浅谈DCS系统在垃圾焚烧中的应用
[2012-03-28] 来源：崔宝纯 李正隆 亓洪波
1、概述
在当今世界上，环境与发展问题已经成为全球普遍关注的焦点问题。环境保护已成为可持续发展进程的一个重要组成部分。在我国，随着经济的持续高速增长，人民生活水平迅速提高，城市化进程也在不断加快。但同时也面临着日趋严重的环境问题，特别是垃圾的处理。利用垃圾焚化炉所产生的热来发电，是垃圾处理的重要方向。发达国家普遍采用垃圾发电形式来处理垃圾。我国的垃圾发电技术的发展还刚刚起步，基本上是成套引进国外技术，成本极高。为了满足国内垃圾处理迫切的需求和广阔的市场，实现垃圾焚烧技术的国产化势在必行。本文结合云南昆明呈贡生活垃圾发电厂为例，结合和利时第四代DCS―MACS系统对DCS系统在垃圾发电中的应用进行阐述。
2、项目概括
本项目包含一期，二期建设，其中一期工程热工自动化控制部分的设计范围包括：2台日处理量为350t/d机械炉排生活垃圾焚烧炉、2台余热锅炉、2套烟气净化系统、1台12MW凝式汽轮发电机组、除氧给水系统、垃圾卸料储存系统、残渣收集处理系统、锅炉补给水处理、油库油泵房、压缩空气处理、垃圾进厂称重系统、循环水系统、污水处理系统、渗滤液处理系统等系统的热工检测、保护、自动控制及工业电视监视系统。
3、系统构成
（1）系统配置
MACS系统与电气网控系统共用一个主控室和机柜室。在主控室内设置1个工程师站、1个值长站、6个操作员站。其中有4个锅炉操作员站（每台炉2个）、1个汽机操作员站、1个公用系统操作员站（除氧给水等系统用），配置了1台A3激光黑白网络打印机以及1台A3彩色喷墨网络打印机。操作员站和工程师站全部采用DELL公司的产品；显示器采用LCD 22”。此外还配置了冗余服务器2 台，也采用DELL公司的产品。通过密码和权限的设置，工程师站与所有的操作员站，可以方便地相互切换和操作，以保证实现在任何一台操作员站及工程师站上均能对全厂的热力系统和厂用电系统完成全部的监控功能。
（2）数据存储
为了保持操作数据（特别是历史数据）的一致性和保持系统数据的安全性与大容量的要求，MACS系统的操作层采用真正的客户机/服务器方式（即C/S结构）。系统采用了冗余的服务器，通过服务器实现全局数据库共享。双冗余的系统服务器用来存储系统所有的实时数据、历史数据、操作记录、事件记录、日志记录等。而各种功能的单元如操作员站、工程师站、现场控制站等构成不同功能的客户机，真正实现了功能分散、危险分散、集中管理。
（3）系统通讯
MACS系统采用了先进的现场总线技术，采用TCP/IP协议以太网，传输介质为光缆，冗余配置，通信速率为10Mb/s.现场总线采用profibus通讯协议，传输介质采用冗余双绞线，最大通讯速率12Mb/s，最大传输距离为1200m。现场过程站、工程师站、操作员站采用100Mb/s快速以太网卡轨式交换机连接，实现光缆通讯。通讯电缆采用光缆，具有较长的通讯距离和较长的抗干扰能力，适用于工业现场。各部分的远程I/O均通过PROFIBUS-DP现场总线引入MACS系统。例如由制造厂带来的成套供货的减温减压控制系统和空压站控制系统，通过PROFIBUS-DP现场总线与MACS系统相连。通过现场总线接入MACS的还有WOODWARD505调速器、吹灰系统、汽机旁路系统、地磅、垃圾吊、电气综合自动化系统、布袋除尘及尾气处理系统、通风系统，此外还有除氧器系统、循环水泵房、综合水泵房、岸边取水泵房等，从而节省了大量控制电缆。点火部分是以硬接线方式接入MACS系统的。
（4）系统单元
整个工程垃圾焚烧系统工艺单元包括：
垃圾计量系统；垃圾卸料及贮存系统；垃圾给料系统；垃圾焚烧系统；余热利用系统；烟气净化和排放系统；灰渣处理系统；水处理或回用系统；烟气排放在线监测系统；垃圾焚烧自动控制系统；
4、系统主要功能
（一）数据采集系统（DAS）
MACS系统连续采集和处理所有与机组有关的重要测点信号及设备状态信号，以便及时向操作人员提供有关的运行信息，实现机组安全经济运行。一旦机组发生任何异常工况，及时报警，提高机组的可利用率。
(1) 显示功能：包括工艺流程显示、工艺状态显示、电气设备运行状态显示、操作显示、成组显示、棒状图显示、趋势显示、报警显示等。
(2) 制表记录功能：包括定期记录、事故顺序（SOE）记录、事故追忆记录、跳闸一览记录等。
(3) 历史数据存储和检索功能。MACS系统可以对报警、联锁、操作指令变化等事件及其日期、时间作为历史数据加以储存。并能记录3个月以上的历史数据的磁介质存储空间；还可另接可读写光驱等转储设备。
(4) 机组的性能计算功能：提供在线性能计算的能力，以计算发电机组及其辅机的各种效率及性能参数，这些计算值及各种中间计算值有打印记录并能在LCD上显示等
（二）模拟量控制系统（MCS）
MACS系统实现的垃圾焚烧炉主要控制功能有：
