某电厂660MW机组湿式除尘器电气设备及其控制系统的设计

陈晓凤

福建龙净环保股份有限公司

摘要：

本文以某电厂660MW机组湿式除尘器电气设备及其控制系统的设计为例, 介绍了该项目配套湿式电除尘器的高频电源、低压设备、MNS配电柜及控制系统的设计过程。

关键词：

湿式除尘器; 电气设备; 控制系统; 设计;

Design of Electrical Equipment and Control System for Wet Dust Collector of 660MW Unit in a Power Plant

Chen Xiao-feng

Abstract：

Taking the design of electrical equipment and control system of wet ESP for 660MW unit in a power plant as an example, this paper introduces the design process of high frequency power supply, low voltage equipment, MNS distribution cabinet and control system of the project.

Keyword：

wet dust collector; electrical equipment; control system; design;

随着我国环保标准越来越严格, 特别是《煤电节能减排升级与改造行动计划 (2014～2020) 》规定颗粒物排放10mg/Nm3, 地方政府和发电企业甚至提出5mg/Nm3, 传统的燃煤电站工艺流程, 前端除尘装置加湿法脱硫, 之后烟气进入烟囱, 很难稳定实现超低排放要求, 对PM2.5细微颗粒物和气溶胶捕集能力很弱, 导致烟囱经常出现“蓝烟”“酸雨”“石膏雨”等现象。国内外研究表明, 在燃煤电站湿法脱硫与烟囱之间, 加装湿式电除尘设备是一种最佳选择。湿式电除尘器电气设备设计及控制系统设计的优劣直接影响到最终的排放指标是否达标。下面将以某电厂660MW湿式除尘器电气设备设计及控制系统的设计为例, 介绍该项目配套湿式电除尘器的高压电源、低压设备、MNS配电柜及控制系统的设计过程。

1 概述

某电厂660MW机组是新建项目, 工程要求安装两台配套湿式除尘器, 它包括湿式电除尘器本体系统、工艺水系统、烟道系统、控制系统、电气系统、消防、通讯、接地给排水、收集液排放系统、相关建构筑物外的系统和设备等进行设计、供货、调试等方面的技术要求。该工程所采用的湿电除尘器本体电气总图如图1:

图1 本体电气总图

该项目湿式电除尘器的电气方面配套要求如表1。

本湿电除尘器配套电气设备规范要求, 统筹考虑该电厂两台机组的湿式静电除尘器电气系统。两台机组共设置湿式静电除尘低压 (380/220V) A、B两段, 分别由两台湿式除尘变压器供电。两台机组湿式除尘变压器之间互为备用, 单台容量满足一台变压器故障时所承担的全部工作低压负荷, A、B段之间设联络开关。电气系统纳入脱硫DCS控制。仪表保护箱、室外配电箱及仪表保温箱采用不锈钢板制作;所有箱柜防护等级:室内为IP41, 室外为IP65。所有的电缆均采用铜芯阻燃电缆。照明灯具采用LED光源。

2 湿式除尘器配套电气设备设计及控制系统

根据以上电气配套要求及技术要求, 电气设备设计及控制系统的设计方案为:电气部分采用一级配电方式, 分区供电, 电源配电装置采用双电源自动切换装置。所有电场选用高频电源设备, 低压部分电气系统纳入脱硫DCS控制, 电气系统纳入DCS采用硬接线形式。不采用通讯方式。DCS品牌及型号为西门子能源teleperm xp, 由业主自行提供。根据以上设计所提出的设计方案, 以下将分项介绍该电气部分的设计方式。

2.1 MNS高低压除尘段一次配电柜的设计

根据设计要求, 该项目两台机组共设置湿式静电除尘低压 (380/220V) A、B两段, 分别由两台湿式除尘变压器供电。两台湿式除尘变压器之间互为备用。电源配电装置采用双电源自动切换装置, 因此设计一套包含1台干式变压器柜、2台电源进线柜、2台联络柜、3台馈线柜的配电装置, 对高频电源、低压控制柜、照明配电箱、粉尘浊度仪、加碱泵变频控制箱、碱用液下泵控制箱、伴热带配电箱、热风吹扫控制箱、检修配电箱等控制柜、箱进行配电。元器件采用施耐德。

