高压变频器在电厂脱硝改造中的应用

前言：

　　氮氧化物（NOx）是大气主要污染物之一，在大气污染物中，90%以上的氮氧化物源于煤、石油、天然气等燃料的燃烧，其中70%来自于煤的燃烧，而火电厂发电用煤又占了全国煤燃烧的70%。随着国民经济的发展，电力需求快速增加，燃煤锅炉不断扩建，用煤量显著增加，“十二五”期间火电厂氮氧化物的排放总量将由2010 年的1050 万吨增加到1200 万吨，氮氧化物将会对中国大气环境造成严重危害，控制氮氧化物的排放迫在眉睫，脱硝也成为“十二五”期间的工作重点。

　　本文根据“十二五”规划的要求，介绍了现有火电厂脱硝工艺技术及北京利德华福电气技术有限公司高压变频器的应用，并对高压变频器的特点做出详细介绍，最后点出了我国火电厂烟气脱硝目前处于高速发展时期，因此带来脱硝风机变频改造的市场非常巨大。

一、中国脱硝业务的发展

　　2012年9月21日，环保部、国家质检总局联合发布了新的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223－2011)，要求从2012年1月1日起，新建火电机组氮氧化物排放量达到100毫克／立方米；从2014年7月1日起，除特殊机组排放量要求达到200毫克／立方米外，其余也均要求达到100毫克／立方米。

　　　与此相应，《“十二五”节能减排规划》中明确规定了氮氧化物减排指标，其中，火电、水泥两大行业氮氧化物排放量要求分别削减29%和12%；到2015年，完成4亿千瓦现役燃煤机组脱硝设施建设，对7000万千瓦燃煤机组实施低氮燃烧技术改造，燃煤机组脱硝效率达到75%以上。

　　新标准的实施为脱硝行业带来巨大市场。

二、电厂烟气脱硝工艺介绍

　　　目前主要应用的脱硝工艺分为干法烟气脱氮和湿法烟气脱氮两大类。其中干法烟气脱氮有两个主要的方法：即选择性催化还原法（SCR法)和选择性非催化还原法（SNCR法）。

2.1脱硝工艺比较

　　　选择性催化剂还原烟气脱硝技术（SCR）由于脱硝率高，NH3逃逸率低，设备使用效率高，基本上无二次污染这些特点，因此成为主流的脱硝技术，在全球烟气脱硝领域市场占有率高达98%。

2.2SCR脱硝化学反应原理：

　　　SCR脱硝技术是指在催化剂的作用下，还原剂（氨气）与烟气中的氮氧化物反应生成无害的氮和水，从而去除烟气中的NOx。 选择性是指还原剂NH3和烟气中的NOx发生还原反应，而不与烟气中的氧气发生反应。

　　　4NH3 + 4NO + O2 －－－－> 4N2 + 6H2O            

　　　8NH3 + 6NO2 －－－－> 7N2 + 12H2O

　　　SCR催化剂一般是将V2O5（五氧化二钒）、WO3（三氧化钨）及MoO3（氧化钼）负载在TiO2（二氧化钛）载体上。催化剂活性温度一般为350-430 oC

2.3SCR烟气脱硝工艺流程

　　SCR工艺系统主要由脱硝反应器、烟道系统、氨储存供应系统、氨喷射系统、吹灰系统等组成。

　　　液氨储存于液氨储罐，经过蒸发器蒸发为气氨，送到反应器区，与稀释空气混合均匀并喷入脱硝系统。充分混合后的还原剂和烟气在SCR反应器中催化剂的作用下发生反应，去除NOx。

　　工艺流程图如下：

三、利德华福高压变频器原理及功能特点

3.1  高压变频器原理

　　HARSVERT-VA系列高压变频调速系统采用单元串联多电平技术，属高-高电压源型变频器，直接6、10KV输入，直接6、10KV高压输出。变频器主要由移相变压器、功率模块和控制器组成。

