·技术开发·大型火力发电厂烟气脱硫电气系统设计

书书书　第３０卷第１０期华电技术Ｖｏｌ．３０　Ｎｏ．１０　　　２００８年１０月ＨｕａｄｉａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＯｃｔ．２００８　　·技术开发·大型火力发电厂烟气脱硫电气系统设计ＤｅｓｉｇｎｏｆＦＧＤｅｌｅｃｔｒｉｃｓｙｓｔｅｍｉｎｌａｒｇｅｔｈｅｒｍａｌｐｏｗｅｒｐｌａｎｔ郭伟ＧＵＯＷｅｉ（中国华电工程（集团）有限公司环保南京分部，江苏南京　２１００００）（ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＮａｎｊｉｎｇＢｒａｎｃｈ，ＣｈｉｎａＨｕａｄｉａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＬｉｍｉｔｅｄ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００００，Ｃｈｉｎａ）摘　要：介绍了烟气脱硫（ＦＧＤ）电气系统的主接线及系统构成特点，阐述了ＦＧＤ电气系统的控制保护、信号与测量构成要素，分析了事故保安负荷、直流系统及ＵＰＳ在ＦＧＤ电气系统中的作用，提出了设计中应注意的事项。关键词：烟气脱硫；电气设计；控制保护；火力发电厂中图分类号：ＴＭ６２１：Ｘ７０１．３　　　文献标志码：Ａ　　　文章编号：１６７４－１９５１（２００８）１０－０００１－０３Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｆｌｕｅｇａｓｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ（ＦＧＤ）ｅｌｅｃｔｒｉｃｓｙｓｔｅｍｍａｉｎｂｕｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ＴｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆＦＧＤｅｌｅｃｔｒｉｃｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄｗｈｉｃｈｉｎｃｌｕｄｅｓｃｏｎｔｒｏｌ，ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｓｉｇｎａｌａｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅａｃｔｉｏｎｓｏｆａｃｃｉｄｅｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｌｏａｄ，ｄｉｒｅｃｔｓｙｓｔｅｍａｎｄＵＰＳｏｆＦＧＤｅｌｅｃｔｒｉｃｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｍａｔｔｅｒｓｎｅｅｄｉｎｇａｔｔｅｎｔｉｏｎｉｎｄｅｓｉｇｎｗｅｒｅｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｌｕｅｇａｓｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ（ＦＧＤ）；ｅｌｅｃｔｒｉｃｄｅｓｉｇｎ；ｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｔｈｅｒｍａｌｐｏｗｅｒｐｌａｎｔ收稿日期：２００８－０７－１０　　在今后相当长的一段时间内，我国还将以火电为主，发电耗煤量占全国煤炭消费总量的２８．６％左右。据预测，到２０１０年和２０１５年，全国发电量将分别达到２０４００和２４８００亿ｋＷ·ｈ左右，全国发电装机总容量将分别达到４．５亿ｋＷ和５．５亿ｋＷ。工业燃煤，特别是火力发电装置废气排放物对环境的污染若不加以治理，将成为国民经济发展和人民生活水平进一步提高的瓶颈［１］。