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      垃圾焚燒發(fā)電廠全廠一體化控制的特點(diǎn)

      2016-02-15 00:48:00王建軍張長(zhǎng)志倪瑋晨李浩然曹曉男張應(yīng)田
      資源節(jié)約與環(huán)保 2016年12期
      關(guān)鍵詞:垃圾焚燒爐全廠協(xié)調(diào)控制

      王建軍 張長(zhǎng)志 倪瑋晨 李浩然 曹曉男 張應(yīng)田

      (1國(guó)網(wǎng)天津電力科學(xué)研究院天津3003842天津市電力科技發(fā)展有限公司天津300384)

      垃圾焚燒發(fā)電廠全廠一體化控制的特點(diǎn)

      王建軍1張長(zhǎng)志1倪瑋晨1李浩然1曹曉男1張應(yīng)田2

      (1國(guó)網(wǎng)天津電力科學(xué)研究院天津3003842天津市電力科技發(fā)展有限公司天津300384)

      文章介紹了母管制垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)全廠DCS與DEH的一體化控制方案,并對(duì)母管制垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行了分析,以及機(jī)爐協(xié)調(diào)控制和“定/滑壓”運(yùn)行方式的實(shí)現(xiàn)方法,指出了垃圾焚燒電廠實(shí)現(xiàn)“全廠一體化”方案的重要意義。

      垃圾焚燒;一體化;協(xié)調(diào)控制;發(fā)電;母管制

      1 引言

      針對(duì)垃圾焚燒發(fā)電廠母管制垃圾焚燒鍋爐及汽輪發(fā)電機(jī)組如何實(shí)現(xiàn)“全廠一體化”控制的問(wèn)題,本文依托天津貫莊垃圾焚燒項(xiàng)目從控制角度作簡(jiǎn)單分析說(shuō)明。

      2 項(xiàng)目依托

      天津貫莊垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目是天津泰達(dá)環(huán)保有限公司在天津市的第二個(gè)垃圾處理項(xiàng)目,本項(xiàng)目配置了3臺(tái)母管制500t/d爐排型垃圾焚燒爐、3臺(tái)余熱鍋爐,選用了2臺(tái)12MW凝汽式直接空冷汽輪發(fā)電機(jī)及其輔助系統(tǒng)。煙氣凈化采用SNCR+半干法+活性炭吸附+袋式除塵并設(shè)置三套CEMS系統(tǒng)監(jiān)控垃圾焚燒爐煙氣排放指標(biāo)。整個(gè)項(xiàng)目采用一套DCS系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)“全廠一體化”控制策略。

      3 解決方案

      3.1 母管制垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組運(yùn)行特點(diǎn)分析

      天津貫莊垃圾焚燒發(fā)電工程采用同一套控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)DCS和DEH一體化的控制功能,重要原因之一是為了實(shí)現(xiàn)母管制的垃圾焚燒機(jī)組發(fā)電負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)(機(jī)爐協(xié)調(diào)控制CCS)功能,提高全廠的自動(dòng)化水平。母管制垃圾焚燒機(jī)組協(xié)調(diào)控制的運(yùn)行特點(diǎn)如下。

      3.1.1 母管制的垃圾焚燒爐運(yùn)行特點(diǎn)分析

      母管制垃圾焚燒爐存在的突出問(wèn)題是:每一臺(tái)垃圾焚燒爐的主蒸汽壓力都不穩(wěn)定。這是因?yàn)檫M(jìn)入各臺(tái)垃圾焚燒爐的垃圾熱值不穩(wěn)定造成的。目前國(guó)內(nèi)垃圾基本上不分類,所以盡管進(jìn)入垃圾焚燒爐的垃圾給料量是可以控制的,但是每一時(shí)刻進(jìn)入垃圾焚燒爐的垃圾燃燒熱值是不確定的;特別是在天氣潮濕的情況下,垃圾熱值波動(dòng)很大,導(dǎo)致每一臺(tái)垃圾焚燒爐的主蒸汽壓力和流量都不穩(wěn)定;進(jìn)而影響到整個(gè)主蒸汽母管的壓力也總是不能穩(wěn)定,這就會(huì)嚴(yán)重影響汽輪機(jī)的正常運(yùn)行,因此汽輪機(jī)必須采取“機(jī)跟爐”、“定/滑壓運(yùn)行”方式,實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的以熱定電。

