西門子PLC 在垃圾焚燒發(fā)電廠的應(yīng)用
城市生活垃圾、工業(yè)垃圾、醫(yī)院衛(wèi)生廢棄物、淤泥和廢橡膠輪胎等垃圾焚燒處理技術(shù),利用垃圾焚燒的余熱發(fā)電,變廢為寶,將是今后環(huán)保技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。這種垃圾焚燒日處理廢物能力為1—350 噸,余熱鍋爐的熱容量小,發(fā)電機(jī)組小,一般為了20 兆瓦以內(nèi)。因此,垃圾焚燒發(fā)電廠的控制系統(tǒng)較大型電廠簡單得多。一般來說,大型電廠的主機(jī)控制系統(tǒng)是無法用PLC 來控制的,只有一些輔機(jī)系統(tǒng)才用得上PLC 控制系統(tǒng);但是,隨著現(xiàn)場總線技術(shù)及微處理器性能的突飛猛進(jìn),高檔PLC 集散控制系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用在中型、較復(fù)雜的控制領(lǐng)域中,像垃圾焚燒發(fā)電廠用高檔的PLC 控制系統(tǒng)就足夠了,這樣可以大大降低控制系統(tǒng)的造價(jià)。
本文將介紹廣東省南海市垃圾焚燒發(fā)電廠PLC 控制系統(tǒng),此控制系統(tǒng)由珠海市廣東亞仿科技股份有限公司成功開發(fā),并一次成功投入生產(chǎn)運(yùn)行。
該集散控制系統(tǒng)采用Siemens S7-400 系列PLC。SIEMENS 公司的S7-400 系列PLC 是九十年代推出的S7 系列中的大型機(jī)型,具有完善的功能和強(qiáng)大的通訊能力,特別是PROFIBUS 是總線國際標(biāo)準(zhǔn)之一,得到很多廠家的支持,很有利于分布式控制系統(tǒng)的使用,PROFIBUS-DP 總線的通訊速率可達(dá)12Mbps。S7-417H雙機(jī)熱備系統(tǒng)和ET200M分布式I/O組成的PROFIBUS-DP總線網(wǎng)構(gòu)成切換結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)在故障時(shí)無擾動(dòng)自動(dòng)切換,可用在安全性能要求極高的控制系統(tǒng)中。但是S7-417H 雙機(jī)熱備系統(tǒng)造價(jià)相對(duì)昂貴,為了減少硬件的投資,我們選用軟件雙冗余(用416CPU 進(jìn)行雙機(jī)熱備),采用分布式I/O 的Profibus-DP 現(xiàn)場控制總線,上位機(jī)與PLC 之間采用OSM/ESM 環(huán)形100 兆工業(yè)以太網(wǎng)光網(wǎng)進(jìn)行通訊,上位機(jī)采用Intouch7.1 組態(tài)軟件進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)。該廠垃圾的焚燒工藝引進(jìn)美國Basic公司的專利技術(shù),采用四級(jí)脈沖爐排,各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國際環(huán)保要求;一期日焚
燒處理垃圾200 噸,該工藝技術(shù)在我國是有很廣的推廣應(yīng)用價(jià)值。
工作原理:垃圾經(jīng)自動(dòng)給料單元送入焚燒爐的干燥床干燥,然后送入爐排,爐排在脈沖空氣動(dòng)力裝置的推動(dòng)下拋動(dòng)垃圾,與爐排片上的均勻氣孔噴出的助燃空氣混合燃燒,燃燒產(chǎn)生的熱量由余熱鍋爐回收,余熱鍋爐產(chǎn)生的高溫高壓的水蒸汽推動(dòng)汽機(jī)發(fā)電;燃盡后進(jìn)入灰渣坑,由自動(dòng)除渣裝置排出;由主燃燒室揮發(fā)和裂解出來的煙氣進(jìn)入第二、三級(jí)燃燒室,進(jìn)行進(jìn)一步燃燒,使煙氣的溫度高達(dá)
攝氏1000 度,并煙氣在此停留時(shí)間不短于2 秒,使有毒的煙氣迅速分解,后經(jīng)煙氣處理設(shè)備及除塵設(shè)備(電除塵及布袋除塵)處理合格后排入大氣。
本環(huán)保發(fā)電廠主要設(shè)備包括:
焚化爐鍋爐兩臺(tái);每臺(tái)主要的技術(shù)參數(shù)如下:
·垃圾處理量: 8.33 t/h
·產(chǎn)生蒸汽量: 22.5 t/h
·過熱蒸汽壓力: 4.0 MPa
·過熱蒸汽溫度: 400 ℃
·爐膛溫度: 980 ℃
·給水溫度: 145 ℃
?? 汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組一套;主要的技術(shù)參數(shù)如下:
·主蒸汽壓力: 3.9 MPa
·主蒸汽溫度: 390 ℃
發(fā)電機(jī),主要的技術(shù)參數(shù)如下:
·功率: 12000 kw
·出線電壓: 10.5 kv
·頻率: 50 Hz
·額定轉(zhuǎn)速: 3000 RPM
·功率因素: 0.8
·勵(lì)磁方式: 無刷勵(lì)磁系統(tǒng)
?? 煙氣處理系統(tǒng)兩套;
?? 配套電氣供配電系統(tǒng),其中,
一、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)配置如下:
共設(shè)四臺(tái)操作員站,一臺(tái)工程師站。其中兩臺(tái)操作員站用于爐.側(cè).設(shè).備.的監(jiān)控,包括焚燒爐、鍋爐兩套系統(tǒng),煙氣脫硫系統(tǒng),除灰系統(tǒng);另兩臺(tái)操作員站用于機(jī).側(cè).設(shè).備.的監(jiān)控,包括汽機(jī)系統(tǒng),制給水系統(tǒng),廢水處理系統(tǒng),電氣及其它部分。
