淺談李坑垃圾焚燒發(fā)電二廠分散控制系統(tǒng)

劉益成 李俊欣

【摘 要】李坑生活垃圾焚燒發(fā)電二廠項(xiàng)目采用丹麥·偉倫公司（Babcock & Wilcox Volund，簡(jiǎn)稱BWV）的四段往復(fù)式機(jī)械爐排焚燒技術(shù)，主要控制采用ABB公司AC800F系統(tǒng)。本文敘述了焚燒爐自動(dòng)燃燒管理系統(tǒng)、全廠DCS控制系統(tǒng)、其它分控制系統(tǒng)與DCS控制系統(tǒng)的整合等。通過(guò)有機(jī)整合全廠控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中控制、有效提高全廠自動(dòng)化控制水平，選用成熟可靠的設(shè)備，減少運(yùn)行、檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

【關(guān)鍵詞】垃圾焚燒發(fā)電；焚燒爐自動(dòng)燃燒管理系統(tǒng)；能量控制；二次風(fēng)作用

1.引言

生活垃圾作為燃料，由于其成份復(fù)雜、含水率高、熱值偏低且隨意性大，容易導(dǎo)致燃燒工況不穩(wěn)定。如何保證在垃圾熱值不斷變化的情況下能夠在焚燒爐內(nèi)完成燃燒？如何確保焚燒爐出口溫度在850℃以上來(lái)實(shí)現(xiàn)焚燒爐所產(chǎn)生的煙氣在爐內(nèi)停留2秒以上，減少或避免二噁英的生成？如何最大限度地減小運(yùn)行操作人員的人工干預(yù)，讓控制系統(tǒng)對(duì)焚燒爐的焚燒自動(dòng)管理？垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮這些因素。

2.BWV垃圾焚燒工藝流程

BWV四段往復(fù)式機(jī)械爐排焚燒技術(shù)工藝流程如下：垃圾運(yùn)輸——地衡稱重——垃圾貯存發(fā)酵——垃圾投料——垃圾焚燒——灰渣利用；垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣——余熱鍋爐——煙氣脫酸處理——煙氣除塵處理——煙囪。

BWV垃圾焚燒爐的工藝流程如圖1。

3.垃圾焚自動(dòng)燃燒管理系統(tǒng)

李坑二廠項(xiàng)目采用DCS系統(tǒng)而非常規(guī)的PLC系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)焚燒爐的自動(dòng)燃燒管理（簡(jiǎn)稱ACC）。ACC與全廠DCS系統(tǒng)同屬于ABB公司AC800F系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定、可靠性高、系統(tǒng)維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。每條焚燒線配置相對(duì)獨(dú)立的過(guò)程控制站，實(shí)現(xiàn)對(duì)焚燒爐液壓裝置的驅(qū)動(dòng)、對(duì)燃燒工況的監(jiān)控、利用能源平衡原理計(jì)算燃燒風(fēng)量、焚燒爐垃圾推料器及爐排運(yùn)動(dòng)速度控制等。

ACC系統(tǒng)主要控制如下：

1）液壓站控制

液壓站是焚燒爐內(nèi)爐排、推料器、出渣機(jī)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源。每條焚燒線配有一個(gè)液壓站，液壓站內(nèi)配有2個(gè)獨(dú)立的泵系統(tǒng)，正常情況下，一個(gè)運(yùn)行一個(gè)備用。

每個(gè)泵系統(tǒng)有3個(gè)高壓泵，由同一個(gè)電機(jī)拖動(dòng)；每個(gè)高壓泵出口油流量、壓力根據(jù)驅(qū)動(dòng)對(duì)象的要求不同而不同，分別送至爐排、推料器、進(jìn)料擋板和出渣機(jī)。

液壓站配有一蓄油器裝置，當(dāng)液壓泵系統(tǒng)故障不能提供液壓油時(shí)，向進(jìn)料擋板油缸提供動(dòng)力油，保證進(jìn)料擋板能夠正常動(dòng)作。

2）能量控制

能量控制是焚燒爐自動(dòng)燃燒管理系統(tǒng)的核心，被設(shè)計(jì)為串級(jí)、前饋控制，包括蒸汽流量控制器和影響一次風(fēng)流量的兩個(gè)前饋控制器。經(jīng)過(guò)主蒸汽溫度和壓力修正的主蒸汽信號(hào)作為主蒸汽流量控制器的測(cè)量值。在引風(fēng)機(jī)負(fù)載太高或太低時(shí)，能量控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)低或調(diào)高主蒸汽流量控制器的設(shè)定點(diǎn)；當(dāng)輔助燃燒器工作時(shí)，輔助燃燒器的總功能通過(guò)換算轉(zhuǎn)化為一個(gè)蒸汽流量，作為蒸汽流量設(shè)定值的一部分，避免由于輔助燃燒器的投入引起燃燒控制的紊亂。

