垃圾焚烧发电厂全厂一体化控制的特点

时间：2024-07-28

王建军张长志倪玮晨李浩然曹晓男张应田

（1国网天津电力科学研究院天津3003842天津市电力科技发展有限公司天津300384）

垃圾焚烧发电厂全厂一体化控制的特点

王建军1张长志1倪玮晨1李浩然1曹晓男1张应田2

（1国网天津电力科学研究院天津3003842天津市电力科技发展有限公司天津300384）

文章介绍了母管制垃圾焚烧发电机组实现全厂DCS与DEH的一体化控制方案，并对母管制垃圾焚烧发电机组的运行特点进行了分析，以及机炉协调控制和“定/滑压”运行方式的实现方法，指出了垃圾焚烧电厂实现“全厂一体化”方案的重要意义。

垃圾焚烧；一体化；协调控制；发电；母管制

1 引言

针对垃圾焚烧发电厂母管制垃圾焚烧锅炉及汽轮发电机组如何实现“全厂一体化”控制的问题，本文依托天津贯庄垃圾焚烧项目从控制角度作简单分析说明。

2 项目依托

天津贯庄垃圾焚烧发电项目是天津泰达环保有限公司在天津市的第二个垃圾处理项目，本项目配置了3台母管制500t/d炉排型垃圾焚烧炉、3台余热锅炉，选用了2台12MW凝汽式直接空冷汽轮发电机及其辅助系统。烟气净化采用SNCR＋半干法＋活性炭吸附＋袋式除尘并设置三套CEMS系统监控垃圾焚烧炉烟气排放指标。整个项目采用一套DCS系统来实现“全厂一体化”控制策略。

3 解决方案

3.1 母管制垃圾焚烧发电机组运行特点分析

天津贯庄垃圾焚烧发电工程采用同一套控制系统来实现DCS和DEH一体化的控制功能，重要原因之一是为了实现母管制的垃圾焚烧机组发电负荷自动调节（机炉协调控制CCS）功能，提高全厂的自动化水平。母管制垃圾焚烧机组协调控制的运行特点如下。

3.1.1 母管制的垃圾焚烧炉运行特点分析

母管制垃圾焚烧炉存在的突出问题是：每一台垃圾焚烧炉的主蒸汽压力都不稳定。这是因为进入各台垃圾焚烧炉的垃圾热值不稳定造成的。目前国内垃圾基本上不分类，所以尽管进入垃圾焚烧炉的垃圾给料量是可以控制的，但是每一时刻进入垃圾焚烧炉的垃圾燃烧热值是不确定的；特别是在天气潮湿的情况下，垃圾热值波动很大，导致每一台垃圾焚烧炉的主蒸汽压力和流量都不稳定；进而影响到整个主蒸汽母管的压力也总是不能稳定，这就会严重影响汽轮机的正常运行，因此汽轮机必须采取“机跟炉”、“定/滑压运行”方式，实现发电机组的以热定电。

3.1.2 母管制的汽轮机运行特点分析

（1）母管制的汽轮机对于垃圾焚烧炉一定范围内的压力波动是可以承受的。DCS和DEH采用一体化解决方案，汽轮机可以采用“定/滑压运行”方案，调节控制锅炉母管压力。通过DEH可以方便地对汽轮机的调速汽门的开度加以各种形式的控制，并且可以对汽轮机的机前压力Pt变化范围和变化速率加以限制，确保汽轮机的安全运行。（2）母管制的汽轮机对于主蒸汽温度变化是十分敏感的。采用一体化的DCS和DEH后，汽轮机在“定/滑压运行”方式下，垃圾焚烧炉的主蒸汽温度通过DCS减温水控制，可以控制得十分稳定；同时，汽轮机本体各点的温度，也可以通过DCS系统得到严密的监控，从而为汽轮机的安全运行提供了可靠保证。

3.1.3 母管制的垃圾焚烧锅炉发电机组协调控制的方案

汽轮发电机组的发电功率，完全取决于在DCS系统控制下的垃圾（燃料）焚烧后所释放的能量，即垃圾焚烧后产生多少热量就发多少电，实现以热定电。所以，在垃圾焚烧发电厂，一般只能实现锅炉调功，汽机调压，和单元制机组的“机跟炉”的概念十分相似。

母管制的垃圾焚烧发电机组“机跟炉”运行方式，要考虑的问题比单元制机组“机跟炉”运行方式复杂一些。在单元制机组，只需考虑一台锅炉和一台汽机的关系；而母管制的垃圾焚烧发电机组，必须同时考虑所有的垃圾焚烧炉和所有的汽轮机之间的协调控制问题（一般垃圾焚烧处理厂配置3炉2机）。而锅炉是由DCS系统来控制的，汽轮机的调速汽门是由DEH系统来控制的，所以只有DCS和DEH实现一体化后，才能较好地解决多炉多机相互之间的协调控制和通信畅通的问题。

3.2 母管制的垃圾焚烧机组的协调控制和“定/滑压”运行方式的实现

天津贯庄垃圾焚烧发电厂工程的母管制垃圾焚烧发电机组是按3×500t/d炉排型垃圾焚烧炉配套2×12MW凝汽式汽轮发电机组设计的。其协调控制（主要采用“机跟炉”）运行方式下的控制策略如下。

整个热力系统由于是母管制配置，机炉之间互相会影响，因此，焚烧垃圾的发电厂的协调控制必须是所有锅炉提供的热负荷与外界（包括凝汽式汽轮机和减温减压系统）所需要的热负荷平衡，即必须从全厂整体角度同时来考虑，由所有的垃圾焚烧锅炉和所有的汽轮发电机组共同来维持母管压力的稳定。从控制角度来说，是把3台锅炉和2台汽轮机作为一个整体来考虑协调控制方案的。

