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探究火力发电厂脱硫系统中应用DCS的影响

2020-03-14 300 上传者：管理员

摘要：近年来，随着现代科技的不断发展和进步，DCS凭借稳定性、可靠性及便捷性的优势逐渐被各行各业应用。火力发电厂发电的主要途径是燃煤，而燃煤过程中避免不了有害气体的排放，尤其是二氧化硫，若无法有效控制及处理排放的有害气体，将会对大气造成极为严重的污染。基于此，本文着重对DCS在火力发电厂脱硫系统中的应用及实施进行了跟进和分析研究，展现了系统运行的优良效果，以期为火力发电厂脱硫系统的进一步优化提供参考。

关键词：
DCS
二氧化硫
火力发电厂
脱硫系统
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分散控制系统（Distributed Control System，简称DCS），在稳定性、可靠性及便捷性等方面明显优于传统的控制系统，并且随着科技的不断进步，DCS技术也获得了长足发展，成本呈逐年降低的趋势，进一步扩大了其市场占有率。截至目前，DCS脱硫控制系统在火力发电厂中的应用已十分普遍，实践证明，两者的结合对于提升系统的稳定性及控制污染气体的排放大有益处，取得了良好的经济效益和社会效益。

1、火电厂脱硫技术概述

尽管国家在大力的发展新能源发电，但新能源发电行业的普遍应用和实施绝不是一朝一夕可以实现的，当前我国电力行业占据主要地位的依然是火力发电，对于火力发电业内而言，如何在不影响发电效率的基础上尽量降低对环境造成的不利影响是其一直以来面临的重要课题。在全世界范围内，火电厂废气脱硫最常用的处理方式是烟气脱硫，而其中又以石灰石-石膏湿法脱硫技术的应用最为普遍。石灰石-石膏湿法脱硫与其他脱硫技术相比，由于所需的材料容易获取，使得其成本较低，经济效益更佳。另外，石灰石-石膏湿法脱硫技术基本实现了废弃物零排放。

石灰石-石膏湿法烟气脱硫具体工艺流程如图1所示，该技术的成熟程度和环保性已经得到了相关部门及专家的认可。综合技术成本、行业现状及国家经济发展状况等各方面因素，对于我国火电厂而言石灰石-石膏脱硫技术是最优选择。近年来我国的脱硫技术一直在发展和进步，但自主能力仍需提升。自动化控制系统在现代化电力生产过程中的应用正在逐年普及，在火力发电厂石灰石-石膏脱硫自动化控制系统中主要应用DCS和PLC两大主流控制系统，两者各有优劣，本文重点分析了DCS在火力发电厂脱硫系统中的应用及实施。

图1 石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺流程

2、主流脱硫控制系统对比

2.1 PLC控制系统

PLC控制系统即可编程控制器控制系统，该系统具有强大的程序存储控制能力和数字逻辑运算能力，近年来发展迅速，被应用在多种类型的生产过程自动化控制中。工业在发展的同时，市场也处在不断变化之中，PLC要想与时俱进，不被市场淘汰，必须加快自身的处理速度，提高自身的数据存储容量，以期更为适应市场需求和行业变化。PLC当前适应不同控制系统的能力亟待提升，究其原因主要是其编程语言较为单一，且可靠性的说服力也不够高，未来只有解决掉这些问题才能获得更大的发展。一般情况下，PLC是单机系统运行的，但也可以利用通信实现与其它系统的连接与集成。PLC拥有自身独有的数据库，这意味着控制器之间需要完成某种程度的映射才能实现集成，使得其十分适用于小型应用程序，这些程序对扩展的需求不大。

2.2 DCS控制系统

分散控制系统的基本含义是控制功能的分散和现实操作的集中。DCS一开始出现的目的是计算控制系统中的回路，但随着生产流程的愈加复杂，传统仪表的局限性劣势开始显现出来，为更好的适应社会经济发展需求，DCS的重要作用开始得到广泛关注，应用范围越来越广。并且随着科技的发展，DCS产品也在与时俱进，不断的去劣存优、更新换代，出现了以模拟反馈量为主，模拟开关量和开关量顺序控制为辅的新型DCS产品，在这种情况下，DCS技术在自动化控制系统应用中的优势将更加突出。当前我国十分重视DCS自主研发，进入了管控一体化的新阶段，发展趋势愈加综合化、智能化及开放化。

