基于PLC的火电厂烟气脱硫控制系统研究与设计

分享到:

0 引 言
我国是燃煤大国,煤炭占一次能源消费总量的75%。随着煤炭消费的不断增长,燃煤排放的二氧化硫也不断增加,致使我国酸雨和二氧化硫污染日趋严重。为了实现SO2的减排目标,国家制定了一系列的环保措施。目前国内烟气脱硫工艺设备的设计、制造、安装和调试水平已有了大幅度的提高,已建成、投运了一大批大型机组火电机组烟气脱硫系统。但据了解,目前投运的火力发电厂都还存在着不少这样或那样的技术问题,其中热工自动化投入水平不高是其中的一个重要技术问题,如测量不准,系统自动投不上,系统调节品质差等,致使一些电厂的脱硫系统出现运行故障多、不能与发电机组完全同步运行或运行中脱硫效率达不到设计值或系统运行成本高等问题。对于整个烟气脱硫系统,作为监视、控制脱硫系统运行的控制系统是重要的组成部分,它既要保证脱硫系统的正常工作和异常工况的系统安全,又要与单元机组控制系统相协调,保证锅炉的安全运行。
控制系统采用DCS虽然自动化程度大为提高,但由于脱硫工艺系统总的监控点数(一般为600~1 000点)远低于能满足单元机组控制的DCS系统的经济规模(一般为5 000~10 000点),造成控制系统造价偏高,经济性下降。目前,国内许多电厂在烟气脱硫控制上己开始尝试采用可编程控制器PLC作为控制主机,将脱硫控制纳入全厂辅助系统网络集中监控,既保证可靠性,又能大幅度降低系统造价。
本文研究采用可编程控制器PLC作为控制主机,进行脱硫控制系统的硬件设计,给出了具体的设计方案及各功能模块的详细设计。现场实际运行结果证明了设计方法的有效性。

1 烟气脱硫工艺流程
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(GGH)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图1是典型的石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺流程图。

石灰石/石膏湿法脱硫工艺系统(单台机组)主要由八个子系统组成,分别为烟气系统、吸收氧化系统、石灰石浆液制备系统、脱水及输送系统,排放系统、工艺和工业水系统、杂用和仪用空气系统、废水处理系统。每个系统都是一个完整的子系统,当以PLC作为系统主控机时,每个子系统可以作为PLC的一个功能模块。
2 脱硫控制系统设计
2.1 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有三种:
(1)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。
(2)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。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。
(3)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,在工业生产过程控制中得到了广泛的应用。近几年,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。
在分析、比较上述三种脱硫控制系统设计方案的基础上,构建了由工控机和PLC组成的上下位机脱硫控制系统,其结构框图如图2所示。系统以“研华”IPC-6102工业控制计算机(PC)作为系统上位机,配以PHILIPS 21寸彩色显示器,激光打印机和键盘等;西门子(SIEMENs)SEMATIC S7-300可编程控制器作为系统下位机。PC通过适配器MPI卡(多点接口卡)与PLC互相通讯、互相联系。为确保突然停电时不影响上位机监控系统的运行,系统配置有UPS(Uninter-ruptible Power Supply,不间断电源)。PLC用于现场设备参数和信号的采集、运算、调节输出、控制各设备运行;上位机主要用于工艺运行参数设定、系统调节参数设定、实时运行曲线检测和设备故障报警等,实现脱硫控制过程的自动化管理与控制。

2.2 可编程控制器选择
烟气脱硫自动控制系统对硬件的要求很高,其生产过程中的特点决定了系统必须具备较高的可靠性,较快的速度等,在众多的PLC产品中,S7-300 PLC功能强、速度快、扩展灵活;它具有紧凑、无槽位限制的模块化结构。本系统选用了SIEMENS公司生产的紧凑模块式结构的小型SIMATIC S7-300可编程控制器,它是目前国内应用较多,性能价格比较好的高性能PLC。
2.3 电源电路
由于系统没有专用电源供电,而是由电网供电。与电网相连的晶闸管整流设备以及脱硫过程中的大功率负载等,在运行时会产生大量的高次谐波,而使交流电网造成污染,电压波形发生畸变。因此现场用来对PLC、打印机和上位机等进行供电的电源带有隔离变压器和电源滤波器,以增强抗干扰能力,电路如图3所示。由于电网中的高频干扰主要不是通过变压器的原、副边线圈的互感耦合,而是靠原副边绕组之间的分布电容耦合的,为此系统采用了隔离变压器,隔离变压器的原副边绕组之间均有隔离屏蔽层,并将零电位线经电容接地,因而该隔离变压器原副边绕组之间的分布电容很小,所以抗电网干扰能力很强。

继续阅读
EDA领域市场格局如何?西门子收购Mentor剑指何方?

西门子以45亿美元收购Mentor,Mentor是一家从事EDA工具开发的高科技公司,虽实力逊于Synopsys、 Cadence,但毕竟是三巨头之一,技术实力不容小视。在一些业界人士看来,Mentor被收购并不意外,但意外的是,收购Mentor的是西门子。

西门子45亿美元收购Mentor Graphics

西门子表示,此收购案将使该公司成为可在单一平台上提供机械/热/电气/电子与嵌入式软体设计解决方案的独特数位化工业厂商。

变频器和PLC的双馈电动机节能技术优势及应用探讨

1 、双馈电动机控制理论与节能技术  1.1 双馈电动机的优势  双馈电动机不仅是属于异步机的范畴,它还可以被称之为交流励磁电机(Alternating Current Exc itat

基于M2M的大型工程类装备的智能控制器设计

0 引言   制造物联是对制造资源信息与产品信息的动态感知、智能处理与优化控制的一种新型制造模式和信息服务模式,是通过将RFID,M2M 为代表的物联网技术、先进制造技术与现代管理技术

一种锂电池自动贴胶机控制系统的设计方案

本文介绍了锂电池自动贴胶机的工作原理,设计并实现了以CP1H系列PLC为基础的锂电池自动贴胶机控制系统,重点介绍了控制系统的工作原理、硬件配置、软件设计和故障排除及其维护。该系统已通过实