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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date垃圾焚烧炉工艺垃圾焚烧炉工艺 城市垃圾焚烧发电厂DCS控制系统 设计说明书 目 录1设计目的和工艺说明51.1垃圾焚烧部分51.1.1 焚烧炉工艺51.1.2烟气污染物处理设备及技术61.1.3 结论71.2 公共部分71.3汽轮机部分81.3.1 调节系统81.3.2保安系统81.3.3汽轮机工艺控制设计91.4电力监控部分101.4.1电力设备监控与操作111.4
2、.2 数据采集与监测121.4.3事故追忆功能122系统结构122.1概述122.2系统结构142.2.1概述142.3项目结构142.3.1工厂层级定义142.3.2项目控制区定义152.3.3权限管理182.3.4消息报警功能182.3.5归档设置192.3.6程序运行速率203命名规则203.1层级文件夹203.2CFC203.3位号(tag)命名规则213.4操作台和计算机命名213.5AS站命名223.6机架DP地址定义223.7I/O 机架命名233.8机柜命名规则233.9交换机命名243.10OLM光电转换器243.11网线电缆243.12终端总线计算机IP地址243.13系统
3、总线计算机IP地址253.14MTA253.15安全栅命名263.16安全继电器命名263.17硬件通道符号名273.18MAC地址定义274操作界面274.1总貌区域294.2工作区区域314.3系统功能栏324.4操作员通过以下按钮集来实现标准消息列表。334.5组显示344.6趋势图354.7趋势组364.8系统操作375静态画面395.1概述395.2画面层级定义405.3颜色约定405.4线型约定405.5字体及颜色定义405.6概论425.7通用设置425.7.1PID 参数425.7.2监测块参数 - Measurement Parameters425.7.3Tool-Tip 文
4、本425.7.4流程画面动态元素刷新速率435.7.5工程单位435.7.6动态数据格式435.8项目库 - 控制回路的定义445.9动态图标库455.9.1模拟量监测455.9.2累计量495.9.3PID控制505.9.4手动控制回路585.9.5数字量监测595.9.6数字量控制595.9.7阀615.9.8马达/泵641 设计目的和工艺说明 众所周知，城市垃圾焚烧发电厂的建成和投入使用可极大地解决城市地区的垃圾堆积和环境污染问题，采用生活垃圾焚烧发电的方式既可有效解决生活垃圾污染问题，又可实现能源再生。本控制系统可靠有效的设计完全能满足垃圾焚烧发电的需要，保证垃圾焚烧发电厂的安全、稳定
5、运行。本文主要介绍城市垃圾焚烧发电厂DCS控制系统在垃圾焚烧发电厂的应用，并对工艺流程和控制功能的设计思路进行详细的阐述。1.1垃圾焚烧部分 锅炉出口烟气污染物的浓度，主要取决于生活垃圾的成分和焚烧工况的控制。在相同的焚烧工况下，生活垃圾中含有经焚烧能产生相应污染物的物质越多，则锅炉出口烟气污染物产生的浓度越高，例如含氯塑料的含量越高，则锅炉出口烟气中HCl气体的浓度越高。在生活垃圾未完全分类收集的情况下，只有采取最佳的焚烧工况，尽量减小锅炉出口烟气污染物的浓度。影响锅炉出口烟气污染物浓度的焚烧工况包括炉膛负压、炉膛温度、空气过量系数，烟气在高温、低温区域停留的时间，炉内气体的湍流度等。 1.
