科遠NT6000分散控制系統(tǒng)(DCS) 在垃圾焚燒發(fā)電廠中的應用
1、垃圾焚燒發(fā)電機組的特點
近年來，人們對發(fā)電機組的環(huán)保要求越來越高，垃圾焚燒發(fā)電技術在世界范圍內得到了迅猛發(fā)展和普遍應用。由于垃圾焚燒發(fā)電技術具有高效率處理生活垃圾、節(jié)約能源、建設周期短以及有利于環(huán)保等特點，我國目前正在逐步加大垃圾焚燒發(fā)電機組的資金投入。
隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，人類對能源的消耗不斷增加，由此到來的環(huán)境污染問題也日益嚴重。對能源需求的增加與對污染排放的控制這一矛盾迫使科技工作者不斷尋求高效低污染的燃燒技術，加快新型燃燒裝置及環(huán)保設備的開發(fā)。降低成本、提高可靠性、降低污染排放成為電力行業(yè)的追求目標。
垃圾焚燒發(fā)電技術作為傳統(tǒng)行業(yè)派生的新行業(yè)，由于其燃料主要是生活垃圾等，因此，燃燒過程可以實現(xiàn)垃圾無害化，而且使垃圾容量大幅縮減，清潔環(huán)保；垃圾焚燒機組還有建設周期短，節(jié)約能源且環(huán)保等優(yōu)點。故該項技術目前越來越受到重視，并得到迅速推廣和不斷發(fā)展。
2、垃圾焚燒發(fā)電機組的控制系統(tǒng)要求
垃圾焚燒發(fā)電機組的主要組成部分有：焚燒鍋爐、余熱鍋爐、蒸汽輪機、發(fā)電機等設備。
同常規(guī)的火電機組相比，垃圾焚燒發(fā)電中以發(fā)電為輔，垃圾燃燒為主。反映在燃燒系統(tǒng)上，燃燒的熱值變化較慢，燃料成份中非可控因素較多，蒸汽負荷的變動較小，壓力的變化較大。因而，對于垃圾焚燒發(fā)電，傳統(tǒng)的火電燃燒系統(tǒng)的機理和控制方法并不完全適應于垃圾焚燒發(fā)電。垃圾焚燒發(fā)電的獨特之處決定了其對控制系統(tǒng)的要求既等同于常規(guī)要求，又在常規(guī)要求中有著極大的變通性。
1）對分系統(tǒng)強烈的獨立性的要求：
對于垃圾焚燒，以垃圾焚燒為主，發(fā)電為輔，在整個控制系統(tǒng)的構成上，獨立性的要求明顯高于常規(guī)的火電機組。采用分布式的控制系統(tǒng)，不但可以減少整個控制系統(tǒng)的成本，分布式系統(tǒng)的更大的靈活性保證了垃圾焚燒發(fā)電的現(xiàn)實可操作性和管理的靈活性。從國內已經(jīng)正式投運的垃圾焚燒電廠的情況看，分布式控制系統(tǒng)的選用是垃圾焚燒電廠最佳的選擇方案。
2）對系統(tǒng)網(wǎng)絡傳輸特性的高性能、高要求：
現(xiàn)代化的垃圾焚燒發(fā)電廠，對信息的傳輸與交換比常規(guī)的火電機組更大。采用先進的高速控制網(wǎng)絡，對整個控制系統(tǒng)的協(xié)調、管理系統(tǒng)的交互運作，都可提供強有力的傳輸網(wǎng)絡的支持。
3）對運行成本的迫切的要求：
在垃圾焚燒發(fā)電中，對低運行成本的要求集中在兩個方面：①靈活、方便的硬件配置可保證系統(tǒng)的功能性要求與硬件系統(tǒng)的最合理的配合，從而構成最合理的性能價格比；②極低的設備維護成本和系統(tǒng)管理成本，這就要求選擇的自動化控制系統(tǒng)具備良好的可擴充性、開放性（可最大限度的利用現(xiàn)有的成熟的信息資源）和長期工業(yè)惡劣場所運行的穩(wěn)定性和可靠性。
3、NT6000分散控制系統(tǒng)(DCS)在垃圾焚燒發(fā)電機組的應用
