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1  引言

    杭州綠能環保垃圾焚燒發電廠由杭州綠能環保發電有限公司負責籌建，一期工程已于2004年10月全部投運，共配置了3臺150t/d垃圾焚燒爐、3臺15t/h余熱鍋爐及3套尾氣處理系統，并配置了1套杭州汽輪機廠生產的7.5MW凝汽式汽輪發電機組。垃圾焚燒爐采用了杭州鍋爐廠引進的日本三菱重工技術制造的馬丁式垃圾焚燒爐。
    一期工程設計時考慮日處理垃圾量為450t/d；實際投運后，日處理垃圾量可以達到600t/d。整個項目按照“一次規劃，分期建設”的原則進行考慮。根據杭州市南部地區垃圾產量、交通狀況、垃圾焚燒廠規模效應的要求及地方財力等多種因素的權衡分析比較，終期容量初步考慮可以按照日處理垃圾量1050t/d來規劃。
    一期工程的3臺150t/h馬丁式垃圾焚燒爐，逆推式爐排系統由三菱公司提供，采用液壓控制方式。3臺焚燒爐共設3套液壓站，配置有三菱公司的PLC，PLC可以接受DCS系統的指令控制。焚燒爐啟動時采用柴油點火、助燃。每臺焚燒爐設置一臺變頻調速的引風機和一臺變頻調速的送風機；送風機的空氣預熱器用蒸汽加溫；蒸汽直接引自每臺爐的汽包。
    配置3臺15t/h蒸發量的余熱鍋爐，采用母管制方式并列運行，余熱鍋爐采用一、二級噴水減溫系統，并設置過熱蒸汽吹灰系統。鍋爐出口額定的主蒸汽壓力為3.82MPa；額定的主蒸汽溫度為400℃。此外，還配置有3套尾氣處理裝置。
    一期工程配置了1套7.5MW凝汽式汽輪發電機組；1套蒸汽旁路裝置，旁路容量為50%。
    余熱鍋爐、汽輪發電機組的運行考慮了在垃圾低熱值時的滑參數運行方式。

2  “全廠一體化”控制思想

    以往的垃圾焚燒發電廠，通常都采用各家的PLC來分別實現各個設備的控制要求的。而許多PLC是隨各個主設備廠配套而來的。因此，配套而來的各家PLC之間，由于型號和品種的各不相同，往往是難以實現相互之間的通信和信息交換的，從而導致在整個垃圾焚燒發電廠的控制系統中，出現了一個個由各家不同的PLC組成的“自動化孤島”。與此同時，許多廠家的PLC往往難以實現復雜的模擬量控制，例如串級控制和前饋控制，特別是難以實現垃圾低熱值時的滑參數運行方式下的各種控制要求。
    因此，杭州綠能環保發電有限公司從一開始就決定，選擇用DCS系統來實現“全廠一體化”的控制功能，控制的基本思想是：
    由先進的、全面開放的DCS系統作為全廠總的控制系統，實現全廠機、爐、電和現場各輔機系統的一體化控制。采用全能值班員制度，即所選用的DCS系統必須具備以下條件：
   
    (1)  廠級控制系統（DCS）應基于計算機技術和網絡技術；
    (2)  廠級控制系統（DCS）應具有良好的開放性，便于和焚燒爐、余熱鍋爐以及尾氣處理裝置的PLC系統互聯，從而在網絡控制及信息共享方面形成統一的系統；
    (3)  焚燒爐、余熱鍋爐及汽輪發電機之間的連鎖控制，不但要求回路控制能力較強，而且要有很強的邏輯判斷能力，以適應連續控制過程中不同工況的轉換；
    (4)  為了減少運行人員，又提高可靠性，將MCC（交流馬達控制中心）的監控、廠用電的監控一并納入控制DCS系統，達到EIC（電氣、儀表和計算機）一體化。本次設計EIC所涉及的范圍（除設備供應廠家帶來的以外）是：全廠MCC的監控及廠用電的監控，全部熱工過程數據采集、監視及控制均由廠級控制系統（DCS）統一完成。中央控制室EIC的操作，原則上不設后備盤，全部在CRT上手動操作或由DCS系統自動完成控制。具體的“全廠一體化”控制內容如下所述：

