前言：
氮氧化物（NOx）是大氣主要污染物之一，在大氣污染物中，90%以上的氮氧化物源于煤、石油、天然氣等燃料的燃燒，其中70%來自于煤的燃燒，而火電廠發(fā)電用煤又占了全國煤燃燒的70%。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力需求快速增加，燃煤鍋爐不斷擴(kuò)建，用煤量顯著增加，“十二五”期間火電廠氮氧化物的排放總量將由2010 年的1050 萬噸增加到1200 萬噸，氮氧化物將會對中國大氣環(huán)境造成嚴(yán)重危害，控制氮氧化物的排放迫在眉睫，脫硝也成為“十二五”期間的工作重點(diǎn)。
本文根據(jù)“十二五”規(guī)劃的要求，介紹了現(xiàn)有火電廠脫硝工藝技術(shù)及北京利德華福電氣技術(shù)有限公司高壓變頻器的應(yīng)用，并對高壓變頻器的特點(diǎn)做出詳細(xì)介紹，最后點(diǎn)出了我國火電廠煙氣脫硝目前處于高速發(fā)展時期，因此帶來脫硝風(fēng)機(jī)變頻改造的市場非常巨大。
一、中國脫硝業(yè)務(wù)的發(fā)展
2012年9月21日，環(huán)保部、國家質(zhì)檢總局聯(lián)合發(fā)布了新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223－2011)，要求從2012年1月1日起，新建火電機(jī)組氮氧化物排放量達(dá)到100毫克／立方米；從2014年7月1日起，除特殊機(jī)組排放量要求達(dá)到200毫克／立方米外，其余也均要求達(dá)到100毫克／立方米。
與此相應(yīng)，《“十二五”節(jié)能減排規(guī)劃》中明確規(guī)定了氮氧化物減排指標(biāo)，其中，火電、水泥兩大行業(yè)氮氧化物排放量要求分別削減29%和12%；到2015年，完成4億千瓦現(xiàn)役燃煤機(jī)組脫硝設(shè)施建設(shè)，對7000萬千瓦燃煤機(jī)組實施低氮燃燒技術(shù)改造，燃煤機(jī)組脫硝效率達(dá)到75%以上。
新標(biāo)準(zhǔn)的實施為脫硝行業(yè)帶來巨大市場。
二、電廠煙氣脫硝工藝介紹
目前主要應(yīng)用的脫硝工藝分為干法煙氣脫氮和濕法煙氣脫氮兩大類。其中干法煙氣脫氮有兩個主要的方法：即選擇性催化還原法（SCR法)和選擇性非催化還原法（SNCR法）。
2.1脫硝工藝比較
|
|
原理
|
適用性及特點(diǎn)
|
特點(diǎn)
|
NOx脫除率
|
投資
費(fèi)用
|
|
SCR
|
在特定催化劑作用下，用氨或其它還原劑選擇性地將NOx還原為N2 和H2O。
|
適合排氣量大，連續(xù)排放源
|
二次污染小，凈化效率高，技術(shù)成熟；設(shè)備投資高，關(guān)鍵技術(shù)含量高
|
80％～90％
|
高
|
|
SNCR
|
用氨或尿素類物質(zhì)使NOx 還原為N2 和H2O。
|
適合排氣量大，連續(xù)排放源
|
不用催化劑，設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用少；NH3用量大，二次污染，難以保證反應(yīng)溫度和停留時間
|
30％～60％
|
較低
|
|
濕法脫硝
|
先用氧化劑將難溶的NO 氧化為易于被吸收的NO2，再用液體吸收劑吸收。
|
處理煙氣量很小的情況下可取
|
工藝設(shè)備簡單、投資少，收效顯著，有些方法能回收NOx；效率低，副產(chǎn)物不易處理，目前常用的方法不適于處理燃煤電廠煙氣
|
效率低
|
較低
|
選擇性催化劑還原煙氣脫硝技術(shù)（SCR）由于脫硝率高，NH3逃逸率低，設(shè)備使用效率高，基本上無二次污染這些特點(diǎn)，因此成為主流的脫硝技術(shù)，在全球煙氣脫硝領(lǐng)域市場占有率高達(dá)98%。
2.2SCR脫硝化學(xué)反應(yīng)原理：
SCR脫硝技術(shù)是指在催化劑的作用下，還原劑（氨氣）與煙氣中的氮氧化物反應(yīng)生成無害的氮和水，從而去除煙氣中的NOx。 選擇性是指還原劑NH3和煙氣中的NOx發(fā)生還原反應(yīng)，而不與煙氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)。
4NH3 + 4NO + O2 －－－－> 4N2 + 6H2O
8NH3 + 6NO2 －－－－> 7N2 + 12H2O
SCR催化劑一般是將V2O5（五氧化二釩）、WO3（三氧化鎢）及MoO3（氧化鉬）負(fù)載在TiO2（二氧化鈦）載體上。催化劑活性溫度一般為350-430 oC
2.3SCR煙氣脫硝工藝流程
SCR工藝系統(tǒng)主要由脫硝反應(yīng)器、煙道系統(tǒng)、氨儲存供應(yīng)系統(tǒng)、氨噴射系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)等組成。
液氨儲存于液氨儲罐，經(jīng)過蒸發(fā)器蒸發(fā)為氣氨，送到反應(yīng)器區(qū)，與稀釋空氣混合均勻并噴入脫硝系統(tǒng)。充分混合后的還原劑和煙氣在SCR反應(yīng)器中催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，去除NOx。
工藝流程圖如下：
三、利德華福高壓變頻器原理及功能特點(diǎn)