毫無疑問，對于垃圾焚燒發(fā)電機組控制系統(tǒng)的要求是極高的，而科遠的NT6000分散控制系統(tǒng)(DCS)產(chǎn)品能夠完全勝任垃圾焚燒發(fā)電機組控制要求，特別是其推出的最新型控制器——T2550能夠完全滿足垃圾焚燒發(fā)電機組對于分系統(tǒng)強烈的獨立性的要求。
T2550繼承了科遠自動化產(chǎn)品一貫的高可靠性和易用性，沿著控制系統(tǒng)的最新發(fā)展，在系統(tǒng)結構上作了進一步的優(yōu)化。T2550擁有獨立的冗余CPU，具有獨立自治能力，摒棄傳統(tǒng)的擴展機座層的概念，進一步提高了處理能力和系統(tǒng)可靠性指標。
與傳統(tǒng)的控制器比較，其具有以下特點：
① 運算速度更快
由于采用獨立機架設計，采用了更強大的處理芯片，T2550的控制周期最快可能達到50ms，脈沖量輸出可能達到10ms。常規(guī)控制器，包括T940一般只能達到250ms。T2550是目前市場上處理速度最快的控制器。
② 操作響應速度更快
T2550的控制網(wǎng)絡高達100Mbps,操作響應周期可以縮短到1.5~2s，超過技術規(guī)范2.5-3S的要求。
③ 可靠性更高
由于每個機架都有冗余CPU，相比較傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，功能更分散，可靠性更高。T2550采用低功耗和專用芯片,發(fā)熱量大大降低,沒有任何轉動部件,對運行環(huán)境要求降低，可靠性增加。
④ 增加了在線組態(tài)功能
T2550控制器不但可以在下載控制策略，而且可以在線組態(tài)。
⑤ 增加虛擬仿真調試功能
T2550控制器增加了虛擬仿真調試功能。
4、工程應用情況介紹
科遠先后在多家垃圾焚燒發(fā)電廠成功實施了控制系統(tǒng)工程，以臨沂中環(huán)新能源有限公司垃圾發(fā)電工程為例，該電廠安裝兩條垃圾焚燒線，日處理城市生活垃圾單臺四百噸，年處理29.2萬噸生活垃圾，一臺25兆瓦凝汽式汽輪發(fā)電機組，母管制。全廠設置一套分散控制系統(tǒng)（DCS），以全廠集中操作與各工段分散控制相結合的系統(tǒng)運行模式實現(xiàn)垃圾焚燒發(fā)電廠整體生產(chǎn)過程的狀態(tài)監(jiān)視、生產(chǎn)操作、過程控制、事件報警、運行聯(lián)鎖、安全保護。完成數(shù)據(jù)采集（DAS）、模擬量控制（MCS）、順序控制（SCS）和聯(lián)鎖保護（PRO）等系統(tǒng)功能。
垃圾焚燒發(fā)電廠的其他生產(chǎn)過程，如焚燒線燃燒控制、煙氣處理系統(tǒng)、汽機數(shù)字電調和垃圾吊控制等系統(tǒng)將通過數(shù)據(jù)通訊方式分別接入分散控制系統(tǒng)（DCS），建立全廠生產(chǎn)運行管理。
根據(jù)系統(tǒng)性能價格比盡可能高、系統(tǒng)性能穩(wěn)定和系統(tǒng)組態(tài)維護方便的要求，同時針對本機組的特點和控制要求，經(jīng)過廣泛調研和論證，最終確定采用科遠的NT6000分散控制系統(tǒng)(DCS)完成其控制功能。此系統(tǒng)在本工程的基本結構為：
系統(tǒng)共配置7臺操作員站（其中一臺工程師站），6對冗余的T2550控制器，完全滿足垃圾焚燒發(fā)電機組對于分系統(tǒng)的獨立性要求的特點，其中#1～#3控制器主要控制余熱鍋爐及垃圾焚燒線輔助部分；#4～#6控制器主要控制汽輪機及其輔助設備。系統(tǒng)配置的總I/O點數(shù)達1800點左右。系統(tǒng)配置了3臺打印機，其中報表打印機1臺、圖形打印機1臺、工程師站配打印機1臺。
