循环流化床干法脱硫装置电气系统设计
摘 要:本文针对不同机组循环流化床干法脱硫（CFB-FGD）装置电气设计的要求，对涉及电气性能及造价的方案设计、主要设备选型等进行了初步探讨。
1 前言
随着循环流化床干法脱硫技术在国内电力行业上尤其是在中小机组、西部缺水地区的推广应用，如何针对不同机组、不同地区及具体的工艺要求设计一套符合国家标准要求、同时性价比最优的脱硫电气系统，已成为众多脱硫系统集成商及最终用户追求的目标。系统方案设计的优劣，不仅决定了系统性能，同时也决定了系统的造价。
本文针对不同机组循环流化床干法脱硫CFB-FGD装置电气设计的要求，对涉及电气性能及造价的方案设计、主要设备选型进行初步探讨，以供参考。
2 CFB-FGD装置电气系统设计
2.1 设计内容
电气系统设计主要是完成脱硫除尘装置干式配电变压器、PC系统、MCC系统、直流系统、交流不停电装置（UPS系统）、保安电源、照明检修系统、防雷接地、电缆敷设、电缆防火、电缆选型及电缆清册等设计。
2.2 设计依据
电控系统设计首先应根据CFB-FGD的工艺要求及技术协议书进行，也要根据用户的要求进行设计；其次是必须满足国家有关电气设计方面的强制性标准。CFB-FGD装置电控部分设计可参考“火电厂烟气脱硫工程技术规范—烟气循环流化床法”（HJ/T178-2005）标准的相应条款进行设计。
2.3 配电设计
电气系统的造价约占整个CFB-FGD电控造价的2/3，而配电系统在电气中占的比例又最大，所以，配电系统设计的优劣对整个CFB-FGD电控性能及造价影响最大。
CFB-FGD装置配电系统设计主要包括用电负荷统计、配电变压器选型、主接线方式选择（配电变压器明暗备用方式选择）、主母线分段方案及导体选择、短路电流计算、主要器件（开关、保护元件等）选型等。
2.3.1 用电负荷计算
（1）计算原则与方法
CFB-FGD装置用电负荷主要是指400V低压用电负荷（6kV脱硫引风机的负荷，一般另外计算），主要包括脱硫用电负荷和除尘器的用电负荷。脱硫用电负荷包括为保证物料有效流动的各种流化风机，如生/消石灰仓流化风机、除尘器灰斗流化风机、空气斜槽流化风机、输送风机等，以及高压水系统的高压水泵。采用电除尘器进行收尘时的高压硅整流电源是CFB-FGD装置里最大的用电负荷，约占总用电负荷的80%（包括预电除尘器、脱硫电除尘器）。如果采用袋式除尘器，则CFB-FGD装置的用电负荷大为减小，约为电除尘器的1/3。
负荷的计算方法按《火力发电厂厂用电设计技术规定》中推荐的换算系数法。主要设备的换算系数见下表。
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（2）负荷计算需注意的问题
电除尘器硅整流高压电源的换算系数取值要大于常规非脱硫装置。CFB-FGD系统若采用电除尘器进行收尘，必须注意干法脱硫粉尘的几个特殊性。CFB-FGD装置吸收塔出口，也就是脱硫电除尘器入口的粉尘浓度很高，可达1000mg/Nm3。脱硫工况下烟气温度较低，一般仅为70℃～75℃，因此粉尘比电阻较低，适合电除尘器收尘。电除尘器的高压电源的输出功率较常规大，因而电除尘器硅整流高压电源的换算系数不能取得太小，建议不低于0.6。
由于干式变压器最大容量的限制（≤2500kVA）以及脱硫工艺的要求，备用电机较多，PC动力中心一般要设置二段，这样便于负荷均摊，也便于工作及备用电机分别挂在不同PC段上，增加系统供电可靠性，同时降低了柜内元器件的分段等级，节约了成本。
在场地允许的条件下，应尽量采用变压器明备用方式，这种方式可大大提高供电的可靠性。
2.3.2 CFB-FGD装置配电方案
