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垃圾填埋氣發(fā)電中自動控制系統(tǒng)的研究

文檔作者：蘇寶楓任憲仁2 張召文檔來源： 1．城市建設研究院 2．北京市海淀區(qū)環(huán)境衛(wèi)生服務中心		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年11月19日
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技術與應用
垃圾填埋氣發(fā)電中自動控制系統(tǒng)的研究
蘇寶楓 任憲仁2 張 召
(1．城市建設研究院，北京 100029；2．北京市海淀區(qū)環(huán)境衛(wèi)生服務中心，北京 100081)
摘要根據(jù)垃圾填埋氣發(fā)電的要求，采用西門子的可編程邏輯控制器和艾默生的集散控制系
統(tǒng)來實現(xiàn)工藝過程的控制。工程實踐證明，利用PLC和DCS控制的垃圾填埋氣發(fā)電系統(tǒng)，結合本
文設計的控制算法，簡化了控制系統(tǒng)的設備和結構，同時實現(xiàn)了節(jié)能降耗和系統(tǒng)的可靠運行。
關鍵詞：填埋氣發(fā)電； 自動控制；PLC
Automatic Control System’S Research in Landfill LFG to Energy
SuBaofengl RenXianren2 ZhangZhaol
(1．China Urban Construction Design&amp;amp;Research Institute，Beij ing 1 00029；
2．Environmental Sanitation Service Center ofHaidian，Beijing 100081)
Abstract According to the requirements of the landfill LFG to energ~ we use program mable
logic controller of Siemens and distributed control system of Emerson to achieve the control process．
Proj ect proved that the use of LC and DCS in landfill LFG to energy system，with the control algorithm
designed in this paper，simplifies equipment and structures of the control system ，while achieving the
energy saving and reliable operation of the system ．
Key words： landfill LFG to energy； automatic control； PLC
垃圾填埋場是城市生活垃圾的最終處置環(huán)節(jié)，
垃圾填埋場中的可降解生物在穩(wěn)定化降解過程中產(chǎn)
生大量的垃圾填埋氣，其主要成分是甲烷和二氧化
碳，其中甲烷含量約45％~60％V／V，二氧化碳含量
約占40％~60％V／V[”，熱值與城市煤氣相當，是一
種很好的可再生能源。目前，填埋氣發(fā)電已成為我
國治理垃圾填埋場污染排放、開發(fā)利用垃圾填埋氣
的主流技術。
現(xiàn)今， 自動化控制已進入計算機智能化控制階
段，能夠根據(jù)系統(tǒng)運行過程中相關參數(shù)的變化，及
時、自動地調(diào)整系統(tǒng)的運行狀態(tài)，使其一直運行在
一個最佳的工作狀態(tài)。本項目采用PLC和DCS來實
現(xiàn)填埋氣發(fā)電系統(tǒng)的自動化控制。
1 填埋氣發(fā)電工藝系統(tǒng)概況
1．1 填埋氣發(fā)電工藝簡介
填埋氣發(fā)電主要由填埋氣收集系統(tǒng)、填埋氣預
處理系統(tǒng)、火炬系統(tǒng)和發(fā)電機組系統(tǒng)四部分組成，
其工藝流程如圖1所示，填埋氣由集氣井進入集氣管
網(wǎng)，經(jīng)過預處理后進行發(fā)電或者進入火炬燃燒。
