火力發(fā)電廠無旁路煙氣脫硫電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

莘守亮

(中國華電工程(集團(tuán))有限公司，北京 100035)

0 引言

煤炭直接燃燒排放的SO2，NOx等酸性氣體不斷增加，使我國很多地區(qū)酸雨量增加。電力工業(yè)已經(jīng)成為我國最大的大氣污染排放產(chǎn)業(yè)之一，在SO2減排方面，火力發(fā)電廠的煙氣脫硫達(dá)標(biāo)排放已成為環(huán)保部門和電力部門的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年年底火電脫硫機(jī)組的裝機(jī)容量是2005年以前的13倍，從40 GW增加到532 GW。2010年，五大發(fā)電集團(tuán)的SO2排放總量為443.9萬t，比2005年下降了約44.76%，火電企業(yè)在目前電煤價(jià)格高、上網(wǎng)電價(jià)低的“煤電倒掛”困境下，從大局出發(fā)，為國家減排工作做出了巨大貢獻(xiàn)。

新頒布實(shí)施的GB 50660—2011《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》將脫硫裝置包含在主廠房區(qū)，無旁路煙氣脫硫裝置與主機(jī)組同時(shí)運(yùn)行，要求脫硫投運(yùn)率達(dá)到100%。該標(biāo)準(zhǔn)的10.1.3第2條明確規(guī)定:當(dāng)濕法煙氣脫硫工藝不設(shè)置煙氣旁路系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)提高脫硫系統(tǒng)設(shè)備的可靠性及材料耐腐蝕等級(jí)。

1 無旁路煙氣脫硫電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 脫硫電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

脫硫電氣系統(tǒng)包括高、低壓廠用配電系統(tǒng)，脫硫高壓變壓器(部分電廠設(shè)置)、脫硫低壓變壓器，保安電源系統(tǒng)，直流系統(tǒng)、不間斷電源供電(UPS)系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)，電纜敷設(shè)及防火，防雷接地、照明、檢修，通信及火災(zāi)報(bào)警等。

脫硫裝置高壓、低壓廠用電電壓等級(jí)應(yīng)與發(fā)電廠主體工程一致。脫硫裝置廠用電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式應(yīng)與發(fā)電廠主體工程一致，當(dāng)主廠房低壓廠用電系統(tǒng)采用三相三線制時(shí)，脫硫島宜采用直接接地方式供電，脫硫保安段的主廠房保安電源進(jìn)線應(yīng)經(jīng)隔離變壓器后接入。對(duì)于300 MW及以上的新建無旁路煙道機(jī)組，宜保持各單元脫硫廠用電的獨(dú)立性，減少單元之間的聯(lián)系，以提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性。

1.2 高、低壓供電系統(tǒng)

1.2.1 脫硫高壓工作電源的引接方案

(1)脫硫高壓工作電源宜由高壓廠用工作母線引接，也可設(shè)脫硫高壓變壓器從發(fā)電機(jī)出口引接。

(2)新建工程同步建設(shè)脫硫裝置時(shí)，脫硫高壓工作電源宜由高壓廠用工作母線引接，當(dāng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件比較合理時(shí)，也可設(shè)脫硫高壓變壓器。

(3)新建工程預(yù)留脫硫裝置時(shí)，若技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件合理，宜采用高壓廠用工作變壓器預(yù)留容量的方式。

(4)已建電廠增設(shè)脫硫裝置時(shí)，如果高壓廠用工作變壓器有足夠的備用容量，且原有高壓廠用開關(guān)設(shè)備的短路動(dòng)熱穩(wěn)定值及電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的電壓水平均滿足要求時(shí)，脫硫高壓工作電源應(yīng)從高壓廠用工作母線引接，否則，應(yīng)設(shè)脫硫高壓變壓器。

(5)已建脫硫裝置增容改造時(shí)，應(yīng)重新核算原電源方案和高壓廠用變壓器、高壓脫硫變壓器容量是否滿足改造要求，必要時(shí)進(jìn)行改造，確保機(jī)組及脫硫系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

1.2.2 脫硫低壓工作電源的引接方案

(1)脫硫低壓工作電源應(yīng)單獨(dú)設(shè)置脫硫低壓工作變壓器供電，低壓變壓器容量不應(yīng)大于2500kV·A。

(2)脫硫島宜每臺(tái)鍋爐設(shè)置1臺(tái)低壓工作變壓器，2臺(tái)機(jī)組的脫硫島宜采用2臺(tái)變壓器互為備用的運(yùn)行方式。當(dāng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件比較合理時(shí)，也可2臺(tái)鍋爐設(shè)置1臺(tái)低壓備用變壓器。

