发电厂脱硫热控系统的优化图

1. 系统概述
某电厂共有三台200MW及两台30MW机组,属于上个世纪90年代投产的机组。随着我国对环境保护要求的提高,脱硫系统于2003年开始开工,2005年全部投产,分别由美国常净公司和浙大网新公司作为总承包完成,均采用石灰石湿法烟气脱硫。由于属于旧机组改造工程,受到很多条件的限制,因此从控制回路到就地设备的设计和施工上都有很多不完善的地方,在投产后经过不断的摸索,在运行中逐步改造进行完善。
2. 控制系统简介
1~4号机组FGD的控制系统采用新华控制工程有限公司生产的集计算机、网络、数据库、信息技术和自动控制技术为一体的分散控制系统。整个脱硫分为:1、2、3、4号机和公用等五个子系统,每个机组单元和公用系统都由一套DCS控制。其中公用系统与单元机组通过网桥连接。每个单元网络都包含两台操作员站、一台工程师站、一台历史站和三台双冗余的DPU。网络为双网、冗余、容错的高速公路。公用制浆系统通过光纤和码头远程I/O柜连接。操作员站和现场控制站之间通过冗余的适时网进行通讯。FGD的控制室未设置BTG盘和声光报警系统,所有的报警都在CRT上显示。
5号机组FGD的控制系统采用和利时公司的MACS-3系统。系统配备两台操作员站OPU4、OPU5、一台工程师站OPU3和两台服务器OPU1(主服务器)OPU2(从服务器)。四个现场控制站 (DPU)10、11、12、13。12号站通过光纤和码头远程I/O柜连接。操作员站和现场控制站之间是通过冗余的适时网进行通讯的。5个DO继电器扩展柜1-5和一个电源柜。DCS系统的电源由一台专用的UPS和APS两路供电,在断电的情况下UPS能保证供电。一台彩色屏幕拷贝机和一台报警打印机。FGD的控制室没有设置BTG盘和声光报警系统,所有的报警都在CRT上显示,声音报警由CRT发出。DCS的I/O分布情况如下:4-20mA模拟输入241点、RTD点112点、4-20mA模拟输出32点、数字输入点DI 848点、DO数字输出527点、热电偶输入8点总共1792点。
5号机组FGD装置 MCS系统主要有:a) 增压风机入口压力控制系统1套;b)石膏滤饼厚度控制系统2套。
5号机组FGD装置SCS系统主要由除雾器系统顺控、循环泵冲洗顺控、石灰石浆液泵冲洗顺控、石膏排浆泵冲洗顺控、事故返回泵冲洗顺控、石膏脱水系统启动顺控等组成。
3 系统主要保护逻辑优化后情况简要介绍
优化沙角A厂1~5号机组FGD装置主要设备及保护逻辑如下:
(1)增压风机保护动条件:
a) 增压风机动叶角度大于22%(#5机组35%)且失速2分钟;
b) 增压风机任一轴承温度大于100℃或电机轴承温度大于80℃(有慢信号保护);
c) 增压风机电机任一线圈温度大于130℃(有慢信号保护);
d) 增压风机液压油箱温度高于55℃持续65分钟或高于60℃(有慢信号保护);
e) 原烟气档板未开(信号三取二);
f) 净烟气档板未开(信号三取二);
g) 液压油泵出口压力低持续超过1500秒;
h) 增压风机叶轮振动高高,没有延时;
i) 增压风机电机轴承温度大于75℃且进油流量低(温度信号二取二); j) 增压风机轴承温度大于85℃且进油流量低(温度信号三取三);
k) 原烟气温度高于180℃持续5分钟以上(温度有慢信号保护);
l) GGH主、辅电机转速都低,持续2分钟;
m) 吸收塔液位低于6米(液位信号三取二);
n) 增压风机运行10分钟后,吸收塔出口净烟气温度高于60℃(温度有慢信号保护);
o) 循环泵全部跳闸,没有延时。
(2)快开旁路挡板逻辑:
a) 有跳闸增压风机的条件存在;
b) 增压风机停止信号,发快开旁路脉冲;
c) 增压风失速信号持续60秒;
d) 原烟气压力高于460Pa时,没有延时。
(3)原烟气挡板保护逻辑:
增压风运行480秒后,不允许关原烟气挡板;
(4)净烟气挡板保护逻辑:
两台氧化风都没有在运行,允许关净烟气挡板;
4. 烟气旁路挡板优化
5号脱硫装置烟气挡板为气动执行机构,两个旁路挡板的打开是利用弹簧推动气缸驱动,以实现旁路的快开。初始设计时当控制电源失电时,挡板自动关闭,这样运行过程中万一FGD系统失电,旁路烟气挡板和进、出口挡板全部关闭,锅炉烟气没有出路,从而会造成机组跳闸。针对该问题在调试过程中将挡板的控制方式进行了优化,将旁路烟气挡板改为在失电时自动打开,进、出口烟气挡板在失电时自动关闭,从而保证了机组及FGD系统运行的安全。
1~4号脱硫装置烟气挡板也采用气动执行机构,与5号脱硫装置不同的是旁路烟气挡板执行机构内部没有弹簧,仅靠气缸驱动。初始设计没有考虑机组运行的安全性,当控制电源消失时,旁路挡板关闭及进出口挡板皆关闭,会造成机组跳闸。在调试过程中也将挡板本身的控制方式进行了优化改进,将旁路烟气挡板改为在失电时自动打开。
另外,5号机组脱硫系统旁路挡板为双轴百叶窗式挡板,采用两个气动执行机构分别驱动前、后两层挡板(图1所示)。当其中一个执行机构动作不正常,不影响另外一个动作;1~4号脱硫装置旁路挡板则只有一个执行机构,如果发生气源消失或气源压力低的情况,则旁路挡板无法动作。
针对烟气挡板设计问题,在调试期间,将挡板的控制逻辑进行了优化改进,最大限度地保障了机组及脱硫装置的安全运行。但旁路挡板本身而言,如果采取关旁路运行,仍存在安全隐患,由此将准备计划#1~4机组旁路挡板改造为2+1分别控制,即由一个执行机构控制全部叶片改为原执行机构控制两个叶片,新增的一套控制另外一片,其中新增加的执行机构要求带手动装置。这样当要求保护开旁路时,一个执行机构有故障或机械卡涩时,旁路挡板仍然能够及时部分打开,确保机组锅炉排烟风道的通畅,提高机组运行的安全性。

