摘要：本文以某垃圾焚燒發(fā)電廠項目為例，介紹了垃圾焚燒發(fā)電廠熱的自動控制系統和工藝流程、控制手段和控制系統的配置。

關鍵詞：垃圾焚燒；自動控制；發(fā)電

Design of Automatic Control System of Waste Incineration for Power Generation

1  前言      

垃圾焚燒是一種技術高度復雜，成本相對昂貴的生活垃圾處理技術。因此，無論是其發(fā)展源流與應用現狀，目前均以歐美、日本等發(fā)達國家最具代表性。發(fā)達國家應用的垃圾焚燒技術，其特征代表了當前生活垃圾焚燒技術的最前沿，同時其所應用的垃圾焚燒技術對今后垃圾焚燒技術的發(fā)展也具有相當的指導作用。

城市生活垃圾焚燒發(fā)電是把城市生活垃圾收集后，送入垃圾焚燒發(fā)電廠進行焚燒處理。生活垃圾進行高溫焚燒，在高溫焚燒中產生的熱能轉化為高溫蒸氣，推動汽輪機轉動，使發(fā)電機產生電能的過程。

目前由于種種原因，我國生活垃圾焚燒技術的研究和應用起步相對較晚，垃圾焚燒技術的研究落后于發(fā)展需要，目前國內既缺少行業(yè)標準和專業(yè)規(guī)范，更缺乏完整、成熟、形成系統的設計技術。對垃圾焚燒及余熱發(fā)電的自動控制系統設計更是缺少規(guī)程、規(guī)范和成熟的運行經驗。而目前只有深圳建有比較正規(guī)的生活垃圾處理廠，其工程規(guī)模為日處理生活垃圾450T。一期工程于1988年11月投產，裝有2臺日處理能力為150t／d的日本馬丁焚燒爐和1臺5000kW汽輪發(fā)電機組及其配套設備。二期工程于1996年7月投產，增建1臺處理能力為150t／d的國產垃圾焚燒爐和1臺3000kW的汽輪發(fā)電機組及配套設備。由于建廠比較早，其自動化控制和檢測水平不高，采用大量的常規(guī)儀表和控制開關進行手動控制。后經技術改造，增加了一套PLC控制系統，使其控制水平有了一定的提高，達到了正常運行時絕大部分的工藝過程操作與工藝參數的顯示均能在中央控制室進行。

垃圾焚燒發(fā)電廠主要由垃圾焚燒系統、余熱利用系統、煙氣處理系統、污水處理系統等組成。本文以2臺日處理垃圾350噸的機械爐排焚燒爐配1臺12MW汽輪發(fā)電機組組成的城市生活垃圾處理廠為例，探討其自動控制系統的設計方案。

2  垃圾焚燒工藝流程概述

機械爐排焚燒爐垃圾焚燒發(fā)電廠主要由地衡稱重系統、垃圾卸料平臺、垃圾貯坑、垃圾焚燒系統、余熱利用系統、煙氣處理系統、灰渣處理系統、燃燒空氣系統、廢水處理系統等組成。生活垃圾由垃圾運輸車運人垃圾焚燒處理廠，經過地衡稱重后進入垃圾卸料平臺，按控制系統指定的卸料門將垃圾倒人垃圾貯坑。垃圾貯坑內的垃圾由設在垃圾貯坑上方的吊車抓斗送人垃圾料斗，垃圾經斜槽與推料機推人焚燒爐內預熱段。爐排在驅動機構的作用下使垃圾依次通過燃燒段和后燃燼段，燃燒后的爐渣落人爐渣貯坑。垃圾坑上部設有抽風口，抽出坑內有害氣體，由一次風機經預熱器后送入到爐內，作為垃圾焚燒爐的燃燒空氣。燃燒產生的高溫煙氣，經鍋爐各受熱面吸熱降溫后，煙氣經過干式RCFB煙氣處 理系統、布袋除塵器和引風機、煙囪排人大氣。余熱產生的蒸汽用于推動汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。 

