DCS-2001集散型控制系统在垃圾焚烧电厂中应用

近几年来．垃圾焚烧发电悄然进入了工控行业人士的视野。作为传统行业派生的新行业，它告别了垃圾添埋时代，进入了节约资源、清洁环保、再生能源的新世纪，垃圾焚烧目前越来越受到大家重视。我国的垃圾发电技术的发展还刚刚起步，大部分都是成套引进国外设备，成本极高。为了满足国内垃圾处理市场的迫切需求，实现垃圾焚烧技术的国产化势在必行。

垃圾焚烧发电的方式很多．主要有回转型焚烧炉、流化床焚烧炉和机械炉排焚烧炉等几种方式，我国使用的炉型以后两者居多。

广东东莞市区垃圾处理厂使用的是北京中科通用能源环保有限公司设计的循环流化床垃圾焚烧炉。它的控制系统是DCS一2001系统，这是一个垃圾焚烧电厂设备彻底国产化的工程实例。

1 焚烧电厂的组成

东莞市区垃圾处理厂共有三台55t／h、日处理垃圾能力400t的流化床垃圾焚烧炉，两台15．0MW凝汽式汽轮发电机组。除此之外它还有化学水及废水处理控制系统、垃圾抓斗控制系统、除灰控制系统等，中低压电气、电视监视系统、烟气连续测量监视系统及尾气净化系统。

全厂设置一套集散控制系统—DCS200l控制系统．集中操作与各辅助设备分散控制相结合的系统运行模式。

整个系统共配置了8台操作员站、l台工程师站、l台值长站、2台服务器、5套冗余的现场控制站、3套尾气控制站（如图1所示）。控制系统通信拥有高速的以太网（10／100LAN），冗余的通信设备，通讯协议为TCP／IP协议。



系统实际I／0总点数为4189点，锅炉部分l439点，汽机部分537点，公用478点，电气735点，其它为尾气部分点数。

2 DCS一2001的控制功能

分散控制系统的主要功能包括数据采集（DAS）、模拟量控制（MCS）、顺序控制（SCS）和联锁保护（PRO）等系统功能。

1）数据采集系统DAS

数据采集系统DAS的功能是连续采集和处理所有与系统有关的所有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．实现系统的安全运行。一旦发生任何异常工况．及时报警，保障系统的安全运行，提高系统的可利用率。DAS信息通过操作员站反映出来的功能由几部分组成。显示功能包括：操作显示、表格显示、棒状图显示等：趋势记录功能包括：历史趋势记录、实时趋势记录，历史数据存储和检索：报警记录功能：既有模拟量报警记录又有开关量记录等。

2）闭环控制系统MCS

主要的闭环控制系统MCS包括如下控制：炉膛压力控制、一次风量、温度控制、二次风量、温度控制、给料控制、炉膛出口温度控制、过热蒸汽温度控制、汽包水位控制、旁路减温减压调节、给煤控制、垃圾给料控制、排渣控制、凝结水再循环控制、除氧器水位控制、除氧器压力控制、低加水位控制、减温减压装置压力、温度控制等。

3）顺序控制系统SCS

按照工艺系统及主要辅机的要求划分成若干功能子组进行控制，如程控点火等顺序控制。操作员能通过CRT／键盘对各个子功能组进行顺序启、停，对其中的单个设备进行启、停、或开关操作。

4）连锁保护

垃圾电厂机组的连锁基本上与普通电厂中的连锁保护是一样的：它包括引风机、一次风机、二次风机、返料风机之间的风机大连锁；给料机中大滚筒、小滚筒、拨轮、大链板、小链板之间的连锁；出渣系统中各个设备之间的连锁；MFT信号连锁停给料、出渣、二次风机的连锁；各种风机、泵与其进出口挡板、门之间的连锁

