大型火力发电厂烟气脱硫电气系统设计

摘要：大型火力发电厂烟气脱硫电气系统设计的要点很多，关键在于电气负荷的准确计算，可以确定脱硫变压器的容量等，方便保障供电的稳定性；合理的主接线设计，提升了系统可靠性与灵活性；短路电流的计算与设备校验可以避免设备发生故障；电机的控制与相关的保护措施能提升设备的寿命与运行安全；照明、防雷接地与二次系统设计也是不可或缺的步骤。其重要性很明显，优化设计可以使脱硫系统更加高效地运行，减少故障停机的时间，确保二氧化硫可以进行达标排放，提升电厂整体运行效率与环保形象，促进能源转换的可持续发展。

关键词：大型火力发电厂，烟气脱硫，电气系统，系统设计

一、前言

1.1 研究背景

火力发电在当前能源供应体系中占据主导地位，是满足工业生产与居民生活用电需求的关键力量。然而，其燃烧过程会释放大量污染物，其中二氧化硫是造成酸雨等环境问题的重要源头，对生态系统、建筑物及人类健康均产生严重危害。为减少二氧化硫排放，烟气脱硫势在必行。而烟气脱硫系统的稳定高效运行依赖于电气系统的合理设计，电气系统不仅要为脱硫设备提供可靠动力，还需保障其精准控制与监测，从而确保脱硫效果，实现环保与能源生产的平衡。

1.2 研究目的与意义

本文主要聚焦于大型火力发电厂烟气脱硫技术中电气系统的设计，旨在通过更好的设计提高脱硫电气系统的可靠性，通过优化设计来减少故障点，保障系统的稳定运行，降低因电气故障而产生的脱硫中断风险。在经济性上，准确的的负荷计算与设备选型会降低投资成本与运行成本，提高能源的利用效率；从行业技术进步角度看，研究成果能为电气系统设计方面提供新思路与新方法，促进新设备与新技术的积极应用，推动整个烟气脱硫领域向更高效、更智能、更环保的方向发展，提升本行业整体的竞争力。

二、烟气脱硫工艺概述

2.1 常见烟气脱硫工艺原理及其对电气系统的特殊要求

石灰石-石膏法：原理是用石灰石浆液吸收二氧化硫，氧化后生成石膏。流程是将石灰石制成浆液，在吸收塔内与烟气接触，吸收二氧化硫后，浆液氧化，结晶生成石膏排出[1]。

干法：主要是用固态吸附剂吸附二氧化硫。如用活性炭吸附，吸附后再生。流程为烟气通过装有吸附剂的反应器，吸附后净化的烟气排出，吸附剂再生循环使用。

半干法：原理是用石灰浆雾滴与二氧化硫反应。流程是喷入石灰浆，反应后产物干燥排出。

2.2 脱硫工艺对电气系统的特殊要求

石灰石-石膏法设备启动时，需先启动石灰石浆液制备系统等众多设备，启动顺序严格，运行负载相对稳定但浆液泵等设备功率较大；对电气系统控制精度要求高，以精准调节浆液流量等。干法脱硫设备启停相对简单快速，负载波动小，但吸附剂再生设备有瞬间大功率需求；电气控制精度要求能精确控制吸附剂再生条件。半干法启动时要确保石灰浆雾化效果，启停有一定顺序，运行负载中等且波动；电气系统需精准控制喷浆量与雾化程度来保证反应效果，对控制精度要求较高。

三、电气负荷计算与变压器选型

3.1 脱硫系统电气负荷特点

脱硫负荷具有显著特点。其波动大，在不同运行工况下，如机组负荷变化、脱硫工艺切换时，负荷量会在较大范围内变动。呈现非线性特征，例如一些设备的功率与运行参数并非简单线性关系，像风机的功率与转速的三次方成正比。部分设备如石膏排出泵、氧化风机等需长期连续运行，以维持脱硫系统的稳定化学反应过程与物料传输，这要求电气系统能持续稳定供电，且在面对负荷波动与非线性特性时，仍能保障设备的正常运行，对电气系统的适应性与可靠性提出了很高要求。

