垃圾焚燒發電廠全廠一體化控制的特點

王建軍 張長志 倪瑋晨 李浩然 曹曉男 張應田

（1國網天津電力科學研究院天津3003842天津市電力科技發展有限公司天津300384）

垃圾焚燒發電廠全廠一體化控制的特點

王建軍1張長志1倪瑋晨1李浩然1曹曉男1張應田2

（1國網天津電力科學研究院天津3003842天津市電力科技發展有限公司天津300384）

文章介紹了母管制垃圾焚燒發電機組實現全廠DCS與DEH的一體化控制方案，并對母管制垃圾焚燒發電機組的運行特點進行了分析，以及機爐協調控制和“定/滑壓”運行方式的實現方法，指出了垃圾焚燒電廠實現“全廠一體化”方案的重要意義。

垃圾焚燒；一體化；協調控制；發電；母管制

1 引言

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

2 項目依托

天津貫莊垃圾焚燒發電項目是天津泰達環保有限公司在天津市的第二個垃圾處理項目，本項目配置了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電機及其輔助系統。煙氣凈化采用SNCR＋半干法＋活性炭吸附＋袋式除塵并設置三套CEMS系統監控垃圾焚燒爐煙氣排放指標。整個項目采用一套DCS系統來實現“全廠一體化”控制策略。

3 解決方案

3.1 母管制垃圾焚燒發電機組運行特點分析

天津貫莊垃圾焚燒發電工程采用同一套控制系統來實現DCS和DEH一體化的控制功能，重要原因之一是為了實現母管制的垃圾焚燒機組發電負荷自動調節（機爐協調控制CCS）功能，提高全廠的自動化水平。母管制垃圾焚燒機組協調控制的運行特點如下。

3.1.1 母管制的垃圾焚燒爐運行特點分析

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定。這是因為進入各臺垃圾焚燒爐的垃圾熱值不穩定造成的。目前國內垃圾基本上不分類，所以盡管進入垃圾焚燒爐的垃圾給料量是可以控制的，但是每一時刻進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，導致每一臺垃圾焚燒爐的主蒸汽壓力和流量都不穩定；進而影響到整個主蒸汽母管的壓力也總是不能穩定，這就會嚴重影響汽輪機的正常運行，因此汽輪機必須采取“機跟爐”、“定/滑壓運行”方式，實現發電機組的以熱定電。

3.1.2 母管制的汽輪機運行特點分析

（1）母管制的汽輪機對于垃圾焚燒爐一定范圍內的壓力波動是可以承受的。DCS和DEH采用一體化解決方案，汽輪機可以采用“定/滑壓運行”方案，調節控制鍋爐母管壓力。通過DEH可以方便地對汽輪機的調速汽門的開度加以各種形式的控制，并且可以對汽輪機的機前壓力Pt變化范圍和變化速率加以限制，確保汽輪機的安全運行。（2）母管制的汽輪機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，汽輪機在“定/滑壓運行”方式下，垃圾焚燒爐的主蒸汽溫度通過DCS減溫水控制，可以控制得十分穩定；同時，汽輪機本體各點的溫度，也可以通過DCS系統得到嚴密的監控，從而為汽輪機的安全運行提供了可靠保證。

3.1.3 母管制的垃圾焚燒鍋爐發電機組協調控制的方案

汽輪發電機組的發電功率，完全取決于在DCS系統控制下的垃圾（燃料）焚燒后所釋放的能量，即垃圾焚燒后產生多少熱量就發多少電，實現以熱定電。所以，在垃圾焚燒發電廠，一般只能實現鍋爐調功，汽機調壓，和單元制機組的“機跟爐”的概念十分相似。

母管制的垃圾焚燒發電機組“機跟爐”運行方式，要考慮的問題比單元制機組“機跟爐”運行方式復雜一些。在單元制機組，只需考慮一臺鍋爐和一臺汽機的關系；而母管制的垃圾焚燒發電機組，必須同時考慮所有的垃圾焚燒爐和所有的汽輪機之間的協調控制問題（一般垃圾焚燒處理廠配置3爐2機）。而鍋爐是由DCS系統來控制的，汽輪機的調速汽門是由DEH系統來控制的，所以只有DCS和DEH實現一體化后，才能較好地解決多爐多機相互之間的協調控制和通信暢通的問題。

3.2 母管制的垃圾焚燒機組的協調控制和“定/滑壓”運行方式的實現

天津貫莊垃圾焚燒發電廠工程的母管制垃圾焚燒發電機組是按3×500t/d爐排型垃圾焚燒爐配套2×12MW凝汽式汽輪發電機組設計的。其協調控制（主要采用“機跟爐”）運行方式下的控制策略如下。

