發(fā)電廠脫硫工程電氣及自控設(shè)計思考

張永濤 李強

摘 要：文章簡單概述發(fā)電廠在不同生產(chǎn)階段的脫硫技術(shù)，重點討論關(guān)于此工序系統(tǒng)的電氣及自控設(shè)計。列舉需涵蓋的監(jiān)控內(nèi)容，分別從模擬量、吸收塔液位等環(huán)節(jié)展開。以求發(fā)電廠在滿足脫硫需要的同時，能控制生產(chǎn)投入資本。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠;脫硫工程;自控設(shè)計

引言：國內(nèi)火力發(fā)電依舊占據(jù)較大比重，生產(chǎn)能源一般為煤炭。借助燃燒煤期間形成的蒸汽，達(dá)到能量轉(zhuǎn)化發(fā)電的目的。發(fā)電中，會排出SO2煙氣和粉塵，對自然環(huán)境有不利影響，容易引發(fā)霧霾天氣。

一、發(fā)電廠脫硫技術(shù)

首先，在燃燒前的脫硫處理。如今，比較成熟的技術(shù)主要是液化與加工洗選煤。以洗選煤為例，其是借助微生物、磁選等方式，控制粉塵及硫的含量，并且不會消耗過多的處理費用。運輸煤炭過程中，內(nèi)部無用物質(zhì)已經(jīng)實現(xiàn)控量，保證此時煤炭燃燒效果，同時壓縮運輸費用。洗選煤期間所使用的物理方法比較完善，可以把原煤里鐵礦硫與泥土等雜物清理出去，具備機組搭設(shè)簡單與資金投入量少等特征，但僅對無機硫有效。而對于有機硫可采用化學(xué)手段，借助化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生化合物，實現(xiàn)脫硫。

其次，燃燒期間脫硫處理。一方面，型煤工藝固硫。采煤機械化水平比較高，但煤粉含量不斷增多，而燃燒型煤，可以控制粉塵量。型煤內(nèi)部孔隙相對偏大，而且粒徑比較勻稱，可以有效凈化超過七成的有害物質(zhì)。另一方面，爐內(nèi)噴鈣。該項工藝的脫硫能力有限，但成本不高，比較符合資金實力較差的發(fā)電廠。反應(yīng)過程是：SO2+CaO→CaSO3。雖然此項技術(shù)僅能達(dá)到30%～40%的脫硫程度，但若能搭配合適催化劑，也能超過70%。

最后，燃燒后的脫硫處理。此階段的脫硫主要作用在煙氣上，根據(jù)實際用水量，能分成濕法及干法和半干法。如果以副產(chǎn)品的角度來看，包括回收法與拋棄法，前者為氨脫硫，后者是噴鈣脫硫。

二、電氣自控設(shè)計分析

發(fā)電廠脫硫系統(tǒng)大多數(shù)借助DCS，實現(xiàn)自動控制，其可提供的功能較多，在合理調(diào)試后，能達(dá)到快速響應(yīng)的效果。DCS裝置一般布置在設(shè)備間，臨近控制室，系統(tǒng)操作人員借助上位機，監(jiān)控推流工況，而且異常警報與生成、表格等操作都可在上位機實現(xiàn)。系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下，支持無人值守，安排幾位工作者定期巡檢即可。