圖1 填埋氣發(fā)電工藝流程圖
1．2 計算機控制系統(tǒng)
計算機控制系統(tǒng)框圖如圖2所示，現(xiàn)場采集的數(shù)
據(jù)實時傳輸?shù)礁骺刂破鞯腜LC或DCS，再通過PLC
或DCS傳輸?shù)缴衔粰C，上位機控制指令給相應的
PLC或DCS，通過各控制器的PLC或DCS實現(xiàn)具體控
制，形成一個可靠、快捷的局域網(wǎng)絡。現(xiàn)場數(shù)據(jù)信
息通過相應的控制器經(jīng)工業(yè)以太網(wǎng)傳送至中央控制
室主控機處理，處理結果隨時向各控制器發(fā)送各種
控制指令，完成生產(chǎn)調(diào)度過程 ]。·
201 1年第8期電|毒l技求J 57
技術與應用
圖2 計算機檢測控制系統(tǒng)框圖
中央控制室的上位機系統(tǒng)采用客戶機／服務器結 2．2 預處理、火炬控制器的控制及算法實現(xiàn)
構，服務器用于記錄、打印、備份整個生產(chǎn)過程的數(shù) 1)檢測、控制內(nèi)容
據(jù)，客戶機作為操作員接口，用于對工藝過程的操作 預處理、火炬系統(tǒng)主要檢測、控制內(nèi)容如下：
和監(jiān)視。上位機系統(tǒng)和控制系統(tǒng)通過100Mbps的工業(yè) 主要檢測冷干機入口的壓力，羅茨風機出口的壓
以太網(wǎng)進行通信，上位機系統(tǒng)由2臺服務器、l臺工程 力，精濾器入口、出口的壓力，預處理系統(tǒng)出口的壓力，
師站、2臺操作員站、1臺監(jiān)視站組成。 沼氣總管(進入發(fā)電機組和火炬之前的沼氣管)的流量、
本系統(tǒng)共有4個控制站：預處理、火炬控制器選 壓力、溫度以及氧氣、甲烷的濃度。其中冷干機入口的
用西門子的PLC進行控制，l一4號發(fā)電機控制器、5 壓力，羅茨風機出口的壓力，精濾器入口、出口的壓力
一8號發(fā)電機控制器、電氣控制器均選用艾默生的 就地顯示；預處理系統(tǒng)出口的壓力由壓力變送器將信號
DCS進行控制。 上傳由此來控制羅茨風機轉(zhuǎn)速；沼氣總管的流量變送
下面以預處理、火炬控制器為例，來介紹PLC 器、壓力變送器及溫度變送器將沼氣流量和溫壓補償信
在填埋氣發(fā)電系統(tǒng)中的具體應用實現(xiàn)。 號經(jīng)控制柜上流量積算儀計算補償后由RS485通信線引
2 預處理、火炬系統(tǒng)的檢測與控制
2．1 預處理、火炬系統(tǒng)的工藝和控制器構成
填埋氣相對濕度和H2S含量較大，同時含有的粉
塵量也難以滿足填埋氣發(fā)電機組的工作要求，所以
需要對填埋氣進行預處理。填埋氣首先經(jīng)過預處理
系統(tǒng)進行脫硫、脫水等處理，然后再進行發(fā)電，最
大限度地減少填埋氣對發(fā)沼氣電機組的腐蝕，延長
沼氣發(fā)電機組的使用年限。預處理系統(tǒng)工藝如圖3
所示，填埋氣首先進入脫硫塔進行脫硫，然后進入
冷干機降低填埋氣溫度、初步脫水。變頻羅茨風機
可以穩(wěn)定輸出氣體的壓力，調(diào)節(jié)氣體流量， 以滿足
火炬燃燒和沼氣發(fā)電機組對氣體壓力、流量等的要
求。最后填埋氣在精濾器的作用下進一步脫水，達
到沼氣發(fā)電機組對氣體成分的要求。
圖3 預處理系統(tǒng)工藝流程圖
58 I電l置l技玳201 1年第8期
至上位機進行相應顯示。沼氣總管中氧氣、甲烷的濃度
分別由氧氣濃度分析儀和甲烷濃度分析儀送至PLC(即
預處理、火炬控制器)，并在上位機上進行顯示。
羅茨風機的運行和故障信號，熱水循環(huán)泵的運
行和故障信號，變頻器的運行和故障信號，火炬的
運行和溫度信號，都可經(jīng)PLC在主控機畫面上顯示。
羅茨風機1、2互為備用，設就地控制柜，既可
以就地控制，又可以在中控室實現(xiàn)羅茨風機的起停，
壓力自動變速調(diào)節(jié)。
預處理、火炬控制器系統(tǒng)框圖如圖4所示。
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圖4 預處理、火炬控制器系統(tǒng)框圖
2)羅茨風機的控制算法
模糊控制就是把各種傳感器測到的精確量轉(zhuǎn)換
成適于模糊運算的模糊量，然后將這些量在模糊控
制器中加以運算，最后再將運算結果中的模糊量轉(zhuǎn)