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

焚燒垃圾的發電廠的協調控制必須考慮所有的鍋爐和所有的汽輪機之間熱負荷和電負荷的平衡，從而確保所有并列運行機爐的穩定。為此，針對本項目，采用了以下控制策略：

（1）采用DCS系統對所有鍋爐統一下達負荷指令，以確保母管壓力的穩定，避免并列運行各鍋爐之間“搶負荷”現象的發生。

（2）鍋爐主控以經過限速和限幅處理后的值班員負荷指令作為給定值，以兩臺汽輪發電機的功率之和作為被調量，二者進行偏差處理后再進行比例-積分運算，作為鍋爐的主控指令。合適的前饋信號在垃圾焚燒發電廠的協調控制中起重要作用，通常采用“能量需求信號”作為爐排型垃圾焚燒爐燃燒系統中具有“加速”功能的前饋信號，以加快焚燒爐的燃燒系統對于外界負荷變化的響應。鍋爐主控調節器的輸出經帶偏置設定功能且無平衡輸出功能的負荷分配器送至各鍋爐的垃圾給料機，調節各焚燒爐的燃燒率，實現鍋爐調功，而汽輪機則是采用“定/滑壓”運行方式，保持鍋爐母管壓力的穩定，實現以汽定電。原則性控制方案中P1、P2分別是#1、#2汽輪機的調節級壓力，PS、PT分別是鍋爐母管壓力的設定值、測量值，單位均為MPa,機組負荷指令由運行值班員手動設定，可以改變機組負荷，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，避免了相互之間需要通過“網關”才能實現通信協議的轉換和數據的雙向交換的速率限制。而“網關”是數據高速公路上的“瓶頸”，并且“網關”的故障率也比較高，“網關”一旦出問題，往往需要DCS和DEH公司技術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”解決方案的現實意義

3.3.1 滿足了信息化時代對于DCS的要求

天津貫莊垃圾焚燒發電廠工程實現了“全廠一體化”控制方案，為今后同類型項目起到很好的示范效應。本項目廣泛采用先進的DCS系統和先進的信息集成技術，不僅能實現先進的控制方案，而且還能實現先進的信息管理模式。即全廠用一套DCS系統，來建立覆蓋全廠的高效先進的實時信息集成監控系統，實現所有運行設備（包括DCS和DEH）生產過程信息的“全廠一體化”采集、監控和共享。

3.3.2 實現了現代化的管理模式對于DCS的要求

現代化的管理模式，要求充分提高企業的經濟效益，參照大型燃煤單元機組對值班員的要求，在垃圾焚燒發電廠實現“全能值班員”制度，提高垃圾焚燒發電廠的管理水平。即垃圾發電廠的運行人員，應具有監控操作全廠所有控制系統（包括機、爐、電和全廠輔機系統）的能力。任何一個運行人員，根據授權和需要，可以在任何一臺CRT上，分別控制鍋爐、汽機、電氣或者是電廠的任何一個輔機系統（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），實現全廠的一體化運行方式。

3.3.3 消滅了“自動化孤島”

在天津貫莊項目中，DCS采用了先進的分散控制系統，系統配置了Profibus現場總線（光纜）和遠程I/O模塊，實現全廠生產過程所有實時信息的共享；DCS系統的任何一臺CRT或LCD大屏幕上，都可以全面了解和掌握爐、機、電和任何一個輔機系統的運行狀況。由DCS系統的控制單元完成對全廠所有輔機系統的開關量控制功能和模擬量控制功能，徹底消滅了“自動化孤島”現象。

4 結語

綜上所述，實現母管制垃圾焚燒發電機組DCS與DEH的一體化控制是國內現有垃圾焚燒發電廠比較成功的控制技術。母管制垃圾焚燒發電機組DCS與DEH的一體化控制的實施，靈活方便地實現“機跟爐”和“定/滑壓”等各種運行方式；既可由DCS和DEH系統共同協調3臺垃圾焚燒爐和2臺凝氣式汽輪發電機組的運行，在垃圾焚燒熱值不穩定，母管壓力波動的情況下，也能確保各臺汽輪機的正常運行，并能盡量多帶負荷多發電。

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

[2]趙志強.火力發電機組協調控制協調淺析----東北電力技術

[J].1004-7913（2002）11-0039-03.

上式當中，Cs表示與功能區相對應的空氣質量年均標準（單位：mg/m3）；Ud表示干沉積速度（單位：m/s）；Wr表示清洗比；R表示區域內的降水率（單位：mm/a）；T1/2表示與污染物半居留期。

通常情況下，當評價區域的總體面積不足10km2時，為使整個計算過程變得更加簡單，可以忽略干濕沉積與化學轉化作用，這對計算結果基本不會造成影響。需要特別注意的是，如果評價區域的面積相對較大，在進行容量計算的過程中，必須對變動環境的影響予以充分考慮，由此能夠確保計算結果的準確性。

2.5 評價范圍

這里所指的評價范圍除了包含規劃項目的具體實施區域之外，還包含區域以外一定的范圍，由此可以了解并掌握外部的大氣污染情況對評價區域的影響，以及評價區域對周邊范圍的影響。對于規劃項目而言，其評價對象的尺度范圍相對較大，加之大氣本身所具備的擴散性，極有可能引起污染物的輸送擴散，故此，在有引起周邊地區大氣擴散影響的規劃項目中，需要對越界情況予以綜合考慮。

3 結語

綜上所述，隨著我國經濟的飛速發展，規劃項目不斷增多，為避免規劃項目實施前后對大氣環境造成污染，應當在規劃項目中，做好大氣環境影響評價工作，按照評價結果制定有效的大氣環境保護措施，在確保規劃項目順利實施的前提下，最大限度地降低大氣環境污染。

參考文獻

[1]王月.區域規劃的大氣環境影響評價的空間尺度效應[D].復旦大學,2013.

[2]王萌.工業園區規劃環評中大氣環境影響評價方法探討——以獨貴塔拉園區為例[D].內蒙古大學,2012.

[3]李竺霖.小城鎮工業園區規劃環境影響評價指標體系及案例研究[D].浙江大學,2013.

[4]王穎,霍玉俠,侯雅楠,潘峰.區域規劃環評中大氣環境監測點位布設研究[J].中國環境監測,2011(12):87-89.

作者簡介

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

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