PDF《高压变频器 在电厂脱硝改造中的应用》

89 文章编号:131109 北京利德华福电气技术有限公司 摘要:本文介绍了HARSVERT―VA系列高压变频器在电厂脱硝中的应 用,通过对脱硝工艺技术及高压变频器的分析论证,经过改造后大大提 高了自动化程度,满足了生产要求,节约了电能,具有良好的效果.

高压变频器 在电厂脱硝改造中的应用 HV inverter'

s application in the de-nitrification innovation of the power plant

1 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.

2 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.

3 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). 3.1 脱硝工艺比较 如表1所示,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%. 3.2 SCR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 o C 3.3 SCR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. 工艺流程图如图2所示.

4 利德华福高压变频器原理及功能特 点4.1 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, 如图3所示. 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 图1 图2 图5 图6

90 高压变频器 表1 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. 4.2 北京利德华福高压变频器功能特点介绍 如图4所示,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,THDI0.95,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. 原理 适用性及特点 特点 NOx脱除率 投资费用 SCR 在特定催化剂作用下, 用氨或其它还原剂选择 性地将NOx还原为N2和H2O. 适合排气量大, 连续排放源 二次污染小,净化效率高,技 术成熟;

设备投资高,关键技 术含量高 80%~90% 高SNCR 用氨或尿素类物质使NOx 还原为N2和H2O. 适合排气量大, 连续排放源 不用催化剂,设备和运行费用 少;

NH3用量大,二次污染, 难以保证反应温度和停留时间 30%~60% 较低 湿法脱 硝先用氧化剂将难溶的NO 氧化为易于被吸收 的NO2,再用液体吸收 剂吸收. 处理烟气量很小 的情况下可取 工艺设备简单、投资少,收效 显著,有些方法能回收NOx;

效率低,副产物不易处理,目 前常用的方法不适于处理燃煤 电厂烟气 效率低 较低 图3 图4

91 高压变频器 高压变频器 灵活性 可实现就地和远程监控;

支持多种通讯协议Modbus、TCP/IP、Pro fibus;

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;

表2 表3 表4 设备名称 引风机 增压风机 台数

2 1 电机型号 YKK800-6 YKK900-10W 功率

2800 3550KW 电压

6 6KV 额定电流 307.8 416A 额定转速

990 596 rpm 风机型号 AN40e6(V19-1°) AN40e6(V13+4°) Q 、H 流量

3303 m/s 总压升3700 Pa 变频型号 HARVEST-A06/330 HARVEST-A06/440 空水冷型号 BLH-CK-150 BLH-CK-165 变频改造时间 2012年2008年 联合风机 对引风机扩容 优点 系统效率高,降低厂用电 风机台数少,系统简洁故障点 少,总占地面积小. 调节对象单一,烟气系统响应负 荷变化较分设方案迅速、准确. 投资小 缺点 投资较大 变频器设备功率很大,需要可靠 性 系统效率低,厂用电高,占地 大;

控制调节对象多,需要协调 静叶可调风机+变频 动叶可调轴流风机 优点 静叶可调轴流风机结构上较 简单,风机初投资较低,维 护量少 对入口含尘量的适应性比动 叶可调 轴流风机要好,含尘量一般 在300mg/Nm3下 风机运行的高效区范围大 有一定的节能效果 缺点 风机效率低于动调风机,但 若加上变频,节能效果相当 失速区比动叶风机宽,喘振 现象会比较突出 动叶可调轴流风机由于有一套液压调 节系统,结构上比较复杂,风机初投 资较高.国产动叶可调风机,液压缸 故障率较高.进口品牌,投资将会很 大. 动叶可调风机后期维护费用较高,一台3000KW的风机,后期维护费用平 均每年约为20-25万.并且每4年风机 需要大修一次. 对含尘量的适应能力差. 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.

5 电厂脱硝改造中高压变频器的应用 5.1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)如图5所示. 表2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高压变频器如图6所示. (4)脱硝改造方式的对比如表3所示. 5.2 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. 表4是这两种方案的详细对比.

6 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.

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