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1  引言

    杭州綠能環(huán)保垃圾焚燒發(fā)電廠由杭州綠能環(huán)保發(fā)電有限公司負(fù)責(zé)籌建，一期工程已于2004年10月全部投運(yùn)，共配置了3臺(tái)150t/d垃圾焚燒爐、3臺(tái)15t/h余熱鍋爐及3套尾氣處理系統(tǒng)，并配置了1套杭州汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的7.5MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。垃圾焚燒爐采用了杭州鍋爐廠引進(jìn)的日本三菱重工技術(shù)制造的馬丁式垃圾焚燒爐。
    一期工程設(shè)計(jì)時(shí)考慮日處理垃圾量為450t/d；實(shí)際投運(yùn)后，日處理垃圾量可以達(dá)到600t/d。整個(gè)項(xiàng)目按照“一次規(guī)劃，分期建設(shè)”的原則進(jìn)行考慮。根據(jù)杭州市南部地區(qū)垃圾產(chǎn)量、交通狀況、垃圾焚燒廠規(guī)模效應(yīng)的要求及地方財(cái)力等多種因素的權(quán)衡分析比較，終期容量初步考慮可以按照日處理垃圾量1050t/d來(lái)規(guī)劃。
    一期工程的3臺(tái)150t/h馬丁式垃圾焚燒爐，逆推式爐排系統(tǒng)由三菱公司提供，采用液壓控制方式。3臺(tái)焚燒爐共設(shè)3套液壓站，配置有三菱公司的PLC，PLC可以接受DCS系統(tǒng)的指令控制。焚燒爐啟動(dòng)時(shí)采用柴油點(diǎn)火、助燃。每臺(tái)焚燒爐設(shè)置一臺(tái)變頻調(diào)速的引風(fēng)機(jī)和一臺(tái)變頻調(diào)速的送風(fēng)機(jī)；送風(fēng)機(jī)的空氣預(yù)熱器用蒸汽加溫；蒸汽直接引自每臺(tái)爐的汽包。
    配置3臺(tái)15t/h蒸發(fā)量的余熱鍋爐，采用母管制方式并列運(yùn)行，余熱鍋爐采用一、二級(jí)噴水減溫系統(tǒng)，并設(shè)置過(guò)熱蒸汽吹灰系統(tǒng)。鍋爐出口額定的主蒸汽壓力為3.82MPa；額定的主蒸汽溫度為400℃。此外，還配置有3套尾氣處理裝置。
    一期工程配置了1套7.5MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組；1套蒸汽旁路裝置，旁路容量為50%。
    余熱鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行考慮了在垃圾低熱值時(shí)的滑參數(shù)運(yùn)行方式。

2  “全廠一體化”控制思想

    以往的垃圾焚燒發(fā)電廠，通常都采用各家的PLC來(lái)分別實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備的控制要求的。而許多PLC是隨各個(gè)主設(shè)備廠配套而來(lái)的。因此，配套而來(lái)的各家PLC之間，由于型號(hào)和品種的各不相同，往往是難以實(shí)現(xiàn)相互之間的通信和信息交換的，從而導(dǎo)致在整個(gè)垃圾焚燒發(fā)電廠的控制系統(tǒng)中，出現(xiàn)了一個(gè)個(gè)由各家不同的PLC組成的“自動(dòng)化孤島”。與此同時(shí)，許多廠家的PLC往往難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的模擬量控制，例如串級(jí)控制和前饋控制，特別是難以實(shí)現(xiàn)垃圾低熱值時(shí)的滑參數(shù)運(yùn)行方式下的各種控制要求。
    因此，杭州綠能環(huán)保發(fā)電有限公司從一開(kāi)始就決定，選擇用DCS系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)“全廠一體化”的控制功能，控制的基本思想是：
    由先進(jìn)的、全面開(kāi)放的DCS系統(tǒng)作為全廠總的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全廠機(jī)、爐、電和現(xiàn)場(chǎng)各輔機(jī)系統(tǒng)的一體化控制。采用全能值班員制度，即所選用的DCS系統(tǒng)必須具備以下條件：
   
