燃煤电厂烟气治理岛电气系统设计研究

2024-03-10陈凌伟

中国设备工程 2024年4期

陈凌伟

（福建龙净环保股份有限公司，福建龙岩 364000）

1 前言

随着国家大气治理环保工作的深入，逐步走进低碳经济，电厂对粉尘、SOx 和NOx 的联合治理的需求越来越高，烟气治理岛系统应运而生。工业供配电是保障系统稳定运行的基础，烟气治理岛电气系统的设计要从安全、可靠和经济等角度着眼，本文结合工程案例，介绍了该项目的电气系统设计技术与方法。

2 项目概况及设计思路

2.1 项目概况

本项目共4 台炉，为一炉一套配置。本烟气治理岛系统设备主要包括脱硝系统、低温省煤器、静电除尘器、气力输灰系统、石灰石—石膏湿法全烟气脱硫系统、湿式电除尘器等。

图1 烟气治理岛的工艺流程图

电气系统设计内容包括高低压供配电系统、电气控制与保护、直流及UPS 系统、电气设备布置、电气桥架通道规划、电缆、防火阻燃设施、防雷接地系统、照明及检修系统等部分。

2.2 变配电所所址选择

变配电所所址选择，兼顾土建及机务专业，按以下原则选择：（1）接近负荷中心；（2）接近电源侧；（3）进出线方便；（4）运输设备方便；（5）布置紧凑，方便控制；（6）兼顾环境（避开腐、化、燃、爆、热、湿、低、积水等环境）。

2.3 变配电所供电型式选择

烟气治理岛厂采用10kV 和AC380/220V 两级工作电压供电系统。10kV 负荷较多可采用独立配电所，也可与所带10kV 配电段一起附设于负荷较大的厂房或建筑物内。

3 供配电系统设计

3.1 高低压供配电系统设计

本工程烟气治理岛，按负荷区域划分为：（1）脱硝400V 供电系统；（2）低温省煤气400V 供电系统；（3）除尘器及输灰400V 供电系统；（4）脱硫400V 供电系统；（5）引风机10kV 供电系统。

3.1.1 10kV 供电系统

本烟气治理岛中未设置10kV 配电房，由主厂10kV配电段提供10kV 电源，分别供电给2 台除尘变、4 台脱硫变、4 台炉的引风机10kV 变频器柜。

3.1.2 400V 低压供电系统

（1）脱硝供电系统。脱硝系统位置紧邻锅炉，结合脱硝段负荷，考虑到配电可靠性和经济性，4 台炉共用一段脱硝MCC 段，由锅炉主厂房提供两路400V 电源，两路电源互相闭锁，采用自投自复方式。将脱硝MCC 段设在尿素车间配电间内。

（2）低温省煤器供电系统。每台炉配2 台低温省煤器循环泵，两台泵一主一备，每台泵分别配一台循环泵变频控制柜。变频控制柜电源分别引自对应锅炉主机系统的400V 配电段开关柜。

（3）除尘及输灰供电系统。根据除尘及输灰系统供电负荷计算，每两台炉共用一台变压器。4 台炉设2台1600kVA 除尘变压器，给静电除尘、输灰系统等负荷供电。除尘PC A、B 段之间设母联开关，两段电源互为暗备用，优化10kV 供电，并保证供电可靠性。

（4）脱硫供电系统。烟气治理岛脱硫供电系统中，设4台2500kVA低压脱硫变压器，即每台炉设1台脱硫变。4 台脱硫变压器10kV 电源分别引自锅炉主厂房对应的1#～4#机组10kV 配电段。

根据负荷计算，要求脱硫变压器在满足脱硫配电的同时，为就近系统设备提供配电，例如，脱硫废水处理系统总电源（下级设380/200V 脱硫废水MCC 段）、湿式除尘器并入对应炉段的脱硫PC 段、空压机房配电段电源、灰库车间配电段电源等。脱硫配电系统每两台炉之间设母联柜，互为暗备用。即脱硫PC A、B 段（1#，2#炉）互为暗备用；脱硫PC C、D 段（3#，4#炉）互为暗备用。

脱硫配电系统中设一段脱硫公用MCC 段，作为事故保安电源，为脱硫公用设备（如脱水系统、地坑泵等）、脱硫废水系统、脱硫UPS 及直流屏、脱硫楼事故照明、CEMS 电源等系统及设备供电。4 段脱硫PC 段各提供一路电源，这4路电源之间相互闭锁，采用自投不自复方式，为脱硫公用MCC 段提供电源。

图2 脱硫系统电气接线图

3.2 电气设备布置

脱硝MCC 段布置在尿素车间0 米层低压配电室。

低温省煤器循环泵变频控制柜布置在低温省煤器循环泵房配电室。

2#炉及3#炉静电除尘器之间新建除尘控制楼。除尘控制楼6.00m 层设除尘配电室及除尘控制室，用于安装2 套静电除尘干式变压器、除尘PC A 段、除尘PC B段、静电除尘器高低压控制柜、气力输灰控制系统等。除尘控制楼0m 层设引风机变频器室，集中安装4 台炉的10kV 引风机变频器。

脱硫区域新建脱硫车间楼，脱硫车间9.5m 层设配电室：安装4 套脱硫干式变压器、4 段脱硫PC 段、脱硫公用MCC 段等，脱硫车间设电缆夹层，以上设备电缆采用下进下出。脱硫车间设直流屏UPS配电间、电子设备间、治理岛控制室、工程师室等。

