垃圾焚烧发电自动控制系统应用研究

摘要：随着社会的进步，一方面人们对环境保护、资源利用的要求不断提高，另一方面城市化的急速发展，人口过度集中，产生大量的生活垃圾无法及时有效地处理。所以，垃圾焚烧发电因为无害化、减量化和资源化的特点，可转废为宝已经被很多国家采用，而垃圾焚烧发电自动控制系统也得到广泛的推广和应用。本文重点介绍应用于垃圾焚烧发电厂的自动控制系统，并对其主要控制系统组成和功能进行详细的叙述，希望能为环保行业同类自动焚烧控制系统发展提供一些参考。

关键词：垃圾焚烧；发电自动控制；分散控制系统（DCS）

1.垃圾发电厂的工艺流程

垃圾焚烧发电厂主要由垃圾给料系统、焚烧炉及余热锅炉系统、烟气净化系统、热力汽水系统、原水预处理系统、压缩空气系统、燃料油供应系统等的过程检测和控制系统，以及可燃气体检测系统、工业电视监视系统等组成。从人们生活聚集处运来的垃圾，到达垃圾焚烧厂之后，卸载至称重计量设备，然后统一卸入垃圾池内，通过传送设备进入焚烧炉进行焚烧，产生的余热会被送至锅炉内回收，用于凝汽式汽轮机的发电；产生的废气通过除尘、脱硫脱硝等烟气处理技术处理之后，排入大气。产生的炉渣通过降毒处理之后送填埋场处置；烟气系统收集的飞灰收集处理之后，也送至填埋场填埋。产生的渗滤液在厂内处理到达要求综合排放标准之后，排放到市政污水管网。

2.垃圾发电厂的自动控制方式

垃圾焚烧线、相应的热力系统和汽轮发电机组等主要生产车间可以组合运用一套集散控制系统DCS集中控制和监视，同时再配合一套电气监控，就可以组成垃圾发电厂的自动控制方式。对于炉、机、电等三个重点区域各项重点参数的监控，可以在集中控制室内，操作员通过LED操作站进行监视和操作。集控室规范设置有紧急按钮，可以在DCS遇到紧急情况下，进行应急的处理，比如紧急停炉、紧急停机操作等。同时，在集中控制室内通过工业电视监视系统，可以对垃圾卸料、锅炉汽包水位和焚烧炉内的燃烧过程等进行监视。

对于称重地磅系统、垃圾坑抓斗、化学水处理、除灰系统等辅助系统，设置有独立的可编程逻辑控制设备（PLC）和人机操作界面，用于调试、启动和异常时的就地监视和操作。辅助控制系统的上位机应通过通信或远程方式设置在集控室，并在集控室进行监控和操作。

3.垃圾发电厂机组主要自动控制系统的组成和功能

垃圾发电厂控制系统主要由厂级监控信息系统(SIS)、机组控制系统及辅助车间控制系统等组成。机组控制系统包括散控制系统（DCS）、成套仪表和控制装置两大类系统。公用及辅助系统（化水、循环水、综合泵房、渗滤液、烟气处理等系统）纳入全厂分散控制系统DCS网络。通过以上系统能满足发电厂全部工艺流程的需要。。

3.1分散控制系统（DCS）

分散控制系统是垃圾发电厂最重要的控制系统，具有闭环控制、开环顺序控制、联锁保护和数据采集等功能，主要由分散处理站、人机接口装置和通信系统三个部分组成。可实现垃圾焚烧发电厂整体生产过程的状态监视、过程控制、事件报警、生产操作、运行联锁、安全保护等工作。 主要包括有以下：

A.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重要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，实现系统安全经济运行。一旦发生任何异常工况，及时报警，提高系统的可利用率。

B.模拟量控制系统(MCS)

模拟量控制系统(MCS)包括如下子系统： 1)炉膛压力控制系统；2)反应塔入口、出口烟气温度控制系统；3)过热蒸汽温度控制系统；4)汽包水位控制系统；5)烟气SO2和HCL控制系统；6)反应塔化学喷药控制；7)滤沥液喷量控制系统；8)旁路减温减压调节；9)凝结水再循环控制系统；10)除氧器水位控制系统；11)除氧器压力控制系统；12)低加水位控制系统；13)给料溜槽闭式冷却水箱控制系统；14)减温减压装置压力、温度控制系统。

