烟气脱硫系统电气自动控制的优化设计.doc

论文题目：烟气脱硫系统电气自动控制的优化设计申报职称： 高级工程师申报人姓名：朱玮申报人单位：北京国信恒润能源环境工程技术有限公司论文专业：电气自动控制目录摘要2一、概述2二、目前脱硫装置电气自动控制系统状况3三、电气自动控制系统在工程实施中优化设计4四、经济效益分析7五、结束语8烟气脱硫系统电气自动控制的优化设计 摘要本文针对氨法烟气脱硫技术的特点，以华电榆林凯越煤化自备电厂脱硫工程为依托，在分析氨法脱硫工艺的基础上，优化设计了氨法烟气脱硫系统电气自动控制系统。首先介绍了氨法烟气脱硫技术及装置电气自动控制系统的的现状、发展趋势。其次对氨法脱硫装置电气自动控制系统从平面布置、方案设计、电气自动控制设备选型、电气与控制系统有机结合进行了设计。接着对氨法脱硫装置电气自动控制系统的控制方案进行了详细设计和研究，主要通过比较分析脱硫装置电气自动控制系统采用独立式和脱硫电气控制系统与机组电气控制系统一体化，从电气控制系统平面布置优化，电气系统设计、控制系统设计、电气系统和控制控制有效结合等几个方面，指出脱硫电气控制系统与机组电气控制系统一体化对于机组的稳定性、整体一致性、运行的可操性和降低工程造价等方面具有较强的优势。对新建和改造的烟气氨法脱硫装置，通过对电气自动控制方案的优化设计，脱硫装置电气自动控制系统与机组电气控制系统实现一体化是可行的，并具有很强的现实意义。关键词：氨法脱硫、电气自动控制系统一、概述近年来，随着环保问题的凸显和环境意识的加强，解决日益严重的环境污染问题，SO2是主要的污染源之一，氨法烟气脱硫技术在国内发电厂烟气脱硫中逐渐应用起来。从2000年开始，国内脱硫装置引进国外技术。从大机组设计理念逐渐延伸到小机组，与此同时，脱硫系统中电气自动控制系统设计方式延伸到国内脱硫装置。针对氨法脱硫系统，因工艺液气比远小于石灰石-石膏法脱硫技术，相应的电耗相对较小，传统的电气自动控制设计理念，利用于氨法小机组脱硫装置显得过于浪费，对目前竞争激烈的脱硫行业，成本控制尤为重要。同时，传统的脱硫电气自动控制设计方式对建设方运行成本也相对较高。随着国内电气及控制设备的技术水平及稳定性逐渐完善及提高，电气设备与热控设备有效结合，在小机组中呈现电气自动控制系统全面计算机化、硬件智能化、分散化以及控制室小型化，辅助车间计算机监控网络产生，可实现电气设备及热控设备远方集中监控。因人力成本的提高，改变了建设方生产管理体制，实现全面集中监控；同时，大大降低了工程造价。烟气脱硫装置作为热电站辅助车间，纳入热电站集中监控势在必行。但是，全厂的电气自动控制系统受电气和热控专业分工影响，配置影响，电气及自动控制一体化、纳入全厂的电气自动控制整体化，确实值得研究。二、目前脱硫装置电气自动控制系统状况2.1 电气自动控制系统配置目前，国内烟气脱硫技术，虽然在SO2的脱除工艺上有所差别，但电气自动控制系统基本相似，与此同时电气专业及热控专业相互独立；由于脱硫技术初期，为国外引进技术，主要用于较大机组，改造项目居多，又加上脱硫工艺的独立性和复杂性，管理体制影响、责任界限划分限制，脱硫装置中电气自动控制系统由总承包商配置和供货，虽然建设方与主机组要求一致，实施过程中，相对较难与主机组融为一体化。建设方几乎都要求，电气控制系统与主机组硬件一致或尽量一致，实际实施过程中，并未实现硬件和软件的一体化。同时，建设方仿照单元机组模式，公用部分和脱硫塔部分，要求配置相对独立的电气自动控制系统，从技术角度来说，是不可取也没有必要，因为，首先电气自动控制设备稳定性越来越高，其次，脱硫装置工艺需求，脱硫装置没有必要仿照单元机组，对机组大修几乎没有影响。运行从厂用电配置方面来说，烟气脱硫装置都是被当作机组的公用辅助设施。首先，传统的电气专业和热控专业平面布置特点：电气专业要求独立的高压设备间、独立的低压设备间、独立的UPS设备间、独立的直流系统设备间；热控专业要求独立的电子设备间、独立的工程师站、独立的操作员站、独立的休息室等相关设施。