烟气净化系统中电气控制的设计与研究

吕威

(江苏盛剑环境设备有限公司,江苏 苏州215000)

1 电气系统规划设计

1.1 电力负荷表设计。电力负荷计算的目的是选择电气设备和计算年电能消耗,进一步根据计算值选择合适的电缆、断路器、线路保护元件；在绘制电力负荷表之前,要根据PID工艺图纸复核所有负载设备,将其铭牌参数记录,并根据工艺需求确定负载设备的启动方式:配电、直起、星三角、正反转、软启、变频启等。启动方式的确定对于后续主回路控制元件的选型极为重要。

根据如上计算公式,可以简单绘制出如下电力负荷表(表1),这个表格对于我们任何电气供配电设计均可以适用；针对每一个负载设备可根据计算的电流选择相匹配的断路器、接触器、热过载继电器、软启或者变频,对于后续详细设计提供便捷；此外对于柜体数量规划也具有前瞻性。

表1 电力负荷表(需要系数法计算)

1.2 一次供电系统图设计。一次供电系统图也就是常说的单线图,从一次供电系统图中可以清楚的读取:进线电源来向、各主回路的功率、各主回路上元器件的选型电气规格、各主回路的启动方式以及每个配电盘中主回路的分布等信息；一次配电系统图可以理解为电力负荷表的图形化,是电气深化设计的延续,而电力负荷表则为一次供电系统图的设计提供了设计基础和依据,两者既互相联系、又互相补充。一次配电系统图在电气设计送审过程中尤为重要。

2 低压开关柜设计

2.1 低压开关柜的种类。市场上流行的开关柜种类很多,主流的有这么几种:GGD、GCK、GCS、MNS、MCS 等,其中GGD 和MNS两款柜型市场占有率比较高。

GGD柜是交流低压开关柜。GGD柜型最大的特点就是组合方便、电气配套灵活、主母线装配和调整方便,防护等级IP20-40；GGD柜型散热是由柜体上下两端均有不同数量的散热槽孔,自下而上形成一个自然通风道,从而达到散热效果。单柜尺寸一般为W*D*H=1000*1000*2200mm。

MNS柜是抽屉式低压开关柜。每个柜体由三部分组成:电缆室、抽屉室、母线室,每个室之间用阻燃型极高的绝缘材料相互隔离,有效防止了飞弧和线路短路,每个抽屉都有机械连锁机构,安全可靠。灵活的结构设计使其具备各种进线方案,下进上出、上进下出、 上进上出、 下进下出。 单柜尺寸一般为W*D*H=1000*1000*2200mm。

2.2 低压开关柜的柜型设计。对于MNS及GGD柜型,其体积相对较大,需求更多的占地空间,这就要求配电室要足够大,而且MNS柜型价格昂贵,这使好多客户望而却步。

为此我们设计了一种介于MNS与GGD柜型之间的一种低压开关柜,可以理解为GGD Pro。柜体在威图TS系列柜型,基础上优化升级,前单开门后双开门设计,前后两块安装板,柜体尺寸:800*800*2200mm,这个尺寸远小于MNS及GGD柜;柜型。柜体顶部设有铜母线仓,拼柜之间顶部预留铜母线穿线孔,拼柜直接侧板通过M8 螺丝拼接,一个人足以完成拼装工作,大大减少了人工拼接成本。散热系统更为优越,在柜体门面上部设置一个轴流风扇,柜体下部设置一个风百叶窗,通过一个温控开关控制散热风扇的开关,只有达到设定温度才启动散热风扇,实现了开关柜散热的自动控制。此种柜型的优越性体现在价格及空间,灵活性、安全性也完全不输MNS及GGD。

2.3 低压开关柜的电气布置规划设计。烟气净化系统由烟气净化回路和公用回路组成；烟气净化回路一般由反应塔系统、布袋除尘系统、电伴热系统组成；公用回路由碳酸氢钠存储与喷射系统、活性炭存储与喷射系统、石灰浆制备与供应系统、电伴热控制系统等组成[1]。

结合一次供电系统图就可以完成电气布置图设计；此处设计烟气净化回路为一组开关柜,从左至右依次设计为主进线柜、1 号开关柜、2 号开关柜、3 号开关柜等；主进线电气柜中,只配置主进线开关(采用上进线)、多功能电表(可测量电压、电流、功率、功率因数和频率等,并通过RS485 将数据远程至中控,实现电能能效管理及监控)、各种配电开关(照明、检修、电动葫芦等)；其它开关柜中均设计有独立二级主开关,通过母排从一级主开关取电；每个开关柜可以实现18 个主回路设计,每路电源状态在柜门状态显示,大大节省了开关柜数量。公用系统同样参照此设计思路。电气安装板布置图见图1 。

图1

3 电气原理图设计

3.1 双电源及电能采集回路电气设计。双电源采用施耐德品牌,WATSNB系列双电源,PC级,自投自复型。PC级自动转换开关的特点:没有保护功能,有较高的耐受、接通能力,能够确保开关自身的安全,保证可靠接通回路[2]。双电源电路器通过自身控制器能够实时监控常用电源及备用电源状态；多功能电表可将所测量电压、电流、功率、功率因数和频率等,并通过RS485 将数据远程至中控,实现电能能效管理及监控,图2 为详细的电气设计。

图2

3.2 水泵、风机等负载回路电气设计。三相负载回路的启动方式可以从一次配电系统图或者电力负荷表得出；启动方式以满足烟气系统工艺需求为目标。为方便电气图纸查阅及现场施工,在电气设计过程中电气元器件标号务必清晰,有规律性,可以实现标注化设计。

主回路设计电气代号标识统一,如图3 所示,断路器@QF01、接触器@KM01、热继@FR01、端子@XT,在同一回路中使用两次的元器件,如正反转负载,需求两只接触器,可编号为@KM01、@KM02,由此可见不同主回路只需替换对应的@即可,这样实现了电气设计标准化,对于设计,施工节省很大一部份工作量,在调试工作中不需要电气图纸即可完成调试工作；对于控制回路同样按照此方法,选择开关@SA、启动按钮@PB01、停止按钮@PB02、状态指示灯@HR@HY@HG,中间继电器@KA01@KA02 等；例如,5 号回路,@为5,那么此回路中所有电气元件编号均为5+元件符号。此种方法对于实现轻松识图、制图、设计、施工、联调等电气标准化设计成为可能。

图3

大功率的负载设备,通过电流变送器将运行电流变送为4-20mA信号,远传给PLC或DCS系统,实现运行电流实现实时监控,有助于业主第一时间观测设备的运行状态。

4 此电气设计方法在烟气净化系统中的应用效果及结论

几个烟气净化系统整体调试运行后,经过半年至一年运行周期,取得的应用效果及结论总结如下:

4.1 采用GGD Pro柜型可以有效解决项目现场因电气室空间狭小问题和减少了投资成本,提高了开关柜灵活性、可靠性、安全性,实现了开关柜散热的自动控制。

4.2 明显提高供电可靠性,本设计采用先进的双电源设计,自投自复,解决了因单电源断电带来的风险,保障系统稳定运行的同时实现电能的监测与管理。

4.3 建立在标准化基础上的二次原理图设计方法,对于降低劳务施工成本,缩短工程周期提供有力保障；所有负载设备的运行状态远传中控监视,大功率设备实时运行电流监控,成功实现工厂运行监控一体化。

4.4 电气设计思路对于相关行业的电气设计提供借鉴,设计流程化、标准化；特别是规划设计阶段电力负荷表及一次供电系统图设计的方法,为项目施工提供了强有力的技术支持。