大型火力发电厂烟气脱硫电气系统设计.pdf

第 3 0卷 第 1 0期 2 0 0 8年 1 0月 华 电技 术 Hu a d i a n Te c h n o l o g y V0 1 ． 3 0 No． 1 0 0c t ． 2 00 8 大 型火 力发 电厂 烟气脱硫 电气 系统设计 De s i g n o f F GD e l e c t r i c s y s t e m i n l a r g e t h e r ma l p o we r p l a n t 郭 伟 GU0 W e i 中国华电工程 集团有限公司环保南京分部 ， 江苏 南京2 1 0 0 0 0 E n v i r o n me n t P r o t e c t i o n N a n j i n g B r a n c h ，C h i n a Hu a d i a n E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n L i m i t e d ， N a n j i n g 2 1 0 0 0 0 ， C h i n a 摘要 介 绍 了烟 气脱硫 F G D 电气系统 的主接线及 系统构 成特 点 ， 阐述 了 F G D电气 系统的控制保护 、 信号 与测量构成要素， 分析 了事故保安负荷、 直流系统及 U P S在 F G D电气系统中的作用， 提出了设计中应注意的 事项。 关键词 烟 气脱硫 ； 电气设计 ； 控 制保 护 ； 火力发 电厂 中图分类号 T M 6 2 1 X 7 0 1 ． 3 文献标志码 A 文章编号 1 6 7 41 9 5 1 2 0 0 8 1 0 0 0 3 1 0 3 Ab s t r a c t T h e f l u e g a s d e s u l f u r i z a t i o n F G D e l e c t r i c s y s t e m n l a i n b u s c o n n e c t i o n a n d t h e s y s t e m c o m p o s i t i o n w e r e i n t r o d u c e d ．T h e c o mp o n e n t s o f F GD e l e c t r i c s y s t e n l we r e d e s c r i b e d w h i c h i n c l u d e s c o n t r o l ，p r o t e c t i o n ，s i g n a l a n d n l e a s u r e me nt ．Th e a c t i o n s o f a c c i de nt p r o t e c t i o n l o a d，d i r e c t s y s t e m a n d UPS o f FGD e l e c t r i c s y s t e m we r e a n a l y z e d， a n d t h e ma t t e r s n e e d i n g a t t e n t i o n i n d e s i g n w e r e p o i n t e d o u t ． Ke y w o r d s fl u e g a s d e s u l f u r i z a t i o n F G D ； e l e c t ri c d e s i g n ； c o n t r o l a n d p r o t e c t i o n ； t h e r m a l p o w e r p l a n t 在今后相当长的一段时问 内， 我 国还将以火 电 为主 ， 发电耗煤量 占全国煤炭消费总量 的2 8 ．6 ％左 右。据预测 ， 到 2 0 1 0年和 2 0 1 5年， 全 国发 电量将分 别达到 2 0 4 0 0和 2 4 8 0 0亿 k W h左右 ， 全国发电装 机总容量将分别达到 4 ．5亿 k W 和 5 ．5亿 k W。工 业燃煤 ， 特别是火力发 电装置废气排放物对环境的 污染若不加 以治理 ， 将成为 国民经济发展 和人 民生 活水平进一步提高 的瓶颈 。因此 ， 研究燃煤机组 的烟气脱硫技术 F G D 是 国家环保政策制定 的重 要课题 。 1 烟气脱硫 电气 系统概述 经济发展离不开能源的支撑 ， 但是 ， 随着能源工 业特别是火电行业 的发展 ， 二氧化硫等大气 污染物 排放量不断增加 ， 酸雨污染愈来愈大 ， 对空气质量和 生态环境造成严重影响， 因此， 燃煤机组烟气脱硫势 在必行。随着国家对环境保护要求的逐步提高， 对 某些燃用高硫分煤种 的电厂 ， 脱硫设备 已成 为必不 可少的设施 。 