科远NT6000分散控制系统(DCS) 在垃圾焚烧发电厂中的应用
1、垃圾焚烧发电机组的特点
近年来，人们对发电机组的环保要求越来越高，垃圾焚烧发电技术在世界范围内得到了迅猛发展和普遍应用。由于垃圾焚烧发电技术具有高效率处理生活垃圾、节约能源、建设周期短以及有利于环保等特点，我国目前正在逐步加大垃圾焚烧发电机组的资金投入。
随着科技的发展和人们生活水平的提高，人类对能源的消耗不断增加，由此到来的环境污染问题也日益严重。对能源需求的增加与对污染排放的控制这一矛盾迫使科技工作者不断寻求高效低污染的燃烧技术，加快新型燃烧装置及环保设备的开发。降低成本、提高可靠性、降低污染排放成为电力行业的追求目标。
垃圾焚烧发电技术作为传统行业派生的新行业，由于其燃料主要是生活垃圾等，因此，燃烧过程可以实现垃圾无害化，而且使垃圾容量大幅缩减，清洁环保；垃圾焚烧机组还有建设周期短，节约能源且环保等优点。故该项技术目前越来越受到重视，并得到迅速推广和不断发展。
2、垃圾焚烧发电机组的控制系统要求
垃圾焚烧发电机组的主要组成部分有：焚烧锅炉、余热锅炉、蒸汽轮机、发电机等设备。
同常规的火电机组相比，垃圾焚烧发电中以发电为辅，垃圾燃烧为主。反映在燃烧系统上，燃烧的热值变化较慢，燃料成份中非可控因素较多，蒸汽负荷的变动较小，压力的变化较大。因而，对于垃圾焚烧发电，传统的火电燃烧系统的机理和控制方法并不完全适应于垃圾焚烧发电。垃圾焚烧发电的独特之处决定了其对控制系统的要求既等同于常规要求，又在常规要求中有着极大的变通性。
1）对分系统强烈的独立性的要求：
对于垃圾焚烧，以垃圾焚烧为主，发电为辅，在整个控制系统的构成上，独立性的要求明显高于常规的火电机组。采用分布式的控制系统，不但可以减少整个控制系统的成本，分布式系统的更大的灵活性保证了垃圾焚烧发电的现实可操作性和管理的灵活性。从国内已经正式投运的垃圾焚烧电厂的情况看，分布式控制系统的选用是垃圾焚烧电厂最佳的选择方案。
2）对系统网络传输特性的高性能、高要求：
现代化的垃圾焚烧发电厂，对信息的传输与交换比常规的火电机组更大。采用先进的高速控制网络，对整个控制系统的协调、管理系统的交互运作，都可提供强有力的传输网络的支持。
3）对运行成本的迫切的要求：
在垃圾焚烧发电中，对低运行成本的要求集中在两个方面：①灵活、方便的硬件配置可保证系统的功能性要求与硬件系统的最合理的配合，从而构成最合理的性能价格比；②极低的设备维护成本和系统管理成本，这就要求选择的自动化控制系统具备良好的可扩充性、开放性（可最大限度的利用现有的成熟的信息资源）和长期工业恶劣场所运行的稳定性和可靠性。
3、NT6000分散控制系统(DCS)在垃圾焚烧发电机组的应用
毫无疑问，对于垃圾焚烧发电机组控制系统的要求是极高的，而科远的NT6000分散控制系统(DCS)产品能够完全胜任垃圾焚烧发电机组控制要求，特别是其推出的最新型控制器——T2550能够完全满足垃圾焚烧发电机组对于分系统强烈的独立性的要求。
T2550继承了科远自动化产品一贯的高可靠性和易用性，沿着控制系统的最新发展，在系统结构上作了进一步的优化。T2550拥有独立的冗余CPU，具有独立自治能力，摒弃传统的扩展机座层的概念，进一步提高了处理能力和系统可靠性指标。
与传统的控制器比较，其具有以下特点：
① 运算速度更快
由于采用独立机架设计，采用了更强大的处理芯片，T2550的控制周期最快可能达到50ms，脉冲量输出可能达到10ms。常规控制器，包括T940一般只能达到250ms。T2550是目前市场上处理速度最快的控制器。
② 操作响应速度更快
T2550的控制网络高达100Mbps,操作响应周期可以缩短到1.5~2s，超过技术规范2.5-3S的要求。
