火电厂烟气脱硫电气系统设计的探究

摘 要：本文笔者介绍了火电厂石灰石湿法烟气脱硫电气系统的主接线方式及系统构成特点，并通过方案对比分析了电气设计中的相关问题，可供参考。

关键词：烟气脱硫 火电厂 电气系统 控制保护

一、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，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。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，如工类、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两点：系统的安全可靠性和经济适用性。

现阶段，已有石灰石一石膏湿法、烟气循环流化床、海水脱硫法、脱硫除尘一体化、半干法、旋转喷雾干燥法、炉内喷钙尾部烟气增湿话化法、话性焦吸附法、电子束法等十多种烟气脱硫上艺技术在我国实际应用。从现在的情况看，石灰石一石膏湿法烟气脱硫上艺技术仍然是主流上艺技术据统计，投运、在建和已经签订合同的火电厂烟气脱硫上艺技术中，石灰石一石膏湿法技术占90%以上。

石灰石一石膏湿法烟气脱硫工艺（如图1）主要包括烟气系统、SO2吸收系统、石灰石卸料系统、石灰石浆液制备系统、石膏脱水系统、排空系统以及上艺水及冷却水（工业水）系统等七个系统涉及专业涵盖工艺、电气、热控、给水排水、暖通、消防及火灾报警及建等本工程属于超临界机组烟气脱硫工程，采用石灰石一石膏湿法烟气脱硫上艺，按一炉一塔脱硫装置配置吸收塔采用喷淋塔。石灰石浆液制备系统、石膏脱水系统为两台炉共用的公用系统。

图1 烟气脱硫工艺

二、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两种方式。方式1：单独设脱硫高压工作变压器如图2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主厂房高压厂用工作变压器。

图2 脱硫高压工作变压器

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。

三、烟气脱硫低压电源的引接方式

脱硫电气系统一般采用两个电压等级，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 kV单元负荷、公用负荷分别接于两段上。380 /220 V系统采用PC（动力中心）、MCC（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两个设计方案。下面以某电厂烟气脱硫工程为例进行分析。

方案1： 两套脱硫系统共设两台低压工作变压器，互为备用，为所有的脱硫低压负荷供电；低压PC采用单母线分段，设380 /220 V脱硫A， B段，由两台低压干式变压器低压侧供电。380 /220 V脱硫A、B段之问分别设联络开关。两台低压干式变压器分接于6 kV 两个脱硫段上。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。M CC均采用双回供电，两路电源互相闭锁。380 /220 V系统为中性点直接接地系统。

方案2：每套脱硫系统各设两台低压工作变压器，互为备用，为所有的脱硫低压负荷供电；低压PC采用单母线分段，设380 / 220 V脱硫3A， 3B段和4A， 4B段。四台低压干式变压器成对设置，3A， 3B段和4A， 4B之问分别设联络开关。

方案的技术经济比较：根据常用厂用负荷特性表，脱硫负荷除部分搅拌器属工类负荷，增压风机、吸收塔浆液循环泵属工或且类外，其余均为工或且类负荷，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；因此该电厂推荐方案1。

四、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欧姆。

（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220 kV /6kV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欧姆。

（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DCS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11. 8mm，长13m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欧姆接地电极和任何接地金属、接地网或垫之间最小间距为3mm接地电极紧挨厂房基脚时接地性能良好。

为了达到更好的接地效果，按照标准用两根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。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问的连接是可拆卸的，且在连接之前必须先按要求用自动测试器进行干扰测试，测试通过后才能够连接。

五、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DCS以及电气UPS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，按规定200MW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。

六、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]国电电力建设研究所.华能路磺电厂烟气脱硫装置设计、施工、运行.北京：国电电力建设研究所，2005.

[2] 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.中国电力，2000 （6 ）.