　　输入侧移相变压器将网侧高压变换为副边的多组低压，各副边绕组在绕制时采用延边三角接法，相互之间有一定的相位差。这种多级移相叠加的整流方式，消除了大部分由独立功率单元引起的谐波电流，大大改善网侧的电流波形，使变频器网侧电流近似为正弦波；无需滤波装置，轻松满足标准对谐波的要求；无需补偿装置，网侧功率因数0.95。

　　功率模块为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制，可得到单相交流输出。每个功率模块结构及电气性能上完全一致，可以互换。

　　控制器由高速单片机处理器、人机操作界面和PLC共同构成。人机操作界面解决高压变频调速系统本身和用户现场接口的问题，提供友好的全中文监控界面，使用方便、快捷，同时可以实现远程监控和网络化控制。内置PLC则用于柜体内开关信号的逻辑处理，可以和用户现场灵活接口，满足用户的特殊需要。

3.2  北京利德华福高压变频器功能特点介绍

　　从以下四个方面介绍北京利德华福电气技术有限公司HARSVERT-VA系列高压变频器的功能特点：

可靠性：

采用DSP无速度传感器的矢量控制技术，让控制更精准，能够实现低速大转矩负

　　载启动和运行；

具备旋转中再启动功能，变频器可自动搜索跟踪电动机转速按照设定加减速时间恢

　　复正常运行状态（即转速跟踪技术），保证机组安全运行不跳闸。

超强的抗电网波动能力，-35%——+15% U维持运行，不停机；

变频故障分级保护，具有完善的电机和变频器保护功能；

高低压彻底隔离， 设计安全可靠；

控制电源冗余设计，保证变频器运行稳定。

高效性

采用单元串联多电平，THDI<3%，高于国标、IEC标准；

dv/dt小，无须输出滤波器，可长距离输出；

变频器网侧功率因数>0.95，无需补偿；

整机效率≥96%（含变压器）。

便捷性

变频正面维护结构，模块推拉结构，控制板插框式结构,维护方便；

7寸彩色触屏，全中文界面，可故障定位，具备自动调度功能；

数据及操作记录追忆功能。

灵活性

可实现就地和远程监控；

支持多种通讯协议Modbus、TCP/IP、Profibus；

可定制多样化的工频旁路切换柜，最大程度满足用户的生产需求；

内置PLC，具备PID调节功能，可通过脱硝风道的压力自动调节变频器转速；

模块化设计，有专业的变频系统解决方案，如空水冷散热整体解决办法。

四、电厂脱硝改造中高压变频器的应用

4.1脱硝改造中高压变频器的应用方式

为了克服新增脱硝装置的压力，必须增大系统风机的出力（约增加0.8-1KPa）。以下是脱硝改造中高压变频器常用的三种方式：

1）、对引风机扩容

案例1、贵州黔西中水发电（4×300MW）

　　以下为每台发电机组的锅炉辅机配置参数：

2）、另增加脱硝增压风机

这种方式需要引风机、脱硫增压风机、脱硝增压风机共3个风机，效率很低，占地较大，不常用。

3）、采用三合一（引风机、脱硫增压风机、脱硝增压风机），配置大功率联合风机

　　案例、陕西渭河电厂300MW联合风机一台7100KW 6KV高压变频器

4）、脱硝改造方式的对比

4.2  联合风机选用类型的对比

联合风机的改造目前有两种方式：静叶可调轴流式风机+变频或采用动叶可调风机，这两种方案各有优势。

　　以下是这两种方案的详细对比：

结论

　　近一两年我国火电厂烟气脱硝改造项目将会处于高速发展时期，通过对脱硝工艺技术及利德华福高压变频器的分析论证得出：采用高压变频器对脱硝风机进行变频改造，改传统风门挡板调节为电机转速调节是切实可行的，大大提高了系统的自动化程度，实现了电机的软启动，延长了电机寿命，既满足了生产要求，又达到了节约电能降低厂用电率的目的，并且减少了因调节挡板而造成挡板和管道的磨损以及因经常停机检修所造成的经济损失，同时使维护量大大降低。

　　总之，利德华福高压变频器在脱硝风机系统中可以大力推广，从安全可靠性、设备维护量、节能效果等方面具有良好的收益。