PAS-300分散控制系统在国电电力大同二电厂脱硫系统中的应用

毛新静

（山西省电力勘测设计院，山西 太原 030001）

1 概述

为加快燃煤机组烟气脱硫设施建设，提高脱硫效率，减少二氧化硫排放对环境造成的影响，国家发展改革委和国家环保总局联合会下发了《燃煤发电机组脱硫电价及脱硫设施运行管理办法（试行）》，《办法》规定，新（扩）建燃煤机组必须按照环保规定同步建设脱硫设施；现有燃煤机组应按照国家发展改革委、国家环保总局印发的《现有燃煤电厂二氧化硫治理“十一五”规划》要求完成脱硫改造。近年来，各个燃煤电厂都适时地引进了烟气脱硫装置。

目前，已投入运行的电厂烟气脱硫系统，大多采用车间集中控制方式，就地设置烟气脱硫系统电子设备间。烟气脱硫系统采用先进、独立的DCS分散控制系统并随烟气脱硫设备提供，烟气脱硫系统DCS的选型与机组DCS一致，以便于实现数据通信。

由于脱硫设备尚未形成国产化，重要的设备还有赖于进口，且多数电厂主机DCS采用进口产品，使得脱硫装置及控制系统价格一直居高不下，在电厂总投资中占相当大的比例。因此，脱硫控制系统的国产化成为当前重要的研究课题。

2 国电电力大同二电厂脱硫系统

国电电力大同二电厂2×200 MW机组采用石灰石－石膏湿法烟气脱硫工艺，脱硫系统FGD为2台机组100%的烟气脱硫，每台锅炉额定出力为670 t/h，每台烟气脱硫装置的处理烟气量为1801742 Nm3/h，脱硫率不小于95%。系统有单独的脱硫升压风机，两炉共用一个吸收塔，在设计最小和最大负荷点的任何负荷工况下都能正常运行，并且排放的污染物不超出环保要求的保证排放值。

本工程烟气脱硫装置和附属系统，包括以下部分：脱硫工业水、工艺水系统；脱硫石膏排出系统；吸收塔系统；GGH（气－气加热器）系统；脱硫挡板门及密封风系统；增加风机及其系统；真空皮带脱水系统；制浆系统；模拟量（MCS）及顺序控制（SCS）系统；脱硫烟气表计及其他系统；该工程烟气脱硫系统采用集中控制方式，以分散控制系统的LCD和键盘作为主要监视和控制中心，配以少量急停按钮（布置在LCD）上，在脱硫控制室可以完成对整套装置的启停、正常工况的监视和调整、异常工况的报警和紧急事故处理。

3 DCS控制系统

本工程选用国电南自的PAS－300 M系统。PAS-300 M分散控制系统是国电南自与华北电力大学联合开发的新一代分散控制系统，国电南自拥有自主知识产权。该系统是一个集计算机技术、网络通讯、显示技术、控制技术为一体的工业自动化产品，完全实现控制与信息一体化，具有开放式结构和良好的硬件兼容性和软件可扩展性。与主机DCS选型一致，形成真正意义上的机炉电及辅助车间控制一体化，使DCS成为电厂各车间的信息中心。

3.1 系统构成

PAS－300 M的基本构成由现场级、控制级、监控级和管理级4层构成。现场级主要包括各种过程通道卡件或模块。控制级包括所有的过程站。监控级包括工程师站（ES）、操作员站（OS）、历史站（HS）和打印机等附属设备。管理级包括实时监控和日常管理两部分。

3.1.1 网络构成

PAS－300 M系统的网络由上到下分为监控网络和控制网络两个层次，监控网络实现工程师站和操作员站的互连，控制网络实现现场控制站与过程IO模块的通讯。网络采用可靠性高的双冗余结构，应用时保证在单条网络失效的情况下而不影响通信。监控网络由100 M高速冗余以太网络构成，用于操作站的连接，完成操作员站的在线数据通讯。控制网络由CAN总线构成，用来实现过程IO模块与现场控制站主控单元的通信，完成实时输入、输出数据的传送。CAN总线是专门为自动控制系统与在设备级分散IO之间进行通讯而设计的，既可满足高速传输，又有简单使用、经济性强等特点。

3.1.2 DCS的硬件配置

本工程两台炉设一个脱硫控制室，脱硫控制室布置在脱硫岛电控综合楼12 m。控制室配置2台操作员站、1台工程师站、1台历史站及1台大屏幕站。电子设备间内配置了DCS电源柜、控制柜、烟气系统机柜、吸收塔系统机柜及公用系统机柜各1个。

