循環(huán)流化床干法脫硫裝置電氣系統(tǒng)設計
摘 要:本文針對不同機組循環(huán)流化床干法脫硫（CFB-FGD）裝置電氣設計的要求，對涉及電氣性能及造價的方案設計、主要設備選型等進行了初步探討。
1 前言
隨著循環(huán)流化床干法脫硫技術(shù)在國內(nèi)電力行業(yè)上尤其是在中小機組、西部缺水地區(qū)的推廣應用，如何針對不同機組、不同地區(qū)及具體的工藝要求設計一套符合國家標準要求、同時性價比最優(yōu)的脫硫電氣系統(tǒng)，已成為眾多脫硫系統(tǒng)集成商及最終用戶追求的目標。系統(tǒng)方案設計的優(yōu)劣，不僅決定了系統(tǒng)性能，同時也決定了系統(tǒng)的造價。
本文針對不同機組循環(huán)流化床干法脫硫CFB-FGD裝置電氣設計的要求，對涉及電氣性能及造價的方案設計、主要設備選型進行初步探討，以供參考。
2 CFB-FGD裝置電氣系統(tǒng)設計
2.1 設計內(nèi)容
電氣系統(tǒng)設計主要是完成脫硫除塵裝置干式配電變壓器、PC系統(tǒng)、MCC系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、交流不停電裝置（UPS系統(tǒng)）、保安電源、照明檢修系統(tǒng)、防雷接地、電纜敷設、電纜防火、電纜選型及電纜清冊等設計。
2.2 設計依據(jù)
電控系統(tǒng)設計首先應根據(jù)CFB-FGD的工藝要求及技術(shù)協(xié)議書進行，也要根據(jù)用戶的要求進行設計；其次是必須滿足國家有關電氣設計方面的強制性標準。CFB-FGD裝置電控部分設計可參考“火電廠煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范—煙氣循環(huán)流化床法”（HJ/T178-2005）標準的相應條款進行設計。
2.3 配電設計
電氣系統(tǒng)的造價約占整個CFB-FGD電控造價的2/3，而配電系統(tǒng)在電氣中占的比例又最大，所以，配電系統(tǒng)設計的優(yōu)劣對整個CFB-FGD電控性能及造價影響最大。
CFB-FGD裝置配電系統(tǒng)設計主要包括用電負荷統(tǒng)計、配電變壓器選型、主接線方式選擇（配電變壓器明暗備用方式選擇）、主母線分段方案及導體選擇、短路電流計算、主要器件（開關、保護元件等）選型等。
2.3.1 用電負荷計算
（1）計算原則與方法
CFB-FGD裝置用電負荷主要是指400V低壓用電負荷（6kV脫硫引風機的負荷，一般另外計算），主要包括脫硫用電負荷和除塵器的用電負荷。脫硫用電負荷包括為保證物料有效流動的各種流化風機，如生/消石灰倉流化風機、除塵器灰斗流化風機、空氣斜槽流化風機、輸送風機等，以及高壓水系統(tǒng)的高壓水泵。采用電除塵器進行收塵時的高壓硅整流電源是CFB-FGD裝置里最大的用電負荷，約占總用電負荷的80%（包括預電除塵器、脫硫電除塵器）。如果采用袋式除塵器，則CFB-FGD裝置的用電負荷大為減小，約為電除塵器的1/3。
負荷的計算方法按《火力發(fā)電廠廠用電設計技術(shù)規(guī)定》中推薦的換算系數(shù)法。主要設備的換算系數(shù)見下表。
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（2）負荷計算需注意的問題
電除塵器硅整流高壓電源的換算系數(shù)取值要大于常規(guī)非脫硫裝置。CFB-FGD系統(tǒng)若采用電除塵器進行收塵，必須注意干法脫硫粉塵的幾個特殊性。CFB-FGD裝置吸收塔出口，也就是脫硫電除塵器入口的粉塵濃度很高，可達1000mg/Nm3。脫硫工況下煙氣溫度較低，一般僅為70℃～75℃，因此粉塵比電阻較低，適合電除塵器收塵。電除塵器的高壓電源的輸出功率較常規(guī)大，因而電除塵器硅整流高壓電源的換算系數(shù)不能取得太小，建議不低于0.6。
由于干式變壓器最大容量的限制（≤2500kVA）以及脫硫工藝的要求，備用電機較多，PC動力中心一般要設置二段，這樣便于負荷均攤，也便于工作及備用電機分別掛在不同PC段上，增加系統(tǒng)供電可靠性，同時降低了柜內(nèi)元器件的分段等級，節(jié)約了成本。
