摘要：本工程為華能岳陽電廠二期擴建2×300MW機組煙氣脫硫工程，煙氣采用石灰石-石膏濕法工藝進行脫硫。整個工程采用了貝加萊APROL分散控制系統, 控制包括3#FGD, 4#FGD, 石灰石漿液, 石膏脫水, 廢水等公用部分.
　　關鍵詞：電廠 脫硫 DCS 貝加萊 APROL 石膏 FGD
　　Abstract：This FGD project is parts of 2×300MW units in Huaneng Yueyang Electrical Power Plant, it apply Limestone wet flue gas desulfurization. The whole system use B&R APROL DCS, its control area include: 3#FGD, 4#FGD, serous limestone, gypsum drying, waste-water and so on.
　　Key Words：Thermo Electrical Power Plant FGD DCS B&R APROL limestone gypsum

　　1 工程概述
　　1.1 工程簡介
　　本工程為華能岳陽電廠二期擴建2×300MW機組煙氣脫硫工程，煙氣采用石灰石-石膏濕法工藝進行脫硫。每臺機組設獨立的煙氣系統、吸收塔等脫硫裝置，單元運行，其監控范圍包括：
　　--FGD裝置：吸收塔、煙氣系統、增壓風機、GGH系統、排放系統；
　　--FGD公用系統：工藝水系統、壓縮空氣系統、石灰石漿液制備系統、石膏脫水系統、廢水處理系統；
　　--FGD電氣系統：脫硫低壓變、高低壓電源回路、UPS、直流系統監視和控制；
　　--煙氣檢測、成分分析等；
　　控制系統I/O規模在3560點。
　　1.2 技術要求
　　本工程要求FGD_DCS完成規定的數據采集（DAS）、模擬量控制（MCS）、順序控制（SCS）等功能以滿足脫硫系統各種運行工況的要求，確保脫硫系統安全、高效運行。
　　整個FGD_DCS的可利用率至少為99.9%,脫硫率95%以上 。DAS系統的平均無故障時間（MTBF）不小于8600小時，SCS、MCS系統的平均無故障時間（MTBF）不小于16000小時。
　　1.3 技術難點
　　石灰石漿液投入量控制的精度決定著整個系統的脫硫率,增壓風機的開度閉環控制精度影響鍋爐爐膛壓力的穩定性,因此如何控制好這兩個量是該控制系統成功的難點.
　　2    控制系統
　　2.1 APROL簡介
　　貝加萊(B&R)APROL DCS是一個基于SUSE LINUX 32/64操作系統上的分布式操作系統，通過它能實現從現場I/O到數據服務器和操作員站，以及網絡通訊集成一體化開發。由APROL組成的系統可以簡單到一個DPU站加一個操作員站的小系統，也可擴展至多層網絡結構，上百個DPU和上百個操作站的復雜系統。APROL完全能夠滿足FDA 21CFR第11章和GAMP4提出的審計追蹤要求。
　　2.1.1 APROL網絡架構
　　APROL系統的通訊網絡分三層架構:操作總線,過程總線和I/O總線。APROL建議客戶將操作總線和過程總線分離，以提高過程總線的實時性。

　　2.1.2 工程組態
　　整個工程設計過程，從MSR測量點到復雜的控制/調節工作直到過程控制和過程可視化，僅通過一個工具完成，該工具為CaeManager。全部工程設計過程采用圖形方式完成，軟件實現采用IEC1131-3標準功能塊圖（VDI/VDE3696），各個層次都可以用C語言來開發更強大的功能塊。

