垃圾焚燒發(fā)電廠電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制策略研究分析

隨著垃圾問題日益嚴(yán)峻，垃圾焚燒發(fā)電作為一種環(huán)保高效的處理方法得到了越來越廣泛的應(yīng)用。對(duì)此，如何設(shè)計(jì)與優(yōu)化垃圾焚燒發(fā)電廠的電氣系統(tǒng)并制定合理的控制策略，是提高發(fā)電效率和保證安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。因此，本文旨在對(duì)垃圾焚燒發(fā)電廠電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制策略展開深入的研究和分析，并提出可行的解決方案。

一、工程項(xiàng)目概述

本文以某市垃圾焚燒發(fā)電廠三期項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目位于該市的固體廢棄物處理中心，垃圾焚燒發(fā)電廠一、二期工程的東南側(cè)，園區(qū)用地和周邊路網(wǎng)已經(jīng)形成，通過園區(qū)道路與其他城市主干道相連接。場(chǎng)址距離市中心距離約40 km，距最近鎮(zhèn)中心約4 km。設(shè)置2*750 t/d爐排式垃圾焚燒余熱鍋爐+1*50 MW抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組，主蒸汽溫度為400 ℃、壓力為4 MPa，項(xiàng)目設(shè)計(jì)年運(yùn)行時(shí)間≥8 000 h。

二、垃圾焚燒發(fā)電廠電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）垃圾焚燒發(fā)電的工作原理

垃圾焚燒發(fā)電廠的工作原理通常是將充分發(fā)酵好的垃圾送入焚燒爐內(nèi)，借助850~1 000 ℃的溫度，將垃圾充分燃燒后，利用DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)的方式，實(shí)時(shí)監(jiān)控爐內(nèi)的燃燒情況，同時(shí)也便于及時(shí)調(diào)整爐內(nèi)垃圾燃燒的情況。焚燒垃圾所產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠阱仩t內(nèi)進(jìn)行熱交換后產(chǎn)生熱蒸汽，以此推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而產(chǎn)生電能。垃圾焚燒發(fā)電廠因燃燒所產(chǎn)生的蒸氣，則經(jīng)過自然循環(huán)鍋爐的方式，為汽輪機(jī)組提供汽源，燃燒完的鍋爐渣落到系統(tǒng)裝置內(nèi)，經(jīng)過冷卻后通過制免燒磚、替代集料等途徑還能實(shí)現(xiàn)二次利用。對(duì)于焚燒后的垃圾所產(chǎn)生的灰塵，借助布袋除塵裝置進(jìn)行收集，而垃圾滲濾液和煙氣經(jīng)過處理后，便可以達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)排放的要求，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，由此可見，垃圾焚燒發(fā)電廠經(jīng)過一系列的操作后，可以將城市生活垃圾實(shí)現(xiàn)最大程度的減量處理和利用。

（二）電氣主接線的設(shè)計(jì)

在垃圾焚燒發(fā)電廠三期項(xiàng)目中，電氣主接線以安全可靠的設(shè)計(jì)為原則，同時(shí)也要達(dá)到環(huán)保、節(jié)能的目的，以便于后續(xù)的維護(hù)、擴(kuò)建等。本項(xiàng)目在這個(gè)過程中安裝繼電保護(hù)裝置，并對(duì)重要的電氣設(shè)備運(yùn)行情況實(shí)施重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，能夠保證垃圾焚燒發(fā)電廠設(shè)備保護(hù)的速動(dòng)性，以此減少設(shè)備故障對(duì)電氣設(shè)備造成的損害。本項(xiàng)目設(shè)置了兩臺(tái)處理能力為750 t/d的爐排式垃圾焚燒余熱鍋爐，同時(shí)配備一臺(tái)50 MW抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組，垃圾處理能力和處理工藝頗具規(guī)模。電氣設(shè)備配置繁多且復(fù)雜，采用了110 kV、10 kV、0.4 kV等不同的電壓等級(jí)。

