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烟气脱硫2

罗克韦尔自动化火电厂石灰石-石膏湿法烟气脱硫（FGD）控制系统解决方案

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罗克韦尔自动化

火力发电厂石灰石-石膏湿法烟气脱硫（FGD）

控制系统技术方案

罗克韦尔自动化火电厂石灰石-石膏湿法烟气脱硫（FGD）控制系统解决方案

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目录

1.前言..................................................................................................................4

1.1.电厂烟气脱硫概述............................................................................4

1.2.罗克韦尔自动化FGD-Logix控制系统...........................................5

2.石灰石-石膏湿法脱硫工艺介绍....................................................................5

2.1.石灰石-石膏湿法脱硫工艺的基本原理..........................................5

3.FGD-Logix技术方案......................................................................................7

3.1.系统配置............................................................................................7

3.2.配置说明............................................................................................8

3.2.1.过程单元的处理器模件.............................................................9

3.2.2.过程输入/输出（I/O）.............................................................10

3.2.3.环境及抗干扰...........................................................................12

3.2.4.系统扩展...................................................................................13

3.2.5.软件...........................................................................................13

3.2.6.人机接口...................................................................................14

3.2.7.数据通讯系统...........................................................................15

3.2.8.技术数据表...............................................................................16

3.3.控制方案说明..................................................................................18

3.3.1.数据采集系统（DAS）...........................................................18

3.3.2.模拟量控制系统（MCS）............................................................26

3.3.3.顺序控制系统（SCS）.................................................................29

3.4.罗克韦尔自动化产品介绍..............................................................30

3.4.1.ControlLogix集成控制平台....................................................30

3.4.2.NetLinx开放网络体系结构....................................................32

3.4.2.1.ControlNet网络..............................................................34

3.4.2.2.EtherNet（以太网）............................................................36

3.4.3.软件产品...................................................................................37

3.4.3.1.ControlLogix编程软件RSLogix5000...........................37

3.4.3.2.通讯软件RSLinx............................................................38

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3.4.3.3.RSViewSupervisoryEdition...........................................39

3.4.3.4.企业级控制数据事务处理软件RSSql..........................47

4.FGD-logix配置清单.....................................................................................48

4.1.#1机组脱硫主系统配置清单.........................................................48

4.2.#2机组脱硫主系统配置清单.........................................................49

4.3.#1,2机组脱硫公用系统配置清单..................................................49

4.4.脱硫系统软件配置清单..................................................................50

5.罗克韦尔自动化电厂脱硫方面部分业绩....................................................50

6.罗克韦尔自动化介绍....................................................................................51

7.罗克韦尔自动化在中国................................................................................52

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1.前言

1.1.电厂烟气脱硫概述

近十年来,随着中国电力事业的飞速发展,电力环保越来越引起人们的关注.

到2002年中国火电装机总容量为265.54GW,并且可以预见到2010年装机总容

量将达到490GW,因此将大大增加电厂的耗煤量.耗煤量的大量增加,使严格

控制燃煤产生的排放成为电力事业发展的一个重要组成部分.

从排放角度看,煤燃烧产生的污染物主要是飞灰,氮氧化物和二氧化硫.使

用静电除尘器或纤维过滤器可控制99%的飞灰污染,低氮燃烧器可减少氮氧化物

的产生.

对于二氧化硫的控制,已有多种方法.这些方法在工艺技术,可靠性,初投

资和运行费用等诸多方面各有千秋.但总体上,脱硫方法可根据下面两条原则进

行分类.

1.酸性二氧化硫是否与溶液中或者浆液中或固体里的碱性化合

物进行反应.

2.反应结束后的成品是被抛弃还是转换成可用的副产品.

常用的脱硫方法见下表:

石灰石-石膏法烟气脱硫技术是目前火电厂中大规模商业化应用的脱硫方式

之一,90%以上的国内外火电厂脱硫技术均采用石灰石-石膏法.

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1.2.罗克韦尔自动化FGD-Logix控制系统

根据对火电厂石灰石-石膏烟气脱硫系统的控制要求以及罗克韦尔自动化从

事电厂自动化控制系统设计,制造和应用集成的经验,以2×600MW燃煤机组为

例,提出罗克韦尔自动化针对FGD的FGD-Logix自动控制系统解决方案.