③ 可靠性更高
由于每个机架都有冗余CPU，相比较传统的控制系统，功能更分散，可靠性更高。T2550采用低功耗和专用芯片,发热量大大降低,没有任何转动部件,对运行环境要求降低，可靠性增加。
④ 增加了在线组态功能
T2550控制器不但可以在下载控制策略，而且可以在线组态。
⑤ 增加虚拟仿真调试功能
T2550控制器增加了虚拟仿真调试功能。
4、工程应用情况介绍
科远先后在多家垃圾焚烧发电厂成功实施了控制系统工程，以临沂中环新能源有限公司垃圾发电工程为例，该电厂安装两条垃圾焚烧线，日处理城市生活垃圾单台四百吨，年处理29.2万吨生活垃圾，一台25兆瓦凝汽式汽轮发电机组，母管制。全厂设置一套分散控制系统（DCS），以全厂集中操作与各工段分散控制相结合的系统运行模式实现垃圾焚烧发电厂整体生产过程的状态监视、生产操作、过程控制、事件报警、运行联锁、安全保护。完成数据采集（DAS）、模拟量控制（MCS）、顺序控制（SCS）和联锁保护（PRO）等系统功能。
垃圾焚烧发电厂的其他生产过程，如焚烧线燃烧控制、烟气处理系统、汽机数字电调和垃圾吊控制等系统将通过数据通讯方式分别接入分散控制系统（DCS），建立全厂生产运行管理。
根据系统性能价格比尽可能高、系统性能稳定和系统组态维护方便的要求，同时针对本机组的特点和控制要求，经过广泛调研和论证，最终确定采用科远的NT6000分散控制系统(DCS)完成其控制功能。此系统在本工程的基本结构为：
系统共配置7台操作员站（其中一台工程师站），6对冗余的T2550控制器，完全满足垃圾焚烧发电机组对于分系统的独立性要求的特点，其中#1～#3控制器主要控制余热锅炉及垃圾焚烧线辅助部分；#4～#6控制器主要控制汽轮机及其辅助设备。系统配置的总I/O点数达1800点左右。系统配置了3台打印机，其中报表打印机1台、图形打印机1台、工程师站配打印机1台。
机组投产后，运行人员在主控室，就可以完成全厂各部分的控制，包括焚烧锅炉、余热锅炉、蒸汽轮机等等。该机组的自动化水平在全国的垃圾焚烧发电机组中处于领先地位。
本分散控制系统中，DCS完成全厂逻辑顺序控制及所有PID回路控制。其中, 逻辑顺序控制分以下几个部分:
(1) 1-2-3级吹扫:其目的是为了确保1-2-3级燃烧室风烟系统相关设备正常且信道畅通，是炉膛保护要求的重要操作之一；
(2) 风机启动；
(3) 焚化炉—锅炉吹扫:其目的是为了确保焚化炉—锅炉整个风烟系统相关设备正常且信道畅通，是炉膛保护要求的重要操作之一；(4) 第二级预热:其目的是为了提高第二级温度使其达到设定值，是第一级预热及第一燃烧室燃烧器投入的前提条件；
(5) 第一级预热:目的是为了提高第一级温度使其达到设定值；
(6) 顺序停运；
(7) 燃烧器顺序点火/停运；
(8) 给料系统自动循环；
(9) 除渣系统自动循环；
(10) 渣坑水位联锁控制；
(11) 吹灰系统顺序控制；
(12) 锅炉保护；
(13) 主燃料跳闸；
(14) 料油跳闸；
(15) 正常发电模式；
(16) 孤网运行模式；
(17) 汽轮机故障模式；
(18) 化学水处理控制；
(19) 污水处理控制。
主要PID控制回路包括：
(1) 炉膛压力调节系统
此系统为单冲量调节回路。按系统工艺，炉膛应保持一定的负压值，故需对引风机进行PI 调节。为防止引风机变频器运行过大或过小，造成锅炉熄火，调节系统中引入高、低限幅模块。
(2) 干燥炉排温度调节系统
此系统为单冲量调节回路。按系统工艺，进入焚烧炉一燃室1#炉排的垃圾含有一定水分，直接影响炉膛温度，增加1#-2#燃烧器的负担。因此，从三燃室引入混合烟气进行干燥。由于三燃室混合烟气的温度较高，故通过调节干燥风机使干燥炉排温度维持在设定的工作范围。