　　2.1.3 人機界面

　　操作和監視層是一個用于觀察實時處理過程的全圖形視窗系統， APROL的應用進程會在操作員終端顯示運行系統的所有實時處理。操作員可以根據當前詳細的設備運行狀態，以及特定的工廠條件，選擇相應的處理行為。同時，操作員也可以處理歷史數據和過程事件，對系統的運行進行分析和統計。
　　對過程的操作和監視是通過APROL 系統的應用"畫面顯示中心（DisplayCenter）"來實現的。這個高效的程序通過完整的過程圖動態顯示工廠的設備狀態；并且，通過一套集成的訪問控制手段，它將操作員的動作行為合成到運行的處理過程。通過分層的樹狀結構（Image Tree）和細化的步驟，支持對信息的完整顯示，從而允許快速和安全的對工廠的各個設備進行分別的參數調整。"畫面顯示中心（DisplayCenter）"被設計成操作員進行監視運行和維護的可視化工具。直觀的操作方式基于鼠標和鍵盤的組合環境，如同在Microsoft Windows環境中一樣。
　　可以顯示的動態過程處理圖的數量僅僅取決于硬件的環境，這應歸功于先進的軟件體系結構的設計理念。為了達到最大性能，滿足最可能的需求，DisplayCenter直接連接到在線的過程數據庫IOSYS。雙向的數據傳輸僅限定在已經實際改變的狀態量上。顯示時間（大約顯示500個過程變量）總計小于1秒鐘。
　　2.2 控制系統介紹
　　2.2.1 網絡拓撲圖

　　2.2.2 總線系統
　　2.2.2.1 操作總線
　　操作總線是操作員站與數據服務器之間的通訊網路,操作總線主要傳送操作站需要的數據。本系統采用快速工業交換機組成以太環網冗余結構，它的網絡通訊速率為100MBPS,設備之間通訊距離最大為100米(加光纖最大可達70千米)。APROL分散控制系統操作總線系統是基于TCP/IP協議的主從架構，操作員站為客戶機，數據服務器時服務器。
　　2.2.2.2 過程總線
　　過程總線是數據服務器與DPU之間的高速網路。APROL DCS系統的過程總線可采用時下工業界流行的各種通訊方式：RS232/485、CAN、PROFIBUS、工業以太網、光纖網。本系統采用快速工業交換機組成以太環網冗余結構，網絡通訊速率為100MBPS,設備之間通訊距離最大為100米(加光纖最大可達70千米)。網絡刷新能力為32萬點/秒。
　　APROL系統過程總線提供一種"透明工廠"技術，只要接入APROL的DPU在物理網路上是可達的，不管中間轉換過多少種通訊介質：RS232/422、CAN、PROFIBUS、以太網和光纖，中間經歷多少個DPU站。中央控制室操作員站和工程師站都可以對該DPU進行診斷和監控.
　　2.2.2.3 I/O總線
　　I/O總線是DPU控制器與I/O擴展站之間的數據網路。APROL可以提供RIO，CAN，PROFIBUS DP，DEVICENET和POWERLINK等I/O總線類型。本系統采用CAN作為IO總線,通訊速度為500Kbps
　　2.2.3  控制計算機
　　控制計算機用來收集從現場FGD#3，FGD#4和公共部分的數據，并且完成歷史數據冗余備份，報警數據判斷收集，報表生成，登錄權限管理。本系統使用AP:STDS-HPML370容錯服務器（貝加萊(B&R)對其經過嚴格測試），其性能參數如下：
　　●  惠普ML370 容錯服務器，立式（或機架式）
　　●  230 VAC冗余電源
　　●  雙64位Intel Xeon 3,4 GHz CPU
　　●  2 GB用戶內存
　　●  SCSI RAID控制器0/1, 可升級到RAID 5
　　●  2個熱插拔72 G SCSI硬盤
　　●  8MB顯存
　　●  10/100 Mbit/s (RJ45)以太網接口，用于操作總線
　　●  10/100 Mbit/s (RJ45)以太網接口，用于過程總線
　　●  DVD-ROM/CD-RW驅動器
　　●  3.5"軟驅
　　● 光電鼠標
　　系統共用了5臺控制計算機, 其中一臺為工程師站, 位于電子間, 其它4臺為操作站, 位于集中控制室. 操作站在調試其間也可以通過權限登陸到工程師站組態, 利于一邊觀察一邊修改.
　　2.2.4  現場控制器
　　本系統采用高性能的3CP360.60-1做現場控制器，其主要性能參數如下:
　　●  266MHz，32BIT主處理器
　　● 高性能 FPU浮點處理器
　　● 集成IO處理器
　　●  32MB DRAM，496kB SRAM
　　●  512 KB L2 cache
　　● 程序與數據內存：64M 4G（CF）
　　●  1個插入槽用于PCI模塊，內插 Powerlink等接口
　　●  1個標準RS232接口
　　●  1個100Base-T工業以太網接口
　　●  2個USB(1.1)
　　● 指令周期0.012 0.02 ?s
　　● 最快任務周期: 200 ?s
　　●  I/O處理能力65535任混
　　● 狀態LED燈診斷指示
　　現場共有9對冗余DPU, 27個I/O站.
　　2.2.5  I/O模塊
　　本系統采用的I/O模塊電氣端子可拆卸，提供了施工/維護的方便性。及測試狀態等指示。工業級抗干擾和安全特性符合UL、CSA、CE等認證。 電子模件和電源模件都采用防塵、防潮、防靜電、防電磁干擾，適合遠程就地安裝，抵御惡劣工作環境影響，生命期內免維護。
　　I/O模件通道都采用了先進的電氣隔離技術（光電隔離、繼電器隔離、線性放大器隔離），抗干擾能力強。I/O通道設計安裝有PTC電子保險裝置，當遇強電沖擊或誤接強電入I/O通道時，通道立即被阻塞保護，強電去除后，通道功能逐漸恢復。
　　采用全分散型智能I/O測控模件。支持控制器和I/O模件全部前置的遠程控制站安裝方式和智能I/O子系統前置的遠程I/O站安裝方式。
　　2.2.6 石灰石漿液加入量(Q計算)計算
　　（此處的Q計算為理論計算值，用于PID設定值的計算）
　　上式中：
　　η：脫硫效率設計值95%.

