一、前言

    随着经济的发展、人口的不断增多以及人民生活水平的日益提高，城市垃圾的产生量也日渐增多。在当今世界，大量的垃圾已成为城市中一个长期存在的污染源。对垃圾的处理不当，可能会造成严重的大气污染、水污染和土壤污染，并将占用大量的土地。对城市垃圾的常用处理方法有填埋、堆肥，制沼气、填海、焚烧等，垃圾焚烧是目前固体废弃物处理的最有效途径之一，而流化床焚烧作为一种性能优越的焚烧方式，尤其适合我国垃圾热值低、成分复杂的国情。

二、流化床焚烧垃圾发电的一般运行模式

   流化床焚烧垃圾电厂包括垃圾收集上料系统、流化床垃圾焚烧锅炉、汽轮发电机系统、三废处理系统及辅助工程系统等，单台炉最大处理垃圾能力多为150t/d到400 t/d，煤与垃圾按一定比例混合（例如1：3）作为锅炉燃料。锅炉的数量根据垃圾源并结合其他实际情况确定，通常设计一台备用锅炉。主要焚烧城市生活垃圾发电，并可提供冬委供暖、工业用汽，焚烧后的灰渣可以制成建筑材料或作为筑路材料。

三、流化床焚烧垃圾发电的现场实施要求
 
    全厂采用一套DCS系统实现垃圾炉、汽轮机、发电机、化学水、除尘、气力吹灰、输煤、除渣、垃圾前处理等系统的监控。控制主设备系统的各I/O控制站集中安装在电子设备间，在输煤、除渣、垃圾前处理等附属系统现场处设置远程I/O站，通过现场总线与电子设备间的主控单元相连。这样既保证了数据传输的实时性，又节约了大量的信号电缆。DCS系统还提供了标准通讯协议的接口，方便地将电厂的发电机组及输电线路的重要参数传输到电力调度系统。集中控制室中各操作站相互冗余，操作工以各工艺系统对应的用户名登录后，即可实现对本工艺系统的监控；值长以专用用户名登录后，可以监视全厂各工艺系统的运行状况。DCS系统采集电厂各系统的数据，集中显示、分别处理控制，提高了电厂运行处理响应速度、运行效率及运行质量，保证了发电机组的安全。

四、控制系统功能

（一）、DCS系统主要实现以下功能：

    数据采集和处理系统（DAS）
    快速准确地反映机组参数、设备状态、工艺报警、性能指标、趋势记录、事故追忆等，为操作员提供准确的操作和事故分析依据。

    模拟量调节系统（MCS）
    主要实现汽包水位、蒸汽温度、炉膛压力、燃料量、一次风量、二次风量、料层差压、炉膛差压、轴封压力、凝汽器水位、除氧器水位及压力等调节。

    顺序控制系统（SCS）

    1．石灰石给料子系统。
    2．给煤子系统。
    3．垃圾给料子系统。
    4．引风机子系统。
    5．一次风机子系统。
    6．二次风机子系统。
    7．汽包紧急放水子系统。
    8．锅炉排污、对空放汽子系统。
    9．除氧给水子系统。
    10．给水泵子系统。
    11．凝结水泵子系统。
    12．射水泵子系统。
    13．高、低加热器子系统。
    14．循环水子系统。
    15．汽机油系统。
    16．垃圾前处理子系统。
    17．除灰程控子系统。
    18．输煤程控子系统。
    19．化学制水、再生程控子系统。

    锅炉安全监视保护（FSSS）

        包括燃烧器控制系统（BCS）、燃料安全系统（FSS），完成锅炉程控点火、燃烧器管理和炉膛安全保护的所有功能。

    汽机保护系统（ETS）

     采用西门子PLC实现汽机保护的所有功能，并通过Profibus-DP与DCS系统通讯，实现ETS系统的远程监控，并将跳闸信号进入SOE记录，以便更加准确、直观地分析跳闸原因。

    电气控制系统（ECS）

               主要完成了电气系统的所有高、低压开关的远方控制、联锁保护，自动准同期远程控制，手、自动励磁调节等。

    与第三方系统通讯

包括与电气综合保护装置通讯、与电力调度中心远动通讯等。

（二）、流化床垃圾焚烧炉关键环节的控制方案

    垃圾前处理控制

主要包括垃圾的接收、存储、分拣、破碎、输送等环节，进入电厂的垃圾经过称重装置（汽车衡）后，称重数据采用通讯方式送到DCS系统显示和记录，垃圾焚烧发电厂可根据DCS提供的垃圾称重量向政府有关部门申请补贴。DCS系统实现垃圾储坑料位高度监视、报警、趋势记录，垃圾含水量的监视、报警、趋势记录和控制，保证充足的入炉垃圾量和合适的水份；完成破碎机的控制、垃圾输送过程的顺序控制、联锁保护功能。垃圾前处理结果的好与坏直接影响到垃圾在锅炉中焚烧的质量，DCS系统强大的分析、处理和控制功能可以很好地解决这个问题。

    垃圾锅炉的燃烧控制

          由于城市生活垃圾随着季节变化或影响造成供给电厂的垃圾量及热值的不稳定，为保证供电或供热采用以煤补充。根据电厂的实际特点，我们设计了一套燃烧控制方案适应垃圾炉以下几种燃料状态：