3.1 高壓變頻器原理
HARSVERT-VA系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，直接6、10KV輸入，直接6、10KV高壓輸出。變頻器主要由移相變壓器、功率模塊和控制器組成。
輸入側(cè)移相變壓器將網(wǎng)側(cè)高壓變換為副邊的多組低壓，各副邊繞組在繞制時采用延邊三角接法，相互之間有一定的相位差。這種多級移相疊加的整流方式，消除了大部分由獨(dú)立功率單元引起的諧波電流，大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使變頻器網(wǎng)側(cè)電流近似為正弦波；無需濾波裝置，輕松滿足標(biāo)準(zhǔn)對諧波的要求；無需補(bǔ)償裝置，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)0.95。
功率模塊為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側(cè)為二極管三相全橋，通過對IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制，可得到單相交流輸出。每個功率模塊結(jié)構(gòu)及電氣性能上完全一致，可以互換。
控制器由高速單片機(jī)處理器、人機(jī)操作界面和PLC共同構(gòu)成。人機(jī)操作界面解決高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)本身和用戶現(xiàn)場接口的問題，提供友好的全中文監(jiān)控界面，使用方便、快捷，同時可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。內(nèi)置PLC則用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理，可以和用戶現(xiàn)場靈活接口，滿足用戶的特殊需要。
3.2 北京利德華福高壓變頻器功能特點(diǎn)介紹
從以下四個方面介紹北京利德華福電氣技術(shù)有限公司HARSVERT-VA系列高壓變頻器的功能特點(diǎn)：
可靠性：
采用DSP無速度傳感器的矢量控制技術(shù)，讓控制更精準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩負(fù)
載啟動和運(yùn)行；
具備旋轉(zhuǎn)中再啟動功能，變頻器可自動搜索跟蹤電動機(jī)轉(zhuǎn)速按照設(shè)定加減速時間恢
復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)（即轉(zhuǎn)速跟蹤技術(shù)），保證機(jī)組安全運(yùn)行不跳閘。
超強(qiáng)的抗電網(wǎng)波動能力，-35%——+15% U維持運(yùn)行，不停機(jī)；
變頻故障分級保護(hù)，具有完善的電機(jī)和變頻器保護(hù)功能；
高低壓徹底隔離， 設(shè)計安全可靠；
控制電源冗余設(shè)計，保證變頻器運(yùn)行穩(wěn)定。
高效性
采用單元串聯(lián)多電平，THDI<3%，高于國標(biāo)、IEC標(biāo)準(zhǔn)；
dv/dt小，無須輸出濾波器，可長距離輸出；
變頻器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)>0.95，無需補(bǔ)償；
整機(jī)效率≥96%（含變壓器）。
便捷性
變頻正面維護(hù)結(jié)構(gòu)，模塊推拉結(jié)構(gòu)，控制板插框式結(jié)構(gòu),維護(hù)方便；
7寸彩色觸屏，全中文界面，可故障定位，具備自動調(diào)度功能；
數(shù)據(jù)及操作記錄追憶功能。
靈活性
可實現(xiàn)就地和遠(yuǎn)程監(jiān)控；
支持多種通訊協(xié)議Modbus、TCP/IP、Profibus；
可定制多樣化的工頻旁路切換柜，最大程度滿足用戶的生產(chǎn)需求；
內(nèi)置PLC，具備PID調(diào)節(jié)功能，可通過脫硝風(fēng)道的壓力自動調(diào)節(jié)變頻器轉(zhuǎn)速；
模塊化設(shè)計，有專業(yè)的變頻系統(tǒng)解決方案，如空水冷散熱整體解決辦法。
四、電廠脫硝改造中高壓變頻器的應(yīng)用
4.1脫硝改造中高壓變頻器的應(yīng)用方式
為了克服新增脫硝裝置的壓力，必須增大系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的出力（約增加0.8-1KPa）。以下是脫硝改造中高壓變頻器常用的三種方式：
1）、對引風(fēng)機(jī)擴(kuò)容
案例1、貴州黔西中水發(fā)電（4×300MW）
以下為每臺發(fā)電機(jī)組的鍋爐輔機(jī)配置參數(shù)：
|
設(shè)備名稱
|
引風(fēng)機(jī)
|
增壓風(fēng)機(jī)
|
|
臺數(shù)
|
2
|
1
|
|
電機(jī)型號
|
YKK800-6
|
YKK900-10W
|
|
功率
|
2800
|
3550KW
|
|
電壓
|
6
|
6KV
|
|
額定電流
|
307.8
|
416A
|
