集成的下載管理器將數據下載到操作站點，可選的冗余過程數據庫和控制器。硬件可使用貝加萊控制家族中的CP360/380/382。
　　整個系統操作層的操作總線為雙以太網，操作層設備包括4臺操作員工作站、1臺工程師工作站、3臺打印機、一個打印服務器，后臺軟件采用B&R公司的APROL過程處理軟件。數據高速公路由4個網絡交換機，兩兩級聯方式構成雙網。現場層由控制處理器和過程輸入/輸出（I/O）兩部分構成，控制處理器共9對，1#脫硫、2#脫硫和公用系統各3對，每對互為熱備用。控制處理器采用CP360,I/O單元采用IF260,通過EX350進行遠程擴展。控制處理器和過程輸入/輸出（I/O）單元采用CAN_BUS總線通訊方式，系統結構圖如圖2所示。

圖2 脫硫系統綜合自動化系統機構圖
　　脫硫系統控制的主要目的是保證工藝系統的安全、正常運行，提高機組的自動化水平，維持主要參數正常;主要輔機啟停時自動進行相關連鎖操作;保證脫硫系統故障不引起主機跳閘。表2列出了各系統的主要控制點。
　　表2 各系統主要控制點

　　該工程經過近10個月的調試時間，于2006年5月份按期保質的完成了兩個機組脫硫系統的168驗收，并且實現了華能系統第一個電廠主廠項目168驗收與脫硫項目168驗收同期完成的目標。該系統設計有完善的數據采集系統（DAS）、閉環控制回路（MCS）及順序控制功能組（SCS）等，系統正常運行及啟停過程在運行人員少量干預下均可自動完成。操作人員在集中控制室通過LCD及鍵盤和鼠標對系統進行監視和控制操作。該系統從投運至今運行穩定。不但創造了巨大的環境效益，同時創造了巨大的經濟效益。由于脫硫系統的穩定運行，該電廠多次通過環保部門的驗收，排放完全符合標準。B&R公司的DCS在脫硫綜合自動化控制等項目上具有廣闊的應用前景。