(1) MACS系统为全厂控制提供了两种控制策略的接口功能：按母管压力恒定的要求来控制垃圾焚烧率和按汽轮发电机的发电量（根据电网的调度命令）来控制垃圾焚烧率；
(2) MACS系统实现的给料自动控制功能：通过运行人员手操或由焚烧炉优化管理系统给定值来设定给料单元的给定值。运行人员还可以对优化系统的给定设置偏置；
(3) MACS系统实现的炉排转速调节功能：根据蒸汽量和蒸汽压力来控制炉排的转速；
(4) MACS系统实现的送风量调节功能：送风量调节分为一次风门调节、一次风量调节和二次风量调节。一、二次风量的设定值可由运行人员手工给定或经焚烧炉优化管理系统给定。当发生炉膛吹扫请求时，一、二次风量调节系统切手动，并限制输出，直到吹扫结束；
(5) MACS系统实现的辅助燃油控制功能：主要用于开炉和停炉操作，或者垃圾焚烧炉的温度即将下降到850℃时启用，并保证垃圾焚烧炉烟道的温升率为5℃/min。
MACS系统实现的余热锅炉主要控制功能：
(1) MACS系统实现的三冲量汽包水位调节功能：低负荷时采用单冲量调节系统，负荷大于30％时一般采用由汽包水位、给水流量和蒸汽流量组成的三冲量串级调节系统来调节给水阀，以使汽包水位满足机组运行要求。经过多次的调试与修改，现给水调节已经能非常稳定地保证汽包水位；
(2) MACS系统实现的过热蒸汽温度调节功能：主蒸汽温度调节系统由两级减温调节系统组成，主汽温度调节系统采用由主汽温度、喷水减温器出口温度及主汽流量等参数组成的串级控制系统，其结果经限幅后由手操器输出至执行机构，调节喷水减温的控制阀；
(3) MACS系统实现的引风机风量调节功能：炉膛负压测量值经过惯性延滞处理后送入PID中进行运算，运算结果动作引风机执行机构，从而控制炉膛负压满足机组运行要求。
MACS系统实现的尾气处理系统控制功能：
尾气处理设备用来控制垃圾焚烧炉产生的烟尘、氯化氢、二氧化硫机氟化氢等排放气体。每台垃圾焚烧炉配1套单独的尾气处理系统。通过调节石灰浆流量来控制SO2、HCI的含量。通过喷人活性炭来控制二恶英的含量。可在主控室实现对烟气排放状况的实时监视与控制。
MACS系统实现的汽机主要控制功能（都是单回路调节系统，不再详细说明）：
(1) 热井水位调节；
(2) 除氧器压力、水位调节；
(3) 减温减压器压力、温度调节；
(4) 循环水系统的监控；
(5) 工业水及生活水系统的监控。
MACS系统实现全厂的厂用电系统的控制功能：
(1) 在MCC面板上，当电气回路切换开关置“远控”时，由DCS控制马达启停；
(2) 电动机状态（运行、过载）监视及报警，回路电流的远方显示功能；
(3) 双（三）联泵组的备用、连锁、自投控制等。
（三）顺序控制系统（SCS）
MACS系统实现的顺序控制（SCS）功能主要用于辅机的顺序启停。运行人员可在LCD/键盘上操作每一个被控对象，手动操作将有许可条件，以防运行人员误动作。设备的连锁、保护指令将具有最高优先级；手动指令则比自动指令优先。被控设备的“启动”、“停止”或“开”、“关”指令将互相闭锁，且将使被控设备向安全方向动作。成对或成组的被控设备（如润滑油泵、凝泵、给水泵等），控制系统的组态将考虑采用不同的分散处理单元或控制组件（如二进制卡件），以防系统故障时二个被控设备同时失去控制。具体的SCS功能有：
(1) 锅炉侧：
顺序控制系统：清灰准备系统投用、停止的顺控； 烟道清灰系统投用、停止的顺控； 风烟系统投用、停止的顺控；出渣机控制；熔渣滚筒控制； 锅炉定期排污电动阀门控制。
定时程控系统：
清灰系统定时程控；炉排润滑油加油定时控制。
联锁控制系统：
鼓风机控制；引风机控制；密封风机控制；
给料器控制；炉排控制；液压泵控制； 垃圾隔离挡板控制；潜污泵控制； 汽包排水门控制；向空排汽门控制；生产及生活水箱水位控制。
(2) 汽机侧
联锁控制系统：
循环水泵控制；凝结水泵控制；交流润滑油泵控制；直流润滑油泵控制；主机盘车控制；
疏水泵控制；给水泵控制；主蒸汽放空门控制；除氧器补水电磁阀控制；启动阀控制。
（四）联锁保护功能
MACS系统可以通过键盘和CRT显示画面，完成所有被控对象的操作和获取系统手动、自动运行的各种信息。提供在各种运行方式（即高一级自动方式、次一级自动方式及就地手操方式）下完善的监视和连锁功能。所供的连锁功能有最大的安全性，可在组件失灵或有关设备故障而出现危险时，减少所需的控制操作。连锁控制可作解联与否，故障及保护控制的投入与否的选择。MACS系统热工联锁保护项目有（均在冗余控制站中实现）：
(1) 焚烧炉紧急停炉保护；
(2) 焚烧炉与余热锅炉的连锁控制；
(3) 余热锅炉汽包水位过高、过低停炉；
(4) 汽机润滑油压力过低停机；
(5) 汽机轴承回油温度过高停机；
(6) 汽机排气压力过高停机；
(7) 汽机轴向位移过大停机；
(8) 发电机内部故障停机。
结束语：该套方案针对垃圾发电的工艺过程制定，符合垃圾发电的控制要求，各个控制子系统性能安全稳定，操作灵活方便。
