燃煤電廠煙氣治理島電氣系統設計研究

陳凌偉

（福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

1 前言

隨著國家大氣治理環保工作的深入，逐步走進低碳經濟，電廠對粉塵、SOx 和NOx 的聯合治理的需求越來越高，煙氣治理島系統應運而生。工業供配電是保障系統穩定運行的基礎，煙氣治理島電氣系統的設計要從安全、可靠和經濟等角度著眼，本文結合工程案例，介紹了該項目的電氣系統設計技術與方法。

2 項目概況及設計思路

2.1 項目概況

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

圖1 煙氣治理島的工藝流程圖

電氣系統設計內容包括高低壓供配電系統、電氣控制與保護、直流及UPS 系統、電氣設備布置、電氣橋架通道規劃、電纜、防火阻燃設施、防雷接地系統、照明及檢修系統等部分。

2.2 變配電所所址選擇

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

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。10kV 負荷較多可采用獨立配電所，也可與所帶10kV 配電段一起附設于負荷較大的廠房或建筑物內。

3 供配電系統設計

3.1 高低壓供配電系統設計

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

3.1.1 10kV 供電系統

本煙氣治理島中未設置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 臺爐的引風機10kV 變頻器柜。

3.1.2 400V 低壓供電系統

（1）脫硝供電系統。脫硝系統位置緊鄰鍋爐，結合脫硝段負荷，考慮到配電可靠性和經濟性，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，采用自投自復方式。將脫硝MCC 段設在尿素車間配電間內。

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

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

（4）脫硫供電系統。煙氣治理島脫硫供電系統中，設4臺2500kVA低壓脫硫變壓器，即每臺爐設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的1#～4#機組10kV 配電段。

根據負荷計算，要求脫硫變壓器在滿足脫硫配電的同時，為就近系統設備提供配電，例如，脫硫廢水處理系統總電源（下級設380/200V 脫硫廢水MCC 段）、濕式除塵器并入對應爐段的脫硫PC 段、空壓機房配電段電源、灰庫車間配電段電源等。脫硫配電系統每兩臺爐之間設母聯柜，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。

脫硫配電系統中設一段脫硫公用MCC 段，作為事故保安電源，為脫硫公用設備（如脫水系統、地坑泵等）、脫硫廢水系統、脫硫UPS 及直流屏、脫硫樓事故照明、CEMS 電源等系統及設備供電。4 段脫硫PC 段各提供一路電源，這4路電源之間相互閉鎖，采用自投不自復方式，為脫硫公用MCC 段提供電源。

圖2 脫硫系統電氣接線圖

3.2 電氣設備布置

脫硝MCC 段布置在尿素車間0 米層低壓配電室。

低溫省煤器循環泵變頻控制柜布置在低溫省煤器循環泵房配電室。

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、氣力輸灰控制系統等。除塵控制樓0m 層設引風機變頻器室，集中安裝4 臺爐的10kV 引風機變頻器。

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

3.3 直流與UPS 系統

3.3.1 直流系統（DC220V）

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

3.3.2 不停電電源系統（UPS）（AC220V）

煙氣治理島設置設置一套UPS 系統，用于向控制主機、DCS 系統、主要儀表、火災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，由蓄電池經逆變器供電；只有當逆變器故障時，才可以通過靜態開關切換至外部應急交流電源供電。UPS 自帶蓄電池組。UPS 在系統停電后還能在額定電壓下繼續運行不小于30min。UPS 輸出為單相交流220V，50Hz，容量為25kVA。

3.4 電氣系統控制及保護

3.4.1 控制電源

對于重要供電設備的控制電源采用直流DC220V，例如，380V/220V 配電段的進線、母聯開關、重要負荷的饋線開關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備的控制電壓采用交流AC220V，取自柜內母排。

3.4.2 繼電保護

380V/220V配電段的進線、母聯、重要負荷饋線回路的開關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，比如循環泵、氧化風機等；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、開關合閘、跳閘狀態、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、低溫省煤器電氣系統由主廠房鍋爐DCS 控制。煙氣治理島后臺通過與主廠DCS 通訊，監測以上開關設備。

（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 段的進線及母聯開關，由主廠房鍋爐DCS 進行監測及控制。煙氣治理島后臺通過與主廠DCS 通訊，監測以上開關設備。

（3）每臺爐設靜電除塵器PLC 控制柜，及氣力輸灰PLC 控制柜，所有PLC 控制柜由IPC 上位機監控協調控制。IPC 上位機與脫硫DCS 通訊，將靜電除塵器系統及輸灰系統納入煙氣煙氣治理島控制系統。

（4）煙氣治理島分散控制系統(FGD－DCS)設在脫硫車間樓內。4 段脫硫PC 段（除脫硫變壓器、380V PC 進線及聯絡開關）、公用MCC 段、脫硫島區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、輸灰等系統納入煙氣治理島DCS，進行集中監控。

3.5 電纜構筑物及防火封堵

（1）依據煙氣治理島電房布置、主要負荷分布，規劃電纜主通道，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。煙氣治理島內分系統：脫硝、低省、除塵、輸灰、脫硫、濕電等電纜敷設依據常規設計，設計過程中，合并及優化部分電纜敷設通道。電纜構筑物包括綜合管廊、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防火封堵段；電纜溝在進入建筑物處設防火墻；電纜穿過土建預留的墻洞及樓板孔洞時需設防火封堵；室內、室外電纜橋架在主要分支段設阻燃段；電纜保護管的兩端采用防火堵料密封；柜底電纜進線孔設電纜阻火等。

3.6 防雷接地系統

本工程中的建筑防雷按第三類防雷建筑物設計。區域內包括尿素車間、低省水泵房、靜電除塵器、除塵控制樓、引風機房、脫硫車間樓、濕式除塵器等建筑設備。煙氣治理島區域作為獨立的閉合接地網，與電廠主接地網至少有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、進出各建構筑物金屬管道，配電柜槽鋼基礎均與接地線可靠連接。室內接地線采用40×4 熱鍍鋅扁鋼。室外采用60×8 熱鍍鋅扁鋼。經常有人出入的走道處，在地下裝設兩條與接地網相連的均壓帶。接地干線穿越道路、溝道時應穿管保護。接地裝置的連接采用焊接，接地線與電力設備的連接可采用防松螺栓連接或焊接。所有設備金屬外殼應采用鍍鋅扁鋼可靠接地，每個接地部分應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

3.7.1 照明系統

本工程照明設計包括煙氣治理島區域室內、室外照明布置。

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

（2）事故照明系統：應急照明取自脫硫公用MCC 段，電源分配至各區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、石膏庫等區域設置交流事故照明。煙氣治理島區域內的重要出入口，設置可充電式應急燈，停電后，應急照明持續時間應不少于60min。

3.7.2 檢修電源系統

煙氣治理島系統內設有專門的檢修電源網絡，安裝地點為各系統區域內、外需要設備檢修的場所等。各場所的檢修電源箱由就近的PC 段供電。安裝在室內、室外的檢修電源箱，其外殼防護等級為IP54；吸收塔及相關箱罐的檢修電源采用12V 電壓等級，沿吸收塔及相關箱罐的平臺和人孔附近設置12V 檢修電源。

4 結語

煙氣治理島作為高效、經濟的協同治理技術，是未來環保技術的發展方向。本文總結了燃煤電廠煙氣治理島電氣系統設計的思路及方案，實踐證明，該方案具有較高的可靠性及較高的自動化程度，可為同行業以及其他行業的鍋爐后一站式煙氣治理島項目提供思路及示例。