焚烧垃圾的发电厂的协调控制必须考虑所有的锅炉和所有的汽轮机之间热负荷和电负荷的平衡，从而确保所有并列运行机炉的稳定。为此，针对本项目，采用了以下控制策略：

（1）采用DCS系统对所有锅炉统一下达负荷指令，以确保母管压力的稳定，避免并列运行各锅炉之间“抢负荷”现象的发生。

（2）锅炉主控以经过限速和限幅处理后的值班员负荷指令作为给定值，以两台汽轮发电机的功率之和作为被调量，二者进行偏差处理后再进行比例-积分运算，作为锅炉的主控指令。合适的前馈信号在垃圾焚烧发电厂的协调控制中起重要作用，通常采用“能量需求信号”作为炉排型垃圾焚烧炉燃烧系统中具有“加速”功能的前馈信号，以加快焚烧炉的燃烧系统对于外界负荷变化的响应。锅炉主控调节器的输出经带偏置设定功能且无平衡输出功能的负荷分配器送至各锅炉的垃圾给料机，调节各焚烧炉的燃烧率，实现锅炉调功，而汽轮机则是采用“定/滑压”运行方式，保持锅炉母管压力的稳定，实现以汽定电。原则性控制方案中P1、P2分别是#1、#2汽轮机的调节级压力，PS、PT分别是锅炉母管压力的设定值、测量值，单位均为MPa,机组负荷指令由运行值班员手动设定，可以改变机组负荷，单位MW。

图1 电厂锅炉一体化控制

（3）本工程DCS和DEH采用同一套分散控制系统，避免了相互之间需要通过“网关”才能实现通信协议的转换和数据的双向交换的速率限制。而“网关”是数据高速公路上的“瓶颈”，并且“网关”的故障率也比较高，“网关”一旦出问题，往往需要DCS和DEH公司技术人员沟通处理才能解决问题。因此，采用DCS和DEH一体化解决方案是一种有效的方法。

3.3 “全厂一体化”解决方案的现实意义

3.3.1 满足了信息化时代对于DCS的要求

天津贯庄垃圾焚烧发电厂工程实现了“全厂一体化”控制方案，为今后同类型项目起到很好的示范效应。本项目广泛采用先进的DCS系统和先进的信息集成技术，不仅能实现先进的控制方案，而且还能实现先进的信息管理模式。即全厂用一套DCS系统，来建立覆盖全厂的高效先进的实时信息集成监控系统，实现所有运行设备（包括DCS和DEH）生产过程信息的“全厂一体化”采集、监控和共享。

3.3.2 实现了现代化的管理模式对于DCS的要求

现代化的管理模式，要求充分提高企业的经济效益，参照大型燃煤单元机组对值班员的要求，在垃圾焚烧发电厂实现“全能值班员”制度，提高垃圾焚烧发电厂的管理水平。即垃圾发电厂的运行人员，应具有监控操作全厂所有控制系统（包括机、炉、电和全厂辅机系统）的能力。任何一个运行人员，根据授权和需要，可以在任何一台CRT上，分别控制锅炉、汽机、电气或者是电厂的任何一个辅机系统（包括烟气净化处理、布袋除尘、吹灰、垃圾分拣上料、化水处理等），实现全厂的一体化运行方式。

3.3.3 消灭了“自动化孤岛”

在天津贯庄项目中，DCS采用了先进的分散控制系统，系统配置了Profibus现场总线（光缆）和远程I/O模块，实现全厂生产过程所有实时信息的共享；DCS系统的任何一台CRT或LCD大屏幕上，都可以全面了解和掌握炉、机、电和任何一个辅机系统的运行状况。由DCS系统的控制单元完成对全厂所有辅机系统的开关量控制功能和模拟量控制功能，彻底消灭了“自动化孤岛”现象。

4 结语

综上所述，实现母管制垃圾焚烧发电机组DCS与DEH的一体化控制是国内现有垃圾焚烧发电厂比较成功的控制技术。母管制垃圾焚烧发电机组DCS与DEH的一体化控制的实施，灵活方便地实现“机跟炉”和“定/滑压”等各种运行方式；既可由DCS和DEH系统共同协调3台垃圾焚烧炉和2台凝气式汽轮发电机组的运行，在垃圾焚烧热值不稳定，母管压力波动的情况下，也能确保各台汽轮机的正常运行，并能尽量多带负荷多发电。

[1]叶涛（主编）《热力发电厂》中国电力出版社出版（第二版）[G].书号:7-5083-4554-1.

[2]赵志强.火力发电机组协调控制协调浅析----东北电力技术

[J].1004-7913（2002）11-0039-03.

上式当中，Cs表示与功能区相对应的空气质量年均标准（单位：mg/m3）；Ud表示干沉积速度（单位：m/s）；Wr表示清洗比；R表示区域内的降水率（单位：mm/a）；T1/2表示与污染物半居留期。

通常情况下，当评价区域的总体面积不足10km2时，为使整个计算过程变得更加简单，可以忽略干湿沉积与化学转化作用，这对计算结果基本不会造成影响。需要特别注意的是，如果评价区域的面积相对较大，在进行容量计算的过程中，必须对变动环境的影响予以充分考虑，由此能够确保计算结果的准确性。

2.5 评价范围

这里所指的评价范围除了包含规划项目的具体实施区域之外，还包含区域以外一定的范围，由此可以了解并掌握外部的大气污染情况对评价区域的影响，以及评价区域对周边范围的影响。对于规划项目而言，其评价对象的尺度范围相对较大，加之大气本身所具备的扩散性，极有可能引起污染物的输送扩散，故此，在有引起周边地区大气扩散影响的规划项目中，需要对越界情况予以综合考虑。