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垃圾焚燒發(fā)電--用生命余熱走完能源輪回之路

西門子全集成自動(dòng)化解決方案在垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的應(yīng)用

     瀚藍(lán)環(huán)境股份有限公司下屬的全資子公司——佛山市南海綠電再生能源有限公司（下文簡(jiǎn)稱南海綠電公司）是一家主要從事生活垃圾焚燒發(fā)電、生活垃圾壓縮轉(zhuǎn)運(yùn)、污泥處理、餐廚垃圾處理等業(yè)務(wù)的城市固廢處理企業(yè)。公司目前擁有1座日處理生活垃圾1500噸生活垃圾焚燒發(fā)電廠（南海垃圾焚燒發(fā)電二廠，2011年投產(chǎn)），該廠采用西門子的DCS系統(tǒng)對(duì)發(fā)電廠的生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控和管理。面對(duì)日益增長(zhǎng)的城市垃圾，2013年，公司決定擴(kuò)建同等規(guī)模的垃圾焚燒發(fā)電廠。

攻克垃圾圍城

          垃圾圍城已經(jīng)成為一個(gè)世界性的難題，而在中國(guó)，這個(gè)問題更是迫在眉睫。中國(guó)每年產(chǎn)生垃圾約2億噸，人均垃圾年產(chǎn)量440公斤，并以每年約5%的速度增長(zhǎng)。全國(guó)各城市填埋或堆放各類垃圾已經(jīng)約達(dá)到80億噸，垃圾堆存累積侵占土地5億平方米。已經(jīng)有2/3城市已經(jīng)被垃圾群包圍。目前僅廣東省每天生活垃圾的產(chǎn)生量約8.8萬噸，到2020年甚至可能突破10萬噸。一年垃圾量堆在一起大概相當(dāng)于2.5座越秀山。

垃圾焚燒發(fā)電，將垃圾變廢為寶，用生命余熱走完垃圾輪回之路，成了垃圾的新出路，得到北歐國(guó)家、日本和新加坡等國(guó)的重視，技術(shù)不斷成熟，但在我國(guó)垃圾焚燒發(fā)電的普及仍需時(shí)日。

      南海綠電公司高度重視生活垃圾焚燒發(fā)電廠的建設(shè)和運(yùn)行工作，努力成為中國(guó)以及世界上的生活垃圾焚燒發(fā)電公司，為中國(guó)的垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)做出杰出貢獻(xiàn)。目前南海生活垃圾焚燒發(fā)電二廠（2011年建成）被中國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部評(píng)為3*垃圾焚燒發(fā)電廠（中國(guó)目前只有5家）。

     南海綠電公司坐落在南海大學(xué)城內(nèi)，周邊有眾多的大學(xué)，企業(yè)和居民。公司管理層認(rèn)為公司必須對(duì)政府、社區(qū)和公眾信息公開透明開放；成為城市的好管家、社區(qū)的好鄰居、行業(yè)的好*。因此南海綠電公司努力做好各項(xiàng)建設(shè)、運(yùn)營(yíng)等方面的工作，并要采用好的設(shè)計(jì)、*的設(shè)備、做出好的管理。南海生活垃圾焚燒發(fā)電二廠已經(jīng)采用西門子的DCS，通過三年的使用，取得了良好的效果?；谝酝牧己煤献鳎虾＞G電公司在新的垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目中依然選擇西門子作為合作伙伴。并且特別采用了西門子新的、*的設(shè)計(jì)方案——全集成自動(dòng)化TIA解決方案。該方案不僅提供了全廠的DCS控制系統(tǒng)即PCS 7系統(tǒng)，包括8套冗余控制器，其中3臺(tái)焚燒爐和2臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)各配備一套，公共部分配備兩套，煙氣凈化系統(tǒng)配備一套，還有電源、交換機(jī)、通訊卡、高低壓配電、電機(jī)、高低壓變頻、軟啟動(dòng)器、智能馬達(dá)控制柜等硬件設(shè)備；除此之外，還根據(jù)自身和南海綠電公司在垃圾焚燒多年的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行了全面優(yōu)化，提供從設(shè)計(jì)編程、供貨安裝、生產(chǎn)調(diào)試到售后的全生命周期服務(wù)。

     垃圾焚燒發(fā)電雖然與傳統(tǒng)火電發(fā)電原理一樣，都是將燃燒的熱能通過汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，但垃圾焚燒發(fā)電的原料供給與傳統(tǒng)的火力發(fā)電有很大的不同。火力發(fā)電采用單一的煤粉作為原材料，原料供給簡(jiǎn)單，整個(gè)工藝形成了成熟的順控。而垃圾焚燒發(fā)電中的原料垃圾則需要篩分、選配、除臭、干燥等步驟，有些垃圾里還會(huì)有易燃易爆的氨氣產(chǎn)生，在工藝中還需添加防爆控制等，相比火力發(fā)電的工藝更復(fù)雜，涉及的自控點(diǎn)更多，要求工程師不僅要熟悉火力發(fā)電行業(yè)的控制規(guī)范，還要了解垃圾焚燒發(fā)電的特殊要求。