6、1.1 焚烧炉工艺 城市垃圾焚烧发电厂装备2条 300t/d生活垃圾焚烧生产线，日处理生活垃圾600t。2台垃圾焚烧炉都从日本荏原公司引进，采用液压控制的双列顺推阶梯式炉排系统，每列炉排又分成4个区，第一区为干燥区，第二、三区为焚烧区，第四区为燃尽区。每个区都是相互交叠的固定炉排与可移动炉排组成，一次风从炉排下方吹人提供垃圾焚烧需要的氧气并冷却炉排，这种炉排结构能使垃圾翻动、破碎并与氧气充分接触。自动燃烧演算装置（ACC）能够根据焚烧炉内的焚烧工况，自动调整每个区的炉排速度与一次风量、一次风压达到最优比例，保证生活垃圾的完全燃烧，释放出大量的热量能使整个炉膛保持在较高温度（850以上），有效的
7、减少 CO、有机污染物等各类污染物的生成。为了保证剧毒的有机污染物得到充分分解，日本荏原公司在焚烧炉的出口设计了很长的绝热水平烟道，使得烟气在850以上的停留时间超过2s，并且在这个烟道的人口处布置二次风（风温可调解）喷口，它能对烟气进行充分的扰动（3T控制法）。在二次风口的左右侧墙上方各布置一只助燃燃烧器，在垃圾发热量较低时，燃烧器自动投人使用保证烟气在焚烧炉的出口处能一直保持在850以上。通过采取上述措施，可以使在焚烧过程中生成的有机污染物绝大部分被破坏分解，最终锅炉出口烟气中有机污染物的浓度得到最大限度的降低。1.1.2烟气污染物处理设备及技术 通过控制焚烧工况可以减少烟气污染物生成，但
8、是还需要经过特殊的烟气净化处理才能达到排放标准。城市垃圾焚烧发电厂采用半干法除酸活性炭喷射滤袋除尘器的处理工艺，并且配备烟气净化处理自动控制系统及烟气在线监测仪。这样就可以保证烟气净化处理系统稳定、连续地运行，有效地去除烟气污染物。 在半干式洗涤塔中，雾状的Ca(OH)2与烟气中的酸性气体如SO2、HCI、HF等经过充分接触，发生酸碱中和反应，除去绝大部分酸性气体。酸性气体净化处理系统由石灰浆制备系统、雾化喷入系统、半干式洗涤塔、袋式除尘器等组成。石灰浆制备系统主要由石灰粉储罐、硝化器、储浆罐、浆泵组成，按照烟气中酸性气体浓度的大小连续提供合适浓度（根据烟气在线监测仪监测到的各酸性气体的浓度）
9、的石灰浆。雾化喷人系统是利用压缩空气，将石灰浆雾化后在洗涤塔喉部喷人。石灰浆的喷人位置在半干式洗涤塔的喉部，此处烟气流速较高能与石灰浆雾滴充分混合、接触反应，并且一起向下流动（下进气，反之则为上进气）。洗涤塔的高度决定了反应时间，它不但可以使石灰浆雾与酸性气体充分反应，达到极高的去除效率，而且还可以把反应产物（CaSO3、CaC12）中的水分蒸发，成为干燥的颗粒物，其中较大的颗粒从洗涤塔底部排出，较细小的颗粒随着烟气横向随烟气通过后续的滤袋除尘器时被捕集。这种半干式的烟气净化处理工艺除了反应效率高，石灰浆利用率高之外，还有反应时间短、可以获得干燥的反应产物的优点。1.1.3 结论 采用了炉内控
10、制焚烧与尾部烟气净化处理相结合的措施后，城市垃圾焚烧发电厂垃圾焚烧系统排放的烟气污染物浓度将可以控制在较低的水平。1.2 公共部分生活垃圾焚烧厂渗滤液成分复杂，含有高浓度有机物和盐分，如果直接回喷至焚烧炉内焚烧处理，产生的成本折合成燃料计算成本将高达122m，相比之下，将垃圾渗滤液集中进行生化处理是一种经济有效的解决办法。据研究，生活垃圾在堆酵48h后，实际脱水率为12左右，垃圾整体减重可达20左右。焚烧厂垃圾渗滤液中氨氮含量高，可生化性较差，常给生化处理带来一定的难度，采用厌氧处理后，渗滤液中一些难降解有机物被酸化水解成易于生化的小分子化合物，氨氮含量随着苯胺类化合物等的分解还会有一定程度的
11、升高。垃圾渗滤液中铁、铅、锌、钙的浓度均较高，采用一套合适的工艺对处理效果致关重要。垃圾渗滤液经过细格栅后，除去渗滤液中的悬浮物及漂浮物，进入调节池，经泵提升至UASB上流式厌氧反应器进行厌氧发酵，产生的沼气接至垃圾焚烧炉助燃，污泥脱水后填埋或焚烧，出水加CaO调碱度后自流进入SBR反应器。SBR是一种具有较好的脱氮除磷功能的循环间歇处理工艺，整个系统经历进水期、反应期、沉淀期、排水期和待机期5个阶段，而SBR反应器又分为三个区：一区为生物选择器，二区为兼氧区，三区为好氧区。出水流经生物选择器区，既可提高系统的稳定性，防止产生污泥膨涨，又可发生比较显著的反硝化作用。出水自生物选择器进入兼氧区和
