1  引言

    杭州绿能环保垃圾焚烧发电厂由杭州绿能环保发电有限公司负责筹建，一期工程已于2004年10月全部投运，共配置了3台150t/d垃圾焚烧炉、3台15t/h余热锅炉及3套尾气处理系统，并配置了1套杭州汽轮机厂生产的7.5MW凝汽式汽轮发电机组。垃圾焚烧炉采用了杭州锅炉厂引进的日本三菱重工技术制造的马丁式垃圾焚烧炉。
    一期工程设计时考虑日处理垃圾量为450t/d；实际投运后，日处理垃圾量可以达到600t/d。整个项目按照“一次规划，分期建设”的原则进行考虑。根据杭州市南部地区垃圾产量、交通状况、垃圾焚烧厂规模效应的要求及地方财力等多种因素的权衡分析比较，终期容量初步考虑可以按照日处理垃圾量1050t/d来规划。
    一期工程的3台150t/h马丁式垃圾焚烧炉，逆推式炉排系统由三菱公司提供，采用液压控制方式。3台焚烧炉共设3套液压站，配置有三菱公司的PLC，PLC可以接受DCS系统的指令控制。焚烧炉启动时采用柴油点火、助燃。每台焚烧炉设置一台变频调速的引风机和一台变频调速的送风机；送风机的空气预热器用蒸汽加温；蒸汽直接引自每台炉的汽包。
    配置3台15t/h蒸发量的余热锅炉，采用母管制方式并列运行，余热锅炉采用一、二级喷水减温系统，并设置过热蒸汽吹灰系统。锅炉出口额定的主蒸汽压力为3.82MPa；额定的主蒸汽温度为400℃。此外，还配置有3套尾气处理装置。
    一期工程配置了1套7.5MW凝汽式汽轮发电机组；1套蒸汽旁路装置，旁路容量为50%。
    余热锅炉、汽轮发电机组的运行考虑了在垃圾低热值时的滑参数运行方式。

2  “全厂一体化”控制思想

    以往的垃圾焚烧发电厂，通常都采用各家的PLC来分别实现各个设备的控制要求的。而许多PLC是随各个主设备厂配套而来的。因此，配套而来的各家PLC之间，由于型号和品种的各不相同，往往是难以实现相互之间的通信和信息交换的，从而导致在整个垃圾焚烧发电厂的控制系统中，出现了一个个由各家不同的PLC组成的“自动化孤岛”。与此同时，许多厂家的PLC往往难以实现复杂的模拟量控制，例如串级控制和前馈控制，特别是难以实现垃圾低热值时的滑参数运行方式下的各种控制要求。
    因此，杭州绿能环保发电有限公司从一开始就决定，选择用DCS系统来实现“全厂一体化”的控制功能，控制的基本思想是：
    由先进的、全面开放的DCS系统作为全厂总的控制系统，实现全厂机、炉、电和现场各辅机系统的一体化控制。采用全能值班员制度，即所选用的DCS系统必须具备以下条件：
   
    (1)  厂级控制系统（DCS）应基于计算机技术和网络技术；
    (2)  厂级控制系统（DCS）应具有良好的开放性，便于和焚烧炉、余热锅炉以及尾气处理装置的PLC系统互联，从而在网络控制及信息共享方面形成统一的系统；
    (3)  焚烧炉、余热锅炉及汽轮发电机之间的连锁控制，不但要求回路控制能力较强，而且要有很强的逻辑判断能力，以适应连续控制过程中不同工况的转换；
    (4)  为了减少运行人员，又提高可靠性，将MCC（交流马达控制中心）的监控、厂用电的监控一并纳入控制DCS系统，达到EIC（电气、仪表和计算机）一体化。本次设计EIC所涉及的范围（除设备供应厂家带来的以外）是：全厂MCC的监控及厂用电的监控，全部热工过程数据采集、监视及控制均由厂级控制系统（DCS）统一完成。中央控制室EIC的操作，原则上不设后备盘，全部在CRT上手动操作或由DCS系统自动完成控制。具体的“全厂一体化”控制内容如下所述：