機組投產(chǎn)后，運行人員在主控室，就可以完成全廠各部分的控制，包括焚燒鍋爐、余熱鍋爐、蒸汽輪機等等。該機組的自動化水平在全國的垃圾焚燒發(fā)電機組中處于領先地位。
本分散控制系統(tǒng)中，DCS完成全廠邏輯順序控制及所有PID回路控制。其中, 邏輯順序控制分以下幾個部分:
(1) 1-2-3級吹掃:其目的是為了確保1-2-3級燃燒室風煙系統(tǒng)相關設備正常且信道暢通，是爐膛保護要求的重要操作之一；
(2) 風機啟動；
(3) 焚化爐—鍋爐吹掃:其目的是為了確保焚化爐—鍋爐整個風煙系統(tǒng)相關設備正常且信道暢通，是爐膛保護要求的重要操作之一；(4) 第二級預熱:其目的是為了提高第二級溫度使其達到設定值，是第一級預熱及第一燃燒室燃燒器投入的前提條件；
(5) 第一級預熱:目的是為了提高第一級溫度使其達到設定值；
(6) 順序停運；
(7) 燃燒器順序點火/停運；
(8) 給料系統(tǒng)自動循環(huán)；
(9) 除渣系統(tǒng)自動循環(huán)；
(10) 渣坑水位聯(lián)鎖控制；
(11) 吹灰系統(tǒng)順序控制；
(12) 鍋爐保護；
(13) 主燃料跳閘；
(14) 料油跳閘；
(15) 正常發(fā)電模式；
(16) 孤網(wǎng)運行模式；
(17) 汽輪機故障模式；
(18) 化學水處理控制；
(19) 污水處理控制。
主要PID控制回路包括：
(1) 爐膛壓力調節(jié)系統(tǒng)
此系統(tǒng)為單沖量調節(jié)回路。按系統(tǒng)工藝，爐膛應保持一定的負壓值，故需對引風機進行PI 調節(jié)。為防止引風機變頻器運行過大或過小，造成鍋爐熄火，調節(jié)系統(tǒng)中引入高、低限幅模塊。
(2) 干燥爐排溫度調節(jié)系統(tǒng)
此系統(tǒng)為單沖量調節(jié)回路。按系統(tǒng)工藝，進入焚燒爐一燃室1#爐排的垃圾含有一定水分，直接影響爐膛溫度，增加1#-2#燃燒器的負擔。因此，從三燃室引入混合煙氣進行干燥。由于三燃室混合煙氣的溫度較高，故通過調節(jié)干燥風機使干燥爐排溫度維持在設定的工作范圍。
(3) 再循環(huán)煙氣溫度調節(jié)系統(tǒng)
此系統(tǒng)為單沖量調節(jié)回路。通過調節(jié)再循環(huán)風機使四燃室煙氣溫度維持在設定的工作范圍。
(4) 一燃區(qū)爐膛溫度調節(jié)系統(tǒng)
此系統(tǒng)為條件切換多輸出調節(jié)回路。按系統(tǒng)工藝，焚燒爐一燃室分為起爐運行和正常運行兩個階段。在起爐運行階段，爐膛溫度主要由1#-6#燃燒器的燃油量來控制，通過調節(jié)1#-6#燃燒器回油調節(jié)閥來維持系統(tǒng)對爐膛溫度的要求。在正常運行階段，爐膛溫度主要靠1#-4#爐排上垃圾的燃燒來維持，通過調節(jié) 1#-4#爐排的排風調節(jié)閥 (送風機轉速一定，排風調節(jié)閥可調節(jié)送風量)來控制1#-4#爐排上垃圾的燃燒，從而達到系統(tǒng)對爐膛溫度的要求。此調節(jié)過程將直接影響爐膛負壓，為防止爐膛負壓的減少對系統(tǒng)的影響，當爐膛負壓突破一定值時(如小于1kpa)，對排風調節(jié)閥限幅。
(5) 鍋爐汽包水位調節(jié)系統(tǒng)
此系統(tǒng)為三沖量調節(jié)回路。通過采用給水流量、蒸汽流量和汽包水位主信號一起對給水調節(jié)閥進行PI調節(jié)，使汽包水位保持在設定范圍內，以適應鍋爐的蒸發(fā)量。
(6) 過熱蒸汽溫度調節(jié)系統(tǒng)
系統(tǒng)將減溫器后蒸汽溫度作為前饋信號引入調節(jié)，與過熱蒸汽溫度主信號一起對減溫水調節(jié)閥進行PI調節(jié)。