3.3 直流与UPS 系统

3.3.1 直流系统（DC220V）

烟气治理岛在脱硫楼上设置一套直流系统（DC220V），为控制、保护等直流负荷提供供电。一旦系统发生故障，已充足电的蓄电池应能提供直流应急电源和UPS 装置电源供电时间1h。直流系统采用单母线接线，成套电源屏，配绝缘检测单元、监控单元、高频开关电源模块、蓄电池组等。蓄电池组通过以浮充、均衡充电的方式运行。直流系统额定电压为DC220V,容量为150Ah。

3.3.2 不停电电源系统（UPS）（AC220V）

烟气治理岛设置设置一套UPS 系统，用于向控制主机、DCS 系统、主要仪表、火灾报警等交流负荷供电。正常运行下，交流电源由隔离变、整流器、逆变器供电；当交流电源失电后，由蓄电池经逆变器供电；只有当逆变器故障时，才可以通过静态开关切换至外部应急交流电源供电。UPS 自带蓄电池组。UPS 在系统停电后还能在额定电压下继续运行不小于30min。UPS 输出为单相交流220V，50Hz，容量为25kVA。

3.4 电气系统控制及保护

3.4.1 控制电源

对于重要供电设备的控制电源采用直流DC220V，例如，380V/220V 配电段的进线、母联开关、重要负荷的馈线开关等控制电源采用直流DC220V，由脱硫楼直流屏供电。其余配电及控制等电气设备的控制电压采用交流AC220V，取自柜内母排。

3.4.2 继电保护

380V/220V配电段的进线、母联、重要负荷馈线回路的开关采用智能型框架断路器；380V/220V 配电段的配电回路采用塑壳式断路器；大容量电动机回路采用电动机保护装置+智能型框架断路器，比如循环泵、氧化风机等；次大容量电动机以及重要电动机采用电动机保护装置+塑壳+接触器，比如，地坑搅拌器等；小容量电机采用塑壳+接触器+热继电器。

DCS 或测控装置屏监控的接收信号具体如下：智能型框架断路器回路的远程控制、开关合闸、跳闸状态、脱扣器动作、控制电源消失、4 ～20mA 模拟量电流信号；22kW 以上以及所有搅拌器电动机等回路的远方控制、合闸信号、故障动作、4 ～20mA 模拟量电流信号；22kW以下电动机回路的远方控制、合闸信号、故障动作。

3.4.3 控制方式

（1）脱硝电气系统、低温省煤器电气系统由主厂房锅炉DCS 控制。烟气治理岛后台通过与主厂DCS 通讯，监测以上开关设备。

（2）烟气治理岛中，带干式变压器的配电段：2 段除尘PC 段、4 段脱硫PC 段的进线及母联开关，由主厂房锅炉DCS 进行监测及控制。烟气治理岛后台通过与主厂DCS 通讯，监测以上开关设备。

（3）每台炉设静电除尘器PLC 控制柜，及气力输灰PLC 控制柜，所有PLC 控制柜由IPC 上位机监控协调控制。IPC 上位机与脱硫DCS 通讯，将静电除尘器系统及输灰系统纳入烟气烟气治理岛控制系统。

（4）烟气治理岛分散控制系统(FGD－DCS)设在脱硫车间楼内。4 段脱硫PC 段（除脱硫变压器、380V PC 进线及联络开关）、公用MCC 段、脱硫岛区域仪表阀门等都纳入烟气治理岛DCS 控制；另外，包括就近的湿式除尘器系统也纳入烟气治理岛DCS 控制；并通过通讯，将脱硝、低省、除尘、输灰等系统纳入烟气治理岛DCS，进行集中监控。

3.5 电缆构筑物及防火封堵

（1）依据烟气治理岛电房布置、主要负荷分布，规划电缆主通道，作为锅炉主机厂房与烟气治理岛的10kV 主动力通道及主要通讯通道。烟气治理岛内分系统：脱硝、低省、除尘、输灰、脱硫、湿电等电缆敷设依据常规设计，设计过程中，合并及优化部分电缆敷设通道。电缆构筑物包括综合管廊、竖井、桥架、电缆沟、电缆夹层等。

（2）防火阻燃措施。为避免因电缆着火引起的恶性事故，必须采用完善的电缆防火阻燃措施。电缆沟在主要分支处设防火封堵段；电缆沟在进入建筑物处设防火墙；电缆穿过土建预留的墙洞及楼板孔洞时需设防火封堵；室内、室外电缆桥架在主要分支段设阻燃段；电缆保护管的两端采用防火堵料密封；柜底电缆进线孔设电缆阻火等。

3.6 防雷接地系统

本工程中的建筑防雷按第三类防雷建筑物设计。区域内包括尿素车间、低省水泵房、静电除尘器、除尘控制楼、引风机房、脱硫车间楼、湿式除尘器等建筑设备。烟气治理岛区域作为独立的闭合接地网，与电厂主接地网至少有4 处连接，保证可靠连接。

本工程接地装置用φ50 热镀锌钢管作接地极，其接地电阻R ≤4 欧（除尘器区域不大于2 欧姆）。本工程采用等电位连接，所有不带电的金属外壳、进出各建构筑物金属管道，配电柜槽钢基础均与接地线可靠连接。室内接地线采用40×4 热镀锌扁钢。室外采用60×8 热镀锌扁钢。经常有人出入的走道处，在地下装设两条与接地网相连的均压带。接地干线穿越道路、沟道时应穿管保护。接地装置的连接采用焊接，接地线与电力设备的连接可采用防松螺栓连接或焊接。所有设备金属外壳应采用镀锌扁钢可靠接地，每个接地部分应以单独的接地干线相连，严禁采用串接方式。