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摘要：变频器原理（英文Variable-frequency Drive，简称VFD）是应用变频技术与微电子技术的原理，通过改变电机工作电源频率的方式来控制交流电动机的电力控制设备。我们使用的电源分为交流电源和直流电源，一般的直流电源大多是由交流电源通过变压器变压，整流滤波后得到的。交流电源在人们使用电源中占总使用电源的95%左右。在火力发电系统中利用变频技术，改善脱硫运行效率减少运行操作频率，使得火电环保侧系统稳定高效运行得到提升。
关键词：变频器；脱硫；浆液循环泵；脱硫效率；浆液循环量；浆液喷淋效果；稳定排放
1、引言
高压电动机（浆液循环泵）是火力发电厂的重要电气设备之一，由于高压电动机具有额定电压高、功率大、应用范围广、所带负荷重要等特点，往往采用工频电机保证设备可靠稳定运行，但对于目前火电站环保要求日益提升，烟气排放物标准超低且稳定排放作为火电厂硬性指标，工频电机无法满足时时变化的入口硫分和负荷值，变频器对于火电脱硫系统浆液循环泵的作用日益剧增。用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。以入口负荷及入口煤质的硫份为依据，在保证脱硫效率大于95%的前提下，通过调整主浆液循环泵的频率（电压）使得脱硫吸收塔内浆液喷淋量的大小，控制及稳定出口SO2排放小于35mg/m3且不受入口煤质及负荷影响保证出口排放So2的稳定性。通过本单位改造一台浆液循环泵，分析变频器对于浆液循环泵脱硫效率及稳定性的影响，仅供参考。
1、系统及主设备概述
被改造机组为大唐三门峡电力有限公司三期#5（1×1000MW）发电机组脱硫系统采用石灰石——石膏湿法脱硫工艺，脱硫剂为石灰石（CaCO3），吸收塔采用单回路喷淋空塔。#5锅炉的脱硫系统均采用一炉一塔方案，烟气先后通过原烟道、低温省煤器进入吸收塔，通过吸收塔浆液循环泵喷淋的循环浆液进行脱硫，脱硫后的净烟气经过三级屋脊式除雾器除去水滴及烟尘后从净烟道进入烟囱。
2.浆液循环泵变频调速原理：
脱硫塔安装5台工频浆液循环泵其中#5D浆液循环泵由工频改造为变频使用。原有浆液循环泵泵体、电机利旧，增加变频器，通过调整变频器频率实现浆液循环泵转速和出力调整。
按照电机学的基本原理，电机的转速满足如下的关系式：
n=（1-s）60f/p=n0*（1-s）
（P：电机极对数；f：电机运行频率；s：滑差）
从式中看出，电机的同步转速n0正比于电机的运行频率（n0=60f/p），由于滑差s一般情况下比较小（0∽0.05），电机的实际转速n约等于电机的同步转速n0，所以调节了电机的供电频率f，就能改变电机的实际转速。电机的滑差s和负载有关，负载越大则滑差增加，所以电机的实际转速还会随负载的增加而略有下降。
变频改造前，脱硫系统出口排放SO2控制及稳定：
在浆液循环泵变频改造前，由于三门峡火力发电一天中负荷变化大入口硫份煤质不稳定，运行人员只能通过改变循泵运行方式及调节吸收塔内浆液含量（浆液PH）来控制出口SO2排放值稳定在35mg/m3之内。由于能耗及物料损耗综合出口排放控制的考虑，运行人员在日常监视操作过程中遇到负荷上升入口硫份提高时需要启动浆液循环泵，在此时短时间内液气比提，SO2排放会降低，需要在一段时间内减少或终止供浆，避免吸收塔内浆液富集PH提升；当遇到减负荷或硫份下降情况，吸收塔出口SO2排放降低影响脱硫经济型和物料浆液损失需要停运工频浆液循环泵。此类情况均会造成SO2的大幅波动及出口排放物瞬时超标情况，由于启动循泵或提高供浆量都需要一定时间进行化学反应，运行人员频繁操作仍无法快速有效控制、稳定出口SO2排放情况时有发生。
