垃圾发电厂自动化技术探讨

【摘要】先进的垃圾发电厂在项目的联调、施工、设计方面都采用了分散式自动化技术，主要包括烟气连续监测自动化和厂站电气自动化2个部分，以便能够更加科学地继电保护、控制、测量、监视整个垃圾发电厂的各个生产环节。本文结合笔者多年的工作经验，就垃圾发电厂自动化技术进行了较为深入的研究。

【关键词】垃圾发电厂；自动化技术；研究

1.引言

随着工业的迅猛发展，城市化进程的加快，城市人口越来越多，产生的垃圾污染日益严重。目前对垃圾处理主要有填埋法、堆肥法、焚烧法等，填埋法虽方便易行、投资少，但易造成二次污染（污染地下水源），垃圾填埋场周围臭气等严重影响大气环境，被填埋的垃圾发酵产生的甲烷气体易引发爆炸等，还占用大量林地、农田，从而制约城市的生存与发展。随着人们环保意识的增强，解决垃圾污染问题，已引起各级政府的高度重视。建设垃圾焚烧发电厂不仅能够获得政府大量的优惠政策支持，而且具有良好的社会效益、环保效益和经济效益。

目前，先进的垃圾发电厂在项目的联调、施工、设计方面都采用了分散式自动化技术，主要包括烟气连续监测自动化和厂站电气自动化2个部分，以便能够更加科学地继电保护、控制、测量、监视整个垃圾发电厂的各个生产环节，使整个垃圾发电厂的工艺流程和生产过程能够被现场工作人员更好地实时掌握，保证垃圾供热、发电、处理的可靠性和稳定性，同时还要监测垃圾发电厂的生产过程中是否符合国家环保要求，这对于探讨新型能源的应用提供了一条新路。

2.垃圾发电厂电气自动化系统

与一般燃油发电厂和燃煤发电厂相比，垃圾发电厂只有在发电所用的原料、相关技术、工艺流程上与之有所区别，而如选用的电气一次设备、电气主接线、电厂实施操控的二次系统的继电保护、控制、信号、测量等电气部分基本类似。因此，垃圾发电厂电气自动化系统还是采用当今流行的分层分布式结构。

2.1 厂站层的配置

厂站层主要由以下3部分组成：

（1）厂站层后台系统，它的最大优点是网络简洁，能够为现场生产运行人员提供一个明确、清晰的人机互动平台，属于典型的明确，既能保证系统运行，又能够节省硬件开支。垃圾发电厂运行值班人员可以利用打印机、键盘、鼠标、屏幕画面等人机交互手段来直观、实时、在线地掌握垃圾发电厂整个电气设备的运行状况；（2）主控单元，该单元处于厂站层中间部分，它依靠局域网（LAN）来与厂站层后台系统联系在一起，这种结构能够便于运行值班人员对系统状态的变化在规定时间内进行观察，也能够让来自间隔层和过程层的实时数据向后台系统进行快速传送，同时，还可以接受厂站层后台系统发出的指令。主控单元应该具有较高的适应环境能力、抗干扰性和可靠性；（3）通信扩展/转换装置，它处于厂站层的下面部分，主要是实现通信扩展和转换功能。

2.2 间隔层的配置

系统一次主接线与间隔层的配置是密切有关的。垃圾发电厂通常会有多台大型发电机，发电机的机端出口会配置多路厂用电、多2个分段、多段10kV母线，在间隔层中会配置多台发电机保护单元，以及相应的同期装置和设备附件。垃圾发电厂配置的发电机所用到的保护主要有： 转子接地保护、定子接地告警、后备保护（复压过流保护）、差动保护、非电量继电保护等。

3. 垃圾发电厂机炉自动化（DCS系统）

DCS控制系统应建立在功能完善、危险分散、物理分离和负荷均衡的基础上，以便增强系统的可靠性和可利用率。在此基础上，DCS系统应采用合适的冗余配置，由分散处理单元、过程输入输出通道、数据通信系统和人机接口等组成，具有诊断至通道级的自诊断功能以及高度的可靠性。当系统内任一组件发生故障时，均不应影响整个系统的工作。在控制方面，DCS系统应完成模拟量控制系统MCS、顺序控制系统SCS、电气控制系统、数据采集系统DAS和锅炉炉膛安全监控系统FSSS功能，以满足机组各种运行工况的要求，确保机组安全、可靠、高效运行；在应用方面，DCS系统应易于组态、使用、修改和扩展，具有开放性，易于与其他系统通信；在具体对象设计方面，DCS系统应按垃圾电厂的生产过程控制工程网版权所有，分级分层设计，以便在DCS局部故障或设备故障时，可自动或操作员手动选择较低一级的控制方式，而不致丧失对整个过程的控制。