(3)1000 MW無旁路煙道機(jī)組脫硫島宜每臺(tái)鍋爐設(shè)置2臺(tái)低壓工作變壓器。

(4)若多臺(tái)鍋爐脫硫低壓公用負(fù)荷較大，可設(shè)置2臺(tái)低壓公用變壓器。

1.3 脫硫電氣系統(tǒng)接線方式

1.3.1 脫硫高壓系統(tǒng)接線方式

(1)脫硫高壓負(fù)荷宜直接接于高壓廠用工作母線段，也可設(shè)脫硫高壓母線段供電。當(dāng)單機(jī)脫硫高壓負(fù)荷數(shù)量為10臺(tái)及以上時(shí)，宜設(shè)脫硫高壓母線段供電。

(2)當(dāng)脫硫島不設(shè)高壓脫硫母線段時(shí)，脫硫高壓負(fù)荷均直接接入機(jī)組高壓廠用工作母線段;有高壓廠用公用母線段時(shí)，脫硫公用負(fù)荷宜接入高壓廠用公用母線段。

(3)當(dāng)設(shè)置脫硫高壓母線段時(shí)，宜每臺(tái)鍋爐設(shè)置1段并設(shè)置備用電源。2路電源采用快切裝置自動(dòng)切換。

脫硫高壓工作、備用電源宜由高壓廠用工作母線A，B段引接。2爐1塔的200 MW及以下機(jī)組脫硫高壓備用電源宜由不同高壓廠用工作段引接。

當(dāng)脫硫高壓工作電源由脫硫高壓變壓器低壓側(cè)引接時(shí)，脫硫高壓備用電源宜由機(jī)組啟動(dòng)備用變壓器低壓側(cè)引接;有脫硫旁路煙道時(shí)，其備用電源也可由另一脫硫高壓變壓器低壓側(cè)引接。

(4)當(dāng)脫硫系統(tǒng)中的公用部分(磨制系統(tǒng)、脫水系統(tǒng)等)為多臺(tái)機(jī)組脫硫系統(tǒng)公用且高壓公用負(fù)荷數(shù)量為10臺(tái)及以上時(shí)，宜增設(shè)脫硫公用高壓母線段，其電源應(yīng)從不同機(jī)組廠用高壓母線段或廠用高壓公用母線段引接。

1.3.2 脫硫低壓系統(tǒng)接線方式

(1)脫硫系統(tǒng)每臺(tái)吸收塔宜設(shè)置一段低壓母線，低壓母線應(yīng)采用單母線接線方式。

(2)脫硫系統(tǒng)2段低壓母線間應(yīng)設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，當(dāng)采用明備用方式時(shí)應(yīng)自動(dòng)切換，當(dāng)采用暗備用方式時(shí)宜手動(dòng)切換。

(3)脫硫島應(yīng)采用暗備用(或明備用)動(dòng)力中心(PC)和電動(dòng)機(jī)控制中心(MCC)兩級(jí)供電方式，并根據(jù)工藝設(shè)備的布置情況分別或合并設(shè)置吸收塔區(qū)MCC、石灰石制漿區(qū)MCC、石膏脫水區(qū)MCC、廢水處理區(qū)MCC，MCC均應(yīng)為雙電源供電。接有I類負(fù)荷的MCC雙電源應(yīng)自動(dòng)切換，接有II類負(fù)荷的MCC雙電源可手動(dòng)切換。

75 kW及以上的電動(dòng)機(jī)、所有MCC電源回路宜由PC供電，75 kW以下的電動(dòng)機(jī)等負(fù)荷宜由MCC供電。

(4)1000 MW無旁路煙道機(jī)組脫硫島每臺(tái)鍋爐應(yīng)設(shè)置2段低壓工作母線。

(5)當(dāng)設(shè)置脫硫公用變壓器時(shí)，低壓應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的脫硫公用PC段，通過2臺(tái)互為暗備用的低壓公用變壓器供電，變壓器電源引接于脫硫高壓公用母線段。

(6)脫硫島低壓供電系統(tǒng)應(yīng)采用三相四線制，中性點(diǎn)采用直接接地方式。

1.4 脫硫裝置交流保安電源

(1)脫硫裝置應(yīng)設(shè)置單獨(dú)的交流脫硫保安段，以確保失去廠用電后的機(jī)組鍋爐、脫硫裝置安全停運(yùn)，過后能很快重新啟動(dòng)，防止危及人身安全。

