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节能减排,应用典范——NT6000在新能源发电领域的应用
发布时间:2011-12-13
访问量:5744
摘要:本文对NT6000控制系统在新能源发电(生物质能、垃圾焚烧发电、煤气发电)的实际应用情况的进行了归纳和总结,介绍了NT6000分散控制系统在新能源领域的成功应用。

关键词:NT6000、分散控制系统、生物质能发电、垃圾焚烧发电、煤气发电

 

        随着我国经济的不断增长,电力的供应日益紧张,据新华社电国家电监会10月20日表示,今冬明春全国用电形势紧张,最大电力缺口约2600万千瓦,而导致电力缺口如此之大的原因之一就是电煤紧缺。

        为此国家大力要求增加新能源发电的比例。科远股份积极响应,NT6000分散控制系统近年来频频在新能源领域内成功投运,助力新能源发电事业。

 

一、NT6000在生物质能发电控制的应用

 

        0 引言

        为了改变日益紧张的电煤供应,迫切需要寻找其他燃料来替代,此时生物质发电就出现在人们的眼前。生物质蕴含量极其丰富,是可在生能源的主要组成部分。生物质发电每年可减排CO2超10亿吨,同时也使农民每年增收超过3000亿元。我国为农业大国,生物质发电发展前景一片光明。

        作为国内领先的热工自动化与电厂信息化技术、产品与解决方案供应商,南京科远V3A系统在生物质发电机组上也有较好的应用。已投运的项目有:江苏国信淮安楚州秸秆发电DCS、国信盐城生物质发电厂DCS、安能热电集团宜城生物质发电2*12MW机组工程DCS、国信如东生物质发电厂DCS等,且目前已和武汉凯迪形成战略合作伙伴,调试的生物质机组有1个,在生产的项目有5个。

        下面就以安能热电集团宜城生物质发电2*12MW机组工程DCS项目为例,将南京科远V3A系统在生物质发电机组上应用做简单介绍。

       1  安能热电集团宜城生物质发电2*12MW机组工程DCS项目介绍

        该工程建设规模为2台华西能源工业股份有限公司的75t/h生物质焚烧锅炉和2台青岛汽轮机厂的15MW抽凝式汽轮发电机组。给水系统采用单母管制系统,设3台电动给水泵,2台除氧器。回热系统采用两级高压加热器,一级除氧器和两级低压加热器组成五级回热系统。汽凝结水系统为母管制,设3台凝结水泵,正常为两台运行,一台备用。

        本工程主要燃料为秸秆,烟风系统采用单风机系统,锅炉设送风机、引风机各一台。锅炉点火采用天然气点火。锅炉设置一套连续排污及定期排污系统。

        本工程为2炉2机母管制机组,采用机炉电集中控制方式。2炉2机及循环水系统的控制设在一个集中控制室内。操作台由LCD操作员站组成。DCS的机柜也设在机炉电集中控制室。部分机柜可能安装在现场,安装在现场的机柜必须能适应现场的工况条件,现场不设空调等设施。

        生物质发电系统图如下:

 

 

 

        2 NT6000系统配置

        NT6000 DCS控制系统由人机界面MMI(操作员站、工程师站)、控制网络(ENET)、分散处理单元DPU(KM940)、I/O网络(EBUS)和IO模件组成。本次工程单台锅炉配置了1对KM940冗余控制器和2台操作站、汽机配置了1对KM940冗余控制器和2台操作站、公用系统配置了1对KM940冗余控制器和2台操作站。DCS网络配置图如下:

 

        由上图可以看出DCS网络是完全对等的网络结构,数据传输采用组播上行方式,克服了客户机/服务器等网络主-从依赖的缺欠。此外双环形网络在物理地址上是完全分开的,这就保证了任何一网络发生异常不会影响到另外一层,在保证了最大限度的冗余的同时将网络故障影响到机组正常运行的几率降到最小。

        公用系统中的循环水系统采用远程IO柜的方式,NT6000 V3A系统IO模件采用了金属密封的模块化结构具有良好的散热及电磁屏蔽性能,能较好克服现场复杂环境产生的干扰。远程IO柜采用光纤通讯介质,提供了较高通讯速率的同时,也能避免周围环境产生的电磁干扰,保证了远程IO柜正常运行。

        NT6000 V3A系统冗余控制器KM940采用了双核400MHZ RISC 8247芯片,内置航天级实时操作系统-VxWorks,平均控制周期小于50ms。10ms的快速处理能力,适应FSSS、ETS等快速应用场合。该控制器极限工作温度为-40℃120℃,能适应各复杂的工作环境。
 
       3  结束语

        安能热电集团宜城生物质发电2*12MW机组工程于2010年8月9日投运,投运至今DCS硬件利用率为100%,自动投入率高,满足了机组安全生产。NT6000 V3A系统IO模件支持热插拔,控制器组态支持在线下载无扰功能,同时也为DCS日常维护带来了大大的便利,得到了用户高度赞扬。NT6000 V3A系统在满足了客户各项需求的同时,也是节能减排工作做出卓越贡献!

