摘要: 生物質是重要的可再生能源，目前主要可開發利用的資源為農作物所產生的廢棄物——秸稈。相比燃煤發電，秸稈發電的污染排放很小，又可循環利用，是一種清潔的可再生能源。生物質能發電綜合自動化控制的主要難點是燃料熱值的不穩定性造成的鍋爐燃燒難以經濟、穩定控制，以及由秸稈收、運、貯等環節存在的問題導致輸料系統難以安全、連續運行。本文以單縣生物質發電廠為例，介紹了生物質發電廠綜合自動化的系統結構、控制策略，並對調試和運行中所暴露的問題及其改進方案進行了初步探討。
關鍵詞：生物質 綜合自動控制控制策略
1、引言
改變能源結構，維護能源安全，發展可再生能源是當今世界各國的重要舉措。從上世紀70年代石油危機以來，生物質能開發利用開始受到各國關注[1]。中國擁有豐富的生物質能資源，據測算，中國理論生物質能資源約50億噸左右。目前主要開發利用的資源為水稻、玉米和小麥所產生的廢棄物－－秸稈。國家發改委已經將生物質直燃發電列為可再生能源產業發展的重要方面[2]。隨著國家《可再生能源法》的頒布實施，生物質能發電必將迎來一個發展高峰。
區別於傳統火電廠綜合自動化控制系統，生物質能發電廠綜合自動化系統的工藝及設備具有其特殊性，包括鹼金屬腐蝕、灰渣結焦、結渣、焦油等問題[3]；同時生物質燃料的熱值隨著濕度等特性的變化很不穩定，因此不能通過常規控制方法按負荷計算出應該投入的燃料量，而應該通過對風量的計算調節給料量，從而在本質上改變了常規燃煤電廠的控制方式；另外，生物質燃料的成分和煤粉存在極大差異，因而產生結焦、腐蝕的工藝參數及環境也與普通燃煤爐不同，對鍋爐及其輔助設備的工藝設計及自動化控制提出了不同要求；生物質能電廠上料系統由於燃料的運輸、儲運、切割等工藝存在很多問題，因而導致了上料系統粉塵含量高，存在極大的安全隱患；並且現有上料系統經常出現結團堵塞，不能保證鍋爐連續穩定運行。生物質能發電設備及綜合自動化控制的國產化及以上存在的問題都是今後生物質能發電事業所面臨的亟待解決的問題。
2、生物質發電綜合自動化控制系統結構
當前生物質發電使用的關鍵一次設備基本上都實現了國產化，以單縣項目為例，上料系統已經實現了全部的國產化，電站鍋爐以丹麥BWE鍋爐技術為基礎，採用的是130t/h、振動爐排、四回程（M型煙氣迴路）、自然循環的國產汽包鍋爐。汽輪機和發電機等設備與常規小型電廠基本類似，其控制方式也基本類似。
根據秸桿發電項目的特點並結合我國自動化控制的發展趨勢，自動化控制系統可以採用分級遞接控制。整個系統可以分為三個控制層次，即站控層、中間層和間隔層。
2.1 站控層
站控層接收中間層傳輸的各類信息，並將運行人員的指令下發到相應的中間層控制器，是整個系統的人機介面。操作人員通過顯示畫面，可以實時直觀的掌握整個系統的運行情況。從安全性角度考慮，站控層可以採用雙機雙網結構，通訊採用100M高速乙太網，兩台伺服器互為熱備用，提高整個系統的實時性、可靠性。
2.2 中間層
中間層是整個自動化控制系統的橋樑，負責收集間隔層傳輸的各類信息，運行相應的控制邏輯，同時將各類信息傳輸到站控層，並且負責接收站控層的各項指令，觸發相應的邏輯流程。中間層也可以採用雙機雙網結構，通訊採用10M/100M自適應乙太網，兩台前置控制器互為熱備用，能夠保證系統可利用率不低於99.9%。
2.3 間隔層
間隔層主要負責實時採集現場設備的信息，並將採集到的信息傳送到中間層，是整個自動化控制系統的基礎。間隔層可以根據現場一次設備的安裝配置情況，採用不同的網路配置，較常見的有乙太網、CAN匯流排、遠程I/O等配置方式。該層可以採用安全性較高的PLC或PCC進行配置，使整個系統具有較高的可靠性。
自動化控制系統結構示意圖如圖1所示。
圖1 生物質能發電綜合自動控制系統結構示意圖
3.生物質能發電綜合自動化控制策略研究
生物質能電廠對中國來說是一個全新的事物。生物質能電廠與常規火力發電廠最大的不同是燃料的不同，尤其是生物質燃料的水分含量較高且不穩定，其熱值不固定，進而導致了燃料處理、輸運、鍋爐燃燒方式的不同。而汽輪機、發電機、電氣和輔助車間等系統的控制方式與相同規模的常規電廠並沒有太大的不同。根據對國內外生物電廠自動化控制系統的考察和研究，對生物質能電廠鍋爐的主要控制做簡要的分析討論。
3.1負荷控制
生物質能電廠負荷控制思路與常規電廠有本質的區別。機組控制採用機跟爐的調節方式，鍋爐調負荷，汽機隨鍋爐負荷的變化而保持進汽的壓力基本保持不變。由於生物質燃料的熱值不固定，根據鍋爐負荷不能直接確定給料量，但是可以確定給風量，再根據鍋爐的實際蒸發量、尾部煙道氧量通過負荷控制器的運算來調整給風量和給料量，最終實現鍋爐側對負荷的調節。
依據這種控制方式，可以解決以生物質這類熱值不固定的燃料為原料的鍋爐負荷精確、自動控制問題。