C.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。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。

D.锅炉安全监控系统（FSSS）

锅炉安全监控系统主要功能由四部分组成：1）安全监控功能，在锅炉熄火、炉膛压力过高、送引风机跳闸情况下使主燃料跳闸（MFT）。2）炉膛吹扫功能。3）燃料及油枪管理功能。4）主燃料投入的管理。

3.2成套仪表和控制装置

成套仪表和控制装置由设备制造厂直接配置。由汽机制造厂配置的有汽机数字电液控制系统(DEH)、汽机紧急跳闸系统（ETS）和汽机本体监测仪表系统(TSI)。由汽机制造厂配置的有吹灰控制动力装置和汽包水位工业电视。

A.数字式电液调速系统（DEH）

数字式电液调速系统（DEH）是由控制装置、执行部套和相关测量部件组成，通过静态解偶和动态PID来协调控制调节汽阀的执行部套，以期达到转速、电量或机前压力的稳定。

B.汽机本体监测仪表系统(TSI)

用来连续测量汽轮机的转速、振动等机械参数，并将测量结果送到控制、保护系统。供运行值班人员监视、分析。同时具备在参数超过限制时执行报警和保护措施。

3.3工业电视系统

每台焚烧炉设置一套炉膛火焰监测电视系统和一套汽包水位监测电视。同时，设置一套工业电视监控系统，在垃圾斗、垃圾贮槽、垃圾卸料平台、渣坑挡渣器出口设置摄像头进行监控，实现对垃圾抓斗的控制，集中控制室焚烧炉进料及拦渣器。

3.4烟气连续测量监视系统

在烟道直管段设置在线式烟气连续排放监测系统，监测以下指标：烟气的流量、温度、压力，湿度、氧浓度、烟尘、氯化氢（HCL）、HF、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）、一氧化碳（CO）等，可以通过预留的通讯接口与当地环保部门联网，方便政府在线监督管理。

4.辅助系统热工自动化

4.1垃圾抓斗控制系统

系统采用PLC，并与DCS有通信接口。主数据被发送到DCS。主控室可实现全自动模式。就地值班室设有就地控制和操作设备，操作人员可就地操作。

4.2化学水处理控制系统

在化水控制室设DCS远程控制站，在集控室的辅助操作员站上对化水系统进行监控。

4.3渗滤液处理系统

渗滤液系统采用DCS系统，在就地设置控制室，设操作员站兼工程师站，与主控DCS通讯，实现在集中控制室的集中监控。。

4.4除灰控制系统

除灰控制系统采用PLC，并与DCS有通信接口。主数据被发送到DCS，主控室可实现全自动模式。

5.控制系统可靠性措施

5.1冗余配置

控制系统连接各分散处理单元、电源和气源、I／O处理系统、人机接口及系统外设等的数据通讯总线冗余配置，在任何时候都可以同时工作，分别配置在不同I／O模板上。

5.2机组保护和跳闸功能

该机组的重要保护和跳闸功能，回路采取三取二逻辑，采用独立的多个测量通道。

5.3分散系统故事操作

当分散控制系统发生全局性或重大故障时，独立于DCS的紧急事故操作手段为：一是垃圾焚烧炉紧急停炉；二是汽机紧急跳闸；三是发电机紧急跳闸；四是汽包事故放水门；五是汽机真空破坏门；六是直流润滑油泵；七是交流润滑油泵；八是电动给水泵，这些措施可以确保机组紧急安全停机。

5.4数据可靠性

分散处理单元之间用于跳闸、重要联锁和超驰控制的信号，将直接采用硬接线，而不是通过数据通讯总线发送。

结束语：由于我国对垃圾焚烧技术的研究和应用起步较晚，垃圾焚烧技术的研究滞后于当前的发展需要。垃圾焚烧发电自动控制系统的设计缺乏法规、规范和成熟的运行经验。随着计算机技术、总线技术、网络技术、通信技术的发展，研究垃圾焚烧发电自动控制系统的应用，对于提高装置自动化水平，简化生产操作，提高垃圾焚烧炉的控制精度、优化控制指标、减少焚烧垃圾所产生的有毒气体、降低环境污染，降低国内固体垃圾焚烧装置控制系统投资成本意义重大。

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