(7) 汽機前壓調節(jié)系統(tǒng)
此系統(tǒng)為條件切換輸出調節(jié)回路。正常發(fā)電時，利用汽輪機與旁路系統(tǒng)平衡配置，通過汽輪機同步控制器調速汽門來調節(jié)主汽門前壓力，使其穩(wěn)定在工作壓力上下。當發(fā)電機甩負荷時，控制旁路蒸汽調節(jié)閥，退出自動狀態(tài)。
(8) 減溫減壓器溫度調節(jié)系統(tǒng)
減溫減壓器共有兩項調節(jié)任務:調節(jié)噴水量維持減壓后蒸汽溫度在工作范圍內;調節(jié)減壓閥的開度維持減壓后蒸汽壓力在工作范圍內。
本調節(jié)系統(tǒng)通過減溫水調節(jié)閥來調節(jié)減溫減壓器后溫度，使其穩(wěn)定在工作溫度上下。
(9) 減溫減壓器壓力調節(jié)系統(tǒng)
此系統(tǒng)為條件切換輸出調節(jié)回路。在低負荷狀態(tài)時，本調節(jié)系統(tǒng)通過調節(jié)蒸汽旁路調節(jié)閥來維持減溫減壓器后壓力，使其穩(wěn)定在設定工作范圍內。當處于甩負荷狀態(tài)時，調節(jié)系統(tǒng)來調節(jié)蒸汽調節(jié)閥。
(10) 低壓分汽缸壓力調節(jié)系統(tǒng)
此系統(tǒng)為雙調節(jié)器條件切換單輸出回路。低壓分汽缸的蒸汽在正常發(fā)電模式下來自汽輪機的抽汽;當發(fā)電機處于甩負荷狀態(tài)或汽輪機故障狀態(tài)時，則來自于主蒸汽經(jīng)減溫減壓器后的一部分蒸汽(而另一部分蒸汽則進入高壓冷凝器)。本調節(jié)系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)要求，通過調節(jié)蒸汽調節(jié)閥來安全合理的分配這兩部分蒸汽。
當高壓蒸汽冷凝器的壓力小于0.2Mpa時，調節(jié)系統(tǒng)通過調節(jié)蒸汽調節(jié)閥來維持低壓分汽缸壓力，使其穩(wěn)定在設定工作范圍內。當高壓蒸汽冷凝器的壓力大于0.2Mpa時，調節(jié)系統(tǒng)通過調節(jié)蒸汽調節(jié)閥來維持高壓蒸汽冷凝器的壓力，使其穩(wěn)定在設定工作范圍內。
(11) 除氧器液位調節(jié)系統(tǒng)
此系統(tǒng)為條件切換輸出調節(jié)回路。正常發(fā)電模式時，大量的凝結水由凝汽器通過低加直接送回到除氧器，不通過疏水箱，除氧器的補給水通過調節(jié)進水調節(jié)閥，實現(xiàn)除氧器液位的恒定。當汽輪機故障狀態(tài)時，大量的凝結水從高壓冷凝器聚到疏水箱，除氧器的補給水則通過疏水箱輸送，除氧器液位通過調節(jié)進水調節(jié)閥，實現(xiàn)液位的恒定。
5、結束語
隨著垃圾焚燒發(fā)電技術的迅速發(fā)展，控制系統(tǒng)性能的不斷提高，可以預見，科遠NT6000分散控制系統(tǒng)(DCS)在垃圾焚燒機組控制領域具有廣闊的應用前景。隨著對現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）的了解和研究的深入，智能化現(xiàn)場儀表和設備將應用到電廠，構成完整的FCS，會進一步提高垃圾焚燒發(fā)電機組的自動化和管理水平。
參考文獻：
張益、趙由才主編，生活垃圾焚燒技術，化學工業(yè)出版社，2001
中華人民共和國國家標準，生活垃圾焚燒污染物控制標準
王華，城市生活垃圾焚燒技術控制理論，冶金工業(yè)出版社，2001
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