1、 - 1 -焚烧炉电气及控制系统 1概述 焚烧炉电控系统工程范围包括焚烧炉 ACC 控制系统、焚烧炉液压控制系统、焚烧炉燃烧器控制系统。 2系统目标 焚烧炉电气控制系统的总目标： 1、结合多年成功实施、完成的焚烧炉控制系统的工程经验，保证将系统建成为一个质量优、标准高、投资省、效益好的工程。 2、所供设备先进、可靠，维护方便，采用新技术、新工艺并在相关工程中有较好业绩的国外、国内成熟产品。 3、在正常生产的条件下，焚烧炉控制系统使焚烧炉生产水平达到设计要求。 4、提供一套具有先进的操作、维护和管理功能的监控软件系统，确保所有被监控设备高效、可靠地运行。本投标方案及所提供的设备能够满足各系统连续
2、、长时间、可靠工作的需要。 - 2 -3系统组成 整个焚烧炉控制系统由焚烧炉 ACC 控制系统、液压站控制系统、燃烧器控制系统组成。 1、焚烧炉 ACC 控制系统 焚烧炉 ACC 控制系统主要由监控工程师站、焚烧炉 ACC 控制柜组成，该系统采集过程数据、控制焚烧炉设备运行、对外提供数据，实现垃圾焚烧炉的正常生产。 2、液压站控制系统 液压站控制系统实现对液压泵站启动、停止、保护、连锁自动控制，为焚烧炉炉排的运动提供液压动力。该系统有独立的控制器，可以作为焚烧炉 ACC控制系统子系统，采用硬接线方式由焚烧炉 ACC 控制站进行控制。 3、辅助燃烧器控制系统 辅助燃烧器控制系统有独立的控制器，能
3、够实现辅助燃烧器的自动化控制。该系统作为焚烧炉 ACC 控制系统的子系统，ACC 控制系统通过硬接线控制辅助燃烧器的启动、停止。 - 3 -焚烧炉ACC控制系统 1概述 焚烧炉系统仪表及控制设备众多，焚烧炉 ACC 控制系统统一协调、控制、管理给料炉排、焚烧炉炉排、燃烧风系统、焚烧炉输灰系统、燃烧器系统，实现焚烧炉高度自动化运行。焚烧炉 ACC 控制系统实现焚烧炉整个生产过程的自动化控制，同时具备监控、显示、操作、维护、通信等诸多功能。 系统特点： 1、 可靠性 选用符合工业级标准的成熟定型产品，所采用的设备均是经现场成功使用的设备； 具有计算机系统辅助诊断及修复功能； 具有抗干扰及防雷等措施
4、； 2、开放性 ACC 控制系统对用户完全开放。自控设备的增减、控制方案的选取、系统的扩缩，用户都可以自己完成，所有硬件接口、软件协议全部按开放性的标准设计、编制，这为用户今后系统的扩展，提供了硬件和软件保证。 开放式结构，易于系统功能的扩展和升级； 模块化结构，使系统的维护和新增功能更为简单有效。 3、实用性 操作方便、简单易学、界面清楚、功能实用是我们设计的另一原则。在大方、美观的前提下，不片面追求过份的、华而不实的空架子，让用户感受到真实的情况。 全功能的汉字处理和汉字显示； 生动的在线汉字提示； - 4 - 生动的图控技术，可使操作员通过热键或鼠标来发布各种指令或切换画面； 通用的计算
5、机及通讯软件； 能准确反映各工况的真实情况； 能迅速将控制指令可靠的发给执行机构，既能独立、又能监控，当控制室的 DCS 出现故障时， ACC 控制系统能与系统脱开，操作人员通过工程师站实行现场独立工作。 4、规范化 ACC 控制系统在方案设计、设备选型、图纸设计、软件设计、设备安装、系统调试等过程中，都严格按照设计规范执行。为 ACC 控制系统的安全运行、日常维护、更新换代等提供了技术保证。 2系统功能 1、 焚烧炉 ACC 控制站 它是整个焚烧炉 ACC 控制系统的核心部分，控制站采用西门子 S7-400 系统作为硬件平台，主要负责： （1）现场仪表及设备运行数据采集。 （2）阀门、电机等
