大型火力發(fā)電廠煙氣深度減排電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：在積極倡導(dǎo)節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的今天，電氣技術(shù)在電廠環(huán)保工程建設(shè)方面起到了越來越重要的作用。現(xiàn)就某大型火力發(fā)電廠煙氣深度減排工程電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)行簡要介紹和分析，以提高電氣系統(tǒng)的安全可靠性和自動化程度，給同類工程的電氣設(shè)計(jì)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：煙氣深度減排;電氣設(shè)計(jì);系統(tǒng)接線

0 ? ?引言

國家和地方最近幾年來加大了環(huán)境綜合治理力度，加強(qiáng)了煙氣深度減排改造。煙氣深度減排的一個關(guān)鍵點(diǎn)在于對排放煙氣進(jìn)行溫度、濕度的控制，在協(xié)同控制多污染物排放的同時，還能有效回收濕煙氣中的水分及熱量，節(jié)水節(jié)能，具有良好的社會效益。煙氣深度減排電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要著眼于系統(tǒng)的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)上的適用，現(xiàn)以某大型火力發(fā)電廠2×600 MW機(jī)組煙氣深度減排系統(tǒng)改造工程為例，介紹了該項(xiàng)目的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)與方法。

1 ? ?煙氣深度減排系統(tǒng)工藝介紹

本工程2×600 MW機(jī)組煙氣深度減排改造采用漿液降溫冷凝技術(shù)，該技術(shù)除了具有煙羽治理和多污染物排放協(xié)同治理功能外，通過降低漿液溫度還有利于提高脫硫效率，冷卻凈煙氣不僅可以將其中水蒸氣冷凝以減少脫硫補(bǔ)水，而且凝結(jié)水具有優(yōu)異的除塵功效。該工程煙氣深度減排系統(tǒng)主要由漿液冷卻器、循環(huán)水系統(tǒng)、逆流式機(jī)械通風(fēng)冷卻塔、水平衡處理系統(tǒng)等組成。

煙氣深度減排系統(tǒng)采用了脫硫漿液深度冷卻系統(tǒng)技術(shù)解決方案，通過新建逆流式機(jī)械通風(fēng)冷卻塔和循環(huán)水泵等設(shè)備組成漿液冷卻水換熱系統(tǒng)。漿液降溫冷凝深度減排改造技術(shù)就是在漿液循環(huán)管道上安裝漿液換熱器，用冷卻水經(jīng)漿液換熱器對漿液進(jìn)行冷卻，再由噴淋到吸收塔的冷漿液對吸收塔內(nèi)煙氣進(jìn)行冷卻，從而降低吸收塔出口凈煙氣溫度和濕度，達(dá)到降溫冷凝消白效果，煙氣冷卻后的凝水落回到吸收塔內(nèi)，最終再考慮塔內(nèi)水平衡[1]。

本工程煙氣深度減排系統(tǒng)主要由漿液冷凝系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、水平衡處理系統(tǒng)等多種子系統(tǒng)組成，各個子系統(tǒng)都有自己獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢。從工藝特點(diǎn)上可知，循環(huán)水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)等系統(tǒng)電氣設(shè)備的供電可靠性必須達(dá)到較高水平，才有利于保障煙氣深度減排系統(tǒng)長期穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)超低污染物排放要求。

2 ? ?電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)要遵循安全可靠性原則，既要滿足現(xiàn)有規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，又要結(jié)合工藝系統(tǒng)特點(diǎn)。電廠原有高壓廠用工作變和低壓干式變壓器容量均無法滿足新增高低壓設(shè)備負(fù)荷需求，原高低壓配電室內(nèi)也都無備用空間，需要新建高低壓配電室。本節(jié)所討論的煙氣深度治理工程電氣主接線如圖1所示，由圖1可以看出，煙氣深度減排廠用電系統(tǒng)采用6 kV和380/220 V兩級電壓，均采用單母線分段接線方式，系統(tǒng)中所有6 kV電機(jī)和干式變壓器相應(yīng)接入6 kV母線段，系統(tǒng)中所有380/220 V低壓負(fù)荷則由兩臺互為備用的干式變壓器供電，A、B兩段之間均設(shè)有聯(lián)絡(luò)開關(guān)，并與進(jìn)線開關(guān)進(jìn)行聯(lián)鎖。