    (1)  廠級(jí)控制系統(tǒng)（DCS）應(yīng)基于計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；
    (2)  廠級(jí)控制系統(tǒng)（DCS）應(yīng)具有良好的開(kāi)放性，便于和焚燒爐、余熱鍋爐以及尾氣處理裝置的PLC系統(tǒng)互聯(lián)，從而在網(wǎng)絡(luò)控制及信息共享方面形成統(tǒng)一的系統(tǒng)；
    (3)  焚燒爐、余熱鍋爐及汽輪發(fā)電機(jī)之間的連鎖控制，不但要求回路控制能力較強(qiáng)，而且要有很強(qiáng)的邏輯判斷能力，以適應(yīng)連續(xù)控制過(guò)程中不同工況的轉(zhuǎn)換；
    (4)  為了減少運(yùn)行人員，又提高可靠性，將MCC（交流馬達(dá)控制中心）的監(jiān)控、廠用電的監(jiān)控一并納入控制DCS系統(tǒng)，達(dá)到EIC（電氣、儀表和計(jì)算機(jī)）一體化。本次設(shè)計(jì)EIC所涉及的范圍（除設(shè)備供應(yīng)廠家?guī)?lái)的以外）是：全廠MCC的監(jiān)控及廠用電的監(jiān)控，全部熱工過(guò)程數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視及控制均由廠級(jí)控制系統(tǒng)（DCS）統(tǒng)一完成。中央控制室EIC的操作，原則上不設(shè)后備盤(pán)，全部在CRT上手動(dòng)操作或由DCS系統(tǒng)自動(dòng)完成控制。具體的“全廠一體化”控制內(nèi)容如下所述：

?  3臺(tái)150t/d馬丁式垃圾焚燒爐的爐排系統(tǒng)（包括給料和排渣）液壓站配置的三菱公司PLC，要求可以和全廠的DCS監(jiān)控系統(tǒng)通信和交換信息，并且在DCS系統(tǒng)的CRT上實(shí)現(xiàn)畫(huà)面顯示和監(jiān)控，3臺(tái)垃圾焚燒爐的送、引風(fēng)機(jī)直接由DCS系統(tǒng)控制；
?  鍋爐的點(diǎn)火、吹灰、布袋除塵及尾氣處理控制系統(tǒng)為成套供應(yīng)設(shè)備。點(diǎn)火部分要求以硬接線方式接入DCS，吹灰、布袋除塵及尾氣處理控制系統(tǒng)以通訊方式進(jìn)入DCS系統(tǒng)；
?  3臺(tái)15t/h蒸發(fā)量的余熱鍋爐汽水系統(tǒng)全部由DCS系統(tǒng)來(lái)控制，包括3臺(tái)余熱鍋爐的汽包水位控制和主蒸汽溫度控制，還包括對(duì)余熱鍋爐外圍設(shè)備的監(jiān)控；
?  1臺(tái)7.5MW汽輪發(fā)電機(jī)組及蒸汽旁路系統(tǒng)全部由DCS系統(tǒng)來(lái)控制，其中包括凝結(jié)器熱井水位控制，蒸汽旁路系統(tǒng)溫度壓力控制，汽輪發(fā)電機(jī)組油系統(tǒng)、軸系統(tǒng)的監(jiān)控等；
?  全廠輔助系統(tǒng)的DCS控制：其中包括除氧器壓力和水位的控制，循環(huán)水系統(tǒng)的監(jiān)控，岸邊取水泵房的監(jiān)控，凝結(jié)水系統(tǒng)的監(jiān)控；工業(yè)水及生活水系統(tǒng)等的監(jiān)控；
?  廢水處理系統(tǒng)的監(jiān)控。所有一次儀表由環(huán)保專業(yè)開(kāi)列，控制用PLC通過(guò)以太網(wǎng)與DCS系統(tǒng)相連；
?  空壓站控制系統(tǒng)，由主設(shè)備制造廠帶來(lái)，以太網(wǎng)接口由主設(shè)備廠家提供；
?  地磅房稱重和垃圾進(jìn)料吊車的控制設(shè)備由廠家?guī)?lái)，以太網(wǎng)接口由設(shè)備廠家提供；
?  廠用電氣系統(tǒng)如上所述也納入DCS系統(tǒng)監(jiān)控范疇。其中包括：MCC的監(jiān)控、廠用電的監(jiān)控，并且可以通過(guò)以太網(wǎng)與全廠電氣綜合保護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊；
?  煙氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)以RS485通訊方式上傳，可在DCS上對(duì)全廠煙氣排放數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控；
?  生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)、工業(yè)攝像系統(tǒng)和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)原則上自成系統(tǒng)，暫不與全廠DCS系統(tǒng)相連。

