王建軍 張長志 倪瑋晨 李浩然 曹曉男 張應(yīng)田

（1國網(wǎng)天津電力科學(xué)研究院天津3003842天津市電力科技發(fā)展有限公司天津300384）

垃圾焚燒發(fā)電廠全廠一體化控制的特點(diǎn)

王建軍1張長志1倪瑋晨1李浩然1曹曉男1張應(yīng)田2

（1國網(wǎng)天津電力科學(xué)研究院天津3003842天津市電力科技發(fā)展有限公司天津300384）

文章介紹了母管制垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)全廠DCS與DEH的一體化控制方案，并對母管制垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行了分析，以及機(jī)爐協(xié)調(diào)控制和“定/滑壓”運(yùn)行方式的實(shí)現(xiàn)方法，指出了垃圾焚燒電廠實(shí)現(xiàn)“全廠一體化”方案的重要意義。

垃圾焚燒；一體化；協(xié)調(diào)控制；發(fā)電；母管制

1 引言

針對垃圾焚燒發(fā)電廠母管制垃圾焚燒鍋爐及汽輪發(fā)電機(jī)組如何實(shí)現(xiàn)“全廠一體化”控制的問題，本文依托天津貫莊垃圾焚燒項(xiàng)目從控制角度作簡單分析說明。

2 項(xiàng)目依托

天津貫莊垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目是天津泰達(dá)環(huán)保有限公司在天津市的第二個(gè)垃圾處理項(xiàng)目，本項(xiàng)目配置了3臺母管制500t/d爐排型垃圾焚燒爐、3臺余熱鍋爐，選用了2臺12MW凝汽式直接空冷汽輪發(fā)電機(jī)及其輔助系統(tǒng)。煙氣凈化采用SNCR＋半干法＋活性炭吸附＋袋式除塵并設(shè)置三套CEMS系統(tǒng)監(jiān)控垃圾焚燒爐煙氣排放指標(biāo)。整個(gè)項(xiàng)目采用一套DCS系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)“全廠一體化”控制策略。

3 解決方案

3.1 母管制垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組運(yùn)行特點(diǎn)分析

天津貫莊垃圾焚燒發(fā)電工程采用同一套控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)DCS和DEH一體化的控制功能，重要原因之一是為了實(shí)現(xiàn)母管制的垃圾焚燒機(jī)組發(fā)電負(fù)荷自動調(diào)節(jié)（機(jī)爐協(xié)調(diào)控制CCS）功能，提高全廠的自動化水平。母管制垃圾焚燒機(jī)組協(xié)調(diào)控制的運(yùn)行特點(diǎn)如下。

3.1.1 母管制的垃圾焚燒爐運(yùn)行特點(diǎn)分析

母管制垃圾焚燒爐存在的突出問題是：每一臺垃圾焚燒爐的主蒸汽壓力都不穩(wěn)定。這是因?yàn)檫M(jìn)入各臺垃圾焚燒爐的垃圾熱值不穩(wěn)定造成的。目前國內(nèi)垃圾基本上不分類，所以盡管進(jìn)入垃圾焚燒爐的垃圾給料量是可以控制的，但是每一時(shí)刻進(jìn)入垃圾焚燒爐的垃圾燃燒熱值是不確定的；特別是在天氣潮濕的情況下，垃圾熱值波動很大，導(dǎo)致每一臺垃圾焚燒爐的主蒸汽壓力和流量都不穩(wěn)定；進(jìn)而影響到整個(gè)主蒸汽母管的壓力也總是不能穩(wěn)定，這就會嚴(yán)重影響汽輪機(jī)的正常運(yùn)行，因此汽輪機(jī)必須采取“機(jī)跟爐”、“定/滑壓運(yùn)行”方式，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的以熱定電。