6、执行机构控制 （3）控制其它子系统，包括：液压站控制系统、燃烧器控制系统。 （4）执行 ACC 控制程序。 2、焚烧炉工程师站 工程师站配备电脑 1 台，安装组态软件及编程软件，主要负责： （1）对整个 ACC 系统的数据进行监视 （2）维护 ACC 控制站 （3）设置系统参数 （4）保存历史数据。 - 5 -3、系统功能 自动燃烧控制系统功能按下述要求设置（但不限于以下内容）： （1）测量和记录燃烧室及余热锅炉各受热面处的烟气温度 （2）测量烟气中的氧气含量 （3）调节垃圾的给料量 （4）调节炉排的移动速度或频率 （5）火焰位置控制 （6）提供有关人身和设备安全的所有联锁保护 （7）测量和调
7、节风量、风温、送风比例。（如一次风、二次风） （8）测量和调节辅助燃料、炉内喷氨和渗滤液量。 （9）自动燃烧控制系统纳入全厂 DCS，中央控制室能得到下列信号： 1) 所有报警 2) 设备状态 3) 电动机启动和停止 4) 驱动装置、风门和阀门的位置 5) 测量的参数（如温度、压力、料位、流量等） 6) 能启动停止设备 7) 能开关风门和阀门 8) 能改变设置的参数 - 6 -3设备选型 1、ACC 系统控制站 ACC 控制站采用西门子 S7-400 系统，是用于中、高档性能范围的可编程控制器。模块化及无风扇设计，坚固耐用，容易扩展和广泛的通信能力，容易实现分布式结构以及友好的操作是S7-40
8、0成为中高档性能控制领域首选的理想解决方案。 -CPU 采用 412-2DP：(6ES7 412-2XJ05-0AB0) -模拟量输入模块（AI）: 6ES7 431-7QH00-0AB0 输入点数：16 点 输入范围：4-20mA 分辨率：13 位 -模拟量输出模块(AO)： 6ES7 432-1HF00-0AB0 输出点数：16 点 输出范围：4-20mA 分辨率：13 位 -数字量输入模块(DI)：6ES7 421-1BL01-0AA0 输入点数：32 点 输入电压： 24VDC -数字量输出模块(DO)：6ES7 422-1BL00-0AA0 输出点数：32 点 输出类型：工作电压 2
9、4VDC（外配继电器） -通信模块 CP443-1 通讯接口：支持工业以太网通信， 支持西门子 S7 协议、FETCH/WRITCH。 PLC 与工程师站之间，西门子 S7 协议。焚烧炉 ACC 控制柜 PLC 系统提供以- 7 -太网结接口与第 3 方通信，采用 OPC、或西门子 FETCH/WRITCH 协议。当采用 OPC方式时，焚烧炉 ACC 控制系统只能作为 OPC 服务器运行，不能作为客户端。 2、ACC 系统工程师站 型号：Oplex3020 系列； 品牌：DELL 技术参数： （1）处理器： i5 （2）内存：4 GB （3）硬盘： 1T （4）操作系统：WINxp （5）端口
10、：1 个串口、1 个鼠标接口、1 个显卡接口、1 个键盘接口、1 个 VGA 接口； 1 个 RJ-45 网络接口； 5 个 USB 2.0 端口； （6）光驱：DVD-R/RW； （7）显示：23 寸宽屏； 3、组态软件 采用西门子 WINCC7.0，并有以下特点： （1） 全新中文界面，使用方便、灵活、简单易学； （2）真正 32 位程序，多任务、多线程； （3）256 色调色板，精美工具箱，21 种动画连接； （4）精美图形库，大量工业标准元件； （5）支持 ActiveX 控件，增加温控曲线、X-Y 轴曲线、列表框、动感按钮等几十种功能控件； （6）支持多媒体、语音报警、视频输出等；
11、（7）操作员口令保护、操作过程记录，完整的系统安全防范； WINCC 是在国内广泛使用的自动化监控软件产品之一，在国内各个行业均有- 8 -广泛的应用。多年来，光大环保在多南京、宁波、博罗等多个焚烧炉控制系统中应用了 WINCC 软件。它可靠的性能、强大的功能、简洁美观的操作界面得到了用户的一致认可。 - 9 -4控制方案 机械炉排的 ACC 燃烧控制系统是一个参数多变、变量众多、变量之间强耦合系统。控制系统控制变量：控制锅炉蒸汽负荷、炉膛温度、烟气氧量、热灼减率。 其中 3 个变量之间有很强的耦合特点，烟气氧量会引起炉膛温度变化，炉膛温度会影响锅炉蒸汽负荷。 并且变量响应时间也有很大差异。蒸
