從化垃圾焚燒發(fā)電廠DCS系統(tǒng)全廠一體化應(yīng)用

蘇志輝

摘 要：文章介紹了從化垃圾焚燒發(fā)電廠DCS系統(tǒng)全廠一體化應(yīng)用，分別對(duì)母管制垃圾焚燒發(fā)電廠運(yùn)行特點(diǎn)、母管制垃圾焚燒發(fā)電廠控制需求、從化垃圾焚燒發(fā)電廠DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：母管制垃圾焚燒發(fā)電廠；DCS；全廠一體化

1 概述

目前，我國(guó)的垃圾焚燒發(fā)電廠基本上都采用母管制運(yùn)行方式。而大部分垃圾發(fā)電廠，鍋爐采用DCS系統(tǒng)+PLC系統(tǒng)控制方式，汽輪機(jī)數(shù)字式電液控制系統(tǒng)采用另外一套DCS系統(tǒng)或WoodWard505調(diào)節(jié)器控制，煙氣凈化系統(tǒng)、化學(xué)除鹽水處理系統(tǒng)一般也都采用獨(dú)立的PLC系統(tǒng)控制，為便于全廠統(tǒng)一在中控室進(jìn)行監(jiān)控，相互之間采用通訊的方式連接。一旦發(fā)生通訊故障，中央控制室就無法監(jiān)控各個(gè)子系統(tǒng)，監(jiān)控不到的子系統(tǒng)就進(jìn)入自動(dòng)化孤島狀態(tài)，非常不安全。本文針對(duì)此現(xiàn)狀在從化垃圾焚燒發(fā)電廠實(shí)現(xiàn)了DCS全廠一體化控制，下文加以詳細(xì)說明。

2 母管制垃圾焚燒發(fā)電廠運(yùn)行特點(diǎn)分析

2.1 單臺(tái)垃圾焚燒爐的主蒸汽壓力都不穩(wěn)定

母管制垃圾焚燒發(fā)電廠存在的突出問題：?jiǎn)闻_(tái)垃圾焚燒爐的主蒸汽壓力都不穩(wěn)定。這是因?yàn)檫M(jìn)入各臺(tái)垃圾焚燒爐的垃圾熱值不穩(wěn)定所造成的。眾所周知，國(guó)外的垃圾是分類的，因此熱值比較穩(wěn)定。而國(guó)內(nèi)垃圾基本上不分類，所以盡管進(jìn)入垃圾焚燒爐的垃圾給料量是可以控制的，但是每一時(shí)刻進(jìn)入垃圾焚燒爐的垃圾熱值實(shí)際上是無法確定的；特別是在天氣潮濕的情況下，垃圾熱值波動(dòng)很大，從而導(dǎo)致單臺(tái)垃圾焚燒爐的主蒸汽壓力都不穩(wěn)定；進(jìn)而影響到整個(gè)主蒸汽母管的壓力也總是不穩(wěn)定。這就會(huì)嚴(yán)重影響汽輪機(jī)的正常運(yùn)行。

2.2 母管制垃圾焚燒爐的主蒸汽溫度采用DCS控制可以穩(wěn)定

盡管母管制垃圾焚燒爐由于垃圾的熱值不確定而導(dǎo)致主蒸汽壓力不穩(wěn)定，但是單臺(tái)垃圾焚燒爐的主蒸汽溫度，采用DCS系統(tǒng)以后是可以穩(wěn)定控制的。這是因?yàn)楝F(xiàn)代化的垃圾焚燒爐絕大多數(shù)采用了噴水減溫的技術(shù)方案。實(shí)踐證明，DCS系統(tǒng)采用串級(jí)控制技術(shù)后，只要控制減溫水的調(diào)節(jié)閥，只要調(diào)節(jié)閥質(zhì)量比較好，泄漏量小，DCS是可以成功地把垃圾焚燒爐的主蒸汽溫度控制在規(guī)定的范圍之內(nèi)。