      3.1.2 母管制的汽輪機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)分析

      (1)母管制的汽輪機(jī)對(duì)于垃圾焚燒爐一定范圍內(nèi)的壓力波動(dòng)是可以承受的。DCS和DEH采用一體化解決方案,汽輪機(jī)可以采用“定/滑壓運(yùn)行”方案,調(diào)節(jié)控制鍋爐母管壓力。通過(guò)DEH可以方便地對(duì)汽輪機(jī)的調(diào)速汽門的開度加以各種形式的控制,并且可以對(duì)汽輪機(jī)的機(jī)前壓力Pt變化范圍和變化速率加以限制,確保汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。(2)母管制的汽輪機(jī)對(duì)于主蒸汽溫度變化是十分敏感的。采用一體化的DCS和DEH后,汽輪機(jī)在“定/滑壓運(yùn)行”方式下,垃圾焚燒爐的主蒸汽溫度通過(guò)DCS減溫水控制,可以控制得十分穩(wěn)定;同時(shí),汽輪機(jī)本體各點(diǎn)的溫度,也可以通過(guò)DCS系統(tǒng)得到嚴(yán)密的監(jiān)控,從而為汽輪機(jī)的安全運(yùn)行提供了可靠保證。

      3.1.3 母管制的垃圾焚燒鍋爐發(fā)電機(jī)組協(xié)調(diào)控制的方案

      汽輪發(fā)電機(jī)組的發(fā)電功率,完全取決于在DCS系統(tǒng)控制下的垃圾(燃料)焚燒后所釋放的能量,即垃圾焚燒后產(chǎn)生多少熱量就發(fā)多少電,實(shí)現(xiàn)以熱定電。所以,在垃圾焚燒發(fā)電廠,一般只能實(shí)現(xiàn)鍋爐調(diào)功,汽機(jī)調(diào)壓,和單元制機(jī)組的“機(jī)跟爐”的概念十分相似。

      母管制的垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組“機(jī)跟爐”運(yùn)行方式,要考慮的問(wèn)題比單元制機(jī)組“機(jī)跟爐”運(yùn)行方式復(fù)雜一些。在單元制機(jī)組,只需考慮一臺(tái)鍋爐和一臺(tái)汽機(jī)的關(guān)系;而母管制的垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組,必須同時(shí)考慮所有的垃圾焚燒爐和所有的汽輪機(jī)之間的協(xié)調(diào)控制問(wèn)題(一般垃圾焚燒處理廠配置3爐2機(jī))。而鍋爐是由DCS系統(tǒng)來(lái)控制的,汽輪機(jī)的調(diào)速汽門是由DEH系統(tǒng)來(lái)控制的,所以只有DCS和DEH實(shí)現(xiàn)一體化后,才能較好地解決多爐多機(jī)相互之間的協(xié)調(diào)控制和通信暢通的問(wèn)題。

      3.2 母管制的垃圾焚燒機(jī)組的協(xié)調(diào)控制和“定/滑壓”運(yùn)行方式的實(shí)現(xiàn)

      天津貫莊垃圾焚燒發(fā)電廠工程的母管制垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組是按3×500t/d爐排型垃圾焚燒爐配套2×12MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)的。其協(xié)調(diào)控制(主要采用“機(jī)跟爐”)運(yùn)行方式下的控制策略如下。

      整個(gè)熱力系統(tǒng)由于是母管制配置,機(jī)爐之間互相會(huì)影響,因此,焚燒垃圾的發(fā)電廠的協(xié)調(diào)控制必須是所有鍋爐提供的熱負(fù)荷與外界(包括凝汽式汽輪機(jī)和減溫減壓系統(tǒng))所需要的熱負(fù)荷平衡,即必須從全廠整體角度同時(shí)來(lái)考慮,由所有的垃圾焚燒鍋爐和所有的汽輪發(fā)電機(jī)組共同來(lái)維持母管壓力的穩(wěn)定。從控制角度來(lái)說(shuō),是把3臺(tái)鍋爐和2臺(tái)汽輪機(jī)作為一個(gè)整體來(lái)考慮協(xié)調(diào)控制方案的。

      焚燒垃圾的發(fā)電廠的協(xié)調(diào)控制必須考慮所有的鍋爐和所有的汽輪機(jī)之間熱負(fù)荷和電負(fù)荷的平衡,從而確保所有并列運(yùn)行機(jī)爐的穩(wěn)定。為此,針對(duì)本項(xiàng)目,采用了以下控制策略:

      (1)采用DCS系統(tǒng)對(duì)所有鍋爐統(tǒng)一下達(dá)負(fù)荷指令,以確保母管壓力的穩(wěn)定,避免并列運(yùn)行各鍋爐之間“搶負(fù)荷”現(xiàn)象的發(fā)生。