图1 #5号机脱硫旁路挡板

  5. 其他控制逻辑优化详细介绍
1)#1~4机组脱硫吸收塔除雾器冲洗水自动执行程序:在吸收塔水位高时设置为中断执行,但是在程序中断后所有阀门状态不会改变,保持原状不动,因此水会继续从开着的阀门流入吸收塔,导致水位继续升高,直到运行人员手动停止执行程序,才会关闭所有阀门。而且自动冲洗间隔时间过长,冲洗时间短,容易导致除雾器堵塞造成净烟气带石膏浆液,最终使GGH容易堵塞。
#1~4脱硫吸收塔除雾器自动冲洗程序现更改如下:
a) 除雾器冲洗水电动门做入除雾器冲洗程序内。该电动门不论除雾器冲洗程序结束(包括顺控及手动冲洗)、暂停、中间停止均关闭该电动门,以防止该电动门长期打开状态下,个别冲洗水气动阀关闭不严密造成大量水进入吸收塔,造成吸收塔液位高。
b) 顺控冲洗程序(包括自动顺控和手动顺控)在现有冲洗从下至上冲洗一遍15个门结束后,在从中间层Q07AA111至Q07AA115和下层Q06AA111至Q06AA115冲洗一次后,顺控程序再结束。
c) 在顺控冲洗过程中,冲洗程序在吸收塔液位高于10.2米时,液位高保护动作,停止冲洗程序,关闭冲洗水电动门;顺控投入自动的情况下,在吸收塔液位低于9.7米时,再从原来中断冲洗程序继续往下原来冲洗程序未完部分,直至冲洗完毕。在顺控冲洗过程中,手动暂停冲洗程序也按照上述要求进行。
d) 在顺控投入自动的情况下,在吸收塔液位低于9.7米时,自动投入冲洗程序;在液位高于10.2米时,自动暂停顺控冲洗程序。
e) 增加一个除雾器冲洗水量累积数。该累积数做入历史记录中。吸收塔3个液位计自动冲洗时间由每8小时一次,改为每2小时一次。
2)#1~5机组脱硫增压风机加装一套失速模拟量信号,通过DCS系统判断后和现场失速开关量信号相与后延时120秒,作为增压风机失速保护信号,这样就避免了因为失速开关故障或取样管堵塞引起增压风机误动作。
3)脱硫增压风机动叶自动控制逻辑优化:通过优化提高了动叶自动运行的可靠性。增加增压风机动叶保护关信号,当失速信号出现并延时65秒后,动叶由自动控制强制切手动并且关闭开度至20%(#5脱硫至30%);原烟气压力信号由三个信号取平均改为取中值信号,同时通过关闭旁路挡板运行试验来调整优化了动叶的PID参数。
4)脱硫信号接入中调监控:增加相应的卡件并在DCS组态逻辑,把中调需要监视的信号通过电气的远动RTU装置送至中调,使中调能够通过这些数据严格监视脱硫的投运情况,为考核脱硫电价提供了可靠的依据。
5)#1~4脱硫码头称重皮带清扫链条逻辑修改:原清扫链条自动运行逻辑为:不论称重皮带是否运行,每间隔45分钟自动清扫20分钟。应运行要求将清扫链条自动运行逻辑修改如下:当清扫链条投入自动运行方式时,称重皮带一启动运行,清扫链条同时启动运行,只有当称重皮带停止运行并延时20分钟后,清扫链条方停止运行;清扫链条投入手动运行方式,则由运行人员控制。
6. 总结
通过上述优化手段,使脱硫系统能够投入旁路挡板关闭运行方式,实现真正意义上的机组脱硫运行。在保证了机组脱硫率的真实性和可靠性的同时,也提高了脱硫系统和机组安全运行的可靠性,为环保和蓝天工程画上了完美的句号,同时在我们的蓝天上又增添了一丝白云。