燃煤電廠煙氣治理島電氣系統(tǒng)設(shè)計研究

陳凌偉

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

1 前言

隨著國家大氣治理環(huán)保工作的深入，逐步走進低碳經(jīng)濟，電廠對粉塵、SOx 和NOx 的聯(lián)合治理的需求越來越高，煙氣治理島系統(tǒng)應(yīng)運而生。工業(yè)供配電是保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)，煙氣治理島電氣系統(tǒng)的設(shè)計要從安全、可靠和經(jīng)濟等角度著眼，本文結(jié)合工程案例，介紹了該項目的電氣系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)與方法。

2 項目概況及設(shè)計思路

2.1 項目概況

本項目共4 臺爐，為一爐一套配置。本煙氣治理島系統(tǒng)設(shè)備主要包括脫硝系統(tǒng)、低溫省煤器、靜電除塵器、氣力輸灰系統(tǒng)、石灰石—石膏濕法全煙氣脫硫系統(tǒng)、濕式電除塵器等。

圖1 煙氣治理島的工藝流程圖

電氣系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容包括高低壓供配電系統(tǒng)、電氣控制與保護、直流及UPS 系統(tǒng)、電氣設(shè)備布置、電氣橋架通道規(guī)劃、電纜、防火阻燃設(shè)施、防雷接地系統(tǒng)、照明及檢修系統(tǒng)等部分。

2.2 變配電所所址選擇

變配電所所址選擇，兼顧土建及機務(wù)專業(yè)，按以下原則選擇：（1）接近負荷中心；（2）接近電源側(cè)；（3）進出線方便；（4）運輸設(shè)備方便；（5）布置緊湊，方便控制；（6）兼顧環(huán)境（避開腐、化、燃、爆、熱、濕、低、積水等環(huán)境）。

2.3 變配電所供電型式選擇

煙氣治理島廠采用10kV 和AC380/220V 兩級工作電壓供電系統(tǒng)。10kV 負荷較多可采用獨立配電所，也可與所帶10kV 配電段一起附設(shè)于負荷較大的廠房或建筑物內(nèi)。

3 供配電系統(tǒng)設(shè)計

3.1 高低壓供配電系統(tǒng)設(shè)計

本工程煙氣治理島，按負荷區(qū)域劃分為：（1）脫硝400V 供電系統(tǒng)；（2）低溫省煤氣400V 供電系統(tǒng)；（3）除塵器及輸灰400V 供電系統(tǒng)；（4）脫硫400V 供電系統(tǒng)；（5）引風(fēng)機10kV 供電系統(tǒng)。

3.1.1 10kV 供電系統(tǒng)

本煙氣治理島中未設(shè)置10kV 配電房，由主廠10kV配電段提供10kV 電源，分別供電給2 臺除塵變、4 臺脫硫變、4 臺爐的引風(fēng)機10kV 變頻器柜。

3.1.2 400V 低壓供電系統(tǒng)

（1）脫硝供電系統(tǒng)。脫硝系統(tǒng)位置緊鄰鍋爐，結(jié)合脫硝段負荷，考慮到配電可靠性和經(jīng)濟性，4 臺爐共用一段脫硝MCC 段，由鍋爐主廠房提供兩路400V 電源，兩路電源互相閉鎖，采用自投自復(fù)方式。將脫硝MCC 段設(shè)在尿素車間配電間內(nèi)。

（2）低溫省煤器供電系統(tǒng)。每臺爐配2 臺低溫省煤器循環(huán)泵，兩臺泵一主一備，每臺泵分別配一臺循環(huán)泵變頻控制柜。變頻控制柜電源分別引自對應(yīng)鍋爐主機系統(tǒng)的400V 配電段開關(guān)柜。

（3）除塵及輸灰供電系統(tǒng)。根據(jù)除塵及輸灰系統(tǒng)供電負荷計算，每兩臺爐共用一臺變壓器。4 臺爐設(shè)2臺1600kVA 除塵變壓器，給靜電除塵、輸灰系統(tǒng)等負荷供電。除塵PC A、B 段之間設(shè)母聯(lián)開關(guān)，兩段電源互為暗備用，優(yōu)化10kV 供電，并保證供電可靠性。