爐側(cè)的兩臺(tái)操作員站和機(jī)側(cè)的兩臺(tái)操作員站均為雙機(jī)熱備。爐側(cè)和機(jī)側(cè)的操作員站之間功能獨(dú)立,不能互換操作。程師工作站,用于系統(tǒng)軟件開發(fā)組態(tài)和警報(bào)順序事件記錄之用;工程師站將能夠作為任一操作員站完成相關(guān)控制監(jiān)測功能。工程師站、操作員站及PLC 之間采用采用OSM/ESM 環(huán)形100 兆工業(yè)以太網(wǎng)光網(wǎng)進(jìn)行互連通訊。操作系統(tǒng)采用中文Windows NT 窗口操作系統(tǒng)。
上位機(jī)采用Intouch7.1 組態(tài)軟件進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)。人機(jī)界面主要設(shè)計(jì)有以下內(nèi)容:
?、傧到y(tǒng)工藝流程顯示。
依據(jù)設(shè)計(jì)院提供的系統(tǒng)工藝流程圖,按照功能組區(qū)域劃分。
?、陧樋叵到y(tǒng)操作指導(dǎo)顯示。
有順控步序顯示,即順控程序步驟的狀態(tài)顯示,以及操作提示等。
?、壅{(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)畫面。
回路手操站,調(diào)節(jié)參數(shù)與參數(shù)趨勢的集中顯示。
?、苤匾獏?shù)趨勢顯示。有實(shí)時(shí)趨勢與歷史趨勢兩種顯示。
⑤汽輪機(jī)狀態(tài)等參數(shù)的棒圖顯示。
?、奕謭?bào)警顯示。
系統(tǒng)按照功能區(qū)分為若干個(gè)報(bào)警組,各個(gè)報(bào)警組的報(bào)警窗口分布于相應(yīng)功能顯示窗口的上方。全局報(bào)警顯示提供集中查看系統(tǒng)所有報(bào)警的能力,或按優(yōu)先級(jí)或報(bào)警組過濾查看,并具有全局報(bào)警確認(rèn)。
?、邎?bào)表管理。
提供日?qǐng)?bào)、月報(bào)打印功能。打印方式有:定時(shí)打印,事件驅(qū)動(dòng)打印,運(yùn)行人員召喚打印。提供歷史報(bào)表數(shù)據(jù)查看功能。
⑧PLC 系統(tǒng)狀態(tài)顯示。
提供系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡(luò)的查錯(cuò)維護(hù)功能。
?、岫嗉?jí)地圖式菜單顯示。
?、庀到y(tǒng)安全級(jí)別定義。
為了保證系統(tǒng)的安全操作,設(shè)計(jì)有三級(jí)權(quán)限:工程師級(jí),高級(jí)操作員級(jí),操作員級(jí)。操作員級(jí)用戶可進(jìn)行系統(tǒng)正常操作;高級(jí)操作員級(jí)用戶除具有操作員級(jí)的功能外,還具有修改調(diào)節(jié)參數(shù),修改時(shí)間,查看歷史報(bào)表,召喚打印等功能;工程師級(jí)擁有最高權(quán)限,具有高級(jí)操作員級(jí)所有功能,還可進(jìn)入開發(fā)環(huán)境進(jìn)行組態(tài)修改。
二、PLC 控制系統(tǒng)配置如下:
分1#、2#PLC 主站。1#PLC 主站分別控制1#及2#鍋爐焚燒爐;2#PLC主站分別控制汽機(jī)系統(tǒng),制給水系統(tǒng),廢水處理系統(tǒng),電氣及其它部分。每個(gè)PLC 主站分別由兩個(gè)CPU416-2DP(訂貨號(hào):6ES74162XL010AB0)組成雙機(jī)熱備,通過實(shí)時(shí)冗余軟件實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)無擾動(dòng)換,確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,兩個(gè)CPU 通過MPI 接口進(jìn)行相互監(jiān)視及數(shù)據(jù)相互備份,每個(gè)CPU 分別通過CP443-1 工業(yè)以太網(wǎng)通信模塊與上位機(jī)通信。Siemens 的416CPU 組成雙機(jī)熱備,只能通過軟件來實(shí)現(xiàn),因此稱之為軟冗余,原則上CPU315 以上的CPU 都可以組成軟冗余。用戶必需自己編寫冗余管理程序,把要冗余的數(shù)據(jù)放在特定的DB 里,每個(gè)掃描周期里主CPU 就把這些特定DB 里的數(shù)據(jù)影像到從CPU 中。軟冗余比硬冗余有一個(gè)優(yōu)點(diǎn),就是開發(fā)人員可以自定義冗余數(shù)據(jù)庫,這樣就可以大大縮短在每個(gè)掃描周期中冗余數(shù)據(jù)的影像時(shí)間。
控制信號(hào)的輸入及輸出由相關(guān)ET200M 分布式I/O 模塊完成,采用“就近原則”,以最大程度減少現(xiàn)場的硬布線,每個(gè)ET200M 分別有兩塊IM153-2 通信模塊,分別與掛在DP 總線上,組成冗余的DP 總線。由于ET200M 采用是Siemens 300系列分布式I/O 模塊,因此價(jià)格較為便宜。每個(gè)ET200M 可擴(kuò)展8 個(gè)IO 模塊,容量可高達(dá)128 字輸入/128 字輸出。最大傳輸速率為12Mbps。
這樣,本控制系統(tǒng)就由于西門子400 系列的CPU416-2 組成雙機(jī)熱備,進(jìn)行數(shù)據(jù)冗余,帶上300 系列的分布式I/O 組成雙冗余的DP 總線,這是性價(jià)比極高的集散控制系統(tǒng),在今后的各種環(huán)保電廠主機(jī)控制及大型發(fā)電機(jī)組的輔機(jī)控制領(lǐng)域中的極大的推廣價(jià)值。
CPU416 具有非凡的性能,它二進(jìn)制指令的執(zhí)行時(shí)間為0.08 微秒(CPU417H為0.12 微秒),最大的數(shù)字量IO 或模擬量IO 高達(dá)65536 或4096 點(diǎn)。本集散控制系統(tǒng)有八千多條邏輯控制語句,30 個(gè)PID 控制回路,其中:帶微分前饋控制的回路2 個(gè);條件切換輸出的回路10 個(gè);三沖量調(diào)節(jié)回路2 個(gè);單沖量調(diào)節(jié)回路26 個(gè)。系統(tǒng)實(shí)時(shí)性可靠性要求較高。