12、汽负荷、热灼减率是一个大滞后变量，炉膛温度、烟气氧量是可以快速相应的变量。 各个控制变量的控制方式也各部相同。蒸汽负荷主要受到给料量、一次燃烧风量、垃圾热值等因素控制。炉膛温度主要受到焚烧炉炉排炉排翻动频率、垃圾停留时间等因素控制。烟气氧量基本有二次风风量快速调节。 垃圾热灼减率主要受到垃圾停留时间控制。 4.1控制原理 ACC 自动燃烧控制系统主要实现以下目标：蒸汽负荷控制，炉膛温度控制，垃圾给料控制，垃圾焚烧控制，燃烧风控制，烟气氧含量控制，热灼减率控制等。 对于不同热值的垃圾，为了保证充分燃烧，需要调整垃圾停留时间。垃圾停留时间主要通过调整垃圾焚烧炉炉排基准速度以及焚烧炉滑动炉排运动间隔
13、来实现。 - 10 - 4.2蒸汽负荷-一次风控制 图 3 一次风负荷控制系统原理框图 控制策略由以下几个控制器组成： 以锅炉蒸汽量 Q 作为控制目标。 4.3氧量控制 图 4 氧量控制系统原理框图 氧量控制器根据给定氧量在规定范围自动调节二次风风量，通过对二次风量的调节使未燃烧的可燃气体在第一烟道内充分燃烧，从而实现锅炉出口氧含量的平衡。 根据工艺二次风机频率最大开度不超过 60%，最小 10%。 - 11 - 二次风机不能频繁动作。 4.4 850/2S计算 850/2S 是垃圾焚烧重要参数，通过锅炉第一烟道的锅炉温度分布曲线，并进行线性化处理，并根据锅炉运行时实际检测的数据进行修正从而获
14、得烟气温度下降速率，再根据烟气流量、温度、烟道界面，计算 850/2S 数据。 垃圾在焚烧炉内应充分燃烧，二次燃烧室内的烟气在不低于 850的条件下滞留时间不应该小于 2S。 在使用本算法进行计算之前，必须确定 2 个重要基本数据，该数据由锅炉设计人员给出： 1、 850/2S 计算的起点选择：850/2S 数据是针对二燃室烟气而言，所以工程上一般将第一烟道及二燃室的入口作为 850/2S 计算起点。 2、 第一烟道温度下降速度的确定：根据锅炉设计人员提供的第一烟道温度分布曲线，对曲线进行线性化处理，获得温度降低的斜率，该项数据在调试期间根据实际检测值进行修正。 整个计算过程分成 4 个部分组
15、成： 1、850/2S 起点入口温度推算； 2、烟气流量、平均流速计算； 3、烟气 2S 上升高度计算 4、烟气 2S 上升之后，烟气的计算温度，该温度即为 850/2S 的最终计算值。 4.5 ACC自动燃烧控制系统正常使用的必要条件 垃圾热值：在焚烧炉设计的垃圾热值范围内使用 测量仪表：与 ACC 系统相关的热工测量仪表工作正常，包括蒸汽流量计、给料炉排位移传感器、焚烧炉排位置感应开关、燃烧空气流量计、烟气氧量计、烟气温度、压力传感器等 变频器：风机变频器运行正常； - 12 - 液压系统：液压系统运行正常； 5系统设计 5.1 控制系统软件设计 在控制系统中，控制系统软件是整个控制系统的
16、灵魂，一个好的控制系统必须有先进、科学、更能强大、性能稳定、可靠的监控软件作为支撑。 因此，为了使 ACC 控制系统能可靠、稳定、高效地运行，控制系统提供具有如下基本要求的软件： 1、软件采用模块化结构，剪裁、移植、扩充便利。 2、计算机与操作员之间的接口具备良好的图标按扭、菜单选择和功能显示等视图访问环境。 3、人机界面美观、简洁、易操作，颜色配比及背景协调，避免值班人员产生眩目和疲劳感。后台软件采用模块化结构，剪裁、移植、扩充便利，各模块之间完全平滑过渡。 4、人机界面各种图表、文字均为中文显示，中文输入方法为中国大陆流行的汉语拼音输入法。 5、系统软件平台可靠性高、具备容错、自诊断、纠错
