浅析垃圾焚烧发电厂DCS系统的配置原则

浅析垃圾焚烧发电厂DCS系统的配置原则

李宗灿

身份证号码：440402198411259117

摘要：本文结合工程实例，阐述了垃圾焚烧发电厂的原理及技术，在此基础上，就垃圾焚烧发电厂中的DCS系统的配置进行了探讨，以供读者参考。

关键词：垃圾焚烧发电厂；DCS系统；配置；冗余

前言：

随着我国的经济快速增长和城市化进程的不断加快，生活垃圾存量呈现持续增长之势，所体现的环境问题日趋严重。传统的垃圾填埋方式会对环境造成严重的污染，并且占地面积大，对周边生活环境造成不利影响，而垃圾焚烧发电处理方式能实现占地小、无害化彻底、垃圾减量等效果，不仅解决了垃圾处理问题，还能带来经济效益，必将成为垃圾处理的首选方式。本文以我设计常规垃圾发电厂，就DCS系统在垃圾焚烧发电厂的配置原则进行探讨。

当前垃圾焚烧技术主要有回转型垃圾焚烧炉、循环流化床（CFB）型垃圾焚烧炉和机械炉排型垃圾焚烧炉等几种炉型。其中，回转型垃圾焚烧炉垃圾处理量不大，飞灰处理难，燃烧不易控制，难以满足我国垃圾处理的需求。而国产的循环流化床（CFB）垃圾焚烧炉虽然相对其它炉型投资较少，但对炉壁磨损比较严重，维护成本较高，同时烟气中灰尘量较大，处理不彻底且操作比较复杂。而机械炉排型垃圾焚烧炉技术成熟，运行可靠性高，容量大，对垃圾的适应性较强，是当今世界垃圾焚烧的主导性产品。本文主要描述机械炉排型垃圾焚烧炉的型式。

本文以常规垃圾焚烧发电厂工程配置2台日处理垃圾机械炉排炉，1台凝汽式汽轮发电机组，以及垃圾接收、焚烧及余热利用、烟气净化处理、灰渣收集处理等系统作为说明，简单阐述DCS系统的配置原则。

1. DCS控制器的配置

DPU的配置原则为所有的控制器均冗余配置，以保证系统的分散度和可靠性。依据《中华人民共和国电力行业标准火力发电厂热工保护系统设计技术规定》，停机停炉保护系统的逻辑控制器不应与数据采集系统（DAS）模拟量控制系统（MCS）和顺序控制系统（SCS）等合用。故锅炉紧急停炉系统（MFT）、发电机及厂用电系统和公用系统配置独立DPU。

DPU冗余配置的优点体现为：甲乙两侧采用不同的冗余控制器，即使一对分散控制单元出现故障，也不会引起使单台炉或单台汽机的停运；两台互为备用的工艺设备联锁保护实现应采用不同的冗余控制器，即使一对分散控制单元出现故障，也不会引起使整台机组的停运。由于公用系统的运行状况直接影响到全厂机组的安全运行，故将公用系统的控制设备至少分散在不同的冗余控制器中。

DCS过程控制站由冗余控制器、输入、输出、电源，通讯等单元构成。控制器按工艺区分配，即除特殊工艺控制站外，其他控制站与工艺系统一一对应，这种方案除各个工艺系统分区之间的联锁控制信号外，各控制站间无数据通讯要求。I/O信号电缆按工艺系统排列，无交叉，简洁清晰，各控制站的负荷比较均衡、合理，安装、调试、维护管理方便。

按项目经验，常规2炉1机垃圾焚烧发电项目控制器数量配置如下：

系统控制器（对）布置位置

焚烧炉：1×2台电子设备间；

余热锅炉：1×2台电子设备间；

汽轮机组：1电子设备间；

公用系统：1电子设备间；

锅炉烟气净化1×2台就地电子间；

烟气净化输送1就地电子间；

化水站1就地电子间；

渗沥液处理站2就地电子间。

2. 网络的配置原则

DCS具有一套完整、可靠、开放的通讯系统，通讯设备采用工业以太网交换机。控制网eNET，采用全冗余容错技术, 通讯协议为为TCP/IP，严格遵循IEEE的标准。eNET网络采用组播技术，数据传输采用主动发送机制，无论多少台操作员站，控制器只需要发送一次数据。DPU(分散处理单元)负荷恒定。DCS控制网采用点对点的对等结构的冗余的100Mbps的一体化的快速以太网，系统中不需要任何网关。