本集散控制系統(tǒng)中,PLC 完成全廠邏輯順序控制及所有PID 回路控制。其中,
I、邏輯順序控制分下列幾大部分:
1)1-2-3 級(jí)吹掃 其目的是為了確保1-2-3 級(jí)燃燒室風(fēng)煙系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備正
常且信道暢通,是爐膛保護(hù)要求的重要操作。
2)引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。
3)焚化爐—鍋爐吹掃 其目的是為了確保焚化爐—鍋爐整個(gè)風(fēng)煙系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備正常且信道暢通,是爐膛保護(hù)要求的重要操作。
4)第二級(jí)預(yù)熱 其目的是為了提高第二級(jí)溫度達(dá)到設(shè)定值,是第一級(jí)預(yù)熱、第一燃燒室燃燒器投入的前提條件。
5)第一級(jí)預(yù)熱的目的是為了提高第一級(jí)溫度達(dá)到設(shè)定值。
6)順序停運(yùn)。
7)燃燒器順序點(diǎn)火/停運(yùn)。
8)給料系統(tǒng)自動(dòng)循環(huán)。
9)除渣系統(tǒng)自動(dòng)循環(huán)。
10)渣坑水位聯(lián)鎖控制。
11)吹灰系統(tǒng)順序控制。
12)鍋爐保護(hù)
13)主燃料跳閘
14)料油跳閘
15)正常發(fā)電模式
16)孤立運(yùn)行模式
17)汽輪機(jī)故障模式
18)化學(xué)水處理控制
19)污水處理控制II、主要PID 控制回路略舉如下:
1)爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)(回路號(hào):RL-PT101)
此系統(tǒng)為單沖量調(diào)節(jié)回路。按系統(tǒng)工藝,爐膛應(yīng)保持一定的負(fù)壓值
?。≒T101),故需對(duì)引風(fēng)機(jī)(PV101)進(jìn)行PI 調(diào)節(jié)。為防止引風(fēng)機(jī)變頻器運(yùn)行過大或過小,而造成鍋爐熄火,調(diào)節(jié)系統(tǒng)中引入高、低限幅模塊。
2) 干燥爐排溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(回路號(hào):RL-TE108)
此系統(tǒng)為單沖量調(diào)節(jié)回路。按系統(tǒng)工藝,進(jìn)入焚燒爐一燃室1#爐排的垃圾含有一定的水分,直接影響爐膛溫度,增加1~2#燃燒器的負(fù)擔(dān)。
因此,從三燃室引入混合煙氣進(jìn)行干燥。由于三燃室混合煙氣的溫度較高,故通過調(diào)節(jié)干燥風(fēng)機(jī)(TV108)使干燥爐排溫度(TE108)維持在設(shè)定的工作范圍。
3) 再循環(huán)煙氣溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(回路號(hào):RL-TE109)
此系統(tǒng)為單沖量調(diào)節(jié)回路。通過調(diào)節(jié)再循環(huán)風(fēng)機(jī)(TV109)使四燃室煙氣溫度(TE109)維持在設(shè)定的工作范圍。
4) 一燃區(qū)爐膛溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(回路號(hào):RL-TE101)
此系統(tǒng)為條件切換多輸出調(diào)節(jié)回路。按系統(tǒng)工藝,焚燒爐一燃室分為起爐運(yùn)行和正常運(yùn)行兩個(gè)階段。在起爐運(yùn)行階段,爐膛溫度(TE101)主要由
#1~#6 燃燒器的燃油量來控制,通過調(diào)節(jié)#1~#6 燃燒器回油調(diào)節(jié)閥(HV107、HV111、HV117、HV121、HV127、HV131)來維持系統(tǒng)對(duì)爐膛溫度(TE101)的要求。在正常運(yùn)行階段,爐膛溫度主要靠#1~#4 爐排上垃圾的燃燒來維持,
通過調(diào)節(jié)#1~#4 爐排的排風(fēng)調(diào)節(jié)閥(HV104、HV114、HV124、HV134)(因送風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定,排風(fēng)調(diào)節(jié)閥可調(diào)節(jié)送風(fēng)量)來控制#1~#4 爐排上垃圾的燃
燒,從而達(dá)到系統(tǒng)對(duì)爐膛溫度(TE101)的要求。此調(diào)節(jié)過程將直接影響爐膛負(fù)壓,為防止?fàn)t膛負(fù)壓的減少對(duì)系統(tǒng)的影響,當(dāng)爐膛負(fù)壓突破一定值時(shí)(如小于1Kpa),對(duì)排風(fēng)調(diào)節(jié)閥限幅。
5) 鍋爐汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)(回路號(hào):RL-LT102)
此系統(tǒng)為三沖量調(diào)節(jié)回路。通過采用給水流量(FT101)、蒸汽流量(FT103)和汽包水位(LT102)主信號(hào)一起對(duì)給水調(diào)節(jié)閥(LV102)進(jìn)行PI 調(diào)節(jié),使汽包水位保持在設(shè)定范圍內(nèi),以適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量。
6) 過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(回路號(hào):RL-TE119)
