摘要

生物质是重要的可再生能源，目前主要可开发利用的资源为农作物所产生的废弃物——秸秆。相比燃煤发电，秸秆发电的污染排放很小，又可循环利用，是一种清洁的可再生能源。生物质能发电综合自动化控制的主要难点是燃料热值的不稳定性造成的锅炉燃烧难以经济、稳定控制，以及由秸秆收、运、贮等环节存在的问题导致输料系统难以安全、连续运行。本文以单县生物质发电厂为例，介绍了生物质发电厂综合自动化的系统结构、控制策略，并对调试和运行中所暴露的问题及其改进方案进行了初步探讨。

1、引言

改变能源结构，维护能源安全，发展可再生能源是当今世界各国的重要举措。从上世纪70年代石油危机以来，生物质能开发利用开始受到各国关注[1]。中国拥有丰富的生物质能资源，据测算，中国理论生物质能资源约50亿吨左右。目前主要开发利用的资源为水稻、玉米和小麦所产生的废弃物--秸秆。国家发改委已经将生物质直燃发电列为可再生能源产业发展的重要方面[2]。随着国家《可再生能源法》的颁布实施，生物质能发电必将迎来一个发展高峰。

区别于传统火电厂综合自动化控制系统，生物质能发电厂综合自动化系统的工艺及设备具有其特殊性，包括碱金属腐蚀、灰渣结焦、结渣、焦油等问题[3];同时生物质燃料的热值随着湿度等特性的变化很不稳定，因此不能通过常规控制方法按负荷计算出应该投入的燃料量，而应该通过对风量的计算调节给料量，从而在本质上改变了常规燃煤电厂的控制方式;另外，生物质燃料的成分和煤粉存在极大差异，因而产生结焦、腐蚀的工艺参数及环境也与普通燃煤炉不同，对锅炉及其辅助设备的工艺设计及自动化控制提出了不同要求;生物质能电厂上料系统由于燃料的运输、储运、切割等工艺存在很多问题，因而导致了上料系统粉尘含量高，存在极大的安全隐患;并且现有上料系统经常出现结团堵塞，不能保证锅炉连续稳定运行。生物质能发电设备及综合自动化控制的国产化及以上存在的问题都是今后生物质能发电事业所面临的亟待解决的问题。

2、生物质发电综合自动化控制系统结构

当前生物质发电使用的关键一次设备基本上都实现了国产化，以单县项目为例，上料系统已经实现了全部的国产化，电站锅炉以丹麦BWE锅炉技术为基础，采用的是130t/h、振动炉排、四回程(M型烟气回路)、自然循环的国产汽包锅炉。汽轮机和发电机等设备与常规小型电厂基本类似，其控制方式也基本类似。

根据秸杆发电项目的特点并结合我国自动化控制的发展趋势，自动化控制系统可以采用分级递接控制。整个系统可以分为三个控制层次，即站控层、中间层和间隔层。

2.1 站控层

站控层接收中间层传输的各类信息，并将运行人员的指令下发到相应的中间层控制器，是整个系统的人机接口。操作人员通过显示画面，可以实时直观的掌握整个系统的运行情况。从安全性角度考虑，站控层可以采用双机双网结构，通讯采用100M高速以太网，两台服务器互为热备用，提高整个系统的实时性、可靠性。

2.2 中间层

中间层是整个自动化控制系统的桥梁，负责收集间隔层传输的各类信息，运行相应的控制逻辑，同时将各类信息传输到站控层，并且负责接收站控层的各项指令，触发相应的逻辑流程。中间层也可以采用双机双网结构，通讯采用10M/100M自适应以太网，两台前置控制器互为热备用，能够保证系统可利用率不低于99.9%。

2.3 间隔层

间隔层主要负责实时采集现场设备的信息，并将采集到的信息传送到中间层，是整个自动化控制系统的基础。间隔层可以根据现场一次设备的安装配置情况，采用不同的网络配置，较常见的有以太网、CAN总线、远程I/O等配置方式。该层可以采用安全性较高的PLC或PCC进行配置，使整个系统具有较高的可靠性。

自动化控制系统结构示意图如图1所示。