本发明涉及脱硫技术领域，具体而言，涉及一种脱硫用单级高速离心风机的变频运行装置及变频运行方法。
背景技术：
在保证机组正常、稳定的运行同时，需要进一步优化系统结构，减少系统的能耗，在脱硫系统中采用必要的节能降耗措施，以减少脱硫系统的运行费用，将会产生一定程度上的经济效益和环境效应。在整个脱硫系统中，若脱硫剂为石灰石粉，氧化风机的电耗约占脱硫系统的10％；若脱硫剂为石灰石块，氧化风机的电耗约占脱硫系统的6～8％，氧化风机的电耗在脱硫系统的电耗中的比重也相对较大，节能降耗具有重大的意义。
脱硫系统中的氧化风机主要分为单级高速离心风机、多级离心风机和单级高速离心风机三种形式，其中多级离心风机和单级高速离心风机的运行方式和控制方式基本上相同，单级高速离心风机与离心风机的运行不相同。离心风机采用叶轮的转速提升风机出口的风量和压力，风机入口设置了进风挡板门，目前情况下，通过调整入口挡板门的开度，从而调整风量和压头，但是挡板门的开度会影响到风机进出口的压损，这部分会成为风机本体的能量损失。
脱硫用单级高速离心风机大多为固定状态运行，现场不会随着机组负荷以及现场的实际情况进行相应的调整运行，该运行方式在机组较大负荷运行或脱硫系统入口烟气参数与设计相匹配时运行情况合适，实际运行中易出现较大的能源浪费。风机在实际运行中流量总流量是跟随锅炉负荷发生变化。因此，需要对风机的工作进行适当的调节。所谓调节，就是人为地改变风机工作点的位置，使风机的输出流量和实际需要量相平衡。现有调节的方法有两种类型：一是改变管路阻力特性曲线来改变风机工作点；二是改变风机特性曲线来改变风机工作点。目前虽然有对单级高速离心风机的调节，但是在维持风机转速不变的情况下，在网络系统上安装节流装置(闸门、挡板、风门等)，改变其开启度，增大或减小网络阻力，从而进行流量、风压的调节，这种方法调节设备简单，但不经济，不符合节能要求。同时，原来单级高速离心风机均为异步电动机，虽然其运行稳定，故障率低，但从节能角度来看，异步电动机体现不出节能效果。为了保证脱硫系统安全、经济运行，脱硫用单机高速离心风机随着机组的运行负荷、烟气参数的变化需要进行调整。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种脱硫用单级高速离心风机的变频运行装置及变频运行方法，能根据机组的实际运行情况调整单级高速离心风机的运行情况，减少设备的浪费，降低现场的运行费用。
本发明提供了一种脱硫用单级高速离心风机的变频运行装置，包括：永磁同步电机、连接在所述永磁同步电机上的单级高速离心风机、以及用于驱动控制所述永磁同步电机的变频器，所述变频器输入端与工频电源相连，所述变频器输出端与所述永磁同步电机输出轴相连；
所述变频器位于变频柜内，包括整流器、滤波器、逆变器和控制器，所述整流器输入端与工频电源相连，所述整流器输出端与所述滤波器输入端相连，所述滤波器输出端与所述逆变器输入端相连，所述逆变器输出端与所述永磁同步电机输出轴相连，所述整流器、所述滤波器和所述逆变器均与所述控制器相连；
所述单级高速离心风机上设置有转速传感器，所述转速传感器与所述控制器相连；
其中，所述单级高速离心风机用于将氧化空气输送至脱硫吸收塔内将亚硫酸钙强制氧化，所述永磁同步电机与所述单级高速离心风机配套使用。
作为本发明进一步的改进，所述单级高速离心风机与所述永磁同步电机通过联轴器相连。
作为本发明进一步的改进，所述控制器包括：
检测电路：检测所述滤波器滤波平滑后的电压、电流信号；
运算电路：将所述转速传感器的速度信号同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，确定所述逆变器的输出电压、频率；
驱动电路：根据确定的输出电压、频率驱动所述逆变器的开关器件的导通、关断；
保护电路：根据所述逆变器的输出电压，当发生过载或过电压时，保护所述逆变器和所述永磁同步电机。
本发明还提供了一种脱硫用单级高速离心风机的变频运行装置的变频运行方法，包括以下步骤：
步骤1，启动永磁同步电机、变频器和单级高速离心风机；
步骤2，上位机根据脱硫系统所需氧化风的流量，计算出所述单级高速离心风机的理论转速；
