DCS-2001集散型控制系統在垃圾焚燒電廠中的應用

　　近幾年來．垃圾焚燒發電悄然進入了工控行業人士的視野。作為傳統行業派生的新行業，它告別了垃圾添埋時代，進入了節約資源、清潔環保、再生能源的新世紀，垃圾焚燒目前越來越受到大家重視。我國的垃圾發電技術的發展還剛剛起步，大部分都是成套引進國外設備，成本極高。為了滿足國內垃圾處理市場的迫切需求，實現垃圾焚燒技術的國產化勢在必行。
　　垃圾焚燒發電的方式很多．主要有回轉型焚燒爐、流化床焚燒爐和機械爐排焚燒爐等幾種方式，我國使用的爐型以后兩者居多。
　　廣東東莞市區垃圾處理廠使用的是北京中科通用能源環保有限公司設計的循環流化床垃圾焚燒爐。它的控制系統是DCS一2001系統，這是一個垃圾焚燒電廠設備徹底國產化的工程實例。
1 焚燒電廠的組成
東莞市區垃圾處理廠共有三臺55t／h、日處理垃圾能力400t的流化床垃圾焚燒爐，兩臺15．0MW凝汽式汽輪發電機組。除此之外它還有化學水及廢水處理控制系統、垃圾抓斗控制系統、除灰控制系統等，中低壓電氣、電視監視系統、煙氣連續測量監視系統及尾氣凈化系統。
　　全廠設置一套集散控制系統—DCS200l控制系統．集中操作與各輔助設備分散控制相結合的系統運行模式。
　　整個系統共配置了8臺操作員站、l臺工程師站、l臺值長站、2臺服務器、5套冗余的現場控制站、3套尾氣控制站（如圖1所示）。控制系統通信擁有高速的以太網（10／100LAN），冗余的通信設備，通訊協議為TCP／IP協議。

　　系統實際I／0總點數為4189點，鍋爐部分l439點，汽機部分537點，公用478點，電氣735點，其它為尾氣部分點數。
2 DCS一2001的控制功能
　　分散控制系統的主要功能包括數據采集（DAS）、模擬量控制（MCS）、順序控制（SCS）和聯鎖保護（PRO）等系統功能。
　　1）數據采集系統DAS
　　數據采集系統DAS的功能是連續采集和處理所有與系統有關的所有測點信號及設備狀態信號，以便及時向操作人員提供有關的運行信息．實現系統的安全運行。一旦發生任何異常工況．及時報警，保障系統的安全運行，提高系統的可利用率。DAS信息通過操作員站反映出來的功能由幾部分組成。顯示功能包括：操作顯示、表格顯示、棒狀圖顯示等：趨勢記錄功能包括：歷史趨勢記錄、實時趨勢記錄，歷史數據存儲和檢索：報警記錄功能：既有模擬量報警記錄又有開關量記錄等。
　　2）閉環控制系統MCS
　　主要的閉環控制系統MCS包括如下控制：爐膛壓力控制、一次風量、溫度控制、二次風量、溫度控制、給料控制、爐膛出口溫度控制、過熱蒸汽溫度控制、汽包水位控制、旁路減溫減壓調節、給煤控制、垃圾給料控制、排渣控制、凝結水再循環控制、除氧器水位控制、除氧器壓力控制、低加水位控制、減溫減壓裝置壓力、溫度控制等。
　　3）順序控制系統SCS
　　按照工藝系統及主要輔機的要求劃分成若干功能子組進行控制，如程控點火等順序控制。操作員能通過CRT／鍵盤對各個子功能組進行順序啟、停，對其中的單個設備進行啟、停、或開關操作。
　　4）連鎖保護
　　垃圾電廠機組的連鎖基本上與普通電廠中的連鎖保護是一樣的：它包括引風機、一次風機、二次風機、返料風機之間的風機大連鎖；給料機中大滾筒、小滾筒、撥輪、大鏈板、小鏈板之間的連鎖；出渣系統中各個設備之間的連鎖；MFT信號連鎖停給料、出渣、二次風機的連鎖；各種風機、泵與其進出口擋板、門之間的連鎖
3 S2001控制系統特性
　　1）冗余配置
控制系統提高有可靠性的措施就是冗余。
　　a．控制站冗余
　　控制器CPU的負荷率≤70％（最忙時）；
　　b．重要測點I／O通道冗余
　　I／O模件槽裕量l0％，I／O點裕量15％：
　　C．電源冗余
　　系統電源負荷裕量30％：
　　d．數據通訊總線冗余
　　冗余配置的數據通訊總線在任何時候都同時工
　　作，通訊總線負荷率≤30％（以太網≤15％）；
　　e．操作站冗余
　　操作員站CPU的負荷率≤40％（最忙時）。
　　2）用開放式網絡通訊協議
　　3）靈活的I／O擴展方式
　　4）高強度工業硬件平臺：耐振動，耐高溫以及各種工業環境下的電氣干擾
　　5）信號隔離，具有先進的控制算法。可以任意組態生成系統
　　6）高可靠性、高穩定性
4 幾個與常規循環流化床有所區別的控制
　　傳統的火電燃燒系統的控制原理基本上都適用于垃圾焚燒系統，如汽機部分的調節、控制就是完全一樣的。但鍋爐部分有幾處不同。
1）垃圾給料系統控制
　　垃圾電廠以垃圾為主燃料，而垃圾的形狀不規則，大小不一，進料設備調節的好壞決定了進料的均勻程度。
　　垃圾給料的主要設備有大滾筒、小滾筒、上鏈板、下鏈板、撥輪（如圖2所示）。其啟動順序為大滾筒、小滾筒、下鏈板、撥輪、上鏈板，它的停順序正好倒過來。

