专利名称：大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种大型燃煤电厂烟气脱硫过程的控制系统研发平台，具体的 说是一种电厂烟气脱硫装置的控制系统。
背景技术：
为保护环境，防治二氧化硫对大气的污染， 一般需要采用烟气脱硫技术来 控制燃煤电厂排放S02的排放量。烟气脱硫方式有多种，其中，石灰石湿法烟气脱硫技术已被普遍采用，湿法烟气脱硫技术成熟，效率高，Ca/S比低，运行可靠，但脱硫产物的处理比较 麻烦，工艺复杂，且占地面积和初投资较大。由于受资金和生产场所等条件限制，现有我国绝大部分烟气脱硫新技术仅 停留在小试或中试阶段，做脱硫控制的多侧重脱硫过程控制情况，做脱硫机电 设备的多侧重状态监控和优化，往往忽略了各系统间的联系，很难发挥其应有 的效益。因此难以在大型火电厂烟气脱硫工程中得到实际应用。另外，电厂烟气脱硫系统的仿真平台还停留在纯软件仿真的阶段，即用软 件模拟方式来模拟脱硫系统本体、物理化学反应过程、数据的输入/输出等过程， 这样建立的仿真平台逼真度不高，很难模拟现场的复杂工况和突发事件。本质 上讲，纯软件仿真是建立在合理简化和精确建模基础之上，对难以精确建模的 过程纯软件仿真难免失真，将现场输入/输出设备和计算机软件仿真有机结合起 来的半实物仿真模型将成为未来电厂仿真的发展方向。随着电站仿真装置的普及，研发和提供一套虚机实电的大型燃煤电厂烟气 脱硫控制系统仿真调试技术平台，有利于脱硫装备工艺、新技术、电控装置的 研发；有利于计算机技术、网络技术、现场总线技术、以及通讯技术在大型脱 硫产业化上的运用。如何对烟气脱硫过程控制、优化控制和状态监控、大型机电设备状态监控
进行有机的整合，是本申请人致力研究的内容之一。 发明内容本发明旨在提供是提供一种大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统，形成完全互动的FGD (烟气脱硫)控制系统研发平台，从而达到有效防治二氧化硫对大气 的污染，保护环境。本发明所提供的一种大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统，其特征在于它包 括依次连接的"虚机"部分、DCS控制系统和"实电"部分，其中"虚机" 部分为烟气脱硫仿真平台；DCS控制系统包括设置在实际现场分散的各控制 点，以及工作站、显示器、打印机、数据服务器和连接它们的双冗余光纤环型 通讯网络；"实电"部分为烟气脱硫仿真平台的"实电"部分，包括现场输入 信号采集系统、现场测控仪表以及仿真平台输出信号的执行机构；又"实电" 部分将与现场信号一致的模拟信号和设备状态通过其采集，通过DCS控制系统 送入烟气脱硫仿真平台，进行性能核算和控制运算后，输出信号通过DCS控制 系统到执行机构，完成对实际设备的控制。在上述的大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统中，烟气脱硫仿真平台包括烟气 脱硫若干子系统的物理数学模型、若干控制回路、烟气脱硫启停顺序控制系统、 报警及热工连锁保护装置。在上述的大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统中，烟气脱硫若干子系统包括 吸收塔单元、烟气再热单元、石灰石浆液制备单元和石膏脱水单元。在上述的大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统中，控制回路包括增压风机压 力控制回路、石灰石浆液流量控制回路、吸收塔液位控制回路和石膏脱水控制 回路。在上述的大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统中，各控制点包括数据采集、模 拟量控制、顺序控制。在上述的大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统中，增压风机压力控制回路用于 通过调节风机动叶，把增压风机入口的压力控制在设定值范围内。在上述的大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统中，石灰石浆液流量控制回路用 于在脱硫设备满负荷范围调节石灰石浆液流量，使石灰石浆液脱除S02后能充