循泵参数及运行数据：
经过长期观察改造前以及运行人员长期积累数据在不同负荷和不同入口硫份下启停浆液循环泵对脱硫塔pH值的影响在0.2～0.4左右，如果要停运5D浆液循环泵，需要在短时间内将脱硫塔的pH值提升0.2～0.4，运行人员必须在短时间内大量供浆以提高吸收塔内PH，但事实情况运行人员只能根据时间控制进入吸收塔内浆液含量，无法精准控制吸收塔内PH，如供浆量不足会产生脫硫瞬时超标现象对脱硫系统稳定性和效率维持都产生巨大的挑战；如供浆量过度则会使得吸收塔出口长时间低排放，对于经济型物料损失有着严重损失。
至此改造前脱硫系统脱硫效率及出口排放稳定性挑战极大且收效甚微；对于运行操作人员操作量、物料损耗及无法有效控制排放的稳定和瞬时超标率的问题的解决也迫在眉睫。
浆液循环泵变频改造后参数对比脱硫效率、稳定性的影响：
#5D浆液循环泵变频器改造后，#5脱硫所使用其余4台浆液循环泵启停次数明显降低，吸收塔内PH稳定性也有所提高，吸收塔内PH可以有效的控制在合格范围内（5.2-5.8）为达到量好的脱硫效率及排放稳定性，避免浆液因流量小在管道内沉积，确定浆液循环泵最低转速为440r/min。
变频器改造后，运行人员由启停浆液循环泵及供给浆液量调整出口排放及脱硫效率，变为供给浆液与调整#5D循泵变频频率，大幅的降低了设备启停频次。出现瞬时超标，或启动循泵后排放小时均值在10mg/m3以下低值的情况也大为降低。#5D浆液循环泵变频改造前工频运行，脱硫效率变化浮动大，且均值无法满足经济与排放标准双重考核（满足大唐集团公司安生部的规定，即燃煤发电机组大气污染物全年平均值不能低于排放限值70%，即SO2排放浓度平均值不低于24.5mg/m3）。#5D浆液循环泵变频改造后，连续运行近一个月，脱硫出口SO2排放浓度日均值稳定在23.01mg/m3～29.95mg/m3之间，脱硫效率稳定性及经济型大大增强。由于启停泵次数减少，脱硫效率依赖于变频调液气比及供浆量调整频率大幅降低，大大减少了运行的操作强度，脱硫效率及排放稳定性也得到提高，对比本单位综合排名，三门峡自改用变频后脱硫效率及排放稳定性排名稳居全国大唐火力发电前三。
结论：
通过综合比较变频器改造前后脱硫效率及SO2排放情况，分析可以看出#5D浆液循环泵变频改造以后，通过改变循泵的转速频率能够实现对脱硫塔喷淋效果和喷淋浆液的经济持续调节，改变吸收塔内液气比优化脱硫效率稳定出口排放有着良好作用。SO2排放方面调节控制方式由控制pH值变为pH值和变频器调整液气比的多手段控制，在很大程度上增强了SO2排放调整的经济性和灵活性，对于复杂可变因素调节下的出口SO2起到相对稳定的条件，大大缩短指标变化的调整的时间。为了保证脱硫系统安全、经济运行，浆液循环量随着机组的运行负荷、烟气参数的变化需要进行调整。三门峡百万机组原采取的调整方式为：负荷变动较大时，启、停循环泵。该运行方式只适用于机组负荷变化较大的情况，无法实现浆液循环泵的连续性调节，出现较大的能源浪费，为降本增效，根据目前脱硫系统的实际运行情况，将#5吸收塔D浆液循环泵电机增加变频器，达到降低电耗的目的，预计费用约135万。对脱硫系统的效率提高和排放稳定性有着至关重要的作用。
