火力发电厂无旁路烟气脱硫电气系统设计

2013-02-09莘守亮

综合智慧能源 2013年3期

莘守亮

(中国华电工程(集团)有限公司，北京 100035)

0 引言

煤炭直接燃烧排放的SO2，NOx等酸性气体不断增加，使我国很多地区酸雨量增加。电力工业已经成为我国最大的大气污染排放产业之一，在SO2减排方面，火力发电厂的烟气脱硫达标排放已成为环保部门和电力部门的重点关注对象之一。据统计，2010年年底火电脱硫机组的装机容量是2005年以前的13倍，从40 GW增加到532 GW。2010年，五大发电集团的SO2排放总量为443.9万t，比2005年下降了约44.76%，火电企业在目前电煤价格高、上网电价低的“煤电倒挂”困境下，从大局出发，为国家减排工作做出了巨大贡献。

新颁布实施的GB 50660—2011《大中型火力发电厂设计规范》将脱硫装置包含在主厂房区，无旁路烟气脱硫装置与主机组同时运行，要求脱硫投运率达到100%。该标准的10.1.3第2条明确规定:当湿法烟气脱硫工艺不设置烟气旁路系统时，应提高脱硫系统设备的可靠性及材料耐腐蚀等级。

1 无旁路烟气脱硫电气系统设计

1.1 脱硫电气系统设计原则

脱硫电气系统包括高、低压厂用配电系统，脱硫高压变压器(部分电厂设置)、脱硫低压变压器，保安电源系统，直流系统、不间断电源供电(UPS)系统，电动机，电缆敷设及防火，防雷接地、照明、检修，通信及火灾报警等。

脱硫装置高压、低压厂用电电压等级应与发电厂主体工程一致。脱硫装置厂用电系统中性点接地方式应与发电厂主体工程一致，当主厂房低压厂用电系统采用三相三线制时，脱硫岛宜采用直接接地方式供电，脱硫保安段的主厂房保安电源进线应经隔离变压器后接入。对于300 MW及以上的新建无旁路烟道机组，宜保持各单元脱硫厂用电的独立性，减少单元之间的联系，以提高机组运行的安全性和可靠性。

1.2 高、低压供电系统

1.2.1 脱硫高压工作电源的引接方案

(1)脱硫高压工作电源宜由高压厂用工作母线引接，也可设脱硫高压变压器从发电机出口引接。

(2)新建工程同步建设脱硫装置时，脱硫高压工作电源宜由高压厂用工作母线引接，当技术、经济条件比较合理时，也可设脱硫高压变压器。

(3)新建工程预留脱硫装置时，若技术、经济条件合理，宜采用高压厂用工作变压器预留容量的方式。

(4)已建电厂增设脱硫装置时，如果高压厂用工作变压器有足够的备用容量，且原有高压厂用开关设备的短路动热稳定值及电动机启动的电压水平均满足要求时，脱硫高压工作电源应从高压厂用工作母线引接，否则，应设脱硫高压变压器。

(5)已建脱硫装置增容改造时，应重新核算原电源方案和高压厂用变压器、高压脱硫变压器容量是否满足改造要求，必要时进行改造，确保机组及脱硫系统可靠运行。

1.2.2 脱硫低压工作电源的引接方案

(1)脱硫低压工作电源应单独设置脱硫低压工作变压器供电，低压变压器容量不应大于2500kV·A。

(2)脱硫岛宜每台锅炉设置1台低压工作变压器，2台机组的脱硫岛宜采用2台变压器互为备用的运行方式。当技术、经济条件比较合理时，也可2台锅炉设置1台低压备用变压器。

(3)1000 MW无旁路烟道机组脱硫岛宜每台锅炉设置2台低压工作变压器。

(4)若多台锅炉脱硫低压公用负荷较大，可设置2台低压公用变压器。

1.3 脱硫电气系统接线方式

1.3.1 脱硫高压系统接线方式

(1)脱硫高压负荷宜直接接于高压厂用工作母线段，也可设脱硫高压母线段供电。当单机脱硫高压负荷数量为10台及以上时，宜设脱硫高压母线段供电。

(2)当脱硫岛不设高压脱硫母线段时，脱硫高压负荷均直接接入机组高压厂用工作母线段;有高压厂用公用母线段时，脱硫公用负荷宜接入高压厂用公用母线段。

(3)当设置脱硫高压母线段时，宜每台锅炉设置1段并设置备用电源。2路电源采用快切装置自动切换。

脱硫高压工作、备用电源宜由高压厂用工作母线A，B段引接。2炉1塔的200 MW及以下机组脱硫高压备用电源宜由不同高压厂用工作段引接。

当脱硫高压工作电源由脱硫高压变压器低压侧引接时，脱硫高压备用电源宜由机组启动备用变压器低压侧引接;有脱硫旁路烟道时，其备用电源也可由另一脱硫高压变压器低压侧引接。

(4)当脱硫系统中的公用部分(磨制系统、脱水系统等)为多台机组脱硫系统公用且高压公用负荷数量为10台及以上时，宜增设脱硫公用高压母线段，其电源应从不同机组厂用高压母线段或厂用高压公用母线段引接。

1.3.2 脱硫低压系统接线方式

(1)脱硫系统每台吸收塔宜设置一段低压母线，低压母线应采用单母线接线方式。

(2)脱硫系统2段低压母线间应设联络开关，当采用明备用方式时应自动切换，当采用暗备用方式时宜手动切换。

(3)脱硫岛应采用暗备用(或明备用)动力中心(PC)和电动机控制中心(MCC)两级供电方式，并根据工艺设备的布置情况分别或合并设置吸收塔区MCC、石灰石制浆区MCC、石膏脱水区MCC、废水处理区MCC，MCC均应为双电源供电。接有I类负荷的MCC双电源应自动切换，接有II类负荷的MCC双电源可手动切换。