CFB-FGD装置负荷依据不同的机组容量而不同。一般情况下，机组越大，对应的负荷也较大。对于300MW机组，其CFB-FGD负荷一般不会超过3200kVA，设置2台1600kVA干式变压器即可满足配电要求。相应地，PC工作段设为二段，备用段设为一段。由于干式变压器最大容量的限制，一般不采用变压器作为暗备的供电方式。
对于125～200MW机组的CFB-FGD装置，设计相对灵活，可采用二用一备或互为暗备的方式，具体情况应根据具体工程而确定。如受场地限制，可设置互为暗备的二套干式变压器，省掉一台备用变压器及其备用段的位置。相应地，PC为二段，此时配电变压器的裕量应为计算负荷的200%。若为新建机组，在场地允许的条件下，优选方案应采用明备方式，即设置二用一备共三台配电变压器，以提高配电可靠性；在二台机组配置二套CFB-FGD装置时，其中的备用段可设计为二套CFB-FGD装置共用方式，这样可降低造价。不同配电段的联络采用母线桥方式。
配电变压器容量的选择，主要应根据负荷的计算结果来确定，同时还要确定电压等级和调节范围、电动机起动及自启动电压校验、阻抗等，具体如下：
（1）电压等级
配电变压器一般采用干式变压器，电压等级选用10kV，变比为6.3±2×2.5%/0.4～0.23kV。
（2）电动机起动及自启动电压校验
由于脱硫除尘工艺的要求，脱硫除尘装置内的设备一般采用顺序启动方式，不存在成组启动或自启动，同时由于大电机数量一般不多，故一般不做电动机起动及自启动电压校验。
（3）阻抗选择
按《火力发电厂厂用电设计技术规定》，低压厂用变压器的阻抗应按低压电器对短路电流的承受能力来考虑。影响阻抗选择的因素有很多，而且都是相互制约的，所以必须通过技术经济比较来确定最佳阻抗。
从技术上看，为了运行上的安全可靠，厂用母线的短路电流宜小些，阻抗应选大些；为了保证电压质量，阻抗应选小些，并减小电压波动范围，以满足电动机成组启动要求。
从经济上看，阻抗选得大些，就能采用轻型的电器和较小的电缆热稳定截面，从而节省投资。所以在满足基本技术要求的前提下，阻抗应尽量大些，以便节约厂用设备投资。
对于CFB-FGD装置来说，大于75kW以上的电机很少，一般不存在电机成组启动情况；另外，在二次控制回路设计时，启停信号一般为短脉冲方式，在失电时，要求重新启动电机运行。在这种情况下，负荷对电网技术上的要求相应降低，可选用较高的阻抗。
在实际设计中，对于200MW机组的CFB-FGD装置，配电变压器为互为暗备式二台，容量为2500kVA，阻抗选择为10%；对于2×150MW机组的CFB-FGD装置，配电变压器为二用一备三台，容量为2000kVA，阻抗选择为8%；对于1×300MW机组的CFB-FGD装置，配电变压器为二用一备三台，容量为1600kVA，阻抗选择为8%；对于配电变压器≤1250kVA时，阻抗可选6%。
当然，对于某些使用干式变压器的厂家，阻抗增加可能会造成变压器体积的增大，因此，这方面因素在设计设备布置时也要予以考虑。
2.4 PC和MCC
PC和MCC的选择主要考虑的应是柜型以及柜内导体和器件。从性能和场地考虑，应优选抽屉非焊接组装式柜型。柜型强度必须能保证主母排额定电流下及最大短路电流下最大应力的要求。在同样条件下，由于抽屉式柜型安装单位较多，使用较多，因此，设有专门的接线小室和母排室，便于安装接线、维修更换，使用非常便利。最终设计应满足全厂统一，与主机尽量一致。柜型对造价的影响相对有限，但对配电性能的影响却较大，建议以性能为考虑的要点。
柜内器件的选型对整体造价影响较大。选择原则应是，对于国内符合要求的器件，应尽量采用，以便于今后的维修更换；对于目前国内不太成熟的器件，尤其是大电流（≥4000A）主进线开关，建议采用进口品牌的产品，如ABB、施奈德等。