DCS控制系统主要控制热负荷、给水流量、炉膛压力、炉排温度、一次风量、二次风量等参数，由于篇幅有限，我们仅探讨前3个参数。

（1）热负荷控制。锅炉出口蒸汽压力控制是主要控制装置，用它控制燃料供给量和空气流量，以保持蒸汽压力、温度的稳定。蒸汽压力和温度控制作为主控制，在垃圾给料量设定的情况下，根据蒸汽压力、温度调节器的输出信号来控制燃料入炉量，同时还将空气的流量控制在与垃圾给量和辅助染料相适应的流量上。

（2）给水流量控制。给水流量控制的目的是把水以某一速度输入锅炉，以置代蒸汽量输出和维护汽包所要的水位。通过改变启动给水阀（启动期间）或主给水调节阀（正常运行期间）的位置来实现。这些阀门收到来自单冲量或三冲量调节器的控制信号后，给予相应开度。单冲量控制，仅看汽包水位，在启动时使用。三冲量控制要看汽包水位、蒸汽量和给水量，给出一更高程度的控制，用于较高、稳定负荷。

（3）炉膛压力的控制。炉膛压力是实现锅炉自动控制的一个重要参数。在锅炉最佳燃烧控制系统的基础上，炉压控制可以通过控制引风机阀门的开度安或引风机速度的调节来实现，而炉温对烟道风量的变化变化非常敏感，如果通过传统的PID方式调节炉膛压力，那么频繁的烟道阀门开度变化或风机设备的频繁速度调节必然会带来炉温的波动。另外，炉膛压力控制系统为一大时滞系统，控制对象反应速度较慢，因此，本系统采用的是间歇式控制方法能保证炉压既在期望的范围之内，又不使阀门或调速设备频繁变化，保持稳定控制。

此外，对于各种垃圾焚烧炉和汽轮发电机组，都设置了完善周密的连锁保护和逻辑控制系统，下级PLC系统必须和DCS系统完全实现通讯，以避免这些PLC成为垃圾焚烧发电厂中的“自动化孤岛”，从而确保垃圾焚烧炉和汽轮发电机组安全、可靠、经济运行。为了确保有毒物质二恶英在炉膛内彻底分解，应该利用自动传感技术对垃圾焚烧发电厂炉膛出口温度给予严密的监视和控制，在任何情况下都不允许炉膛出口温度低于850°C，同时，采取必要措施，防止二恶英在烟道内300—400°C低温下再合成。

4.垃圾发电厂焚烧炉烟气监测系统

垃圾发电厂的主要设备之一为垃圾焚烧炉。众所周知，垃圾中会存在着大量的有机物质，刺鼻难闻的异味是难以避免的。通常可以在垃圾发电厂装载了多台功率达几百千瓦的风机，让整个垃圾处理系统一直处于负压状况，直接将飘出的臭味抽进焚烧炉进行焚烧，焚烧以后，一般的异味都可以消除。除此之外，还应该加装一套烟气自动化监测系统，能够对垃圾发电厂NO、SO2、烟尘等的排放总量和浓度进行连续在线监测，确保这些指标都在排放标准内。系统的结构示意框图如图1所示。

烟气连续监测系统主要分为两个部分，分别是户外部分和户内部分。户外部分包括信号检测电缆、伴热采样管线、流速监测仪、空气过滤器、采样监测点电器箱、烟气采样探头、红外测尘仪等，实现传输各种信号、烟气预处理和采样、测量烟气颗粒物含量、采集监测点的流速、压力、温度等物理量。户内部分包括净化压缩空气源、供电电源、数据采集、气体分析仪、样气处理等，完成净化采样气路、数据采集处理、系统标定、样气的分析和处理、系统供电等功能。

5.结语

总之，垃圾发电厂以焚烧的方式处理垃圾，并利用余热发电、供暖、供汽，已得到普遍认可和广泛的运用，与填埋相比较，垃圾以焚烧的方式处理，具有占地少、处理快、减量化明显、无害化彻底、资源利用充分等优点，更有利于达到垃圾处理“三化”的治理目标，更有利于促进经济、社会同人口、资源环境的可持续发展。为使各系统能相互协调的配合，保证生产顺利地进行，完善垃圾发电厂的自动化控制，是很有必要的。

参考文献

[1]钟瑾，朱庚富.垃圾发电技术综述[J].中国资源综合利用，2006，（10）.

[2]屠进，沈又幸.垃圾焚烧电厂设计探讨[J].中国电力，2003，（01）.