3.2 DCS软件功能

DCS基本软件功能为DAS，MCS，SCS，保留必要的与单元机组控制系统DCS间的信号联系。

（1）数据采集处理系统（DAS）将连续采集和处理所有与工艺系统有关的热力过程信号及设备状态信号，及时向操作人员提供运行信息，实现系统安全经济运行，一旦发生任何异常工况，能及时报警。

该系统检测的主要参数有：FGD装置工况及工艺系统的运行参数、主要辅机的运行状态、主要阀门的开关状态及调节阀门的开度、电源及其他必要条件的供给状态、主要的电气参数等。

（2）模拟量控制系统（MCS）。模拟量控制系统将脱硫岛作为一个整体进行控制，确保系统快速和稳定地满足工况变化，并保持稳定的运行，满足脱硫岛安全启停及正常运行的要求。控制系统具有一切必要的手段、自动补偿及修订系统自身的瞬态响应，在自动控制范围内，系统能处于自动方式而不需要任何性质的人工干预。控制系统能操纵被控设备及控制设备实现性能要求的能力，不受到控制系统的限制。

该系统主要完成以下控制：吸收塔供浆流量控制、吸收塔液位控制、吸收塔排浆泵出口浓度控制、升压风机入口压力控制、石灰石浆液密度控制、真空皮带机滤厚度控制。

（3）顺序控制系统（SCS）作为DCS的一部分，完成脱硫系统及辅助系统中各类辅机的启停顺序控制。顺序控制设置必要的程序断电，顺序控制有完备的操作指导，以帮助运行人员快速、准确地启停相关设备。具体包括：GGH密封风机、氧化风机、升压风机冷却风机、升压风机油泵、油泵电机、各种工艺水泵、石膏浆液泵及石膏浆液排出泵的自动切换；循环浆液泵、PH冲洗、GGH及GGH冲洗、除雾器、真空皮带机及升压风机等的顺序控制。

（4）保护及报警。当发生主燃料跳闸（MFT）、GGH加热器停运、增压风机停运、进口烟气挡板未开、出口烟气挡板未开等上述情况中的任何一种异常现象时，FGD装置停运并自动打开烟气旁路挡板，通过关闭进口烟气挡板和出口烟气挡板来隔断进入FGD的烟气通道。

本工程DCS系统与两台炉之间的信息通过硬接线方式实现。主要信号包括锅炉MFT、燃烧器运行、锅炉吹扫、电除尘信号及锅炉负荷信号等。

3.3 控制系统的可靠性分析

PAS－300 M分散控制系统在借鉴国外先进DOS设计经验的基础上，有其独立的特点：

（1）冗余配置。由于所有控制器均采用冗余配置、连接各分散处理单元、IO处理系统、人机接口及系统外部设备等的数据通讯总线也采用冗余配置，冗余的数据通讯总线在任何时候都能同时工作，保证了各种运行工况下系统的实时性和响应时间。

（2）控制分级原则。分散控制系统的设计按照控制分级原则（功能组级、子功能级及驱动级）进行，以便在系统局部故障时，操作员能选择较低的水平控制，而不致丧失对整个过程的控制。

（3）系统的重要保护和跳闸功能采用独立的多个测量通道，重要回路采用三取二逻辑。

（4）DCS与其他控制，保护装置之间的数字量信息交换采用IO通道时，采用光电隔离措施。

（5）对每个独立的控制对象，设有投入运行的许可条件，以避免不符合条件的投运，还设有“动作连锁”，以便在危险的运行条件下使设备跳闸。设置分散控制自诊断的模拟量诊断画面或报警窗，在分散控制系统故障初期时，能够直观、方便地将故障诊断信息向运行人员显示，使故障位置尽快确定，提高系统的运行可靠性。

4 结束语

国电电力大同二电厂两炉一塔烟气脱硫工程自2007年11月顺利通过168 h试运行后，脱硫系统从未无故停运。PAS－300 M分散控制系统的高可靠性保证了脱硫设施能够长期、稳定、可靠运行，能够达到设计脱硫效率，二氧化硫排放量不超标。该系统在国电电力大同二电厂的成功运行，为脱硫控制系统的国产化提供了良好的范例，奠定了坚实的基础。

[1]《燃煤发电机组脱硫电价及脱硫设施运行管理办法（试行）》.