2.3 母管制汽輪機(jī)對(duì)于主蒸汽溫度變化十分敏感

由于汽輪機(jī)的汽缸壁厚薄不均勻，因此對(duì)于主蒸汽溫度變化十分敏感。當(dāng)主蒸汽溫度變化劇烈時(shí)，由于熱脹冷縮的原因，會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)各部分的熱應(yīng)力嚴(yán)重不均勻；甚至?xí)?dǎo)致汽缸壁出現(xiàn)裂縫或者導(dǎo)致大軸彎曲。而采用一體化控制的DCS和DEH后，垃圾焚燒爐的主蒸汽溫度通過DCS系統(tǒng)，可以控制得十分穩(wěn)定；同時(shí)，汽輪機(jī)本身各點(diǎn)的溫度，也可以通過DCS系統(tǒng)得到嚴(yán)密的監(jiān)控，因而為汽輪機(jī)的安全運(yùn)行提供了可靠保證。

3 母管制垃圾焚燒發(fā)電廠“全廠一體化”控制需求

母管制垃圾焚燒發(fā)電廠“全廠一體化”控制是根據(jù)以下幾個(gè)方面的要求而提出來的：

3.1 信息化（Information）時(shí)代對(duì)于DCS的要求

70年代DCS剛剛推出時(shí)，主要是用于控制。40多年過去了，DCS僅僅用于控制，就是一個(gè)過時(shí)的、陳舊的觀念了。當(dāng)代的DCS系統(tǒng)，由于其軟硬件的飛躍發(fā)展，已將SCADA等多種信息整合技術(shù)與工程師夢(mèng)寐以求的控制品質(zhì)和安全特性相融合，成為一個(gè)理想的綜合信息系統(tǒng)，不僅僅可以實(shí)現(xiàn)良好的控制功能，而且已經(jīng)成為最好、最及時(shí)的信息集成工具。

因此，進(jìn)入21世紀(jì)的垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)，陸續(xù)有垃圾焚燒發(fā)電工程項(xiàng)目推出全廠DCS一體化控制解決方案。就是要采用最先進(jìn)的DCS系統(tǒng)和最先進(jìn)的信息集成技術(shù)，不僅僅要實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的控制方案，而且要實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的信息管理模式。

3.2 消滅“自動(dòng)化孤島”現(xiàn)象對(duì)于DCS的要求

由于現(xiàn)在的DCS系統(tǒng)完全有能力取代原有的輔助控制系統(tǒng)，因此堅(jiān)決消滅垃圾焚燒發(fā)電廠的“自動(dòng)化孤島”現(xiàn)象完全可能。即采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通訊技術(shù)，將地理位置分散的各輔控子系統(tǒng)連接成全廠輔控網(wǎng)絡(luò)，在維持原有控制設(shè)備分散控制的同時(shí)，在中央控制室實(shí)現(xiàn)對(duì)輔助控制系統(tǒng)的集中監(jiān)控。

傳統(tǒng)垃圾焚燒發(fā)電廠輔助控制系統(tǒng)種類繁多，數(shù)據(jù)獲取困難，在電廠內(nèi)部形成多個(gè)信息孤島。高成本的投入換來的卻是運(yùn)營(yíng)成本增加，維護(hù)工作量增大、可靠性能的降低。以前采用PLC的煙氣凈化系統(tǒng)、化學(xué)除鹽水處理系統(tǒng)、蒸汽吹灰系統(tǒng)、脈沖吹灰系統(tǒng)、循環(huán)水泵房控制系統(tǒng)及工業(yè)水泵房控制系統(tǒng)等，現(xiàn)在可以全部設(shè)置新一代DCS系統(tǒng)的遠(yuǎn)程I/O模塊。這些就地的遠(yuǎn)程I/O模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)信息的采集和控制指令的輸出。它們用光纖或者雙絞線和集控室的DCS系統(tǒng)相連，從而可以節(jié)省大量控制電纜。

3.3 現(xiàn)代化的管理模式對(duì)于DCS的要求

現(xiàn)代化的管理模式，要求充分提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。其中一個(gè)重要方面，就是要在垃圾焚燒發(fā)電廠實(shí)現(xiàn)“全能值班員”制度。即垃圾焚燒發(fā)電廠的運(yùn)行人員，必須同時(shí)具有監(jiān)控操作全廠所有控制系統(tǒng)（包括機(jī)爐電和全廠輔機(jī)系統(tǒng)）的能力。因此整個(gè)中央控制室內(nèi)，不再嚴(yán)格地分為司爐、司機(jī)和電氣值班。任何一個(gè)運(yùn)行人員，根據(jù)授權(quán)，可以在任何一臺(tái)LCD上，分別控制鍋爐、汽機(jī)、電氣或者是垃圾焚燒發(fā)電廠的任何一個(gè)輔機(jī)系統(tǒng)。

