烟气超低排放装置中的电气及控制系统应用

吴登镭

摘 要：响应国家政策，改善大气环境，从源头抓起，针对燃煤锅炉等烟气排放，国家出台排放标准，实施超低排放。为实现烟气超低排放，除了工藝，自然离不开电气及控制系统的配合。下面结合实际设计案例讨论电气和控制系统在烟气超低排放上的应用。

关键词：超低排放;电气;控制系统;应用

引言

根据超低排放计算负荷及电厂运行习惯确定合理节能的配电方案。

1）按单元制为每台锅炉对应的超低排放装置配置对应变压器。

2）配置一用一备变压器。

3）配置PC段+重要负荷段。

4）主厂提供一用一备两路低压电源。

根据电厂规模及习惯选择PLC或DCS控制系统。

一、工艺现状

石灰石石膏湿法脱硫作为目前脱硫效率高、技术成熟、脱硫剂便宜易得而被广泛应用于各大锅炉电厂烟气脱硫治理中。SNCR脱硝技术应用广泛，相较湿法脱硝技术运行投资费用低，脱除效率也能达到国家排放要求。湿式电除尘器作为可靠性高，占地面积小，净化效率高而被设置在脱硫装置后烟气的低浓度除尘。

二、电气配电方案

1、按单元制为每台锅炉对应的超低排放装置配置对应变压器。

项目简介：恒鸣化纤二期140万吨新型功能性纤维扩建工程锅炉及供电工程新建3台220t/h高温超高压循环流化床锅炉，根据浙江省的环保政策，要新建3套锅炉烟气超低排放装置。

配置如下：系统按单元制设置AC380/220V PC Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，其接线方式为单母线分段，Ⅱ段与Ⅰ、Ⅲ段之间分别设联络开关，采用手动或DCS自动切换。各PC段均由一台SCB13-1600/10的干式变压器供电，变压器电源引自主厂10kV系统。

单元制配电思路简洁明了，一台变压器对应一套超低排放装置，可以和对应锅炉电气系统统一运行调度，后期运行维护方便，但投资成本较大，占地面积较多，较适用于大机组（如200MW机组）工程及对土地利用率要求不高的大西北地区。

2、配置一用一备变压器。

项目简介：乐平市天新热电有限公司原有3台45 t/h（以下简称1～3#炉）循环流化床锅炉，拟新建1台65t/h（以下简称4#炉）循环流化床锅炉，根据最新环保要求，现有和新建锅炉烟气排放都要达到超低排放要求。

配置如下：本工程超低排放计算负荷880kVA，配置两台SCB13-1000/10的干式变压器，系统设置AC380/220V PC Ⅰ、Ⅱ段、重要负荷MCC段，其接线方式为单母线分段，两段之间设联络开关，采用手动切换。

本配置为常规配置，既满足了脱硫塔循环泵、搅拌等Ⅰ类负荷宜设置备用电源的要求，又方便了即使一台变压器检修，也不需要停运锅炉（另一台变压器能带动所有负荷）。平时两台变压器暗备用，负荷率百分之五十左右，满足变压器经济运行（β值在0.5～0.6左右）。

3、配置PC段+重要负荷段。

项目简介：四川华侨凤凰纸业有限公司新建40万吨包装纸生产线一条，配套新建一台90T/h次高温次高压循环流化床锅炉，同时对现有2×75T/h次高温次高压循环流化床锅炉低氮改造，最终烟气实现超净排放。

配置如下：系统设一台一级能效的干式变压器为脱硫PC I/II段供电，变压器电源引自主厂10kV 段，设置AC380/220V重要负荷MCC段，二回电源进线经双电源自动切换电器为母线供电;电源分别引自脱硫PC Ⅰ段和主厂400V低压厂用段。

本配置适用于主厂只有一路电源的情况，在出现变压器检修或故障的情况下，系统不能保证所有Ⅰ类超低排放负荷的正常运行，此时烟气排放是不能满足超低排放要求的，只能保证脱硫系统安全停运。此配置相较两台变压器投资费用低，由此带来的是可靠性降低，多出现在工程投资预算少，改造工程及锅炉剩余运行年限不长的项目。

