自控仪表设计说明李坑初设.docx
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自控仪表设计说明李坑初设
第八章自控仪表设计说明
8.1概述
本工程主要工艺设备为3台日处理量为750t/d的炉排炉垃圾焚烧炉,3台蒸发量为63t/h、过热器出口温度为400℃、压力为4.00MPa的余热锅炉,2台25MW的凝汽式汽轮机,3套烟气处理系统。
8.1.1设计依据
以锅炉厂、汽机厂等设备供应商提供的P&I图和工艺条件为依据,参照执行下列规范和标准进行设计。
1)《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》CJJ90-2002,
2)《生活垃圾焚烧污染控制标准》GB18485-2001,
3)《小型火力发电厂设计规范》GB50049-94热工自动化部分,
4)《火力发电厂热工自动化设计技术规定》NDGJ16-89,
5)《火力发电厂电子计算机监视系统设计技术规定》NDGJ91-89,
6)《自动化仪表安装工程质量检验评定标准》GBJ131-90
7)《自动化仪表工程施工及验收规范》GB50093-2002.
8)《火力发电厂设计技术规定》DL5000-2000,
8.1.2热工自动化的设计原则
1)保证工艺设备对热工自动化控制系统的要求,确保工艺设备能够安全、可靠的运行。
2)在保证经济合理性的前提下,遵照先进、适用的原则,尽量选用先进技术。
3)由于垃圾焚烧发电厂的环境条件较差,尽量采用质量可靠的设备,并适宜地提高自动化水平。
4)本设计包括热工检测、热工报警、热工保护、热工控制等部分,尽量采用标准设计、典型设计和通用设计。
8.1.3垃圾焚烧发电厂对热工自动化的控制要求
1)每天处理一定的垃圾量,并要求充分燃烧。
2)通过燃烧控制使余热锅炉蒸发量稳定在额定值上。
3)充分利用余热发电,提高经济效益。
4)确保炉膛的温度>850℃,促进二恶英的分解。
5)通过烟气处理,控制烟气排放参数在国家标准规定值以下。
6)控制排放废物符合国家标准。
8.1.4垃圾焚烧发电厂机组运行特点
8.1.4.1垃圾焚烧炉的燃烧控制方式
在正常运行阶段,按余热锅炉的蒸发量控制垃圾的投入量、炉排运动及一、二次燃烧空气量:
这种控制方式可使余热锅炉得到充分利用,一般都采用这种控制方式。
8.1.4.2垃圾发电厂汽机的运行模式
1)正常情况时:
在只燃烧垃圾的情况下,必须有一台机运行在前压调节的模式下,另一台机可以运行在恒功率或变功率的模式下。
这样才能保证机炉系统稳定运行。
2)汽机检修时:
当汽机故障检修时,一般焚烧炉应继续运行,产生的多余蒸汽应经旁路冷凝系统冷凝后,回收凝结水重复使用,即停机不停炉。
3)汽机处于盘车与升速状态时:
锅炉产生的蒸汽,除了全厂辅助用汽和汽机用汽外,多余的蒸汽应经消音器后向空排放。
4)当外电网发生故障时:
此时汽机带厂用电运行在转速控制方式下,如果时间较长,必须停部分炉或减负荷运行。
8.1.5热工控制系统的主要构成
1)以DCS为核心的监控系统(称主控系统);
2)焚烧炉综合燃烧控制系统(DCS系统远程控制站,安装在焚烧炉前);
3)启动燃烧器控制系统(随设备供货);
4)辅助燃烧器控制系统(随设备供货,在就地盘与主控制系统上监控。
);
5)烟气处理系统(独立的监控系统,包括布袋除尘器监控系统,随设备成套供货与主控系统通讯。
);
6)汽机前压控制系统(随设备供货);
7)汽机紧急跳闸系统(由主控系统完成);
8)汽机安全监视系统(在主控系统内监控);
9)就地监视仪表和控制设备;
10)辅助设备控制系统(如化学水及废水处理系统,这些控制系统随设备供货,与主控系统通讯。
);
11)尾气在线监测系统(与主控系统、烟气监控系统硬连线。
);
12)地衡管理系统(与主控系统通讯);
13)垃圾吊车管理系统(在垃圾吊车控制室和中控室监控,与主控系统通讯);