作者简介：
赵翔宇（1991-），男，大学本科学历，电气助理工程师，电机与电气二级技师，大唐环境产业集团股份有限公司三门峡项目部，现从事脱硫脱硝系统的电气技术管理工作。
关键词：变频器；脱硫；浆液循环泵；脱硫效率；浆液循环量；浆液喷淋效果；稳定排放
1、引言
高压电动机（浆液循环泵）是火力发电厂的重要电气设备之一，由于高压电动机具有额定电压高、功率大、应用范围广、所带负荷重要等特点，往往采用工频电机保证设备可靠稳定运行，但对于目前火电站环保要求日益提升，烟气排放物标准超低且稳定排放作为火电厂硬性指标，工频电机无法满足时时变化的入口硫分和负荷值，变频器对于火电脱硫系统浆液循环泵的作用日益剧增。用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。以入口负荷及入口煤质的硫份为依据，在保证脱硫效率大于95%的前提下，通过调整主浆液循环泵的频率（电压）使得脱硫吸收塔内浆液喷淋量的大小，控制及稳定出口SO2排放小于35mg/m3且不受入口煤质及负荷影响保证出口排放So2的稳定性。通过本单位改造一台浆液循环泵，分析变频器对于浆液循环泵脱硫效率及稳定性的影响，仅供参考。
1、系统及主设备概述
被改造机组为大唐三门峡电力有限公司三期#5（1×1000MW）发电机组脱硫系统采用石灰石——石膏湿法脱硫工艺，脱硫剂为石灰石（CaCO3），吸收塔采用单回路喷淋空塔。#5锅炉的脱硫系统均采用一炉一塔方案，烟气先后通过原烟道、低温省煤器进入吸收塔，通过吸收塔浆液循环泵喷淋的循环浆液进行脱硫，脱硫后的净烟气经过三级屋脊式除雾器除去水滴及烟尘后从净烟道进入烟囱。
2.浆液循环泵变频调速原理：
脱硫塔安装5台工频浆液循环泵其中#5D浆液循环泵由工频改造为变频使用。原有浆液循环泵泵体、电机利旧，增加变频器，通过调整变频器频率实现浆液循环泵转速和出力调整。
按照电机学的基本原理，电机的转速满足如下的关系式：
n=（1-s）60f/p=n0*（1-s）
（P：电机极对数；f：电机运行频率；s：滑差）
从式中看出，电机的同步转速n0正比于电机的运行频率（n0=60f/p），由于滑差s一般情况下比较小（0∽0.05），电机的实际转速n约等于电机的同步转速n0，所以调节了电机的供电频率f，就能改变电机的实际转速。电机的滑差s和负载有关，负载越大则滑差增加，所以电机的实际转速还会随负载的增加而略有下降。
变频改造前，脱硫系统出口排放SO2控制及稳定：
在浆液循环泵变频改造前，由于三门峡火力发电一天中负荷变化大入口硫份煤质不稳定，运行人员只能通过改变循泵运行方式及调节吸收塔内浆液含量（浆液PH）来控制出口SO2排放值稳定在35mg/m3之内。由于能耗及物料损耗综合出口排放控制的考虑，运行人员在日常监视操作过程中遇到负荷上升入口硫份提高时需要启动浆液循环泵，在此时短时间内液气比提，SO2排放会降低，需要在一段时间内减少或终止供浆，避免吸收塔内浆液富集PH提升；当遇到减负荷或硫份下降情况，吸收塔出口SO2排放降低影响脱硫经济型和物料浆液损失需要停运工频浆液循环泵。此类情况均会造成SO2的大幅波动及出口排放物瞬时超标情况，由于启动循泵或提高供浆量都需要一定时间进行化学反应，运行人员频繁操作仍无法快速有效控制、稳定出口SO2排放情况时有发生。