12、好氧区，该区主要完成降解有机物和硝化/反硝化过程。再经沉淀期后外排。1.3汽轮机部分汽轮机控制系统包括调节系统和保安系统。1.3.1 调节系统 调节系统是为了保证汽轮机组稳定运行和获得运行所需的静态特性；保安系统的作用则是当机组出现危险工况时，保护机组的安全。 汽轮机的主要用途，是用来驱动发电机发电，向用户输送电能。发电用汽轮机分为凝汽式和中间再热凝汽式。另有一些型式的汽轮机，除驱动发电机发电外，还在其中某一级或一级以上抽汽，向热用户供热。这些汽轮机称为热电联供机组或称供热机组。发电用汽轮机具有转速调节系统，简称调节系统，用来维持机组等转速运行，以保证所提供的电能频率稳定。热电联供汽轮机，除具
13、有调速系统外，还具有调压系统，用以维持供热抽汽压力的稳定。转速调节和抽汽压力调节是汽轮机的基本控制策略。 调节系统由测速元件，给定机构放大器和执行机构等环节组成。根据这些环节功能不同，可将调节系统划分为两部分，即控制器和执行器。控制器的主要任务是完成控制策略运算，执行器的任务是根据调节器（控制器）的运算结果驱动和定位调节机构。 液压调速系统控制器，由调速器、同步器、放大器、信号分配器等环节组成，控制策略为转速有差调节。由调速器和同步器给出转速偏差信号，经过液压放大器放大，形成总阀位信号，经过信号分配器控制各执行器，即油动机，由油动机驱动和定位汽轮机的调节机构，即调节阀。单机运行时，同步器用来调
14、整汽轮机转速；并网后，同步器用来调整分配给本机的负荷。 为了适应现代汽轮机控制系统复杂的控制策略，数字电液控制系统应运而生。数字电调称为纯电调或称全电调，简称DEH。DEH控制器由微机系统组成，执行器由多个油动机组成的液压执行系统。1.3.2保安系统 保安系统是汽轮机控制系统不可分割的部分。各种汽轮机保安系统的组成大致相同，主要包括超速保护系统、危急遮断系统、挂闸系统和各种试验系统。其中遮断系统与汽轮机监视系统TSI（Turbine Supervisory Instrumentation System）的遮断信号和其它设备来的遮断信号接口。1.3.3汽轮机工艺控制设计 本系统针对的汽轮发电机组
15、采用抽凝式。它的热工检测及控制系统可以分为：模拟量控制系统（MCS）系统，顺序控制系统（SCS），数据采集系统（DAS）和紧急跳闸系统（ETS），这几个系统按照目前的计算机的安全系数，可以将这几个部分用一个集散控制系统来完成，通过一个系统将这几个部分有机的结合在一起，实现功能的统一，减少了维护人员的工作负担。汽轮发电机组的工艺流程图如下所示。1.3.3.1模拟量控制系统（MCS） 在汽轮发电机组中模拟量控制系统中，都是单回路调节控制，一般分为：除氧器水位和压力调节系统、高压减温减压器的温度和压力调节系统以及低压减温减压器的温度和压力调节系统。1.3.3.2除氧器压力调节系统 在除氧器压力调节系
16、统中，机组启动期间使用的是减温减压器来的蒸汽，机组正常运行后使用的汽轮机的调整抽汽，这样来维持除氧器压力在预先的设定值；在正常运行工况，设定值跟踪除氧器压力。在除氧器压力调节系统中，除氧器压力测量值与给定值一起送入PID中进行运算，运算结果用来调整除氧器压力调节阀，维持除氧器压力在预先设定值。1.3.3.3 除氧器水位调节系统 除氧器水位调节系统中使用的水是来自脱盐水，通过调节脱盐水管道上的调节阀来控制除氧器的水位。除氧器控制如图所示 1.3.3.4减温减压器调节系统 高温减温减压器系统和低温减温减压器系统的工作原理都是一样的，它们都是通过调节进入减温减压器的蒸汽量调节阀来控制减温减压器出口的
17、蒸汽压力，同时通过调节进入减温减压器的减温水调节阀来控制减温减压器出口的温度。因为高温减温减压器和低温减温减压器都是相同的工作原理，所以他们都是单回路控制，控制手段非常的简单。减温减压装置控制如下图所示 1.4电力监控部分 ECS监控系统(Electric Control System)主要对城市垃圾焚烧发电厂的电力设备包括发电机、变压器、断路器以及隔离开关进行远程的状态监测和操作控制，并通过PROFIBUS总线通讯技术实现与其他电力智能设备（例如UPS、直流屏、电度表、励磁装置、同期装置、快切装置）通讯,从而对重要的电力参数进行监测、记录和管理, 实现四遥（遥测、遥信、遥控、遥调）功能. 通