 

二、NT6000在垃圾焚烧发电控制的应用 

        0 引言

        随着我国社会的改革开放,经济的发展,城市人口的增加和人民生活水平的提高,大中城市的垃圾排放量与日俱增,远远超出了城郊的消纳和自然净化能力,严重污染了环境。2005年《各地区城市市容环境卫生情况》显示,当年全国生活垃圾无害处理率仅为51.7%。建设部2006年调查表明,全国600多座城市,有1/3以上被垃圾包围。全国城市垃圾堆存累计侵占土地5亿平方米,相当于75万亩。有媒体报道称,中国1/3以上的城市均深陷垃圾围城困局。另有数据指出,现在中国除县城之外的668个城市中,有2/3的城市处于垃圾包围之中,1/4已经无垃圾填埋堆放场地。全国城市垃圾堆存累计侵占土地超过5亿平方米,每年的经济损失高达300亿元。

        垃圾的处理办法,目前国内外主要采用堆埋法、堆肥法、焚烧法等。垃圾中含有大量有机物等可燃物质,也就是含有大量能量,焚烧是垃圾处理的一种新兴的优良方法,具有减量化、无害化和资源化的特点。发展垃圾锅炉,将垃圾在锅炉中焚烧,利用焚烧的热量产生蒸汽,用于供热和发电,是解决城市垃圾的有效途径。

        作为国内领先的热工自动化与电厂信息化技术、产品与解决方案供应商,南京科远N6000 V3A系统在垃圾发电机组上也有较好的应用。已投运的项目有:重庆三峰卡万塔江苏泰兴垃圾发电厂DCS、如东天楹环保能源公司DCS等。下面就以重庆三峰卡万塔江苏泰兴垃圾发电厂DCS项目为例,将南京科远NT6000 V3A系统在垃圾发电机组上的应用做简单的介绍。

        1 重庆三峰卡万塔江苏泰兴垃圾发电厂简介
        该项目属于改造项目,此次纳入DCS控制范围的有锅炉、公用系统(除氧给水)以及锅炉电气。改造的垃圾焚烧炉日处理垃圾量300吨,采用1条从德国马丁公司引进技术的垃圾焚烧线,每天24小时连续运行。工艺方框流程如下图所示:

 
图1 垃圾焚烧发电厂工艺流程图


        2 NT6000 控制系统配置结构简介

        NT6000控制系统(DCS)由人机界面MMI(包括操作员站和工程师站)、控制网络(ENET)、分散处理单元(DPU)、I/O网络(EBUS)和I/O模件等部分组成。

        另外,DCS还通过Modbus或Profibus分别与空压机系统、燃烧系统、液压系统、吹灰系统、除尘系统等进行通信,操作员能直接在DCS画面上对这些系统进行监视操作。

图2 DCS系统配置图

        DCS控制系统由3对DPU共6只机柜组成,所有机柜均布置于电子设备间,本套DCS网络配置简单,只有一层控制网,各个机柜之间的通讯通过控制网完成。IO网络在机柜内部,通过预制电缆实现控制器与IO卡件的联接,施工方便,布线明显。机柜内部只有少量的布线,结构清晰,空间大,由于内部机柜布线少、联接方便、IO卡件通过接插件联接等工艺,保证了机柜内部接线错误可能性很小。


        3 垃圾焚烧炉的自动控制

        垃圾焚烧炉的自动控制,难点在于燃烧的自动控制(ACC),由于锅炉负荷、垃圾热值、给料量、一次风流量、料层厚度之间存在较强的耦合性,如何做好这些参数的解耦,是燃烧自动控制的关键。

        ACC控制方案主要通过ACC计算、主蒸汽流量调节、一次风流量调节、垃圾层厚调节、推料器和上下炉排速度控制、热灼减量和燃烧位置控制、炉膛温度和炉膛出口氧量控制、垃圾平均热值计算等控制回路,实现对垃圾焚烧炉燃烧的自动控制。

        在ACC控制方案中,各个控制回路通过串级模式、自动模式或手动模式(由操作员根据焚烧炉的运行情况进行选择)对控制器的设定值或输出值进行无扰切换控制,保证在焚烧炉任何情况下,都有合适的控制模式。

        串级模式C:调节器的设定值是通过控制回路的计算值。

        自动模式A:调节器的设定值是操作员手动设定值,输出值是控制回路的计算值。

        手动模式M:调节器的输出值是操作员手动设定值。

        从C-A、A-C、A-M、M-A都采用无扰切换原则,保证输出不产生跳变。
 
图3 垃圾焚烧炉ACC


        4 结束语

        该项目自投运以来,未出现一次硬件、软件故障;各种控制功能完善,自动化程度高,大大减轻了操作人员的劳动强度,为垃圾发电厂节约了人力成本,赢得了用户的高度赞扬。

 

三、NT6000在煤气发电控制的应用

 