14)锅炉吹灰控制系统(随设备供货,与主控系统通讯);
15)压缩空气控制系统(随设备供货,重要参数与主控系统硬接线相连)。
8.2主控系统
以DCS为核心构成的控制系统完成对3台垃圾焚烧炉和余热锅炉、2台汽机发电机组及其辅助系统的监控。
DCS控制系统由过程控制站、操作站、通讯网络、现场仪表等构成。
见DCS控制系统配置图。
8.2.1现场控制站
8.2.1.1现场控制站功能
控制站实现对工艺过程的数据采集(DAS)、闭环控制(MCS)、顺序控制(SCS)及连锁保护等功能。
8.2.1.2现场控制站的组成(硬件)
控制站由冗余控制器、输入、输出、通讯等单元构成。
控制站采用双机热备结构,通讯系统为双缆冗余,部分重要输入、输出考虑冗余,参与保护的参数实现三取二确保安全、可靠。
8.2.1.3现场控制站的划分
为每台焚烧炉各设一个现场控制站(3个),每台锅炉各设一个现场控制站(3个),每台汽机各设一个现场控制站(2个),公用部分设一个现场控制站(1个),共设9个现场控制站。
这样的系统可以使事故分散,更有利于焚烧炉与锅炉的单独安全运行。
8.2.2操作站
8.2.2.1操作站的构成(硬件)
由工业级控制机与人机接口(21英寸盘装CRT或液晶显示器,键盘,鼠标等)、操作台、打字机、彩色硬拷机等构成。
8.2.2.2操作站的划分
为便于操作,设6个操作站,即每台焚烧炉和锅炉各设一个(3个)、每台汽机各设一个(2个)、公用设一个(1个),显示器均安装在操作台上。
另外设一个工程师站和值长站。
任一操作站的故障,经过授权后均能在其它操作站上操作。
随设备配来的2个电气操作站,2个DEH操作站,1个垃圾吊操作站。
这些操作站为独立于DCS系统之外的操作站,操作站之间不能互操作。
操作台和DCS系统操作站操作台放置在一起。
8.2.2.3焚烧炉现场监控的人——机接口
为便于焚烧炉的启、停炉,便于现场操作,在现场燃烧控制柜(DCS远程控制站)上设置触摸屏操作员面板,做为人——机接口。
8.2.3通讯网络结构
系统采用三层网络结构。
8.2.3.1现场I/O网络
现场I/O网络为最底层网络,网络通讯速率不低于10Mbps,通讯介质为同轴电缆或双绞线。
8.2.3.2工业控制级网络
工业控制级网络采用双缆冗余工业以太网,通讯速率为100Mbps,通讯介质为光缆或电缆。
8.2.3.3信息层网络
信息层网络采用以太网网络结构。
信息层网络通讯速率为100Mbps,通讯介质采用光缆或电缆。
8.2.4打印机
两台打印机,一台用于报警、工艺过程参数及其文件打印,另一台用于报表打印。
8.2.5紧急操作按钮
为了在系统故障时,能进行紧急停炉、停机的操作,设有少量紧急操作按钮。
8.2.6监控系统可靠性措施
8.2.6.1控制站具有分散性
8.2.6.2冗余配置
1)控制站采用双机热备结构
2)通讯总线双缆冗余
3)重要的I/O通道冗余
4)仪表电源采用双电源供电
5)操作站为多站配置,其中任一操作站故障其它站均能实现此站功能。
8.2.6.3主控系统备用容量和主要性能指标
1)过程管理部分:
平均故障间隔时间(MTBF)>30000小时,可用率>99.8%。
2)过程控制部分:
MTBF>100000小时,可用率>99.8%。
3)系统显示精度:
≥0.1%FS(FS:
满量程)
4)控制输出:
≥0.25%FS
5)控制器的工作周期:
模拟量≤0.25秒,开关量<0.1秒
6)CPU负荷率:
≤50%(控制器)和≤40%(操作员站),均指最忙时。
7)存储器占有容量≤50%(内存)
8)I/O点裕量:
15%(每块I/O板平均值)
9)I/O插件槽裕量:
15%
10)通讯总线负荷率:
≤30%
11)事件顺序记录分辨率:
1ms
12)操作员站允许最大标签量至少应为系统过程I/O总数的200%
8.2.6.4重要保护防止误动作