　　自動調節以上鏈板為控制對象．以氧量為調節對象，其它幾個設備如大滾筒、小滾筒的控制可與上鏈板“同操”控制，即根據上鏈板轉速成比例調節輸出。
2）排渣系統的調節控制
　　普通燃煤鍋爐所排出的灰渣顆粒小而均勻．而垃圾焚燒爐因垃圾的品質決定了它的灰渣粗糙、大小密度不均勻，很容易造成結塊堵料的情形。因此垃圾處理系統中的垃圾破碎、篩選、磁選等工作尤為重要。良好的垃圾處理工作加上DCS的定時振動控制，就可以徹底解決出渣堵料的問題。
　　該電廠使用的是滾筒式冷卻除渣機，出渣系統的主要設備有：振動排渣給料機、滾筒冷渣輸渣機、出渣振動篩、返砂機、斗鏈（如圖3所示）。它的啟動順序為返砂機、斗鏈、出渣振動篩、滾筒冷渣輸渣機、振動排渣給料機、停順序相反。
　　冷渣輸渣機的調節對象為爐床壓力．這是一個單回路PID調節，而振動排渣機的調節比較特殊，間歇式振動排渣和連續PID調節。操作人員可以根據垃圾質量情況選擇這兩種控制方式之一．當垃圾比較均勻、顆粒較小時可選擇連續調節方式，相反可以選擇間歇式振動排渣方式。
　　經過這樣一系列的優化、完善，系統可連續、穩定完成排渣工作。
3）燃燒控制
　　一般的垃圾焚燒爐雖然有垃圾破碎、分撿．仍不能保證垃圾燃燒的熱值穩定，燃料成份中非可控因素較多，但循環流化床垃圾焚燒爐的爐內循環灰作為熱載體，蓄熱量大，燃燒穩定性好，溫度均勻，為自動調節帶來了方便。
　　循環流化床燃燒溫度一般控制在850％～950％之間，垃圾電廠所燒垃圾有的以工業垃圾為主，有的以生活垃圾為主。對于工業垃圾而言，當爐膛溫度較高時，玻璃、金屬等物質將熔化，冷卻后不易出渣，所以當垃圾源不同時，爐膛溫度的控制點有所不同，需要人為設定偏低一些。
　　燃燒控制被調節對象為爐膛溫度、氧量、蒸汽流量等，根據負荷的變化調整垃圾給料轉速及送風量。
4）輸灰系統的順序控制
　　氣力輸送系統具有輸送灰氣比高，耗氣量少，輸送流速低．磨損小等優點。主要由倉泵部分，氣源部分，管道和灰庫部分組成，采用計算機控制方式，實現系統設備的協調有序運行。其控制重點在于在實踐中摸索出哪些閥先開．哪些閥后開，好的控制流程可以減少灰塵對閥體的磨損，延長設備的使用壽命。
5）氣凈化系統控制
尾氣凈化實際上由爐內凈化和爐后凈化兩部分組成。在循環流化床垃圾焚燒爐內，過量空氣系數小，氮氧化物生成量少，可以有效控制有害氣體的生成。計算機按照煤量、爐內SO2的含量去調節石灰石回轉閥變頻，向爐內添加一定量的石灰石實現爐內為了更好的適應現場自動控制，做了兩種控制—脫硫。在Ca／S為1：1．5時，脫硫效率大于80％。
　　爐后的凈化采用了循環流化床半干法煙氣凈化技術。從鍋爐出來的煙氣從凈化塔底部進入，由計算機根據煙氣中SO、HF、HC1等有害氣體的含量，向反應塔中噴灑適量的消石灰、活性炭，經噴水增濕，有效脫除煙氣中氯化氫、氟化氫、二氧化硫等有害氣體。凈化后的煙氣從凈化塔上部出來去布袋除塵器，過濾后最終通過煙囪排到大氣中。
5 結語
　　機組投產后，運行人員在主控室就可以完成對全廠各部分包括焚燒鍋爐、蒸汽輪機等設備的控制。該廠垃圾燃燒徹底，垃圾減量98％以上，減容90％以上，灰渣無臭味，可直接填埋，也可用于生產地面磚，設備投資低，適合國情。
　　該機組的自動化水平在全國的垃圾焚燒循環流化床發電機組中處于領先地位。
　　垃圾焚燒既環保又可實現能源再生，該行業極具發展前途，也將為自控行業帶來生機。