鍋爐第一通道出口的煙氣溫度是第一個(gè)前饋控制器的作用值，該溫度升高意味著蒸汽產(chǎn)量將會(huì)提高，為了保證控制的平穩(wěn)，溫度值取近三個(gè)小時(shí)以內(nèi)的平均值。主蒸汽壓力是第二個(gè)前饋控制器的作用值，該壓力增加意味著蒸汽產(chǎn)量將會(huì)增加。兩個(gè)前饋控制器的輸出量被疊加至蒸汽流量控制器中，用來(lái)計(jì)算一次風(fēng)總流量中可變流量部分的設(shè)定值。

3）推料器控制

推料器將料槽中的垃圾推至第一級(jí)爐排。李坑生活垃圾焚燒發(fā)電二廠項(xiàng)目共11個(gè)推料器，分左右兩組（左5右6），分別向左右兩側(cè)的爐排提供垃圾燃料。每個(gè)推料器由一個(gè)液壓油缸驅(qū)動(dòng)，每組推料器要求動(dòng)作基本同步。

每組推料器的動(dòng)作過(guò)程分為：壓縮過(guò)程、進(jìn)料過(guò)程、返回過(guò)程。

壓縮過(guò)程中是一個(gè)高速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，液壓油缸拖動(dòng)推料器快速運(yùn)動(dòng)，使得推料器上的垃圾得到擠壓，瀝出垃圾中的水份；每個(gè)推料器的液壓油缸在該動(dòng)作過(guò)程中的油路由電磁閥控制；每組推料器中只一個(gè)達(dá)到壓縮過(guò)程的設(shè)定位移，該組推料器的壓縮過(guò)程結(jié)束，自動(dòng)進(jìn)入進(jìn)料過(guò)程。

進(jìn)料過(guò)程的液壓油缸速度可變。在進(jìn)料過(guò)程中，同組推料器在相同的時(shí)刻運(yùn)動(dòng)速度相同；每個(gè)推料器的液壓油缸在該動(dòng)作過(guò)程中的油路由比例閥控制，其運(yùn)動(dòng)速度由焚燒爐蒸汽負(fù)荷、第二級(jí)爐排料層厚度等因素決定；該組中的所有推料器到達(dá)進(jìn)料設(shè)定位移后，該組推料器的進(jìn)料過(guò)程結(jié)束，準(zhǔn)備進(jìn)入返回過(guò)程。

返回過(guò)程是一個(gè)高速運(yùn)行過(guò)程，液壓油缸油路由電磁閥控制，當(dāng)接收到組推料器返回指令時(shí)，該組推料器開始高速返回至原位，該組中所有推料器返回至原位后等待下一個(gè)輪回的開始。

4）爐排控制

爐排運(yùn)動(dòng)速度直接決定了垃圾焚燒的品質(zhì)，同時(shí)嚴(yán)重影響垃圾焚燒爐焚燒工況。BWV垃圾焚燒技術(shù)的爐排從上至下分四級(jí)，由于本項(xiàng)目單爐處理能力較大，每級(jí)爐排分左右兩側(cè)。

每側(cè)每級(jí)爐排由一個(gè)液壓油缸驅(qū)動(dòng)，液壓油缸運(yùn)動(dòng)速度由對(duì)應(yīng)的液壓比例閥進(jìn)行控制；同級(jí)爐排左右兩側(cè)的運(yùn)行無(wú)須同步。

各側(cè)爐排中，第一級(jí)爐排的運(yùn)動(dòng)速度主要由鍋爐負(fù)荷、本身料層厚度決定，同時(shí)受第二級(jí)爐排料層厚度影響，當(dāng)?shù)诙?jí)爐排料層較厚時(shí)，發(fā)出要求第一級(jí)爐降低運(yùn)動(dòng)速度的信號(hào)；第二級(jí)爐排的運(yùn)動(dòng)速度主要由鍋爐負(fù)荷及本身料層厚度決定；第三、四級(jí)爐排主要是燃燼段，其運(yùn)動(dòng)速度由本身料層厚度決定。

爐排上的垃圾料層厚度由于其環(huán)境的特殊，采用料位測(cè)量?jī)x很難檢測(cè)到其料位的高低，BWV公司根據(jù)其多年的焚燒爐經(jīng)驗(yàn)及爐型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，形成一套專門的料層厚度經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，根據(jù)風(fēng)室壓力、一次風(fēng)流量、一次風(fēng)溫度、壓力以及爐膛溫度、壓力等參數(shù)計(jì)算出每段爐排上的垃圾料厚度。

5）一次風(fēng)控制

一次風(fēng)是焚燒爐燃燒的主要風(fēng)源，為了保證其供應(yīng)的可靠性，一次風(fēng)機(jī)設(shè)置有變頻回路和工頻回路，并在風(fēng)機(jī)的入口安裝電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，正常情況下，一次風(fēng)機(jī)變頻回路工作，入口電動(dòng)閥全開，工頻回路處于備用狀態(tài)。

來(lái)自垃圾貯坑的抽氣經(jīng)過(guò)蒸汽空預(yù)器進(jìn)行加熱至220℃后，通過(guò)一次風(fēng)機(jī)加壓后送至每段爐排下的風(fēng)室中，共八路，每路風(fēng)源由一個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥對(duì)其流量進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。