此外，按项目经验，部分辅助车间控制系统采用PLC控制，PLC与DCS之间采用统一协议通讯，重要的联锁保护信号采用硬接线方式送入DCS。与DCS通讯的系统和设备主要包括：地磅称重系统、除臭控制系统、垃圾吊控制系统、渣吊控制系统、锅炉吹灰控制系统、飞灰稳定化控制系统、气体报警控制系统等。

3. 人机设备的配置

常规常规垃圾焚烧发电项目人机设备主要包括：操作员站、值长站、工程师站、历史数据站以及报警打印机。下面简单说明各设备的配置原则。

1)操作员站

操作员站的任务是在标准画面和用户组态画面上，汇集和显示有关的运行信息，供运行人员据此对机组的运行工况进行监视和控制。操作员站的基本功能有：监视系统内每一个模拟量和开关量、显示并确认报警、显示操作指导、建立趋势画面并获得趋势信息、打印报表、控制驱动装置、自动和手动控制方式的选择、调整过程设定值和偏置等。

每一个操作员站都是冗余通讯总线上的一个站，且每个操作员站都有独立的冗余通讯处理模件，分别与冗余的通讯总线相连。虽然操作员站的使用各有分工，但任何显示和控制功能均能在任一操作员站上完成。LCD画面均能在1秒（或更少）的时间内完全显示出来。所有显示的数据每秒更新一次。调用任一画面的击键次数，不多于三次。

运行人员通过键盘或鼠标等发出的任何操作指令均能在1秒或更短的时间内被执行。从运行人员发出操作指令到被执行完毕的确认信息在LCD上反映出来的时间小于2秒。对运行人员操作指令的执行和确认，不会由于系统负载的改变或使用了Gateway而被延缓。

运行人员监视的流程图其主要内容采用汉字显示。同时，既要保证DCS的响应速度，又要保证系统可靠和稳定地运行。

常规2炉1机垃圾焚烧发电项目操作员站数量配置如下：

锅炉2台双屏显示；

汽机1台双屏显示；

公用系统1台双屏显示；

渗沥液站2台双屏显示。

2)值长站

值长主要负责全网的技术业务指导、生产调度以及事故情况下负责现场事故处理。常规项目配置1台值长站。

3)工程师站

工程师站用于程序开发、系统诊断、控制系统组态、数据库和画面的编辑及修改。并提供安放工程师站的工作台及工程师站的有关外设。工程师站同时具有所有操作员站的功能，可兼作操作员站。

工程师站能调出任一已定义的系统显示画面。在工程师站上生成的任何显示画面和趋势图等，均能通过通讯总线加载到操作员站。

工程师站能通过通讯总线（单独一个结点），调出系统内任一分散处理单元（DPU）的系统组态信息和有关数据，还可使买方人员将组态数据从工程师站上在线下载到各分散处理单元和操作员站。此外，当重新组态的数据被确认后，系统能自动地刷新其内存。

工程师站设置软件保护密码，以防一般人员擅自改变控制策略、应用程序和系统数据库。

常规2炉1机垃圾焚烧发电项目配置1台工程师站，布置于工程师室。

4. 其他

1)电源配置

DCS电源柜分别接受2路220VAC±10%，50Hz±1Hz单相电源，这两路电源分别来自不停电电源（UPS）和保安电源，在电源分配柜内组成两套互相隔离的供电电源，向系统内各设备供电。由电源柜为控制机柜提供两路220VAC电源，在各个机柜配置相应的冗余电源和回路保护设备，机柜内冗余电源经耦合后在机柜内馈电。

2)接地配置

控制机柜和操作台的接地是在出厂前预先安装的，内部有两个接地铜母排TE和PE，用户仅需要完成两个接地铜排的接地工作。

3)软件配置

DCS系统随设备提供了必须包括系统软件、应用软件和优化软件。

4)与外系统的接口

DCS系统是开放的系统，支持TCP/IP、Profibus DP、Modbus、OPC等通讯方式。

结语：

众所周知，垃圾处理是现代社会的一大难题。因此，采用垃圾焚烧发电的方式，不仅可以有效地解决垃圾污染问题，实现了能源的再生利用。而且，可以通过DCS系统在垃圾焚烧发电厂的应用，确保了发电厂的安全稳定运行，为垃圾焚烧技术的发展提供理论。

参考文献：

1、陈寺海.DCS系统在垃圾焚烧发电厂中的应用方面

2、赵旭.垃圾焚烧发电厂 DCS 系统设计和应用-《电子乐园·上旬刊》2019年第01期

3、孙琳雅.DCS控制系统在热电站中的应用.电气应用，2007，26（3）：95-99