下面結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況和要求，具體分析電氣系統(tǒng)的主接線形式和電氣保護(hù)設(shè)備的選擇，以及事故保安電源、直流系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)、備自投保護(hù)裝置、電機(jī)調(diào)速設(shè)備等在電氣系統(tǒng)中的主要作用和應(yīng)用方式。

2.1 ? ?中壓6 kV電氣接線

對于中壓電源的引接通常有以下3種方式：

接入方式1：系統(tǒng)內(nèi)中壓用電設(shè)備增加的電源數(shù)量相對較少，若在原中壓配電室有備用間隔或備用位置，則此接入方式最為簡單經(jīng)濟(jì)。

接入方式2：單獨(dú)裝設(shè)高壓廠用工作變作為系統(tǒng)的中壓電源，電源從發(fā)電機(jī)出口T接。此種方案需要原設(shè)計(jì)有預(yù)留場地。

接入方式3：電源從電廠高壓共箱封閉母線引接。

對于本工程，根據(jù)實(shí)際情況，采用第3種設(shè)計(jì)方案。原每臺機(jī)組高壓廠用變壓器高壓側(cè)經(jīng)封閉母線T接一臺20 MVA、20/6.3 kV雙繞組變壓器，本次煙氣深度減排改造對變壓器進(jìn)行了更換，由20 MVA增容到40 MVA，在原有變壓器位置各布置一臺雙分裂繞組變壓器，低壓側(cè)新增一個分裂繞組，新增一段共箱封閉母線系統(tǒng)，煙氣深度減排6 kV配電裝置中壓電源從母線引接。

2.2 ? ?低壓380/220 V配電系統(tǒng)

低壓電源系統(tǒng)采用PC段供電方式，由于負(fù)荷比較分散，不再單獨(dú)設(shè)置MCC段。對于較遠(yuǎn)距離負(fù)載的低壓電源饋線電纜回路，在充分滿足工藝要求的基礎(chǔ)上，可以考慮就地控制解決方案，從而有效減少低壓電源開關(guān)及饋線電纜的使用。為了提高變壓器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和供電可靠性，低壓兩段供電母線采用兩臺變壓器并列運(yùn)行，互為暗備用，兩臺變壓器分別連接在6 kV工作段上。兩段母線間設(shè)置一個母線分段開關(guān)，采用單母線分段運(yùn)行，母聯(lián)開關(guān)和進(jìn)線開關(guān)之間進(jìn)行電氣聯(lián)鎖。低壓配電采用低壓雙電源備自投供電系統(tǒng)，加裝微機(jī)備自投裝置，是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和連續(xù)可靠供電的保證。正常情況下，兩段供電母線獨(dú)立運(yùn)行，當(dāng)其中一臺變壓器發(fā)生故障時，備自投裝置自動合母聯(lián)開關(guān)，由另一臺變壓器帶全部負(fù)荷。

2.3 ? ?保安電源

保安電源系統(tǒng)是為了避免在全廠事故停電過程中可能造成的設(shè)備故障或失控、損壞或者發(fā)電廠長期無法恢復(fù)正常供電而向事故保安負(fù)荷供電的電源，主廠房根據(jù)情況需要配備柴油風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為事故保安電源。本工程事故保安負(fù)荷主要包括PLC控制柜的其中一路電源進(jìn)線、UPS的旁路交流輸入電源以及交流事故照明電源，因?yàn)榛芈窋?shù)不多，其電源可由主廠保安段供給。但是否可以從主廠保安段引接，這一點(diǎn)需要與業(yè)主確認(rèn)備用間隔的數(shù)量和容量并進(jìn)行核算后確認(rèn)，若不滿足則需要進(jìn)行改造。