    1、圾供应充足且稳定，此时的控制方案是在DCS系统中，给煤量为定值控制、垃圾量为变值控制，此时为自动方式。具体设置给煤量为一定值，通过调节给煤机的转速来控制给煤量；同时垃圾进料器根据燃烧控制指令，自动调节进入炉膛的垃圾量。此种方式可尽可能多地焚烧垃圾。

    2、 垃圾供应不很充足、但比较稳定，此时的控制方案是在DCS系统中，垃圾量为定值控制、给煤量为变值控制，此时为自动方式。具体设置垃圾量为一定值，通过调节垃圾进料器来控制垃圾量；同时给煤机根据燃烧控制指令，自动调节进入炉膛的给煤量。

    3、煤供应不充足，垃圾供应很充足，此时的控制方案是在DCS系统中，给煤量为手动控制、垃圾量为变值控制，此时为半自动方式。当操作工用软手操改变入炉煤量时，垃圾进料器根据燃烧控制指令自动调节入炉的垃圾量。

    4、 垃圾供应不充足，煤供应很充足，此时的控制方案是在DCS系统中，垃圾量为手动控制、给煤量为变值控制，此时为半自动方式。当操作工用软手操改变入炉垃圾量时，给煤机根据燃烧控制指令自动调节入炉的煤量。

    在燃烧控制方案中设有入炉最小煤量限制，用以稳定炉床温度；同时根据负荷指令自动控制一次风量、二次风量，并设置最低流化风量，确保炉膛内燃料始终处于强流化状态，满足负荷控制要求，提高燃烧效率。控制方案中设计给定值与过程值偏差大报警、阀门故障报警、回路故障报警等，当报警发生时，调节回路由自动切手动，这样有效地避免了对锅炉运行造成大的扰动，保证了运行参数的稳定，并且通过查询报警记录及操作记录可方便的分析事故原因。 DCS系统采用灵活的燃烧控制方案后，无论从负荷的调整范围、燃料变化的适应性及静动态调节品质来看，都是比较好的。

    垃圾废水、锅炉尾气处理控制

    DCS系统监控坑底废液池中废水的液位，设有高低液位报警，并设计联锁控制、自动调节回路，自动调节废水以一定流量喷至炉内流化床段上方焚烧，使其充分裂解，减少污 染。一般情况下，若保持炉膛内烟气温度和烟气停留时间分别为850℃和3秒左右，并保持强烈混合 ，便使有害成分在炉膛内充分裂解和破坏，这一要求正好符合流化床锅炉的燃烧特点， 所以再通过DCS系统控制炉膛烟气温度维持850℃左右，就几乎不存在二恶英、呋喃排放问题。除尘系统采用电除尘、袋式除尘两级除尘方式，DCS系统采集电场的电压、袋式除尘的汽源压力等重要参数，用于显示、报警和趋势记录，由DCS系统内完成时序、联锁逻辑，设备故障中断程控并提示人工干预等功能，实现了除尘过程自动控制，保证了各项排放指标均满足环保要求。

五、结束语

    和利时公司的第四代DCS系统HOLLIAS-MACS系统完全能够满足流化床垃圾炉的控制要求，方便地实现上述功能，HOLLIAS-MACS系统主要具有如下的特点：

    系统具有开放的体系结构，可以提供多层的开放数据接口。

    系统具备强大的处理功能，并提供方便的组态复杂控制系统的能力与用户自主开发专用高级控制算法的支持能力。

    CLIENT/SERVER（客户/服务器）结构

    HOLLIAS-MACS系统采用CLIENT/SERVER（客户/服务器）结构，所有的数据管理和处理均由系统服务器完成，使系统内部各项数据更加准确，并确保一致性。
    同时系统不需要配置专门的服务器，通过设置可以灵活、方便地选择任一台操作站为服务器，并将服务分开，大幅度地降低了通讯及系统负荷，同时使系统的各项任务分配更加合理。

    现场总线技术

    HOLLiAS-MACS系统现场控制站内采用国际上最流行的现场总线Profibus-DP来连接主控单元和I/O模块。Profibus-DP是专门为自动控制系统与在设备级分散I/O之间进行通讯而设计的。既可满足高速传输，又有简单实用、经济性强等特点。

    系统冗余技术

    HOLLiAS-MACS系统在可靠性、维护性、可维护性、先进性方面具有突出的特点，对重要设备如服务器、网络、主控单元（DPU）、系统电源等均采取了冗余设计。
    和利时公司HOLLiAS-MACS系统自动调节回路的高投入率、附属系统的程序控制、完善的联锁保护措施以及良好的人机界面的设计，都能够极大地降低运行人员的劳动强度，提高整个机组的运行效率，为垃圾焚烧电厂的安全、可靠、高效运行提供有效保障。

    总之，采用具有强大功能的和利时公司HOLLiAS-MACS系统，通过具有丰富流化床锅炉控制经验的热电工程部工程技术人员的努力及电厂相关技术人员的密切配合，结合和利时公司流化床锅炉控制的成熟方案，完全能够实现垃圾焚烧发电的全厂优化控制。