18、过全厂电力设备的一体化管理,提高城市垃圾焚烧发电厂电力监控的自动化水平。监控主画面 1.4.1电力设备监控与操作 操作员通过DCS监控画面可对电厂所有电力电气设备进行监视和控制，实现发电厂机组电气自动化,包括发电机保护、变压器保护、联络线保护、厂用电系统、发电机录波、励磁、同期、UPS、直流系统、电度表等的监控和管理。电厂监控系统可以实现不同对象的分区分权限管理功能。 发电机监控画面1.4.2 数据采集与监测 信号类型有模拟量信号（电流、电压、有功功率、无功功率、频率、功率因数、温度等）,开关量信号（位置及状态信号、事故信号、预告信号、BCD码、公用信号等）和智能接口数据（发电机励磁装置、微机
19、保护数据、电度量采集数据、火灾报警系统数据、智能直流系统数据等）。ECS监控系统对采集的电力数据进行实时的显示,并保存在系统的数据库里，供操作员查询、分析。1.4.3 事故追忆功能当发电厂的线路、母线、主变发生短路或接地故障，主变、电容器、电抗器本体等出现故障，引起保护及自动装置动作，开关跳闸，产生事故总信号时，系统将把事件过程中各测点的动作顺序，以毫秒级的分辨率正确记录下来，进行显示、打印和存贮，供事故分析、处理和查询。每条信息包含发生的时间、描述及动作状态。系统可无限期保存事件顺序记录条文。SOE的分辨率为1ms。事故追忆功能可按用户需求自行配置事故前后的数据记录间隔和数据长度来分组记录事
20、故时数据。系统同时存贮24个以上的事故追忆报告，事故追忆的触发可以是开关的事故跳闸或人工触发。系统支持多重事故追忆。2 系统结构 2.1 概述在城市垃圾焚烧发电厂中，电气项目为一套DCS系统。在DCS系统中采用单站方式有，4个DCS客户机操作站， 2个工程师站，一个OPC服务器，一个中央归档服务器，4台打印机。在DCS中由SIEMENS工业级以太网交换机SCALANCE X216和X204-2构成两级数据传输速率为100Mbit/s环型网络，系统总线与终端总线。在环型网络的某一个节点出现故障时，环形网络会在0.3秒内重建通讯通道。现场系统总线与DCS系统总线之间通过冗余光缆连接，通讯速率为10
21、0Mbit/s。一个为Standby Master, 一个为Standby Slave，当Master通讯中断时，系统自动切换到Slave通讯。DCS中的工程师站和操作员站提供大部分的工程操作和数据归档功能.整个系统的结构可以分为2层：控制器层：通过现场总线层实现对现场仪表的监测和输出控制；系统网络层：所有现场控制器,工程师站，操作员单站通过系统网络连接到一起。2.2 系统结构2.2.1 概述如下的是关于系统结构总貌。ESRedundant ISO 100Mbps Fiber Ring System BusRedundancy ServerCity Garbage DCS ProjectFib
22、er-Optic Cable for EthernetTwist Cable for EthernetProfibus DP100Mbps Terminal BusOS1ET200M锅炉1417HProfibus DP.ET200M锅炉2417HProfibus DP.ET200M汽机417HProfibus DP.ET200M电气系统414HProfibus DP.ET200M公用系统414HProfibus DP.OS2OS3OS4值长站SIS接口机历史站DLPLaser Prt 1Laser Prt 2图2-1：系统结构总貌2.3 项目结构2.3.1 工厂层级定义通常来说，建议在项目中定