(3) 再循环烟气温度调节系统
此系统为单冲量调节回路。通过调节再循环风机使四燃室烟气温度维持在设定的工作范围。
(4) 一燃区炉膛温度调节系统
此系统为条件切换多输出调节回路。按系统工艺，焚烧炉一燃室分为起炉运行和正常运行两个阶段。在起炉运行阶段，炉膛温度主要由1#-6#燃烧器的燃油量来控制，通过调节1#-6#燃烧器回油调节阀来维持系统对炉膛温度的要求。在正常运行阶段，炉膛温度主要靠1#-4#炉排上垃圾的燃烧来维持，通过调节 1#-4#炉排的排风调节阀 (送风机转速一定，排风调节阀可调节送风量)来控制1#-4#炉排上垃圾的燃烧，从而达到系统对炉膛温度的要求。此调节过程将直接影响炉膛负压，为防止炉膛负压的减少对系统的影响，当炉膛负压突破一定值时(如小于1kpa)，对排风调节阀限幅。
(5) 锅炉汽包水位调节系统
此系统为三冲量调节回路。通过采用给水流量、蒸汽流量和汽包水位主信号一起对给水调节阀进行PI调节，使汽包水位保持在设定范围内，以适应锅炉的蒸发量。
(6) 过热蒸汽温度调节系统
系统将减温器后蒸汽温度作为前馈信号引入调节，与过热蒸汽温度主信号一起对减温水调节阀进行PI调节。
(7) 汽机前压调节系统
此系统为条件切换输出调节回路。正常发电时，利用汽轮机与旁路系统平衡配置，通过汽轮机同步控制器调速汽门来调节主汽门前压力，使其稳定在工作压力上下。当发电机甩负荷时，控制旁路蒸汽调节阀，退出自动状态。
(8) 减温减压器温度调节系统
减温减压器共有两项调节任务:调节喷水量维持减压后蒸汽温度在工作范围内;调节减压阀的开度维持减压后蒸汽压力在工作范围内。
本调节系统通过减温水调节阀来调节减温减压器后温度，使其稳定在工作温度上下。
(9) 减温减压器压力调节系统
此系统为条件切换输出调节回路。在低负荷状态时，本调节系统通过调节蒸汽旁路调节阀来维持减温减压器后压力，使其稳定在设定工作范围内。当处于甩负荷状态时，调节系统来调节蒸汽调节阀。
(10) 低压分汽缸压力调节系统
此系统为双调节器条件切换单输出回路。低压分汽缸的蒸汽在正常发电模式下来自汽轮机的抽汽;当发电机处于甩负荷状态或汽轮机故障状态时，则来自于主蒸汽经减温减压器后的一部分蒸汽(而另一部分蒸汽则进入高压冷凝器)。本调节系统根据系统要求，通过调节蒸汽调节阀来安全合理的分配这两部分蒸汽。
当高压蒸汽冷凝器的压力小于0.2Mpa时，调节系统通过调节蒸汽调节阀来维持低压分汽缸压力，使其稳定在设定工作范围内。当高压蒸汽冷凝器的压力大于0.2Mpa时，调节系统通过调节蒸汽调节阀来维持高压蒸汽冷凝器的压力，使其稳定在设定工作范围内。
(11) 除氧器液位调节系统
此系统为条件切换输出调节回路。正常发电模式时，大量的凝结水由凝汽器通过低加直接送回到除氧器，不通过疏水箱，除氧器的补给水通过调节进水调节阀，实现除氧器液位的恒定。当汽轮机故障状态时，大量的凝结水从高压冷凝器聚到疏水箱，除氧器的补给水则通过疏水箱输送，除氧器液位通过调节进水调节阀，实现液位的恒定。
5、结束语
随着垃圾焚烧发电技术的迅速发展，控制系统性能的不断提高，可以预见，科远NT6000分散控制系统(DCS)在垃圾焚烧机组控制领域具有广阔的应用前景。随着对现场总线控制系统（FCS）的了解和研究的深入，智能化现场仪表和设备将应用到电厂，构成完整的FCS，会进一步提高垃圾焚烧发电机组的自动化和管理水平。
参考文献：
张益、赵由才主编，生活垃圾焚烧技术，化学工业出版社，2001
中华人民共和国国家标准，生活垃圾焚烧污染物控制标准
王华，城市生活垃圾焚烧技术控制理论，冶金工业出版社，2001
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