**題目：煙氣脫硫系統電氣自動控制的優化設計
申報職稱： 高階工程師
申報人姓名：朱瑋
申報人單位：北京國信恆潤能源環境工程技術****
**專業：電氣自動控制
目錄[摘要] 2
一、概述 2
二、目前脫硫裝置電氣自動控制系統狀況 3
三、電氣自動控制系統在工程實施中優化設計 4
四、經濟效益分析 7
五、結束語 8
[摘要]
本文針對氨法煙氣脫硫技術的特點，以華電榆林凱越煤化自備電廠脫硫工程為依託，在分析氨法脫硫工藝的基礎上，優化設計了氨法煙氣脫硫系統電氣自動控制系統。首先介紹了氨法煙氣脫硫技術及裝置電氣自動控制系統的的現狀、發展趨勢。其次對氨法脫硫裝置電氣自動控制系統從平面布置、方案設計、電氣自動控制裝置選型、電氣與控制系統有機結合進行了設計。
接著對氨法脫硫裝置電氣自動控制系統的控制方案進行了詳細設計和研究，主要通過比較分析脫硫裝置電氣自動控制系統採用獨立式和脫硫電氣控制系統與機組電氣控制系統一體化，從電氣控制系統平面布置優化，電氣系統設計、控制系統設計、電氣系統和控制控制有效結合等幾個方面，指出脫硫電氣控制系統與機組電氣控制系統一體化對於機組的穩定性、整體一致性、執行的可操性和降低工程造價等方面具有較強的優勢。對新建和改造的煙氣氨法脫硫裝置，通過對電氣自動控制方案的優化設計，脫硫裝置電氣自動控制系統與機組電氣控制系統實現一體化是可行的，並具有很強的現實意義。
關鍵詞：氨法脫硫、電氣自動控制系統
一、概述
近年來，隨著環保問題的凸顯和環境意識的加強，解決日益嚴重的環境汙染問題，so2是主要的汙染源之一，氨法煙氣脫硫技術在國內發電廠煙氣脫硫中逐漸應用起來。從2023年開始，國內脫硫裝置引進國外技術。從大機組設計理念逐漸延伸到小機組，與此同時，脫硫系統中電氣自動控制系統設計方式延伸到國內脫硫裝置。
針對氨法脫硫系統，因工藝液氣比遠小於石灰石-石膏法脫硫技術，相應的電耗相對較小，傳統的電氣自動控制設計理念，利用於氨法小機組脫硫裝置顯得過於浪費，對目前競爭激烈的脫硫行業，成本控制尤為重要。同時，傳統的脫硫電氣自動控制設計方式對建設方執行成本也相對較高。
隨著國內電氣及控制裝置的技術水平及穩定性逐漸完善及提高，電氣裝置與熱控裝置有效結合，在小機組中呈現電氣自動控制系統全面計算機化、硬體智慧型化、分散化以及控制室小型化，輔助車間計算機監控網路產生，可實現電氣裝置及熱控裝置遠方集中監控。因人力成本的提高，改變了建設方生產管理體制，實現全面集中監控；同時，大大降低了工程造價。煙氣脫硫裝置作為熱電站輔助車間，納入熱電站集中監控勢在必行。
但是，全廠的電氣自動控制系統受電氣和熱控專業分工影響，配置影響，電氣及自動控制一體化、納入全廠的電氣自動控制整體化，確實值得研究。
二、目前脫硫裝置電氣自動控制系統狀況
2.1 電氣自動控制系統配置
目前，國內煙氣脫硫技術，雖然在so2的脫除工藝上有所差別，但電氣自動控制系統基本相似，與此同時電氣專業及熱控專業相互獨立；由於脫硫技術初期，為國外引進技術，主要用於較大機組，改造專案居多，又加上脫硫工藝的獨立性和複雜性，管理體制影響、責任界限劃分限制，脫硫裝置中電氣自動控制系統由總承包商配置和供貨，雖然建設方與主機組要求一致，實施過程中，相對較難與主機組融為一體化。
建設方幾乎都要求，電氣控制系統與主機組硬體一致或盡量一致，實際實施過程中，並未實現硬體和軟體的一體化。
同時，建設方仿照單元機組模式，公用部分和脫硫塔部分，要求配置相對獨立的電氣自動控制系統，從技術角度來說，是不可取也沒有必要，因為，首先電氣自動控制裝置穩定性越來越高，其次，脫硫裝置工藝需求，脫硫裝置沒有必要仿照單元機組，對機組大修幾乎沒有影響。執行從廠用電配置方面來說，煙氣脫硫裝置都是被當作機組的公用輔助設施。
首先，傳統的電氣專業和熱控專業平面布置特點：電氣專業要求獨立的高壓裝置間、獨立的低壓裝置間、獨立的ups裝置間、獨立的直流系統裝置間；熱控專業要求獨立的電子裝置間、獨立的工程師站、獨立的操作員站、獨立的休息室等相關設施。