17、能力。不会因为软件本身故障而导致控制系统的运行异常。 6、系统提供全面的抗病毒保安模块，如防火墙功能，把因病毒可能造成的影响降至最低。 7、系统具有分级保密功能，不同级别的管理人员掌握不同的口令，依此口令进入不同的系统，在一定程度上实现系统的保护。输入口令后即进入监控程序，不允许其它软件拷入与操作。 8、监控系统应用软件符合中国软件开发标准的要求。 - 13 - 5.2 给料炉排控制 自动燃烧控制系统通过设定垃圾给料的速度，来控制垃圾给料，同时自动控制各单元给料炉排保持同步，或指定队形前进。 给料炉排通过安装在液压阀站的调节速度阀门开度来控制推料器向前运动；在液压阀站现场则通过压下阀门阀芯控制
18、释放压力，使推料器迅速退回。 给料炉排的启动和运行过程如下： 1） 炉排开启后快速向前运动，到达固定位置（位置设定值由程序计算给出） 2） 按照给定速度前进直至达到常规伸出长度 3） 延时等待一段时间（可设定）后给料炉排迅速收回 4） 循环动作之间有一段延迟时间，正常情况下延迟时间可以设为 0 在一些特殊工况下，给料炉排会由预警程序控制停止动作，这些条件包括： 1） 当锅炉出口烟气中氧气含量过低 2） 出渣机超过 7 分钟没有动作 3） 液压站没有运行信号 如果焚烧炉关闭，给料平台必须全部清空，给料炉排可进入预设的“清空模式”。在该模式下，给料炉排行程自动设为最大。 5.3 焚烧炉排控制 自动
19、燃烧控制系统通过设定焚烧炉排的运动速度来控制垃圾前进速度和分布，并可以在正常运动中启动拨火操作。 - 14 - 燃烧炉排由 5 个单元组成，每个单元都有 6 组不同型号的炉排片组成，包括 2 组翻动炉排片，用来拨火；2 组滑动炉排片，用来传送垃圾；2 组固定炉排片，不能移动。 滑动炉排安装在一个可移动的框架上，通过液压活塞和连接杆来驱动。翻转炉排安装在一个轴杆上，直接使用杠杆进行旋转。杠杆也由液压油缸驱动。对于同单元的两组滑动炉排都安装在同一个移动框架上，因此，也由同一液压油缸驱动。每组翻动炉排有自己独立的液压油缸。使用电磁阀对滑动炉排的前后运动和翻动炉排的上下运动进行控制。如果该阀发出指令（
20、输出=1），一组炉排片就会向前或向后运动。一旦部件全部完成其行程，指令就会消除。行程的最后动作由限位开关进行测试。指令撤消（输出=0）后，电磁阀处于收回位置，滑动炉排和翻动炉排将回到静止的位置上（安全位置）。静止位置也由限位开关检测。对于同单元的两组翻动炉排由同一个电磁阀控制，因而也同时操作。 往复式机械炉排炉燃烧炉排图 拨火（翻动炉排）动作和滑动（滑动炉排）的分离使操作人员可以独立控制炉排上的焚烧程序。而且可以为每个部件的这些动作单独编程。炉排不同部件的机械驱动也如此。 在自动操作模式下，不同部件滑动炉排和翻转炉排的运转由程序控制系统进行控制。同一部件滑动炉排和翻转炉排不可能同时运转，否则可
21、能损坏设备，- 15 - 因此，他们的运转相互连锁。这些连锁条件包括： 1）当锅炉出口烟气中氧气含量过低； 2）出渣机超过 7 分钟没有动作； 3）液压站没有运行信号； 4）相邻翻动/滑动炉排没有动作等； 5）在动作起点和终点分别装有两只感应限位开关来检查炉排位置。 在正常来连续运转时，燃烧炉排部件按如下程序运转：滑动炉排前后运动；翻动炉排上下运动；滑动和翻动运动交替进行。滑动和翻动动作完成后为一周期，其中前后运动次数为 1 次，上下运动次数为 0-3 次，由操作人员指定。 由于温度太高会缩短炉排片使用寿命，每单元的第一组固定炉排的温度都设置了热电偶连续监控。如果温度太高，就会产生一个报警信号