脫硫裝置保安電源系統(tǒng)宜采用中性點(diǎn)直接接地方式。

(2)每臺(tái)鍋爐/吸收塔應(yīng)設(shè)置一段事故保安MCC段，保安段工作電源由脫硫裝置PC段供電，在確認(rèn)保安段工作電源消失后，應(yīng)由保安備用電源供電。保安備用電源的供電方式可分為以下幾種:

1)當(dāng)主廠房保安電源滿足脫硫保安容量要求時(shí)，由主廠房交流保安電源供電;脫硫保安電源不應(yīng)直接從機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)引接。

2)當(dāng)主廠房保安電源不能滿足脫硫保安容量要求時(shí)，宜在脫硫島設(shè)置能快速啟動(dòng)的柴油發(fā)電機(jī)。

3)當(dāng)主廠房無保安電源(一般為125MW及以下機(jī)組)時(shí)，可根據(jù)需要由主廠房引接一回可靠廠用電源作為事故應(yīng)急電源。

(3)無旁路煙氣脫硫系統(tǒng)交流事故保安負(fù)荷特性見表1。

1)供電類別、控制地點(diǎn)、事故時(shí)安全停機(jī)投入時(shí)段等系指一般情況，具體工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)與有關(guān)專業(yè)人員(包括相關(guān)制造廠)聯(lián)系后確定。

2)根據(jù)項(xiàng)目運(yùn)行實(shí)際需要，在機(jī)組保安容量許可的條件下，也可將磨煤機(jī)漿液箱、石灰石漿液箱攪拌器、吸收塔攪拌器(一半數(shù)量)接入脫硫保安段，手動(dòng)啟、停。

3)無煙氣換熱器(GGH)且無吸收塔高位沖洗水箱時(shí)，除霧器沖洗水泵應(yīng)接入脫硫保安段。

4)運(yùn)行方式可參考DL/T 5153—2002《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》附錄B。

1.5 脫硫裝置直流負(fù)荷及UPS系統(tǒng)

(1)新建電廠同期建設(shè)煙氣脫硫裝置時(shí)，脫硫裝置直流負(fù)荷宜由機(jī)組直流系統(tǒng)供電。當(dāng)脫硫裝置離主廠房較遠(yuǎn)時(shí)，也可單獨(dú)設(shè)置脫硫直流系統(tǒng)。已建電廠增設(shè)脫硫裝置時(shí)，宜設(shè)置脫硫直流系統(tǒng)，向脫硫裝置直流負(fù)荷供電。

(2)脫硫直流系統(tǒng)為脫硫內(nèi)電氣控制、信號(hào)、繼電保護(hù)、斷路器操作機(jī)構(gòu)、長(zhǎng)明燈、UPS等直流負(fù)荷供電。采用單母線接線，電壓等級(jí)宜采用220 V DC，也可采用110 V DC。

表1 無旁路煙氣脫硫系統(tǒng)交流事故保安負(fù)荷特性

(3)新建電廠同期建設(shè)煙氣脫硫裝置時(shí)，脫硫裝置交流不停電負(fù)荷宜由機(jī)組UPS系統(tǒng)供電。當(dāng)脫硫裝置布置離主廠房較遠(yuǎn)時(shí)，也可單獨(dú)設(shè)置UPS。

已建電廠增設(shè)煙氣脫硫裝置時(shí)，宜單獨(dú)設(shè)置UPS向脫硫裝置不停電負(fù)荷供電。

(4)UPS宜采用靜態(tài)逆變裝置，為單相輸出，采用單母線接線，UPS的輸出配電屏饋線應(yīng)采用輻射狀供電方式。

UPS系統(tǒng)至少應(yīng)包括整流器、逆變器、隔離變壓器、靜態(tài)開關(guān)、手動(dòng)旁路開關(guān)、逆止二極管(當(dāng)由脫硫島蓄電池供電時(shí)采用，其方向峰值電壓應(yīng)不小于1500 V)及饋線配電屏。

(5)當(dāng)脫硫島直流系統(tǒng)為220 V時(shí)，UPS宜不自帶蓄電池，直流電源從脫硫島直流系統(tǒng)引接;當(dāng)脫硫島直流系統(tǒng)為110 V時(shí)，UPS宜自帶蓄電池。

