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EDPF-NTDCS在生物质能发电厂的应用

发布时间:2010-01-02 来源:中国自动化网 类型:解决方案 人浏览
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DCS 可再生能源 生物质能发电厂

导读:

摘要:根据我国的“十一五”规划和《可再生能源中长期发展规划》及《中华人民共和国可再生能源法》,大规模发展生物质能发电厂将是我国调整能源结构、充分利用可再生生物质能、解决环保问题、实现经济可持续发展的...

摘要:根据我国的“十一五”规划和《可再生能源中长期发展规划》及《中华人民共和国可再生能源法》,大规模发展生物质能发电厂将是我国调整能源结构、充分利用可再生生物质能、解决环保问题、实现经济可持续发展的重要手段。大规模发展必然要求设备国产化以降低成本,作为控制中枢

引言
    能源是国民经济重要的基础产业,常规化石能源终将被开采殆尽,同时使用常规能源带来一系列的环境问题,制约着社会的可持续发展。因此,采用可再生能源取代化石能源,是解决能源危机和环境问题的根本途径。我国在2005年2月28日颁布了“中国可再生能源法”。其中第12条规定,“国家将可再生能源开发利用的科学技术研究和产业化发展列为科技发展与高技术产业发展的优先领域”,[1]这充分体现了可再生能源的开发将成为我国基本能源国策。生物质能发电是可再生能源的重要组成部分。
    生物质发电目前最常见的方式是生物质直接燃烧产生热量推动热质做功的生物质能发电厂。这是一个复杂的系统工程,需要一个完善可靠的DCS控制系统对整个电厂的生产运行进行安全稳定的控制。EDPF-NT DCS是我国国内领先的具备完全知识产权的国产化DCS,已有在数百台燃煤机组上运行的业绩,以稳定可靠、功能强大著称,完全符合在生物质发电厂的应用指标。目前,EDPF-NT DCS系统已经在威县、成安等多家生物质能发电厂成功投运。
一、生物质发电简介
1.1 生物质发电特点

    生物质发电的特点是使用可再生的低硫低灰的农林废弃物等生物质直接或经过二次处理后进行燃烧释放热能发电,产生温室气体和有害气体极少,灰分可以作为高品质的钾肥直接还田。
1.2 生物质发电国内外研究现状
    目前,国内外利用生物质能发电多采用直接燃烧秸秆等生物质的方式,这是目前的主要研究方向。欧洲对生物质发电研究较早,目前技术也较为成熟。丹麦的BWE公司早在1988年就建成了世界上第一座秸秆生物燃烧发电厂。目前丹麦已建立了130多家秸秆生物发电厂[2],秸秆发电等可再生能源占到丹麦全国能源消费量的24%以上。
    我国在生物质发电的研究起步较晚,第一座国家级生物发电示范项目――国能生物发电有限公司单县生物发电厂于2006年12月1日投产发电。随后,国能威县秸秆电厂、国能成安秸秆电厂等分别于2007年初陆续投运。我国安排专项资金支持可再生能源的技术研发、设备制造及检测认证等产业服务体系建设。总的说来,我国的生物质能发电有着广阔的发展前景。[3]
二、生物质能发电厂对象特点
2.1 生物质能发电厂的构造
    生物质能发电厂构造主要包括农林生物质燃料集储系统、连续化燃料稳定输送上料系统、专用锅炉燃烧及辅机系统、汽轮发电机系统、变配电系统等组成。以已经投产的威县秸秆发电厂为例,图1为该电厂的结构示意图。
         