3  垃圾發(fā)電廠的自動控制方式 

本垃圾焚燒發(fā)電項目由2條3500t/d垃圾焚燒線和1臺12MW的汽輪機發(fā)電機組以及輔助公用系統組成。 主要包括垃圾焚燒系統、余熱利用系統、煙氣處理系統、污水處理系統等組成。

DCS控制系統完成對2條焚燒線和1臺汽輪發(fā)電機組及其輔助公用系統的監(jiān)控。DCS 控制系統由服務器、現場控制站、工程師站、操作員站、冗余通訊網絡、現場儀表等成。 

根據垃圾發(fā)電廠的規(guī)模和工藝特點，2條垃圾焚燒線、1臺汽輪發(fā)電機組及相應熱力系統可采用一套DCS進行集中監(jiān)視和控制，同時考慮電氣監(jiān)控納入DCS系統。在集中控制室內以彩色CRT、鍵盤作為主要的監(jiān)視和控制手段，實現爐、機、電集中的監(jiān)視和控制，還應設有緊急按鈕，以便在DCS全部故障時，能進行緊急停爐、停機操作，并使爐內垃圾燃盡。在集中控制室設置有工業(yè)電視監(jiān)視系統，對鍋爐汽包水位、垃圾卸料區(qū)的操作和對焚燒爐內燃燒過程等進行監(jiān)視。

對于輔助系統如稱重地衡系統、垃圾池抓斗、化學水處理、除灰系統等，在就地設有獨立的控制設備和人機操作接口，用于調試、啟動和異常時在就地進行監(jiān)視和操作。采用通信方式或將輔助控制系統的上位機遠距離設在集中控制室，在集中控制室內進行監(jiān)視和操作。 

4  DCS控制系統的組成

根據垃圾發(fā)電廠工藝流程的特點，控制系統主要由分散控制系統(DCS)、焚燒爐燃燒控制系統(SIGMA)、啟動燃燒器及輔助燃燒器系統、煙氣連續(xù)測量監(jiān)視系統、汽輪機控制系統(DEH)、汽輪機緊急跳閘系統(EST)、汽輪機安全監(jiān)視系統(TSl)、輔助車間控制系統(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)及電視監(jiān)視系統等幾部分組成。

分散控制系統主要由控制站、數據通訊總線和人機接口設備等三部分構成。分散控制系統是主要的控制系統，其功能包括數據采集、閉環(huán)控制、開環(huán)順序控制和聯鎖保護等。焚燒爐燃燒控制系統(SIGMA)為垃圾焚燒發(fā)電廠自控系統的核心部分，該系統一般由垃圾焚燒爐生產廠家自己配供，其功能由單獨的PLC來實現，并能與DCS通訊，通過DCS的CRT進行監(jiān)控。啟動燃燒器及輔助燃燒器系統通過硬接線與SIGMA系統交換信息，其他系統或通過與DCS系統進行通訊或與DCS硬接線交換信息，最后統一由DCS進行監(jiān)控。

5  控制系統功能 介紹

5.1  數據采集系統(DAS) 

 數據采集系統(DAS)的功能是連續(xù)采集和處理所有與系統有關的重要測點信號及設備狀態(tài)信號，以便及時向操作人員提供有關的運行信息，實現系統安全經濟運行。一旦發(fā)生任何異常工況，及時報警，提高系統的可利用率。DAS具本功能如下： 

    1)顯示：包括操作顯示、成組顯示、棒狀圖顯示、趨勢顯示、報警顯示等。 

2)制表記錄：包括定期記錄、事故追憶記錄、事故順序(SOE)記錄、追憶打印、跳閘一覽記錄等。

3)歷史數據存儲和檢索。     

4)性能計算。     

5)幫助指導。

5.2 監(jiān)控系統的構成

?。?）現場控制站

　　控制站由主控單元控制器、模擬量輸入輸出卡件、開關量輸入輸出卡件、網絡通訊等單元構成。主控單元控制器采用雙機熱備冗余結構， 通訊系統也為雙網冗余。

　（2）操作員站

　　操作站、工程師站平時各自完成所控的對象，需要通過密碼身份驗證登陸，賦予相應權限。

?。?）打印機

　　控制系統設一個打印機（用于事件、報警、圖形、數據等打?。卜旁诠こ處熣緝?。

　（4）電源

　　電源柜內配置冗余電源切換裝置和回路保護設備。

5.3 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。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。

