煙氣超低排放裝置中的電氣及控制系統(tǒng)應(yīng)用

吳登鐳

摘 要：響應(yīng)國(guó)家政策，改善大氣環(huán)境，從源頭抓起，針對(duì)燃煤鍋爐等煙氣排放，國(guó)家出臺(tái)排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)施超低排放。為實(shí)現(xiàn)煙氣超低排放，除了工藝，自然離不開(kāi)電氣及控制系統(tǒng)的配合。下面結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)案例討論電氣和控制系統(tǒng)在煙氣超低排放上的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：超低排放;電氣;控制系統(tǒng);應(yīng)用

引言

根據(jù)超低排放計(jì)算負(fù)荷及電廠運(yùn)行習(xí)慣確定合理節(jié)能的配電方案。

1）按單元制為每臺(tái)鍋爐對(duì)應(yīng)的超低排放裝置配置對(duì)應(yīng)變壓器。

2）配置一用一備變壓器。

3）配置PC段+重要負(fù)荷段。

4）主廠提供一用一備兩路低壓電源。

根據(jù)電廠規(guī)模及習(xí)慣選擇PLC或DCS控制系統(tǒng)。

一、工藝現(xiàn)狀

石灰石石膏濕法脫硫作為目前脫硫效率高、技術(shù)成熟、脫硫劑便宜易得而被廣泛應(yīng)用于各大鍋爐電廠煙氣脫硫治理中。SNCR脫硝技術(shù)應(yīng)用廣泛，相較濕法脫硝技術(shù)運(yùn)行投資費(fèi)用低，脫除效率也能達(dá)到國(guó)家排放要求。濕式電除塵器作為可靠性高，占地面積小，凈化效率高而被設(shè)置在脫硫裝置后煙氣的低濃度除塵。

二、電氣配電方案

1、按單元制為每臺(tái)鍋爐對(duì)應(yīng)的超低排放裝置配置對(duì)應(yīng)變壓器。

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：恒鳴化纖二期140萬(wàn)噸新型功能性纖維擴(kuò)建工程鍋爐及供電工程新建3臺(tái)220t/h高溫超高壓循環(huán)流化床鍋爐，根據(jù)浙江省的環(huán)保政策，要新建3套鍋爐煙氣超低排放裝置。

配置如下：系統(tǒng)按單元制設(shè)置AC380/220V PC Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，其接線方式為單母線分段，Ⅱ段與Ⅰ、Ⅲ段之間分別設(shè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，采用手動(dòng)或DCS自動(dòng)切換。各PC段均由一臺(tái)SCB13-1600/10的干式變壓器供電，變壓器電源引自主廠10kV系統(tǒng)。

單元制配電思路簡(jiǎn)潔明了，一臺(tái)變壓器對(duì)應(yīng)一套超低排放裝置，可以和對(duì)應(yīng)鍋爐電氣系統(tǒng)統(tǒng)一運(yùn)行調(diào)度，后期運(yùn)行維護(hù)方便，但投資成本較大，占地面積較多，較適用于大機(jī)組（如200MW機(jī)組）工程及對(duì)土地利用率要求不高的大西北地區(qū)。

2、配置一用一備變壓器。

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：樂(lè)平市天新熱電有限公司原有3臺(tái)45 t/h（以下簡(jiǎn)稱1～3#爐）循環(huán)流化床鍋爐，擬新建1臺(tái)65t/h（以下簡(jiǎn)稱4#爐）循環(huán)流化床鍋爐，根據(jù)最新環(huán)保要求，現(xiàn)有和新建鍋爐煙氣排放都要達(dá)到超低排放要求。

配置如下：本工程超低排放計(jì)算負(fù)荷880kVA，配置兩臺(tái)SCB13-1000/10的干式變壓器，系統(tǒng)設(shè)置AC380/220V PC Ⅰ、Ⅱ段、重要負(fù)荷MCC段，其接線方式為單母線分段，兩段之間設(shè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，采用手動(dòng)切換。

本配置為常規(guī)配置，既滿足了脫硫塔循環(huán)泵、攪拌等Ⅰ類負(fù)荷宜設(shè)置備用電源的要求，又方便了即使一臺(tái)變壓器檢修，也不需要停運(yùn)鍋爐（另一臺(tái)變壓器能帶動(dòng)所有負(fù)荷）。平時(shí)兩臺(tái)變壓器暗備用，負(fù)荷率百分之五十左右，滿足變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行（β值在0.5～0.6左右）。

3、配置PC段+重要負(fù)荷段。

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：四川華僑鳳凰紙業(yè)有限公司新建40萬(wàn)噸包裝紙生產(chǎn)線一條，配套新建一臺(tái)90T/h次高溫次高壓循環(huán)流化床鍋爐，同時(shí)對(duì)現(xiàn)有2×75T/h次高溫次高壓循環(huán)流化床鍋爐低氮改造，最終煙氣實(shí)現(xiàn)超凈排放。

配置如下：系統(tǒng)設(shè)一臺(tái)一級(jí)能效的干式變壓器為脫硫PC I/II段供電，變壓器電源引自主廠10kV 段，設(shè)置AC380/220V重要負(fù)荷MCC段，二回電源進(jìn)線經(jīng)雙電源自動(dòng)切換電器為母線供電;電源分別引自脫硫PC Ⅰ段和主廠400V低壓廠用段。