分转化为石膏。在上述的大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统中，吸收塔液位控制回路用于通 过控制除雾器冲洗阀的等待时间，来调节吸收塔液位。在上述的大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统中，石膏脱水控制用于通过变频 控制器来调节带式过滤器的速度来控制石膏过滤后石膏层的厚度，以达到控制 脱水后石膏水分为《10%。在上述的大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统中，脱硫装置启停顺序控制用于 在启动和停止过程中，通过外部设备直接控制烟气脱硫仿真平台的运行顺序。由于采用了上述的技术解决方案，将控制技术、计算机技术、网络通讯技 术以及实际现场仪表和执行机构有机结合在一起并应用于烟气脱硫控制系统，构建成一个"虚机实电"半物理仿真平台，形成完全互动的FGD (烟气脱硫) 控制系统研发平台，仿真平台由于可以进行设计、运行、试验、优化以至于管 理方面的试验研究工作，从而节省时间和经费，而且不受现场各种条件的约束， 对旧设备的改造和新设备的研发，保证电厂安全生产和提高运行经济性，提高 电厂的自动化水平有很大的意义。因此，本发明有利于大型脱硫装备工艺、新 技术、电控装置的研发，从而达到有效防治二氧化硫对大气的污染，保护环境。
通过以下对本发明大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统的实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为 图1是本发明大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统的示意图； 图2是本发明中增压风机压力控制回路的示意图； 图3是本发明中石灰石浆液流量控制回路的示意图； 图4是本发明中吸收塔液位控制回路的示意图； 图5是本发明中石膏脱水控制回路的示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统，包括依次连接的"虚 机"部分1、 DCS控制系统2和"实电"部分3，其中 "虚机"部分1为烟气脱硫仿真平台，包括烟气脱硫若干子系统的物理数 学模型、若干控制回路、烟气脱硫启停顺序控制系统、报警及热工连锁保护装 置。烟气脱硫若干子系统包括吸收塔单元、烟气再热单元、石灰石浆液制备 单元和石膏脱水单元。若干控制回路包括增压风机压力控制回路、石灰石浆 液流量控制回路、吸收塔液位控制回路和石膏脱水控制回路。DCS控制系统2包括设置在实际现场分散的各控制点21，以及工作站(包 工程师站22和操作员站23)、显示器(大屏幕)24、打印机25、数据服务器 26和连接它们的100M双冗余光纤环型通讯网络。各控制点包括数据采集、模 拟量控制、顺序控制。它大量采用了标准化产品，组态方式符合IEC1131-3国 际标准，可完成运行分析、画面显示、报表生成、打印、事件记录、事件追忆 等功能。"实电"部分3为烟气脱硫仿真平台的"实电"部分，包括现场输入信号 采集系统、现场测控仪表32以及仿真平台1输出信号的执行机构31。"实电"部分3将与现场信号一致的模拟信号和设备状态通过其采集，通 过DCS控制系统2送入烟气脱硫仿真平台1，进行性能核算和控制运算后，输 出信号通过DCS控制系统2到执行机构31，完成对实际设备的控制。 1.仿真平台模拟FGD过程(1) 增压风机压力控制回路控制任务通过调节风机动叶，把增压风机入口的压力控制在设定值范围内。控制方案增压风机入口压力控制回路，参见图2，锅炉燃烧产生的烟气 在引风机的作用下经烟道进入FGD或直接进入烟囱。为弥补FGD所产生的额 外的压损，在FGD增设了一台单独的增压风机。通过调整增压风机的叶片确 保和控制FGD进口的烟道负压。可调叶片由液压系统控制，通过电动机构调 节油压及相应的叶片位置。系统首先测量增压风机前烟气的压力，和设定值相 减得到差值信号送人PID (比例积分微分)调节单元，同时取锅炉排放烟量的 信号分别乘以一个影响系数作用于PID调节器的输出，共同来实现增压风机压 力的闭环控制，使增压风机稳定运行。(2) 石灰石浆液流量控制回路
