西门子全集成自动化解决方案在宁波市垃圾焚烧发电厂的应用

1、    西门子全集成自动化解决方案在宁波市垃圾焚烧发电厂的应用前言：众所周知，环境保护是构建和谐社会，落实科学发展观的一个重要组成部分。近年来，随着我国经济增长和人民生活水平的持续提高，城市生活垃圾产生量不可避免地快速增加，垃圾构成成份也在发生着变化。如何科学、经济并有效地进行垃圾处理并充分利用这些资源变废为宝已成为世界范围共同关注的环境保护问题。垃圾焚烧发电作为城市生活垃圾处理的一种方式，正在受到越来越多的重视并被认为是目前无害化、减量化和资源化的最有效的前言：       

2、0;众所周知，环境保护是构建和谐社会，落实科学发展观的一个重要组成部分。近年来，随着我国经济增长和人民生活水平的持续提高，城市生活垃圾产生量不可避免地快速增加，垃圾构成成份也在发生着变化。如何科学、经济并有效地进行垃圾处理并充分利用这些资源变废为宝已成为世界范围共同关注的环境保护问题。垃圾焚烧发电作为城市生活垃圾处理的一种方式，正在受到越来越多的重视并被认为是目前无害化、减量化和资源化的最有效的垃圾处理技术之一。我国“九 五”环境目标中明确指出：“到2010年基本改变生态环境恶化的情况，城乡环境质量有比较明显的改善，建成一批经济快速发展、环境清洁优美生态良性循环的城市和地区。”垃圾处理是我国实

3、现可持续发展道路的重要组成部分，全国各大城市及沿海城市经济发达的地区都在积极采取垃圾焚烧的处理方式。        对于一座现代化的垃圾焚烧发电厂而言，自动化控制系统作为发电厂日常生产运行的中枢，通过对焚烧炉、余热锅炉、汽轮发电机等主体设备和相关辅助设备的工艺参数、状态进行监测，并根据既定控制逻辑与策略，实现对整个生产过程状态监视、运行操作、过程控制、事件报警、联锁保护等功能，对保证机组安全稳定运行、提高生产效率和控制成本起着举足轻重的作用。宁波市垃圾焚烧发电厂简介    &

4、#160;   宁波是我国重要的港口城市和沿海开放城市，也是计划单列市和副省级城市，社会经济发展水平较高。宁波市垃圾焚烧发电厂位于宁波市北仑区小港，占地256亩。采用3台从德国NOELL公司引进的适合处理低热值、高水份生活垃圾的大容量顺推阶梯式焚烧炉和2台6000kW的汽轮发电机组及配套系统。每台焚烧炉的日处理垃圾量可达350t，采用母管制运行，是我国第一个千吨规模、采用主流技术的垃圾焚烧发电厂。电厂的部分运行参数已被吸纳在国家有关标准之内，其建成投运开创了国内同行业“建设速度、投资控制、处理能力、焚烧质量”的新纪录，在我国垃圾处理和资源综合利用领域具有里程碑意义

5、。上海浦西垃圾发电厂及杭州滨江、天津泰新等许多垃圾焚烧发电厂都曾先后组织员工来此进行培训、学习，也从一个侧面印证了宁波市垃圾焚烧发电厂在国内同行业占据的领先地位。宁波市垃圾焚烧发电厂外景面临挑战        相对于传统的火力发电机组而言，垃圾焚烧机组控制系统虽然在规模上不算很大，但由于涉及燃烧控制的参数比较多，控制对象复杂，因此是一个需要根据行业工艺特征专门设计配置控制单元和控制策略算法的复杂系统。宁波市垃圾焚烧发电厂在选择全厂自动化控制系统时，借鉴国外同类企业的成功经验并充分考虑自身情况，对控制系统的要求可归纳

6、为以下几点：1.     高度的系统可靠性        毋庸置疑，考量一套自动控制系统时，可靠性永远是最基本也最重要的先决条件。垃圾焚烧发电厂的控制系统不仅掌控着全厂的生产过程控制，还要根据同一批次不同的垃圾成份快速调整控制程序，以保证焚烧工艺的安全性，严格避免产生二次污染。因此，对于垃圾焚烧发电而言，控制系统可靠性显得尤为突出。2.     灵活、开放的分布式控制体系    