22、。操作人员可以通过增加一次风流量、增加垃圾层厚度或降低一次风预热温度来降低炉排片的温度。 如果垃圾热值低或含水多，就要进行拨火。若要进行该操作，需停止垃圾给料和传送。拨火可以通过操作监视系统按钮来进行启动或停止。在拨火期间，需要中断正常炉排运动，给料炉排也需停止给料。炉排部件的翻动炉排组逐个得到指令进行动作。 5.4 燃烧空气控制 燃烧风系统控制分为一次风风量控制（包括干燥风、气化风、冷却风：分别对应 1、2 单元风机；3、4 单元风机；5 单元风机）。 设定蒸发量，自动燃烧控制系统将自动计算一次风需求量，负荷-风量模糊控制器自动根据负荷调节一次风总风量，并调节一次风在 5 个单元中分配。 燃
23、烧空气流量控制作为燃烧控制的一个部分设计在自动燃烧控制系统内，对可能的负荷和燃烧垃圾质量变化调节燃烧空气流量。所有一次风机都可以通过调节变频器来改变空气流量。 控制系统根据垃圾/一次空气比计算一次空气需求量，并自动控制每台风机- 16 - 的变频器进行调节。典型的控制画面如下图： 5.5 连锁保护 自动燃烧控制系统设计了完善的“焚烧炉连锁保护系统”保护设备和人员的安全，通过连锁系统，当连锁触发信号触发时会自动停止焚烧炉的主要设备。而根据连锁的级别不同，自动燃烧控制系统会选择停止全部或部分设备。“焚烧炉连锁保护系统”分为硬件连锁和软件连锁两部分，硬件连锁部分全部由硬接线接入自动燃烧控制系统，当硬
24、件信号触发时，无需通过 PLC 系统，直接切断输出命令的硬件连接，从而确保在任何情况下（包括 PLC 故障和系统失电时）能停止设备。软件连锁部分则会根据不同的连锁信号选择停止部分或全部设备。详细连锁逻辑图见附图。 （a）硬件连锁 焚烧炉紧急停止 触发条件： - 17 - 满足下面条件时燃烧器系统、垃圾给料系统、燃烧空气系统和与焚烧炉有关的设备被强制停止、全部关闭。此动作无需 PLC 参与控制，硬件回路自动断开，即使控制系统停电也有效。 （1） 中控室操作人员按下紧急停炉按钮 （2） 汽包液位高高或者低低 （3） 布袋除尘器烟气通道堵塞，并且旁通管道关闭 （4） 引风机未投运 （5） 第一烟道顶
25、部压力高高故障持续一分钟，并报警 被停止和关断的设备 （1） 燃烧器 - 辅助燃烧器及其送风机停止 - 点火燃烧器及其送风机停止 （2） 垃圾给料系统及炉排系统 - 给料炉排停止并退回安全位置 - 干燥段炉排停止并退回安全位置 - 燃烧段炉排停止并退回安全位置 - 燃尽段炉排停止并退回安全位置 （3） 燃烧空气系统及换气系统 - 引风机停止 - 一次风风机停止 - 二次风风机停止 - 侧墙冷却风机停止 (b)软件连锁 1、软件 3 级连锁 触发条件： 1）中控室紧急停炉按钮按下，且没有在自动燃烧控制系统中确认复位 2）硬件紧急停炉触发，且没有在自动燃烧控制系统中确认复位 - 18 - 被停止和
26、关断的设备 2、软件 2 级连锁 触发条件： 1）无引风机运行信号 2）布袋除尘器差压高高高报警，并且旁通管道阀门全部关到位 3）第一烟道顶部压力高高故障报警 4）焚烧炉排和给料炉排顺控启动后，一次风机全部停运 软件 3 级连锁和软件 2 级连锁将由自动燃烧控制系统切断所有主要设备的输出信号，直到操作员在系统中确认并复位。 自动燃烧控制系统停止和关断的设备 （1）燃烧器 - 辅助燃烧器及其送风机停止 - 点火燃烧器及其送风机停止 （2）垃圾给料系统及炉排系统 - 给料炉排停止并退回安全位置 - 干燥段炉排停止并退回安全位置 - 燃烧段炉排停止并退回安全位置 - 燃尽段炉排停止并退回安全位置 （3）燃烧空气系统及换气系统 - 一次风风机停止 - 二次风风机停止 - 侧墙冷却风机停止 3、紧急给料停止 触发条件： 出渣机 7 分钟没有收到动作信号，此时可能出渣机推杆卡住，此时炉渣不能清运，需要停止给料动作，直到问题排除 连锁动作： - 19 - 自动燃烧控制系统将停止燃尽段炉排和所有给料炉排的动作，并回到安全位置
