DCS系统在垃圾焚烧循环流化床热电厂的应用

DCS SISDCS SIS 系统在垃圾焚烧循环流化床电厂的应用系统在垃圾焚烧循环流化床电厂的应用 上海电气环保南通区域垃圾焚烧热电联产项目上海电气环保南通区域垃圾焚烧热电联产项目 1 1 引言 引言 近年来 随着中国城市化进程的加快 垃圾污染日益严重 处理不当将会 制约城市的生存与发展 为此 中国专门制定了 全国城市生活垃圾无害化处 理设施建设 十一五 规划 在全国范围内实施垃圾处理收费制度 并进一步 加大了对垃圾发电的政策支持力度 由于垃圾焚烧发电技术具有高效率处理生 活垃圾 节约能源 建设周期短以及有利于环保等特点 同时循环流化床锅炉 是值得采用的新锅炉工艺 具有燃烧效率高 适应性广 燃烧强度高等特点 所以 CFBB 焚烧垃圾发电厂 既能很好解决城市生活垃圾问题 又能适当缓解 近年来的能源危机问题 2 2 项目简介 项目简介 该项目由上海电气环保热电 南通 有限公司以 BOT 方式建设 位于如皋 港经济开发区内 占地 120 亩 日处理城市生活垃圾 1500 吨 该项目的服务范 围为南通市 如皋市 通州市 靖江市的城市生活垃圾 同时可以对开发区内 的各种固体废弃物就地处理 垃圾焚烧发电厂采用先进的烟气处理装置 从而 保障大气质量 垃圾处理过程中利用焚烧技术发电并网 焚烧发电厂产生的余 热又可以作为园区工业 生活用热的来源 这样 从垃圾处理 废气处理到发 电 供热都同时解决 跨区域的四个城市共用一个垃圾发电厂 这在国内还是 首例 项目自建成正式投产之日起经营 年 经营期满后 整体无偿移交如 皋市人民政府 该项目应用日处理城市生活垃圾 1500t 单台日处理垃圾 500t d 并产汽 75t h 的循环流化床垃圾焚烧炉 3 台 配 2 台 15MW 抽凝式汽轮发电机组 该项 目 DCS 系统采用上海自动化仪表股份有限公司 DCS 公司自主开发的 SUPMAX800 系统 SIS 系统采用上海自动化仪表股份有限公司 DCS 公司自主开发的 SUPDATA 系统 3 3 系统实施介绍 系统实施介绍 全厂设一个总控制室 采用炉 机 电集中控制方式 对以下内容进行监 控 3 500t d 的循环流化床垃圾焚烧炉 额定产汽量 75t h 装机容量为 2 C15MW 抽凝式汽轮发电机组及其辅助系统等 3 3 1 1 DCSDCS 系统介绍系统介绍 DCS 系统部分主要完成发电生产过程的监视和控制 包括模拟量控制系统 MCS 顺序控制系统 SCS 数据采集系统 DAS 锅炉炉膛安全监控系统 FSSS 功能 具体配置分以下几部分 3 3 1 1 1 1 上位机配置上位机配置 10 台操作员站进行生产现场的实时监视和管理 其中包括一台值长站 另 设两台工程师站进行组态调试等兼做趋势报警服务器 3 3 1 1 2 2 下位机配置 下位机配置 14 套 I O 控制站完成现场信号采集 工程单位元变换 控制和联锁控制算 法 控制输出 通过系统网络将数据和诊断结果传送到上位机 具体 DPU 的配 置按如下 三台锅炉 共 6 对 按每台锅炉 2 对配置 其中燃烧系统一对 汽水一对 二台汽机 共 4 对 按每台汽机 2 对配置 其中主蒸汽系统 再热蒸汽系 统 回热抽汽系统一对 油系统和真空系统一对 公用系统部分 2 对 减温减压 除氧给水各配置 1 对 远程循环水 1 对 远程综合水 1 对 3 3 1 1 3 3 配电柜配置 配电柜配置 锅炉间一套 汽机间一套 仪表电源柜一套 1 DCS 的电源分配柜和仪表电源分配柜均能接受由需方提供的二路交流 220V 10 50Hz 1Hz 的单相电源 这二路电源中的一路来自不停电电源 UPS 另一路来自厂用电源 仪表电源分配柜内应配有两路电源自动切换装置 2 在各个机柜和站内配置相应的冗余电源切换装置和回路保护装置 并 用这二路电源在机柜内馈电 