DCS系統(tǒng)在垃圾焚燒循環(huán)流化床熱電廠的應用

DCS/SIS系統(tǒng)在垃圾焚燒循環(huán)流化床電廠的應用 上海電氣環(huán)保南通區(qū)域垃圾焚燒熱電聯(lián)產(chǎn)項目1引言：近年來，隨著中國城市化進程的加快，垃圾污染日益嚴重，處理不當將會制約城市的生存與發(fā)展。為此，中國專門制定了全國城市生活垃圾無害化處理設施建設“十一五”規(guī)劃，在全國范圍內(nèi)實施垃圾處理收費制度，并進一步加大了對垃圾發(fā)電的政策支持力度。由于垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)具有高效率處理生活垃圾、節(jié)約能源、建設周期短以及有利于環(huán)保等特點，同時循環(huán)流化床鍋爐是值得采用的新鍋爐工藝，具有燃燒效率高，適應性廣，燃燒強度高等特點，所以 CFBB 焚燒垃圾發(fā)電廠，既能很好解決城市生活垃圾問題，又能適當緩解近年來的能源危機問題。 2項目簡介：該項目由上海電氣環(huán)保熱電（南通）有限公司以BOT方式建設，位于如皋港經(jīng)濟開發(fā)區(qū)內(nèi)，占地120畝，日處理城市生活垃圾1500噸。該項目的服務范圍為南通市、如皋市、通州市、靖江市的城市生活垃圾。同時可以對開發(fā)區(qū)內(nèi)的各種固體廢棄物就地處理；垃圾焚燒發(fā)電廠采用先進的煙氣處理裝置，從而保障大氣質(zhì)量；垃圾處理過程中利用焚燒技術(shù)發(fā)電并網(wǎng)；焚燒發(fā)電廠產(chǎn)生的余熱又可以作為園區(qū)工業(yè)、生活用熱的來源；這樣，從垃圾處理、廢氣處理到發(fā)電、供熱都同時解決?？鐓^(qū)域的四個城市共用一個垃圾發(fā)電廠，這在國內(nèi)還是首例。項目自建成正式投產(chǎn)之日起經(jīng)營年，經(jīng)營期滿后，整體無償移交如皋市人民政府。該項目應用日處理城市生活垃圾1500t 單臺日處理垃圾500t/d并產(chǎn)汽75t/h的循環(huán)流化床垃圾焚燒爐3臺，配2臺15MW抽凝式汽輪發(fā)電機組。該項目DCS系統(tǒng)采用上海自動化儀表股份有限公司DCS公司自主開發(fā)的SUPMAX800系統(tǒng)，SIS系統(tǒng)采用上海自動化儀表股份有限公司DCS公司自主開發(fā)的SUPDATA系統(tǒng)3系統(tǒng)實施介紹：全廠設一個總控制室，采用爐、機、電集中控制方式。對以下內(nèi)容進行監(jiān)控：3500t/d的循環(huán)流化床垃圾焚燒爐（額定產(chǎn)汽量75t/h），裝機容量為2C15MW抽凝式汽輪發(fā)電機組及其輔助系統(tǒng)等。31 DCS系統(tǒng)介紹DCS系統(tǒng)部分主要完成發(fā)電生產(chǎn)過程的監(jiān)視和控制，包括模擬量控制系統(tǒng)(MCS)、順序控制系統(tǒng)(SCS)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)、鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）功能. 具體配置分以下幾部分：311 上位機配置：10臺操作員站進行生產(chǎn)現(xiàn)場的實時監(jiān)視和管理，其中包括一臺值長站，另設兩臺工程師站進行組態(tài)調(diào)試等兼做趨勢報警服務器312下位機配置：14套I/O控制站完成現(xiàn)場信號采集、工程單位元變換、控制和聯(lián)鎖控制算法、控制輸出、通過系統(tǒng)網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)和診斷結(jié)果傳送到上位機。具體DPU的配置按如下：三臺鍋爐： 共6對（按每臺鍋爐2對配置，其中燃燒系統(tǒng)一對，汽水一對）二臺汽機： 共4對（按每臺汽機2對配置，其中主蒸汽系統(tǒng)、再熱蒸汽系統(tǒng)、回熱抽汽系統(tǒng)一對，油系統(tǒng)和真空系統(tǒng)一對）公用系統(tǒng)部分： 2對 （減溫減壓、除氧給水各配置1對）遠程循環(huán)水：1對遠程綜合水：1對313配電柜配置：鍋爐間一套：汽機間一套儀表電源柜一套1）、DCS的電源分配柜和儀表電源分配柜均能接受由需方提供的二路交流220V10，50Hz1Hz的單相電源。這二路電源中的一路來自不停電電源UPS，另一路來自廠用電源。儀表電源分配柜內(nèi)應配有兩路電源自動切換裝置。2）、在各個機柜和站內(nèi)配置相應的冗余電源切換裝置和回路保護裝置，并用這二路電源在機柜內(nèi)饋電。3）、在每機柜內(nèi)配置二套德國威德米勒冗余直流電源，具有足夠的容量和適當?shù)碾妷?。每個直流電源都具有在單獨運行時負荷率不超過50%的容量。4）、任一路電源故障都應報警，二路冗余的電源應通過二極管切換回路耦合。