從化垃圾焚燒發電廠DCS系統全廠一體化應用

蘇志輝

摘 要：文章介紹了從化垃圾焚燒發電廠DCS系統全廠一體化應用，分別對母管制垃圾焚燒發電廠運行特點、母管制垃圾焚燒發電廠控制需求、從化垃圾焚燒發電廠DCS控制系統進行分析。

關鍵詞：母管制垃圾焚燒發電廠；DCS；全廠一體化

1 概述

目前，我國的垃圾焚燒發電廠基本上都采用母管制運行方式。而大部分垃圾發電廠，鍋爐采用DCS系統+PLC系統控制方式，汽輪機數字式電液控制系統采用另外一套DCS系統或WoodWard505調節器控制，煙氣凈化系統、化學除鹽水處理系統一般也都采用獨立的PLC系統控制，為便于全廠統一在中控室進行監控，相互之間采用通訊的方式連接。一旦發生通訊故障，中央控制室就無法監控各個子系統，監控不到的子系統就進入自動化孤島狀態，非常不安全。本文針對此現狀在從化垃圾焚燒發電廠實現了DCS全廠一體化控制，下文加以詳細說明。

2 母管制垃圾焚燒發電廠運行特點分析

2.1 單臺垃圾焚燒爐的主蒸汽壓力都不穩定

母管制垃圾焚燒發電廠存在的突出問題：單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所造成的。眾所周知，國外的垃圾是分類的，因此熱值比較穩定。而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熱值實際上是無法確定的；特別是在天氣潮濕的情況下，垃圾熱值波動很大，從而導致單臺垃圾焚燒爐的主蒸汽壓力都不穩定；進而影響到整個主蒸汽母管的壓力也總是不穩定。這就會嚴重影響汽輪機的正常運行。

2.2 母管制垃圾焚燒爐的主蒸汽溫度采用DCS控制可以穩定

盡管母管制垃圾焚燒爐由于垃圾的熱值不確定而導致主蒸汽壓力不穩定，但是單臺垃圾焚燒爐的主蒸汽溫度，采用DCS系統以后是可以穩定控制的。這是因為現代化的垃圾焚燒爐絕大多數采用了噴水減溫的技術方案。實踐證明，DCS系統采用串級控制技術后，只要控制減溫水的調節閥，只要調節閥質量比較好，泄漏量小，DCS是可以成功地把垃圾焚燒爐的主蒸汽溫度控制在規定的范圍之內。

2.3 母管制汽輪機對于主蒸汽溫度變化十分敏感

由于汽輪機的汽缸壁厚薄不均勻，因此對于主蒸汽溫度變化十分敏感。當主蒸汽溫度變化劇烈時，由于熱脹冷縮的原因，會導致汽輪機各部分的熱應力嚴重不均勻；甚至會導致汽缸壁出現裂縫或者導致大軸彎曲。而采用一體化控制的DCS和DEH后，垃圾焚燒爐的主蒸汽溫度通過DCS系統，可以控制得十分穩定；同時，汽輪機本身各點的溫度，也可以通過DCS系統得到嚴密的監控，因而為汽輪機的安全運行提供了可靠保證。

3 母管制垃圾焚燒發電廠“全廠一體化”控制需求

母管制垃圾焚燒發電廠“全廠一體化”控制是根據以下幾個方面的要求而提出來的：

3.1 信息化（Information）時代對于DCS的要求

70年代DCS剛剛推出時，主要是用于控制。40多年過去了，DCS僅僅用于控制，就是一個過時的、陳舊的觀念了。當代的DCS系統，由于其軟硬件的飛躍發展，已將SCADA等多種信息整合技術與工程師夢寐以求的控制品質和安全特性相融合，成為一個理想的綜合信息系統，不僅僅可以實現良好的控制功能，而且已經成為最好、最及時的信息集成工具。

因此，進入21世紀的垃圾焚燒發電行業，陸續有垃圾焚燒發電工程項目推出全廠DCS一體化控制解決方案。就是要采用最先進的DCS系統和最先進的信息集成技術，不僅僅要實現先進的控制方案，而且要實現先進的信息管理模式。