3 在每机柜内配置二套德国威德米勒冗余直流电源 具有足够的容量和 适当的电压 每个直流电源都具有在单独运行时负荷率不超过 50 的容量 4 任一路电源故障都应报警 二路冗余的电源应通过二极管切换回路耦 合 在一路电源故障时自动切换到另一路 以保证任何一路电源的故障均不会 导致系统的任一部分失电 5 每个 IO 机柜配备二套德国威德米勒冗余直流电源 其中 24V 系统电源 采用 1 1 冗余配置方案 5V 系统电源采用 2 1 冗余配置方案 3 3 1 1 4 4 软件版本软件版本 Win2000 supmax800 3 3 1 1 5 5 历史站配置 历史站配置 历史站支持网络冗余和工作备用历史站之间的冗余 历史站通过两块的以太网卡同 SUPMAX800NET 网络连接 当工作的网络出错时 服务器会自动切换到另一条网络 保 证系统的稳定性和控制的连续性 通过 C 网在工作和备用的历史站之间冗余数据 备 在一个大的系统中 服务器可以采用分布处理方式 以减轻单机的负荷 上面 的这些任务可以完全由单机承担 也可以分配给两台或更多的计算机 如图四所示 在这 种方式下 服务器的任务被分配到四台计算机 大大减轻了单机的负荷 优化了系统的性 能 3 3 1 1 5 5 网络设计方式 网络设计方式 本网络又名为SUPMAX800NET 网络 是全冗余的 100M 高速以太网络 由完全独 立的两条网络组成 SUPMAX800NET 网络是 SUPMAX800 系统的主干网 连接了所有的 工作站和 DPU SUPMAX800NET 符合国际标准 IEEE802 3 速率为 10M 100Mbps 自适应 采用星形拓扑连接方式 采用有源 HUB 或 SWITCH 作为中继器 SUPMAX800NET 采用 上海自动化仪表股份有限公司自主研发的基于 IP 的 SMCP 通讯协议 取消实时服务器结 构 采用完全对等的方式 减少系统因服务器崩溃造成整个网络瘫痪的风险 本网络拓扑 结构如下 3 3 1 1 6 6 系统控制方案 系统控制方案 1 1 DASDAS 系统系统 由 supmax800 现场控制站实现所有 I O 信号数据采集 并将 运行参数 输入输出状态 操作信息和异常情况等数据实时地提供给运行人员 指导他们安全可靠地操作 同时还进行数据记录和储存 供事故分析信号处理 2 2 MCSMCS 系统系统 模拟量控制系统由 SUPMAX800 的以微处理器为基础的分散 处理单元 DPU 和 I O 模件作为控制系统的硬件 应用模块化算法软件经合 理组态 实现 MCS 各子系统控制功能 这些子系统包括如下 2 1 水调节系统 给水调节系统设计为全程给水调节系统 任务是从启动到满负荷正常运行 的整个过程中维持汽包水位在要求的范围内 低负荷时 如 25 以下 通过调 节给水旁路调节阀来保持汽包水位的单冲量控制 高负荷时 如 28 以上 则 通过调节给水主回路调节阀维持汽包水位 由蒸汽流量 汽包水位和给水流量 组成三冲量控制系统 二者的切换可自动或手动 且是无扰双向切换 在设计 时水位 蒸汽流量经过温压补偿校正 给水流量经过温度补偿校正 2 2 主蒸汽温度调节 主蒸汽温度控制系统由二级减温调节组成 采用串级调节 减温器出口温 度作为导前温度 过热器出口温度为主汽温度 并作为主调参数 负荷 主蒸 汽流量 作为前馈 2 3 燃烧控制 锅炉指令 根据蒸汽母管压力实际值与设定值比较经 PID 运算得总锅 炉指令 然后按比例分配给每台锅炉指令 BD 或者根据总负荷需求按比例分配 给每台锅炉 BD 热量信号 汽包压力微分乘锅炉蓄热系数与蒸汽流量之和 HR 热量信号与锅炉指令高选 HR BD 根据锅炉燃料 风特性曲线拟合相应风量 后 得总风量指令 减去一次风量指令为二次风量指令 SAFD 床温控制 床温为主要控制对象 控制策略是当负荷需求变化时 