在場地允許的條件下，應盡量采用變壓器明備用方式，這種方式可大大提高供電的可靠性。
2.3.2 CFB-FGD裝置配電方案
CFB-FGD裝置負荷依據(jù)不同的機組容量而不同。一般情況下，機組越大，對應的負荷也較大。對于300MW機組，其CFB-FGD負荷一般不會超過3200kVA，設置2臺1600kVA干式變壓器即可滿足配電要求。相應地，PC工作段設為二段，備用段設為一段。由于干式變壓器最大容量的限制，一般不采用變壓器作為暗備的供電方式。
對于125～200MW機組的CFB-FGD裝置，設計相對靈活，可采用二用一備或互為暗備的方式，具體情況應根據(jù)具體工程而確定。如受場地限制，可設置互為暗備的二套干式變壓器，省掉一臺備用變壓器及其備用段的位置。相應地，PC為二段，此時配電變壓器的裕量應為計算負荷的200%。若為新建機組，在場地允許的條件下，優(yōu)選方案應采用明備方式，即設置二用一備共三臺配電變壓器，以提高配電可靠性；在二臺機組配置二套CFB-FGD裝置時，其中的備用段可設計為二套CFB-FGD裝置共用方式，這樣可降低造價。不同配電段的聯(lián)絡采用母線橋方式。
配電變壓器容量的選擇，主要應根據(jù)負荷的計算結(jié)果來確定，同時還要確定電壓等級和調(diào)節(jié)范圍、電動機起動及自啟動電壓校驗、阻抗等，具體如下：
（1）電壓等級
配電變壓器一般采用干式變壓器，電壓等級選用10kV，變比為6.3±2×2.5%/0.4～0.23kV。
（2）電動機起動及自啟動電壓校驗
由于脫硫除塵工藝的要求，脫硫除塵裝置內(nèi)的設備一般采用順序啟動方式，不存在成組啟動或自啟動，同時由于大電機數(shù)量一般不多，故一般不做電動機起動及自啟動電壓校驗。
（3）阻抗選擇
按《火力發(fā)電廠廠用電設計技術(shù)規(guī)定》，低壓廠用變壓器的阻抗應按低壓電器對短路電流的承受能力來考慮。影響阻抗選擇的因素有很多，而且都是相互制約的，所以必須通過技術(shù)經(jīng)濟比較來確定最佳阻抗。
從技術(shù)上看，為了運行上的安全可靠，廠用母線的短路電流宜小些，阻抗應選大些；為了保證電壓質(zhì)量，阻抗應選小些，并減小電壓波動范圍，以滿足電動機成組啟動要求。
從經(jīng)濟上看，阻抗選得大些，就能采用輕型的電器和較小的電纜熱穩(wěn)定截面，從而節(jié)省投資。所以在滿足基本技術(shù)要求的前提下，阻抗應盡量大些，以便節(jié)約廠用設備投資。
對于CFB-FGD裝置來說，大于75kW以上的電機很少，一般不存在電機成組啟動情況；另外，在二次控制回路設計時，啟停信號一般為短脈沖方式，在失電時，要求重新啟動電機運行。在這種情況下，負荷對電網(wǎng)技術(shù)上的要求相應降低，可選用較高的阻抗。
在實際設計中，對于200MW機組的CFB-FGD裝置，配電變壓器為互為暗備式二臺，容量為2500kVA，阻抗選擇為10%；對于2×150MW機組的CFB-FGD裝置，配電變壓器為二用一備三臺，容量為2000kVA，阻抗選擇為8%；對于1×300MW機組的CFB-FGD裝置，配電變壓器為二用一備三臺，容量為1600kVA，阻抗選擇為8%；對于配電變壓器≤1250kVA時，阻抗可選6%。
當然，對于某些使用干式變壓器的廠家，阻抗增加可能會造成變壓器體積的增大，因此，這方面因素在設計設備布置時也要予以考慮。
2.4 PC和MCC
PC和MCC的選擇主要考慮的應是柜型以及柜內(nèi)導體和器件。從性能和場地考慮，應優(yōu)選抽屜非焊接組裝式柜型。柜型強度必須能保證主母排額定電流下及最大短路電流下最大應力的要求。在同樣條件下，由于抽屜式柜型安裝單位較多，使用較多，因此，設有專門的接線小室和母排室，便于安裝接線、維修更換，使用非常便利。最終設計應滿足全廠統(tǒng)一，與主機盡量一致。柜型對造價的影響相對有限，但對配電性能的影響卻較大，建議以性能為考慮的要點。
柜內(nèi)器件的選型對整體造價影響較大。選擇原則應是，對于國內(nèi)符合要求的器件，應盡量采用，以便于今后的維修更換；對于目前國內(nèi)不太成熟的器件，尤其是大電流（≥4000A）主進線開關，建議采用進口品牌的產(chǎn)品，如ABB、施奈德等。