換為精確量，以便于各執(zhí)行器進行具體的操作控制，
本系統(tǒng)的羅茨鼓風機模糊控制原理如圖5所示，)， 為
風機出口壓力給定，Y為風機出口壓力。
模糊控 i ~liT
吲蔞
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圖5 模糊控制原理圖
羅茨鼓風機的特點是風機轉(zhuǎn)速和風機出口氣體
流量成正比關系，當風機轉(zhuǎn)速一定、進口壓力稍有
波動時，風機出口氣體流量不變。
在本系統(tǒng)中，羅茨風機采用壓力變頻調(diào)速。風
機出口的實際壓力與給定壓力進行比較，由模糊控
制器得出調(diào)節(jié)信號，變頻器根據(jù)該信號改變電機轉(zhuǎn)
速進而改變風機轉(zhuǎn)速，最終達到調(diào)節(jié)風機出口流量
以及節(jié)能的目的。風機控制的系統(tǒng)框圖如圖6所示。
圖6 羅茨風機壓力模糊控制系統(tǒng)框圖
PLC能夠根據(jù)現(xiàn)場儀表檢測的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，
通過對羅茨風機的控制實現(xiàn)對沼氣總管中氣體壓力
技術與應用
和流量的控制，滿足下一步的沼氣發(fā)電機組的要求。
利用PLC作控制系統(tǒng)不僅節(jié)省了大量的人力物力，
而且保證了系統(tǒng)運行的可靠性【 ?，F(xiàn)場情況表明，
本系統(tǒng)運行穩(wěn)定，控制效果理想，提高了填埋氣發(fā)
電項目的自動化水平和系統(tǒng)監(jiān)測、控制的精度。
3 結論
填埋氣發(fā)電是實現(xiàn)垃圾減量化、資源化、無害
化處理在的一種重要手段。工程實踐證明，填埋氣
發(fā)電中合理使用自動控制系統(tǒng)，極大地方便了對全
廠工藝系統(tǒng)、設備的監(jiān)測、控制和管理，提高了生
產(chǎn)效率，降低了事故率，改善了生產(chǎn)條件，大大地
降低了儀表、設備維護成本，結構簡單，運行可靠，
易于實現(xiàn)。
參考文獻
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北京：冶金工業(yè)出版社，2007：239．243．
【2】 張磊．淺談污水處理廠自動化控制[J】．測控技術，2005，
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[3】崔江華．PLC和Wincc系統(tǒng)在環(huán)形加熱爐中的應用
【J]．電氣技術，2001(1)：59．61．
作者簡介
蘇寶楓(1982。)，女，河北保定人，助理工程師，主要從事工業(yè)自
動化的設計工作。
(上接第19頁)
三相動力電源，其造價高，移動也不方便，蓄電池
充滿80％～1o0％只需II段速， II段速不需太大的
m 、 ， 只需單相電源，攜帶方便，造價低， 電
動車用戶自備一臺即可，將電池100％充滿目的是防
止電池接受電量的活性力衰減，而長期在雙向電流
充電環(huán)境中蓄電池的接受電量活性力已隨時得到鍛
煉，只須電動車用戶在休閑時段不定期地對電池進
行80％～100％充滿以充分利用電池的儲能量，行駛
距離盡可能長些又兼?zhèn)浞乐闺姵厝萘克p作用)。
2)走雙向電流充電技術路徑，進入了理性地對
蓄電池充電社會環(huán)境后，蓄電池循環(huán)周期使用壽命
真實(相比恒流充電)地能與燃油發(fā)動機使用壽命
比長論短后，才會真實地促進電動汽車發(fā)展。
3)走雙向電流充電技術路徑，進入了理性地對
蓄電池充電社會環(huán)境后，使電能從直流電流源
倒進蓄電池 的的轉(zhuǎn)換效率即使僅提升10％，對整
個社會來說也是一個大的節(jié)能量值，最終會真實地
轉(zhuǎn)變成促進電動車發(fā)展因素之一。
作者簡介
李維民(1948一)，男，籍貫重慶市，電氣工程師，主要從事工業(yè)計
量儀表與電氣化自動控制方面的研究。
黃子言(1987一)，男，四川I瀘州人，本科，現(xiàn)從事工業(yè)計量儀表與
電氣化自動控制產(chǎn)品的設計研發(fā)。
201 1年第8期電 技 l 59

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