4、一用一备两路低压电源。

项目简介：嘉祥经开区供热有限公司一台130t/h高温高压循环流化床锅炉烟气脱硫及深度处理采用“一塔一器”流程，即1台（套）脱硫吸收塔配1台（套）湿式电除尘器设备。

配置如下：设置脱硫脱硝除尘AC380/220V MCC段和脱硫公用AC380/220V MCC段，分别采用两路电源供电，电源分别引自主厂400V厂用段。

本配置适用于负荷相对较小，设备可以分区配电，每个区域采用一用一备两回电源供电，采用双电源切换装置可以实现主备电源自动投切。本配置也属于常规配置。

三、控制系统方案

1、超低排放工程控制系统以DCS控制系统为主流配置，采用PLC控制系统的较为少见，但一些分包商提供的电气设备可能包含PLC控制系统，所以需要超低排放DCS控制系统预留与PLC的通讯接口。

DCS与PLC通讯以modbus DP通讯和RS485通讯最为常见，OPC通讯较少见。DP通讯比RS485通讯可靠，传送的信号可用于逻辑连锁控制，但需要DCS系统和PLC系统两边都配置DP接口，在臭氧脱硝、布袋除尘、输灰等控制系统上使用DP接口比较常见。而RS485通讯对于一些不需要连锁控制，但需要信号上传DCS的小设备来说更加方便简单，比如电气开关柜母线电压、电流，PLC控制的分包小设备如鼓风机等。

中控JX-300XP的DCS系统可以配置DP接口，但RS485通讯模块对于中控JX-300XP系统来说性价比高，一个通讯模块带4路通讯接口，每个接口通讯协议独立，每个接口最多可带32个设备。

和利时K系列DCS系统的DP模块和RS485模块价格相近，都是只有一个通道，最多带31个设备，性价比相对不高。

2、超低排放控制系统可根据主厂控制系统及配置要求，选择合适的控制系统。

1）如主厂原有控制系统为DCS系统，本次改造只新增SCR系统。因SCR系统在锅炉尾部烟道上，更适合由锅炉系统监控，因此在锅炉DCS系统上扩展更为合适。

2）如主厂原有控制系统为DCS系统，本次改造新增脱硫系统。因脱硫系统在引风机出口烟道上，其控制系统可与锅炉控制系统一致，也可单独设置一套控制系统，如控制点数不多（自动化程度不高），可选择PLC系统或性价比高的其他DCS系统。

3）如本次为新建锅炉，并配套超低排放系统，则超低排放控制系统宜选用和锅炉控制系统一致的控制系统，可由主厂统一招标控制系统。

4）如多台回转窑炉SCR系统，因设备相对分散，又需要集中控制，可采用多套PLC控制系统就地设置，再通过光纤远传到上位机系统。西门子S7-200smart控制系统可适用于每套控制系统模拟量点数少，总点数约100个点左右的控制系统，用于该项目性价比高。

西门子1200系列和1500系列是西门子PLC最常用的两个系列，而ET 200SP作为新型分散式IO，具有简单易用，身材小巧，功能强大等优点，可与1200系列和1500系列配套使用，解决现场安装空间小等问题。

结束语

随着工业发展和科技进步，越来越多的产品更新换代，于此同时，电气规范也在不断更新。为了能满足规范要求，并且实现优化设计，需要不断学习新规范和新产品，将所学所知运用在烟气超低排放治理，为国家环保事业出一份力。

参考文献：

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[2]刘跃宏， 柴小强.燃煤发电机组超低排放中电气改造的做法实践[C]// 2016.[4]

[3]伍建成.电厂超低排放电气设备的升级与改造[J].现代制造技术与装备， 2018（1）：2.5A8DB4EB-735A-4A72-BE36-985E6BA3DD25