则一次 风量变化 一次风量变化直接引起床温变化 床温变化则引起给煤量变化 从 而达到床温控制 且满足负荷需求 2 4 一次风量控制 保证流化且按负荷需求 一次风量曲线 微调 2 5 二次风量控制 二次风量指令 SAFD 经氧量校正 为最后二次风量指令 与实际二次风比较 经 PID 运算 调节二次风量 负荷需求不变时 不调一次风 主要通过调节煤来满足床温变化 垃圾量不受控 人工操作 2 6 料层差压控制 通过排渣 冷渣机转速 来稳定 风室压力由布风阻力 和料层差压组成 料层差压由风室压力减空板阻力得到 且对应负荷需求 3 3 炉膛安全监控系统 炉膛安全监控系统 FSSSFSSS 执行对供风系统 引风系统 炉膛压力 汽包水位等进行监视 一旦检测到危 及系统安全的条件时 立即进行 MFT 动作 切断主燃料 迫降减温器 并指出 首次跳闸原因 并给出声光报警信号 进行有关的联锁动作 以保证锅炉的安 全 当出现以下情况时 燃烧系统停止 1MFT 保护逻辑由 DCS 系统组态完成 触发条件为 A 手动 MFT B 引风机跳闸 C 一次风机跳闸 D 两台返料风机跳闸 E 炉膛压力高高 F 风室风压高高 G 风室风压过低 H 汽包水位高高 I 汽包水位低低 J 床温连续高高 K 床温连续低低 L 一次风量低低 MFT 复位 由热态和冷态不同启动条件经过炉膛吹扫后复位 3 3 1 1 7 7 对总线协议的支持对总线协议的支持 本系统采用独立的 HART 协议卡件 可与外部支持 HART 协议的仪表进行通 信 该项目应用超过 800 点 连接了不同厂家的仪表 可以在远程计算机上对 其进行相关数据监测 及零位校正 量程修改等 代替用户亲自到现场 方便 实用 3 3 2 2 SISSIS 系统介绍系统介绍 火电厂厂级监控信息系统 Supervisory Information System 简称 SIS 是为火电厂全厂实时生产过程综合优化服务的厂级监控管理信息系统 本 项目整合 DCS 系统 电气自动化系统 垃圾预处理系统 垃圾吊系统 烟气检 测系统 化水系统 烟气净化系统 热网系统共 8 个系统 4531 个数据点 对其 进行在线监测 计算分析 跟踪查询 提高生产过程运行的质量和效率 节能 降耗 增加企业经济效益 3 2 13 2 1 安全性 安全性 在网络结构设计上将控制系统和管理系统分开 DCS 系统通过 SIS 接口机 连到 SIS 网络 SIS 接口机通过 1 对冗余网卡与 DCS 系统网络连接 以便实时 取得 DCS 系统数据点 同时 通过另一对网卡讲数据传送到 SIS 网络 两对网 卡的设置 既起到物理隔离作用 确保信息安全 又起到单向传输作用 SIS 网络与办公网之间通过硬件防火墙相连 有效防止病毒木马等的入侵 3 2 23 2 2 可靠性 可靠性 数据库服务器采用 部件级冗余 stratus ftserver 工业标注容错服务器 ftserver2000 接口机和管理站配置 p4 3G 512M 80GB 工控机 主交换机与服务器连接配置 两台千兆工业交换机 主交换机和子系统连接配置 百兆工业交换机 数据库平台 supdata 上海自仪 DCS 自主研发 数据存储量大 响应时 间快 压缩比率高 3 2 33 2 3 扩充性 扩充性 系统平台提供多种数据访问方式如 TCPmodbus 串口 Modbus UDP OPC 等 3 2 43 2 4 网络结构网络结构 sis 系统采用 BS 结构 由服务器 管理站 接口机 客户端交换机等连接 成故障快速解决的环网 3 2 53 2 5 应用情况应用情况 该 SIS 系统负责采集 dcs 系统 电气自动化系统 垃圾预处理系统 垃圾 吊系统 烟气检测系统 化水系统 烟气净化系统 热网系统共 8 个系统 4531 个数据点 共绘制 36 数据显示幅画面 10 幅趋势画面 12 张