系統(tǒng)將減溫器后蒸汽溫度(TE116)作為前饋信號(hào)引入調(diào)節(jié),與過熱蒸汽溫度(TE119)主信號(hào)一起對(duì)減溫水調(diào)節(jié)閥(TV119)進(jìn)行PI 調(diào)節(jié)。
7) 汽機(jī)前壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)
此系統(tǒng)為條件切換輸出調(diào)節(jié)回路。正常發(fā)電時(shí),利用汽輪機(jī)與旁路系統(tǒng)平衡配置,通過汽輪機(jī)同步控制器調(diào)速汽門來調(diào)節(jié)主汽門前壓力(PT302),使其穩(wěn)定在工作壓力左右。當(dāng)發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷時(shí),控制旁路蒸汽調(diào)節(jié)閥(PV302),退出自動(dòng)狀態(tài)。
8) 減溫減壓器溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(回路號(hào):RL-TE327)
減溫減壓器共有兩項(xiàng)調(diào)節(jié)任務(wù):調(diào)節(jié)噴水量維持減壓后蒸汽溫度在工作范圍;調(diào)節(jié)減壓閥的開度維持減壓后蒸汽壓力在工作范圍。
本調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過減溫水調(diào)節(jié)閥(TV327)來調(diào)節(jié)減溫減壓器后溫度
?。═E327),使其穩(wěn)定在工作溫度左右。
9) 減溫減壓器壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)(回路號(hào):RL-PT325)
此系統(tǒng)為條件切換輸出調(diào)節(jié)回路。在低負(fù)荷狀態(tài)時(shí),本調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)蒸汽旁路調(diào)節(jié)閥(HV302)來維持減溫減壓器后壓力(PT325),使其穩(wěn)定在設(shè)定工作范圍。當(dāng)處于甩負(fù)荷狀態(tài)時(shí),調(diào)節(jié)系統(tǒng)來調(diào)節(jié)蒸汽調(diào)節(jié)閥(PV325)。
10) 低壓分汽缸壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)(回路號(hào):RL-PT326-327)
此系統(tǒng)為雙調(diào)節(jié)器條件切換單輸出回路。低壓分汽缸的蒸汽:在正常發(fā)電模式下來自汽輪機(jī)的抽汽;當(dāng)發(fā)電機(jī)處于甩負(fù)荷狀態(tài)或汽輪機(jī)故障狀態(tài)時(shí),則來自于主蒸汽經(jīng)減溫減壓器后的一部分蒸汽(而另一部分蒸汽則進(jìn)入高壓冷凝器)。本調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)要求,通過調(diào)節(jié)蒸汽調(diào)節(jié)閥來安全合理的分配這兩部分蒸汽。
當(dāng)高壓蒸汽冷凝器的壓力(PT327)小于0.2Mpa 時(shí),調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)蒸汽調(diào)節(jié)閥(PV326)來維持低壓分汽缸壓力(PT326),使其穩(wěn)定在設(shè)定工作范圍。當(dāng)高壓蒸汽冷凝器的壓力(PT327)大于0.2Mpa 時(shí),調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)蒸汽調(diào)節(jié)閥(PV326)來維持高壓蒸汽冷凝器的壓力(PT327),使其穩(wěn)定在設(shè)定工作范圍。
11) 除氧器液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)(回路號(hào):RL-LT404)
此系統(tǒng)為條件切換輸出調(diào)節(jié)回路。正常發(fā)電模式時(shí),大量的凝結(jié)水由凝汽器通過低加直接送回到除氧器,不通過蔬水箱,除氧器的補(bǔ)給水通過調(diào)節(jié)進(jìn)水調(diào)節(jié)閥(LV304_1),實(shí)現(xiàn)除氧器液位(LT404)的恒定。當(dāng)汽輪機(jī)故障狀態(tài)時(shí),大量的凝結(jié)水從高壓冷凝器聚到蔬水箱,除氧器的補(bǔ)給水則通過蔬水箱輸送,除氧器液位(LT404)通過調(diào)節(jié)進(jìn)水調(diào)節(jié)閥(LV304_2),實(shí)現(xiàn)液位的恒定。
該P(yáng)LC 集散控制系統(tǒng)經(jīng)兩年多的運(yùn)行證明,各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國際先進(jìn)水平,主要表現(xiàn)如下:
?。?)燃燒效率高 垃圾在爐排上與空氣混合均勻燃燒充分,垃圾燃盡率高。
?。?)回?zé)嵝矢?余熱鍋爐分布在主爐膛和煙道中,可充分吸收垃圾燃燒熱量, 正常燃燒熱效率80%以上,即使水份很大的生活垃圾,燃燒熱效率也在70%以上。
?。?)處理垃圾范圍廣泛 能夠處理工業(yè)垃圾、生活垃圾、醫(yī)院垃圾廢棄物、廢棄橡膠輪胎等。
?。?)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低 爐排采用了整塊設(shè)計(jì)維護(hù)量??;自動(dòng)控制水平高,運(yùn)行人員少。
?。?)可靠性高 經(jīng)過近2 年運(yùn)行表明,此焚燒爐故障率非常低,年運(yùn)行8000小時(shí)以上,利用率可達(dá)95%以上。