其次，传统的电气专业和热控专业硬件配置特点：电气专业要求脱硫岛高压电气系统配置电源分别由主厂房不同段各引接1路电源，并采用互为备用方式，两路脱硫进线开关设综合保护装置；脱硫岛高压电气系统配置380/220V系统采用PC（动力中心）、MCC(电动机控制中心)两级供电方式，两段分别由两台低压干式变供电，380/220V两段PC之间分别设联络开关；热控专业硬件配置特点，脱硫自动控制系统设置2个操作员站、1个工程师站、1个历史站和1台打印机，独立的控制环行网络（C-net），及相应的软硬件通讯接口。2.2 电气自动控制系统控制方式从热电站运行上来说，以及上述烟气脱硫装置平面布置和控制系统的配置可以看出，目前烟气脱硫装置的运行模式是作为一个辅助车间来考虑的。电气专业相对独立，除个别故障联锁通过硬接线连接之外，基本上与主机组无联络，未实现一体化管理；热控专业也仅仅通过硬接线或通讯部分信号，并未实现统一监控。三、电气自动控制系统在工程实施中优化设计3.1 工程概况 榆林凯越煤化140万吨/年甲醇热电联产及110KV变电所工程（2280t/h高温高压固态排渣煤粉锅炉，采用两炉一塔锅氨-硫酸铵湿法烟气脱硫系统与主机组同步建设。3.2 电气自动控制系统选型优化设计 榆林凯越煤化氨法脱硫工艺，电气自动控制系统设计从安全、可靠和统一管理等几个方面加以考虑，并针对氨法脱硫工程工艺本身的特点，设计可靠性、可操作性、可维护性和安全性的电气自动控制系统装置，真正意义实现仪控和电控的一体化，实现脱硫电气控制系统与主机电气控制系统一体化。高压电气系统部分，脱硫区域高压设备高压供电由主厂房不同的高压段供电，脱硫区域不再设计独立的高压段；优点：首先，便于高压设备统一管理，其次，减少相应的设备如母联柜、PT柜、隔离柜等设备，减少相应的工程造价；控制部分采用硬接线和通讯方式，重要信号通过硬接线连接DCS控制系统，保证了系统的稳定性，如电压、电流、功率因数等状态信号通过通讯方式与DCS控制系统通讯，通过DCS系统对高压电气设备监控管理，使电气专业与热控专业有效结合。自动控制系统，与主厂统一考虑，将脱硫系统作为辅控车间，选用全集成的、结构完整、功能完善、面向整个生产过程的过程控制系统。基于自动化思想，系统具有统一的数据库、通讯，真正意义上实现统一监控，打破了脱硫电气控制系统相对独立与主机组外控制概念。本工程主机组与脱硫装置统一采用和利时DCS控制系统，在机组控制室和脱硫DCS电子设备间设置通讯，具有相同的通讯等级和控制可靠性。运行人员在主机组控制室通过DCS画面进行监视和操作，实现脱硫系统启停，正常运行的监视和调整以及异常与事故工况的处理优点：目前，由于环保要求提高，取消脱硫装置旁路，统一监控更适合脱硫装置与主机组协调控制，烟气脱硫装置与锅炉运行有着密切的关系，脱硫装置入口的压力及温度的波动对锅炉有一定的影响，因此，将脱硫装置视为主机组的一部分来进行控制。减少操作人员设置岗位，减少人力成本投入，同时减少设备成本投入，减少了相应的工程师站、操作员站、历史站、打印机等辅助设置。 3.3 平面布置优化 电气设备及热控设备统一考虑布置：如图一紧凑的布置方案图一高压电气系统，根据脱硫工艺需求，仅对脱硫系统两台氧化风机高压供电，仅对两台脱硫变供电，故不再设置独立的高压系统，相应不设高压电气间，因此，减少建造面积约50平米；低压电气系统，采用0米布置方案（如图一），因此取消了电缆夹层；不仅减少建筑面积约100平米，同时减少了电缆长度，因本项目脱硫装置对UPS电源需求仅为3KVA，不再单独设置UPS设备间，UPS电源与主机统一考虑，减少建造面积约15平米；自动控制系统，仅保留电子设备间位置，取消操作员站间、工程师站间、休息室等相关配套设施，减少建筑面积约150平米；3.4 电气与控制有机结合优化设计由于受传统思想影响，电气专业和控制专业相对独立，实际上数字化电厂理念的提出，电气专业和控制专业二者不能独立发展，要站在全局的角度来考虑，实现电气-控制一体化，部分功能出现重复建设的浪费，自动化控制系统的整体优势也被局限；目前的国内电气设备功能越来越完备，基本可实现电气设备与控制设备有效结合，由各种控制器相应的电源装置及通信装置组成，实现了对基本功能的控制，实现厂基控制与管理，同时提供给外系统所需的信息及数据。