      (2)鍋爐主控以經(jīng)過(guò)限速和限幅處理后的值班員負(fù)荷指令作為給定值,以兩臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)的功率之和作為被調(diào)量,二者進(jìn)行偏差處理后再進(jìn)行比例-積分運(yùn)算,作為鍋爐的主控指令。合適的前饋信號(hào)在垃圾焚燒發(fā)電廠的協(xié)調(diào)控制中起重要作用,通常采用“能量需求信號(hào)”作為爐排型垃圾焚燒爐燃燒系統(tǒng)中具有“加速”功能的前饋信號(hào),以加快焚燒爐的燃燒系統(tǒng)對(duì)于外界負(fù)荷變化的響應(yīng)。鍋爐主控調(diào)節(jié)器的輸出經(jīng)帶偏置設(shè)定功能且無(wú)平衡輸出功能的負(fù)荷分配器送至各鍋爐的垃圾給料機(jī),調(diào)節(jié)各焚燒爐的燃燒率,實(shí)現(xiàn)鍋爐調(diào)功,而汽輪機(jī)則是采用“定/滑壓”運(yùn)行方式,保持鍋爐母管壓力的穩(wěn)定,實(shí)現(xiàn)以汽定電。原則性控制方案中P1、P2分別是#1、#2汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)級(jí)壓力,PS、PT分別是鍋爐母管壓力的設(shè)定值、測(cè)量值,單位均為MPa,機(jī)組負(fù)荷指令由運(yùn)行值班員手動(dòng)設(shè)定,可以改變機(jī)組負(fù)荷,單位MW。

      圖1 電廠鍋爐一體化控制

      (3)本工程DCS和DEH采用同一套分散控制系統(tǒng),避免了相互之間需要通過(guò)“網(wǎng)關(guān)”才能實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的雙向交換的速率限制。而“網(wǎng)關(guān)”是數(shù)據(jù)高速公路上的“瓶頸”,并且“網(wǎng)關(guān)”的故障率也比較高,“網(wǎng)關(guān)”一旦出問(wèn)題,往往需要DCS和DEH公司技術(shù)人員溝通處理才能解決問(wèn)題。因此,采用DCS和DEH一體化解決方案是一種有效的方法。

      3.3 “全廠一體化”解決方案的現(xiàn)實(shí)意義

      3.3.1 滿足了信息化時(shí)代對(duì)于DCS的要求

      天津貫莊垃圾焚燒發(fā)電廠工程實(shí)現(xiàn)了“全廠一體化”控制方案,為今后同類型項(xiàng)目起到很好的示范效應(yīng)。本項(xiàng)目廣泛采用先進(jìn)的DCS系統(tǒng)和先進(jìn)的信息集成技術(shù),不僅能實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的控制方案,而且還能實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的信息管理模式。即全廠用一套DCS系統(tǒng),來(lái)建立覆蓋全廠的高效先進(jìn)的實(shí)時(shí)信息集成監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)所有運(yùn)行設(shè)備(包括DCS和DEH)生產(chǎn)過(guò)程信息的“全廠一體化”采集、監(jiān)控和共享。

      3.3.2 實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化的管理模式對(duì)于DCS的要求

      現(xiàn)代化的管理模式,要求充分提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,參照大型燃煤?jiǎn)卧獧C(jī)組對(duì)值班員的要求,在垃圾焚燒發(fā)電廠實(shí)現(xiàn)“全能值班員”制度,提高垃圾焚燒發(fā)電廠的管理水平。即垃圾發(fā)電廠的運(yùn)行人員,應(yīng)具有監(jiān)控操作全廠所有控制系統(tǒng)(包括機(jī)、爐、電和全廠輔機(jī)系統(tǒng))的能力。任何一個(gè)運(yùn)行人員,根據(jù)授權(quán)和需要,可以在任何一臺(tái)CRT上,分別控制鍋爐、汽機(jī)、電氣或者是電廠的任何一個(gè)輔機(jī)系統(tǒng)(包括煙氣凈化處理、布袋除塵、吹灰、垃圾分揀上料、化水處理等),實(shí)現(xiàn)全廠的一體化運(yùn)行方式。

      3.3.3 消滅了“自動(dòng)化孤島”

      在天津貫莊項(xiàng)目中,DCS采用了先進(jìn)的分散控制系統(tǒng),系統(tǒng)配置了Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(光纜)和遠(yuǎn)程I/O模塊,實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)過(guò)程所有實(shí)時(shí)信息的共享;DCS系統(tǒng)的任何一臺(tái)CRT或LCD大屏幕上,都可以全面了解和掌握爐、機(jī)、電和任何一個(gè)輔機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。由DCS系統(tǒng)的控制單元完成對(duì)全廠所有輔機(jī)系統(tǒng)的開關(guān)量控制功能和模擬量控制功能,徹底消滅了“自動(dòng)化孤島”現(xiàn)象。