控制任务在脱硫设备满负荷范围调节石灰石浆液流量，使石灰石浆液脱 除S02后能充分转化为石膏，控制方案石灰石浆液浓度控制回路，参见图3，利用已知的FGD入口烟 气量和入口 S02的浓度便可得知进入吸收塔S02的总量；另外，利用石灰石 浆液的瞬间浓度，便可算得浆液理论供应量。控制吸收塔的PH为某一值，可 根据化学反应式函数关系f(X)计算出已知的石灰石浆液浓度下应投放的浆液流 量，并将其作为浆液流量设定量。通过调节石灰石浆液的阀门的开度，在吸收 塔石灰石浆液进口处检测进入吸收塔实际的浆液流量。另外，为保证最佳吸收 反应效果，对吸收塔浆液池中PH值要严格控制，为此通过吸收塔实际的PH 测定值与设定的PH值比较，其差值以一定的比例关系对浆液投放量进行校正， 同时确保吸收塔PH值恒定。在吸收塔的入口和出口测量相应的未进化和进化 后烟气中的S02浓度并将其校正到相应烟气温度、压力和烟气量，通过这些测 量值可计算出脱硫效率。(3) 吸收塔液位控制回路控制任务通过控制除雾器冲洗阀的等待时间，来调节吸收塔液位。控制方案吸收塔液位控制回路，参见图4，吸收塔的液位主要由吸收塔石灰石桨液供给量和石膏浆液排放量所决定。但是，进入吸收塔的热烟气在吸 收塔内被冷却并带走了大量的气化了的水，这部分损失的水量将通过除雾器冲 洗水系统得到补充。除雾器冲洗为一闭环顺控系统，当除雾器进出口压差值增 加到某限定之后开始冲洗程序，直到压差下降到原先水平才停止冲洗。冲洗按 一定的顺序和时间间隔通过控制电动蝶阀对除雾器进行冲洗。吸收塔液位并非 固定值，而和烟气负荷直接相关。在烟气负荷一定时，石灰石浆液供应量和石 膏浆液排出量就一定，浆液循环量和循环管路中浆液持有量也一定，加上反应、 氧化、结晶所必要的液池深度，液池中浆液液位的动态和静态深度就出来了。 液位控制即控制循环泵工作时液池(动态)液位高度和循环泵停运时(静态) 液位高度。(4) 石膏脱水控制回路控制任务通过变频控制器来调节带式过滤器的速度来控制石膏过滤后石膏层的厚度，以达到控制脱水后石膏水分为《10%。
控制方案石膏脱水控制回路，参见图5，流入带式过滤器的石膏浆液流 量乘以其浓度，可以得知流入带式过滤器的浆液中石膏介质总量(通过函数关 系式f(X)算得)。在恒定的真空压力下，已知f(X)，浆液过滤后石膏层厚度和 过滤器的速度有一定的反比例关系，控制过滤器的速度便控制了石膏过滤后石 膏层厚度。因此，用函数关系式f(X)的输出设定过滤器的速度，再用石膏层厚 度测定作为反馈进行微调，因而最终控制了石膏层厚度。 (5)脱硫装置启停顺序控制回路脱硫装置启停控制以及一些主要阀门的开关是通过DCS中的开关量顺序 控制系统SCS来完成的。在启动和停止过程中，通过外部设备直接控制计算机 仿真平台的运行顺序，方便简捷且控制信号稳定不受干扰，提高了操作的可靠 性和灵活性。功能组控制层及其具体启动步骤-a、 烟气系统具体实现步骤为满足条件的情况下打开净烟气出口电 动挡板；净烟气挡板全开后关闭通风电动门；顺控启动增压风机；调节增压风 机进口导叶开度为35%，保持增压风机进口烟气压力在设定值附近；待烟气压 力稳定一段时间后关闭旁路电动挡板。b、 吸收塔系统具体实现步骤为打开吸收塔通风门；启动GGH顺控 启动程序；启动吸收塔搅拌器；顺控启动氧化风机；顺控启动除雾器冲洗程序； 启动石膏排出泵顺控程序；启动石灰石浆液排出系统顺控程序；顺控启动吸收 塔号循环泵；启动FGD烟气系统顺控程序；吸收塔浆液浓度闭环控制自动投 入。C、 浆液制备供应系统具体实现步骤为启动石灰石浆液泵顺子组； 启动石膏旋流器溢流箱或打开浆液箱工艺水补水电动门；启动石灰石粉仓落粉给料阀。d、 石膏后处理系统具体启动步骤为启动真空泵；打开真空泵冷却 水电动门；启动滤布冲洗水泵；切除石膏饼厚度自动控制；启动皮带脱水机； 当石膏饼厚度大于15mm后，投入石膏饼厚度自动控制。