。6 0 0MW 机组作为电网的主力发 电 收稿 日期 2 0 0 8～ 0 71 0 机组 ， 排出的烟气含硫量对周边环境污染严重 ， 脱硫 技术已成为重要环保措施 。 火 电厂脱硫工程投资大 、 运行费用高、 国产化水 平低。脱硫工程投资动辄数亿元 ， 一些 电厂 的脱硫 工程成本甚至 占了电厂总投资 的 1 ／ 3 ， 面对 如此 昂 贵的设备 ， 确保设备 的安全运行是 电气设计人员 的 主要任务。由于脱硫是一个新 的课题 ， 各规程规范 对脱硫 电气的设计 描述较少 ， 尤其是对脱硫各负荷 性质的描述 ， 不像 电厂主体部分那样对每一个 电机 都有定性的描述 ， 如 I类 、 Ⅱ类 、 保安等。这就需要 设计人员在设计中参考现有 的规程 、 规范 ， 了解工艺 流程以及每个电机在工艺流程的作用， 不断与工艺 专业人员探讨和摸索。总体而言 ， 燃煤 机组烟气脱 硫电气系统设计主要注重 2点 系统的安全可靠性 和经济适用性。 2 烟气脱硫高压电源的引接方式 脱硫高压电源的引接通常采用 2种方式。方式 1 单独设脱硫高压工作变压器 以下简称脱硫高工 变 ， 如图 1 所示 ， 其 电源从发 电机出口主 回路 离相 封闭母线 T接 ； 方式 2 脱硫系统高压 电源直接接于 3 2 华 电技术 第 3 0卷 图 1 单独设脱硫高压电源接线示意图 主厂房高压厂用工作变压器 以下简称高厂变 。 方式 1比较灵活 ， 高厂变与脱硫高工变容量设 置不受影响 ， 在本体工程 与脱硫工程不同期设计 时 优势更明显 ， 与发电主体工程设计接 口简单 ， 制约性 小 ； 其次 ， 对于一些老 电厂 ， 在设计初期未考虑上脱 硫工程 ， 在这种没有预留条件 的情况下高厂变已经 没有足够备用容量， 通 常也是考虑单独增设脱硫 高 工变 ， 当然 ， 需要对封 闭母线 T接 处进行 改造 ； 另 外 ， 与脱硫工程同时设计 的电厂 同样可以采取方式 1 。方式 2较方式 1 省去了 1台变压器 ， 使 A列外场 地在布置上可以更简单 、 紧凑。由于脱硫负荷 直接 接于高厂变下 ， 因此 ， 在脱硫 电负荷能落实的情况下 此方案可行。对于预留脱硫系统的工程 ， 由于脱硫 方案待定 ， 脱硫电负荷不准确 ， 因此 ， 在高厂变容量 的选择上就没有依据 ， 会导致选择结果不合理 、 不经 济 ， 此时方案 1较方案 2更优 。 3 烟气脱硫低压 电源的引接方式 脱硫 电气系统一般采用 2个 电压等级 ， 高压母 线一般按炉分段 ， 每台炉单独设一段工作母线 ， 双电 源进线并采用互为备用方式。6 k V单元 负荷 、 公用 负荷分别接于 2段上_4 。3 8 0 ／ 2 2 0 V系统采用 P c 动力中心 、 MC C 电动机控制中心 两级供电方 式。低压厂用 电接线根 据情况大致 有 2个设计 方 案。下面以某电厂烟气脱硫工程为例进行分析。 方案 1 2套脱硫系统共设 2台低压工作变 压 变 系统2 高压启动倍用变压器 63 MV A 器 ， 互为备用 ， 为所有 的脱硫低压负荷供 电； 低压 P c 采用单母线分段 ， 设 3 8 0 ／ 2 2 0 V脱硫 A， B段 ， 由2台 低压干式变压器低压侧供电。3 8 0 ／ 2 2 0 V脱硫 A， B 段之间分别设联络开关。2台低压干式变压器分接 于 6 k V 2个脱硫段上 。脱硫单元负荷分别接于脱硫 A， B段 ， 公用负荷分别接于各段。MC C均采用双 回 供 电， 2路电源互相闭锁。3 8 0 ／ 2 2 0 V系统为中性点 直接接地系统 。 方案 2 每套脱硫系统各设 2台低 压工作 变压 器 ， 互为备用 ， 为所有 的脱硫低压负荷供 电； 低压 P c 采用单母线分段 ， 设 3 8 0 ／2 2 0 V脱硫 3 A， 3 B段和 4 A， 4 B段。4台低压 干式变压器成对 设置 ， 3 A， 3 B 段和 4 A， 4 B之间分别设联络开关 。 方案 的技术 经济 比较 按 照 D L ／ T 5 1 5 3 --2 0 0 2 火力发电厂厂用电设计技术规定 中常用厂用负 荷特性表 ， 脱硫负荷除部分搅拌器属 I 类负荷 ， 增压 风机、 吸收塔浆液循环泵属 I 或 I I 类外 ， 其余均为 I 或 I I 类负荷 ， 因此负荷 的重要性较 主厂房汽机、 锅 炉电机要低一些 ， 并且 脱硫 岛低压负荷的单元性不 是非常明显 ， 因此 ， 方案 1接线能满足供 电可靠性要 求 ， 接线简单 、 清晰， 投资少 ， 运行费用低 。方案 2可 满足供电可靠性要求， 接线单元性强， 但投资高 约 5 0万元 ， 因此该 电厂推荐方案 1 。 