本項(xiàng)目汽輪發(fā)電機(jī)出口電壓為10.5 kV，容量為50 MW，汽輪發(fā)電機(jī)引出線用銅母線引出，經(jīng)穿墻CT后接至發(fā)電機(jī)小間10 kV高壓開關(guān)柜，采用全絕緣銅管母線接至110 kV主變壓器。汽輪發(fā)電機(jī)出口10 kV母線通過廠用分支電抗器后通過電纜通道用電纜接至廠用電源。汽輪發(fā)電機(jī)組采用發(fā)電機(jī)-雙繞組變壓器組單元接線方式接入110 kV GIS母線。汽輪發(fā)電機(jī)出口設(shè)發(fā)電機(jī)斷路器，經(jīng)121±2x2.5%/10.5 kV、Ynd11阻抗電壓為17%、容量為63 MVA的電力變壓器，接入110 kV屋內(nèi)配電裝置。發(fā)電機(jī)組廠用分支設(shè)1臺(tái)零損耗深度限流電抗器，限流電抗器后接10.5 kV高壓廠用工作段。低壓廠用工作變壓器、鍋爐引風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵、給水泵等高壓電動(dòng)機(jī)的電源分別從10.5 kV廠用工作母線段引接。10.5 kV廠用電系統(tǒng)采用單母線分段接線。從市政引1路10 kV電源，作為保安電源。主廠房內(nèi)設(shè)高低壓配電室，設(shè)計(jì)4臺(tái)低壓廠用工作變壓器，容量均為2 500 kVA，兩兩之間互為暗備用，在建設(shè)時(shí)經(jīng)綜合考慮修改為設(shè)計(jì)3臺(tái)工作變壓器，1臺(tái)備用變壓器，其中備用變壓器為明備用，以確保檢修或故障時(shí)能夠快速切換。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，其余變壓器可以承擔(dān)所有的負(fù)荷，并且能有效維持垃圾焚燒發(fā)電廠內(nèi)發(fā)電的正常運(yùn)行。對(duì)于垃圾焚燒發(fā)電廠，還必須設(shè)有中央集控室、380 V和220 V的配電室、電子信息設(shè)備間以及消防控制中心等配套設(shè)備，才能最大限度地保證垃圾焚燒發(fā)電廠的高效穩(wěn)定運(yùn)行。

（三）控制系統(tǒng)的模式

垃圾焚燒發(fā)電廠的控制系統(tǒng)采用的是自動(dòng)控制系統(tǒng)模式，以最大程度地確保垃圾焚燒發(fā)電廠機(jī)組的安全環(huán)保穩(wěn)定運(yùn)行，以此監(jiān)測(cè)不同設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況。通常情況下，垃圾焚燒發(fā)電廠的電氣控制系統(tǒng)被劃分為兩個(gè)部分，分別是工藝流程部分和公用工程部分，其中，主工藝流程部分包括控制焚燒爐、余熱鍋爐以及煙氣凈化等，公用工程部分主要為汽輪機(jī)、循環(huán)冷卻水和高壓變配電等。控制系統(tǒng)則是將這些系統(tǒng)有效結(jié)合在一起，從而完成垃圾焚燒發(fā)電廠的全過程。在垃圾焚燒發(fā)電廠中應(yīng)用集散控制系統(tǒng)時(shí)，可以對(duì)垃圾焚燒發(fā)電廠的全過程進(jìn)行檢測(cè)和控制，并借助DCS系統(tǒng)完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集和監(jiān)控，而相應(yīng)的火災(zāi)情況也有自動(dòng)報(bào)警裝置。借助控制系統(tǒng)，可以使垃圾焚燒發(fā)電廠的各項(xiàng)操作實(shí)現(xiàn)集成化、自動(dòng)化和最優(yōu)化。

三、垃圾焚燒發(fā)電廠電氣系統(tǒng)檢修控制策略

（一）制定檢修計(jì)劃

在垃圾焚燒發(fā)電廠電氣系統(tǒng)檢修控制中，制定垃圾焚燒發(fā)電廠電氣系統(tǒng)檢修計(jì)劃，主要需要采取以下措施。首先，設(shè)定檢修周期，根據(jù)垃圾焚燒發(fā)電廠電氣設(shè)備的使用情況和生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)際需求，確定適當(dāng)?shù)臋z修周期。通常情況下，可以參考《生活垃圾焚燒廠檢修規(guī)程》（CJJ 231-2015）或根據(jù)設(shè)備的使用壽命、可靠性指標(biāo)和制造商的建議來確定檢修周期。其次，制定詳細(xì)的檢修計(jì)劃，根據(jù)檢修周期，制定詳細(xì)的電氣系統(tǒng)針對(duì)性檢修計(jì)劃，在制定計(jì)劃時(shí)，要考慮不同設(shè)備的檢修內(nèi)容和順序，確保整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行而不受影響。再次，定期檢查設(shè)備狀態(tài)，在檢修計(jì)劃實(shí)施之前，需要定期對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行檢查，通過檢查設(shè)備的運(yùn)行情況、故障記錄和性能數(shù)據(jù)，了解設(shè)備的健康狀況，針對(duì)性地確定需要檢修的設(shè)備和部件。然后，制定安全措施，應(yīng)當(dāng)在檢修計(jì)劃中明確相應(yīng)的安全措施，以保障檢修人員和設(shè)備的安全，包括但不限于佩戴必要的個(gè)人防護(hù)裝備、遵守操作規(guī)程、確保工作場(chǎng)所的通風(fēng)、排水和消防設(shè)施等。最后，在檢修工作完成后，進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)證和測(cè)試工作，確保設(shè)備正常運(yùn)行并符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，如果有必要，還可以聘請(qǐng)專業(yè)驗(yàn)收機(jī)構(gòu)對(duì)檢修結(jié)果進(jìn)行評(píng)估和確認(rèn)，以確保電氣系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