步骤3，所述单级高速离心风机上的转速传感器获取所述单级高速离心风机的当前转速，上位机结合步骤1中的理论转速，得到所述单级高速离心风机所需要的调整转速；
步骤4，所述变频器的控制器根据接收到的调整转速的调整信号，将该调整信号转换成控制信号后，控制所述变频器的逆变器调节输出的电压、频率，驱动所述永磁同步电机按照此电压和频率进行工作，进而改变所述单级高速离心风机的输出转速。
作为本发明进一步的改进，步骤1中，启动变频器时，所述变频器的整流器将工频交流电转换为直流电，所述变频器的滤波器将转换后的直流电进行滤波平滑；
步骤4中，根据所述控制器的控制信号，所述逆变器将滤波平滑后的直流电转化成电压、频率满足调整转速的交流电，驱动所述永磁同步电机。
本发明的有益效果为：
1、由于变转速调节，流量与转速的一次方成正比，压力与转速的平方成正比，而管网特性曲线压力与流量的平方成正比，所以转速调节前后的工况效率变化很小，可使转速调节后通风机仍在高效区运行，能够实现0～25％的节能，甚至更多；
2、单级高速离心风机的启动能够逐步运行，避免现场的突然启动和停止，能够更好地保护设备，增加设备及其零部件的使用寿命，减少现场检修维护量和维护费用；
3、现场能够根据机组的实际运行情况调整的单级高速离心风机的运行状况，减少设备的浪费，降低现场的运行费用。
4、调节范围大、变转速后压力没有附加损失，而且单级高速离心风机效率变化不大，节能、经济性能佳；
5、变速调节，降低转速后可降低单级高速离心风机的噪声，减轻单级高速离心风机叶轮的磨损，延长叶轮的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种脱硫用单级高速离心风机的变频运行装置的示意图。
图中，
1、永磁同步电机；2、变频器；3、单级高速离心风机。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例1，如图1所示，本发明实施例的一种脱硫用单级高速离心风机的变频运行装置，包括：永磁同步电机1、连接在永磁同步电机1上的单级高速离心风机3、以及用于驱动控制永磁同步电机1的变频器2，变频器2输入端与工频电源相连，变频器2输出端与永磁同步电机1输出轴相连；
变频器2位于变频柜内，包括整流器、滤波器、逆变器和控制器，整流器输入端与工频电源相连，整流器输出端与滤波器输入端相连，滤波器输出端与逆变器输入端相连，逆变器输出端与永磁同步电机1输出轴相连，整流器、滤波器和逆变器均与控制器相连；
单级高速离心风机3上设置有转速传感器，转速传感器与控制器相连；
其中，单级高速离心风机3用于将氧化空气输送至脱硫吸收塔内将亚硫酸钙强制氧化，永磁同步电机1与单级高速离心风机3配套使用。
整流器将工频交流电转换为直流电，滤波器将转换后的直流电进行滤波平滑，逆变器将滤波平滑后的直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波，控制器将信号传送给整流器、滤波器和逆变器，同时接收来自这些部分的信号，并控制输出方波的频率、幅度与脉宽，使其叠加为近似正弦波的交流电，驱动永磁同步电机1。
单级高速离心风机3与永磁同步电机1通过联轴器相连。
其中，控制器包括：
检测电路：检测滤波器滤波平滑后的电压、电流信号；
运算电路：将转速传感器的速度信号同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，确定逆变器的输出电压、频率；
驱动电路：根据确定的输出电压、频率驱动逆变器的开关器件的导通、关断；
保护电路：根据逆变器的输出电压，当发生过载或过电压时，保护逆变器和永磁同步电机1。
本发明将配套使用的异步电机替换为永磁同步电机，永磁同步电动机的结构简单，体积小，工作可靠，故障率低，是天然的防爆电机，与三相异步感应电动机的定子部分基本一致，其主要区别是在转子部分，其转子采用实心结构，嵌置铜棒启动笼型，预置磁体材料，由永磁体提供电机能量转换所需损耗大量的磁场，代替传统的转子绕组感应磁能来提供励磁，取消了电励磁集电环电刷以及励磁电源。具有以下特点：