循泵参数及运行数据：
经过长期观察改造前以及运行人员长期积累数据在不同负荷和不同入口硫份下启停浆液循环泵对脱硫塔pH值的影响在0.2～0.4左右，如果要停运5D浆液循环泵，需要在短时间内将脱硫塔的pH值提升0.2～0.4，运行人员必须在短时间内大量供浆以提高吸收塔内PH，但事实情况运行人员只能根据时间控制进入吸收塔内浆液含量，无法精准控制吸收塔内PH，如供浆量不足会产生脫硫瞬时超标现象对脱硫系统稳定性和效率维持都产生巨大的挑战；如供浆量过度则会使得吸收塔出口长时间低排放，对于经济型物料损失有着严重损失。
至此改造前脱硫系统脱硫效率及出口排放稳定性挑战极大且收效甚微；对于运行操作人员操作量、物料损耗及无法有效控制排放的稳定和瞬时超标率的问题的解决也迫在眉睫。
浆液循环泵变频改造后参数对比脱硫效率、稳定性的影响：
#5D浆液循环泵变频器改造后，#5脱硫所使用其余4台浆液循环泵启停次数明显降低，吸收塔内PH稳定性也有所提高，吸收塔内PH可以有效的控制在合格范围内（5.2-5.8）为达到量好的脱硫效率及排放稳定性，避免浆液因流量小在管道内沉积，确定浆液循环泵最低转速为440r/min。
变频器改造后，运行人员由启停浆液循环泵及供给浆液量调整出口排放及脱硫效率，变为供给浆液与调整#5D循泵变频频率，大幅的降低了设备启停频次。出现瞬时超标，或启动循泵后排放小时均值在10mg/m3以下低值的情况也大为降低。#5D浆液循环泵变频改造前工频运行，脱硫效率变化浮动大，且均值无法满足经济与排放标准双重考核（满足大唐集团公司安生部的规定，即燃煤发电机组大气污染物全年平均值不能低于排放限值70%，即SO2排放浓度平均值不低于24.5mg/m3）。#5D浆液循环泵变频改造后，连续运行近一个月，脱硫出口SO2排放浓度日均值稳定在23.01mg/m3～29.95mg/m3之间，脱硫效率稳定性及经济型大大增强。由于启停泵次数减少，脱硫效率依赖于变频调液气比及供浆量调整频率大幅降低，大大减少了运行的操作强度，脱硫效率及排放稳定性也得到提高，对比本单位综合排名，三门峡自改用变频后脱硫效率及排放稳定性排名稳居全国大唐火力发电前三。
结论：
通过综合比较变频器改造前后脱硫效率及SO2排放情况，分析可以看出#5D浆液循环泵变频改造以后，通过改变循泵的转速频率能够实现对脱硫塔喷淋效果和喷淋浆液的经济持续调节，改变吸收塔内液气比优化脱硫效率稳定出口排放有着良好作用。SO2排放方面调节控制方式由控制pH值变为pH值和变频器调整液气比的多手段控制，在很大程度上增强了SO2排放调整的经济性和灵活性，对于复杂可变因素调节下的出口SO2起到相对稳定的条件，大大缩短指标变化的调整的时间。为了保证脱硫系统安全、经济运行，浆液循环量随着机组的运行负荷、烟气参数的变化需要进行调整。三门峡百万机组原采取的调整方式为：负荷变动较大时，启、停循环泵。该运行方式只适用于机组负荷变化较大的情况，无法实现浆液循环泵的连续性调节，出现较大的能源浪费，为降本增效，根据目前脱硫系统的实际运行情况，将#5吸收塔D浆液循环泵电机增加变频器，达到降低电耗的目的，预计费用约135万。对脱硫系统的效率提高和排放稳定性有着至关重要的作用。
作者简介：
赵翔宇（1991-），男，大学本科学历，电气助理工程师，电机与电气二级技师，大唐环境产业集团股份有限公司三门峡项目部，现从事脱硫脱硝系统的电气技术管理工作。