2.2 高频高压电源的设计

湿式电除尘器运行环境特殊:烟气温度低、饱和湿烟气、入口粉尘浓度低、微细粉尘 (主要为PM2.5) 、脱硫气溶胶和石膏雾滴、烟气流速高, 阴阳极间距小。因此, 湿式电除尘器对高压供电设备提出了特殊要求:板电流密度大持续稳定运行;火花闪络响应快, 当电场发生火花闪络时, 控制系统能及时捕捉闪络信并快速关断输出;火花熄灭后, 迅速恢复二次电压输出, 又要防止连续闪络;自动跟踪水冲洗清灰工艺, 避免水冲洗时发生短路或过流误跳闸。

根据以上特殊要求, 该电厂湿式电除尘选用高频高压整流设备 (简称“高频电源”) 。它将工频三相交流电源整流后经高频逆变、升压、二次整流后变换成直流负高压输出。提供接近纯直流的到脉动幅度很大的各种电压波形。火花检测与控制采用全新硬件检测, 对各种火花检测特别可靠, 对微弱火花也捕捉无疑。闪络电流无冲击波, 电场电压恢复极快, 损失极小。具有纯直流供电与间歇性供电两种方式, 纯直流供电采用调频方式调压, 间歇脉冲供电Pon及Poff均可调, 针对各种特定的工况, 可以同各种合适的电压波形, 特别适用于前电场及高比电阻粉尘, 能有效一直反电晕现象的发生。针对湿式电除尘器负载变化的特殊性, 控制性能灵敏, 电压恢复快, 保护功能完善。

2.3 低压控制系统的设计

2.3.1 湿式电除尘器水系统工艺介绍

湿式电除尘器收尘原理与干式电除尘器一样, 清灰原理与干式电除尘器有所不同, 干式电除尘器采用振打清灰, 湿式电除尘器采用喷淋水在阳极板形成的水膜清灰, 其优点在于清灰过程不会产生二次扬尘, 从而保证超低排放。其灰水系统PID图如图2。

图2 灰水系统PID图

2.3.2 湿式电除尘低压控制系统的设计

该电厂湿式除尘器低压控制系统包含8路保温箱加热器、1路来水电动蝶阀、1路冲洗水电动蝶阀、1路喷淋水电动蝶阀;2台循环水泵、2台补给水泵、2台过滤水泵、2台加碱泵;1台碱用液下泵;隔离开关到位显示及高压安全联锁等对象。低压系统并对该湿式除尘器水系统的来水电动蝶阀、冲洗水电动蝶阀、及喷淋水电动蝶阀, 补给水流量计、循环水流量计、排污水流量计、过滤器控制箱1～2等阀门、仪表及控制箱进行配电。

根据DCS控制系统具有高可靠性、丰富的I/O接口模块、采用模块化结构、DCS强大数据运算功能及通讯和联网等功能, 低压控制系统采用DCS控制, 型号为西门子能源teleperm xp。

据此, 高频电源监视及控制参数采用硬接线方式 (标准的4～20mADC电流信号) 送入脱硫DCS系统, 不采用通讯方式。湿除现场所有电气设备 (高频电源柜、热风吹扫系统、各类水泵及风机) 的启动、停止信号均接受脱硫DCS送出的脉冲信号, 被控设备带自保持回路, 脱硫DCS送出的启动、停止信号消失后被控设备能保持运行、停运状态不变。自动清洗过滤器的电磁阀等被控设备由DCS控制、就地不设置控制设备。