3.2 消滅“自動化孤島”現象對于DCS的要求

由于現在的DCS系統完全有能力取代原有的輔助控制系統，因此堅決消滅垃圾焚燒發電廠的“自動化孤島”現象完全可能。即采用先進的網絡技術和通訊技術，將地理位置分散的各輔控子系統連接成全廠輔控網絡，在維持原有控制設備分散控制的同時，在中央控制室實現對輔助控制系統的集中監控。

傳統垃圾焚燒發電廠輔助控制系統種類繁多，數據獲取困難，在電廠內部形成多個信息孤島。高成本的投入換來的卻是運營成本增加，維護工作量增大、可靠性能的降低。以前采用PLC的煙氣凈化系統、化學除鹽水處理系統、蒸汽吹灰系統、脈沖吹灰系統、循環水泵房控制系統及工業水泵房控制系統等，現在可以全部設置新一代DCS系統的遠程I/O模塊。這些就地的遠程I/O模塊負責實時信息的采集和控制指令的輸出。它們用光纖或者雙絞線和集控室的DCS系統相連，從而可以節省大量控制電纜。

3.3 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。其中一個重要方面，就是要在垃圾焚燒發電廠實現“全能值班員”制度。即垃圾焚燒發電廠的運行人員，必須同時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。因此整個中央控制室內，不再嚴格地分為司爐、司機和電氣值班。任何一個運行人員，根據授權，可以在任何一臺LCD上，分別控制鍋爐、汽機、電氣或者是垃圾焚燒發電廠的任何一個輔機系統。

綜上所述，現代化的管理模式，要求用一套DCS系統，覆蓋全廠，從而可以對全廠所有的運行設備和生產狀況實現全面的監控。堅決不在許多輔機設備系統旁邊，再設置值班人員。包括煙氣凈化車間和化學除鹽水處理車間，也要把運行人員減到最少。由此可見，PLC不能再用。因為一旦出現了PLC形成的“自動化孤島”，往往就得在孤島現場設置值班人員。為此從化垃圾焚燒發電廠DCS系統決定實施“全廠一體化”解決方案，來全面提高整個垃圾焚燒發電廠的自動化水平、信息化水平和管理水平。

4 從化垃圾焚燒發電廠DCS控制系統

從化垃圾焚燒發電廠DCS控制系統采用艾默生公司OVATION系統，OVATION系統是最早用于輔網一體的控制系統，同時也是應用最為成功的系統。OVATION系統采用先進的分散式數據庫結構，輔控網絡局部中斷，相關控制不受影響；服務器離線，整個網絡控制不受影響。同時OVATION系統支持遠程控制器和遠程的IO站，可以有效分散在偏遠控制現場，并大量節省硬件成本。本項目DCS系統控制實際I/O點數達5500點，在中央控制室實現對全廠的集中監控。

全廠DCS系統共配置11個過程控制站，分別為：1#焚燒爐系統、1#ACC系統、2#焚燒爐系統、2#ACC系統、汽機系統、DEH系統、電氣系統、1#煙氣系統、2#煙氣系統、化水系統、公用系統，完成對整個垃圾焚燒發電廠各系統的監視和控制。

全廠監控操作站：共配置7個操作員站（分別為：焚燒爐OS1、焚燒爐OS2、汽機OS3、DEH OS4、ECS OS5、煙氣OS6、公用OS7）、1臺工程師站。

全廠DCS系統控制范圍：垃圾運輸的稱重地磅系統，焚燒爐輔機及ACC系統，余熱鍋爐系統，煙氣凈化系統，汽機本體及輔機系統，DEH系統，化學除鹽水處理系統，蒸汽吹灰系統，脈沖吹灰系統，全廠公用系統。

5 結束語

從化垃圾焚燒發電廠采用艾默生公司的OVATION系統實現DCS全廠一體化控制，該項目1#焚燒爐于2016年12月28日正式點火烘爐，整體項目已進行到預運營階段，全廠DCS系統運行良好、穩定可靠。實踐證明，DCS系統全廠一體化監控，有效提高了全廠自動化控制水平，消除各子系統信息孤島和數據隔離現象。幫助垃圾焚燒發電廠提升管理效率和效益，降低工人勞動強度，提高生產效率，創造良好的工作、生活環境。隨著DCS系統功能越來越強大，控制軟件越來越完善成熟，未來的垃圾焚燒發電廠必然走“全廠一體化”的道路，這是歷史發展的必然趨勢。