在一路電源故障時自動切換到另一路，以保證任何一路電源的故障均不會導致系統(tǒng)的任一部分失電。5）、每個IO機柜配備二套德國威德米勒冗余直流電源，其中24V系統(tǒng)電源采用11冗余配置方案，5V系統(tǒng)電源采用21冗余配置方案314 軟件版本 ：Win2000，supmax800 315 歷史站配置：歷史站支持網(wǎng)絡冗余和工作備用歷史站之間的冗余。歷史站通過兩塊的以太網(wǎng)卡同SUPMAX800NET網(wǎng)絡連接，當工作的網(wǎng)絡出錯時，服務器會自動切換到另一條網(wǎng)絡，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制的連續(xù)性。通過C網(wǎng)在工作和備用的歷史站之間冗余數(shù)據(jù)。（備：在一個大的系統(tǒng)中，服務器可以采用分布處理方式，以減輕單機的負荷。上面的這些任務可以完全由單機承擔，也可以分配給兩臺或更多的計算機，如圖四所示。在這種方式下，服務器的任務被分配到四臺計算機，大大減輕了單機的負荷，優(yōu)化了系統(tǒng)的性能。）315：網(wǎng)絡設計方式： 本網(wǎng)絡又名為SUPMAX800NET網(wǎng)絡，是全冗余的100M高速以太網(wǎng)絡，由完全獨立的兩條網(wǎng)絡組成。SUPMAX800NET網(wǎng)絡是SUPMAX800系統(tǒng)的主干網(wǎng)，連接了所有的工作站和DPU。SUPMAX800NET符合國際標準IEEE802.3，速率為10M/100Mbps自適應，采用星形拓撲連接方式，采用有源HUB或SWITCH作為中繼器。SUPMAX800NET采用上海自動化儀表股份有限公司自主研發(fā)的基于IP的SMCP通訊協(xié)議，取消實時服務器結(jié)構(gòu)，采用完全對等的方式，減少系統(tǒng)因服務器崩潰造成整個網(wǎng)絡癱瘓的風險。本網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)如下：316系統(tǒng)控制方案：1）DAS系統(tǒng)：由supmax800現(xiàn)場控制站實現(xiàn)所有I/O信號數(shù)據(jù)采集，并將運行參數(shù)、輸入輸出狀態(tài)、操作信息和異常情況等數(shù)據(jù)實時地提供給運行人員，指導他們安全可靠地操作，同時還進行數(shù)據(jù)記錄和儲存，供事故分析信號處理：2）MCS系統(tǒng)：模擬量控制系統(tǒng)由SUPMAX800的以微處理器為基礎(chǔ)的分散處理單元（DPU）和I/O模件作為控制系統(tǒng)的硬件，應用模塊化算法軟件經(jīng)合理組態(tài)，實現(xiàn)MCS各子系統(tǒng)控制功能。這些子系統(tǒng)包括如下：2 1）水調(diào)節(jié)系統(tǒng)給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計為全程給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，任務是從啟動到滿負荷正常運行的整個過程中維持汽包水位在要求的范圍內(nèi)。低負荷時（如25以下）通過調(diào)節(jié)給水旁路調(diào)節(jié)閥來保持汽包水位的單沖量控制，高負荷時（如28%以上）則通過調(diào)節(jié)給水主回路調(diào)節(jié)閥維持汽包水位。由蒸汽流量、汽包水位和給水流量組成三沖量控制系統(tǒng)。二者的切換可自動或手動，且是無擾雙向切換。在設計時水位，蒸汽流量經(jīng)過溫壓補償校正，給水流量經(jīng)過溫度補償校正。22) 主蒸汽溫度調(diào)節(jié)主蒸汽溫度控制系統(tǒng)由二級減溫調(diào)節(jié)組成, 采用串級調(diào)節(jié)，減溫器出口溫度作為導前溫度，過熱器出口溫度為主汽溫度，并作為主調(diào)參數(shù)，負荷（主蒸汽流量）作為前饋。23)燃燒控制：鍋爐指令：根據(jù)蒸汽母管壓力實際值與設定值比較經(jīng)PID運算得總鍋爐指令，然后按比例分配給每臺鍋爐指令BD，或者根據(jù)總負荷需求按比例分配給每臺鍋爐BD。熱量信號：汽包壓力微分乘鍋爐蓄熱系數(shù)與蒸汽流量之和HR熱量信號與鍋爐指令高選HR_BD,根據(jù)鍋爐燃料風特性曲線擬合相應風量后，得總風量指令，減去一次風量指令為二次風量指令SAFD。床溫控制：床溫為主要控制對象，控制策略是當負荷需求變化時，則一次風量變化，一次風量變化直接引起床溫變化，床溫變化則引起給煤量變化，從而達到床溫控制，且滿足負荷需求。24）一次風量控制：保證流化且按負荷需求一次風量曲線，微調(diào))。25）二次風量控制：二次風量指令SAFD經(jīng)氧量校正，為最后二次風量指令，與實際二次風比較經(jīng)PID運算，調(diào)節(jié)二次風量。