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一、前言

    隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的不斷增多以及人民生活水平的日益提高，城市垃圾的產(chǎn)生量也日漸增多。在當(dāng)今世界，大量的垃圾已成為城市中一個長期存在的污染源。對垃圾的處理不當(dāng)，可能會造成嚴(yán)重的大氣污染、水污染和土壤污染，并將占用大量的土地。對城市垃圾的常用處理方法有填埋、堆肥，制沼氣、填海、焚燒等，垃圾焚燒是目前固體廢棄物處理的最有效途徑之一，而流化床焚燒作為一種性能優(yōu)越的焚燒方式，尤其適合我國垃圾熱值低、成分復(fù)雜的國情。

二、流化床焚燒垃圾發(fā)電的一般運行模式

   流化床焚燒垃圾電廠包括垃圾收集上料系統(tǒng)、流化床垃圾焚燒鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、三廢處理系統(tǒng)及輔助工程系統(tǒng)等，單臺爐最大處理垃圾能力多為150t/d到400 t/d，煤與垃圾按一定比例混合（例如1：3）作為鍋爐燃料。鍋爐的數(shù)量根據(jù)垃圾源并結(jié)合其他實際情況確定，通常設(shè)計一臺備用鍋爐。主要焚燒城市生活垃圾發(fā)電，并可提供冬委供暖、工業(yè)用汽，焚燒后的灰渣可以制成建筑材料或作為筑路材料。

三、流化床焚燒垃圾發(fā)電的現(xiàn)場實施要求
 
    全廠采用一套DCS系統(tǒng)實現(xiàn)垃圾爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、化學(xué)水、除塵、氣力吹灰、輸煤、除渣、垃圾前處理等系統(tǒng)的監(jiān)控。控制主設(shè)備系統(tǒng)的各I/O控制站集中安裝在電子設(shè)備間，在輸煤、除渣、垃圾前處理等附屬系統(tǒng)現(xiàn)場處設(shè)置遠(yuǎn)程I/O站，通過現(xiàn)場總線與電子設(shè)備間的主控單元相連。這樣既保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，又節(jié)約了大量的信號電纜。DCS系統(tǒng)還提供了標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議的接口，方便地將電廠的發(fā)電機(jī)組及輸電線路的重要參數(shù)傳輸?shù)诫娏φ{(diào)度系統(tǒng)。集中控制室中各操作站相互冗余，操作工以各工藝系統(tǒng)對應(yīng)的用戶名登錄后，即可實現(xiàn)對本工藝系統(tǒng)的監(jiān)控；值長以專用用戶名登錄后，可以監(jiān)視全廠各工藝系統(tǒng)的運行狀況。DCS系統(tǒng)采集電廠各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，集中顯示、分別處理控制，提高了電廠運行處理響應(yīng)速度、運行效率及運行質(zhì)量，保證了發(fā)電機(jī)組的安全。

四、控制系統(tǒng)功能

（一）、DCS系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能：

    數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)（DAS）
    快速準(zhǔn)確地反映機(jī)組參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、工藝報警、性能指標(biāo)、趨勢記錄、事故追憶等，為操作員提供準(zhǔn)確的操作和事故分析依據(jù)。

    模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)（MCS）
    主要實現(xiàn)汽包水位、蒸汽溫度、爐膛壓力、燃料量、一次風(fēng)量、二次風(fēng)量、料層差壓、爐膛差壓、軸封壓力、凝汽器水位、除氧器水位及壓力等調(diào)節(jié)。

    順序控制系統(tǒng)（SCS）

    1．石灰石給料子系統(tǒng)。
    2．給煤子系統(tǒng)。
    3．垃圾給料子系統(tǒng)。
    4．引風(fēng)機(jī)子系統(tǒng)。
    5．一次風(fēng)機(jī)子系統(tǒng)。
    6．二次風(fēng)機(jī)子系統(tǒng)。
    7．汽包緊急放水子系統(tǒng)。
    8．鍋爐排污、對空放汽子系統(tǒng)。
    9．除氧給水子系統(tǒng)。
    10．給水泵子系統(tǒng)。
    11．凝結(jié)水泵子系統(tǒng)。
    12．射水泵子系統(tǒng)。
    13．高、低加熱器子系統(tǒng)。
    14．循環(huán)水子系統(tǒng)。
    15．汽機(jī)油系統(tǒng)。
    16．垃圾前處理子系統(tǒng)。
    17．除灰程控子系統(tǒng)。
    18．輸煤程控子系統(tǒng)。
    19．化學(xué)制水、再生程控子系統(tǒng)。