     垃圾焚燒發(fā)電受關(guān)注的，也是最大的難點(diǎn)，當(dāng)屬二噁英的處理。這類有機(jī)化合物毒性巨大，性質(zhì)穩(wěn)定，容易在生物體內(nèi)積累。但通過科學(xué)的垃圾焚燒，二噁英是可以*分解的。“3T”就是二噁英的克星，即溫度（temperature）、時(shí)間（time）、混合充分均勻（turbulence）。具體說來，在焚燒爐中要保證爐內(nèi)溫度在850℃以上；煙氣在此溫度以上的爐內(nèi)停留時(shí)間必須大于2秒；混合均勻保證垃圾充分燃燒。

      在南海綠電焚燒廠，通常焚燒爐上部的爐溫都能達(dá)到950℃左右，而底部燃燒區(qū)則能高于1000℃，超標(biāo)準(zhǔn)高溫保證燃燒溫度。另外，垃圾在焚燒爐內(nèi)至少停留40分鐘，并在過程中不斷攪動(dòng)并吹入空氣保證燃燒充分。且內(nèi)部通過變頻器調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)風(fēng)量，即達(dá)到節(jié)能效果，又能維持爐內(nèi)負(fù)壓環(huán)境，保證煙氣不會(huì)外溢。整個(gè)工廠實(shí)現(xiàn)全封閉的自動(dòng)化生產(chǎn)：垃圾送到中轉(zhuǎn)站——壓縮后用標(biāo)準(zhǔn)的箱體密閉送到焚燒廠——在垃圾坑里充分發(fā)酵——轉(zhuǎn)至爐膛充分燃燒——二噁英經(jīng)過處理被控制在安全標(biāo)準(zhǔn)以下——飛灰經(jīng)處理被螯合成水泥塊——污水廢氣被凈化處理。經(jīng)過多重處理，最后重見天日的，只有原體積十分之一左右的螯合水泥塊和凈化后的氣體，所以整個(gè)工廠幾乎聞不到難聞或異樣的味道。

TIA化身環(huán)保衛(wèi)士

     西門子公司擁有自動(dòng)化技術(shù)和驅(qū)動(dòng)技術(shù)，推出了全集成自動(dòng)化（TIA）的概念。全集成自動(dòng)化的目的是讓工業(yè)自動(dòng)化從局部走向整合，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、通訊、組態(tài)和編程環(huán)境讓自動(dòng)化設(shè)備與系統(tǒng)無縫連接，即縮短了工程時(shí)間、提高了生產(chǎn)效率，從而又降低了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)和維護(hù)的成本。PCS 7無縫集成于TIA之中，適用于所有工業(yè)自動(dòng)化層級(jí)的全系列產(chǎn)品、系統(tǒng)和解決方案，從企業(yè)管理級(jí)到控制級(jí)，一直到現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，實(shí)現(xiàn)所有生產(chǎn)、過程混合工業(yè)的統(tǒng)一且可定制的自動(dòng)化系統(tǒng)。

     為了實(shí)現(xiàn)這一切，工藝的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，西門子的工程師充分利用南海綠電公司在垃圾焚燒發(fā)電領(lǐng)域中的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，為其度身定做DCS平臺(tái)，提供了從規(guī)劃到設(shè)計(jì)、供貨到安裝、調(diào)試到售后，甚至系統(tǒng)升級(jí)改造的全生命周期服務(wù)。在項(xiàng)目執(zhí)行過程中，由一名行業(yè)經(jīng)驗(yàn)豐富的主任工程師牽頭，硬件工程師按照設(shè)計(jì)規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，打造完成26面機(jī)柜、25個(gè)總線集成箱以及電源、網(wǎng)絡(luò)等所有硬件的集成，同時(shí)軟件工程師完成整個(gè)工藝的編程工作，將工藝要求轉(zhuǎn)換成簡(jiǎn)易操作。在完成軟硬件集成后，西門子會(huì)*行內(nèi)部測(cè)試，然后到用戶工廠測(cè)試，以上測(cè)試完成后，需要通過168小時(shí)安全*運(yùn)營(yíng)，最終才能安心交付使用?；谌勺詣?dòng)化TIA解決方案，將垃圾焚燒發(fā)電過程中所有第三方的自控系統(tǒng)以及現(xiàn)場(chǎng)硬件設(shè)備都集成在一個(gè)有全局?jǐn)?shù)據(jù)的總體系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的互通，消除了信息孤島；整個(gè)工廠的生產(chǎn)流程被無縫地整合在一起，可進(jìn)行集中管理，操作人員只需使用一個(gè)平臺(tái)就能掌控整個(gè)生產(chǎn)過程，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)垃圾焚燒的情況和數(shù)據(jù)，大大降低人員操作成本；同時(shí)數(shù)據(jù)的集中透明，也是未來數(shù)字化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，西門子還為MES系統(tǒng)預(yù)留了接口，可以輕松的將工廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)與MES系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，實(shí)現(xiàn)從上層資產(chǎn)到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備*的集成管理，完成數(shù)字化制造的跨越。