?  3臺150t/d馬丁式垃圾焚燒爐的爐排系統（包括給料和排渣）液壓站配置的三菱公司PLC，要求可以和全廠的DCS監控系統通信和交換信息，并且在DCS系統的CRT上實現畫面顯示和監控，3臺垃圾焚燒爐的送、引風機直接由DCS系統控制；
?  鍋爐的點火、吹灰、布袋除塵及尾氣處理控制系統為成套供應設備。點火部分要求以硬接線方式接入DCS，吹灰、布袋除塵及尾氣處理控制系統以通訊方式進入DCS系統；
?  3臺15t/h蒸發量的余熱鍋爐汽水系統全部由DCS系統來控制，包括3臺余熱鍋爐的汽包水位控制和主蒸汽溫度控制，還包括對余熱鍋爐外圍設備的監控；
?  1臺7.5MW汽輪發電機組及蒸汽旁路系統全部由DCS系統來控制，其中包括凝結器熱井水位控制，蒸汽旁路系統溫度壓力控制，汽輪發電機組油系統、軸系統的監控等；
?  全廠輔助系統的DCS控制：其中包括除氧器壓力和水位的控制，循環水系統的監控，岸邊取水泵房的監控，凝結水系統的監控；工業水及生活水系統等的監控；
?  廢水處理系統的監控。所有一次儀表由環保專業開列，控制用PLC通過以太網與DCS系統相連；
?  空壓站控制系統，由主設備制造廠帶來，以太網接口由主設備廠家提供；
?  地磅房稱重和垃圾進料吊車的控制設備由廠家帶來，以太網接口由設備廠家提供；
?  廠用電氣系統如上所述也納入DCS系統監控范疇。其中包括：MCC的監控、廠用電的監控，并且可以通過以太網與全廠電氣綜合保護系統實現數據通訊；
?  煙氣監測系統，通過以RS485通訊方式上傳，可在DCS上對全廠煙氣排放數據進行監控；
?  生產調度系統、工業攝像系統和火災報警系統原則上自成系統，暫不與全廠DCS系統相連。

3  MACS系統實現了“全廠一體化”的控制要求

    經過反復的分析比較和嚴格的考察，杭州綠能環保發電有限公司最終選擇了北京和利時系統工程股份有限公司（以下簡稱為和利時公司）提供的符合國際最新發展潮流的第四代DCS―MACS系統。MACS系統的主要電子零部件直接由國外著名的電子器件公司（如Intel、MOTOROLA、NEC、SIEMENS、PHILIPS等）提供；模塊全部由進口的SIEMENS“表面貼”（SMT）生產線生產，質量可靠，性能穩定。網絡上層采用100Mbit/s以太網，底層采用符合國際標準的PROFIBUS-DP現場總線結構，軟件采用國外著名軟件公司的產品，全面開放，有和各種PLC通訊的接口驅動軟件。因此，MACS系統可以方便地采用以太網、PROFIBUS-DP現場總線或RS-485通訊接口和全廠的各個控制子系統（各種PLC和505調速器）連接和通訊。MACS系統實現的“全廠一體化”方案如下：

3.1  MACS系統的配置
    根據一期工程的3臺150t/d垃圾焚燒爐、3臺15t/h余熱鍋爐、3套尾氣處理系統、1套7.5MW凝汽式汽輪發電機組及輔助系統的實際情況，MACS系統進行了全面的考慮和配置，并且已經充分考慮了今后二期工程擴展的需要。
    MACS系統與電氣網控系統共用一個主控室和機柜室。在主控室內設置1個工程師站、8個操作員站。其中有6個鍋爐操作員站（每臺爐2個）、1個汽機操作員站、1個公用系統操作員站（除氧給水等系統用），配置了1臺A3激光黑白網絡打印機以及1臺A3彩色噴墨網絡打印機。操作員站和工程師站全部采用DELL公司的產品；CRT采用54cm彩顯。此外還配置了冗余服務器2 臺，也采用DELL公司的產品。通過密碼和權限的設置，工程師站與所有的操作員站，可以方便地相互切換和操作，以保證實現在任何一臺操作員站及工程師站上均能對全廠的熱力系統和廠用電系統完成全部的監控功能。
    為了保持操作數據（特別是歷史數據）的一致性和保持系統數據的安全性與大容量的要求，MACS系統的操作層采用真正的客戶機/服務器方式（即C/S結構）。系統采用了冗余的服務器，通過服務器實現全局數據庫共享。雙冗余的系統服務器用來存儲系統所有的實時數據、歷史數據、操作記錄、事件記錄、日志記錄等。而各種功能的單元如操作員站、工程師站、現場控制站等構成不同功能的客戶機，真正實現了功能分散、危險分散、集中管理。
    MACS系統采用了先進的現場總線技術，各部分的遠程I/O均通過PROFIBUS-DP現場總線引入MACS系統。例如由制造廠帶來的成套供貨的減溫減壓控制系統和空壓站控制系統，通過PROFIBUS-DP現場總線與MACS系統相連。通過現場總線接入MACS的還有WOODWARD505調速器、吹灰系統、汽機旁路系統、地磅、垃圾吊、電氣綜合自動化系統、布袋除塵及尾氣處理系統、通風系統，此外還有除氧器系統、循環水泵房、綜合水泵房、岸邊取水泵房等，從而節省了大量控制電纜。點火部分是以硬接線方式接入MACS系統的。
    MACS系統配置了4對冗余的主控制器，安放在機房內的2個標準機柜內，電源分配柜配置了1個，而放在現場的遠程I/O機柜配置了12個，總的I/O點數如表1所示。
表1  總的I/O點數