毕业设计电厂脱硫DCS下位机的设计与实施.docx

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毕业设计电厂脱硫DCS下位机的设计与实施

电厂脱硫DCS下位机的设计与实施

作者姓名付力业

专业自动化

摘要

我国每年因酸雨和二氧化硫污染造成损失高达上千亿元人民币。

消减二氧化硫的排放量，控制大气二氧化硫污染，保护大气环境质量，是我国目前及未来相当长时间内环境保护的重要课题之一。

本文首先简述了烟气脱硫工艺的技术发展状况。

通过分析不同烟气脱硫方法的特点，并结合实际，对湿式烟气脱硫工艺进行了相关介绍，并对其工艺流程设计进行了描述。

在充分理解分散控制系统及湿法烟气脱硫技术的基础上，根据实际需求对烟气脱硫自动控制系统的硬件进行了选型；在详细分析烟气脱硫过程中被控对象的特性和控制原理，以及对FGD-DCS自动控制系统的结构、功能及组站设计进行介绍后，本文还探讨了烟气脱硫系统启动、停止控制的逻辑设计及烟气脱硫系统紧急停运时的对策，并根据烟气脱硫系统各子系统的特性及具体控制要求，设计出了一套相适应的控制策略，对子系统的系统结构图，系统组态及控制策略也进行了详细描述。

关键词：

烟气脱硫自动控制系统可编程控制器集散控制系统

ABSTRACT

Eachyear,thelossesofChinacausebyacidrainandSO2pollutionreacheduptothousandsofbillionYuan,soforthepresentandforquitealongtimeinfuture,toreducetheemissionofSO2,tocontroltheairpollutionofSO2,andtoprotectthequalityofatmospherehavebeenoneofourcountry’simportantissuesonenvironmentalprotection.

Thepaperfirstlyoutlinesthedevelopmentoffluegasdesulphurizationtechnology.Byanalyzingthedifferentcharacteristicsoffluegasdesulphurizationmethod，combinedwithpractical,thepaperintroducesthewetfluegasdesulphurizationwithpractical,thepaperintroducesthewetfluegasdesulphurizationtechnologyrelatedpresentations,anddescribesthedesignoftechniqueprocess.

Basedonthefullunderstandingofdistributedcontrolsystemandwetfluegasdesulphurizationtechnology,andaccordingtotheactualdemandoftheautomaticcontrolsystemoffluegasdesulphurization,selectionofhardwareisdone,Afteradetailedanalysisoftheobjectfeaturesandcontrolprincipleofdesulphurizationprocess,andaintroductiononthestructure,functionanddesigngroupofFGD-DCSautomaticcontrolsystemofthestructure,thearticlediscussesthelogicdesignonhowtofluegasdesulphurizationsystemtostart,stop,controlthesystemandtheCountermeasuresatthetimeofanemergencyoutageresponse.Inaccordancewiththecharacteristicsofsubsystemsandspecificcontrolrequirementsoffluegasdesulphurizationsystem,adesignaboutacontrolstrategyadaptedtoitthesystemstructureofsubsystemislaidout,whilethestructurechart,configurationandcontrolstrategiesofthesubsystemarealsodescribedindetail.

Keywords：

fluegasdesulphurization；automaticcontrolsystem；programmablelogiccontrollerdistributedcontrolsystem

第一章电厂脱硫系统下位机方案设计

1.1电厂脱硫工艺简介

我国是一个能源生产和消费大国，一次能源消费总量仅次于美国，居世界第二位，在我国的一次能源和发电能源构成中，煤占据了绝对的主导地位，并且在很长的一段时间里，我国一次能源以煤为主的格局也不会发生变化。

我国电力的生产仍以燃煤机组为主，大量的燃煤和煤中较高的含硫量导致大量的SO2排放。

目前我国已经是世界上最大的SO2排放国，SO2带来的大气污染及酸雨问题日益严重。

我国的大气污染属于典型的煤烟型污染，以粉尘和酸雨危害最大，酸雨问题实质就是SO2问题，我国的酸雨区面积已占国土面积的30%，每年酸雨造成的损失在百亿元以上，控制SO2排放总量是抑制我国酸雨污染发展的关键，因此加强对SO2排放的控制，已成为我国当前刻不容缓的任务。

自动控制系统在火力发电厂烟气脱硫控制系统起着关键作用，要提高脱硫效率就必须提高控制系统的水平和控制质量。

脱硫工艺指从烟道气或其他工业废气中除去硫氧化物（SO2和SO3）。

脱硫工艺主要分为湿法、半干法和干法三类[1]。

1）湿法烟气脱硫技术

湿法烟气脱硫（WFGD）是采用液体吸收剂净化烟气中的SO2。

近年来，常见的湿法烟气脱硫技术有：

石灰石/石灰-石膏法、亚硫酸钠循环吸收法、氧化镁及海水脱硫等等。

湿法烟气脱硫技术比较成熟，在众多的脱硫技术中占据主导地位，其脱硫反应速度快，脱硫效率高，脱硫剂利用率高，生产运行稳定，适合大型燃煤电厂的烟气脱硫。

但是湿法烟气脱硫存在初期投资大，系统复杂，占地面积大，能耗高，设备腐蚀严重，管道易堵塞，废水难以处理等问题。

湿法以石灰石－石膏法应用最普遍，也可以根据实际情况采用氧化镁、氨水、纯碱、强碱等作为吸收剂。

2）半干法烟气脱硫技术

半干法烟气脱硫技术兼有于法与湿法的一些特点，可分为脱硫剂在干状态下脱硫，在湿状态下再生（如水洗活性炭再生流程）和脱硫剂在湿状态下脱硫，在于状态下处理脱硫产物（如喷雾干燥法）两种半干法。

