電除塵節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

李建陽

摘要：文章介紹了電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)需要解決的問題和關(guān)鍵性技術(shù)開發(fā)。在現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合多年的電除塵器工作經(jīng)驗，設(shè)計和開發(fā)了該系統(tǒng)的軟件和硬件。

關(guān)鍵詞：節(jié)能優(yōu)化；電除塵器；工況診斷

中圖分類號：X701 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）09-0071-03

“節(jié)能減排”是我國的一項重要決策，是國家經(jīng)濟社會發(fā)展的必然選擇。電除塵器作為重要的環(huán)保設(shè)備，也是火電廠的高能耗設(shè)備，一般情況下電除塵器的耗電量約占電廠廠用電的3‰～5‰。在實際運行中，電除塵器作為一個耗電大戶，降低電除塵消耗功率引起電廠高度重視，電除塵器耗能指標(biāo)已經(jīng)成為投標(biāo)的一個重要技術(shù)參數(shù)，近年來的研究與實踐表明：在滿足排放要求的前提下，電除塵器具有很大的節(jié)電潛力，經(jīng)濟效益明顯。而如何在提高除塵效率、降低煙塵排放濃度的同時，大幅度降低電除塵器的能耗，是目前需要解決的重要課題。

1 需要解決的問題

1.1 電除塵器的復(fù)雜性

在燃煤電廠，電除塵器是最廣泛使用的工業(yè)系統(tǒng)，用于收集燃燒后的飛灰。它同時是一臺機械（振打系統(tǒng)，電暈線結(jié)構(gòu)，收塵板等），一臺電氣機械（高壓電源、放電等），一臺流體動力機械（氣流分布和調(diào)節(jié)等），一臺“化工機械”（灰特性和煙氣調(diào)質(zhì)）。因此電除塵器是一個多參數(shù)的復(fù)雜系統(tǒng)，掌握各種重要參數(shù)對電除塵器工況特性和對電除塵器性能的影響是十分關(guān)鍵的。通過對電除塵器節(jié)能潛力的分析，選擇正確的方法，設(shè)計一個多參量反饋閉環(huán)、保證電除塵器性能不降低、可靠有效的節(jié)能控制系統(tǒng)來滿足節(jié)能減排的需求是一項非常急迫的工作。

1.2 煤種的多變性

由于煤炭資源缺乏，發(fā)電廠燃用煤種經(jīng)常變化，導(dǎo)致電除塵器工況特性變化較大。如果缺乏了解煤種、飛灰特性對電除塵器性能影響的經(jīng)驗，又沒有電除塵器運行工況分析軟件的支持，設(shè)計的控制系統(tǒng)就不能正確地自動跟蹤工況的變化，系統(tǒng)雖然可以有一定的節(jié)能，但電除塵器除塵效率經(jīng)常受到較大影響，有的排放嚴(yán)重超標(biāo)。

1.3 手工節(jié)能的局限性

在有些現(xiàn)場和其他的公司的產(chǎn)品，他們采用的節(jié)能方式是手工設(shè)定電除塵器或者采用停電場的方式進行節(jié)能，這種方式不僅要時時刻刻進行人工干預(yù)，而且不能保證電除塵器的高效率運行，其效果顯然是不好的。

1.4 濁度閉環(huán)控制系統(tǒng)的局限性

濁度閉環(huán)控制的電除塵節(jié)能系統(tǒng)（簡稱：EMS系統(tǒng)）已投入使用多年且有成功應(yīng)用、節(jié)電率可以達到50%。但是，EMS系統(tǒng)是以濁度儀的測量值作為閉環(huán)反饋控制信號，而濁度儀是需要定期、細(xì)心維護的精密儀器，現(xiàn)場使用的大部分濁度儀由于使用環(huán)境惡劣、缺乏必要維護，經(jīng)常處于非正常狀態(tài)，使得EMS能量管理功能不能正常投入使用。

其次，EMS系統(tǒng)不適應(yīng)現(xiàn)場煤種多變和電除塵的反電暈現(xiàn)象。

2 關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)