因此，研究燃煤机组的烟气脱硫技术（ＦＧＤ）是国家环保政策制定的重要课题。１　烟气脱硫电气系统概述经济发展离不开能源的支撑，但是，随着能源工业特别是火电行业的发展，二氧化硫等大气污染物排放量不断增加，酸雨污染愈来愈大，对空气质量和生态环境造成严重影响，因此，燃煤机组烟气脱硫势在必行。随着国家对环境保护要求的逐步提高，对某些燃用高硫分煤种的电厂，脱硫设备已成为必不可少的设施［２］。６００ＭＷ机组作为电网的主力发电机组，排出的烟气含硫量对周边环境污染严重，脱硫技术已成为重要环保措施。火电厂脱硫工程投资大、运行费用高、国产化水平低。脱硫工程投资动辄数亿元，一些电厂的脱硫工程成本甚至占了电厂总投资的１／３，面对如此昂贵的设备，确保设备的安全运行是电气设计人员的主要任务。由于脱硫是一个新的课题，各规程规范对脱硫电气的设计描述较少，尤其是对脱硫各负荷性质的描述，不像电厂主体部分那样对每一个电机都有定性的描述，如Ⅰ类、Ⅱ类、保安等。这就需要设计人员在设计中参考现有的规程、规范，了解工艺流程以及每个电机在工艺流程的作用，不断与工艺专业人员探讨和摸索。总体而言，燃煤机组烟气脱硫电气系统设计主要注重２点：系统的安全可靠性和经济适用性。２　烟气脱硫高压电源的引接方式脱硫高压电源的引接通常采用２种方式。方式１：单独设脱硫高压工作变压器（以下简称脱硫高工变），如图１所示，其电源从发电机出口主回路离相封闭母线Ｔ接；方式２：脱硫系统高压电源直接接于　·２·华电技术第３０卷　图１　单独设脱硫高压电源接线示意图主厂房高压厂用工作变压器（以下简称高厂变）［３］。方式１比较灵活，高厂变与脱硫高工变容量设置不受影响，在本体工程与脱硫工程不同期设计时优势更明显，与发电主体工程设计接口简单，制约性小；其次，对于一些老电厂，在设计初期未考虑上脱硫工程，在这种没有预留条件的情况下高厂变已经没有足够备用容量，通常也是考虑单独增设脱硫高工变，当然，需要对封闭母线Ｔ接处进行改造；另外，与脱硫工程同时设计的电厂同样可以采取方式１。方式２较方式１省去了１台变压器，使Ａ列外场地在布置上可以更简单、紧凑。由于脱硫负荷直接接于高厂变下，因此，在脱硫电负荷能落实的情况下此方案可行。对于预留脱硫系统的工程，由于脱硫方案待定，脱硫电负荷不准确，因此，在高厂变容量的选择上就没有依据，会导致选择结果不合理、不经济，此时方案１较方案２更优。３　烟气脱硫低压电源的引接方式脱硫电气系统一般采用２个电压等级，高压母线一般按炉分段，每台炉单独设一段工作母线，双电源进线并采用互为备用方式。６ｋＶ单元负荷、公用负荷分别接于２段上［４］。３８０／２２０Ｖ系统采用ＰＣ（动力中心）、ＭＣＣ（电动机控制中心）两级供电方式。低压厂用电接线根据情况大致有２个设计方案。下面以某电厂烟气脱硫工程为例进行分析。方案１：２套脱硫系统共设２台低压工作变压器，互为备用，为所有的脱硫低压负荷供电；低压ＰＣ采用单母线分段，设３８０／２２０Ｖ脱硫Ａ，Ｂ段，由２台低压干式变压器低压侧供电。３８０／２２０Ｖ脱硫Ａ，Ｂ段之间分别设联络开关。２台低压干式变压器分接于６ｋＶ２个脱硫段上。脱硫单元负荷分别接于脱硫Ａ，Ｂ段，公用负荷分别接于各段。ＭＣＣ均采用双回供电，２路电源互相闭锁。３８０／２２０Ｖ系统为中性点直接接地系统［５］。方案２：每套脱硫系统各设２台低压工作变压器，互为备用，为所有的脱硫低压负荷供电；低压ＰＣ采用单母线分段，设３８０／２２０Ｖ脱硫３Ａ，３Ｂ段和４Ａ，４Ｂ段。４台低压干式变压器成对设置，３Ａ，３Ｂ段和４Ａ，４Ｂ之间分别设联络开关。方案的技术经济比较：按照ＤＬ／Ｔ５１５３—２００２《火力发电厂厂用电设计技术规定》中常用厂用负荷特性表，脱硫负荷除部分搅拌器属Ⅰ类负荷，增压风机、吸收塔浆液循环泵属Ｉ或ＩＩ类外，其余均为Ｉ或ＩＩ类负荷，因此负荷的重要性较主厂房汽机、锅炉电机要低一些，并且脱硫岛低压负荷的单元性不是非常明显，因此，方案１接线能满足供电可靠性要求，接线简单、清晰，投资少，运行费用低。方案２可满足供电可靠性要求，接线单元性强，但投资高（约５０万元），因此该电厂推荐方案１。