(6)排放物控制水平高 由于采用二級(jí)煙氣再燃燒和先進(jìn)的煙氣處理設(shè)備,使煙氣得到了充分的處理。經(jīng)長期測試,煙氣排放物中CO 含量1—10 PPM,HC 含量2—3 PPM,NOx 含量35 PPM,完全符合歐美排放標(biāo)準(zhǔn)。煙氣在二、三級(jí)燃燒室燃燒時(shí)溫度達(dá)1000℃,并且停留時(shí)間達(dá)2 秒以上,可使二惡英基本分解,煙氣中二惡英的含量為0.04 ng/m3,遠(yuǎn)低于歐美標(biāo)準(zhǔn)0.5 ng/m3。
本文將介紹廣東省南海市垃圾焚燒發(fā)電廠PLC 控制系統(tǒng),此控制系統(tǒng)由珠海市廣東亞仿科技股份有限公司成功開發(fā),并一次成功投入生產(chǎn)運(yùn)行。
該集散控制系統(tǒng)采用Siemens S7-400 系列PLC。SIEMENS 公司的S7-400 系列PLC 是九十年代推出的S7 系列中的大型機(jī)型,具有完善的功能和強(qiáng)大的通訊能力,特別是PROFIBUS 是總線國際標(biāo)準(zhǔn)之一,得到很多廠家的支持,很有利于分布式控制系統(tǒng)的使用,PROFIBUS-DP 總線的通訊速率可達(dá)12Mbps。S7-417H雙機(jī)熱備系統(tǒng)和ET200M分布式I/O組成的PROFIBUS-DP總線網(wǎng)構(gòu)成切換結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)在故障時(shí)無擾動(dòng)自動(dòng)切換,可用在安全性能要求極高的控制系統(tǒng)中。但是S7-417H 雙機(jī)熱備系統(tǒng)造價(jià)相對(duì)昂貴,為了減少硬件的投資,我們選用軟件雙冗余(用416CPU 進(jìn)行雙機(jī)熱備),采用分布式I/O 的Profibus-DP 現(xiàn)場控制總線,上位機(jī)與PLC 之間采用OSM/ESM 環(huán)形100 兆工業(yè)以太網(wǎng)光網(wǎng)進(jìn)行通訊,上位機(jī)采用Intouch7.1 組態(tài)軟件進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)。該廠垃圾的焚燒工藝引進(jìn)美國Basic公司的專利技術(shù),采用四級(jí)脈沖爐排,各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國際環(huán)保要求;一期日焚
燒處理垃圾200 噸,該工藝技術(shù)在我國是有很廣的推廣應(yīng)用價(jià)值。
工作原理:垃圾經(jīng)自動(dòng)給料單元送入焚燒爐的干燥床干燥,然后送入爐排,爐排在脈沖空氣動(dòng)力裝置的推動(dòng)下拋動(dòng)垃圾,與爐排片上的均勻氣孔噴出的助燃空氣混合燃燒,燃燒產(chǎn)生的熱量由余熱鍋爐回收,余熱鍋爐產(chǎn)生的高溫高壓的水蒸汽推動(dòng)汽機(jī)發(fā)電;燃盡后進(jìn)入灰渣坑,由自動(dòng)除渣裝置排出;由主燃燒室揮發(fā)和裂解出來的煙氣進(jìn)入第二、三級(jí)燃燒室,進(jìn)行進(jìn)一步燃燒,使煙氣的溫度高達(dá)
攝氏1000 度,并煙氣在此停留時(shí)間不短于2 秒,使有毒的煙氣迅速分解,后經(jīng)煙氣處理設(shè)備及除塵設(shè)備(電除塵及布袋除塵)處理合格后排入大氣。
本環(huán)保發(fā)電廠主要設(shè)備包括:
焚化爐鍋爐兩臺(tái);每臺(tái)主要的技術(shù)參數(shù)如下:
·垃圾處理量: 8.33 t/h
·產(chǎn)生蒸汽量: 22.5 t/h
·過熱蒸汽壓力: 4.0 MPa
·過熱蒸汽溫度: 400 ℃
·爐膛溫度: 980 ℃
·給水溫度: 145 ℃
?? 汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組一套;主要的技術(shù)參數(shù)如下:
·主蒸汽壓力: 3.9 MPa
·主蒸汽溫度: 390 ℃
發(fā)電機(jī),主要的技術(shù)參數(shù)如下:
·功率: 12000 kw
·出線電壓: 10.5 kv
·頻率: 50 Hz
·額定轉(zhuǎn)速: 3000 RPM
·功率因素: 0.8
·勵(lì)磁方式: 無刷勵(lì)磁系統(tǒng)
?? 煙氣處理系統(tǒng)兩套;
?? 配套電氣供配電系統(tǒng),其中,
一、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)配置如下:
共設(shè)四臺(tái)操作員站,一臺(tái)工程師站。其中兩臺(tái)操作員站用于爐.側(cè).設(shè).備.的監(jiān)控,包括焚燒爐、鍋爐兩套系統(tǒng),煙氣脫硫系統(tǒng),除灰系統(tǒng);另兩臺(tái)操作員站用于機(jī).側(cè).設(shè).備.的監(jiān)控,包括汽機(jī)系統(tǒng),制給水系統(tǒng),廢水處理系統(tǒng),電氣及其它部分。
爐側(cè)的兩臺(tái)操作員站和機(jī)側(cè)的兩臺(tái)操作員站均為雙機(jī)熱備。爐側(cè)和機(jī)側(cè)的操作員站之間功能獨(dú)立,不能互換操作。程師工作站,用于系統(tǒng)軟件開發(fā)組態(tài)和警報(bào)順序事件記錄之用;工程師站將能夠作為任一操作員站完成相關(guān)控制監(jiān)測功能。工程師站、操作員站及PLC 之間采用采用OSM/ESM 環(huán)形100 兆工業(yè)以太網(wǎng)光網(wǎng)進(jìn)行互連通訊。操作系統(tǒng)采用中文Windows NT 窗口操作系統(tǒng)。
上位機(jī)采用Intouch7.1 組態(tài)軟件進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)。人機(jī)界面主要設(shè)計(jì)有以下內(nèi)容:
?、傧到y(tǒng)工藝流程顯示。