FGD-Logix控制系统具有的功能:

2.控制系统满足FGD工艺要求的控制功能.

3.控制系统象操作者提供友好的操作界面.

4.控制系统的网络采用公开的,成熟的现场总线网络.

5.控制系统具有成熟的自动化技术,并可以在今后相当长一段时

间内保持其技术的先进性.

6.控制系统具有10年以上的备件供应能力,同时还具有较强的

本地的技术支持和服务能力.

2.石灰石-石膏湿法脱硫工艺介绍

2.1.石灰石-石膏湿法脱硫工艺的基本原理

石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺的化学原理如下:

1.烟气中SO2溶解于水中生成亚硫酸并离解成氢离子和HSO离子;

2.烟气中的氧（由氧化风机送入的空气）溶解在水中,将HSO氧化

成SO;

3.吸收剂中的碳酸钙在一定条件下于水中生成Ca2+;

在吸收塔内,溶解的二氧化硫,碳酸钙及氧发生化学反应生成石膏

（CaSO42H2O）.

石灰石-石膏湿法烟气脱硫的反应原理参见下图:

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由于吸收剂循环量大和氧化空气的送入,吸收塔下部浆池中的HSO3

-或亚硫

酸盐几乎全部被氧化为硫酸根或者硫酸盐,最后在CaSO4达到一定过饱和度后

结晶形成石膏—CaSO42H2O,石膏可根据需要进行综合利用或者抛弃处理.

系统整套装置一般布置在锅炉引风机之后,主要的设备是吸收塔,烟气换热

器,升压风机和浆液循环泵,其典型的工艺系统流程图见图1所示:

石灰石-石膏湿法脱硫技术采用石灰石为脱硫吸收剂,石灰石经破碎,研磨

制成石灰浆液进入吸收塔,锅炉引风机出来的烟气经增压风机升压后进入烟气换

热器（GGH）,与GGH冷烟侧的净烟气进行换热降温,降温后的烟气进入吸收

塔内与石灰浆液发生吸收反应.反应后的洁净饱和烟气经喷雾器除雾与GGH冷

烟侧换热升温后由烟囱排出.反应产生的石膏浆液经旋流器,真空皮带机浓缩脱

水,生成石膏初级产品,可继续加工生产石膏产品（CaSO41/2H2O）或抛弃.

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石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺系统主要由以下各子系统组成:

石灰石浆液

制备系统,烟气系统,SO2吸收系统（包括浆液循环及氧化）,石膏脱水系统,

工艺水系统,废水处理系统.同时如果按照工艺要求划分可分为以下部分:

--FGD主系统（含烟道系统,烟气吸收系统,石膏浆液排放系统,排空系统

等）;

--FGD炉公用系统（石灰石浆液制备系统,压缩空气系统,工艺水系统,

石膏脱水系统,废水处理系统,事故浆液系统等）;

3.FGD-Logix技术方案

3.1.系统配置

2x600MW机组石灰石-石膏湿法烟气脱硫控制系统的方案图

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3.2.配置说明

FGD-Logix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2台机组脱硫系统及其相应的公用系统,FGD-Logix的功能包括数据采

集系统（DAS）,模拟量控制系统（MCS）,顺序控制系统（SCS）等,满足脱硫系统

各种运行工况的要求,确保脱硫系统安全,高效运行.整个FGD-PLC的可利用率

至少为99.9%.所有模板的平均无故障时间（MTBF）不小于10万小时.

FGD-Logix通过高性能的工业控制网络EtherNet/IP,ControlNet及其处

理单元,过程I/O,人机接口和过程控制软件Logix5000以及RSViewSE等来完

成脱硫及公用系统生产过程和脱硫电源系统的控制.采用冗余的EtherNet/IP,

ControlNet网络配置和CPU配置以及诊断至模件级的自诊断功能,使其具有高

度的可靠性.系统的监视,报警和自诊断功能高度集中在CRT上显示和在网络打

印机上打印,控制系统在功能和物理上分散.软件和硬件安全,可靠,先进.