23、义清晰的工厂层级结构，如下图所示。一个工厂有若干过程区域，一个过程区域分为若干单元，一个单元分为若干子单元，最多可以扩展8级。在每个子单元下可以定义若干现场回路，与这些现场回路相关的流程画面与这些回路逻辑定义在相同的子单元目录下。此项目层级结构原则如下：工厂层级层级类型HMI对应画面1单元单元总貌图2工艺段工艺段原则流程图3子工艺段对应流程图表2-1: 层级结构定义2.3.2 项目控制区定义控制系统分为1个操作区，12个控制区，如下表2-1相同控制区（Ctrl No.）的单元属于同一操作区，同属同一控制区的操作员站可以控制同一区内的所有单元数据，同时对同属同一操作区的其它单元只有监视权限。Ar
24、ea No.Ctrl No.PH1PH2Unit NameDCS Client11Oxidation氧化11OxidationPID-2/30异丙苯碱洗11OxidationPID-3/4氧化进料槽11OxidationPID-5氧化进料预热11OxidationPID-6空气碱洗塔11OxidationPID-7第一氧化塔11OxidationPID-8第一氧化塔外循环11OxidationPID-9第二氧化塔11OxidationPID-10第二氧化塔外循环11OxidationPID-11第三氧化塔11OxidationPID-12第三氧化塔外循环11OxidationPID-13氧化出
25、料11OxidationPID-14/17氧化泄放槽11OxidationPID-15氧化尾气催化处理11OxidationPID-16氧化尾料11OxidationPID-16氧化尾料12Condense提浓12CondensePID-18一级提浓塔12CondensePID-20二级提浓塔12CondensePID-19/21/23/24提浓冷凝真空12CondensePID-22提浓出料12CondensePID-30CHP排液收集13Break-up分解13Break-upPID-25硫酸13Break-upPID-26分解反应器13Break-upPID-27/29分解出料13Bre
26、ak-upPID-28二级分解13Break-upPID-31/32中和13Break-upPID-33中和洗涤13Break-upPID-34/36中和聚结丙酮汽提13Break-upPID-35MHP分解13Break-upPID-71B酚放净槽14Acetone丙酮14AcetonePID-38/39精馏进料槽14AcetonePID-40/42粗丙酮塔14AcetonePID-41粗丙酮塔顶出料14AcetonePID-43/47精丙酮塔14AcetonePID-44/45/46精丙酮塔顶出料15Phenol苯酚15PhenolPID-48粗苯酚塔15PhenolPID-49/50粗苯
27、酚塔顶出料15PhenolPID-51/52/53重组分塔15PhenolPID-54脱烃塔15PhenolPID-55/56脱烃塔顶出料15PhenolPID-57/58苯酚第一树脂床15PhenolPID-59苯酚第二树脂床15PhenolPID-60精苯酚塔15PhenolPID-61/62精苯酚塔顶出料16AMSAMS16AMSPID-63/64AMS水洗碱洗16AMSPID-65AMS塔16AMSPID-66/67/68AMS塔顶出料16AMSPID-69加氢反应器16AMSPID-70加氢反应器出料16AMSPID-71A酚放净槽17Extraction萃取 17Extractio
28、nPID-72脱酚进料槽17ExtractionPID-73/78酚水槽17ExtractionPID-74/74A放空洗涤塔17ExtractionPID-75萃取塔17ExtractionPID-76溶剂再生槽17ExtractionPID-77脱酚溶剂槽18Utility公用工程18UtilityPID-79/80硫酸槽18UtilityPID-81激冷水18UtilityPID-82/83碱液18UtilityPID-84/85/86蒸汽18UtilityPID-87/88冷冻水19Storage-tank中间罐区 19Storage-tankCumeneTank异丙苯槽/污水隔油池1