依據(jù)設(shè)計(jì)院提供的系統(tǒng)工藝流程圖,按照功能組區(qū)域劃分。
?、陧樋叵到y(tǒng)操作指導(dǎo)顯示。
有順控步序顯示,即順控程序步驟的狀態(tài)顯示,以及操作提示等。
?、壅{(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)畫面。
回路手操站,調(diào)節(jié)參數(shù)與參數(shù)趨勢的集中顯示。
?、苤匾獏?shù)趨勢顯示。有實(shí)時(shí)趨勢與歷史趨勢兩種顯示。
⑤汽輪機(jī)狀態(tài)等參數(shù)的棒圖顯示。
?、奕謭?bào)警顯示。
系統(tǒng)按照功能區(qū)分為若干個(gè)報(bào)警組,各個(gè)報(bào)警組的報(bào)警窗口分布于相應(yīng)功能顯示窗口的上方。全局報(bào)警顯示提供集中查看系統(tǒng)所有報(bào)警的能力,或按優(yōu)先級(jí)或報(bào)警組過濾查看,并具有全局報(bào)警確認(rèn)。
?、邎?bào)表管理。
提供日?qǐng)?bào)、月報(bào)打印功能。打印方式有:定時(shí)打印,事件驅(qū)動(dòng)打印,運(yùn)行人員召喚打印。提供歷史報(bào)表數(shù)據(jù)查看功能。
⑧PLC 系統(tǒng)狀態(tài)顯示。
提供系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡(luò)的查錯(cuò)維護(hù)功能。
?、岫嗉?jí)地圖式菜單顯示。
?、庀到y(tǒng)安全級(jí)別定義。
為了保證系統(tǒng)的安全操作,設(shè)計(jì)有三級(jí)權(quán)限:工程師級(jí),高級(jí)操作員級(jí),操作員級(jí)。操作員級(jí)用戶可進(jìn)行系統(tǒng)正常操作;高級(jí)操作員級(jí)用戶除具有操作員級(jí)的功能外,還具有修改調(diào)節(jié)參數(shù),修改時(shí)間,查看歷史報(bào)表,召喚打印等功能;工程師級(jí)擁有最高權(quán)限,具有高級(jí)操作員級(jí)所有功能,還可進(jìn)入開發(fā)環(huán)境進(jìn)行組態(tài)修改。
二、PLC 控制系統(tǒng)配置如下:
分1#、2#PLC 主站。1#PLC 主站分別控制1#及2#鍋爐焚燒爐;2#PLC主站分別控制汽機(jī)系統(tǒng),制給水系統(tǒng),廢水處理系統(tǒng),電氣及其它部分。每個(gè)PLC 主站分別由兩個(gè)CPU416-2DP(訂貨號(hào):6ES74162XL010AB0)組成雙機(jī)熱備,通過實(shí)時(shí)冗余軟件實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)無擾動(dòng)換,確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,兩個(gè)CPU 通過MPI 接口進(jìn)行相互監(jiān)視及數(shù)據(jù)相互備份,每個(gè)CPU 分別通過CP443-1 工業(yè)以太網(wǎng)通信模塊與上位機(jī)通信。Siemens 的416CPU 組成雙機(jī)熱備,只能通過軟件來實(shí)現(xiàn),因此稱之為軟冗余,原則上CPU315 以上的CPU 都可以組成軟冗余。用戶必需自己編寫冗余管理程序,把要冗余的數(shù)據(jù)放在特定的DB 里,每個(gè)掃描周期里主CPU 就把這些特定DB 里的數(shù)據(jù)影像到從CPU 中。軟冗余比硬冗余有一個(gè)優(yōu)點(diǎn),就是開發(fā)人員可以自定義冗余數(shù)據(jù)庫,這樣就可以大大縮短在每個(gè)掃描周期中冗余數(shù)據(jù)的影像時(shí)間。
控制信號(hào)的輸入及輸出由相關(guān)ET200M 分布式I/O 模塊完成,采用“就近原則”,以最大程度減少現(xiàn)場的硬布線,每個(gè)ET200M 分別有兩塊IM153-2 通信模塊,分別與掛在DP 總線上,組成冗余的DP 總線。由于ET200M 采用是Siemens 300系列分布式I/O 模塊,因此價(jià)格較為便宜。每個(gè)ET200M 可擴(kuò)展8 個(gè)IO 模塊,容量可高達(dá)128 字輸入/128 字輸出。最大傳輸速率為12Mbps。
這樣,本控制系統(tǒng)就由于西門子400 系列的CPU416-2 組成雙機(jī)熱備,進(jìn)行數(shù)據(jù)冗余,帶上300 系列的分布式I/O 組成雙冗余的DP 總線,這是性價(jià)比極高的集散控制系統(tǒng),在今后的各種環(huán)保電廠主機(jī)控制及大型發(fā)電機(jī)組的輔機(jī)控制領(lǐng)域中的極大的推廣價(jià)值。
CPU416 具有非凡的性能,它二進(jìn)制指令的執(zhí)行時(shí)間為0.08 微秒(CPU417H為0.12 微秒),最大的數(shù)字量IO 或模擬量IO 高達(dá)65536 或4096 點(diǎn)。本集散控制系統(tǒng)有八千多條邏輯控制語句,30 個(gè)PID 控制回路,其中:帶微分前饋控制的回路2 個(gè);條件切換輸出的回路10 個(gè);三沖量調(diào)節(jié)回路2 個(gè);單沖量調(diào)節(jié)回路26 個(gè)。系統(tǒng)實(shí)時(shí)性可靠性要求較高。
本集散控制系統(tǒng)中,PLC 完成全廠邏輯順序控制及所有PID 回路控制。其中,
I、邏輯順序控制分下列幾大部分:
1)1-2-3 級(jí)吹掃 其目的是為了確保1-2-3 級(jí)燃燒室風(fēng)煙系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備正
常且信道暢通,是爐膛保護(hù)要求的重要操作。
2)引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。