        0 引言

        近年来,高炉煤气发电技术的应用推广迅速,各大钢铁集团出于节能降耗、环境达标的目的,相继建成并投产了多个利用富于高炉煤气发电的企业电厂,有的甚至已经与国家电网并网,经济效益和社会极为显著。另外,焦炉煤气为焦化企业副产品,焦炉煤气发电技术的推广应用,即实现了焦化企业的节能减排,同时又缓解了全国性大范围电力和煤炭供应紧张的形式。

        作为国内领先的热工自动化与电厂信息化技术、产品与解决方案供应商,南京科远N6000 V3A系统在钢厂煤气发电项目上也有较好的应用。已投运的项目有:南钢1×220t/h锅炉+1×50MW机组DCS等。下面就以南钢1×220t/h锅炉+1×50MW机组DCS项目为例,将南京科远NT6000 V3A系统在煤气发电机组上的应用做简单的介绍。


        1 南钢1×220t/h锅炉+1×50MW机组简介

        该工程建设规模为1×220t/h高温高压煤气锅炉和1×50MW高压纯凝式汽轮发电机组。给水系统采用单母管制系统,给水泵出口设冷母管,高压加热器出口设热母管,并设有冷供管。设有两台电动定速给水泵。给水操纵台采用两路负荷调节系统,范围分别为:主回路100%,旁路50%。除氧器一台。回热系统采用两级高压加热器,一级除氧器和三级低压加热器组成六级回热系统。汽轮机设有六段抽汽口,其中一段抽汽用于除氧器及三段抽汽母管;四段抽汽用于3号低压加热器加热;五、六段抽汽分别用于2号、1号低压加热器加热。其中二段抽汽为经减温减压后进入南钢供热管网。设2台110%容量的凝结水泵,正常为一台运行,一台备用。

        该工程主要燃料为高炉煤气和焦炉煤气,烟风系统采用双风机系统,锅炉设送风机、吸风机各两台,另外在冷风道内设置热风再循环管。锅炉点火采用焦炉煤气点火。锅炉设置一套连续排污及定期排污系统。排污水经锅炉房及炉后的工业水无压排水冷却后由回收水泵打入凝汽器循环水的出水管进入冷却塔。

        该工程机炉采用分散控制系统完成主厂房内工艺系统的检测和控制。DCS的功能主要包括DAS、MCS、SCS、FSSS及ETS。建立以CRT操作员站为监视和控制中心。运行人员在机炉控制室内,通过DCS实现机组启动、停止、正常运行和异常工况的处理。


        2 NT6000控制系统配置结构简介
        NT6000控制系统(DCS)由人机界面MMI(包括操作员站和工程师站)、控制网络(ENET)、分散处理单元(DPU)、I/O网络(EBUS)和I/O模件等部分组成。
 

图1 DCS系统配置图

        DCS控制系统由5对DPU(含DEH)组成(如图1),除循环水机柜布置于循环水泵房外,所有机柜均布置于电子设备间,本套DCS网络配置简单,只有一层控制网,各个机柜之间的通讯通过控制网完成。IO网络在机柜内部,通过预制电缆实现控制器与IO卡件的联接,施工方便,布线明显。机柜内部只有少量的布线,结构清晰,空间大,由于内部机柜布线少、联接方便、IO卡件通过接插件联接等工艺,保证了机柜内部接线错误可能性很小。

        另外,该工程的另一特点就是采用DCS与DEH一体化结构(如图2),DEH液压部件由南京汽轮发电机有限公司提供,DEH控制逻辑由汽轮厂的自控中心提供框图,采用与DCS一致的软硬件实现DEH的控制,从而提高了系统数据的共享性与操作维护的方便性。
 

图2 DCS与DEH一体化


        3 煤气锅炉的自动控制

        与常规燃煤锅炉类似,煤气锅炉按照各部分的功能大致分为汽水系统、风烟系统、燃烧系统、减温减压及公用系统几个子系统。除燃烧子系统外,其它子系统的控制与传统燃煤锅炉类似。

        高炉煤气由外部接入,分为4路,分别进入锅炉的4个角(每角4个燃烧喷嘴),参与燃烧;进入锅炉和高炉煤气混合燃烧的热风分别进入锅炉的4个角(每角4个燃烧喷嘴),参与燃烧;焦炉煤气由外部接入,分为4路,分别进入锅炉的4个角(每角2个燃烧喷嘴),参与燃烧。正常情况下,燃料为高炉煤气,焦炉煤气只是在点火的时候用到,平时只是作为保安气(作为锅炉燃烧过程中的炉膛温度低时保护气)。

        燃烧过程中通过热电偶和火焰观测器来检测炉膛温度变化。通过调节高炉煤气、焦炉煤气、风的配比来调节锅炉炉膛温度(燃料配比一般为100%高炉煤气,另外也有80%——90%高炉煤气加20%——10%焦炉煤气或者50%焦炉煤气)。整个燃烧过程中炉膛温度控制在1100±10℃左右。


        4 结束语
        该项目自投运以来,未出现一次硬件、软件故障;各种控制功能完善,自动化程度高,大大减轻了操作人员的劳动强度,为钢厂煤气发电机组节约了人力成本,赢得了用户的高度赞扬。
400-881-8758