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(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(shè)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(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(shù)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(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(luò)結(jié)構(gòu)，上百個DPU和上百個操作站的復(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時性。

　　2.1.2 工程組態(tài)
　　整個工程設(shè)計過程，從MSR測量點到復(fù)雜的控制/調(diào)節(jié)工作直到過程控制和過程可視化，僅通過一個工具完成，該工具為CaeManager。全部工程設(shè)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(yīng)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(shè)備運行狀態(tài)，以及特定的工廠條件，選擇相應(yīng)的處理行為。同時，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(yīng)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(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(shè)備進行分別的參數(shù)調(diào)整。"畫面顯示中心（DisplayCenter）"被設(shè)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(yīng)歸功于先進的軟件體系結(jié)構(gòu)的設(shè)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(luò)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(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(wù)器時服務(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(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70千米)。網(wǎng)絡(luò)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(shù)，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(wù)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(wù)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(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(shù)（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(shè)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(fù)。
　　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(shè)定值的計算）
　　上式中：
　　η：脫硫效率設(shè)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(yīng)的修正曲線                                               
　　Q實際設(shè)定值(調(diào)節(jié)閥)=Q理論計算(1+k(PH設(shè)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(shè)定值是計算的PID的設(shè)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(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(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>> - 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(shù)>> - 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