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垃圾焚燒發(fā)電--用生命余熱走完能源輪回之路

西門子全集成自動化解決方案在垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的應用

     瀚藍環(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、污泥處理,、餐廚垃圾處理等業(yè)務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)對發(fā)電廠的生產(chǎn)過程進行監(jiān)控和管理,。面對日益增長的城市垃圾，2013年,，公司決定擴建同等規(guī)模的垃圾焚燒發(fā)電廠,。

攻克垃圾圍城

          垃圾圍城已經(jīng)成為一個世界性的難題，而在中國,，這個問題更是迫在眉睫,。中國每年產(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,。全國各城市填埋或堆放各類垃圾已經(jīng)約達到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,，得到北歐國家、日本和新加坡等國的重視,，技術(shù)不斷成熟,，但在我國垃圾焚燒發(fā)電的普及仍需時日。

      南海綠電公司高度重視生活垃圾焚燒發(fā)電廠的建設和運行工作,，努力成為中國以及世界上的生活垃圾焚燒發(fā)電公司,，為中國的垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)做出杰出貢獻。目前南海生活垃圾焚燒發(fā)電二廠（2011年建成）被中國*評為3*垃圾焚燒發(fā)電廠（中國目前只有5家）,。

     南海綠電公司坐落在南海大學城內(nèi),，周邊有眾多的大學，企業(yè)和居民,。公司管理層認為公司必須對政府,、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建設,、運營等方面的工作,，并要采用好的設計、*的設備,、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?，南海綠電公司在新的垃圾焚燒發(fā)電項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,、*的設計方案——全集成自動化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臺焚燒爐和2臺發(fā)動機各配備一套,，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、通訊卡、高低壓配電,、電機,、高低壓變頻、軟啟動器,、智能馬達控制柜等硬件設備,；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,，進行了全面優(yōu)化,，提供從設計編程、供貨安裝,、生產(chǎn)調(diào)試到售后的全生命周期服務,。

     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,，原料供給簡單,，整個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)電的工藝更復雜,，涉及的自控點更多,，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,，也是大的難點，當屬二噁英的處理,。這類有機化合物毒性巨大,，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到950℃左右，而底部燃燒區(qū)則能高于1000℃,，超標準高溫保證燃燒溫度,。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)送風機和排風機風量，即達到節(jié)能效果,，又能維持爐內(nèi)負壓環(huán)境,，保證煙氣不會外溢。整個工廠實現(xiàn)全封閉的自動化生產(chǎn)：垃圾送到中轉(zhuǎn)站——壓縮后用標準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準以下——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,，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化技術(shù)和驅(qū)動技術(shù)，推出了全集成自動化（TIA）的概念,。全集成自動化的目的是讓工業(yè)自動化從局部走向整合,，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、通訊,、組態(tài)和編程環(huán)境讓自動化設備與系統(tǒng)無縫連接,，即縮短了工程時間、提高了生產(chǎn)效率,，從而又降低了設備運轉(zhuǎn)和維護的成本,。PCS 7無縫集成于TIA之中，適用于所有工業(yè)自動化層級的全系列產(chǎn)品,、系統(tǒng)和解決方案，從企業(yè)管理級到控制級,，一直到現(xiàn)場級,，實現(xiàn)所有生產(chǎn)、過程混合工業(yè)的統(tǒng)一且可定制的自動化系統(tǒng),。