3 S2001控制系统特性

1）冗余配置

控制系统提高有可靠性的措施就是冗余。

a．控制站冗余

控制器CPU的负荷率≤70％（最忙时）；

b．重要测点I／O通道冗余

I／O模件槽裕量l0％，I／O点裕量15％：

C．电源冗余

系统电源负荷裕量30％：

d．数据通讯总线冗余

冗余配置的数据通讯总线在任何时候都同时工

作，通讯总线负荷率≤30％（以太网≤15％）；

e．操作站冗余

操作员站CPU的负荷率≤40％（最忙时）。

2）用开放式网络通讯协议

3）灵活的I／O扩展方式

4）高强度工业硬件平台：耐振动，耐高温以及各种工业环境下的电气干扰

5）信号隔离，具有先进的控制算法。可以任意组态生成系统

6）高可靠性、高稳定性

4 几个与常规循环流化床有所区别的控制

传统的火电燃烧系统的控制原理基本上都适用于垃圾焚烧系统，如汽机部分的调节、控制就是完全一样的。但锅炉部分有几处不同。

1）垃圾给料系统控制

垃圾电厂以垃圾为主燃料，而垃圾的形状不规则，大小不一，进料设备调节的好坏决定了进料的均匀程度。

垃圾给料的主要设备有大滚筒、小滚筒、上链板、下链板、拨轮（如图2所示）。其启动顺序为大滚筒、小滚筒、下链板、拨轮、上链板，它的停顺序正好倒过来。



自动调节以上链板为控制对象．以氧量为调节对象，其它几个设备如大滚筒、小滚筒的控制可与上链板“同操”控制，即根据上链板转速成比例调节输出。

2）排渣系统的调节控制

普通燃煤锅炉所排出的灰渣颗粒小而均匀．而垃圾焚烧炉因垃圾的品质决定了它的灰渣粗糙、大小密度不均匀，很容易造成结块堵料的情形。因此垃圾处理系统中的垃圾破碎、筛选、磁选等工作尤为重要。良好的垃圾处理工作加上DCS的定时振动控制，就可以彻底解决出渣堵料的问题。

该电厂使用的是滚筒式冷却除渣机，出渣系统的主要设备有：振动排渣给料机、滚筒冷渣输渣机、出渣振动筛、返砂机、斗链（如图3所示）。它的启动顺序为返砂机、斗链、出渣振动筛、滚筒冷渣输渣机、振动排渣给料机、停顺序相反。

冷渣输渣机的调节对象为炉床压力．这是一个单回路PID调节，而振动排渣机的调节比较特殊，间歇式振动排渣和连续PID调节。操作人员可以根据垃圾质量情况选择这两种控制方式之一．当垃圾比较均匀、颗粒较小时可选择连续调节方式，相反可以选择间歇式振动排渣方式。

经过这样一系列的优化、完善，系统可连续、稳定完成排渣工作。

3）燃烧控制

一般的垃圾焚烧炉虽然有垃圾破碎、分捡．仍不能保证垃圾燃烧的热值稳定，燃料成份中非可控因素较多，但循环流化床垃圾焚烧炉的炉内循环灰作为热载体，蓄热量大，燃烧稳定性好，温度均匀，为自动调节带来了方便。

循环流化床燃烧温度一般控制在850％～950％之间，垃圾电厂所烧垃圾有的以工业垃圾为主，有的以生活垃圾为主。对于工业垃圾而言，当炉膛温度较高时，玻璃、金属等物质将熔化，冷却后不易出渣，所以当垃圾源不同时，炉膛温度的控制点有所不同，需要人为设定偏低一些。

燃烧控制被调节对象为炉膛温度、氧量、蒸汽流量等，根据负荷的变化调整垃圾给料转速及送风量。

4）输灰系统的顺序控制

气力输送系统具有输送灰气比高，耗气量少，输送流速低．磨损小等优点。主要由仓泵部分，气源部分，管道和灰库部分组成，采用计算机控制方式，实现系统设备的协调有序运行。其控制重点在于在实践中摸索出哪些阀先开．哪些阀后开，好的控制流程可以减少灰尘对阀体的磨损，延长设备的使用寿命。

5）气净化系统控制

尾气净化实际上由炉内净化和炉后净化两部分组成。在循环流化床垃圾焚烧炉内，过量空气系数小，氮氧化物生成量少，可以有效控制有害气体的生成。计算机按照煤量、炉内SO2的含量去调节石灰石回转阀变频，向炉内添加一定量的石灰石实现炉内为了更好的适应现场自动控制，做了两种控制—脱硫。在Ca／S为1：1．5时，脱硫效率大于80％。

炉后的净化采用了循环流化床半干法烟气净化技术。从锅炉出来的烟气从净化塔底部进入，由计算机根据烟气中SO、HF、HC1等有害气体的含量，向反应塔中喷洒适量的消石灰、活性炭，经喷水增湿，有效脱除烟气中氯化氢、氟化氢、二氧化硫等有害气体。净化后的烟气从净化塔上部出来去布袋除尘器，过滤后最终通过烟囱排到大气中。

5 结语

机组投产后，运行人员在主控室就可以完成对全厂各部分包括焚烧锅炉、蒸汽轮机等设备的控制。该厂垃圾燃烧彻底，垃圾减量98％以上，减容90％以上，灰渣无臭味，可直接填埋，也可用于生产地面砖，设备投资低，适合国情。

该机组的自动化水平在全国的垃圾焚烧循环流化床发电机组中处于领先地位。

垃圾焚烧既环保又可实现能源再生，该行业极具发展前途，也将为自控行业带来生机。

参考文献：

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[4]天津中环自动化技术控制设备有限公司．DCS一2001硬件使用手册．2003．

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