3  MACS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了“全廠一體化”的控制要求

    經(jīng)過(guò)反復(fù)的分析比較和嚴(yán)格的考察，杭州綠能環(huán)保發(fā)電有限公司最終選擇了北京和利時(shí)系統(tǒng)工程股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱為和利時(shí)公司）提供的符合國(guó)際最新發(fā)展潮流的第四代DCS―MACS系統(tǒng)。MACS系統(tǒng)的主要電子零部件直接由國(guó)外著名的電子器件公司（如Intel、MOTOROLA、NEC、SIEMENS、PHILIPS等）提供；模塊全部由進(jìn)口的SIEMENS“表面貼”（SMT）生產(chǎn)線生產(chǎn)，質(zhì)量可靠，性能穩(wěn)定。網(wǎng)絡(luò)上層采用100Mbit/s以太網(wǎng)，底層采用符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)，軟件采用國(guó)外著名軟件公司的產(chǎn)品，全面開(kāi)放，有和各種PLC通訊的接口驅(qū)動(dòng)軟件。因此，MACS系統(tǒng)可以方便地采用以太網(wǎng)、PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線或RS-485通訊接口和全廠的各個(gè)控制子系統(tǒng)（各種PLC和505調(diào)速器）連接和通訊。MACS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的“全廠一體化”方案如下：

3.1  MACS系統(tǒng)的配置
    根據(jù)一期工程的3臺(tái)150t/d垃圾焚燒爐、3臺(tái)15t/h余熱鍋爐、3套尾氣處理系統(tǒng)、1套7.5MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組及輔助系統(tǒng)的實(shí)際情況，MACS系統(tǒng)進(jìn)行了全面的考慮和配置，并且已經(jīng)充分考慮了今后二期工程擴(kuò)展的需要。
    MACS系統(tǒng)與電氣網(wǎng)控系統(tǒng)共用一個(gè)主控室和機(jī)柜室。在主控室內(nèi)設(shè)置1個(gè)工程師站、8個(gè)操作員站。其中有6個(gè)鍋爐操作員站（每臺(tái)爐2個(gè)）、1個(gè)汽機(jī)操作員站、1個(gè)公用系統(tǒng)操作員站（除氧給水等系統(tǒng)用），配置了1臺(tái)A3激光黑白網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)以及1臺(tái)A3彩色噴墨網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)。操作員站和工程師站全部采用DELL公司的產(chǎn)品；CRT采用54cm彩顯。此外還配置了冗余服務(wù)器2 臺(tái)，也采用DELL公司的產(chǎn)品。通過(guò)密碼和權(quán)限的設(shè)置，工程師站與所有的操作員站，可以方便地相互切換和操作，以保證實(shí)現(xiàn)在任何一臺(tái)操作員站及工程師站上均能對(duì)全廠的熱力系統(tǒng)和廠用電系統(tǒng)完成全部的監(jiān)控功能。
    為了保持操作數(shù)據(jù)（特別是歷史數(shù)據(jù)）的一致性和保持系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性與大容量的要求，MACS系統(tǒng)的操作層采用真正的客戶機(jī)/服務(wù)器方式（即C/S結(jié)構(gòu)）。系統(tǒng)采用了冗余的服務(wù)器，通過(guò)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)共享。雙冗余的系統(tǒng)服務(wù)器用來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)所有的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、操作記錄、事件記錄、日志記錄等。而各種功能的單元如操作員站、工程師站、現(xiàn)場(chǎng)控制站等構(gòu)成不同功能的客戶機(jī)，真正實(shí)現(xiàn)了功能分散、危險(xiǎn)分散、集中管理。
    MACS系統(tǒng)采用了先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，各部分的遠(yuǎn)程I/O均通過(guò)PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線引入MACS系統(tǒng)。例如由制造廠帶來(lái)的成套供貨的減溫減壓控制系統(tǒng)和空壓站控制系統(tǒng)，通過(guò)PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線與MACS系統(tǒng)相連。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線接入MACS的還有WOODWARD505調(diào)速器、吹灰系統(tǒng)、汽機(jī)旁路系統(tǒng)、地磅、垃圾吊、電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、布袋除塵及尾氣處理系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)，此外還有除氧器系統(tǒng)、循環(huán)水泵房、綜合水泵房、岸邊取水泵房等，從而節(jié)省了大量控制電纜。點(diǎn)火部分是以硬接線方式接入MACS系統(tǒng)的。
    MACS系統(tǒng)配置了4對(duì)冗余的主控制器，安放在機(jī)房?jī)?nèi)的2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)，電源分配柜配置了1個(gè)，而放在現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程I/O機(jī)柜配置了12個(gè)，總的I/O點(diǎn)數(shù)如表1所示。
表1  總的I/O點(diǎn)數(shù)