MACS系统在生物质秸秆电厂“全厂一体化”控制中的应用

中图分类号：TM619 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0400-01

生物质直接燃烧发电技术是目前世界上仅次于风力发电的可再生能源发电技术。其燃料为多种农作物秸秆（棉花秸秆、麦秸秆、玉米秸秆等多种农业废弃物。

1.主设备情况及“全厂一体化”控制范围

锅炉采用了蒸发量为48t/h的高温高压生物质燃料锅炉：水冷振动炉排、自然循环汽包炉；锅炉效率可达到91%以上。汽机采用了青汽公司的高温高压、凝汽式12MW汽轮机，发电机采用了济南发电设备厂生产的空冷发电机：额定功率为12MW、额定电压为6.3kV，自并励静止励磁。

控制系统对于秸秆发电厂至关重要，公司经过分析比较，选择了杭州和利时自动化有限公司提供的最新一代DCS―macs系统来实现“全厂一体化”控制。“全厂一体化”控制范围包括：炉、机、电的集中控制以及全厂重要辅机系统的集中控制。其中包括：化学水处理系统、锅炉吹灰系统、循环水泵房、公用水泵房、空压机房和秸秆输送系统等。下文对几个重要控制系统作一个简单介绍。

2.DCS系统对于秸秆锅炉燃烧给料系统的控制

公司提供的生物质燃料（秸秆）锅炉源于丹麦BWE公司的技术，比较先进。但是，国外的生物质发电厂大都使用单一的生物质燃料发电，没有广泛地使用多种生物质燃料混合燃烧的经验，因此，不少进口机组“水土不服”，经常发生给料系统的堵塞，导致锅炉不得不停炉检修。为此，公司在本项目中，对给料系统，结合当地的实际情况，做了重大改进：

为适应多种秸秆混合燃烧的要求，某公司完全取消了传统的皮带输送系统。在储料棚中，设置有带称重装置的秸秆抓斗起重机2台（1用1备），起重量一般为3--6m3/次。秸秆抓斗起重机可以把各种秸秆或各种农业废弃物按照一定的比例搭配好，直接抓进炉前的大料仓内。 大料仓入口采用工业电视进行监控。

炉前的大料仓容积约144，底部设置有4台螺旋给料机（2用2备）；它们在和利时公司新一代DCS--MACS系统的控制下，按照一定的速率，把各种秸秆和农业废弃物混合而成的生物质燃料源源不断地送进炉膛焚烧。为防止松散杂乱的秸秆和农业废弃物的混合物在大料仓或小取料仓内发生堵塞， MACS系统的应用软件设计得比较灵活方便：

（1）大料仓内的4台螺旋给料机设置有连锁：一旦一台运行中的螺旋给料机堵塞跳闸，备用的螺旋给料机立即自动投运。并在LCD上显示报警。

（2）小取料仓下方带变频装置的双螺旋给料机和大料仓内的4台螺旋给料机，MACS系统的软件设计中有专门的考虑：燃料的给料量基本上可以由大料仓内的螺旋给料机控制；但是和小取料仓下方的双螺旋给料机有非常密切的连锁逻辑关系：在MACS系统的控制下，小取料仓内基本上不能有燃料的堆积。

（3）根据运行人员积累的经验，必要时，小取料仓下方带变频装置的双螺旋给料机，在MACS系统控制下，也可以改为单螺旋给料方式运行。实践证明，这样做可以避免杂乱的秸秆在双螺旋给料机中的堵塞问题。

2.2 DCS系统对于秸秆锅炉风烟系统的控制

锅炉采用平衡通风系统。设置有一台额定风量为70560m3/h的送风机，一台额定风量为108000/H的引风机，根据MACS系统给出的总风量指令信号，通过配套的送风机及引风机的液力偶合器进行调速，从而可以保证总的送风量充分满足秸秆锅炉燃料燃烧时对风量的需求。

MACS系统在引风机控制回路设置有前馈控制通道，以保证总的送风量和总的引风量同步增加或者同步减少，确保炉膛负压的稳定。在炉膛负压测量回路，MACS系统设置有特殊的滤波模块和逻辑判断软件，从而可以避免引风机的执行机构频繁动作。

本项目布袋除尘器是由丹麦的SIMATEK公司设计的旋转喷吹型袋式除尘器，由西门子S7-300 PLC控制的，，旋转喷吹型袋式除尘器工作过程如下：当烟气气流穿过滤袋同时粉尘被滤袋外侧阻挡吸附，粉尘的厚度不断增大又可以阻挡住后面的粉尘，过滤后的干净气流从滤袋向上到上筒体净气室，最终排入大气中。由于MACS系统采用了国际标准的Profibus DP总线，因此可以和西门子的PLC实现“无缝连接”，直接与和利时公司的MACS系统通讯，从而可以灵活方便地对布袋除尘器系统进行远程监控。

3.0 DCS系统对于秸秆锅炉给水、主汽温度系统的控制

本期给水系统设置有两台55t/h的电动调速给水泵，1用1备。系统采用单母管制，为了保证减温水的压力，MACS系统根据给水母管和汽包之间的差压来控制给水泵的转速。对于汽包水位的控制，MACS系统采用了成熟的三冲量控制方案。启动时，对于汽包水位和主蒸汽流量，MACS系统都设置了温度、压力补偿。 对于主汽温度，MACS系统采用由主汽温度、喷水减温器出口温度及主汽流量等参数组成的串级系统来进行控制的。

4.0 DCS系统对于秸秆发电厂电气系统的控制

由于MACS系统有成熟完善的软件，因此可以对秸秆发电厂发变组及厂用电源系统实现全面的监控。其中包括：发电机变压器组、发电机励磁系统、发电机电压母线系统、高压厂用电源系统、低压厂用变压器主厂房及辅助车间动力中心电源进线以及需要由MACS系统来控制的高低压电动机等等。

5.0 DCS和DEH的一体化解决方案

在电厂，锅炉和汽机有密切而不可分割的关系，因此，公司认为，DCS和DEH实现一体化控制十分必要。即DCS和DEH需要采用同一套分散控制系统。这样成功地用一套DCS系统全面实现了DCS和DEH的一体化控制，DCS和DEH相互之间就不再需要另外加“网关”来进行通讯，全面实现了单元机组炉机电的集中控制和全厂重要辅机的集中控制。实现的功能包括：数据采集功能（DAS）、模拟量控制功能（MCS）、辅机顺序控制功能（SCS）、炉膛安全监控功能（FSSS） 和全厂电气系统控制功能（ECS）。

6.0 秸秆发电厂的I/O规模和DCS的系统配置

公司采用了“全厂一体化”控制方案，尽量减少PLC的数量，PLC的维修量也大大减少。目前，在公司，采用反渗透技术的化水系统、秸秆输送系统、锅炉吹灰系统、循环水泵房、公用水泵房、空压机房以及电气控制系统等全部纳入DCS的控制范围之中，详细的I/O统计见下表1。

根据公司的要求，MACS系统配置了带22LCD的操作员站5台（其中1台做值长站）；工程师站1台；历史服务器2台；带冗余配置主控单元的MACS机柜6个；继电器柜2个；配电柜1个。远程I/O柜一个。各种I/O模块290余块。还专门配置了一套专门用于系统时钟同步和SOE系统校时用的GPS接收装置1套。

综上所述，公司在秸秆发电厂项目中，通过将近半年的运行，和利时公司的MACS系统经受了考验，运行稳定，可以满足各种工况下的运行要求。流程图画面清晰形象，操作方便，可以监控主厂房以外的各个辅助系统，基本上实现了整个秸秆发电厂的“全厂一体化”控制方案。