2.3 其他控制系统

随着工业生产的不断发展，除了DCS和PLC两大主流控制系统之外，近年来开始涌现了一些新兴的系统控制技术，比如FCS即现场总线控制系统等。FCS即现场总线控制系统与传统控制系统相比存在诸多优势，包括应用成本更低，维护更为便捷，信息集成能力和可靠性更高等，其系统运行的基础是现场智能化，核心技术是总线标准，兼具DCS和PLC两大主流控制系统的优点，没有信号电缆的束缚，其区别其他传统控制系统的最大优势是系统的开放性。

3、DCS在烟气脱硫系统中的实际应用

3.1 DCS总体控制方案

火电厂脱硫控制系统通常包括三个部分，分别为DCS、就地控制装置和辅助自控设备。每个部分都不可或缺，系统内部各司其职，其中DCS主要负责的是监视和控制烟气脱硫过程，一般情况下DCS的主要构成部分包括控制器、工程师站以及冗余信息数据处理装置等。DCS具有较强的稳定性和可靠性，其中和利时DCS是最常被应用于火电厂脱硫中DCS产品，不仅具有普通DCS的特点，而且系统效率更高，该系统网络构成的四大层次包括企业数据管理层、过程控制数据层、过程数据管理层及过程I/O数据层。

在火电厂脱硫系统中应用DCS需要注意多个环节，DCS的作用不仅仅是控制脱硫系统，还需要对系统的其他环节负责，比如浆液制备系统等，基于此，为了保证DCS的稳定性不受外界因素影响，通常情况下，会为DCS配备两对CPU，通过应用DCS真正实现了脱硫系统的无人化操作，利用DCS系统相关人员只需在控制室即可实现对脱硫装置的相关操作，启动和关闭均可实现，不仅如此，还能够在控制室监视整个脱硫过程，便于故障问题的及时发现和及时处理，于整个电厂而言经济效益不言而喻。

3.2 数据采集和处理系统（DAS）

DAS对于DCS系统而言作用至关重要，它是DCS系统不可或缺的重要组成部分，其功能包括信息数据的输入输出、信息检索、设备运行状态监控及记录、设备故障报警、信息变量图形化显示、数据转化、信息数据打印输出等，主要负责采集和处理脱硫设备以及材料的各项信息数据。火电厂在开展烟气脱硫工作时，所有环节及设备的相关数据都需要DAS进行及时的采集，然后利用自身系统的能力将采集到的数据信息进行必要的分析和处理，将其转化为常用的数据类型，并传到控制系统的界面上，如此相关工作人员才能依据数据信息有的放矢的采取应对方案，实现监视脱硫设备及脱硫过程的良性意义，对于保证火电厂脱硫运行意义重大。

4、DCS在火力发电厂脱硫系统中的优势

DCS在火力发电厂脱硫系统中的应用，大大提高了火力发电机组的数据采集及处理能力，大幅度提高了员工的操作管理能力，有利于设备的联锁和保护及生产过程的监视和报警，具体来说，DCS在火力发电厂脱硫系统中的优势主要提下在以下方面：

一是可靠性高：由于DCS系统的各个控制功能都是由不同的电脑负责完成的，分散的系统控制功能使得其必须采用容错设计完成系统架构，客观上提高了其可靠性。

二是开放性：DCS设计具有系列化、模块化、标准化及开放式特点，系统通过网络方式实现各个计算机之间的通信，进而进行信息传输，若有扩充或者改变系统功能的需求，只需将相应控制的计算机从网络中卸下，或者在系统通信网络中新加入计算机即可，完全不会影响到系统的其他环节的正常运行。

三是控制功能齐全：该系统控制算法十分丰富，还可以将多种算法进行融合，同时实现串级、前馈等先进控制，并且在必要的情况下，还可以加入一些特殊性的控制算法，以满足系统所需。

四是灵活性：利用不同的组态软件可实现不同的软硬件组态，这意味着构成不同的控制系统，十分具有灵活性。

五是维护简单：DCS对于计算机的要求较低，功能单一的微型或小型专用计算机即可满足需求，因此具有维护简单便捷的优势。

5、结语

客观上人类在进步，产品在发展，通过在火力发电厂脱硫系统中应用和实施DCS分散控制系统，不仅有效解决了发电厂燃煤脱硫过程中的二氧化硫排放问题，还大大提升了系统的稳定性，优化了电厂资源配置，减少了维护人员及费用，具有良好的经济效益和社会效益。

参考文献:

[1]刘婧艳.火力发电厂烟气脱硫控制系统应用DCS的实践与探索[D].西安理工大学,2018.

[2]杨国彬,谢向阳,谢亚飞.基于熵聚类的改进算法在电厂脱硫系统中的应用[J].华电技术,2015,37(03):10-13,76.