FGD-Logix配备3台操作员站,1台工程师站和1台历史数据站,配备A4

单色网络激光打印机2台,A3单色网络激光打印机1台,2台互为冗余备用的服

务器站.操作员站,工程师站,历史服务器站,网络打印机,服务器以及I/O

处理器均挂在冗余的100M以太网网络上,实现数据信息的高速通讯.

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每两台机组脱硫系统合用1套FGD-Logix控制系统进行控制.每台机组脱

硫控制划分为烟气和吸收两个区域,2台机组设立公用区域.具体控制器配制的

数量满足整个系统最忙时,处理器负荷有40%的余量.1#机组脱硫系统设一对

CPU,通过冗余ControlNet网络连接8个I/O站;2#机组脱硫系统设一对CPU,

通过冗余ControlNet网络连接8个I/O站;公用系统合用一对CPU,通过冗余

ControlNet网络连接4个远程I/O站（连接电缆可根据现场具体情况选用同轴电

缆或者光纤进行连接）.

3.2.1.过程单元的处理器模件

（1）为提高系统可靠性,分散处理单元内的处理器模件各司其职.处理

器模件使用I/O处理系统采集的过程信息来完成模拟控制和数字控制.处理

器模件的配置符合下列原则:

（a）分散控制单元均是冗余配置.

（b）按1#机组,2#机组和公用系统各配置独立的冗余分散控制单元.

（c）各控制站计算负荷率<40%.

（2）处理器模件上有OK,RUN,BAT,I/O,RS232等LED显示反映

模件的状态,并可以在CRT上显示.

（3）处理器模件有随机存储器（RAM）,用电池作数据存储的后备电源,

电池的在线更换不影响模件的工作.电池电压低时,在模块和CRT上有报警

显示,应在一周内带电更换电池.在线更换电池不影响模件的工作..

（4）某一个处理器模件故障,不影响其它处理器模件的运行.操作员站

间的总线故障时,处理器模件仍能继续运行.

（5）某一个处理器模件的切除,修改或恢复投运,均不影响其它处理器

模件的运行.

（6）执行控制和保护逻辑功能的处理器模件为冗余配置,一旦某个工作

的处理器模件发生故障,系统能自动地以无扰方式,快速切换至与其冗余的

处理器模件,并在操作员站报警.当故障处理器修复并插入系统后,系统能

自动进行状态拷贝并使其处于冗余运行方式.

（7）冗余处理器模件的切换时间为100ms.数据更新周期为20-60ms,

控制和保护功能不会因冗余切换而丢失或延迟.

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（8）冗余配置的处理器模件与系统有并行的独立接口,均能接受系统对

它们进行的组态和组态修改.处于后备状态的处理器模件能不断更新其自身

获得的信息.

（9）CPU冗余处理器模件可以实现在任何故障及随机错误产生的情况下

连续不间断的控制.

（10）电源故障为系统可恢复性的故障,一旦重新受电,处理器模件能

自动恢复正常工作而无需人员的任何干预.

3.2.2.过程输入/输出（I/O）

（1）I/O处理系统具有"智能化".I/O模件能完成扫描,数据整定,数字

化输入和输出,线性化热电偶冷端补偿,过程点质量判断,工程单位换算等

功能.

（2）所有的I/O模件都有标明I/O状态的LED指示,模件电源和通讯状态

显示.所有系统模件均是固态电路,标准化,模块化和导轨式安装结构;机

柜内模块能被带电插拨而不影响其它模块正常工作,模块的插拨有导轨和连

锁,模块编址不受在机柜内的位置所影响,模块能在一个机柜里的任何位置

都可工作,并执行其功能.

（3）所有的模拟量输入信号每秒扫描和更新100次,所有的数字量输入

信号每秒扫描和更新500次,事件顺序（SOE）输入信号的分辨力小于1ms.

（4）电气系统模拟量输入采样周期≤20ms;非电气模拟量（温度等）输

入采样周期≤20ms;开关量输入采样周期<4ms.