        此次項(xiàng)目中使用的是SIMATIC家族中一款功能強(qiáng)大、堅(jiān)固耐用的過程工業(yè)控制器——CPU 410-5H。這款控制器屬高性能控制器，其高速運(yùn)算能力可以滿足過程工業(yè)的高要求。CPU 410-5H專為全天候應(yīng)用而設(shè)計(jì)，可用于苛刻的溫度、振動(dòng)、沖擊環(huán)境下，并符合EMC的各種要求。

       新興的信息革命正方興未艾，深深地影響著垃圾焚燒發(fā)電/電力等多個(gè)行業(yè)。在新一輪的大型工程項(xiàng)目建設(shè)中，電力行業(yè)中各個(gè)企業(yè)不約而同地提出全新的概念——數(shù)字化電廠。建設(shè)數(shù)字化電廠的目的是使發(fā)電企業(yè)效益最大化。數(shù)字化電廠結(jié)構(gòu)模型可以劃分為三個(gè)層次：廠級(jí)、機(jī)組(車間)級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備級(jí)。當(dāng)前我國(guó)電廠廠級(jí)和機(jī)組（車間）級(jí)這兩級(jí)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，而現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備級(jí)絕大部分尚未實(shí)現(xiàn)數(shù)字化?，F(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)（FCS）技術(shù)有望解決這一難題。

       現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)（FCS）是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的解決方案中，控制器與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的鏈接，以傳統(tǒng)用硬接點(diǎn)的方式鏈接到I/O模塊，需要大量的布線，而且采集的數(shù)據(jù)有限。隨著數(shù)字化生產(chǎn)概念的深入，預(yù)防性維護(hù)成為趨勢(shì)，需要現(xiàn)場(chǎng)儀表的更多參數(shù)，Profibus的優(yōu)勢(shì)逐漸體現(xiàn)。在該項(xiàng)目中，現(xiàn)場(chǎng)過程儀表通過Profibus-PA總線連接，并用DP/PA-LINK將PA轉(zhuǎn)化為DP的一個(gè)節(jié)點(diǎn)存在于整個(gè)系統(tǒng)中；控制器與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采用雙冗余Profibus-DP總線連接；控制器與服務(wù)器通過雙環(huán)網(wǎng)、以太網(wǎng)連接，而服務(wù)器與客戶端用工業(yè)以太網(wǎng)連接。25個(gè)防護(hù)等級(jí)為IP65的全不銹鋼總線接線箱，在其現(xiàn)場(chǎng)儀表最近的地方布置起來，以便于節(jié)省電纜。

     總線將所有設(shè)備的全生命周期數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，包括第三方的子系統(tǒng)，甚至包括現(xiàn)場(chǎng)的地磅數(shù)據(jù)，并通過PDM管理軟件實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控。在監(jiān)控狀態(tài)、了解設(shè)備詳細(xì)信息的同時(shí)，遠(yuǎn)瞻性地預(yù)估出設(shè)備的生命周期，為公司資產(chǎn)管理系統(tǒng)，設(shè)備的維護(hù)提供了有效的支持，用戶如同像知道未來一樣提前預(yù)測(cè)出哪個(gè)部件需要維護(hù)維修，延長(zhǎng)使用壽命，而不是再被動(dòng)地等到設(shè)備出問題再進(jìn)行維修和故障處理。

     南海垃圾焚燒發(fā)電二廠已高效運(yùn)營(yíng)三年，新的垃圾焚燒發(fā)電廠項(xiàng)目目前已進(jìn)入調(diào)試階段，計(jì)劃在2015年竣工，投產(chǎn)后南海綠電的垃圾處理量可達(dá)到3000噸/日，可以*消化南海區(qū)目前2800噸/日的生活垃圾，最終*解決南海區(qū)生活垃圾無害化處理問題。

   南海綠電公司攜手西門子，在TIA解決方案的幫助下，充分發(fā)揮垃圾的余熱，讓垃圾用它的余熱走完能源輪回之路，還自然一片潔凈。