其次，傳統的電氣專業和熱控專業硬體配置特點：電氣專業要求脫硫島高壓電氣系統配置電源分別由主廠房不同段各引接1路電源，並採用互為備用方式，兩路脫硫進線開關設綜合保護裝置；脫硫島高壓電氣系統配置380/220v系統採用pc（動力中心）、mcc(電動機控制中心)兩級供電方式，兩段分別由兩台低壓乾式變供電，380/220v兩段pc之間分別設聯絡開關；熱控專業硬體配置特點，脫硫自動控制系統設定2個操作員站、1個工程師站、1個歷史站和1臺印表機，獨立的控制環行網路（c-net），及相應的軟硬體通訊介面。
2.2 電氣自動控制系統控制方式
從熱電站執行上來說，以及上述煙氣脫硫裝置平面布置和控制系統的配置可以看出，目前煙氣脫硫裝置的執行模式是作為乙個輔助車間來考慮的。
電氣專業相對獨立，除個別故障聯鎖通過硬接線連線之外，基本上與主機組無聯絡，未實現一體化管理；熱控專業也僅僅通過硬接線或通訊部分訊號，並未實現統一監控。
三、電氣自動控制系統在工程實施中優化設計
3.1 工程概況
榆林凱越煤化140萬噸/年甲醇熱電聯產及110kv變電所工程（2×280t/h高溫高壓固態排渣煤粉鍋爐，採用兩爐一塔鍋氨-硫酸銨濕法煙氣脫硫系統與主機組同步建設。
3.2 電氣自動控制系統選型優化設計
榆林凱越煤化氨法脫硫工藝，電氣自動控制系統設計從安全、可靠和統一管理等幾個方面加以考慮，並針對氨法脫硫工程工藝本身的特點，設計可靠性、可操作性、可維護性和安全性的電氣自動控制系統裝置，真正意義實現儀控和電控的一體化，實現脫硫電氣控制系統與主機電氣控制系統一體化。
高壓電氣系統部分，脫硫區域高壓裝置高壓供電由主廠房不同的高壓段供電，脫硫區域不再設計獨立的高壓段；優點：首先，便於高壓裝置統一管理，其次，減少相應的裝置如母聯櫃、pt櫃、隔離櫃等裝置，減少相應的工程造價；控制部分採用硬接線和通訊方式，重要訊號通過硬接線連線dcs控制系統，保證了系統的穩定性，如電壓、電流、功率因數等狀態訊號通過通訊方式與dcs控制系統通訊，通過dcs系統對高壓電氣裝置監控管理，使電氣專業與熱控專業有效結合。
自動控制系統，與主廠統一考慮，將脫硫系統作為輔控車間，選用全整合的、結構完整、功能完善、面向整個生產過程的過程控制系統。基於自動化思想，系統具有統一的資料庫、通訊，真正意義上實現統一監控，打破了脫硫電氣控制系統相對獨立與主機組外控制概念。本工程主機組與脫硫裝置統一採用和利時dcs控制系統，在機組控制室和脫硫dcs電子裝置間設定通訊，具有相同的通訊等級和控制可靠性。
執行人員在主機組控制室通過dcs畫面進行監視和操作，實現脫硫系統啟停，正常執行的監視和調整以及異常與事故工況的處理優點：目前，由於環保要求提高，取消脫硫裝置旁路，統一監控更適合脫硫裝置與主機組協調控制，煙氣脫硫裝置與鍋爐執行有著密切的關係，脫硫裝置入口的壓力及溫度的波動對鍋爐有一定的影響，因此，將脫硫裝置視為主機組的一部分來進行控制。減少操作人員設定崗位，減少人力成本投入，同時減少裝置成本投入，減少了相應的工程師站、操作員站、歷史站、印表機等輔助設定。
3.3 平面布置優化
電氣裝置及熱控裝置統一考慮布置：如圖一緊湊的布置方案
圖一高壓電氣系統，根據脫硫工藝需求，僅對脫硫系統兩台氧化風機高壓供電，僅對兩台脫硫變供電，故不再設定獨立的高壓系統，相應不設高壓電氣間，因此，減少建造面積約50平公尺；
低壓電氣系統，採用0公尺布置方案（如圖一），因此取消了電纜夾層；不僅減少建築面積約100平公尺，同時減少了電纜長度，因本專案脫硫裝置對ups電源需求僅為3kva，不再單獨設定ups裝置間，ups電源與主機統一考慮，減少建造面積約15平公尺；
自動控制系統，僅保留電子裝置間位置，取消操作員站間、工程師站間、休息室等相關配套設施，減少建築面積約150平公尺；