（5）热电偶,热电阻和模拟量模件对模件的每点都有开路和短路以及输

入信号超出数值范围的检查和信号质量的检查功能,这一功能均在每次扫描

过程中完成.

（6）所有接点输入模件都有防抖动滤波处理功能.

（7）FGD-Logix至执行回路的开关量输出信号为继电器输出,模拟量输

出信号与执行机构相连接有匹配措施.I/O均有过压,过流保护.

（8）重要的输入/输出信号的通道可以冗余设置,并分别配置在不同通道

板上.具体数量满足设计要求.

（9）当控制器I/O通道板或者电源故障时,可以带电更换,系统不会引

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起误动作.

（10）DCS系统所用的模拟量模件有自动地和周期性地进行零漂和增益

的校正的功能.

（11）所有输入/输出模件,均能满足ANSI/IEEE482"冲击电压承受能力

试验导则（SWC）"的规定,在误加250V直流电压或交流峰一峰电压时,

不会损坏系统,但是会损坏相应的输入点.

（12）在0-60C0温度范围内,DCS模拟量的精确度在各种状态下均好于

0.1%.在一年内不需手动校正并能保证0.1%的精度要求.

（13）I/O类型

（a）模拟量输入:

4～20mA信号（接地或不接地）,最大输入阻抗为250Ω,可以选择由

系统或者外部设备提供4～20mA二线制变送器的直流24V电源,并且每一

分支供电回路的接地和短路不应影响其他分支供电回路的正常工作.对1～

5VDC输入,输入阻抗≥1000KΩ.

（b）模拟量输出:

4～20mA或1～5VDC可选,具有驱动回路阻抗大于850Ω的负载能力.

负端接到隔离的信号地上.系统提供24VDC的回路电源.

（c）数字量输入:

每个数字量输入均有隔离功能.

（d）数字量输出:

数字量输出模件的每个通道有单独的隔离中间继电器隔离输出,隔离电

压≥250V,继电器可经常带电,并且易于更换.

（e）热电阻（RTD）输入:

热电阻模块直接接受三线制（不需变送器）的Cu50Ω,Cu100Ω,Pt100

Ω等类型的热电阻,机柜内提供热电阻桥路所需的电源.

（f）热电偶（T/C）输入:

系统所配热电阻模块直接接受热电偶信号,分度号有B,S,E,J,K,

T,N,C和R型热电偶信号（不需变送器）,并可满足接地型热电偶要求.

热电偶在整个工作段的线性化及温度补偿等处理在热电偶模件内完成.热电

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偶温度补偿范围可以满足电厂环境温度的要求.

（14）模拟量输入,模拟量输出,RTD和热电偶信号电缆应为屏蔽电缆,

屏蔽电缆统一在机柜一端接地.机柜内提供足够多的屏蔽接线端子.开关量

输入和输出可以使用普通控制电缆,普通控制电缆与动力电缆平行敷设时,

应有屏蔽措施.

（15）I/O输入输出通道除了满足系统对输入输出信号的要求之外,并且

能检测模拟量与数字量之间转换,冷端补偿,电源电压及各子系统之间的硬

接线连接.

（16）现场I/O信号总量初步统计如下:

序号每一炉主系统炉公用系统

4-20mA8040

AI

RTD12020

AO64

DI600320

DO240100

SOE30

合计1076484

总的合计1076×2+484=2636

3.2.3.环境及抗干扰

（1）FGD-Logix系统已经经过其它同类的电厂运行的考验,完全能在电

子噪声,射频干扰及振动都很大的现场环境中连续运行,且不降低系统的性

能.

（2）FGD-Logix系统已经具有各种抗噪声技术,已经经过多年的现场运

行考验,没有出现过问题.

（3）在距FGD-Logix系统的设备1.2m以外发出的工作频率达470MHz,,

功率输出达5W的电磁干扰和射频干扰,不会影响系统的正常工作.

（4）FGD-Logix系统的所有都能在环境温度-10℃～60℃,相对湿度≤

95%（不结露）的环境中连续运行.

（5）系统抗干扰能力

（a）共模电压不小于500V;

（b）共模抑制比不小于120dB,50Hz;

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