2.4 ? ?直流和UPS電源

新建配電系統(tǒng)布置在獨(dú)立區(qū)域，距離主廠房較遠(yuǎn)，為了有效避免交流母線停電或故障造成影響，提高供電的安全可靠性，煙氣深度減排系統(tǒng)設(shè)置DC220 V供電系統(tǒng)。直流供電系統(tǒng)設(shè)置兩段，每段都分別配有獨(dú)立的一個充電機(jī)及一個蓄電池組，兩段互為備用。中壓段和低壓段所有的開關(guān)電氣操作控制、繼電保護(hù)、信號、自動化設(shè)備及UPS均采用了直流電源。由于直流系統(tǒng)供電可靠性直接關(guān)系到配電系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置能否正常對系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，直流系統(tǒng)在非故障狀態(tài)下不允許失去交流電源，通常的做法是為直流系統(tǒng)提供雙路源自不同母線段的交流電源，通過雙重電源的高可靠性來提高直流系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行的可靠性[2]。

深度減排系統(tǒng)共設(shè)置兩套UPS不間斷電源系統(tǒng)，由于直流系統(tǒng)帶有蓄電池，UPS無須再帶有蓄電池。每套UPS系統(tǒng)各包括一個主機(jī)柜，UPS輸出饋線柜兩套系統(tǒng)共用，向控制室操作人員站、PLC控制系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警、熱工儀表等關(guān)鍵的電氣負(fù)載提供可靠、優(yōu)良、穩(wěn)定的交流電源。UPS裝置采用并聯(lián)并機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了無縫切換，提高了UPS供電系統(tǒng)的效率和可靠度。系統(tǒng)選擇三路電源進(jìn)行輸入，UPS裝置輸入的正常交流電源分別取自本次改造新增380 V PC段，旁路交流電源分別取自原脫硫380 V保安段，UPS的直流電源取自新增220 V直流系統(tǒng)，作為正常電源失去時的備用電源。這一設(shè)計(jì)保證了在正常模式、蓄電池模式、旁路模式等各種運(yùn)行模式相互切換的過程中供電的不間斷性，滿足了系統(tǒng)的電力安全保障需求。

2.5 ? ?永磁調(diào)速和變頻調(diào)速技術(shù)在項(xiàng)目中的應(yīng)用分析

風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備是工廠最重要的一種耗電裝置，在工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由于運(yùn)行需要及節(jié)能經(jīng)濟(jì)性要求，采用各類調(diào)速設(shè)備來替換風(fēng)門、擋板及閥門進(jìn)行節(jié)流的控制。高壓變頻器主要通過改變電源頻率來改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速，但會產(chǎn)生高次諧波污染，電磁干擾嚴(yán)重，現(xiàn)場改造放置一臺高壓變頻器又需要較大空間，對安裝的環(huán)境及散熱要求比較高。而永磁調(diào)速器主要通過改變電動機(jī)與負(fù)載之間的潤滑度或者摩擦力來實(shí)現(xiàn)調(diào)速，具有低速下不會造成電動機(jī)過度發(fā)熱的優(yōu)異調(diào)速性能，以及無剛性連接傳遞扭矩、可在惡劣環(huán)境下應(yīng)用、整體系統(tǒng)振動大幅減少、系統(tǒng)維護(hù)工作量減少及系統(tǒng)使用壽命延長等優(yōu)點(diǎn)[3]。本工程循環(huán)水泵采用大功率高壓電機(jī)，因此設(shè)計(jì)方案選用永磁調(diào)速器控制為宜。而對于一些中小型低壓電動機(jī)，如冷卻塔風(fēng)機(jī)以及其他一些需要調(diào)速的水泵設(shè)備，采用低壓變頻器來進(jìn)行控制，技術(shù)相對成熟，故障率低，穩(wěn)定性更好。

3 ? ?結(jié)語

本文依托于近年來煙氣深度減排項(xiàng)目工藝要求，提出了電氣系統(tǒng)各部分的設(shè)計(jì)思路及設(shè)備選型依據(jù)，以更好地實(shí)現(xiàn)電氣技術(shù)在工程中的應(yīng)用，保障系統(tǒng)的安全可靠性和節(jié)能經(jīng)濟(jì)性，促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。

[參考文獻(xiàn)]

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[3] 鐘義峰，李炎.永磁調(diào)速節(jié)能技術(shù)在煉鐵廠的應(yīng)用[J].冶金設(shè)備管理與維修，2018，36（5）：15-17.

收稿日期：2021-08-31

作者簡介：周永隆（1977—），男，福建上杭人，電氣工程師，研究方向：電氣。