7、;    与传统的火力发电机组相比，垃圾焚烧发电厂的系统构成具有较为明显的独立性。分布式控制系统具有的先进性可满足垃圾焚烧发电的现实可操作性和管理的灵活性的需求并避免“自动化孤岛”的出现。综合国外一些成功案例和控制系统总体发展潮流来看，基于现场总线技术、高度集成的分布式控制系统是垃圾焚烧电厂最佳的选择方案。3. 优越的性价比与较短的开发周期        传统的DCS系统虽然功能强大、技术成熟、广泛应用于火电机组的主控系统，但同时也势必带来高投入及昂贵的运行维护成本，并不符合

8、我国垃圾焚烧发电厂的现状需要，因此，在系统选型过程中，具有突出性价比和易学易用、开发周期短的系统将占有明显的优势。        最终，西门子公司提供的基于Profibus现场总线的SIMATICPCS7过程控制系统在众多颇具实力的竞争者中脱颖而出，担负起了为宁波市垃圾焚烧发电厂保驾护航的重任。上海西门子工业自动化有限公司（以下简称SIAS）除承担了常规控制系统硬件集成及软件组态的工作以外，还开发了专用于垃圾焚烧行业的功能库，操作面板及专用于垃圾焚烧行业的报表系统,同时进行了现场投运配合及操作手册和系统维护手册的编

9、写。宁波市垃圾焚烧发电厂生产工艺垃圾焚烧发电工艺流程图        如图，垃圾由车辆运输进厂后首先经地衡、卸料平台进入垃圾贮坑，垃圾在贮坑内存放时经过发酵、排出渗沥水后可提高进炉垃圾的热值，又使垃圾容易着火燃烧，然后由垃圾抓斗将垃圾投入给料漏斗，再通过水冷式给料斜槽进入焚烧炉，给料炉排定量地向燃烧炉排供应垃圾。燃烧炉排是整个燃烧设备的核心，分左右两区，四级燃烧炉排的速度可根据需要人为进行设定。一、二次风在空气预热器中由汽机抽汽加热。加热的一次风供应到干燥区和燃烧区炉排下。末级炉排是燃尽区，不需要预热空气。二次风在

10、第一烟道的前后墙同一高度上喷入，以使助燃空气和烟气充分混合并充分燃烧。燃烧器用以保证炉温维持在850以上至少2秒以防止垃圾低温燃烧时产生有害气体。燃尽的垃圾从最后一级炉排离开焚烧炉落入灰渣贮坑中。燃烧后的烟气通过余热锅炉的受热面，产生过热蒸汽，来驱动蒸汽轮机发电。炉渣通过渣车送至专门设置的炉渣处理厂实现相应的循环利用，冷却的烟气经过喷加石灰和布袋除尘净化处理后排出，同时，烟道还随时添加活性炭用以除去可能由二次污染产生的有害气体。 实施方案全厂DCS控制系统结构示意图        宁波市垃圾焚烧发电厂三炉

11、二机DCS控制系统从功能上可以划分为工厂级、车间级和现场级三个层次：1.     工厂级(上层、管理层)        设置在中控室的上位系统采用客户机服务器（C/S）结构，通过遵循TCP/IP网络协议的100Mb快速冗余以太网进行计算机间的管理数据交换，所有的站点均通过4个智能交换机OSM连接到系统中。配置工程师站（ES）一套，用于工程项目的组态、系统运行的监视，Profibus-PA现场总线仪表的维护。ES站兼做服务器（OS SERVER），完成实时数据的采集、

12、历史数据的记录及报警信息的发生记录。系统配置冗余的OS SERVER一台，兼做操作员站，和ES站一起完成实时数据采集。当ES站发生故障时，冗余OS SERVER承担主SERVER功能，等ES恢复后，冗余SERVER将ES在故障期间的过程历史记录送往ES站，从而保证ES站数据的完整性。这种SERVER间的切换对操作员是无扰动的。另配置三台客户端（OS CLIENT）作为操作员站，从SERVER获得过程数据并可进行相应操作，其中两台OS CLIENT配备双显示屏，另一台配备大屏幕显示器。上位机监控主界面宁波市垃圾发电厂中央控制室2.     车间级