3)焚化爐—鍋爐吹掃 其目的是為了確保焚化爐—鍋爐整個(gè)風(fēng)煙系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備正常且信道暢通,是爐膛保護(hù)要求的重要操作。
4)第二級(jí)預(yù)熱 其目的是為了提高第二級(jí)溫度達(dá)到設(shè)定值,是第一級(jí)預(yù)熱、第一燃燒室燃燒器投入的前提條件。
5)第一級(jí)預(yù)熱的目的是為了提高第一級(jí)溫度達(dá)到設(shè)定值。
6)順序停運(yùn)。
7)燃燒器順序點(diǎn)火/停運(yùn)。
8)給料系統(tǒng)自動(dòng)循環(huán)。
9)除渣系統(tǒng)自動(dòng)循環(huán)。
10)渣坑水位聯(lián)鎖控制。
11)吹灰系統(tǒng)順序控制。
12)鍋爐保護(hù)
13)主燃料跳閘
14)料油跳閘
15)正常發(fā)電模式
16)孤立運(yùn)行模式
17)汽輪機(jī)故障模式
18)化學(xué)水處理控制
19)污水處理控制II、主要PID 控制回路略舉如下:
1)爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)(回路號(hào):RL-PT101)
此系統(tǒng)為單沖量調(diào)節(jié)回路。按系統(tǒng)工藝,爐膛應(yīng)保持一定的負(fù)壓值
?。≒T101),故需對(duì)引風(fēng)機(jī)(PV101)進(jìn)行PI 調(diào)節(jié)。為防止引風(fēng)機(jī)變頻器運(yùn)行過大或過小,而造成鍋爐熄火,調(diào)節(jié)系統(tǒng)中引入高、低限幅模塊。
2) 干燥爐排溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(回路號(hào):RL-TE108)
此系統(tǒng)為單沖量調(diào)節(jié)回路。按系統(tǒng)工藝,進(jìn)入焚燒爐一燃室1#爐排的垃圾含有一定的水分,直接影響爐膛溫度,增加1~2#燃燒器的負(fù)擔(dān)。
因此,從三燃室引入混合煙氣進(jìn)行干燥。由于三燃室混合煙氣的溫度較高,故通過調(diào)節(jié)干燥風(fēng)機(jī)(TV108)使干燥爐排溫度(TE108)維持在設(shè)定的工作范圍。
3) 再循環(huán)煙氣溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(回路號(hào):RL-TE109)
此系統(tǒng)為單沖量調(diào)節(jié)回路。通過調(diào)節(jié)再循環(huán)風(fēng)機(jī)(TV109)使四燃室煙氣溫度(TE109)維持在設(shè)定的工作范圍。
4) 一燃區(qū)爐膛溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(回路號(hào):RL-TE101)
此系統(tǒng)為條件切換多輸出調(diào)節(jié)回路。按系統(tǒng)工藝,焚燒爐一燃室分為起爐運(yùn)行和正常運(yùn)行兩個(gè)階段。在起爐運(yùn)行階段,爐膛溫度(TE101)主要由
#1~#6 燃燒器的燃油量來控制,通過調(diào)節(jié)#1~#6 燃燒器回油調(diào)節(jié)閥(HV107、HV111、HV117、HV121、HV127、HV131)來維持系統(tǒng)對(duì)爐膛溫度(TE101)的要求。在正常運(yùn)行階段,爐膛溫度主要靠#1~#4 爐排上垃圾的燃燒來維持,
通過調(diào)節(jié)#1~#4 爐排的排風(fēng)調(diào)節(jié)閥(HV104、HV114、HV124、HV134)(因送風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定,排風(fēng)調(diào)節(jié)閥可調(diào)節(jié)送風(fēng)量)來控制#1~#4 爐排上垃圾的燃
燒,從而達(dá)到系統(tǒng)對(duì)爐膛溫度(TE101)的要求。此調(diào)節(jié)過程將直接影響爐膛負(fù)壓,為防止?fàn)t膛負(fù)壓的減少對(duì)系統(tǒng)的影響,當(dāng)爐膛負(fù)壓突破一定值時(shí)(如小于1Kpa),對(duì)排風(fēng)調(diào)節(jié)閥限幅。
5) 鍋爐汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)(回路號(hào):RL-LT102)
此系統(tǒng)為三沖量調(diào)節(jié)回路。通過采用給水流量(FT101)、蒸汽流量(FT103)和汽包水位(LT102)主信號(hào)一起對(duì)給水調(diào)節(jié)閥(LV102)進(jìn)行PI 調(diào)節(jié),使汽包水位保持在設(shè)定范圍內(nèi),以適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量。
6) 過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(回路號(hào):RL-TE119)
系統(tǒng)將減溫器后蒸汽溫度(TE116)作為前饋信號(hào)引入調(diào)節(jié),與過熱蒸汽溫度(TE119)主信號(hào)一起對(duì)減溫水調(diào)節(jié)閥(TV119)進(jìn)行PI 調(diào)節(jié)。
7) 汽機(jī)前壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)
此系統(tǒng)為條件切換輸出調(diào)節(jié)回路。正常發(fā)電時(shí),利用汽輪機(jī)與旁路系統(tǒng)平衡配置,通過汽輪機(jī)同步控制器調(diào)速汽門來調(diào)節(jié)主汽門前壓力(PT302),使其穩(wěn)定在工作壓力左右。當(dāng)發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷時(shí),控制旁路蒸汽調(diào)節(jié)閥(PV302),退出自動(dòng)狀態(tài)。
