浙江中控技术股份有限公司 浙江杭州 310052
摘要：危险废物焚烧的安全仪表系统（SIS）包含燃烧器管理系统（BMS）和紧急停车系统系统（ESD）。控制目标是允许燃烧器安全启动、点火、进料，并在操作过程中连续监控燃烧器状态，在不安全状态下联锁跳车，或操作人员要求下正常停车。本文阐述其中的关键控制。
关键词：危险废物焚烧系统；安全仪表系统；BMS；ESD
Abstract: Hazardous waste incineration safety instrumented system (SIS) includes burner management system (BMS) and emergency shutdown system (ESD). The control objective is to allow safe start, ignition burner, feed, and in the operating process of continuous monitoring of combustion state in a state of insecurity, the lock jumped out of the car, or the operator requirements under normal parking. This article describes the key control.
Keywords: Hazardous Waste Incineration System SIS BMS ESD
1.工艺流程介绍
工艺流程：固体废物经预处理和科学配比后，经SMP或者Ram Feeder进入回转窑；液体废物经过喷雾器送入回转窑或二燃室。回转窑连续旋转，物料不停翻动、加热、干燥、气化和燃烧，燃烧温度约为900摄氏度。燃烧后的残渣自窑尾落入渣斗，有出渣系统排出。燃烧产生的烟气从窑尾进入二燃室高温燃烧，燃烧温度1000摄氏度，停留2秒以上。在二燃室充分燃烧的高温烟气经余热锅炉回收热量，将热能转换为热水和蒸汽，烟气温度降至450摄氏度，然后进入急冷塔，快速冷却至150摄氏度，再后进入布袋除尘系统，再经洗涤塔充分洗涤后降至80摄氏度，最后经过加热器、引风机、烟筒排入大气。
经过以上焚烧处理、危险废物被焚烧、汽化后，去除二恶英、HCL、HF、CO、NO2、NO、SO2等有害物质成分和粉尘，净化后的烟气向空中排放，少量固体残渣和污泥被填埋处理。
工艺流程概貌如图一所示。
2.控制系统总体设计
为了实现焚烧危废焚烧系统的连续稳定运行并保证装置及生产安全，配备了DCS与SIS两大控制系统：
1）分布式控制系统DCS：负责生产监控和优化过程的控制。
2）安全仪表系统SIS：实现各燃烧器及进料的安全启动；并在运行期间监测燃烧器的状态（火焰、压力、温度等），实现正常停车及联锁停车过程。
整个装置进入DCS系统进行监控的I/O测点共2500余点，采用浙江中控ECS700系统；进入SIS系统的I/O测点500余点，采用RA ICS Tursted系统。两套系统各采用一套独立的冗余控制网络，在VisualField 软件平台上实现一体化控制，每个工程师站及操作员站均可实现对两套系统操作。SIS系统通过冗余Modbus RTU网络向DCS系统发送控制指令，并检测执行反馈，实现启动过程中的调节控制。系统整体网络图如图二所示。
3.关键控制的方案设计及实施
3.1主逻辑控制及厂级停车联锁
装置启用时应满足Pre-Start Permissives，操作员选择系统运行后进行复位操作，Master程序启动，依次检查RUN Permissives、System Purge Complete。开车时没有火焰信号和燃烧器跳车信号，主程序启动各个燃烧器、喷枪进料程序。开车之后如果没有火焰并有装置发生跳车，启动系统吹扫程序。
如果RUN Permissives信号丢失Master程序停止并全厂联锁；如果System Purge Complete未完成，启动System Purge 程序，直至系统吹扫完成；RUN Permissives允许且系统吹扫完成，Master允许各燃烧器喷枪启动。
3.1.1系统吹扫
在两种情况下启动系统吹扫程序：主程序检测到系统吹扫未完成；燃烧器正常停车、安全停车后，如果满足条件启动系统吹扫程序。
燃烧器有火焰或温度高于760℃，无需系统吹扫。如不满足这两个条件，需要操作员确认后执行吹扫程序。
系统吹扫执行过程有三种情况会导致吹扫失败：吹扫前允许信号不满足，吹扫允许信号不满足，启动吹扫后未能达到最低吹扫流量。如果风机未能全部运行，BMS启动紧急吹扫程序：经发送指令给DCS锁定所有风机及调节阀的当前状态保持2分钟，之后全开助燃风调节阀到全开状态，进行15分钟吹扫。
3.2燃烧器控制及单元级停车联锁
3.2.1燃烧器控制主程序
每个燃烧器在Pre-Firing Permissives允许的情况下可以进行燃烧器的启动，燃烧器首先进行燃烧器吹扫，吹扫完成后点火，点火成成功后燃烧器进入正常运行状态。BMS释放对天燃气管线调节阀的控制，进入监测状态。
监测燃烧器的RUN Permissives及运行投切开关，如果RUN Permissives丢失启动本燃烧器的联锁停车程序；运行开关投切到停止状态启动正常停车程序；两钟停车程序启动20秒后执行系统吹扫，避免残留气体闪爆炸。
3.2.2燃烧器点火前吹扫控制
为防止点火时残留气体闪爆，每次点火前都需要对设备单体再次吹扫，吹扫期间检测吹扫允许信号，如果吹扫允许信号丢失则吹扫失败即启动燃烧器失败，需要人工确认后再次再次启动燃烧器。
3.2.3燃烧器点火控制
点火控制是燃烧器启动的关键，每个燃烧器的“吹扫完成”后，助燃空气调节阀将由吹扫状态，被调整到燃烧器点火位置，其它的点火条件满足，那么BMS将可以点小火。BMS系统将激发点火器，并打开点小火天然气阀门。如火焰探测器检测到火焰则点火成功。如果在10秒内没有检测到火焰，关闭点火变压器，关闭了天然气安全关闭阀，点小火失败，然后再进行第二次点小火尝试，在四次点小火失败后，暂停燃烧器点火程序，等待操作员调查点火故障的原因后重新启动燃烧器。
在燃烧器点小火成功并被检测到，BMS将启动燃烧器的主焰。为了启动燃烧器的主焰，BMS将检查所有主燃料条件满足，主火焰的调节阀被开到点火位置，然后打开燃料的安全切断阀。10秒后，通过关闭点小火天然气安全切断阀熄灭小火。如仍然能检测到火焰则点火成功，如果火焰探测器没有检测到火焰，则关闭主管线燃料切断阀门，并且显示“燃烧器点火失败”。操作人员需要手动复位，在此之后，燃烧器必须重新进行吹扫才能进行下一次燃烧器点火。
3.3燃烧器进料控制及进料设备级联锁
燃烧器运行稳定后，操作员可以选择进废液。启动进料程序，先开雾化空气阀门，然后将废液进料调节阀调节到点火位，并增加相应助燃风流量，之后开废液管线安全阀进废液。稳定火焰10秒钟后，将调节阀释放给DCS控制。
4.危废焚烧炉项目前景和展望
山东省“十三五”危险废物处置设施建设规划：十三五期间投资530亿元建设危废处理项目353项。由此可见全国范围内垃圾焚烧炉项目市场份额巨大，且2015年之前项目存在大量使用DCS、PLC代替BMS系统，新项目加之改造项目保守估计不下千余个。
目前中控在TCS900系统上编写标准化模块，这将为公司的业绩建立一个新的支撑点。
论文作者:周玉刚,袁历
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/21
标签：燃烧器论文; 系统论文; 火焰论文; 程序论文; 进料论文; 联锁论文; 小火论文; 《基层建设》2018年第5期论文;