４　烟气脱硫电源接地技术为了保证系统的可靠运行和保障设备及现场工　第１０期郭伟：大型火力发电厂烟气脱硫电气系统设计·３·　作人员的安全，按照要求进行严格的电源接地设计。主要考虑以下３种接地技术。（１）交流保护接地。交流保护接地主要用于保障人身安全。对于各厂房电源输入端，采用带电极电缆的独立交流保护接地系统。区域中的控制柜金属框架和外壳都与交流保护接地连接，保护接地的电极装置其接地电阻小于０．１Ω。（２）避雷接地。避雷接地旨在安全分散易被设备金属外壳和电气系统接收的放电电荷，保护人和设备免遭雷击，同时也抑制雷击对系统的干扰，保证系统在闪电闪击过程中正常运行。在工厂２２０ｋＶ／６ｋＶ供电变压器的原副边都安装了避雷器，工厂主要建筑也都安装了避雷装置［６］。各避雷针与接地电极相连，接地电极的电阻小于０．１Ω。（３）主基准接地。主基准接地是一种隔离的电极列阵。通过信号与交流保护接地脱离，隔离的主基准接地可确保ＤＣＳ数据总线连接设备过程信号的稳定，抑制系统的干扰。主基准接地电极体为直径１１．８ｍｍ，长１３ｍ的不镀漆钢棒，引入厂房后接在星型板上，电极体接地电阻必须小于１．０Ω，接地电极和任何接地金属、接地网或垫之间最小间距为３ｍ。接地电极紧挨厂房基脚时接地性能良好。接地电极头到ＤＣＳ仪器仪表的电缆长度不得超过１５２．４ｍ。为了达到更好的接地效果，按照标准用２根４ＡＷＧＣ（１６ｍｍ２）以上的绝缘铜线分别将交流保护接地电极头与避雷保护接地电极头相连，交流保护接地电极头与主基准电极头相连，组成一个接地网，如图２所示。为便于定期测试或查找干扰及处理问题，交流保护接地电极和主基准接地电极之间的连接是可拆卸的，且在连接之前必须先按要求用自动测试器（如美国新泽西洲埃德逊Ｄｒａｎｅｔｚ技术公司制造的６２６－ＰＡ－６００２型测试器）对主基准接地进行干扰测试，测试通过后才能够连接。图２　火电厂烟气脱硫电源接地技术５　烟气脱硫系统保安电源设置由于脱硫工艺要求，在失去厂用电时，为了保证脱硫系统安全停运，脱硫系统一些辅机需要在失去厂用电时继续供电，如工艺水泵、搅拌器等。另外，对于热控的ＤＣＳ以及电气ＵＰＳ电源同样需要提供保安电源。设计一般考虑在脱硫系统单独设置事故保安段，单母线接线，以便向脱硫岛事故保安电源集中供电。保安段电源的引接问题十分关键，按ＤＬ／Ｔ５１５３—２００２《火力发电厂厂用电设计技术规定》，容量为２００ＭＷ及以上机组主厂房均设置了柴油发电机组，因此，在主厂房柴油发电机容量满足要求的情况下，应从主厂房事故保安段引接。对于脱硫改造工程，主厂房柴油发电机组没有考虑足够备用容量时，建议脱硫系统单独设置柴油发电机组。脱硫设施与本体工程同期建设时，脱硫负荷的保安电源从主厂房保安段提供较好。６　结束语随着烟气脱硫技术的迅速发展，脱硫方式也在不断改进，对于不同的脱硫工艺系统，电气系统设计既要满足现有规范标准的要求，又要结合脱硫系统的特点进行设计。这样才能真正实现大型火力发电厂烟气脱硫电气系统设计的价值。参考文献：［１］赵毅，李守信．有害气体控制工程［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００１．［２］陆延昌，姜绍俊．２１世纪初期中国电力工业展望［Ｊ］．中国电力，２０００，３３（７）：１－８．［３］王志轩．我国火电厂排污收费现状及收费制度改革的建议［Ｊ］．中国电力，２０００，３３（１）：７７－８１．［４］江得厚，杨汝周，孙杰宽．选择电站锅炉脱硫技术方案的可行性探讨与研究［Ｊ］．中国电力，２０００，３３（６）：７８－８１．［５］高翔，骆仲涣，陈亚菲，等．含湿Ｃａ（ＯＨ）２颗粒脱硫反应特性的模型研究［Ｊ］．环境科学学报，１９９０，１９（４）：２０－２５．［６］国电电力建设研究所．华能珞璜电厂烟气脱硫装置设计、施工、运行［Ｒ］．北京：国电电力建设研究所，２００５．（编辑：刘芳）作者简介：郭伟（１９７９—），男，山东泰安人，中国华电工程（集团）有限公司环保南京分部助理工程师，从事电气设计方面的研究工作。