13、(中层、监控层)        车间级负责过程控制和过程管理，用于与控制室、现场控制设备和各现场控制装置间的数据连接，是管理级与现场级之间的枢纽。硬件部分设置了3对AS417H冗余控制主站，其中1号站控制1号焚烧炉、1号汽轮发电机；2号站控制2号焚烧炉、2号汽轮发电机；3号站控制3号焚烧炉及配电部分等外围设备。冗余控制主站通过PROFIBUS双总线结构与ET200M远程I/O站挂接，所有炉侧和机侧的I/O站均在就地放置，这样大大节省了现场的电缆投资和敷设施工工作量。SIMATIC PCS7的每对控制站均通过CP44

14、3-5 EXT通讯模块以PROFIBUS-DP总线方式和NOELL公司的自动焚烧优化控制系统（ICP2000）进行通讯，实现垃圾给料调节和燃烧空气调节的优化控制。控制点数统计：AI:702点、AO:144点、DI:1344点、DO:384点中控室控制柜PCS7冗余控制主站与远程I/O站机柜3.     现场级(低层)        现场级主要由一次仪表、控制设备等组成。其功能主要是对系统设备的状态、传感器参数进行监测，并把这些监测到的数据上传，同时接受车间级下达的指

15、令对执行机构进行控制。        在本套DCS系统中，每台炉的烟道压力、烟气净化装置进出口压力等共27点的压力信号通过SIEMENS的PA仪表（SITRANS P压力变送器）及DP/PA LINK连接到冗余的PROFIBUS现场总线上。SITRANS P压力变送器除了具有精确测量的能力和高耐用性能外，还具有技术先进友好的用户界面，操作员通过西门子过程设备管理器软件（SIMATIC PDM）可方便地实现PA仪表的远程组态和维护。SITRANS P压力变送器系统优势    &

16、#160;   西门子公司创新一代的过程控制系统SIMATIC PCS7凭借着基于全集成自动化理念，适用于所有过程工业领域应用，并集成最新的PROFIsafe故障安全体系和丰富的各行业专家控制系统，可实现各行业的节能增效，并确保现场设备的安全稳定运行。具体到本案例，不难发现SIMATIC PCS7系统显现出如下的突出系统优势：1.     全集成自动化        SIMATIC PCS7是基于全集成自动化思想的系统，其集成的核心是统

17、一的过程数据库和唯一的数据库管理软件，所有的系统信息都存储于一个数据库中而且只需输入一次，这样就大大增强了系统的整体性并保证了信息的准确性，使用单一的控制系统平台，可以代替传统系统中多套不同厂商、多种技术规范的复杂产品组合，使得全厂自动化的系统集成与日常维护工作都大大简化，相应的资金投入也大为减少。2.     冗余性能        本方案中DCS系统冗余的AS417H主控制器，加之双现场总线结构，使得全套系统具有了优异的整体容错控制性能，即当前的系统出现模块、线

18、缆等故障时，可在极短时间内无扰动地切换到一个备用系统，这样就可降低停产的可能性，避免由此发生的生产损失。充分体现了“高效、可靠、安全”的现代化控制系统的先进特征。3.     系统开放性        由于SIMATIC PCS7基于标准的工业以太网及现场总线协议构建，因此系统具有很强的开放性，无论是与PA智能仪表，还是专业垃圾焚烧优化系统都可以方便地实现无缝集成，完成相应的数据交换与传输而无需额外开发通讯接口。 运行状况与预期        本系统由上海西门子工业自动化有限公司负责实施和维护，自投入使用后，经过长期的生产实践表明，全厂控制系统整体运行状况稳定可靠，达到预期的垃圾焚烧控制要求，得到厂内领导的一致认可。该集散控制系统不仅易学易用、方便操作和管理、提高劳动效率，而且通过高度自动化、智能化的控制方式有效降低了垃圾处理成本。据统计，垃圾经过焚烧产生的残渣相对于焚烧前减重达75%，减容达85%，通过垃圾焚烧余热发电、焚烧后的残渣制砖、实现了资源的高效回收利用，取得良好的经济效益和社会效益。在宁波市成功创建“国家环保模范城市