    鍋爐安全監(jiān)視保護(hù)（FSSS）

        包括燃燒器控制系統(tǒng)（BCS）、燃料安全系統(tǒng)（FSS），完成鍋爐程控點火、燃燒器管理和爐膛安全保護(hù)的所有功能。

    汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)（ETS）

     采用西門子PLC實現(xiàn)汽機(jī)保護(hù)的所有功能，并通過Profibus-DP與DCS系統(tǒng)通訊，實現(xiàn)ETS系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，并將跳閘信號進(jìn)入SOE記錄，以便更加準(zhǔn)確、直觀地分析跳閘原因。

    電氣控制系統(tǒng)（ECS）

               主要完成了電氣系統(tǒng)的所有高、低壓開關(guān)的遠(yuǎn)方控制、聯(lián)鎖保護(hù)，自動準(zhǔn)同期遠(yuǎn)程控制，手、自動勵磁調(diào)節(jié)等。

    與第三方系統(tǒng)通訊

包括與電氣綜合保護(hù)裝置通訊、與電力調(diào)度中心遠(yuǎn)動通訊等。

（二）、流化床垃圾焚燒爐關(guān)鍵環(huán)節(jié)的控制方案

    垃圾前處理控制

主要包括垃圾的接收、存儲、分揀、破碎、輸送等環(huán)節(jié)，進(jìn)入電廠的垃圾經(jīng)過稱重裝置（汽車衡）后，稱重數(shù)據(jù)采用通訊方式送到DCS系統(tǒng)顯示和記錄，垃圾焚燒發(fā)電廠可根據(jù)DCS提供的垃圾稱重量向政府有關(guān)部門申請補(bǔ)貼。DCS系統(tǒng)實現(xiàn)垃圾儲坑料位高度監(jiān)視、報警、趨勢記錄，垃圾含水量的監(jiān)視、報警、趨勢記錄和控制，保證充足的入爐垃圾量和合適的水份；完成破碎機(jī)的控制、垃圾輸送過程的順序控制、聯(lián)鎖保護(hù)功能。垃圾前處理結(jié)果的好與壞直接影響到垃圾在鍋爐中焚燒的質(zhì)量，DCS系統(tǒng)強(qiáng)大的分析、處理和控制功能可以很好地解決這個問題。

    垃圾鍋爐的燃燒控制

          由于城市生活垃圾隨著季節(jié)變化或影響造成供給電廠的垃圾量及熱值的不穩(wěn)定，為保證供電或供熱采用以煤補(bǔ)充。根據(jù)電廠的實際特點，我們設(shè)計了一套燃燒控制方案適應(yīng)垃圾爐以下幾種燃料狀態(tài)：

    1、圾供應(yīng)充足且穩(wěn)定，此時的控制方案是在DCS系統(tǒng)中，給煤量為定值控制、垃圾量為變值控制，此時為自動方式。具體設(shè)置給煤量為一定值，通過調(diào)節(jié)給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制給煤量；同時垃圾進(jìn)料器根據(jù)燃燒控制指令，自動調(diào)節(jié)進(jìn)入爐膛的垃圾量。此種方式可盡可能多地焚燒垃圾。

    2、 垃圾供應(yīng)不很充足、但比較穩(wěn)定，此時的控制方案是在DCS系統(tǒng)中，垃圾量為定值控制、給煤量為變值控制，此時為自動方式。具體設(shè)置垃圾量為一定值，通過調(diào)節(jié)垃圾進(jìn)料器來控制垃圾量；同時給煤機(jī)根據(jù)燃燒控制指令，自動調(diào)節(jié)進(jìn)入爐膛的給煤量。

    3、煤供應(yīng)不充足，垃圾供應(yīng)很充足，此時的控制方案是在DCS系統(tǒng)中，給煤量為手動控制、垃圾量為變值控制，此時為半自動方式。當(dāng)操作工用軟手操改變?nèi)霠t煤量時，垃圾進(jìn)料器根據(jù)燃燒控制指令自動調(diào)節(jié)入爐的垃圾量。

    4、 垃圾供應(yīng)不充足，煤供應(yīng)很充足，此時的控制方案是在DCS系統(tǒng)中，垃圾量為手動控制、給煤量為變值控制，此時為半自動方式。當(dāng)操作工用軟手操改變?nèi)霠t垃圾量時，給煤機(jī)根據(jù)燃燒控制指令自動調(diào)節(jié)入爐的煤量。

    在燃燒控制方案中設(shè)有入爐最小煤量限制，用以穩(wěn)定爐床溫度；同時根據(jù)負(fù)荷指令自動控制一次風(fēng)量、二次風(fēng)量，并設(shè)置最低流化風(fēng)量，確保爐膛內(nèi)燃料始終處于強(qiáng)流化狀態(tài)，滿足負(fù)荷控制要求，提高燃燒效率。控制方案中設(shè)計給定值與過程值偏差大報警、閥門故障報警、回路故障報警等，當(dāng)報警發(fā)生時，調(diào)節(jié)回路由自動切手動，這樣有效地避免了對鍋爐運行造成大的擾動，保證了運行參數(shù)的穩(wěn)定，并且通過查詢報警記錄及操作記錄可方便的分析事故原因。 DCS系統(tǒng)采用靈活的燃燒控制方案后，無論從負(fù)荷的調(diào)整范圍、燃料變化的適應(yīng)性及靜動態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)來看，都是比較好的。