?  3台150t/d马丁式垃圾焚烧炉的炉排系统（包括给料和排渣）液压站配置的三菱公司PLC，要求可以和全厂的DCS监控系统通信和交换信息，并且在DCS系统的CRT上实现画面显示和监控，3台垃圾焚烧炉的送、引风机直接由DCS系统控制；
?  锅炉的点火、吹灰、布袋除尘及尾气处理控制系统为成套供应设备。点火部分要求以硬接线方式接入DCS，吹灰、布袋除尘及尾气处理控制系统以通讯方式进入DCS系统；
?  3台15t/h蒸发量的余热锅炉汽水系统全部由DCS系统来控制，包括3台余热锅炉的汽包水位控制和主蒸汽温度控制，还包括对余热锅炉外围设备的监控；
?  1台7.5MW汽轮发电机组及蒸汽旁路系统全部由DCS系统来控制，其中包括凝结器热井水位控制，蒸汽旁路系统温度压力控制，汽轮发电机组油系统、轴系统的监控等；
?  全厂辅助系统的DCS控制：其中包括除氧器压力和水位的控制，循环水系统的监控，岸边取水泵房的监控，凝结水系统的监控；工业水及生活水系统等的监控；
?  废水处理系统的监控。所有一次仪表由环保专业开列，控制用PLC通过以太网与DCS系统相连；
?  空压站控制系统，由主设备制造厂带来，以太网接口由主设备厂家提供；
?  地磅房称重和垃圾进料吊车的控制设备由厂家带来，以太网接口由设备厂家提供；
?  厂用电气系统如上所述也纳入DCS系统监控范畴。其中包括：MCC的监控、厂用电的监控，并且可以通过以太网与全厂电气综合保护系统实现数据通讯；
?  烟气监测系统，通过以RS485通讯方式上传，可在DCS上对全厂烟气排放数据进行监控；
?  生产调度系统、工业摄像系统和火灾报警系统原则上自成系统，暂不与全厂DCS系统相连。

3  MACS系统实现了“全厂一体化”的控制要求

    经过反复的分析比较和严格的考察，杭州绿能环保发电有限公司最终选择了北京和利时系统工程股份有限公司（以下简称为和利时公司）提供的符合国际最新发展潮流的第四代DCS―MACS系统。MACS系统的主要电子零部件直接由国外著名的电子器件公司（如Intel、MOTOROLA、NEC、SIEMENS、PHILIPS等）提供；模块全部由进口的SIEMENS“表面贴”（SMT）生产线生产，质量可靠，性能稳定。网络上层采用100Mbit/s以太网，底层采用符合国际标准的PROFIBUS-DP现场总线结构，软件采用国外著名软件公司的产品，全面开放，有和各种PLC通讯的接口驱动软件。因此，MACS系统可以方便地采用以太网、PROFIBUS-DP现场总线或RS-485通讯接口和全厂的各个控制子系统（各种PLC和505调速器）连接和通讯。MACS系统实现的“全厂一体化”方案如下：

3.1  MACS系统的配置
    根据一期工程的3台150t/d垃圾焚烧炉、3台15t/h余热锅炉、3套尾气处理系统、1套7.5MW凝汽式汽轮发电机组及辅助系统的实际情况，MACS系统进行了全面的考虑和配置，并且已经充分考虑了今后二期工程扩展的需要。
    MACS系统与电气网控系统共用一个主控室和机柜室。在主控室内设置1个工程师站、8个操作员站。其中有6个锅炉操作员站（每台炉2个）、1个汽机操作员站、1个公用系统操作员站（除氧给水等系统用），配置了1台A3激光黑白网络打印机以及1台A3彩色喷墨网络打印机。操作员站和工程师站全部采用DELL公司的产品；CRT采用54cm彩显。此外还配置了冗余服务器2 台，也采用DELL公司的产品。通过密码和权限的设置，工程师站与所有的操作员站，可以方便地相互切换和操作，以保证实现在任何一台操作员站及工程师站上均能对全厂的热力系统和厂用电系统完成全部的监控功能。
    为了保持操作数据（特别是历史数据）的一致性和保持系统数据的安全性与大容量的要求，MACS系统的操作层采用真正的客户机/服务器方式（即C/S结构）。系统采用了冗余的服务器，通过服务器实现全局数据库共享。双冗余的系统服务器用来存储系统所有的实时数据、历史数据、操作记录、事件记录、日志记录等。而各种功能的单元如操作员站、工程师站、现场控制站等构成不同功能的客户机，真正实现了功能分散、危险分散、集中管理。
    MACS系统采用了先进的现场总线技术，各部分的远程I/O均通过PROFIBUS-DP现场总线引入MACS系统。例如由制造厂带来的成套供货的减温减压控制系统和空压站控制系统，通过PROFIBUS-DP现场总线与MACS系统相连。通过现场总线接入MACS的还有WOODWARD505调速器、吹灰系统、汽机旁路系统、地磅、垃圾吊、电气综合自动化系统、布袋除尘及尾气处理系统、通风系统，此外还有除氧器系统、循环水泵房、综合水泵房、岸边取水泵房等，从而节省了大量控制电缆。点火部分是以硬接线方式接入MACS系统的。
    MACS系统配置了4对冗余的主控制器，安放在机房内的2个标准机柜内，电源分配柜配置了1个，而放在现场的远程I/O机柜配置了12个，总的I/O点数如表1所示。
表1  总的I/O点数