特别是在湿状态下脱硫在于状态下处理脱硫产物的半干法，以其兼有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高和干法无废水废酸排出、脱硫后产物易于处理的好处而受到人们的广泛关注。

半干法烟气脱硫技术将低投资和优良的性能巧妙地结合，但是也存在吸收剂利用率较低和吸收剂消耗量大的问题。

3）干法烟气脱硫技术

干法烟气脱硫（DFGD）是采用粉状吸收剂、吸附剂或催化剂在干态下与燃煤产生的SO2反应，去除烟气中的SO2。

主要包括：

炉内喷钙炉后增湿活化技术、循环流化床干法烟气脱硫、移动床活性炭脱硫法、磷氨肥法、电子束照射法、荷电干式喷射脱硫法等。

干法烟气脱硫技术的脱硫吸收和产物处理均在于状态下进行，没有废水产生，设备腐蚀小，烟气无需再热，结构简单，设备易于维护，运行费用低。

但干法脱硫技术存在脱硫剂利用率低，脱硫效率低等缺点。

1.1.1电厂脱硫原理及脱硫工艺流程

石灰石/石膏法脱硫工艺采用石灰石或石灰作脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌成吸收浆液。

在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应被脱除，最终反应产物为石膏。

其脱硫主要反应为：

SO2+H2O→H2SO3CaCO3+H2SO3→CaSO3+CO2+H2O

CaSO3+O2→CaSO4CaSO4+H2O→CaSO4·2H2O

石灰石/石膏湿法烟气脱硫的基本工艺流程为：

锅炉烟气经过除尘器除尘后，由引风机送入脱硫系统，烟气由进口烟道进入由增压风机增压后，经气气换热器降温，进入吸收塔。

在吸收塔内，烟气由下向上流动，石灰石浆液由上向下洗涤烟气，在吸收塔底部，鼓入空气进行氧化，生成的石膏由石膏浆液泵送人脱水系统。

石灰石/石膏湿法脱硫工艺系统主要由以下子系统组成：

烟气循环系统、除雾系统、工艺水循环系统、石灰石浆液制备系统、石灰石浆液供浆系统、脱硫塔系统、排浆系统[2]，见图1-1。

图1-1脱硫工艺流程

1.2系统设计方案分析

根据对脱硫工艺及控制系统功能的要求，目前通常采用的脱硫控制系统方案有五种：

手动控制，常规继电器控制，模拟仪表和工控机的控制，PLC和工控机的控制和DCS的控制[3]。

方案一：

手动控制是一种最原始的控制方式，由于人不能及时的反馈系统运行信息，而且容易疲劳，所以用手动控制效率低下，费时费力，而且准确性也值得怀疑。

所以用纯手动控制的成本是十分昂贵的。

因此在当前的系统中除了必要时，如出现故障等时候，已经完全被淘汰。

 方案二：

至于使用继电器来控制烟气脱硫系统，这种控制方案投资比较省，但也只能适用控制设备比较少，比较简单的系统，是属于自动化程度化程度不是很高的控制方案。

一旦系统控制量较多或者系统比较复杂的话，常规继电器控制就满足不了，容易出现失误，不够稳定。

随着电子技术、自动控制技术和计算机应用的迅速发展，特别是PLC大举进入数控领域，继电器控制也退出了主导的地位。

方案三：

采用模拟仪表和工控机的控制系统，这种系统广泛应用于中、小型电厂，系统配置简洁，造价较低。

但在一些大、中型的控制系统中，控制系统要同现场其他电气设备实现各种联锁关系，在这种情况下，单一依靠工控机以及模拟仪表无法实现这些复杂的控制功能，系统的可靠性较低[4]。

 方案四：

采用PLC和工控机的控制系统，将PLC作为系统的控制核心，工控机与PLC结合，并实现通讯。

PLC是面向工业发展起来的一种新型的工业控制器，具有编程灵活、功能齐全、控制简单、使用方便、抗干扰能力强、体积小、重量轻、耗电省等特点，在脱硫系统中广泛采用了PLC控制，改善了工人的工作环境，提高了脱硫的效率，取得了很大的经济成效[5]。

方案五：

采用DCS的控制系统，充分利用DCS的软、硬件资源，提高系统的可靠性。

DCS，即所谓的分布式控制系统，或称之为集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。

在系统功能方面，DCS和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同。

但由于DCS系统造价较高，所以一般在一些有着较为全面规范的大中型控制系统中使用[6]。

本工程控制系统采用方案四，以PLC做下位机控制，工控机做上位机来控制脱硫系统。

操作人员在脱硫控制室操作上位机