    垃圾廢水、鍋爐尾氣處理控制

    DCS系統(tǒng)監(jiān)控坑底廢液池中廢水的液位，設(shè)有高低液位報警，并設(shè)計聯(lián)鎖控制、自動調(diào)節(jié)回路，自動調(diào)節(jié)廢水以一定流量噴至爐內(nèi)流化床段上方焚燒，使其充分裂解，減少污 染。一般情況下，若保持爐膛內(nèi)煙氣溫度和煙氣停留時間分別為850℃和3秒左右，并保持強(qiáng)烈混合 ，便使有害成分在爐膛內(nèi)充分裂解和破壞，這一要求正好符合流化床鍋爐的燃燒特點， 所以再通過DCS系統(tǒng)控制爐膛煙氣溫度維持850℃左右，就幾乎不存在二惡英、呋喃排放問題。除塵系統(tǒng)采用電除塵、袋式除塵兩級除塵方式，DCS系統(tǒng)采集電場的電壓、袋式除塵的汽源壓力等重要參數(shù)，用于顯示、報警和趨勢記錄，由DCS系統(tǒng)內(nèi)完成時序、聯(lián)鎖邏輯，設(shè)備故障中斷程控并提示人工干預(yù)等功能，實現(xiàn)了除塵過程自動控制，保證了各項排放指標(biāo)均滿足環(huán)保要求。

五、結(jié)束語

    和利時公司的第四代DCS系統(tǒng)HOLLIAS-MACS系統(tǒng)完全能夠滿足流化床垃圾爐的控制要求，方便地實現(xiàn)上述功能，HOLLIAS-MACS系統(tǒng)主要具有如下的特點：

    系統(tǒng)具有開放的體系結(jié)構(gòu)，可以提供多層的開放數(shù)據(jù)接口。

    系統(tǒng)具備強(qiáng)大的處理功能，并提供方便的組態(tài)復(fù)雜控制系統(tǒng)的能力與用戶自主開發(fā)專用高級控制算法的支持能力。

    CLIENT/SERVER（客戶/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)

    HOLLIAS-MACS系統(tǒng)采用CLIENT/SERVER（客戶/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)，所有的數(shù)據(jù)管理和處理均由系統(tǒng)服務(wù)器完成，使系統(tǒng)內(nèi)部各項數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，并確保一致性。
    同時系統(tǒng)不需要配置專門的服務(wù)器，通過設(shè)置可以靈活、方便地選擇任一臺操作站為服務(wù)器，并將服務(wù)分開，大幅度地降低了通訊及系統(tǒng)負(fù)荷，同時使系統(tǒng)的各項任務(wù)分配更加合理。

    現(xiàn)場總線技術(shù)

    HOLLiAS-MACS系統(tǒng)現(xiàn)場控制站內(nèi)采用國際上最流行的現(xiàn)場總線Profibus-DP來連接主控單元和I/O模塊。Profibus-DP是專門為自動控制系統(tǒng)與在設(shè)備級分散I/O之間進(jìn)行通訊而設(shè)計的。既可滿足高速傳輸，又有簡單實用、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)等特點。

    系統(tǒng)冗余技術(shù)

    HOLLiAS-MACS系統(tǒng)在可靠性、維護(hù)性、可維護(hù)性、先進(jìn)性方面具有突出的特點，對重要設(shè)備如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、主控單元（DPU）、系統(tǒng)電源等均采取了冗余設(shè)計。
    和利時公司HOLLiAS-MACS系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)回路的高投入率、附屬系統(tǒng)的程序控制、完善的聯(lián)鎖保護(hù)措施以及良好的人機(jī)界面的設(shè)計，都能夠極大地降低運行人員的勞動強(qiáng)度，提高整個機(jī)組的運行效率，為垃圾焚燒電廠的安全、可靠、高效運行提供有效保障。

    總之，采用具有強(qiáng)大功能的和利時公司HOLLiAS-MACS系統(tǒng)，通過具有豐富流化床鍋爐控制經(jīng)驗的熱電工程部工程技術(shù)人員的努力及電廠相關(guān)技術(shù)人員的密切配合，結(jié)合和利時公司流化床鍋爐控制的成熟方案，完全能夠?qū)崿F(xiàn)垃圾焚燒發(fā)電的全廠優(yōu)化控制。