     為了實現(xiàn)這一切,，工藝的設計是關(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)域中的運營經(jīng)驗，為其度身定做DCS平臺,，提供了從規(guī)劃到設計,、供貨到安裝、調(diào)試到售后,，甚至系統(tǒng)升級改造的全生命周期服務,。在項目執(zhí)行過程中，由一名行業(yè)經(jīng)驗豐富的主任工程師牽頭,，硬件工程師按照設計規(guī)范和行業(yè)標準數(shù)據(jù)庫,，打造完成26面機柜、25個總線集成箱以及電源,、網(wǎng)絡等所有硬件的集成,，同時軟件工程師完成整個工藝的編程工作，將工藝要求轉(zhuǎn)換成簡易操作,。在完成軟硬件集成后,，西門子會*行內(nèi)部測試，然后到用戶工廠測試,，以上測試完成后,，需要通過168小時安全*運營，終才能安心交付使用,?；谌勺詣踊疶IA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)場硬件設備都集成在一個有全局數(shù)據(jù)的總體系統(tǒng)中,，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的互通,，消除了信息孤島；整個工廠的生產(chǎn)流程被無縫地整合在一起,，可進行集中管理,，操作人員只需使用一個平臺就能掌控整個生產(chǎn)過程，實時監(jiān)測垃圾焚燒的情況和數(shù)據(jù),，大大降低人員操作成本,；同時數(shù)據(jù)的集中透明，也是未來數(shù)字化生產(chǎn)的基礎,，西門子還為MES系統(tǒng)預留了接口,，可以輕松的將工廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)與MES系統(tǒng)進行對接，實現(xiàn)從上層資產(chǎn)到現(xiàn)場設備*的集成管理,，完成數(shù)字化制造的跨越,。

        此次項目中使用的是SIMATIC家族中一款功能強大、堅固耐用的過程工業(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專為全天候應用而設計，可用于苛刻的溫度,、振動,、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/電力等多個行業(yè)。在新一輪的大型工程項目建設中,，電力行業(yè)中各個企業(yè)不約而同地提出全新的概念——數(shù)字化電廠,。建設數(shù)字化電廠的目的是使發(fā)電企業(yè)效益大化。數(shù)字化電廠結(jié)構(gòu)模型可以劃分為三個層次：廠級,、機組(車間)級,、現(xiàn)場監(jiān)控設備級。當前我國電廠廠級和機組（車間）級這兩級已經(jīng)實現(xiàn)數(shù)字化,，而現(xiàn)場控制設備級絕大部分尚未實現(xiàn)數(shù)字化?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)（FCS）技術(shù)有望解決這一難題。

       現(xiàn)場總線系統(tǒng)（FCS）是實現(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)場設備的鏈接，以傳統(tǒng)用硬接點的方式鏈接到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,，預防性維護成為趨勢,，需要現(xiàn)場儀表的更多參數(shù)，Profibus的優(yōu)勢逐漸體現(xiàn),。在該項目中,，現(xiàn)場過程儀表通過Profibus-PA總線連接，并用DP/PA-LINK將PA轉(zhuǎn)化為DP的一個節(jié)點存在于整個系統(tǒng)中,；控制器與現(xiàn)場設備采用雙冗余Profibus-DP總線連接,；控制器與服務器通過雙環(huán)網(wǎng)、以太網(wǎng)連接,，而服務器與客戶端用工業(yè)以太網(wǎng)連接,。25個防護等級為IP65的全不銹鋼總線接線箱，在其現(xiàn)場儀表近的地方布置起來,，以便于節(jié)省電纜,。

     總線將所有設備的全生命周期數(shù)據(jù)進行采集，包括第三方的子系統(tǒng),，甚至包括現(xiàn)場的地磅數(shù)據(jù),，并通過PDM管理軟件實現(xiàn)在線監(jiān)控。在監(jiān)控狀態(tài),、了解設備詳細信息的同時,，遠瞻性地預估出設備的生命周期，為公司資產(chǎn)管理系統(tǒng),，設備的維護提供了有效的支持,，用戶如同像知道未來一樣提前預測出哪個部件需要維護維修，延長使用壽命,，而不是再被動地等到設備出問題再進行維修和故障處理,。

     南海垃圾焚燒發(fā)電二廠已高效運營三年，新的垃圾焚燒發(fā)電廠項目目前已進入調(diào)試階段,，計劃在2015年竣工,，投產(chǎn)后南海綠電的垃圾處理量可達到3000噸/日，可以*消化南海區(qū)目前2800噸/日的生活垃圾,，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,。