（一）監(jiān)控內(nèi)容

首先，實時采集排出煙氣中的污染物含量，此項自控參數(shù)是最為關(guān)鍵的一項。其余參數(shù)還有氧化風(fēng)機與漿液循環(huán)泵等重要裝置，在工作中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息?；趯υO(shè)定該參數(shù)的采集與分析計算，DCS可在參數(shù)的一定起伏區(qū)間中，自動完成控制調(diào)節(jié)，維持脫硫過程的平穩(wěn)運行。在控制煙氣污染濃度符合生產(chǎn)要求的前提下，自控濃度參數(shù)起伏。其次，脫硫工序中裝置通電工況以及負(fù)載狀態(tài)，是利用現(xiàn)場的觸點與電流信號，進(jìn)行監(jiān)控。如，中壓配電裝置，能為其配備通信管理機，以獲取測控設(shè)備傳送信息，通過通信網(wǎng)絡(luò)，與DCS接上，達(dá)到監(jiān)控此類裝置工況的目的。而低壓配電裝置，一般借助硬接線，獲取到所需信號，經(jīng)過電纜，傳送給DCS，完成監(jiān)控過程。再次，DCS不僅能實現(xiàn)自控，還可借助保護(hù)邏輯，在識別到嚴(yán)重異常時，會自動讓系統(tǒng)逐漸停下，同時會發(fā)出警報信號。最后，DCS采集脫硫工程核心裝置工況信號，需立即傳送到主控系統(tǒng)。發(fā)電機組則在脫硫過程發(fā)生嚴(yán)重故障時，通過自動及人工操控，實現(xiàn)下調(diào)負(fù)荷以及停機[1]。

（二）自控系統(tǒng)

1.數(shù)據(jù)采集

此自控部分比較簡單，主要負(fù)責(zé)獲取實際信息。具體功能包括：信息采集處理以及終端顯示輸出、參數(shù)超出限值警報、保存歷史資料等。

2.模擬量控制

發(fā)電廠脫硫期間，大多數(shù)自控動作是依據(jù)模擬信號，借助該系統(tǒng)，可處理模擬量，和設(shè)定值比較，按照偏差值確定調(diào)控量。轉(zhuǎn)變成模擬量，傳給執(zhí)行模塊，達(dá)到自控的目的。該控制系統(tǒng)下，設(shè)置流量與排放等子系統(tǒng)。

一方面，流量控制。石灰石漿液環(huán)節(jié)運轉(zhuǎn)中，DCS把鍋爐工作負(fù)荷、煙氣SO2濃度以及流量等信息，借助實時計算，得到最適宜的理論添加量。下一步則對比吸收塔中漿液pH的實際值與設(shè)定值，結(jié)合漿液當(dāng)前密度，經(jīng)過變化修正后的理論添加量，調(diào)整機組中的石灰石漿液流量。借助此項自控，確保吸收塔中pH值始終處于設(shè)定值附近。另一方面，排放控制。煙氣吸收環(huán)節(jié)處于正常工況時，需保證固體物質(zhì)滿足設(shè)定的含量區(qū)間內(nèi)。為達(dá)到該控制標(biāo)準(zhǔn)，需實時掌握漿液池內(nèi)物質(zhì)的密度，經(jīng)過和設(shè)定值比較，得出最佳的排放時間與排放量。在漿液底流經(jīng)過脫水處理后，形成石膏。

3.吸收塔液位

吸收塔運轉(zhuǎn)期間，其液位不能超出煙氣入口，因而需借助DCS實現(xiàn)全過程監(jiān)測。基于監(jiān)測數(shù)據(jù)采集，控制實際液位。現(xiàn)實調(diào)節(jié)中，是借助改變沖洗水的水量，達(dá)到自控的效果。具體的控制方式為：首先，在吸收塔內(nèi)液位處于設(shè)置區(qū)間中，直接根據(jù)提前設(shè)定的程序完成沖洗動作，有效控制對煙氣產(chǎn)生的阻力，并能及時補充水分。其次，在吸收塔內(nèi)液位不足時，讓除霧或者除塵裝置持續(xù)進(jìn)行沖洗，往吸收塔內(nèi)添加更多的水，直至上升至設(shè)定該區(qū)間。最后，液位超過設(shè)定最大值時，立即停止沖洗動作。漿液借助噴淋部分，接觸到高溫?zé)煔?，促使后者溫度下降，濕度增加，繼而使得漿液水分含量下降，液位隨之降低。在液位降至設(shè)定區(qū)間內(nèi)，重新開啟沖洗處理[2]。

