垃圾焚燒發電廠DCS系統的設計與實現

王振宇

摘? 要：我國垃圾焚燒發電廠的控制系統早期以引進為主，其控制采用PLC控制系統較多，且型號品牌各有不同，隨著主要工藝設備國產化，控制系統也改為以一體化程度高，開放性強的分散型控制系統-DCS系統為主，垃圾焚燒發電廠的控制系統與傳統火電行業的DCS系統差別不大，二者的差別主要在二次污染控制技術上，而在具體工程中，垃圾焚燒發電廠的二次污染控制系統如煙氣處理系統、滲濾液處理系統以及飛灰固化系統等基本以廠家成套供應控制系統為主。故垃圾焚燒發電廠的控制系統采取DCS系統技術成熟，也能很好的滿足工藝控制要求。

關鍵詞：垃圾焚燒;發電廠;DCS系統;設計

1垃圾焚燒發電廠DCS控制的組成

分散控制系統（DCS）是一種控制功能分散、操作顯示集中，采用分級結構的智能站網絡。由過程控制級設備如操作站、通信網絡、現場控制站和現場級設備如一次儀表、執行機構等組成，綜合了計算機、通訊、顯示和控制等技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理，具有系統配置靈活、組態方便、可擴展型強的優點。（1）現場控制站屬于過程控制級設備，完成對主要單元設備，如余熱鍋爐、汽輪發電機組及其輔助設備等的熱工控制，包括數據采集系統（DAS）、模擬量控制系統（MCS）、開關量控制系統（SCS）及連鎖保護、汽輪機緊急跳閘系統（ETS）等功能。（2）通信網絡按DCS分層結構可分為過程控制級（CNET）和監控級（SNET）.過程控制級一般采用直接I/O模式以確保現場數據傳輸的實時性和可靠性，控制站內I/O模塊到控制器通訊網絡采用現場總線技術。監控級網絡采用冗余工業以太網技術，其擴展性良好，可以同時實現與過程控制級和廠級管理網絡（SIS和MIS系統）的通訊。（3）操作員站和大屏幕是運行人員與控制系統的主要人機（HMI）接口。每臺操作員站都是冗余通訊總線上的一個站，帶有獨立的冗余通訊處理模件與冗余通訊總線連接，任何顯示和控制功能均能在任一操作員站上完成，即任一操作員站的故障不會導致失去人-機接口功能。操作員站實施機組實時監控，通過鍵盤或鼠標發出操作指令，根據運行指導畫面監視和處理各系統及設備異常工況與故障等突發事故。（4）工程師站主要用于控制策略的組態和修改及參數的重新整定（設定值的整定由操作員站完成），具有權限管理生成，系統組態，系統維護，用戶程序開發、應用軟件的調試、修改、圖形顯示的編輯，生成報表、備份及數據庫維護等基本功能。

2垃圾焚燒發電廠DCS控制功能的設計

2.1數據采集系統（DAS）

DAS主要用于連續采集和處理所有與垃圾焚燒發電機組運行有關的現場測量參數及設備狀態信號，并實時監控，保證機組安全可靠的運行。其主要功能包括：1）過程變量采集：采集工藝系統各種參數、設備狀態等信號;輸入信號的正確性判斷、數字濾波、非線性校正;參數計算及性能計算等。2）信息顯示：工藝流程模擬圖、棒圖、趨勢曲線、成組參數、軟手操畫面等圖形顯示;操作指導畫面及幫助顯示;SCS步序及有關參數顯示;歷史趨勢顯示等。3）報警管理：故障及報警顯示，可按報警時間，報警優先級、報警類型管理所有報警。4）事件記錄：順序事件（SOE）記錄、工藝數據信息記錄、設備運行記錄、事故追憶記錄、跳閘一覽記錄等。5）歷史數據存儲與檢索6）性能計算等。

2.2模擬量控制系統（MCS）

MCS系統應滿足垃圾焚燒發電機組運行的控制要求，并考慮在機組事故及異常工況下與相關的連鎖保護協同控制的措施。其主要功能包括：1）爐排及燃燒器控制;2）蒸汽負荷-給料控制;3）焚燒爐爐內溫度控制;4）燃燒風量控制;5）余熱鍋爐汽包水位三沖量調節系統;6）余熱鍋爐過熱蒸汽溫度調節系統;7）余熱鍋爐爐膛負壓調節系統;8）汽機調速控制系統（DEH）;9）凝汽器熱井水位控制;10）除氧器控制系統。

2.3順序控制系統（SCS）

SCS系統的主要任務是按機組主要運行方式、以及有關熱力系統的狀態、參數，對機組的主要輔機以及相關的閥門進行程序啟/停控制。SCS控制系統可分為三級：分別是機組級、功能組（子組）級、設備級。1）機組級控制。功能組控制為最高一級的控制。它在最少人工干預下完成整套機組的啟動和停止。當SCS系統接到啟動指令后，將機組從開始狀態逐步啟動到某一負荷。它只需設置少量斷點，由運行人員確認并按下按鈕后，程序就繼續進行。當功能執行完畢后，發出“完成”信號反饋給主控系統，表示該控制功能已結束;功能組級控制并非機組啟停全部自動控制，還應設置有必要的人工干預環節。2）功能組（子組）級控制。功能組（子組）級是根據工藝流程的要求，將局部工藝流程中關聯密切的一些設備相對集中地進行啟停控制，通常是以一個分系統或設備組為核心的設備組合。3）設備級控制。設備級控制對屬于某個功能組（子組）的若干設備（如閥門、擋板、電動機等執行機構）分別進行的啟停操作。SCS系統的重點是功能組（子組）級控制和設備級控制，一般不包括機組級。

2.4熱工保護系統

熱工保護系統的作用是當設備和系統的某一部分發生異常和事故時，根據故障的性質和嚴重程度，按照預先設定的保護要求，自動地對該部分設備乃至整個機組進行操作，以消除異常和防止事故擴大，保護工作人員和相關設備安全。按保護的作用程度，可分為停止機組的保護、輔助設備的保護或局部操作的保護。熱工保護系統是垃圾焚燒發電廠DCS控制系統的重要組成部分，其系統的設計應有防止誤動和拒動的措施，保護系統電源中斷和恢復不會誤發動作指令。具體功能如下：DCS系統與焚燒爐配套的燃燒器控制系統（ACC）等配合完成爐膛安全監控功能。1）主燃料跳閘（MFT）保護。當運行中鍋爐發生以下情況時（汽包水位三取二過高/低，爐膛負壓三取二過高/低、全部送風機跳閘、全部引風機跳閘等），保護系統能自動切斷進入焚燒系統的所有垃圾和其它燃料，關閉所有一次、二次風機。2）汽機跳閘系統（ETS）。汽機跳閘系統（ETS）一般不集成在DCS系統中，而是由單獨的控制系統完成，在危險工況下提供汽輪機跳閘保護。

參考文獻

[1]曾衛東，田爽，袁亞輝，等.垃圾焚燒爐自動燃燒控制系統設計與實現[J].熱力發電，2019，48（3）：109-113.F8016F3D-6810-4DD3-B089-F442405FF70C