本配置適用于主廠只有一路電源的情況，在出現(xiàn)變壓器檢修或故障的情況下，系統(tǒng)不能保證所有Ⅰ類超低排放負(fù)荷的正常運(yùn)行，此時(shí)煙氣排放是不能滿足超低排放要求的，只能保證脫硫系統(tǒng)安全停運(yùn)。此配置相較兩臺(tái)變壓器投資費(fèi)用低，由此帶來(lái)的是可靠性降低，多出現(xiàn)在工程投資預(yù)算少，改造工程及鍋爐剩余運(yùn)行年限不長(zhǎng)的項(xiàng)目。

4、一用一備兩路低壓電源。

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：嘉祥經(jīng)開(kāi)區(qū)供熱有限公司一臺(tái)130t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硫及深度處理采用“一塔一器”流程，即1臺(tái)（套）脫硫吸收塔配1臺(tái)（套）濕式電除塵器設(shè)備。

配置如下：設(shè)置脫硫脫硝除塵AC380/220V MCC段和脫硫公用AC380/220V MCC段，分別采用兩路電源供電，電源分別引自主廠400V廠用段。

本配置適用于負(fù)荷相對(duì)較小，設(shè)備可以分區(qū)配電，每個(gè)區(qū)域采用一用一備兩回電源供電，采用雙電源切換裝置可以實(shí)現(xiàn)主備電源自動(dòng)投切。本配置也屬于常規(guī)配置。

三、控制系統(tǒng)方案

1、超低排放工程控制系統(tǒng)以DCS控制系統(tǒng)為主流配置，采用PLC控制系統(tǒng)的較為少見(jiàn)，但一些分包商提供的電氣設(shè)備可能包含PLC控制系統(tǒng)，所以需要超低排放DCS控制系統(tǒng)預(yù)留與PLC的通訊接口。

DCS與PLC通訊以modbus DP通訊和RS485通訊最為常見(jiàn)，OPC通訊較少見(jiàn)。DP通訊比RS485通訊可靠，傳送的信號(hào)可用于邏輯連鎖控制，但需要DCS系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)兩邊都配置DP接口，在臭氧脫硝、布袋除塵、輸灰等控制系統(tǒng)上使用DP接口比較常見(jiàn)。而RS485通訊對(duì)于一些不需要連鎖控制，但需要信號(hào)上傳DCS的小設(shè)備來(lái)說(shuō)更加方便簡(jiǎn)單，比如電氣開(kāi)關(guān)柜母線電壓、電流，PLC控制的分包小設(shè)備如鼓風(fēng)機(jī)等。

中控JX-300XP的DCS系統(tǒng)可以配置DP接口，但RS485通訊模塊對(duì)于中控JX-300XP系統(tǒng)來(lái)說(shuō)性價(jià)比高，一個(gè)通訊模塊帶4路通訊接口，每個(gè)接口通訊協(xié)議獨(dú)立，每個(gè)接口最多可帶32個(gè)設(shè)備。

和利時(shí)K系列DCS系統(tǒng)的DP模塊和RS485模塊價(jià)格相近，都是只有一個(gè)通道，最多帶31個(gè)設(shè)備，性價(jià)比相對(duì)不高。

2、超低排放控制系統(tǒng)可根據(jù)主廠控制系統(tǒng)及配置要求，選擇合適的控制系統(tǒng)。

1）如主廠原有控制系統(tǒng)為DCS系統(tǒng)，本次改造只新增SCR系統(tǒng)。因SCR系統(tǒng)在鍋爐尾部煙道上，更適合由鍋爐系統(tǒng)監(jiān)控，因此在鍋爐DCS系統(tǒng)上擴(kuò)展更為合適。

2）如主廠原有控制系統(tǒng)為DCS系統(tǒng)，本次改造新增脫硫系統(tǒng)。因脫硫系統(tǒng)在引風(fēng)機(jī)出口煙道上，其控制系統(tǒng)可與鍋爐控制系統(tǒng)一致，也可單獨(dú)設(shè)置一套控制系統(tǒng)，如控制點(diǎn)數(shù)不多（自動(dòng)化程度不高），可選擇PLC系統(tǒng)或性價(jià)比高的其他DCS系統(tǒng)。

3）如本次為新建鍋爐，并配套超低排放系統(tǒng)，則超低排放控制系統(tǒng)宜選用和鍋爐控制系統(tǒng)一致的控制系統(tǒng)，可由主廠統(tǒng)一招標(biāo)控制系統(tǒng)。

4）如多臺(tái)回轉(zhuǎn)窯爐SCR系統(tǒng)，因設(shè)備相對(duì)分散，又需要集中控制，可采用多套PLC控制系統(tǒng)就地設(shè)置，再通過(guò)光纖遠(yuǎn)傳到上位機(jī)系統(tǒng)。西門子S7-200smart控制系統(tǒng)可適用于每套控制系統(tǒng)模擬量點(diǎn)數(shù)少，總點(diǎn)數(shù)約100個(gè)點(diǎn)左右的控制系統(tǒng)，用于該項(xiàng)目性價(jià)比高。

西門子1200系列和1500系列是西門子PLC最常用的兩個(gè)系列，而ET 200SP作為新型分散式IO，具有簡(jiǎn)單易用，身材小巧，功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)，可與1200系列和1500系列配套使用，解決現(xiàn)場(chǎng)安裝空間小等問(wèn)題。

結(jié)束語(yǔ)

隨著工業(yè)發(fā)展和科技進(jìn)步，越來(lái)越多的產(chǎn)品更新?lián)Q代，于此同時(shí)，電氣規(guī)范也在不斷更新。為了能滿足規(guī)范要求，并且實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，需要不斷學(xué)習(xí)新規(guī)范和新產(chǎn)品，將所學(xué)所知運(yùn)用在煙氣超低排放治理，為國(guó)家環(huán)保事業(yè)出一份力。

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