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活動鏈接：2014年控制網行業專題---打造有中國特色的智能電網

   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，而火電廠發電用煤又占了全國煤燃燒的70%。隨著國民經濟的發展，電力需求快速增加，燃煤鍋爐不斷擴建，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境造成嚴重危害，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。

   本文根據“十二五”規劃的要求，介紹了現有火電廠脫硝工藝技術及北京利德華福電氣技術有限公司高壓變頻器的應用，并對高壓變頻器的特點做出詳細介紹，最后點出了我國火電廠煙氣脫硝目前處于高速發展時期，因此帶來脫硝風機變頻改造的市場非常巨大。

  一、 中國脫硝業務的發展

   2012年9月21日，環保部、國家質檢總局聯合發布了新的《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223－2011)，要求從2012年1月1日起，新建火電機組氮氧化物排放量達到100毫克／立方米；從2014年7月1日起，除特殊機組排放量要求達到200毫克／立方米外，其余也均要求達到100毫克／立方米。

   與此相應，《“十二五”節能減排規劃》中明確規定了氮氧化物減排指標，其中，火電、水泥兩大行業氮氧化物排放量要求分別削減29%和12%；到2015年，完成4億千瓦現役燃煤機組脫硝設施建設，對7000萬千瓦燃煤機組實施低氮燃燒技術改造，燃煤機組脫硝效率達到75%以上。
新標準的實施為脫硝行業帶來巨大市場。

  二、 電廠煙氣脫硝工藝介紹

  目前主要應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
  
             

   選擇性催化劑還原煙氣脫硝技術（SCR）由于脫硝率高，NH3逃逸率低，設備使用效率高，基本上無二次污染這些特點，因此成為主流的脫硝技術，在全球煙氣脫硝領域市場占有率高達98%。

  2.2 SCR脫硝化學反應原理：

   SCR脫硝技術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發生還原反應，而不與煙氣中的氧氣發生反應。

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）負載在TiO₂（二氧化鈦）載體上。催化劑活性溫度一般為350-430 ºC
 
               

   2 .3 SCR煙氣脫硝工藝流程

   SCR工藝系統主要由脫硝反應器、煙道系統、氨儲存供應系統、氨噴射系統、吹灰系統等組成。

  液氨儲存于液氨儲罐，經過蒸發器蒸發為氣氨，送到反應器區，與稀釋空氣混合均勻并噴入脫硝系統。充分混合后的還原劑和煙氣在SCR反應器中催化劑的作用下發生反應，去除NO_x。

  工藝流程圖如下：
 
              

  三、 利德華福高壓變頻器原理及功能特點

  3.1 高壓變頻器原理

   HARSVERT-VA系列高壓變頻調速系統采用單元串聯多電平技術，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。
 
                   

   輸入側移相變壓器將網側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，消除了大部分由獨立功率單元引起的諧波電流，大大改善網側的電流波形，使變頻器網側電流近似為正弦波；無需濾波裝置，輕松滿足標準對諧波的要求；無需補償裝置，網側功率因數0.95。
功率模塊為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側為二極管三相全橋，通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控制，可得到單相交流輸出。每個功率模塊結構及電氣性能上完全一致，可以互換。

  控制器由高速單片機處理器、人機操作界面和PLC共同構成。人機操作界面解決高壓變頻調速系統本身和用戶現場接口的問題，提供友好的全中文監控界面，使用方便、快捷，同時可以實現遠程監控和網絡化控制。內置PLC則用于柜體內開關信號的邏輯處理，可以和用戶現場靈活接口，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介紹
 
                 

  從以下四個方面介紹北京利德華福電氣技術有限公司HARSVERT-VA系列高壓變頻器的功能特點：

  可靠性：

  • 采用DSP無速度傳感器的矢量控制技術，讓控制更精準，能夠實現低速大轉矩負載啟動和運行；

  • 具備旋轉中再啟動功能，變頻器可自動搜索跟蹤電動機轉速按照設定加減速時間恢復正常運行狀態（即轉速跟蹤技術），保證機組安全運行不跳閘。

  • 超強的抗電網波動能力，-35%——+15% U維持運行，不停機；

  • 變頻故障分級保護，具有完善的電機和變頻器保護功能；

  • 高低壓徹底隔離， 設計安全可靠；

  • 控制電源冗余設計，保證變頻器運行穩定。

  高效性

  • 采用單元串聯多電平，THDI<3%，高于國標、IEC標準；

  • dv/dt小，無須輸出濾波器，可長距離輸出；

   • 變頻器網側功率因數>0.95，無需補償；

   • 整機效率≥96%（含變壓器）。

  便捷性

   • 變頻正面維護結構，模塊推拉結構，控制板插框式結構,維護方便；

   • 7寸彩色觸屏，全中文界面，可故障定位，具備自動調度功能；

  • 數據及操作記錄追憶功能。

   靈活性

  • 可實現就地和遠程監控；

   • 支持多種通訊協議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需求；

   • 內置PLC，具備PID調節功能，可通過脫硝風道的壓力自動調節變頻器轉速；

  • 模塊化設計，有專業的變頻系統解決方案，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用

   4.1脫硝改造中高壓變頻器的應用方式

   為了克服新增脫硝裝置的壓力，必須增大系統風機的出力（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）、對引風機擴容

  案例1、貴州黔西中水發電（4×300MW）
 
                 

以下為每臺發電機組的鍋爐輔機配置參數：
  
               

  2）、另增加脫硝增壓風機

  這種方式需要引風機、脫硫增壓風機、脫硝增壓風機共3個風機，效率很低，占地較大，不常用。

  3）、采用三合一（引風機、脫硫增壓風機、脫硝增壓風機），配置大功率聯合風機

 案例、陜西渭河電廠300MW聯合風機一臺7100KW 6KV高壓變頻器
 
            

  4）、脫硝改造方式的對比

           

 4.2 聯合風機選用類型的對比

   聯合風機的改造目前有兩種方式：靜葉可調軸流式風機+變頻或采用動葉可調風機，這兩種方案各有優勢。
以下是這兩種方案的詳細對比：
 
            

   五、 結論

  近一兩年我國火電廠煙氣脫硝改造項目將會處于高速發展時期，通過對脫硝工藝技術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機進行變頻改造，改傳統風門擋板調節為電機轉速調節是切實可行的，大大提高了系統的自動化程度，實現了電機的軟啟動，延長了電機壽命，既滿足了生產要求，又達到了節約電能降低廠用電率的目的，并且減少了因調節擋板而造成擋板和管道的磨損以及因經常停機檢修所造成的經濟損失，同時使維護量大大降低。

  總之，利德華福高壓變頻器在脫硝風機系統中可以大力推廣，從安全可靠性、設備維護量、節能效果等方面具有良好的收益。