                              图1 威县秸秆发电厂结构示意图
    1、输料带  2、密封输料仓闸门  3、定量给料单元  4、破碎机  5、防火门6、给料器  7、水冷管  8、振动炉排  9、输渣器  10、燃烧室  11、空气预热器  12、送风机  13、引风机  14、吸入风  15、空气预热  16、已预热的空气  17、给水  18、汽包  19、省煤器  20、过热器(1)  21、过热器(2)  22、过热器(3)  23、给水  24、高压蒸汽  25、布袋除尘器  26、灰处理  27、天然气  28、冷凝器  29、给水罐  30、供热
2.2 对象特点
    生物质能发电厂与常规燃煤机组的最大区别在燃料供应系统和锅炉燃烧系统,以已经投产的威县电厂、成安电厂为例:它们采用的燃料供应系统都是国内首次制造的炉前给料系统,其给料机也是我国第一次设计并制造的直线移动螺旋给料机和双列平板给料机;锅炉系统是引进丹麦技术并成功实现设备国产化的130 t/h“生物质直燃水冷振动炉排高温高压锅炉”,由丹麦BWE公司提供,采用自然循环、单锅筒、单炉膛、平衡通风、室内布置、固态排渣、全钢构架、底部支撑结构,设计燃料为棉花秸秆和树枝。
    对于秸秆,其燃烧热值较低,15MJ/kg左右,不易达到较高的蒸汽参数。秸秆灰中碱金属和氯的含量相对较高, 因此, 秸秆烟气在高温时( 450℃以上) 具有较高的腐蚀性。此外, 飞灰的熔点较低, 易产生结渣的问题。如果灰分变成固体和半流体, 工作期间就很难清除, 将会阻碍管道中从烟气至蒸汽的热量传输。严重时甚至会完全堵塞烟气通道, 将烟气堵在锅炉中。[4]
三、EDPF-NT DCS在生物质能发电厂的应用
3.1 EDPF-NT DCS特点
    EDPF-NT DCS是北京国电智深控制技术有限公司自主研发具备完全知识产权的国产DCS,系统采用开放式系统结构,模块化设计,软硬件可灵活配置,系统易于扩展,用户界面友好,整个系统具有强大功能和高可靠性。系统采用冗余技术、隔离技术和各种防护技术确保了系统的可靠性,采用针对电厂开放的硬件模块和控制算法确保了对电厂的高度适用性。[5]
3.2 EDPF-NT DCS在威县、成安生物质能发电厂的应用
    目前,EDPF-NT DCS已经成功应用于我国的两座24MW级生物质能发电厂――河北威县生物质能发电厂和河北成安生物质能发电厂。
    威县电厂与成安电厂均为我国首批生物质能发电项目之一、锅炉为丹麦BWE产品、汽轮机为青岛汽轮机厂产品、发电机为南京发电机厂产品。主要辅机有2台锅炉给水泵、1台除氧器。2台凝结水泵、2台循环水泵。2台高加、3台低加。控制部分选用北京国电智深控制技术有限公司的EDPF-NT分散控制系统,采用炉、机、电集中控制方式,1台炉1台机及除氧给水等共设置一个单元控制室,如图2所示。
                      
              
  图2 国能威县(成安)秸秆电厂配置示意图
    在这两座发电厂的DCS设计中,我们采用6对DPU控制器实现了对电厂的完全冗余控制,完成了DAS+SCS+FSSS+ECS+MCS的所有功能。
    生物质能发电厂的主要特点是燃料供应系统和锅炉系统。对其的控制是生物质能发电厂DCS控制最重要部分。对于燃料系统,我们主要要考虑控制给料机的转速、播料风阀门的开度以提供燃料和给氧以控制负荷。对于锅炉系统,是一种较为新且复杂的对象。生物质能热值低、供料不稳定、主汽压力、主汽温度控制较难。控制对象内扰较多,用单纯PID控制效果较差,控制方案中采用加前馈的方式消除内扰控制,在协调方式的选择上,采用了机跟炉的方式,保证了主汽压力和主汽温度的稳定。
    成安、威县两个项目实施中的成功经验已被推广到国电汤原生物质发电工程2×15MW秸秆发电项目和山东无棣生物质发电工程2×12MW秸秆发电项目。
四、结论
    EDPF-NT是我国国内领先的DCS控制系统,目前其成套的控制方案已经在生物质发电厂得到成功应用。
【参考文献】
    [1] 马常耕,苏晓华;生物质能源概述;世界林业研究;2005年06期
    [2] 傅伯钦;丹麦秸秆生物质能源的开发与利用;大众用电;2007年07期
    [3] 张巍,侯勇;生物质发电前景广阔;中国电力企业管理;2007年04期
    [4] 王中胜;大型火电机组分散控制系统研发及在300MW基建机组上的应用;中国电力科学院成果汇编(2005);2005年
    [5] 谢方磊;十里泉发电厂140MW机组秸秆发电技术应用研究;山东电力技术;2006年02期

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