29、9Storage-tankAcetoneTank丙酮产品槽19Storage-tankPhenolTank苯酚产品槽19Storage-tankAMSTank粗MAS槽/污水水槽110FG可燃气体报警 110FGCentralphase中间罐区 110FGNewphase新区110FGOldphase老区表2-2: 操作控制区定义表2.3.3 权限管理 对每个装置设置三个不同级别的操作用户组，即操作员，工艺工程师和仪表工程师级别。Group 组Rights 权限Monitoring 监视用户只监视过程参数，不操作；Operator 操作员基本的参数设定，操作；Technical工艺工程师上述所
30、有，PID参数的修改，高报警和低报警的修改；Engineer 仪表工程师高高报警、低低报警的修改，及其它所有系统功能表2-3: 功能/权限分类根据如上所示权限定义，对于PCS 7的权限设置具体如下：功能描述监视权限操作员权限工艺工程师权限仪表工程师权限User Administration用户管理调用用户管理员，进行更改 YESAuthorization for Area区域权限变更区域YESYESYESYESSystem change 系统切换变更系统状态YESMonitoring 监控显示工厂状态YESYESYESYESProcess controlling过程控制变更过程值YESYESY
31、ESHigher process controlling高级过程控制变更/设置参数YESYESReport system报表系统启动报表编辑器YESArchive controlling存档控制对存档数据进行备份YESSystem系统系统功能，如退出Wincc,仿真YES表2-4: 权限分配2.3.4 消息报警功能 操作记录信息操作员站会生成包括所有的操作员命令的操作记录信息。每次当操作员给出命令或通过面板改变参数的时候，操作信息会被记录。过程报警消息记录WINCC从现场控制器中获取报警或消息，并且按顺序将它们输入消息记录中。在PCS7 系统中消息/报警分为以下七类，对每类消息&报警可以定义优
32、先级，从1到16，数值越大优先级越高，优先级缺省设置均为1 。对于抚顺项目的消息优先级设置定义如下消息类型描述报警优先级Warning above/below高/低报警1Alarm above/below高高/低低报警2PLC Process Control Message FailurePLC 过程控制消息 故障3PLC Process Control Message ErrorPLC 过程控制消息 错误3OS Process Control Message FailureOS过程控制消息 故障3Preventative Maintenance Standard预防性维护消息 标准2Proc
33、ess Message - With Acknowledgment过程消息 可确认1表2-5: 消息优先级定义2.3.5 归档设置 对于所有模拟量和消息归档设置，分为短期归档和长期归档。所有短期归档数据都存在于现场单站中，长期归档数据存在于中央归档服务器中。在操作员站或服务器中已包括一个高性能归档系统，基于Microsoft SQL Server，带有用于短期保存过程值（通常1至4个星期）和消息/事件（通常2个月）的循环档案。短期档案数据可以通过时间控制或事件控制方式导出到中央归档服务器中抚顺项目数据归档速率设置如下：类型短期归档长期归档存档速率压力YesYes2s其他YesYes5s表2-6: 数据归档速率定义2.3.6 程序运行速率 现场控制器中所有的程序都是以循环的方式在运行，对于417H冗余控制器，有不同的中断循环块，因此可以将更为重要的控制程序放到中断优先级较高，中断循环时间更短的中断循环块中。通过这种方式，可以优化程序的执行效率，提高过程控制的性能。具体的设置如下：DCS模拟量监视数据PID、阀、通讯程序冗余AO通道驱动块执行速率1s200ms100ms50ms中断循环块OB34OB34OB35OB36过程映像区PIP1PIP1PIP2表2-7: DCS中断循环块定义-