2.5 直流系統(tǒng)
直流系統(tǒng)根據(jù)需要設計，主要為PC段的空氣斷路器、事故照明、UPS等提供直流電源。對于小機組的CFB-FGD系統(tǒng)，尤其是采用袋式除塵的方案，若配電負荷較小，則可只設置MCC段，無需設置獨立的PC段，在這種情況下，可不考慮設計直流電源。
直流系統(tǒng)一般不單獨設置，采用引自主機直流系統(tǒng)的直流電源，在CFB-FGD系統(tǒng)內(nèi)設置直流分屏。分屏內(nèi)設置微機型電壓絕緣監(jiān)測裝置及配套的電流互感器、饋線狀態(tài)監(jiān)測儀等。
在主廠房無法提供直流電源的情況下，CFB-FGD系統(tǒng)內(nèi)需單獨設計直流系統(tǒng)，建議與UPS不間斷電源一起設計，以節(jié)省造價，如蓄電池組可兩個系統(tǒng)合并設計。
2.6 UPS不間斷電源
由于CFB-FGD裝置采用DCS控制，因此必須設計一套UPS電源系統(tǒng)，向脫硫DCS控制系統(tǒng)、儀表等重要的控制負荷供電。UPS電源系統(tǒng)一般設計為幾臺機組共用的方式，容量按實際負荷不超過UPS額定容量的60%來確定。該系統(tǒng)一般應包括主機柜、電池箱（柜）、饋線柜、旁路柜，主機一般應選用電力專用UPS主機。
對于較小機組的CFB-FGD裝置，由于其DCS控制系統(tǒng)設備及儀表等數(shù)量較少，負荷達不到10kVA，此時可考慮采用商用的UPS主機。但為了提高儀控系統(tǒng)供電可靠性，應設計隔離變壓器，對UPS進線電源進行隔離，以提高抗干擾能力。
由于整套CFB-FGD裝置0米以上均為鋼結(jié)構(gòu)，設計時已考慮雷擊泄流通路，所以電纜均為穿管或鋼制橋架內(nèi)敷設。儀控電源的防雷措施一般可不用考慮。
2.7 保安電源
CFB-FGD裝置內(nèi)不單獨設置保安電源系統(tǒng)，使用的保安電源引自主廠房保安段，為UPS和事故照明。當脫硫工藝設置各類電動風擋時，所有風擋電源需引自該保安段。
根據(jù)需要，保安電源負荷、負荷小時可直接從主廠房引相應回路至各使用點。負荷大且回路較多時，建議設置保安電源柜，柜型一般與MCC一致，為抽屜式，雙電源進線，其中一回路引自配電的PC段。
2.8 照明檢修系統(tǒng)
CFB-FGD裝置內(nèi)一般設正常照明、事故照明和應急照明，正常照明電源由MCC段提供，事故照明電源可由保安電源提供，主廠房內(nèi)無保安電源段的，也可由直流電源提供。事故照明箱內(nèi)設有切換裝置，事故照明僅在正常照明電源消失時才啟用。應急照明設置在各緊急出口處。
在各平臺按規(guī)范設置檢修電源，靠近檢修入孔門的地方設置36V安全照明電源。
現(xiàn)場正常照明采用三防燈，部分場地較大、燈具設置不便的地方可考慮設置投光燈具，室內(nèi)采用熒光燈具。應急照明采用應急燈，自備蓄電池。
2.9 防雷接地
CFB-FGD裝置0米以上均為鋼結(jié)構(gòu)，整體鋼結(jié)構(gòu)設計安裝時，鋼柱底部與整個接地網(wǎng)有效連接，已考慮到防雷擊的情況。
CFB-FGD裝置內(nèi)設獨立的閉合接地網(wǎng)，其接地電阻一般不大于4Ω。該閉合接地網(wǎng)有兩處與電廠的主接地網(wǎng)連接。接地材料一般采用熱浸鋅鋼管、角鋼、扁鋼。
2.10 電纜敷設
0米設備一般采用電纜溝附以穿線管進行電纜敷設，其余各平臺設備采用電纜橋架、穿線管進行敷設。
2.11 電纜防火
電纜全部采用阻燃型，電纜的防火措施可適當簡化，但要滿足消防管理部門的驗收要求。
2.12 導體及電纜
配電變壓器容量及阻抗確定后，主母排尺寸及電纜的選型一般按設計規(guī)范確定，查規(guī)范表可得具體選型數(shù)據(jù)。
3 結(jié)語
CFB-FGD裝置工藝方案對電氣設計影響很大，是決定整體工程造價的重要因素。電氣設計最主要的是配電方案的確定，其將影響整體裝置設備運行的可靠性，同時對電氣造價的影響也最大。其結(jié)果他電氣部分的設計，因?qū)ο到y(tǒng)性能和造價的影響較小，所以可根據(jù)實際工程情況和工藝設備布置進行。
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