2.5 直流系统
直流系统根据需要设计，主要为PC段的空气断路器、事故照明、UPS等提供直流电源。对于小机组的CFB-FGD系统，尤其是采用袋式除尘的方案，若配电负荷较小，则可只设置MCC段，无需设置独立的PC段，在这种情况下，可不考虑设计直流电源。
直流系统一般不单独设置，采用引自主机直流系统的直流电源，在CFB-FGD系统内设置直流分屏。分屏内设置微机型电压绝缘监测装置及配套的电流互感器、馈线状态监测仪等。
在主厂房无法提供直流电源的情况下，CFB-FGD系统内需单独设计直流系统，建议与UPS不间断电源一起设计，以节省造价，如蓄电池组可两个系统合并设计。
2.6 UPS不间断电源
由于CFB-FGD装置采用DCS控制，因此必须设计一套UPS电源系统，向脱硫DCS控制系统、仪表等重要的控制负荷供电。UPS电源系统一般设计为几台机组共用的方式，容量按实际负荷不超过UPS额定容量的60%来确定。该系统一般应包括主机柜、电池箱（柜）、馈线柜、旁路柜，主机一般应选用电力专用UPS主机。
对于较小机组的CFB-FGD装置，由于其DCS控制系统设备及仪表等数量较少，负荷达不到10kVA，此时可考虑采用商用的UPS主机。但为了提高仪控系统供电可靠性，应设计隔离变压器，对UPS进线电源进行隔离，以提高抗干扰能力。
由于整套CFB-FGD装置0米以上均为钢结构，设计时已考虑雷击泄流通路，所以电缆均为穿管或钢制桥架内敷设。仪控电源的防雷措施一般可不用考虑。
2.7 保安电源
CFB-FGD装置内不单独设置保安电源系统，使用的保安电源引自主厂房保安段，为UPS和事故照明。当脱硫工艺设置各类电动风挡时，所有风挡电源需引自该保安段。
根据需要，保安电源负荷、负荷小时可直接从主厂房引相应回路至各使用点。负荷大且回路较多时，建议设置保安电源柜，柜型一般与MCC一致，为抽屉式，双电源进线，其中一回路引自配电的PC段。
2.8 照明检修系统
CFB-FGD装置内一般设正常照明、事故照明和应急照明，正常照明电源由MCC段提供，事故照明电源可由保安电源提供，主厂房内无保安电源段的，也可由直流电源提供。事故照明箱内设有切换装置，事故照明仅在正常照明电源消失时才启用。应急照明设置在各紧急出口处。
在各平台按规范设置检修电源，靠近检修入孔门的地方设置36V安全照明电源。
现场正常照明采用三防灯，部分场地较大、灯具设置不便的地方可考虑设置投光灯具，室内采用荧光灯具。应急照明采用应急灯，自备蓄电池。
2.9 防雷接地
CFB-FGD装置0米以上均为钢结构，整体钢结构设计安装时，钢柱底部与整个接地网有效连接，已考虑到防雷击的情况。
CFB-FGD装置内设独立的闭合接地网，其接地电阻一般不大于4Ω。该闭合接地网有两处与电厂的主接地网连接。接地材料一般采用热浸锌钢管、角钢、扁钢。
2.10 电缆敷设
0米设备一般采用电缆沟附以穿线管进行电缆敷设，其余各平台设备采用电缆桥架、穿线管进行敷设。
2.11 电缆防火
电缆全部采用阻燃型，电缆的防火措施可适当简化，但要满足消防管理部门的验收要求。
2.12 导体及电缆
配电变压器容量及阻抗确定后，主母排尺寸及电缆的选型一般按设计规范确定，查规范表可得具体选型数据。
3 结语
CFB-FGD装置工艺方案对电气设计影响很大，是决定整体工程造价的重要因素。电气设计最主要的是配电方案的确定，其将影响整体装置设备运行的可靠性，同时对电气造价的影响也最大。其结果他电气部分的设计，因对系统性能和造价的影响较小，所以可根据实际工程情况和工艺设备布置进行。
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