火力发电机组环保设施改造厂用电源的选择及其优化

内蒙古岱海发电有限责任公司 白德龙/文

前 言

为达到国家“十二五”期间对火电行业的NOx排放指标，满足SO2排放浓度的环保要求，同时为适应燃煤硫分提高的现状，岱海电厂决定在现有运行机组基础上，实施除尘器、脱硝、脱硫、燃烧器等环保设施的改造。由于系统改造面较大，一期2台机组的现有厂用电系统已无法满足环保设施改造后的运行要求，需重新配置，才能保证环保设施改造后机组的顺利启动和安全稳定运行。由于本次改造涉及到厂用电系统的安全性和可靠性，因此力求在原有厂用配电设备基础上，最大限度地满足本期工程改造对电源的需求，同时维持6kV系统设备的开断能力和高压厂用变压器的容量，尽量减少不必要的投资，并且尽可能将厂用电系统的改造工作量压到最低，以满足工期要求。本次厂用电改造和优化的顺利实施，可以为同类型单位环保设施改造工作提供参考。

1 一期厂用电系统简介

岱海电厂一期有两台600MW机组，每台机组设一台容量为63/35-35MVA的分裂绕组高压厂用变压器，两台机组设一台与高厂变同容量的分裂绕组起动/备用变压器。每台机组设两个6kV工作段，一期设两个6kV公用段，即公用6kV 0A段、6kV 0B段，正常运行时，上述电源分别取自机组6kV IB段和6kV IIB段供电。起动/备用变压器作为两台机组启停和高压厂用工作变压器故障期间的备用。每台机组各设一台6kV脱硫厂用变（容量均为20MVA），直接从脱硫变经共箱封闭母线引至脱硫6kVIA段和IB段，两段间设置母联开关，实现互为备用。厂外设置石灰石制备车间6kV系统，属于全厂性的公用负荷，两路电源供电，一路由一期脱硫6kV IA段供电，另一路由二期工程脱硫系统6kV供电。

6 k V系统开断容量为50/125kVA，中性点经低阻接地。

380/220V系统中性点接地方式：主厂房低压厂用电系统中性点经高阻接地，其他辅助车间低压厂用电系统中性点为直接接地。

2 电除尘改造电源的选择

岱海电厂本次电除尘改造的内容是将原来的两台双室五电场除尘器，改为复合电袋除尘器，即保留原来的一、二电场，将三、四、五电场拆除，变为布袋除尘器，以减少烟尘的排放。改造前后每台炉的一列的用电负荷变化见表1。

表1 电除尘改造后用电负荷增减统计结果

表2 脱硝改造后新增统计结果

说明：一台炉电除尘负荷分为A、B两列，表中为A列的统计结果，B列的的情况与A列相同。

从表中可以看出，改造后380V电除尘PC1、PC2段的用电负荷将分别减少840-132=708kW,因此，改造中新增的用电设备全部就近从原来的PC段上引接，因原PC段上没有这么多的备用间隔，决定将原来不用的整流变高压控制柜拆除四面，改造为新增设备的配电柜，为其提供电源。

3 脱硝改造电源的选择

岱海电厂脱硝装置采用选择性催化还原法（SCR），其单位台炉新增用电负荷见表2。

脱硝区就地应设MCC，其电源取自就近的锅炉PC段较为合理。从表2中可以看出，脱硝区工艺用电负荷较小，而检修照明用电负荷却很大，如果把这些负荷全部加到就地脱硝区MCC，在现有的锅炉PC段很难找到满足要求的备用间隔。为此将脱硝区的工艺负荷与检修照明负荷分开，将工艺负荷全部加在脱硝MCC，两路互为备用电源分别取自锅炉PC1和PC2段，可以找到合适的备用间隔，无需对锅炉PC段进行改造。

而将检修电源选自机组的检修段，正常照用取自机组的照明PC段，事故照明取自机组的事故照明MCC段，这样布置既容易实现，又符合常理。

脱硝空压机布置在原除灰空压机房北侧，离电除尘配电间最近，同时电除尘PC段在减少三个电场后供电容量剩余，可以为其提供电源，唯一缺少的是合适的备用间隔，所以将不用的整流变高压控制柜进行改造后，为新增脱硝空压机提供电源。

新增脱硝灰库区设备较多，其离除灰配电间最近，经核算除灰变容量也足够为其提供电源，但除灰PC段缺少合适的备用间隔，所以决定新加两面配电盘柜，分别加在除灰PC1和PC2段，新增脱硝灰库设备电源从新增盘柜上引接。