4.開關(guān)量次序

此項自控系統(tǒng)是根據(jù)設(shè)定的工藝步驟，按照相應(yīng)的次序啟停動力裝置及閥門等。借此能降低由于誤操作產(chǎn)生系統(tǒng)異常的概率，能提升系統(tǒng)使用的自動化程度與穩(wěn)定性。

（三）電氣設(shè)計

發(fā)電廠配置的成套脫硫系統(tǒng)，投入成本多，使用成本高。在當(dāng)前環(huán)保指標(biāo)不斷提升中，保證裝置能連續(xù)長期工作為系統(tǒng)設(shè)計師重點考慮的問題。為此，需基于石灰石與石膏的脫硫技術(shù)，確定主接線形式，以給生產(chǎn)活動提供基礎(chǔ)條件。

1.中壓電源

此類電源接入方式有三類：首先，脫硫島中部布置配電設(shè)備，系統(tǒng)所有中壓電氣設(shè)備與變壓裝置，接到高廠變和起備變6kV、10kV一側(cè)。該接入形式符合新建與個別改造工程，不會過多安裝配電裝置，建設(shè)工期短。其次，在脫硫區(qū)中，安設(shè)配電設(shè)備。主接線一般為單母線分段，一般在外部的中壓電源，應(yīng)布置兩條進(jìn)線，接入高廠變或者是起備變。該布線模式可用在高廠變?nèi)萘繕O多，而且現(xiàn)實空間較小的條件下。最后，設(shè)置高壓脫硫變，代替常規(guī)中壓電源。

2.低壓電源

低壓電源可選的方案主要有兩類，其一，設(shè)置兩端的母線和變壓裝置，負(fù)責(zé)脫硫系統(tǒng)中低壓電氣設(shè)備用電。兩個變壓裝置的中壓來源于各自上級，以確保電源之間相互獨立，支持電壓的穩(wěn)定性。其二，該方案是基于上一布置方式，把兩段母線，細(xì)分成四段，分別連接不同的變壓器。在一級母線下分出的兩段母線，互為備用。

3.保安電源

在發(fā)電機組由于故障異常，導(dǎo)致用電母線全部失電，脫硫機組也會停止工作。而脫硫系統(tǒng)常規(guī)停運程序是要求個別裝置繼續(xù)工作一定時間，此類設(shè)備便為事故保安負(fù)荷，一般有DCS、少數(shù)攪拌裝置等。保安負(fù)荷需通過電氣和技術(shù)設(shè)計者，在一同明確總量的前提下，向事故保安提供所需電量。其引接點可為柴油發(fā)電機以及在主廠房內(nèi)的事故保安段，具體要結(jié)合發(fā)電廠需要，加以確定。當(dāng)前，很少有新建的燃煤發(fā)電工程，大多數(shù)脫硫系統(tǒng)是經(jīng)過改造優(yōu)化處理得到，因而可選擇連接在主廠房內(nèi)。此類電源容量是按照發(fā)電廠和脫硫機組情況確定，基于此推導(dǎo)出發(fā)電機容量。通常條件下，發(fā)電機支持增加該項容量，但如果條件不允許，可對發(fā)電機實施擴容處理[3]。

結(jié)束語：

利用自控系統(tǒng)，可對脫硫工序進(jìn)行全面防控，保障對無有害氣體的防控效果，下調(diào)污染排放濃度。今后，發(fā)電廠需在改造脫硫系統(tǒng)方面，適當(dāng)增加資金，促使自動控制系統(tǒng)更加完善，減少每年的二氧化硫排放量，順應(yīng)當(dāng)前節(jié)能降耗的發(fā)展訴求。

參考文獻(xiàn)：

[1]王磊.發(fā)電廠脫硫除塵系統(tǒng)控制及電氣設(shè)計探究[J].電工技術(shù)，2021（06）：10-11+17.

[2]席青華.淺談脫硫工程電氣設(shè)計[J].機電信息，2019（24）：27-28.

[3]熊艷霞.熱電廠脫硫工程電氣及自控設(shè)計分析[J].中國標(biāo)準(zhǔn)化，2019（06）：244-245.