因此, 该电厂湿式除尘器所有的数字量I/O信号, 模拟量I/O信号, RTD等信号通过硬接线的形式接入脱硫DCS系统。其控制逻辑采用3个测点的设备参与控制时测点均需3取2等原则进行设备。其DCS控制系统I/O部分清单如表2。

表2 DCS控制系统I/O清单 下载原表

下面以水系统、热风吹扫系统为例, 介绍该控制系统逻辑关系的设计, 具体如下:

(1) 水系统

水系统包含来水电动阀, 补给水泵1～2, 冲洗水电动蝶阀1～8, 补给水电动蝶阀, 循环水电动蝶阀1～2, 加碱泵1～2、循环水泵1～2、过滤水泵1～2、增压水泵1～2, 安全联锁等设备。以冲洗水电动蝶阀1～8, 补给水电动蝶阀为例, 其控制逻辑关系如下:

投入自动运行前, 冲洗水电动蝶阀1～8和补给水电动蝶阀都处于关闭状态。

自动模式下:当循环水箱液位高于2m时, 进行第一种顺序动作, 时序如下:打开补给水电动蝶阀, 18min后, 打开冲洗电动蝶阀1, 同时关闭补给水电动蝶阀;3min后, 打开冲洗电动蝶阀2, 同时关闭冲洗电动蝶阀1;3min后, 打开冲洗电动蝶阀3, 同时关闭冲洗电动蝶阀2;3min后, 打开冲洗电动蝶阀4, 同时关闭冲洗电动蝶阀3;3min后, 打开补给水电动蝶阀, 关闭冲洗电动蝶阀4;18min后, 打开冲洗电动蝶阀5, 同时关闭补给水电动蝶阀;3min后, 打开冲洗电动蝶阀6, 同时关闭冲洗电动蝶阀5;3min后, 打开冲洗电动蝶阀7, 同时关闭冲洗电动蝶阀6;3min后, 打开冲洗电动蝶阀8, 同时关闭冲洗电动蝶阀7;3min后, 关闭冲洗电动蝶阀8;以上为一个循环, 循环结束后, 再同上进行第二个循环。

当循环水箱液位低于2m时, 自动从第一种顺序动作切换到第二种顺序动作。第二种顺序动作下, 补给水电动蝶阀常开, 根据第一种顺序动作当前运行的冲洗电动蝶阀开始, 每个冲洗电动蝶阀依次开启8分钟。一个循环结束后, 如果循环水箱液位低于4.7m, 进行第二次循环, 在任何一次循环过程中, 如果循环水箱液位高于4.7m, 系统直接切换到第一种顺序动作。

(2) 热风吹扫系统

热风吹扫风机1

关允许:热风吹扫蝶阀关到位。热风吹扫加热器1。

开允许:热风吹扫风机1运行。热风吹扫蝶阀开到位。

热风吹扫蝶阀1

开允许:热风吹扫风机1运行。

关允许:热风吹扫加热1未运行。

热风吹扫系统1需做顺控:

顺控启:a、开热风吹扫风机1, b、开热风吹扫蝶阀1, c、开热风吹扫加热器1。

顺控停:a、关热风吹扫加热器1, b、关热风吹扫蝶阀1, c、关热风吹扫风机1。

热风吹扫系统2控制逻辑同上。

3 应用结果

上述某电厂660MW#1、#2机组湿式除尘器设计方案已实施。经过现场的安装与调试, 顺利投入运行。一年后, 对设备运行情况进行了专门检测, 其检测结果如表3、4。

表3#1机组检测结果 下载原表

表4#2机组检测结果 下载原表

检测结果表明, #1、#2机组在总排口90%左右负荷下颗粒物最大排放溶度分别为0.92mg/Nm3、0.9mg/Nm3, 远低于5mg/Nm3的设计保证值;烟气SO2最大排放浓度分别为8mg/Nm3、9mg/Nm3, 烟气NOx最大排放溶度分别为23mg/Nm3、29mg/Nm3。两台机组运行至今, 其电气设备能够满足设计要求, 达到提高湿式除尘效率的功效。