4 脱硫改造电源的选择

岱海电厂本次脱硫改造后，脱硫系统厂用电主要满足两个功能：一是改造后增加负荷较多，要考虑为这负荷提供可靠的电源；二是本次脱硫改造完成后要取消烟气旁路挡板，即要求机组锅炉点火后与脱硫系统就要投入运行，脱硫系统厂用电要实现这一功能。

岱海电厂一期两台机组中，每台机组各设一台脱硫厂用变（容量均为20MVA），直接从脱硫变经共箱封闭母线引至脱硫6kVIA段和IB段，两段间设置母联开关，实现互为备用。

本次环保设施改造完成后要取消烟气旁路挡板，即要求机组锅炉点火后，脱硫系统就要投入运行。而现在脱硫系统由机组脱硫变带动，机组并网后脱硫系统才能投入，不能满足要求；两台脱硫变容量接近额定，也无法实现互为备用；机组起动备用变压器容量与机组厂用电负荷接近，也无法给脱硫系统提供起动备用电源。

4.1 由于单台脱硫变容量仍能满足改造后各自机组负荷的需求，脱硫变无需更换。但改造增加设备较多，原脱硫6KV段没足够的备用间隔，需要对原有盘柜进行增加和更换，岱海电厂对原有开关柜拆除14面，新装开关柜25面，解决了两台机组脱硫新增设备的供电问题。经现场测量，对新增6kV盘柜进行合理布置后，6kV脱硫配电间仍可满足要求，无需对其改建和扩建。

4.2 因为单台脱硫变容量已接近额定，无法对另一机组提供备用，所以决定拆除了两台机组6kV段之间的母联开关。因机组起备变负荷也接近其额定容量，无法为脱硫系统提供起动备用电源，决定新加一台脱硫起动变用变压器，这样一是解决了脱硫系统的备用电源问题，而且增加快切装置后，实现脱硫系统随机组同时起动的问题。

4.3 综上，脱硫系统改造后解决电源的初步方案定为：增加一台脱硫起动备用变压器，采用分裂变压器，容量为40/20-20MVA，作为两台脱硫变压器的备用电源。脱硫起动备用变压器电源由一期起备变回路T接，经220kV电缆、GIS等设备与新增变压器连接，脱硫起动备用变压器低压侧通过两条6kV共箱封闭母线分别为两台机组的脱硫6kV段供电，经备用电源进线开关和快切装置为脱硫系统提供起动备用电源。据此，一期工程任意一台机组启动时，脱硫系统均可与机组同步投入。

4.4 脱硫系统改造后厂用电源初步方案的优化

岱海电厂在脱硫系统改造厂用电源初步方案确定后，在后期的现场勘察和设计过程中，结合实际情况进行了合理优化，从而缩短了建设工期和投资费用。

在现场勘察中发现原方案中的220kV电缆通道要跨越两条马路，中间还有多处排水设施，施工难度大，同时还影响交通和水系统的运行，220kV电缆的敷设及安装周期也长，决定将其改为220kV架空线路。改为架空线后，原机组起备变的避雷器与新增脱硫起备变变得更近，经过核算可以用机组起备变的避雷器来保护新增脱硫起备变，从而取消了初步方案中的脱硫起备变避雷器。

因新增脱硫起备变不用考虑为两台机组的脱硫变同时做起动备用，可以只采用容量为20MVA的双绕组变压器，而不必采用初步方案中容量为40/20-20MVA的分裂变压器，相应的6kV封闭母线也由原来的两条，变为一条，到脱硫6kV配电间后，再通过母线桥，引到两台机组的脱硫6kV备用进线开关。

经过以上优化，节约设备费用1732.8-903=829.8万元（见左表），缩短建设工期45天。

5 总结及建议

环保设施改造涉及厂用电系统点多面广，一般解决的过程遵循先易后难的原则，岱海电厂就是先解决脱硝、电除尘用电较小的系统问题，然后再综合考虑脱硫较繁杂的系统。环保设施改造时新增设备用电尽可能使用现有配电设备的备用间隔，避免对高厂变、起备变等主系统和设备进行伤筋动骨改造和更换。环保设施改造时，尽可能利用现有的配电间、管架等设施，避免新建和扩建，以节约工期和投资，但要对现有设备的容量和管架强度进行核算，防止其超负荷运行。环保设施改造中，在厂用电方案确定后，要根据现场和设备情况，进行勘察和论证并对其合理优化，可以大大降低设备和人工成本，起到事半功倍的效果。