綜上所述，現(xiàn)代化的管理模式，要求用一套DCS系統(tǒng)，覆蓋全廠，從而可以對(duì)全廠所有的運(yùn)行設(shè)備和生產(chǎn)狀況實(shí)現(xiàn)全面的監(jiān)控。堅(jiān)決不在許多輔機(jī)設(shè)備系統(tǒng)旁邊，再設(shè)置值班人員。包括煙氣凈化車間和化學(xué)除鹽水處理車間，也要把運(yùn)行人員減到最少。由此可見，PLC不能再用。因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)了PLC形成的“自動(dòng)化孤島”，往往就得在孤島現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置值班人員。為此從化垃圾焚燒發(fā)電廠DCS系統(tǒng)決定實(shí)施“全廠一體化”解決方案，來全面提高整個(gè)垃圾焚燒發(fā)電廠的自動(dòng)化水平、信息化水平和管理水平。

4 從化垃圾焚燒發(fā)電廠DCS控制系統(tǒng)

從化垃圾焚燒發(fā)電廠DCS控制系統(tǒng)采用艾默生公司OVATION系統(tǒng)，OVATION系統(tǒng)是最早用于輔網(wǎng)一體的控制系統(tǒng)，同時(shí)也是應(yīng)用最為成功的系統(tǒng)。OVATION系統(tǒng)采用先進(jìn)的分散式數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，輔控網(wǎng)絡(luò)局部中斷，相關(guān)控制不受影響；服務(wù)器離線，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制不受影響。同時(shí)OVATION系統(tǒng)支持遠(yuǎn)程控制器和遠(yuǎn)程的IO站，可以有效分散在偏遠(yuǎn)控制現(xiàn)場(chǎng)，并大量節(jié)省硬件成本。本項(xiàng)目DCS系統(tǒng)控制實(shí)際I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)5500點(diǎn)，在中央控制室實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠的集中監(jiān)控。

全廠DCS系統(tǒng)共配置11個(gè)過程控制站，分別為：1#焚燒爐系統(tǒng)、1#ACC系統(tǒng)、2#焚燒爐系統(tǒng)、2#ACC系統(tǒng)、汽機(jī)系統(tǒng)、DEH系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、1#煙氣系統(tǒng)、2#煙氣系統(tǒng)、化水系統(tǒng)、公用系統(tǒng)，完成對(duì)整個(gè)垃圾焚燒發(fā)電廠各系統(tǒng)的監(jiān)視和控制。

全廠監(jiān)控操作站：共配置7個(gè)操作員站（分別為：焚燒爐OS1、焚燒爐OS2、汽機(jī)OS3、DEH OS4、ECS OS5、煙氣OS6、公用OS7）、1臺(tái)工程師站。

全廠DCS系統(tǒng)控制范圍：垃圾運(yùn)輸?shù)姆Q重地磅系統(tǒng)，焚燒爐輔機(jī)及ACC系統(tǒng)，余熱鍋爐系統(tǒng)，煙氣凈化系統(tǒng)，汽機(jī)本體及輔機(jī)系統(tǒng)，DEH系統(tǒng)，化學(xué)除鹽水處理系統(tǒng)，蒸汽吹灰系統(tǒng)，脈沖吹灰系統(tǒng)，全廠公用系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

從化垃圾焚燒發(fā)電廠采用艾默生公司的OVATION系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)DCS全廠一體化控制，該項(xiàng)目1#焚燒爐于2016年12月28日正式點(diǎn)火烘爐，整體項(xiàng)目已進(jìn)行到預(yù)運(yùn)營(yíng)階段，全廠DCS系統(tǒng)運(yùn)行良好、穩(wěn)定可靠。實(shí)踐證明，DCS系統(tǒng)全廠一體化監(jiān)控，有效提高了全廠自動(dòng)化控制水平，消除各子系統(tǒng)信息孤島和數(shù)據(jù)隔離現(xiàn)象。幫助垃圾焚燒發(fā)電廠提升管理效率和效益，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，創(chuàng)造良好的工作、生活環(huán)境。隨著DCS系統(tǒng)功能越來越強(qiáng)大，控制軟件越來越完善成熟，未來的垃圾焚燒發(fā)電廠必然走“全廠一體化”的道路，這是歷史發(fā)展的必然趨勢(shì)。