(6)UPS負(fù)荷率應(yīng)不大于60%。

1.6 其他

脫硫島的電動(dòng)機(jī)選型、電纜敷設(shè)及防火、防雷接地、照明、檢修、通信及火災(zāi)報(bào)警等與電廠主體工程要求一致，可參照DL/T 5153—2002《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》執(zhí)行，本文不再詳述。

2 有、無旁路煙氣脫硫電氣系統(tǒng)比較

(1)有旁路的煙氣脫硫裝置，電氣系統(tǒng)可按照輔機(jī)電氣系統(tǒng)的要求設(shè)計(jì)，當(dāng)脫硫電氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)失電時(shí)，可以打開旁路擋板門，煙氣不經(jīng)過脫硫裝置，仍能保證主機(jī)安全、可靠運(yùn)行。

無旁路的煙氣脫硫裝置，脫硫電氣系統(tǒng)的可靠性與主機(jī)廠用電的可靠性相同，電氣系統(tǒng)應(yīng)按照主廠房電氣系統(tǒng)的要求設(shè)計(jì)，當(dāng)脫硫電氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障失電時(shí)會(huì)直接導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)。

(2)有旁路的煙氣脫硫電氣系統(tǒng)，一般是每臺(tái)機(jī)組各設(shè)置一段脫硫廠用電高、低壓母線，采用單母線分段接線，同期建設(shè)的2臺(tái)機(jī)組脫硫裝置互為備用。

脫硫高壓廠用電母線2路電源進(jìn)線間必須采用專用快切裝置自動(dòng)切換，脫硫保安MCC段2路電源(其中1路為本機(jī)組主廠房保安PC段直供電源)進(jìn)線間必須采用專用快切裝置自動(dòng)切換，確保脫硫電氣系統(tǒng)供電安全、可靠。

(3)無旁路的煙氣脫硫裝置，一旦停運(yùn)會(huì)聯(lián)鎖脫硫系統(tǒng)停運(yùn)而導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)的脫硫關(guān)鍵主設(shè)備應(yīng)自帶小輔機(jī)，以提高其供電的可靠性。脫硫關(guān)鍵主設(shè)備自帶小輔機(jī)，如有成對(duì)的工作、備用設(shè)備(如增壓風(fēng)機(jī)或電機(jī)的潤滑油站油泵)，其工作設(shè)備由脫硫保安MCC段供電，備用設(shè)備由脫硫PC段供電;在1臺(tái)主設(shè)備只有1臺(tái)小輔機(jī)設(shè)備(如循環(huán)泵減速機(jī)齒輪油泵)的情形下，同類型的小輔機(jī)設(shè)備由不同的低壓母線段供電，不得全部接入一個(gè)母線段。

3 結(jié)束語

以上是筆者近幾年來參與的多個(gè)無煙氣旁路脫硫項(xiàng)目電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，供同行參考。電力環(huán)保的目的是節(jié)能減排，但發(fā)電是火力發(fā)電廠的第一要?jiǎng)?wù)，增設(shè)脫硫裝置后不應(yīng)降低發(fā)電主機(jī)的安全性、可靠性和投用率。

［1］GB 50660—2011，大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］DL/T 5153—2002，火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.

［3］DL/T 5136—2001，火力發(fā)電廠、變電所二次接線設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］GB 50049—2011，小型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］DL/T 5196—2004，火力發(fā)電廠煙氣脫硫設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程［S］.

［6］HJ/T 179—2005，火電廠煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范石灰石/石灰－石膏法［S］.

［7］徐斌，田利娟，陶愛平.燃煤電廠無旁路濕法煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)備配置與選型［J］.華電技術(shù)，2012，34(2):75 －76.

［8］陳創(chuàng)社，赫向輝，王軍平.無旁路煙氣脫硫裝置運(yùn)行可靠性探討［J］.華電技術(shù)，2009，31(7):6 －8.

［9］聶鵬飛，張宏宇.無GGH濕法脫硫旁路煙道的漏點(diǎn)治理［J］.華電技術(shù)，2011，33(2):70 －73.

［10］郭浩杰，俞忠勇，胡隆.濕法煙氣脫硫系統(tǒng)拆除旁路擋板的方案及實(shí)施［J］.華電技術(shù)，2012，34(4):10 －12.

［11］彭宜藻，郭福明.煙氣脫硫系統(tǒng)阻力增大原因分析及處理措施［J］.華電技術(shù)，2010，32(4):74 －77.