負荷需求不變時，不調(diào)一次風，主要通過調(diào)節(jié)煤來滿足床溫變化。垃圾量不受控，人工操作。26）料層差壓控制：通過排渣(冷渣機轉(zhuǎn)速)來穩(wěn)定，（風室壓力由布風阻力，和料層差壓組成，料層差壓由風室壓力減空板阻力得到，且對應負荷需求）。3）爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS） 執(zhí)行對供風系統(tǒng)、引風系統(tǒng)、爐膛壓力、汽包水位等進行監(jiān)視，一旦檢測到危及系統(tǒng)安全的條件時，立即進行MFT動作，切斷主燃料，迫降減溫器，并指出首次跳閘原因，并給出聲光報警信號，進行有關(guān)的聯(lián)鎖動作，以保證鍋爐的安全。當出現(xiàn)以下情況時，燃燒系統(tǒng)停止。1 MFT保護邏輯由DCS系統(tǒng)組態(tài)完成，觸發(fā)條件為：A. 手動MFTB. 引風機跳閘C. 一次風機跳閘D. 兩臺返料風機跳閘E. 爐膛壓力高高F. 風室風壓高高G. 風室風壓過低H. 汽包水位高高I. 汽包水位低低J. 床溫連續(xù)高高K. 床溫連續(xù)低低 L.一次風量低低MFT復位： 由熱態(tài)和冷態(tài)不同啟動條件經(jīng)過爐膛吹掃后復位317 對總線協(xié)議的支持本系統(tǒng)采用獨立的HART協(xié)議卡件，可與外部支持HART協(xié)議的儀表進行通信。該項目應用超過800點，連接了不同廠家的儀表，可以在遠程計算機上對其進行相關(guān)數(shù)據(jù)監(jiān)測，及零位校正，量程修改等，代替用戶親自到現(xiàn)場，方便實用32 SIS系統(tǒng)介紹火電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（Supervisory Information System，簡稱SIS）是為火電廠全廠實時生產(chǎn)過程綜合優(yōu)化服務的廠級監(jiān)控管理信息系統(tǒng)，本項目整合DCS系統(tǒng)、電氣自動化系統(tǒng)，垃圾預處理系統(tǒng)，垃圾吊系統(tǒng)，煙氣檢測系統(tǒng)，化水系統(tǒng)，煙氣凈化系統(tǒng)，熱網(wǎng)系統(tǒng)共8個系統(tǒng)4531個數(shù)據(jù)點，對其進行在線監(jiān)測、計算分析、跟蹤查詢，提高生產(chǎn)過程運行的質(zhì)量和效率，節(jié)能降耗，增加企業(yè)經(jīng)濟效益。3.2.1 安全性：在網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計上將控制系統(tǒng)和管理系統(tǒng)分開，DCS系統(tǒng)通過SIS接口機連到SIS網(wǎng)絡，SIS接口機通過1對冗余網(wǎng)卡與DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡連接，以便實時取得DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)點，同時，通過另一對網(wǎng)卡講數(shù)據(jù)傳送到SIS網(wǎng)絡。兩對網(wǎng)卡的設置，既起到物理隔離作用，確保信息安全，又起到單向傳輸作用。SIS網(wǎng)絡與辦公網(wǎng)之間通過硬件防火墻相連，有效防止病毒木馬等的入侵。3.2.2 可靠性：數(shù)據(jù)庫服務器采用：部件級冗余stratus ftserver工業(yè)標注容錯服務器ftserver2000接口機和管理站配置：p4 3G/512M/80GB工控機主交換機與服務器連接配置：兩臺千兆工業(yè)交換機主交換機和子系統(tǒng)連接配置：百兆工業(yè)交換機數(shù)據(jù)庫平臺：supdata（上海自儀DCS自主研發(fā)），數(shù)據(jù)存儲量大，響應時間快、壓縮比率高，3.2.3 擴充性：系統(tǒng)平臺提供多種數(shù)據(jù)訪問方式如TCPmodbus，串口Modbus，UDP，OPC等3.2.4 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)：sis系統(tǒng)采用BS結(jié)構(gòu)，由服務器，管理站，接口機，客戶端交換機等連接成故障快速解決的環(huán)網(wǎng)3.2.5 應用情況：該SIS系統(tǒng)負責采集dcs系統(tǒng)，電氣自動化系統(tǒng)，垃圾預處理系統(tǒng)，垃圾吊系統(tǒng)，煙氣檢測系統(tǒng)，化水系統(tǒng)，煙氣凈化系統(tǒng)，熱網(wǎng)系統(tǒng)共8個系統(tǒng)4531個數(shù)據(jù)點。共繪制36數(shù)據(jù)顯示幅畫面，10幅趨勢畫面，12張報表