垃圾焚烧发电厂控制系统设计

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︱348︱2017年1期垃圾焚烧发电厂控制系统设计

刘益成

广州环保投资集团有限公司，广东 广州 510330

摘要：本文结合某垃圾焚烧发电厂的控制系统设计情况，对控制系统设计的主要目标、控制系统总体设计、控制系统的构成、控制系统可靠性的措施以及控制功能进行了简单的概述，旨在为类似设计提供理论参考。

关键词：垃圾焚烧厂；控制系统；设计

中图分类号：TM621 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2017）01-0348-02

1 控制系统设计目标

某垃圾焚烧发电厂日处理生活垃圾600T，配置两炉一机，全厂控制系统采用一体化方案。其控制系统设计的控制范围主要包括：过热器出口压力为4.0MPa、温度400℃的余热锅炉控制；日处理生活垃圾300T的往复式机械炉排焚烧炉控制；12MW凝式汽轮发电机组控制、尾气处理系统控制以及全厂辅助系统设备控制等。

实时检测、实时报警、实时控制、存储记录等功能的典型、标准以及通用设计等是自动控制系统最基本的要求，其在提高工艺设备安全、可靠运行中发挥着至关重要的作用。为了能够更好地保证系统达到设计目标，在保证合理性与经济性的基础上，可尽量按照适用、先进的原则，合理选择相应的技术。

在垃圾焚烧发电厂中，对控制系统设计主要其达到以下几点要求：在保证垃圾完全充分燃烧的基础上能够达到每日垃圾处理量；保证850℃以上的烟气在第一烟道停留达2S以上；可通过垃圾焚烧所产生的热量来进行发热，从而达到提高效益与控制成本的目的；所排放的固体、废气以及液体等的排放标准能够达到国家标准；尽可能减少运行操作人员的劳动强度。

2 控制系统的设计

对于配置方式为两炉一机的垃圾焚烧发电厂，全厂控制系统设计以分散控制系统（DCS）作为核心，并尽可能全厂主、辅系统设备实现控制一体化，促使垃圾焚烧发电厂的焚烧炉、余热锅炉、汽轮发电机组、尾气处理系统等均能得到稳定、可靠的控制和监视。

2.1 控制系统总体设计

现代控制系统基于计算机技术、系统控制技术、网络通讯技术和多媒体技术等多种技术综合应用，替代常规仪表实现现场设备参数实时采集，对各种控制、运算模块进行灵活的组合，实现多样化的控制策略以满足不同控制要求，使得以前需要利用单元组合仪表进行复杂而繁琐的运算才能实现的控制变得简单，是完成过程控制、过程管理的现代化系统设备。

通过运用人机交互工具，如大型彩色屏幕、液晶显示器、键盘以及鼠标等，可提供窗口友好的人机界面，运行操作人员能够对机组运行过程进行有效控制与监视。

除垃圾储存、垃圾投料、垃圾焚烧、尾气净化处理、余热利用、电力输入与输出等过程进行监控外，还可以实现机组一键启停、燃烧自动管理等功能，当机组在运行期间、启动、停止以及出现事故等情况时，通过人机交互工具对运行人员操作提供指导。

数据交换方式的确定是控制系统设计过程中的重点工作，它直接影响到全厂控制系统是否能够稳定可靠。数据交换通常有硬接线方式或网络通讯方式两种。对于参与联锁保护的重要信号宜采用硬接线方式，对于传输数据单一、传输距离近的信号宜采用硬接线方式，对于数据量大、重要程度一般的信号宜采用通讯方式，对于子控制系统与主控制系统之间的数据交换宜采用通讯方式。采用不同方式将全厂所有数据送至集散控制系统，在中央控制系统即可对各辅助系统的有效控制和监视，这种集中监控方式，可以大大减少运行操作人员的数量和劳动强度，只需要安排两名辅助值班操作人员以及一名主要操作人员即可对整个机组的运行情况进行有效控制[1]。