8) 減溫減壓器溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(回路號(hào):RL-TE327)
減溫減壓器共有兩項(xiàng)調(diào)節(jié)任務(wù):調(diào)節(jié)噴水量維持減壓后蒸汽溫度在工作范圍;調(diào)節(jié)減壓閥的開度維持減壓后蒸汽壓力在工作范圍。
本調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過減溫水調(diào)節(jié)閥(TV327)來調(diào)節(jié)減溫減壓器后溫度
?。═E327),使其穩(wěn)定在工作溫度左右。
9) 減溫減壓器壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)(回路號(hào):RL-PT325)
此系統(tǒng)為條件切換輸出調(diào)節(jié)回路。在低負(fù)荷狀態(tài)時(shí),本調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)蒸汽旁路調(diào)節(jié)閥(HV302)來維持減溫減壓器后壓力(PT325),使其穩(wěn)定在設(shè)定工作范圍。當(dāng)處于甩負(fù)荷狀態(tài)時(shí),調(diào)節(jié)系統(tǒng)來調(diào)節(jié)蒸汽調(diào)節(jié)閥(PV325)。
10) 低壓分汽缸壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)(回路號(hào):RL-PT326-327)
此系統(tǒng)為雙調(diào)節(jié)器條件切換單輸出回路。低壓分汽缸的蒸汽:在正常發(fā)電模式下來自汽輪機(jī)的抽汽;當(dāng)發(fā)電機(jī)處于甩負(fù)荷狀態(tài)或汽輪機(jī)故障狀態(tài)時(shí),則來自于主蒸汽經(jīng)減溫減壓器后的一部分蒸汽(而另一部分蒸汽則進(jìn)入高壓冷凝器)。本調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)要求,通過調(diào)節(jié)蒸汽調(diào)節(jié)閥來安全合理的分配這兩部分蒸汽。
當(dāng)高壓蒸汽冷凝器的壓力(PT327)小于0.2Mpa 時(shí),調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)蒸汽調(diào)節(jié)閥(PV326)來維持低壓分汽缸壓力(PT326),使其穩(wěn)定在設(shè)定工作范圍。當(dāng)高壓蒸汽冷凝器的壓力(PT327)大于0.2Mpa 時(shí),調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)蒸汽調(diào)節(jié)閥(PV326)來維持高壓蒸汽冷凝器的壓力(PT327),使其穩(wěn)定在設(shè)定工作范圍。
11) 除氧器液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)(回路號(hào):RL-LT404)
此系統(tǒng)為條件切換輸出調(diào)節(jié)回路。正常發(fā)電模式時(shí),大量的凝結(jié)水由凝汽器通過低加直接送回到除氧器,不通過蔬水箱,除氧器的補(bǔ)給水通過調(diào)節(jié)進(jìn)水調(diào)節(jié)閥(LV304_1),實(shí)現(xiàn)除氧器液位(LT404)的恒定。當(dāng)汽輪機(jī)故障狀態(tài)時(shí),大量的凝結(jié)水從高壓冷凝器聚到蔬水箱,除氧器的補(bǔ)給水則通過蔬水箱輸送,除氧器液位(LT404)通過調(diào)節(jié)進(jìn)水調(diào)節(jié)閥(LV304_2),實(shí)現(xiàn)液位的恒定。
該P(yáng)LC 集散控制系統(tǒng)經(jīng)兩年多的運(yùn)行證明,各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國際先進(jìn)水平,主要表現(xiàn)如下:
?。?)燃燒效率高 垃圾在爐排上與空氣混合均勻燃燒充分,垃圾燃盡率高。
?。?)回?zé)嵝矢?余熱鍋爐分布在主爐膛和煙道中,可充分吸收垃圾燃燒熱量, 正常燃燒熱效率80%以上,即使水份很大的生活垃圾,燃燒熱效率也在70%以上。
?。?)處理垃圾范圍廣泛 能夠處理工業(yè)垃圾、生活垃圾、醫(yī)院垃圾廢棄物、廢棄橡膠輪胎等。
?。?)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低 爐排采用了整塊設(shè)計(jì)維護(hù)量??;自動(dòng)控制水平高,運(yùn)行人員少。
?。?)可靠性高 經(jīng)過近2 年運(yùn)行表明,此焚燒爐故障率非常低,年運(yùn)行8000小時(shí)以上,利用率可達(dá)95%以上。
(6)排放物控制水平高 由于采用二級(jí)煙氣再燃燒和先進(jìn)的煙氣處理設(shè)備,使煙氣得到了充分的處理。經(jīng)長期測試,煙氣排放物中CO 含量1—10 PPM,HC 含量2—3 PPM,NOx 含量35 PPM,完全符合歐美排放標(biāo)準(zhǔn)。煙氣在二、三級(jí)燃燒室燃燒時(shí)溫度達(dá)1000℃,并且停留時(shí)間達(dá)2 秒以上,可使二惡英基本分解,煙氣中二惡英的含量為0.04 ng/m3,遠(yuǎn)低于歐美標(biāo)準(zhǔn)0.5 ng/m3。
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