机组的重要保护和跳闸功能采用多个测量通道,跳闸回路采取二取二或三取二逻辑,确保动作安全可靠。
8.2.6.5自诊断功能
控制系统I/O模件均有自诊断功能,以便在控制系统故障时,即能够直观、方便地将故障信息显示,使其故障位置能尽快确定。
8.2.6.6应急操作
当主控系统发生全局性或重大故障时,为确保机组紧急安全停机,设置下列独立于主控系统的紧急事故操作手段:
1)垃圾焚烧炉—余热锅炉紧急跳闸
2)开汽包紧急放水门
3)汽机紧急跳闸
4)直流润滑油泵投入
5)交流润滑油泵投入
6)开启真空破坏门
7)紧急停发电机
8)关发电机灭磁开关
8.3自动化的功能
8.3.1主要监视系统
8.3.1.1数据采集系统(DAS)
1)显示:
包括回路操作显示,分组显示,棒状图显示,趋势显示,工艺流程图显示等等。
2)报警管理:
报警显示,可按报警时间,报警优先级,报警区域,报警类型来管理所有报警。
报警包括工艺参数越限报警、控制设备故障报警、控制系统自诊断故障报警等。
3)制表记录:
包括定期记录,事故追忆记录,事故顺序(SOE)记录,跳闸一览记录等。
4)历史数据存储和检索
5)性能计算
6)指导信息
7)管理报告
8.3.1.2汽轮机安全监视仪表
1)汽机超速
2)轴振动
3)轴位移
4)油箱油位
5)汽缸膨胀
8.3.1.3工业电视(弱电工种设计)
1)炉膛火焰监视
2)汽包水位监视
3)在吊车控制室设置加料斗垃圾物位监视
4)垃圾坑和进料场的监视等
8.3.2模拟量控制系统(MCS)
控制系统应满足焚烧炉、锅炉和汽机及其辅助系统安全可靠、稳定高效运行。
在系统故障时,自动地将系统无扰动地从“自动”方式切换为“手动”方式,或从一种控制方式转换为另一种控制方式。
8.3.2.1焚烧炉燃烧控制系统
1)按蒸发量控制加料器与炉排的速度。
2)按垃圾低位热值和含水量控制加料器的行程。
3)一次燃烧空气温度控制。
4)一次燃烧空气压力控制;
8.3.2.2锅炉控制系统
1)锅炉汽包水位三冲量串级调节系统;
2)过热蒸汽温度串级调节系统;
3)二级过热器入、出口蒸汽温度串级调节系统;
4)炉膛负压调节系统;
8.3.2.3烟气处理控制系统
该部分设备成套招标,自成系统。
1)布袋过滤器入口温度调节;
2)排烟中HCl和SO2酸性气体含量与石灰加入量间的自动调节。
8.3.2.4汽机、除氧器控制系统
1)汽机前压、转速、功率调节系统:
随汽机提供控制装置,操作人员可以通过操作面板对升速率、升负荷率、目标压力、目标功率、目标转速进行控制。
2)热井水位自动调节系统
3)除氧器液位自动调节系统
4)除氧器温度自动调节系统
5)低加水位自动调节系统
6)汽封压力调节系统
7)减温减压装置压力、温度调节系统等。
8.3.3程序、顺序控制系统(SCS)
包括锅炉和汽机的辅助控制系统:
如启动燃烧器,辅助燃烧器,吹灰,灰与渣输送,石灰浆配制,布袋反吹,风机管理等系统。
8.3.4汽机联锁保护系统
包括下列内容:
1)润滑油压力过低
2)汽机超速
3)操作油压力过低
4)汽机轴位移大
5)冷凝器真空度过低
6)发电机故障
7)汽机.发电机轴承温度高
8)汽机、发电机轴振动大
8.3.5开环控制系统
一些进液的贮槽,当液位低于某值时要求开启进液泵,或打开进液阀门;当液位高于某值时,关闭进液泵或关闭进液阀。
对于一些排液的贮槽,当液位高于某值时,开启排液泵或开启排液阀;当液位低于某值时,停排液泵或关闭排液阀。
8.3.6机组保护
机组保护包括:
机组跳闸保护和局部保护。
8.3.6.1机组跳闸保护
在主控系统内完成。
1)事故停炉保护:
当锅炉部分的跳闸条件出现时(按锅炉供货商提供的要求设计)保护系统能自动切断进入焚烧系统的垃圾和其他燃料,即加料器和炉排停止运动,关闭所有燃烧器,关
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