2. DCS控制系统大型燃煤电厂烟气脱硫DCS控制系统仿真平台具有良好得容错能力和实 时性能，组态方式符合IEC1131-3国际标准，主控卡使用32位嵌入式微处理器 并采用VxWorks嵌入式实时控制系统，保证了系统的实时、可靠运行。DCS分散控制系统采用SUPMAX-800分散控制系统，主要由三部分组成 控制站、工作站和连接两者的系统网络；共配置控制站柜一个、工程师站一个、 操作员站3个，其中操作员站兼做历史数据站，还配有彩色网路打印机一台和 单色激光打印机一台。在任一操作员站上都可以对脱硫装置的仿真运行情况进 行监视和控制，在工程师站上运行组态程序SUPTOOLS,用于进行脱硫控制系 统的组态。工程师通过工程师站进行组态、下装和系统的维护。操作员站、工 程师站、网络打印机、服务器以及I/O处理器均挂在IOOM以太网络上，实现 数据信息的高速通讯，还可以通过交换机与远程进行数据交换或连接视频服 务。分散控制系统按照功能分散和物理分散相结合的原则设计。其控制范围包 括脱硫系统的吸收塔烟气系统、增压风机系统、石灰石浆液制备系统、石膏脱 水系统等。功能包括模拟量控制系统MCS、顺序控制系统SCS以及报警和热 工保护功能，模拟量控制系统包括增压风机压力控制、石灰石浆液流量控制、 吸收塔液位控制和石膏浆排放控制；顺序控制系统包括增加风机系统，石灰石 浆液制备系统、吸收塔系统、石膏脱水系统、工艺水系统的启停控制等。功能 满足脱硫系统的多种运行工况的要求，确保脱硫系统安全、高效运行。远程处理单元是系统在烟气脱硫控制系统虚机实电仿真平台中跟实际电 控平台相连接的接口。由机柜、电源、机笼、分散控制单元(DPU)和I/0卡 件等。DPU分散处理单元是一个多功能控制器和数据处理器的集合，它实现控 制算法、lms分辨力的时间顺序记录SOE和数据采集功能。DPU通过2条冗 余的以太网线直接接在通讯网络上，不需要服务器，并通过冗余的RS-485总 线连接I/0卡件，并具有远程I/0能力。DPU为冗余传输，当工作的主DPU故 障时，能无扰动的切换到从DPU上，切换时间小于lms，保证控制连接性和系 统安全性。I/O模板总线扩展卡和机架系列，连接着全厂的数千个过程变量和 可控制的终端元件设备，还可以提供可编程控制器和过程控制器的特性，提供 平滑执行多变量控制算法和顺序控制。包括总线扩展卡模拟量和数字量I/O卡、 热电偶(T/C)卡、热电阻(RTD)卡、二进制控制(BCM)卡、脉冲量(PI)
卡、SOE卡和特种快速模拟量输出卡，卡件技术指标。烟气脱硫控制系统仿真 平台中共使用了模拟量输入、模拟量输出、数字量输入、数字量输出几种I/O类型。烟气脱硫DCS分散控制系统仿真平台采用了具有国际先进水平的实时监 控软件，开发出了满足工程系统要求的功能强大的人机界面。 3.现场仪表和执行机构现场测控仪表和执行机构包括各类控制阀、执行电动机及液压伺服系统 等。这些现场测控仪表和执行机构分布于烟气脱硫过程的各个子系统控制点 上，如吸收塔单元、石灰石浆液制备单元、磨煤机单元、氧化风机单元等，用 于检测各个系统关键设备的状态以及关键参数的变化，并将这些信号通过DCS 控制系统送入FGD过程模型或控制模型，模型的输出信号最终也输出到执行 机构，实现设备和系统的控制。综上所述，本发明包括独立的模拟FGD过程的仿真计算机和仿真软件、 烟气脱硫分散控制系统DCS、现场仪表和执行机构、与实际控制室一致的操作 环境，并将上述系统整合在一起，该烟气脱硫控制系统"虚机实电"半物理仿 真平台，构建成一个完全互动的FGD控制系统研发平台。需要说明的是以上仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上 述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可 以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改 或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统，其特征在于它包括依次连接的“虚机”部分、DCS控制系统和“实电”部分，其中“虚机”部分为烟气脱硫仿真平台；DCS控制系统包括设置在实际现场分散的各控制点，以及工作站、显示器、打印机、数据服务器和连接它们的双冗余光纤环型通讯网络；“实电”部分为烟气脱硫仿真平台的“实电”部分，包括现场输入信号采集系统、现场测控仪表以及仿真平台输出信号的执行机构；又“实电”部分将与现场信号一致的模拟信号和设备状态通过其采集，通过DCS控制系统送入烟气脱硫仿真平台，进行性能核算和控制运算后，输出信号通过DCS控制系统到执行机构，完成对实际设备的控制。