3.2 负荷计算方法与实例

需要系数法是常用的负荷计算方法，它基于设备的额定功率，乘以需用系数得出计算负荷。需用系数综合考虑设备的同时运行率、负荷率等因素。例如，某大型火力发电厂有引风机、浆液循环泵等众多设备。先确定各设备额定功率，如引风机 500kW，浆液循环泵 300kW 等。

四、短路电流计算与电气设备选择

4.1 短路电流计算方法与目的

计算三相短路电流主要有欧姆法和标幺值法。欧姆法需准确确定短路回路各元件阻抗，依据电路欧姆定律计算短路电流[3]。标幺值法是将各元件阻抗换算为相对基准值的标幺值，再计算短路电流，计算过程相对简便且便于分析不同电压等级系统。通过准确地计算出三相短路电流的具体数值，可以依据该结果校验电气设备在发生短路故障时的动热稳定性能，确保设备的安全运行。

4.2 电气设备的选择与校验

依据短路电流计算结果，选择高压开关柜时，需考虑其额定电压、电流应高于系统运行值，短路开断电流不小于计算所得短路电流。对于断路器，校准并检验其额定的开断电流、关合电流以及动热稳定性能是否满足短路要求。电缆则依据载流量、短路时的热稳定性能选择，校验其截面是否能承受短路电流产生的热效应，确保在短路工况下设备安全可靠运行。

五、电机的控制与保护

5.1 脱硫系统电机类型与特性

风机、泵类电机在启动的时候电流会比较大，通常为额定电流的五倍到七倍，启动转矩较小。运行负载特性呈平方转矩关系，即负载转矩与转速平方成正比。其调速要求依据工况而定，一般需平滑调速以适应不同流量或压力需求，节能运行时调速范围较宽，常采用变频调速等方式，可有效降低能耗并精准控制流量、压力等参数。

5.2 电机的保护配置

电机过载保护是当电流超过额定值一定时间后，热继电器动作切断电路，原理是利用双金属片受热变形。短路保护基于电流突变，熔断器或断路器在短路瞬间快速切断电流。欠压保护是当电压低于额定值时，接触器释放切断电路，防止电机欠压运行损坏。继电保护装置设置要根据电机额定参数，合理调整动作电流、动作时间等保护定值[4]。

六、防雷接地系统设计

脱硫建筑与设备因处于露天环境且多含金属构件，易遭雷击。建筑顶部应沿屋脊、屋檐等易受雷击处设置避雷带，其网格尺寸依据建筑防雷等级确定。对于高耸设备及周边空旷区域，需安装避雷针，避雷针高度与保护范围经计算确定，确保能有效拦截雷电。防雷设施均需可靠接地，接地电阻应符合相关规范要求，保障雷电泄放安全通道顺畅。

七、结束语

大型火力发电厂烟气脱硫电气系统设计的技术关键在于：设备选型要能够适配高腐蚀与高尘环境，合理规划供配电系统以确保能够稳定供电，采用可靠的接地方式与防雷措施保障基本安全。研究成果体现在优化后的系统架构提升了烟气脱硫技术的运行效率，完善的继电保护配置降低了因故障造成的损失，高效的节能方法也更好地提升了能源的使用效率、减少了能源的消耗。随着技术与环保能力的不断提升，脱硫电气系统的发展趋势会越来越智能化，能实现远程精准监控与调节，开发更为适应复杂工况的耐用设备，通过融合大数据、人工智能来完善故障诊断与预测机制，确保系统的可靠运行，更好地满足环保减排以及稳定供电的双重需求。

参考文献

杨晓宇.烟气脱硫技术进展及发展趋势[J].质量天地，2002，（06）：46.

陈静.试论工厂供配电系统的电气设计[J].电气技术与经济，2020，（04）：53-54.

张展，王玉梅.基于欧姆定律复杂系统短路电流教学研究[J].中国电力教育，2011，（12）：177-178.

钟伟定.三相交流异步电动机的运行保护[J].自动化应用，2013，（05）：81-83.