设备运行效率、数据的共享、经济效益的提高等方面有着巨大的优势，是值得去推广的技术。 以本脱硫工程中，实施了部分电气与控制有效结合，脱硫岛电气系统纳入脱硫岛DCS控制，不设常规控制屏。纳入脱硫岛监控的电气设备包括： 380V PC进线及分段开关、脱硫变压器。脱硫电气系统与脱硫岛DCS采用硬接线，高压段设置双冗余通讯管理机，每台的综保装置与通讯机进行通讯，由通讯管理机与DCS系统采用通讯电缆型式进行通讯，取消硬接线，采用通讯方式。低压380VPC段上框架断路器采用具有双网冗余通讯功能、测控功能的低压综合保护装置，通通讯接口与DCS系统进行双网冗余通讯。75kW 以下的电动机及其他回路保护、信号、采用接触器、微机测控装置，信号控制采用通讯电缆方式与DCS系统连接。脱硫岛控制室不设常规音响及光字牌，所有开关状态信号、电气事故信号及预告信号均送入脱硫岛DCS。脱硫岛控制室不设常规测量表计，所有规程规定需要在DCS上显示的电气连续量信号（电流、电压、功率等），通过开关柜中采用微机测控装置将信号通过通信接口以总线方式送至脱硫岛DCS。测量点按电测量及电能计量装置设计技术规程配置。脱硫岛就地或远方至少有如下电气信号及测量：高压厂用电源三相电流、有功电度、三相电压；380V低压厂用母线电压； 高压电动机及40kW以上低压电动机单相电流；开关合闸、跳闸状态、保护动作、保护装置故障、控制电源消失；380V低压PC进线及分段开关所有开关合闸、跳闸状态、保护动作、保护装置故障、控制电源消失；干式变压器温度；所有电动机的合闸、跳闸状态、保护动作、控制电源消失；送入脱硫DCS的电气量能实现数据自动采集、定期打印制表、实时调阅、显示电气接线、亊故自动记录及故障追忆等功能。通过工程实施，初步实现了通过DCS系统强大的控制功能及通讯功能对电气设备监控与管理，同时节省了大量的状态信号电缆，节省了大量DCS状态卡件，具有良好的经济效益。目前，脱硫系统已投入使用，运行良好。四、经济效益分析4.1 工程建设投入分析经过方案优化设计，该工程电气自动控制与主机组电气自动控制一体化方案，不设置单独的高压电气设备间和脱硫控制室，同时减少运行人员值班室、休息室等未设置，减少电控综合楼建筑面积约300平米，相应的结构、暖通、配电等工程量也相应减少，以工业建筑单位面积0.25万元计算，减少工程造价投入75余万元。经过方案优化设计，电气设备相应减少了两面PT柜、一面母联柜、一面隔离开关柜及母线桥，减少设备投入约50余万元；经过方案优化设计，工程师站、操作员站、历史站、通讯接口、打印机等设备与主机组控制系统共用，不单独配置，节省设备投入费用约15余万元；经过方案优化设计，脱硫电子设备间与脱硫电气设备间综合考虑，相对把脱硫控制机柜集中布置，减少控制电缆设备费约30万元，通过电气控制一体化设计，通讯管理，综合减少电缆设备费用约10万元；经过方案优化设计，UPS系统，与主机组综合考虑，减少设备费约15万元；综上几项，榆林凯越煤化氨法脱硫工程中电气自动控制系统与主机组电气控制系统一体化设计，相比单独设置脱硫电控综合楼的方案工程造价减少约180余万元；这对脱硫公司EPC工程来说，成本控制至关重要。4.2 降低运行成本 采用这种一体化设计，不需要单独配置脱硫运行人员，实现了运行人员的集中监控，该工程投入后，应用于脱硫系统的人员每班仅设置3人，同时兼顾脱硝系统、输灰系统、除尘系统等工作，与单独设置脱硫控制系统，运行人员大大减少，从而降低的人力成本，对建设方来说，也具有比较好的借鉴意义。五、结束语从该工程实施可以看出，在一定的条件下，采用脱硫电气自动控制系统与主机组电气自动控制系统一体化设计，具有诸多优势，当然在调试过程中，出现网络不稳定现象，电气与控制通讯存在数据滞后现象，随着电气自动控制设备技术水平和可靠性不断提高，这些问题解决也相应简单。根据工程的不同情况，对于类似的工程，应在初步设计阶段和工程实施过程中，充分了解电气自动控制设备特性及价格成本，对确定具体方案有重要意义。总之，采用采用脱硫电气自动控制系统与主机组电气自动控制一体化设计，是可行的，并具有较强的现实意义。参考文献1 榆林凯越煤化脱硫工程技术协议，北京，北京国信恒润能源环境工程技术公司8