为了能够更好的保证机组可靠、安全以及经济的运行，在进行控制系统设计时，必须具备以下几大模块：模拟量控制系统、完备的数据采集系统、主辅机保护系统、顺序控制系统以及联锁保护系统、操作记录系统等。

按照垃圾焚烧的生产工艺流程及上述控制系统设计要求，除垃圾储存及投料系统宜采用单独的PLC系统控制外，其余系统均可直接纳入全厂DCS主控系统，垃圾储存及投料系统的少量数据以通讯和硬接线方式与DCS系统进行数据交换。

2.2 控制系统的构成

DCS主控系统硬件部分主要由现场仪表、过程控制站、通讯网络、数据储存服务器、现场仪表、操作员站、值长站等部分组成。为了保证全厂设备的安全、可靠，设置少量的后备操作设备以及常规仪表也是非常必须的。控制系统通讯网络由可分为三层，分别为：工业控制级网络、现场I/O网络以及管理层网络。但根据目前控制系统发展趋势，过程控制站与操作站一般采用对等式，即二者处理同一级。

2.3 保证控制系统可靠性的措施

为了更好的保证垃圾焚烧厂的安全可靠运行，就必须对控制系统的可靠性进行提升，而需要采取的措施应当包括冗余配置、控制功能分散化、故障诊断、连锁跳闸以及紧急停机。

2.3.1 保护动作

针对每一个独立的控制对象，必须对其保护动作条件进行充分考虑，避免出现保护误动和保护拒动现象，同时认真核实控制系统的设计条件与现场设备实际情况保持一致。

2.3.2 冗余配置

冗余配置主要是为了能够促使控制系统可靠性得到有效提升，其中包括实现通讯总线双缆冗余、双机热备配置、重要I/O通道冗余、远程I/O机箱电源冗余、操作人员站多站配置等。通常情况下，过程控制器宜采用冗余配置、重要保护信号宜采用冗余配置、控制器与I/O卡件之间的通讯冗余配置。

针对机组保护系统以及控制系统，其过程信号可通过各自的测量仪表分别于I/O通道相连接的方式来实现。运用多个独立的测量通道来实现对机组跳闸功能以及重要保护，同时通过三取二逻辑来设计跳闸回路，例如：汽机转速、锅炉汽包水位、汽机真空度、汽机润滑油压力，为了达到更好的准备动作，均可通过三取二的方式来进行有效保护[2]。

2.3.3 紧急停机

当垃圾焚烧厂控制系统中的主要控制系统出现重大故障或者全局性故障时，为了能够更好的保障机组在紧急状态下能够安全停止运行，可对余热锅炉、垃圾焚烧炉、直流润滑油泵、汽机紧急跳闸按钮以及交流润滑油泵投入按钮等的设置，来提高主控系统的紧急事故应对功能，并将其独立出来，以此实现对紧急安全事故的快速处理。

2.3.4 故障诊断

控制系统的I/O模块本身就带有诊断功能，以便在系统发生故障的过程中，能够非常方便和直观地显示相关信息，从而尽快确定故障发生的具体部位、程度，促使系统安全性和稳定性得到提升，同时可经由网络迅速将信息传递至供应商，并通过供应商向制造商寻求具体的解决措施。

2.4 控制功能

2.4.1 主要监视系统

汽轮机安全监视仪表与数据采集系统是控制系统中非常重要的监视系统，其中汽轮机安全监视仪表主要用于对汽轮机运行期间的各项参数进行实时监视，其中包括轴振动、汽机转速、轴位移、轴承振动以及膨胀等相关参数的全面了解；数据采集系统则主要包括报警管理、显示、历史数据检索与存储、制表记录以及报告管理、信息指导等作用，其中报警管理主要是对系统出现的报警信息进行显示，可根据报警等级、时间、区域、类型发出不同的信号，以便及时作出判断和采取相应的对应措施。显示则主要是指对分组、回