（二）做好零部件更換

對(duì)于垃圾焚燒發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的檢修控制，在進(jìn)行零部件更換之前，應(yīng)當(dāng)制定詳細(xì)的更換計(jì)劃，該計(jì)劃需包括零部件更換的具體時(shí)間、操作方法、所需工具和設(shè)備等信息，以確保更換過程有序進(jìn)行。在開始更換之前，對(duì)需要更換零部件的設(shè)備實(shí)施全面檢查，包括外觀、性能及連接等方面，通過檢查，確定是否需要進(jìn)行更換零部件，并預(yù)先估計(jì)更換所需的時(shí)間和工具。選用適宜的零部件進(jìn)行更換，確保其質(zhì)量可靠并符合設(shè)備要求，應(yīng)盡可能選擇原廠零部件或經(jīng)過認(rèn)可的供應(yīng)商提供的替代品，避免使用劣質(zhì)零部件而引發(fā)潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)設(shè)備的特點(diǎn)和更換任務(wù)的復(fù)雜程度，編制相應(yīng)的操作規(guī)程和流程控制文件，明確操作步驟、注意事項(xiàng)、安全要求和質(zhì)量控制點(diǎn)，確保更換過程的安全和質(zhì)量。在零件更換過程中，要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄，可以使用現(xiàn)代化的監(jiān)控設(shè)備或儀器，監(jiān)測(cè)設(shè)備的狀態(tài)和零部件更換的進(jìn)度，一旦出現(xiàn)異常情況，及時(shí)采取措施并記錄下來，以便于進(jìn)行事后分析和跟蹤。在零部件更換完成后，開展防錯(cuò)和質(zhì)量驗(yàn)證工作，確認(rèn)零部件更換的正確性與合規(guī)性，排除任何潛在問題，并進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試和檢測(cè)，確保設(shè)備安全、穩(wěn)定和正常運(yùn)行。對(duì)每次零部件更換都要進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)記錄和文件歸檔工作，記錄下更換原因、更換過程、更換結(jié)果等內(nèi)容，并填寫質(zhì)量驗(yàn)證報(bào)告，這些記錄和文件不僅可以為后續(xù)工作提供參考，也是設(shè)備管理和維護(hù)的重要依據(jù)。

（三）做好清潔和潤滑工作

在多個(gè)垃圾焚燒發(fā)電廠的電氣系統(tǒng)檢修控制中，要做好清潔和潤滑工作。首先，在進(jìn)行電氣系統(tǒng)的檢修之前，對(duì)操作區(qū)域進(jìn)行清潔工作，確保空間內(nèi)沒有灰塵、雜物以及其他污染物，營造一個(gè)干凈而安全的工作環(huán)境，減少設(shè)備故障的風(fēng)險(xiǎn)。其次，定期對(duì)電氣設(shè)備的表面進(jìn)行清理，去除積塵和污漬?？梢允褂酶刹蓟蜉p微濕潤的布擦拭，避免使用含有酸堿成分的清潔劑，以免對(duì)設(shè)備表面造成損壞。再次，根據(jù)設(shè)備制造商的要求和建議，對(duì)需要潤滑的設(shè)備部件進(jìn)行潤滑，使用適宜的潤滑油或潤滑脂，確保潤滑工作的有效性和持久性。注意根據(jù)需要及時(shí)更換潤滑油或潤滑脂。最后，定期清潔電氣設(shè)備的接觸點(diǎn)和插頭，可以使用專門的清潔劑或酒精棉球擦拭，以確保良好的電氣接觸和傳導(dǎo)性，減少因接觸不良而引起的電氣故障。此外，還需確保電氣設(shè)備的通風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)行，定期清理通風(fēng)孔和風(fēng)扇葉片，保持通風(fēng)暢通，能夠有效降低設(shè)備溫度，延長設(shè)備壽命，并減少故障率。通過以上清潔和潤滑措施，可以保持垃圾焚燒發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的清潔和良好運(yùn)行狀態(tài)，降低設(shè)備的故障率，提高系統(tǒng)的可靠性和效率，而定期開展維護(hù)工作還有助于延長設(shè)備的使用壽命，降低維修成本。

四、結(jié)語

通過本文的研究和分析，對(duì)垃圾焚燒發(fā)電廠的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制策略有了更加清晰的認(rèn)識(shí)。改進(jìn)垃圾焚燒發(fā)電廠方案和智能化控制，可以有效提升電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率，并為垃圾焚燒發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力的支持。希望本文所進(jìn)行的探討能夠?yàn)橄嚓P(guān)領(lǐng)域的研究和實(shí)踐提供參考，并促進(jìn)垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展和應(yīng)用。

文章來源：  《產(chǎn)品可靠性報(bào)告》