（4）脫硫供電系統(tǒng)。煙氣治理島脫硫供電系統(tǒng)中，設(shè)4臺2500kVA低壓脫硫變壓器，即每臺爐設(shè)1臺脫硫變。4 臺脫硫變壓器10kV 電源分別引自鍋爐主廠房對應(yīng)的1#～4#機組10kV 配電段。

根據(jù)負荷計算，要求脫硫變壓器在滿足脫硫配電的同時，為就近系統(tǒng)設(shè)備提供配電，例如，脫硫廢水處理系統(tǒng)總電源（下級設(shè)380/200V 脫硫廢水MCC 段）、濕式除塵器并入對應(yīng)爐段的脫硫PC 段、空壓機房配電段電源、灰?guī)燔囬g配電段電源等。脫硫配電系統(tǒng)每兩臺爐之間設(shè)母聯(lián)柜，互為暗備用。即脫硫PC A、B 段（1#，2#爐）互為暗備用；脫硫PC C、D 段（3#，4#爐）互為暗備用。

脫硫配電系統(tǒng)中設(shè)一段脫硫公用MCC 段，作為事故保安電源，為脫硫公用設(shè)備（如脫水系統(tǒng)、地坑泵等）、脫硫廢水系統(tǒng)、脫硫UPS 及直流屏、脫硫樓事故照明、CEMS 電源等系統(tǒng)及設(shè)備供電。4 段脫硫PC 段各提供一路電源，這4路電源之間相互閉鎖，采用自投不自復(fù)方式，為脫硫公用MCC 段提供電源。

圖2 脫硫系統(tǒng)電氣接線圖

3.2 電氣設(shè)備布置

脫硝MCC 段布置在尿素車間0 米層低壓配電室。

低溫省煤器循環(huán)泵變頻控制柜布置在低溫省煤器循環(huán)泵房配電室。

2#爐及3#爐靜電除塵器之間新建除塵控制樓。除塵控制樓6.00m 層設(shè)除塵配電室及除塵控制室，用于安裝2 套靜電除塵干式變壓器、除塵PC A 段、除塵PC B段、靜電除塵器高低壓控制柜、氣力輸灰控制系統(tǒng)等。除塵控制樓0m 層設(shè)引風(fēng)機變頻器室，集中安裝4 臺爐的10kV 引風(fēng)機變頻器。

脫硫區(qū)域新建脫硫車間樓，脫硫車間9.5m 層設(shè)配電室：安裝4 套脫硫干式變壓器、4 段脫硫PC 段、脫硫公用MCC 段等，脫硫車間設(shè)電纜夾層，以上設(shè)備電纜采用下進下出。脫硫車間設(shè)直流屏UPS配電間、電子設(shè)備間、治理島控制室、工程師室等。

3.3 直流與UPS 系統(tǒng)

3.3.1 直流系統(tǒng)（DC220V）

煙氣治理島在脫硫樓上設(shè)置一套直流系統(tǒng)（DC220V），為控制、保護等直流負荷提供供電。一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，已充足電的蓄電池應(yīng)能提供直流應(yīng)急電源和UPS 裝置電源供電時間1h。直流系統(tǒng)采用單母線接線，成套電源屏，配絕緣檢測單元、監(jiān)控單元、高頻開關(guān)電源模塊、蓄電池組等。蓄電池組通過以浮充、均衡充電的方式運行。直流系統(tǒng)額定電壓為DC220V,容量為150Ah。