3.1.2 母管制的汽輪機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)分析

（1）母管制的汽輪機(jī)對于垃圾焚燒爐一定范圍內(nèi)的壓力波動是可以承受的。DCS和DEH采用一體化解決方案，汽輪機(jī)可以采用“定/滑壓運(yùn)行”方案，調(diào)節(jié)控制鍋爐母管壓力。通過DEH可以方便地對汽輪機(jī)的調(diào)速汽門的開度加以各種形式的控制，并且可以對汽輪機(jī)的機(jī)前壓力Pt變化范圍和變化速率加以限制，確保汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。（2）母管制的汽輪機(jī)對于主蒸汽溫度變化是十分敏感的。采用一體化的DCS和DEH后，汽輪機(jī)在“定/滑壓運(yùn)行”方式下，垃圾焚燒爐的主蒸汽溫度通過DCS減溫水控制，可以控制得十分穩(wěn)定；同時(shí)，汽輪機(jī)本體各點(diǎn)的溫度，也可以通過DCS系統(tǒng)得到嚴(yán)密的監(jiān)控，從而為汽輪機(jī)的安全運(yùn)行提供了可靠保證。

3.1.3 母管制的垃圾焚燒鍋爐發(fā)電機(jī)組協(xié)調(diào)控制的方案

汽輪發(fā)電機(jī)組的發(fā)電功率，完全取決于在DCS系統(tǒng)控制下的垃圾（燃料）焚燒后所釋放的能量，即垃圾焚燒后產(chǎn)生多少熱量就發(fā)多少電，實(shí)現(xiàn)以熱定電。所以，在垃圾焚燒發(fā)電廠，一般只能實(shí)現(xiàn)鍋爐調(diào)功，汽機(jī)調(diào)壓，和單元制機(jī)組的“機(jī)跟爐”的概念十分相似。

母管制的垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組“機(jī)跟爐”運(yùn)行方式，要考慮的問題比單元制機(jī)組“機(jī)跟爐”運(yùn)行方式復(fù)雜一些。在單元制機(jī)組，只需考慮一臺鍋爐和一臺汽機(jī)的關(guān)系；而母管制的垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組，必須同時(shí)考慮所有的垃圾焚燒爐和所有的汽輪機(jī)之間的協(xié)調(diào)控制問題（一般垃圾焚燒處理廠配置3爐2機(jī)）。而鍋爐是由DCS系統(tǒng)來控制的，汽輪機(jī)的調(diào)速汽門是由DEH系統(tǒng)來控制的，所以只有DCS和DEH實(shí)現(xiàn)一體化后，才能較好地解決多爐多機(jī)相互之間的協(xié)調(diào)控制和通信暢通的問題。

3.2 母管制的垃圾焚燒機(jī)組的協(xié)調(diào)控制和“定/滑壓”運(yùn)行方式的實(shí)現(xiàn)

天津貫莊垃圾焚燒發(fā)電廠工程的母管制垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組是按3×500t/d爐排型垃圾焚燒爐配套2×12MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)的。其協(xié)調(diào)控制（主要采用“機(jī)跟爐”）運(yùn)行方式下的控制策略如下。

整個(gè)熱力系統(tǒng)由于是母管制配置，機(jī)爐之間互相會影響，因此，焚燒垃圾的發(fā)電廠的協(xié)調(diào)控制必須是所有鍋爐提供的熱負(fù)荷與外界（包括凝汽式汽輪機(jī)和減溫減壓系統(tǒng)）所需要的熱負(fù)荷平衡，即必須從全廠整體角度同時(shí)來考慮，由所有的垃圾焚燒鍋爐和所有的汽輪發(fā)電機(jī)組共同來維持母管壓力的穩(wěn)定。從控制角度來說，是把3臺鍋爐和2臺汽輪機(jī)作為一個(gè)整體來考慮協(xié)調(diào)控制方案的。

焚燒垃圾的發(fā)電廠的協(xié)調(diào)控制必須考慮所有的鍋爐和所有的汽輪機(jī)之間熱負(fù)荷和電負(fù)荷的平衡，從而確保所有并列運(yùn)行機(jī)爐的穩(wěn)定。為此，針對本項(xiàng)目，采用了以下控制策略：

（1）采用DCS系統(tǒng)對所有鍋爐統(tǒng)一下達(dá)負(fù)荷指令，以確保母管壓力的穩(wěn)定，避免并列運(yùn)行各鍋爐之間“搶負(fù)荷”現(xiàn)象的發(fā)生。