3.4 電氣與控制有機結合優化設計
由於受傳統思想影響，電氣專業和控制專業相對獨立，實際上數位化電廠理念的提出，電氣專業和控制專業二者不能獨立發展，要站在全域性的角度來考慮，實現電氣-控制一體化，部分功能出現重複建設的浪費，自動化控制系統的整體優勢也被侷限；目前的國內電氣裝置功能越來越完備，基本可實現電氣裝置與控制裝置有效結合，由各種控制器相應的電源裝置及通訊裝置組成，實現了對基本功能的控制，實現廠基控制與管理，同時提供給外系統所需的資訊及資料。裝置執行效率、資料的共享、經濟效益的提高等方面有著巨大的優勢，是值得去推廣的技術。
以本脫硫工程中，實施了部分電氣與控制有效結合，脫硫島電氣系統納入脫硫島dcs控制，不設常規控制屏。納入脫硫島監控的電氣裝置包括： 380v pc進線及分段開關、脫硫變壓器。
脫硫電氣系統與脫硫島dcs採用硬接線，高壓段設定雙冗餘通訊管理機，每台的綜保裝置與通訊機進行通訊，由通訊管理機與dcs系統採用通訊電纜型式進行通訊，取消硬接線，採用通訊方式。低壓380vpc段上框架斷路器採用具有雙網冗餘通訊功能、測控功能的低壓綜合保護裝置，通通訊介面與dcs系統進行雙網冗餘通訊。75kw 以下的電動機及其他迴路保護、訊號、採用接觸器、微機測控裝置，訊號控制採用通訊電纜方式與dcs系統連線。
脫硫島控制室不設常規音響及光字牌，所有開關狀態訊號、電氣事故訊號及預告訊號均送入脫硫島dcs。脫硫島控制室不設常規測量表計，所有規程規定需要在dcs上顯示的電氣連續量訊號（電流、電壓、功率等），通過開關櫃中採用微機測控裝置將訊號通過通訊介面以匯流排方式送至脫硫島dcs。測量點按《電測量及電能計量裝置設計技術規程》配置。
脫硫島就地或遠方至少有如下電氣訊號及測量：
高壓廠用電源三相電流、有功電度、三相電壓；
380v低壓廠用母線電壓；
高壓電動機及40kw以上低壓電動機單相電流；
開關合閘、跳閘狀態、保護動作、保護裝置故障、控制電源消失；
380v低壓pc進線及分段開關所有開關合閘、跳閘狀態、保護動作、保護裝置故障、控制電源消失；
乾式變壓器溫度；
所有電動機的合閘、跳閘狀態、保護動作、控制電源消失；
送入脫硫dcs的電氣量能實現資料自動採集、定期列印製表、實時調閱、顯示電氣接線、亊故自動記錄及故障追憶等功能。
通過工程實施，初步實現了通過dcs系統強大的控制功能及通訊功能對電氣裝置監控與管理，同時節省了大量的狀態訊號電纜，節省了大量dcs狀態卡件，具有良好的經濟效益。
目前，脫硫系統已投入使用，執行良好。
四、經濟效益分析
4.1 工程建設投入分析
經過方案優化設計，該工程電氣自動控制與主機組電氣自動控制一體化方案，不設定單獨的高壓電氣裝置間和脫硫控制室，同時減少執行人員值班室、休息室等未設定，減少電控綜合樓建築面積約300平公尺，相應的結構、暖通、配電等工程量也相應減少，以工業建築單位面積0.25萬元計算，減少工程造價投入75餘萬元。
經過方案優化設計，電氣裝置相應減少了兩面pt櫃、一面母聯櫃、一面隔離開關櫃及母線橋，減少裝置投入約50餘萬元；
經過方案優化設計，工程師站、操作員站、歷史站、通訊介面、印表機等裝置與主機組控制系統共用，不單獨配置，節省裝置投入費用約15餘萬元；
經過方案優化設計，脫硫電子裝置間與脫硫電氣裝置間綜合考慮，相對把脫硫控制機櫃集中布置，減少控制電纜裝置費約30萬元，通過電氣控制一體化設計，通訊管理，綜合減少電纜裝置費用約10萬元；
經過方案優化設計，ups系統，與主機組綜合考慮，減少裝置費約15萬元；
綜上幾項，榆林凱越煤化氨法脫硫工程中電氣自動控制系統與主機組電氣控制系統一體化設計，相比單獨設定脫硫電控綜合樓的方案工程造價減少約180餘萬元；這對脫硫公司epc工程來說，成本控制至關重要。
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