3.3.2 不停電電源系統(tǒng)（UPS）（AC220V）

煙氣治理島設(shè)置設(shè)置一套UPS 系統(tǒng)，用于向控制主機、DCS 系統(tǒng)、主要儀表、火災(zāi)報警等交流負荷供電。正常運行下，交流電源由隔離變、整流器、逆變器供電；當交流電源失電后，由蓄電池經(jīng)逆變器供電；只有當逆變器故障時，才可以通過靜態(tài)開關(guān)切換至外部應(yīng)急交流電源供電。UPS 自帶蓄電池組。UPS 在系統(tǒng)停電后還能在額定電壓下繼續(xù)運行不小于30min。UPS 輸出為單相交流220V，50Hz，容量為25kVA。

3.4 電氣系統(tǒng)控制及保護

3.4.1 控制電源

對于重要供電設(shè)備的控制電源采用直流DC220V，例如，380V/220V 配電段的進線、母聯(lián)開關(guān)、重要負荷的饋線開關(guān)等控制電源采用直流DC220V，由脫硫樓直流屏供電。其余配電及控制等電氣設(shè)備的控制電壓采用交流AC220V，取自柜內(nèi)母排。

3.4.2 繼電保護

380V/220V配電段的進線、母聯(lián)、重要負荷饋線回路的開關(guān)采用智能型框架斷路器；380V/220V 配電段的配電回路采用塑殼式斷路器；大容量電動機回路采用電動機保護裝置+智能型框架斷路器，比如循環(huán)泵、氧化風(fēng)機等；次大容量電動機以及重要電動機采用電動機保護裝置+塑殼+接觸器，比如，地坑攪拌器等；小容量電機采用塑殼+接觸器+熱繼電器。

DCS 或測控裝置屏監(jiān)控的接收信號具體如下：智能型框架斷路器回路的遠程控制、開關(guān)合閘、跳閘狀態(tài)、脫扣器動作、控制電源消失、4 ～20mA 模擬量電流信號；22kW 以上以及所有攪拌器電動機等回路的遠方控制、合閘信號、故障動作、4 ～20mA 模擬量電流信號；22kW以下電動機回路的遠方控制、合閘信號、故障動作。

3.4.3 控制方式

（1）脫硝電氣系統(tǒng)、低溫省煤器電氣系統(tǒng)由主廠房鍋爐DCS 控制。煙氣治理島后臺通過與主廠DCS 通訊，監(jiān)測以上開關(guān)設(shè)備。

（2）煙氣治理島中，帶干式變壓器的配電段：2 段除塵PC 段、4 段脫硫PC 段的進線及母聯(lián)開關(guān)，由主廠房鍋爐DCS 進行監(jiān)測及控制。煙氣治理島后臺通過與主廠DCS 通訊，監(jiān)測以上開關(guān)設(shè)備。

（3）每臺爐設(shè)靜電除塵器PLC 控制柜，及氣力輸灰PLC 控制柜，所有PLC 控制柜由IPC 上位機監(jiān)控協(xié)調(diào)控制。IPC 上位機與脫硫DCS 通訊，將靜電除塵器系統(tǒng)及輸灰系統(tǒng)納入煙氣煙氣治理島控制系統(tǒng)。

（4）煙氣治理島分散控制系統(tǒng)(FGD－DCS)設(shè)在脫硫車間樓內(nèi)。4 段脫硫PC 段（除脫硫變壓器、380V PC 進線及聯(lián)絡(luò)開關(guān)）、公用MCC 段、脫硫島區(qū)域儀表閥門等都納入煙氣治理島DCS 控制；另外，包括就近的濕式除塵器系統(tǒng)也納入煙氣治理島DCS 控制；并通過通訊，將脫硝、低省、除塵、輸灰等系統(tǒng)納入煙氣治理島DCS，進行集中監(jiān)控。

3.5 電纜構(gòu)筑物及防火封堵

（1）依據(jù)煙氣治理島電房布置、主要負荷分布，規(guī)劃電纜主通道，作為鍋爐主機廠房與煙氣治理島的10kV 主動力通道及主要通訊通道。煙氣治理島內(nèi)分系統(tǒng)：脫硝、低省、除塵、輸灰、脫硫、濕電等電纜敷設(shè)依據(jù)常規(guī)設(shè)計，設(shè)計過程中，合并及優(yōu)化部分電纜敷設(shè)通道。電纜構(gòu)筑物包括綜合管廊、豎井、橋架、電纜溝、電纜夾層等。