（2）鍋爐主控以經(jīng)過限速和限幅處理后的值班員負(fù)荷指令作為給定值，以兩臺汽輪發(fā)電機(jī)的功率之和作為被調(diào)量，二者進(jìn)行偏差處理后再進(jìn)行比例-積分運(yùn)算，作為鍋爐的主控指令。合適的前饋信號在垃圾焚燒發(fā)電廠的協(xié)調(diào)控制中起重要作用，通常采用“能量需求信號”作為爐排型垃圾焚燒爐燃燒系統(tǒng)中具有“加速”功能的前饋信號，以加快焚燒爐的燃燒系統(tǒng)對于外界負(fù)荷變化的響應(yīng)。鍋爐主控調(diào)節(jié)器的輸出經(jīng)帶偏置設(shè)定功能且無平衡輸出功能的負(fù)荷分配器送至各鍋爐的垃圾給料機(jī)，調(diào)節(jié)各焚燒爐的燃燒率，實(shí)現(xiàn)鍋爐調(diào)功，而汽輪機(jī)則是采用“定/滑壓”運(yùn)行方式，保持鍋爐母管壓力的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)以汽定電。原則性控制方案中P1、P2分別是#1、#2汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)級壓力，PS、PT分別是鍋爐母管壓力的設(shè)定值、測量值，單位均為MPa,機(jī)組負(fù)荷指令由運(yùn)行值班員手動設(shè)定，可以改變機(jī)組負(fù)荷，單位MW。

圖1 電廠鍋爐一體化控制

（3）本工程DCS和DEH采用同一套分散控制系統(tǒng)，避免了相互之間需要通過“網(wǎng)關(guān)”才能實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的雙向交換的速率限制。而“網(wǎng)關(guān)”是數(shù)據(jù)高速公路上的“瓶頸”，并且“網(wǎng)關(guān)”的故障率也比較高，“網(wǎng)關(guān)”一旦出問題，往往需要DCS和DEH公司技術(shù)人員溝通處理才能解決問題。因此，采用DCS和DEH一體化解決方案是一種有效的方法。

3.3 “全廠一體化”解決方案的現(xiàn)實(shí)意義

3.3.1 滿足了信息化時(shí)代對于DCS的要求

天津貫莊垃圾焚燒發(fā)電廠工程實(shí)現(xiàn)了“全廠一體化”控制方案，為今后同類型項(xiàng)目起到很好的示范效應(yīng)。本項(xiàng)目廣泛采用先進(jìn)的DCS系統(tǒng)和先進(jìn)的信息集成技術(shù)，不僅能實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的控制方案，而且還能實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的信息管理模式。即全廠用一套DCS系統(tǒng)，來建立覆蓋全廠的高效先進(jìn)的實(shí)時(shí)信息集成監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)所有運(yùn)行設(shè)備（包括DCS和DEH）生產(chǎn)過程信息的“全廠一體化”采集、監(jiān)控和共享。

3.3.2 實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化的管理模式對于DCS的要求

現(xiàn)代化的管理模式，要求充分提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，參照大型燃煤單元機(jī)組對值班員的要求，在垃圾焚燒發(fā)電廠實(shí)現(xiàn)“全能值班員”制度，提高垃圾焚燒發(fā)電廠的管理水平。即垃圾發(fā)電廠的運(yùn)行人員，應(yīng)具有監(jiān)控操作全廠所有控制系統(tǒng)（包括機(jī)、爐、電和全廠輔機(jī)系統(tǒng)）的能力。任何一個(gè)運(yùn)行人員，根據(jù)授權(quán)和需要，可以在任何一臺CRT上，分別控制鍋爐、汽機(jī)、電氣或者是電廠的任何一個(gè)輔機(jī)系統(tǒng)（包括煙氣凈化處理、布袋除塵、吹灰、垃圾分揀上料、化水處理等），實(shí)現(xiàn)全廠的一體化運(yùn)行方式。

3.3.3 消滅了“自動化孤島”