2. 根据权利要求l所述的大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统，其特征在于 所述的烟气脱硫仿真平台包括烟气脱硫若干子系统的物理数学模型、若干控制回路、烟气脱硫启停顺序控制系统、报警及热工连锁保护装置。
3. 根据权利要求2所述的大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统，其特征在于 所述的烟气脱硫若干子系统包括吸收塔单元、烟气再热单元、石灰石浆液制备单元和石膏脱水单元。
4. 根据权利要求2所述的大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统，其特征在于: 所述的控制回路包括增压风机压力控制回路、石灰石浆液流量控制回路、吸收塔液位控制回路和石膏脱水控制回路。
5. 根据权利要求l所述的大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统，其特征在于: 所述的各控制点包括数据采集、模拟量控制、顺序控制。
6. 根据权利要求4所述的大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统，其特征在于: 所述的增压风机压力控制回路用于通过调节风机动叶，把增压风机入口的压力控制在设定值范围内。
7. 根据权利要求4所述的大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统，其特征在于: 所述的石灰石浆液流量控制回路用于在脱硫设备满负荷范围调节石灰石浆液流量，使石灰石浆液脱除S02后能充分转化为石膏。
8. 根据权利要求4所述的大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统，其特征在于-所述的吸收塔液位控制回路用于通过控制除雾器冲洗阀的等待时间，来调节吸收塔液位。
9. 根据权利要求4所述的大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统，其特征在于 所述的石膏脱水控制用于通过变频控制器来调节带式过滤器的速度来控制石膏过滤后石膏层的厚度，以达到控制脱水后石膏水分为《10%。
10. 根据权利要求2所述的大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统，其特征在于: 所述的脱硫装置启停顺序控制用于在启动和停止过程中，通过外部设备直接控制烟气脱硫仿真平台的运行顺序。
全文摘要
一种大型燃煤电厂烟气脱硫控制系统，包括“虚机”部分，为烟气脱硫仿真平台；DCS控制系统，包括设置在实际现场分散的各控制点，以及工作站、显示器、打印机、数据服务器和连接它们的双冗余光纤环型通讯网络；“实电”部分，为烟气脱硫仿真平台的“实电”部分，包括现场输入信号采集系统、现场测控仪表以及仿真平台输出信号的执行机构；又“实电”部分将与现场信号一致的模拟信号和设备状态通过其采集，通过DCS控制系统送入烟气脱硫仿真平台，进行性能核算和控制运算后，输出信号通过DCS控制系统到执行机构，完成对实际设备的控制。本发明有利于大型脱硫装备工艺、新技术、电控装置的研发，从而达到有效防治二氧化硫对大气的污染，保护环境。
文档编号B01D53/50GK101152616SQ200610116579
公开日2008年4月2日 申请日期2006年9月27日 优先权日2006年9月27日
发明者叶一枝, 汤雪华, 王庆东, 峰 祁, 建 陈, 陈江洪 申请人:上海电气集团股份有限公司