（2）防火阻燃措施。為避免因電纜著火引起的惡性事故，必須采用完善的電纜防火阻燃措施。電纜溝在主要分支處設(shè)防火封堵段；電纜溝在進入建筑物處設(shè)防火墻；電纜穿過土建預(yù)留的墻洞及樓板孔洞時需設(shè)防火封堵；室內(nèi)、室外電纜橋架在主要分支段設(shè)阻燃段；電纜保護管的兩端采用防火堵料密封；柜底電纜進線孔設(shè)電纜阻火等。

3.6 防雷接地系統(tǒng)

本工程中的建筑防雷按第三類防雷建筑物設(shè)計。區(qū)域內(nèi)包括尿素車間、低省水泵房、靜電除塵器、除塵控制樓、引風(fēng)機房、脫硫車間樓、濕式除塵器等建筑設(shè)備。煙氣治理島區(qū)域作為獨立的閉合接地網(wǎng)，與電廠主接地網(wǎng)至少有4 處連接，保證可靠連接。

本工程接地裝置用φ50 熱鍍鋅鋼管作接地極，其接地電阻R ≤4 歐（除塵器區(qū)域不大于2 歐姆）。本工程采用等電位連接，所有不帶電的金屬外殼、進出各建構(gòu)筑物金屬管道，配電柜槽鋼基礎(chǔ)均與接地線可靠連接。室內(nèi)接地線采用40×4 熱鍍鋅扁鋼。室外采用60×8 熱鍍鋅扁鋼。經(jīng)常有人出入的走道處，在地下裝設(shè)兩條與接地網(wǎng)相連的均壓帶。接地干線穿越道路、溝道時應(yīng)穿管保護。接地裝置的連接采用焊接，接地線與電力設(shè)備的連接可采用防松螺栓連接或焊接。所有設(shè)備金屬外殼應(yīng)采用鍍鋅扁鋼可靠接地，每個接地部分應(yīng)以單獨的接地干線相連，嚴禁采用串接方式。

3.7 照明及檢修系統(tǒng)

3.7.1 照明系統(tǒng)

本工程照明設(shè)計包括煙氣治理島區(qū)域室內(nèi)、室外照明布置。

（1）正常照明系統(tǒng)：電壓為AC380/220V，從臨近的PC 段或MCC 段等取電。

（2）事故照明系統(tǒng)：應(yīng)急照明取自脫硫公用MCC 段，電源分配至各區(qū)域交流事故照明配電箱，包括尿素車間、低省泵房、除塵控制樓、脫硫車間低壓配電室、脫硫車間控制室、脫水車間、石膏庫等區(qū)域設(shè)置交流事故照明。煙氣治理島區(qū)域內(nèi)的重要出入口，設(shè)置可充電式應(yīng)急燈，停電后，應(yīng)急照明持續(xù)時間應(yīng)不少于60min。

3.7.2 檢修電源系統(tǒng)

煙氣治理島系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有專門的檢修電源網(wǎng)絡(luò)，安裝地點為各系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)、外需要設(shè)備檢修的場所等。各場所的檢修電源箱由就近的PC 段供電。安裝在室內(nèi)、室外的檢修電源箱，其外殼防護等級為IP54；吸收塔及相關(guān)箱罐的檢修電源采用12V 電壓等級，沿吸收塔及相關(guān)箱罐的平臺和人孔附近設(shè)置12V 檢修電源。

4 結(jié)語

煙氣治理島作為高效、經(jīng)濟的協(xié)同治理技術(shù)，是未來環(huán)保技術(shù)的發(fā)展方向。本文總結(jié)了燃煤電廠煙氣治理島電氣系統(tǒng)設(shè)計的思路及方案，實踐證明，該方案具有較高的可靠性及較高的自動化程度，可為同行業(yè)以及其他行業(yè)的鍋爐后一站式煙氣治理島項目提供思路及示例。