|
額定轉(zhuǎn)速
|
990
|
596 rpm
|
|
風(fēng)機(jī)型號
|
AN40e6（V19-1°）
|
AN40e6（V13+4°）
|
|
Q 、H
|
流量 3303m/s
|
總壓升3700 Pa
|
|
變頻型號
|
HARVEST-A06/330
|
HARVEST-A06/440
|
|
空水冷型號
|
BLH-CK-150
|
BLH-CK-165
|
|
變頻改造時間
|
2012年
|
2008年
|
2）、另增加脫硝增壓風(fēng)機(jī)
這種方式需要引風(fēng)機(jī)、脫硫增壓風(fēng)機(jī)、脫硝增壓風(fēng)機(jī)共3個風(fēng)機(jī)，效率很低，占地較大，不常用。
3）、采用三合一（引風(fēng)機(jī)、脫硫增壓風(fēng)機(jī)、脫硝增壓風(fēng)機(jī)），配置大功率聯(lián)合風(fēng)機(jī)
案例、陜西渭河電廠300MW聯(lián)合風(fēng)機(jī)一臺7100KW 6KV高壓變頻器
4）、脫硝改造方式的對比
|
|
聯(lián)合風(fēng)機(jī)
|
對引風(fēng)機(jī)擴(kuò)容
|
|
優(yōu)點(diǎn)
|
? 系統(tǒng)效率高，降低廠用電
? 風(fēng)機(jī)臺數(shù)少，系統(tǒng)簡潔故障點(diǎn)少，總占地面積小。
? 調(diào)節(jié)對象單一，煙氣系統(tǒng)響應(yīng)負(fù)荷變化較分設(shè)方案迅速、準(zhǔn)確。
|
? 投資小
|
|
缺點(diǎn)
|
? 投資較大
? 變頻器設(shè)備功率很大，需要可靠性
|
? 系統(tǒng)效率低，廠用電高，占地大；
? 控制調(diào)節(jié)對象多，需要協(xié)調(diào)
|
4.2 聯(lián)合風(fēng)機(jī)選用類型的對比
聯(lián)合風(fēng)機(jī)的改造目前有兩種方式：靜葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)+變頻或采用動葉可調(diào)風(fēng)機(jī)，這兩種方案各有優(yōu)勢。
以下是這兩種方案的詳細(xì)對比：
|
|
靜葉可調(diào)風(fēng)機(jī)+變頻
|
動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)
|
|
優(yōu)點(diǎn)
|
? 靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)上較簡單，風(fēng)機(jī)初投資較低，維護(hù)量少
? 對入口含塵量的適應(yīng)性比動葉可調(diào)
軸流風(fēng)機(jī)要好，含塵量一般在300mg/Nm3下
|
? 風(fēng)機(jī)運(yùn)行的高效區(qū)范圍大
? 有一定的節(jié)能效果
|
|
缺點(diǎn)
|
? 風(fēng)機(jī)效率低于動調(diào)風(fēng)機(jī)，但若加上變頻，節(jié)能效果相當(dāng)
? 失速區(qū)比動葉風(fēng)機(jī)寬，喘振現(xiàn)象會比較突出
|
? 動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)由于有一套液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜，風(fēng)機(jī)初投資較高。國產(chǎn)動葉可調(diào)風(fēng)機(jī)，液壓缸故障率較高。進(jìn)口品牌，投資將會很大。
? 動葉可調(diào)風(fēng)機(jī)后期維護(hù)費(fèi)用較高，一臺3000KW的風(fēng)機(jī)，后期維護(hù)費(fèi)用平均每年約為20-25萬。并且每4年風(fēng)機(jī)需要大修一次。
? 對含塵量的適應(yīng)能力差。
|
結(jié)論
近一兩年我國火電廠煙氣脫硝改造項目將會處于高速發(fā)展時期，通過對脫硝工藝技術(shù)及利德華福高壓變頻器的分析論證得出：采用高壓變頻器對脫硝風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，改傳統(tǒng)風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)為電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是切實可行的，大大提高了系統(tǒng)的自動化程度，實現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動，延長了電機(jī)壽命，既滿足了生產(chǎn)要求，又達(dá)到了節(jié)約電能降低廠用電率的目的，并且減少了因調(diào)節(jié)擋板而造成擋板和管道的磨損以及因經(jīng)常停機(jī)檢修所造成的經(jīng)濟(jì)損失，同時使維護(hù)量大大降低。
總之，利德華福高壓變頻器在脫硝風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中可以大力推廣，從安全可靠性、設(shè)備維護(hù)量、節(jié)能效果等方面具有良好的收益。