      4 結(jié)語(yǔ)

      綜上所述,實(shí)現(xiàn)母管制垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組DCS與DEH的一體化控制是國(guó)內(nèi)現(xiàn)有垃圾焚燒發(fā)電廠比較成功的控制技術(shù)。母管制垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組DCS與DEH的一體化控制的實(shí)施,靈活方便地實(shí)現(xiàn)“機(jī)跟爐”和“定/滑壓”等各種運(yùn)行方式;既可由DCS和DEH系統(tǒng)共同協(xié)調(diào)3臺(tái)垃圾焚燒爐和2臺(tái)凝氣式汽輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行,在垃圾焚燒熱值不穩(wěn)定,母管壓力波動(dòng)的情況下,也能確保各臺(tái)汽輪機(jī)的正常運(yùn)行,并能盡量多帶負(fù)荷多發(fā)電。

      [1]葉濤(主編)《熱力發(fā)電廠》中國(guó)電力出版社出版(第二版)[G].書號(hào):7-5083-4554-1.

      [2]趙志強(qiáng).火力發(fā)電機(jī)組協(xié)調(diào)控制協(xié)調(diào)淺析----東北電力技術(shù)

      [J].1004-7913(2002)11-0039-03.

      上式當(dāng)中,Cs表示與功能區(qū)相對(duì)應(yīng)的空氣質(zhì)量年均標(biāo)準(zhǔn)(單位:mg/m3);Ud表示干沉積速度(單位:m/s);Wr表示清洗比;R表示區(qū)域內(nèi)的降水率(單位:mm/a);T1/2表示與污染物半居留期。

      通常情況下,當(dāng)評(píng)價(jià)區(qū)域的總體面積不足10km2時(shí),為使整個(gè)計(jì)算過(guò)程變得更加簡(jiǎn)單,可以忽略干濕沉積與化學(xué)轉(zhuǎn)化作用,這對(duì)計(jì)算結(jié)果基本不會(huì)造成影響。需要特別注意的是,如果評(píng)價(jià)區(qū)域的面積相對(duì)較大,在進(jìn)行容量計(jì)算的過(guò)程中,必須對(duì)變動(dòng)環(huán)境的影響予以充分考慮,由此能夠確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

      2.5 評(píng)價(jià)范圍

      這里所指的評(píng)價(jià)范圍除了包含規(guī)劃項(xiàng)目的具體實(shí)施區(qū)域之外,還包含區(qū)域以外一定的范圍,由此可以了解并掌握外部的大氣污染情況對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)域的影響,以及評(píng)價(jià)區(qū)域?qū)χ苓叿秶挠绊?。?duì)于規(guī)劃項(xiàng)目而言,其評(píng)價(jià)對(duì)象的尺度范圍相對(duì)較大,加之大氣本身所具備的擴(kuò)散性,極有可能引起污染物的輸送擴(kuò)散,故此,在有引起周邊地區(qū)大氣擴(kuò)散影響的規(guī)劃項(xiàng)目中,需要對(duì)越界情況予以綜合考慮。

      3 結(jié)語(yǔ)

      綜上所述,隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,規(guī)劃項(xiàng)目不斷增多,為避免規(guī)劃項(xiàng)目實(shí)施前后對(duì)大氣環(huán)境造成污染,應(yīng)當(dāng)在規(guī)劃項(xiàng)目中,做好大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作,按照評(píng)價(jià)結(jié)果制定有效的大氣環(huán)境保護(hù)措施,在確保規(guī)劃項(xiàng)目順利實(shí)施的前提下,最大限度地降低大氣環(huán)境污染。

      參考文獻(xiàn)

      [1]王月.區(qū)域規(guī)劃的大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)的空間尺度效應(yīng)[D].復(fù)旦大學(xué),2013.

      [2]王萌.工業(yè)園區(qū)規(guī)劃環(huán)評(píng)中大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法探討——以獨(dú)貴塔拉園區(qū)為例[D].內(nèi)蒙古大學(xué),2012.

      [3]李竺霖.小城鎮(zhèn)工業(yè)園區(qū)規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及案例研究[D].浙江大學(xué),2013.

      [4]王穎,霍玉俠,侯雅楠,潘峰.區(qū)域規(guī)劃環(huán)評(píng)中大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)研究[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè),2011(12):87-89.

      作者簡(jiǎn)介

      蒙志良(1981—),男,廣西梧州人,本科,工程師,研究方向:環(huán)境影響評(píng)價(jià)及污水處理。

      王建軍(1965—),男,本科,高級(jí)工程師,主要從事火力發(fā)電廠的熱工自動(dòng)化試驗(yàn)研究及熱工技術(shù)監(jiān)督工作。

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