為了保證焚燒爐燃燒的相對(duì)穩(wěn)定，一次風(fēng)流量分為可變部分和固定部分兩種，固定部分由主蒸汽流量設(shè)定點(diǎn)決定，可變部分根據(jù)焚燒爐的實(shí)際燃燒工況（垃圾熱值、主蒸汽壓力、煙氣溫度、主蒸汽流量等）進(jìn)行變化，從而避免一次風(fēng)流量出現(xiàn)大幅度的變化造成燃燒不穩(wěn)定。

6） 二次風(fēng)控制

二次風(fēng)的目的是在二次燃燒區(qū)中創(chuàng)造過(guò)量的燃燒空氣，為了確保煙氣完全燃燒。而且二次風(fēng)的注入在煙氣中創(chuàng)造湍流，使空氣與煙氣良好混合。

二次風(fēng)通過(guò)四個(gè)區(qū)域的噴嘴注入到焚燒爐中，注入?yún)^(qū)域主要位于焚燒爐頂部前端及余熱鍋爐入口位置。前端二次風(fēng)流量控制，受主蒸汽流量設(shè)定值影響；OFA二次風(fēng)流量控制，受主蒸汽流量設(shè)定值及煙氣含氧量影響。

4.DCS控制系統(tǒng)

李坑二廠DCS控制系統(tǒng)采用ABB公司AC800F系統(tǒng)，完全基于現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，采用全開放一體化的全新控制器及操作員站作為硬件。由三個(gè)2光口14電口的1000M交換機(jī)組成雙環(huán)形網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。實(shí)際I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)3500點(diǎn)（不包括與其它子系統(tǒng)所配置PLC的通訊點(diǎn)），設(shè)一個(gè)中控室進(jìn)行集中控制。

李坑二廠DCS系統(tǒng)配置圖如圖2。

DCS系統(tǒng)配置6個(gè)過(guò)程控制站，分別為#1鍋爐控制站、#2鍋爐控制站、#3鍋爐控制站、#1汽機(jī)控制站、#2汽機(jī)控制站和公共系統(tǒng)控制站，完成余熱鍋爐及其輔機(jī)、汽輪發(fā)電機(jī)組及其輔機(jī)熱工參數(shù)的監(jiān)視和控制。

操作站的配置：DCS系統(tǒng)配置7個(gè)操作員站（分別為#1鍋爐、#2鍋爐、#3鍋爐、#1煙氣、#2煙氣、#1汽機(jī)、#2汽機(jī)）、1個(gè)值長(zhǎng)站、1個(gè)工程師站。

5.全廠控制系統(tǒng)整合

全廠控制除DCS系統(tǒng)外，還有地衡管理系統(tǒng)、垃圾吊車管理系統(tǒng)、焚燒爐控制系統(tǒng)、爐內(nèi)脫硝系統(tǒng)、鍋爐吹灰控制系統(tǒng)、煙氣凈化處理系統(tǒng)、電氣自動(dòng)化管理系統(tǒng)、化水制系統(tǒng)管理系統(tǒng)、大屏管理系統(tǒng)等，眾多的分系統(tǒng)都配有相對(duì)獨(dú)立的PLC，完成對(duì)其系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的監(jiān)控功能。

DCS系統(tǒng)作為全廠主控制系統(tǒng)，對(duì)需要在中控室監(jiān)控的分系統(tǒng)其進(jìn)行優(yōu)化整合。焚燒爐控制系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)都采用AC800F系統(tǒng)，通過(guò)以太網(wǎng)連接，形成一個(gè)有機(jī)的整體，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；爐內(nèi)脫硝、鍋爐吹灰、煙氣凈化、電氣自動(dòng)化等系統(tǒng)以通訊方式將相關(guān)數(shù)據(jù)送至DCS系統(tǒng)；垃圾吊車管理系統(tǒng)在中控室配有單獨(dú)的操作站，主要信號(hào)以硬接線方式傳輸至DCS系統(tǒng)；化水等系統(tǒng)采用硬件系統(tǒng)方式將重要數(shù)據(jù)送至DCS系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視。

6.結(jié)束語(yǔ)

李坑二廠采用先進(jìn)成熟的BWV焚燒技術(shù)，主要設(shè)備配置國(guó)內(nèi)外穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品，輔以ABB公司的AC800F作為其主要控制系統(tǒng)，有如下重要意義：

1）焚燒爐控制系統(tǒng)采用先進(jìn)成熟的DCS系統(tǒng)，其在性能、處理速度、運(yùn)算性能方面的優(yōu)越性，更有利于焚燒爐自動(dòng)燃燒管理的實(shí)現(xiàn)，減少操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度和操作人員經(jīng)驗(yàn)對(duì)垃圾焚燒效果的影響。

2）DCS控制系統(tǒng)在李坑二廠的成功應(yīng)用，并將垃圾焚燒技術(shù)減容減量、資源化、無(wú)害化的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)出來(lái)，對(duì)垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)將會(huì)產(chǎn)生積極的影響。

參考文獻(xiàn)：

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