(1)具有高效率、高节能经济运行特性范围宽的特点(负载在25～120％时，效率可达95％以上)，比如负载率为50％时，异步电机的效率下降到89％，永磁同步变频依然可以保持95％的高效。
(2)具有高启动转矩、高嵌入转矩、高过载能力、高功率密度的特点，使得在永磁同步变频与变频器、或与永磁同步变频软启动器配合使用时，可以根据实际轴功率大大降低设备驱动电机的装机容量，减少了电机的空载损耗。
(3)具有高功率因数的特点(功率因数可达98％以上)，使得供电系统中无需再提供无功，取消了无功功率补偿器，减少了设备投资和故障点。同时由于有功、无功电流的大幅下降(比同容量异步电机下降30％)，使得所有供电电缆截面、供电变压器、柜内母牌、开关等容量都会降低，减少设备投资的同时，减少了变压器及输电线路的损耗。
(4)具有高可靠性、高互换性的特点，即与同容量的异步电机有相同的机座号和出线方式，使得永磁同步变频替换异步电机是非常简单方便。
单级高速离心风机的流量q与风机转速n成正比，风压p与风机转速n的平方成正比，风机轴功率n与风机转速n的立方成正比，通过改变转速可以实现选择最佳工作点。改变单级高速离心风机转速可以实现选择最佳工作点的目标，合理控制使用风量即流量大小，根据单级高速离心风机转速与功率成正比的关系，单级高速离心风机的转速减小，单级高速离心风机需要消耗的电功率也下降，从而实现单级高速离心风机的节能降耗。改变单级高速离心风机的转速，不仅可以改变风机性能，而且节能效果明显，同时，单级高速离心风机的转速改变时，效率保持不变。
采用本发明的脱硫用单级高速离心风机的变频运行装置后，脱硫系统及氧化风机节能降耗情况表如下：
从结果可以看出，采用这种调速装置，单级高速离心风机能够实现0～25％的节能，甚至更多，单级高速离心风机的启动能够逐步运行，避免现场的突然启动和停止，能够更好地保护设备，增加设备及其零部件的使用寿命，减少现场检修维护量和维护费用。
本发明的变频运行装置的优点：
(1)调速效率高，属于高效调速方式。这是由于在频率变化后，永磁同步电机仍在同步转速附近运行，基本保持额定转差，只是在变频装置系统中会产生变流损失，以及由于高次谐波的影响，永磁同步电机的损耗增加，从而效率有所下降。
(2)调速范围宽，一般可达20：1，在整个调速范围内具有高的调速效率，变频调速适用于调速范围宽，且经常处于低负荷状态下运行的场合。
(3)机械特性较硬，在无自动控制时，转速变化率在5％以下；当采用自动控制时，能做高精度运行，把转速波动率控制在0.5～1％左右。
(4)变频运行装置万一发生故障，可以退出运行，改由电网直接供电，单级高速离心风机仍可继续保持运转。
(5)能兼作启动设备，即通过变频器将永磁同步电机启动到某一转速，再断开变频器，永磁同步电机可直接接到工频电源使单级高速离心风机加速到全速。在变频器向工频电源切换时，一般有400～500％的冲击电流产生，电网电压瞬时下降，电动机受到机械冲击。为了防止这种现象的产生，可在永磁同步电机和工频电源之间并联一个启动电抗器，以便在启动时抑制冲击电流的产生。
实施例2，一种脱硫用单级高速离心风机的变频运行装置的变频运行方法，包括以下步骤：
步骤1，启动永磁同步电机1、变频器2和单级高速离心风机3；
步骤2，上位机根据脱硫系统所需氧化风的流量，计算出单级高速离心风机3的理论转速；
步骤3，单级高速离心风机3上的转速传感器获取单级高速离心风机3的当前转速，上位机结合步骤1中的理论转速，得到单级高速离心风机3所需要的调整转速；
步骤4，变频器2的控制器根据接收到的调整转速的调整信号，将该调整信号转换成控制信号后，控制变频器2的逆变器调节输出的电压、频率，驱动永磁同步电机1按照此电压和频率进行工作，进而改变单级高速离心风机3的输出转速。
进一步的，步骤1中，启动变频器2时，变频器2的整流器将工频交流电转换为直流电，变频器2的滤波器将转换后的直流电进行滤波平滑；
步骤4中，根据控制器的控制信号，逆变器将滤波平滑后的直流电转化成电压、频率满足调整转速的交流电，驱动永磁同步电机1。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。