　　上式中：
　　（這是一個常數，一般為0.93）

　　Ca/S=1.03

　　Y軸是石灰石漿液密度,X軸是含固量
　　Y=1000 * X + 925

　　上圖中:
　　Q實際反饋 :石灰石漿液濃度作為反饋值;
　　F(x):為 PH值的偏差對應的修正曲線                                               
　　Q實際設定值(調節閥)=Q理論計算(1+k(PH設定-PH實際))    ;k為比例系數，初值1，需要在實際中調整
　　Q實際設定值是計算的PID的設定值.
　　2.2.7 增壓風機前饋控制
　　2.2.7.1 選用引風機開度平均值或鍋爐負荷作為增壓風機開度前饋調節的輸入量

　　注：1、鍋爐負荷180---190對應5%---8%作一曲線，依次列推

        可以做一個分段函數,
　　注：當鍋爐負荷小于180時，增壓風機靜葉開度為5%；大于320時，靜葉開度為23%
　　Y=5             X∈[0，180]
　　Y=0.3X-49       X∈[180，190]
　　Y=0.8X-144     X∈[190，200]
　　Y=0.1X-4        X∈[200，240]
　　Y=0.05X+8      X∈[240，260]
　　Y=21            X∈[260，290]
　　Y= 0.1X-8        X∈[290，300]
　　Y= 0.05X+7     X∈[300，320]
　　Y= 23%          X∈[320，+∞]
　　2.2.7.2 引風機開度平均值對應不同的增壓風機開度
　　引風機開度平均值當兩個值相同并對應不同的增壓風機開度，去增壓風機的平均值，如下表

　　當引風機開度小于15時，靜葉開度為6.5%;當高于23時，靜葉開度為22.5%。
　　Y=6.5            X∈[0，15]
　　Y=4.75X-64.75   X∈[15，17]
　　Y=X-1          X∈[17，19]
　　Y=1.5X-10.5     X∈[19，20]
　　Y=2X-20.5       X∈[20，20.5]
　　Y=X            X∈[20.5，21]
　　Y= 0.75X+5.25   X∈[21，23]
　　Y=22.5%        X∈[23，+∞]
　　3     運行情況
　　5月30日，華能岳陽電廠4號機組及脫硫裝置同時通過168小時試運行，正式移交生產。這是我國首次實現脫硫裝置與新建機組同步投產。
　　與發電機組同步建設投資1.8億元的煙氣脫硫工程采用成熟、可靠的石灰石－石膏濕法脫硫技術,脫硫率達97％以上，使兩臺30萬千瓦燃煤機組投產后每年可減少二氧化硫排放一萬噸。

　　參考文獻
　　1. <<岳陽電廠煙氣脫硫DCS技術建議書》- 浙大網新, 2005年1月
　　2. <<APROL 3.0過程控制系統使用手冊>> - 貝加萊工業自動化, 2004年2月
　　3. <<300MW熱電聯產機組煙氣脫硫技術>> - 中國電力出版社,2006年1月

　　
　　作者：貝加萊工業自動化（上海）有限公司    陳志平