4 烟气脱硫电源接地技术 为了保证系统 的可靠运行和保障设备及现场工 第 1 0期 郭伟 大型火力发电厂烟气脱硫 电气 系统设计 3 3 作人员的安全， 按照要求进行严格的电源接地设计。 主要考虑 以下 3种接地技术。 1 交流保护接地。交流保护接地主要用于保 障人身安全。对于各厂房 电源输入 端， 采用带 电极 电缆的独立交流保护接地系统。区域中的控制柜金 属框架和外壳都与交流保护接地连接 ， 保护接地 的 电极装置其接地电阻小于 0 ． 1 n。 2 避雷接地。避雷接地 旨在安全分散易被设 备金属外壳和电气 系统接收 的放电电荷 ， 保护人和 设备免遭雷击 ， 同时也抑制雷击对系统 的干扰 ， 保证 系统在闪电闪击过程中正常运行 。在工厂 2 2 0 k V ／ 6 k V供电变压器的原副边都安装 了避雷器 ， 工厂主要 建筑也都安装 了避雷装置 。各避雷针 与接地 电 极相连 ， 接地 电极的电阻小于 0 ． 1 Q。 3 主基准接地。主基准接地是一种隔离的电极 列阵。通过信号与交流保护接地脱离， 隔离的主基准 接地可确保 D C S 数据总线连接设备过程信号的稳定， 抑制系统的干扰。主基准接地电 极体为直径 1 1 ． 8 IIl lT l ， 长 1 3 I l l 的不镀漆钢棒， 引入厂房后接在星型板上， 电极 体接地电阻必须小于 1 ． 0 Q， 接地 电极和任何接地金 属、 接地网或垫之间最小间距为 3 1T I 。接地电极紧挨厂 房基脚时接地陛能良好。接地电极头到 D C S仪器仪表 的电缆长度不得超过 1 5 2 ． 4 m。 为了达到 更好 的接 地效 果 ， 按 照标 准 用 2根 4 A WG C 1 6 mm 以上的绝缘铜线分别将交流保护 接地电极头与避雷保护接地 电极头相连， 交流保护 接地电极头与主基准电极头相连 ， 组成一个接地 网， 如图 2所示。为便于定期测试或查找干扰及处理 问 题 ， 交流保护接地 电极和主基准接地 电极之间的连 接是可拆卸的 ， 且在连接之前必须先按要求用 自动 测试器 如美 国新 泽西洲埃德逊 D r a n e t z技术公 司 制造的 6 2 6一P A一 6 0 0 2型测试器 对 主基准接地进 行干扰测试 ， 测试通过后才能够连接。 图2 火电厂烟气脱硫电源接地技术 5 烟气脱硫系统保安电源设置 由于脱硫工艺要求 ， 在失去厂用电时 ， 为了保证 脱硫系统安全停运 ， 脱硫系统一些辅机需要在失去 厂用 电时继续供电 ， 如工艺水泵 、 搅拌器等 。另外 ， 对于热控 的 D C S以及 电气 U P S电源同样需要 提供 保安电源。设计一般考虑在脱硫系统单独设置事故 保安段 ， 单母线接线 ， 以便向脱硫 岛事故保安电源集 中供电。保安段 电源的引接问题十分关键 ， 按 D I JT 5 1 5 3 --2 0 0 2 { 火力发电厂厂用电设计技术规定 ， 容 量为 2 0 0 MW 及以上机组主厂房均设置了柴油发电 机组 ， 因此 ， 在主厂房柴油发电机容量满足要求 的情 况下 ， 应从主厂房事故保安段引接。对于脱硫改造 工程 ， 主厂房柴油发 电机组没有考 虑足够备用容量 时， 建议脱硫系统单独设置柴油发电机组 。脱 硫设 施与本体工程同期建设 时 ， 脱硫负荷 的保安 电源从 主厂房保安段提供较好。 6 结束语 随着烟气脱硫技术的迅速发展 ， 脱硫方式也在 不断改进 ， 对于不同的脱硫工艺系统 ， 电气系统设计 既要满足现有规范标 准的要求 ， 又要结合脱硫系统 的特点进行设计 。这样才能真正实现大型火力发 电 厂烟气脱硫 电气系统设计 的价值。 参考文献 [ 1 ] 赵毅， 李守信． 有害气体控制工程[ M] ． 北京 化学工业 出版社 ， 2 0 0 1 ． [ 2 ] 陆延昌， 姜绍俊． 2 l 世纪初期中国电力工业展望[ J ] ． 中 国电力 ， 2 0 0 0 ， 3 3 7 1 8 ． [ 3 ] 王志轩． 我国火电厂排污收费现状及收费制度改革的建 议[ J ] ． 中国电力 ， 2 0 0 0， 3 3 1 7 78 1 ． [ 4 ] 江得厚 ， 杨汝周， 孙杰宽． 选择电站锅炉脱硫技术方案的 可行性探讨与研究 [ J ] ． 中国电力 ， 2 0 0 0 ， 3 3 6 7 88 1 ． [ 5 ] 高翔 ， 骆仲涣， 陈亚菲， 等． 含湿 C a O H 颗粒脱硫反应 特性的模型研究[ J ] ． 环境科学学报， 1 9 9 0， 1 9 4 2 0 2 5． [ 6 ] 国电电力建设研究所． 华能珞璜电厂烟气脱硫装置设 计 、 施工、 运行 [ R] ． 北京 国电电力建设研究所 ， 2 0 0 5 ． 编辑 刘芳 作者简介 郭伟 1 9 7 9 一 ， 男， 山东泰安人， 中国华电工程 集团 有限公司 环保 南京分部助理工程师 ， 从事 电气设计方面的研究工作。