在天津貫莊項(xiàng)目中，DCS采用了先進(jìn)的分散控制系統(tǒng)，系統(tǒng)配置了Profibus現(xiàn)場總線（光纜）和遠(yuǎn)程I/O模塊，實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)過程所有實(shí)時(shí)信息的共享；DCS系統(tǒng)的任何一臺CRT或LCD大屏幕上，都可以全面了解和掌握爐、機(jī)、電和任何一個(gè)輔機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。由DCS系統(tǒng)的控制單元完成對全廠所有輔機(jī)系統(tǒng)的開關(guān)量控制功能和模擬量控制功能，徹底消滅了“自動化孤島”現(xiàn)象。

4 結(jié)語

綜上所述，實(shí)現(xiàn)母管制垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組DCS與DEH的一體化控制是國內(nèi)現(xiàn)有垃圾焚燒發(fā)電廠比較成功的控制技術(shù)。母管制垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組DCS與DEH的一體化控制的實(shí)施，靈活方便地實(shí)現(xiàn)“機(jī)跟爐”和“定/滑壓”等各種運(yùn)行方式；既可由DCS和DEH系統(tǒng)共同協(xié)調(diào)3臺垃圾焚燒爐和2臺凝氣式汽輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行，在垃圾焚燒熱值不穩(wěn)定，母管壓力波動的情況下，也能確保各臺汽輪機(jī)的正常運(yùn)行，并能盡量多帶負(fù)荷多發(fā)電。

[1]葉濤（主編）《熱力發(fā)電廠》中國電力出版社出版（第二版）[G].書號:7-5083-4554-1.

[2]趙志強(qiáng).火力發(fā)電機(jī)組協(xié)調(diào)控制協(xié)調(diào)淺析----東北電力技術(shù)

[J].1004-7913（2002）11-0039-03.

上式當(dāng)中，Cs表示與功能區(qū)相對應(yīng)的空氣質(zhì)量年均標(biāo)準(zhǔn)（單位：mg/m3）；Ud表示干沉積速度（單位：m/s）；Wr表示清洗比；R表示區(qū)域內(nèi)的降水率（單位：mm/a）；T1/2表示與污染物半居留期。

通常情況下，當(dāng)評價(jià)區(qū)域的總體面積不足10km2時(shí)，為使整個(gè)計(jì)算過程變得更加簡單，可以忽略干濕沉積與化學(xué)轉(zhuǎn)化作用，這對計(jì)算結(jié)果基本不會造成影響。需要特別注意的是，如果評價(jià)區(qū)域的面積相對較大，在進(jìn)行容量計(jì)算的過程中，必須對變動環(huán)境的影響予以充分考慮，由此能夠確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.5 評價(jià)范圍

這里所指的評價(jià)范圍除了包含規(guī)劃項(xiàng)目的具體實(shí)施區(qū)域之外，還包含區(qū)域以外一定的范圍，由此可以了解并掌握外部的大氣污染情況對評價(jià)區(qū)域的影響，以及評價(jià)區(qū)域?qū)χ苓叿秶挠绊?。對于?guī)劃項(xiàng)目而言，其評價(jià)對象的尺度范圍相對較大，加之大氣本身所具備的擴(kuò)散性，極有可能引起污染物的輸送擴(kuò)散，故此，在有引起周邊地區(qū)大氣擴(kuò)散影響的規(guī)劃項(xiàng)目中，需要對越界情況予以綜合考慮。

3 結(jié)語

綜上所述，隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，規(guī)劃項(xiàng)目不斷增多，為避免規(guī)劃項(xiàng)目實(shí)施前后對大氣環(huán)境造成污染，應(yīng)當(dāng)在規(guī)劃項(xiàng)目中，做好大氣環(huán)境影響評價(jià)工作，按照評價(jià)結(jié)果制定有效的大氣環(huán)境保護(hù)措施，在確保規(guī)劃項(xiàng)目順利實(shí)施的前提下，最大限度地降低大氣環(huán)境污染。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

蒙志良（1981—），男，廣西梧州人，本科，工程師，研究方向:環(huán)境影響評價(jià)及污水處理。

王建軍（1965—），男，本科，高級工程師，主要從事火力發(fā)電廠的熱工自動化試驗(yàn)研究及熱工技術(shù)監(jiān)督工作。