75 kW及以上的电动机、所有MCC电源回路宜由PC供电，75 kW以下的电动机等负荷宜由MCC供电。

(4)1000 MW无旁路烟道机组脱硫岛每台锅炉应设置2段低压工作母线。

(5)当设置脱硫公用变压器时，低压应设置独立的脱硫公用PC段，通过2台互为暗备用的低压公用变压器供电，变压器电源引接于脱硫高压公用母线段。

(6)脱硫岛低压供电系统应采用三相四线制，中性点采用直接接地方式。

1.4 脱硫装置交流保安电源

(1)脱硫装置应设置单独的交流脱硫保安段，以确保失去厂用电后的机组锅炉、脱硫装置安全停运，过后能很快重新启动，防止危及人身安全。

脱硫装置保安电源系统宜采用中性点直接接地方式。

(2)每台锅炉/吸收塔应设置一段事故保安MCC段，保安段工作电源由脱硫装置PC段供电，在确认保安段工作电源消失后，应由保安备用电源供电。保安备用电源的供电方式可分为以下几种:

1)当主厂房保安电源满足脱硫保安容量要求时，由主厂房交流保安电源供电;脱硫保安电源不应直接从机组柴油发电机引接。

2)当主厂房保安电源不能满足脱硫保安容量要求时，宜在脱硫岛设置能快速启动的柴油发电机。

3)当主厂房无保安电源(一般为125MW及以下机组)时，可根据需要由主厂房引接一回可靠厂用电源作为事故应急电源。

(3)无旁路烟气脱硫系统交流事故保安负荷特性见表1。

1)供电类别、控制地点、事故时安全停机投入时段等系指一般情况，具体工程设计时应与有关专业人员(包括相关制造厂)联系后确定。

2)根据项目运行实际需要，在机组保安容量许可的条件下，也可将磨煤机浆液箱、石灰石浆液箱搅拌器、吸收塔搅拌器(一半数量)接入脱硫保安段，手动启、停。

3)无烟气换热器(GGH)且无吸收塔高位冲洗水箱时，除雾器冲洗水泵应接入脱硫保安段。

4)运行方式可参考DL/T 5153—2002《火力发电厂厂用电设计技术规定》附录B。

1.5 脱硫装置直流负荷及UPS系统

(1)新建电厂同期建设烟气脱硫装置时，脱硫装置直流负荷宜由机组直流系统供电。当脱硫装置离主厂房较远时，也可单独设置脱硫直流系统。已建电厂增设脱硫装置时，宜设置脱硫直流系统，向脱硫装置直流负荷供电。

(2)脱硫直流系统为脱硫内电气控制、信号、继电保护、断路器操作机构、长明灯、UPS等直流负荷供电。采用单母线接线，电压等级宜采用220 V DC，也可采用110 V DC。

表1 无旁路烟气脱硫系统交流事故保安负荷特性

(3)新建电厂同期建设烟气脱硫装置时，脱硫装置交流不停电负荷宜由机组UPS系统供电。当脱硫装置布置离主厂房较远时，也可单独设置UPS。

已建电厂增设烟气脱硫装置时，宜单独设置UPS向脱硫装置不停电负荷供电。

(4)UPS宜采用静态逆变装置，为单相输出，采用单母线接线，UPS的输出配电屏馈线应采用辐射状供电方式。

UPS系统至少应包括整流器、逆变器、隔离变压器、静态开关、手动旁路开关、逆止二极管(当由脱硫岛蓄电池供电时采用，其方向峰值电压应不小于1500 V)及馈线配电屏。

(5)当脱硫岛直流系统为220 V时，UPS宜不自带蓄电池，直流电源从脱硫岛直流系统引接;当脱硫岛直流系统为110 V时，UPS宜自带蓄电池。

(6)UPS负荷率应不大于60%。

1.6 其他

脱硫岛的电动机选型、电缆敷设及防火、防雷接地、照明、检修、通信及火灾报警等与电厂主体工程要求一致，可参照DL/T 5153—2002《火力发电厂厂用电设计技术规定》执行，本文不再详述。

2 有、无旁路烟气脱硫电气系统比较

(1)有旁路的烟气脱硫装置，电气系统可按照辅机电气系统的要求设计，当脱硫电气系统出现故障导致脱硫系统失电时，可以打开旁路挡板门，烟气不经过脱硫装置，仍能保证主机安全、可靠运行。

无旁路的烟气脱硫装置，脱硫电气系统的可靠性与主机厂用电的可靠性相同，电气系统应按照主厂房电气系统的要求设计，当脱硫电气系统出现故障失电时会直接导致机组停运。

(2)有旁路的烟气脱硫电气系统，一般是每台机组各设置一段脱硫厂用电高、低压母线，采用单母线分段接线，同期建设的2台机组脱硫装置互为备用。

脱硫高压厂用电母线2路电源进线间必须采用专用快切装置自动切换，脱硫保安MCC段2路电源(其中1路为本机组主厂房保安PC段直供电源)进线间必须采用专用快切装置自动切换，确保脱硫电气系统供电安全、可靠。

(3)无旁路的烟气脱硫装置，一旦停运会联锁脱硫系统停运而导致机组停运的脱硫关键主设备应自带小辅机，以提高其供电的可靠性。脱硫关键主设备自带小辅机，如有成对的工作、备用设备(如增压风机或电机的润滑油站油泵)，其工作设备由脱硫保安MCC段供电，备用设备由脱硫PC段供电;在1台主设备只有1台小辅机设备(如循环泵减速机齿轮油泵)的情形下，同类型的小辅机设备由不同的低压母线段供电，不得全部接入一个母线段。