5.4 DCS監(jiān)控系統通訊網絡 
　　DCS系統外部設備通訊網絡設有并支持，RS323 RS422/485接口MODBUS協議、及PROFIBUS -DP現場總線、HATE協議等。 DCS與廠級監(jiān)控信息系統（SIS）配置一臺數據采集接口相連，數據采集接口功能由獨立操作員站完成并設防火墻。 

5.5  焚燒爐燃燒控制系統(SIGMA) 

焚燒爐燃燒控制系統是垃圾焚燒過程中非常重要的控制系統，是垃圾焚燒爐自動控制的核心部分，該系統運行的好壞將直接影響焚燒爐的運行狀況和蒸汽產量，進而影響發(fā)電機組的發(fā)電量。該系統一般由垃圾焚燒爐生產廠家配供，由PLC來實現，并與DCS系統能進行通訊?？刂茖ο蟀ɡ恿掀?、加料斗開閉擋板驅動器、爐排驅動裝置、爐渣滾筒、推灰器、自動潤滑裝置、篩灰裝置、油壓系統的驅動和控制裝置、水洗凈裝置等。焚燒爐燃燒控制系統包括以下子系統：

   1)一次風量、溫度控制系統 ；2)二次風量、溫度控制系統 ；3)爐墻溫度控制系統； 4)爐排控制系統 ；5)爐膛出口溫度控制系統 。

5.6  煙氣連續(xù)測量監(jiān)視系統

    反應塔進口煙氣分析(SO2、HCI、O2、HF、煙氣流量、壓力、溫度)信號和反應塔出口煙氣排放分析(SO2、NOx、O2、HCI、HF、CO、煙氣粉塵含量、壓力、溫度、濕度)信號進入DCS系統進行控制調節(jié)和進入環(huán)境監(jiān)測站。

5.7  工業(yè)電視系統

工業(yè)電視監(jiān)控系統服務器置于電子間，在中控室設置監(jiān)視器，工業(yè)電視系統設置一套服務器可通過網絡實時查詢監(jiān)視。基本監(jiān)視對象有：門衛(wèi)室、地磅房、垃圾卸料平臺、垃圾進料斗、爐膛火焰監(jiān)視、汽包水位、出渣口、煙囪、廠區(qū)等重要的設備安全及保安管理點。

6  其他輔助系統控制 

6.1  垃圾吊控制系統 

    系統采用西門子的可編程控制器(PLC)，并與DCS之間進行DP通訊，進行重要的重量和控制數據傳輸。

6.2  化學水處理控制系統

    化學水處理及其廢水處理系統，設置獨立的水處理車間，車間內設控制室?？刂葡到y采用西門子可編程控制器(PLC)。采用CRT/鍵盤構成監(jiān)視和控制中心，遠距離設置在集中控制室內。正常運行時就地無人值班，在集中控制室完成監(jiān)視和控制。

6.3  循環(huán)水和燃油控制系統 

    循環(huán)水控制系統和燃油控制系統由DCS進行監(jiān)視和控制，不設獨立的控制系統，可對點火燃燒器和輔助燃燒器進行遠程控制。 

6.4  除灰控制系統

    系統采用可編程控制器(PLC)，并與DCS間進行通訊，將主要數據送到DCS中?？梢栽谥骺厥覍崿F全自動方式。

7  結論

由于種種原因，我國生活垃圾焚燒技術的開發(fā)和研究起步相對較晚，垃圾焚燒技術的研究也遠遠落后于發(fā)達國家，對垃圾焚燒及余熱發(fā)電的自動控制系統設計更是缺少規(guī)程、規(guī)范和成熟的運行經驗。發(fā)達國家對垃圾焚燒技術的應用和研究，其特征代表了當前生活垃圾焚燒技術的最前沿和發(fā)展水平，其目前的垃圾焚燒技術對今后我國垃圾焚燒技術的發(fā)展也具有十分重要的指導作用。