2.1 工況特性分析研究

經(jīng)過對眾多電除塵器的運行數(shù)據(jù)及現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)分析、歸納、總結(jié)及多次改進，完整地建立了科學(xué)的電除塵器工況特性分析的數(shù)學(xué)模型及軟件工具。實踐表明該模型及其工具合理、有效，不僅可以準(zhǔn)確地判斷電場工況是處于反電暈狀態(tài)還是正常電暈狀態(tài)，而且能夠量化反電暈（常電暈）的狀況，即能夠可靠地計算出電除塵器的反電暈指數(shù)和常電暈指數(shù)，從而正確地反映整臺電除塵器的工況狀態(tài)和變化趨勢氣量下降，電場風(fēng)速降低，在這種條件下也可以降低電除塵器運行功率來實現(xiàn)節(jié)能。

2.2 節(jié)能控制策略開發(fā)

基于大量最佳運行方式的實驗研究結(jié)果和工業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗，并結(jié)合電除塵器工藝師多年的經(jīng)驗積累，總結(jié)出工況分析與最優(yōu)控制方式的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)出以鍋爐負(fù)荷、濁度儀、煙溫等多參量為反饋控制信號的新型保效節(jié)能控制系統(tǒng)。系統(tǒng)運行時，能夠根據(jù)工況變化隨時合理可靠地自動選擇電除塵器各電場的最佳運行方式和間歇供電占空比等運行參數(shù)，實現(xiàn)全閉環(huán)控制，使設(shè)備始終運行在除塵效率最高、功耗最小的較理想狀態(tài)，從而達到保效最優(yōu)化和節(jié)能最大化。

2.3 電除塵提效技術(shù)開發(fā)

開發(fā)了復(fù)合功率振打控制功能來實現(xiàn)高壓控制與低壓振打聯(lián)動的斷電振打控制策略，可以大大改善電除塵器清灰效果，提高除塵效率，為節(jié)能提供了更大的空間，確保電除塵器在長期穩(wěn)定高效運行的基礎(chǔ)上能夠大幅度地節(jié)能。

應(yīng)用新一代電除塵用高頻電源進一步提高電除塵器的除塵效率，高頻電源具有高效節(jié)能、增大電暈功率、可有效抑制反電暈、火花控制特性好等眾多優(yōu)點。高頻電源的應(yīng)用，實現(xiàn)了電除塵器供電電源技術(shù)水平質(zhì)的飛躍。

結(jié)合新一代低低溫電除塵器技術(shù)，降低電除塵入口煙氣溫度，進而降低粉塵比電阻，提高電除塵的效率，為進一步節(jié)能提供可能。

2.4 智能反電暈自動控制技術(shù)和間歇脈沖供電技術(shù)

高壓控制器開發(fā)了智能反電暈自動控制技術(shù)，其核心任務(wù)就是根據(jù)反電暈的程度選擇最佳的間歇供電脈沖占空比，也就是調(diào)整脈沖重復(fù)頻率和尋找最佳電壓的輸出。間歇脈沖供電技術(shù)能夠根據(jù)電場工況條件的變化和電場承載負(fù)荷的變化，及時跟蹤調(diào)節(jié)供電方式，最大限度地滿足電場的要求，不但提高了除塵效率，也大大降低除塵器能耗。

3 系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)主機一般為高配置的工控機，軟件系統(tǒng)安裝在主機里，起監(jiān)視和控制作用。通訊轉(zhuǎn)換器一般為多串口卡或其它以太網(wǎng)通訊轉(zhuǎn)換器。高壓單元的主控設(shè)備是高壓控制器，是電除塵器高壓控制的核心部分。低壓單元由低壓集控系統(tǒng)、采集卡、濁度儀、PLC控制系統(tǒng)等組成。

（1）系統(tǒng)主機：由工業(yè)控制計算機、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機、工作臺組成和節(jié)能系統(tǒng)軟件組成。所有設(shè)備都集中放置在工作臺內(nèi)。工作臺的基本功能為主機提供穩(wěn)定的電源；把通訊電平轉(zhuǎn)化為RS485/422電平或以太網(wǎng)信號；提供信號輸入、輸出接口。

（2）高壓系統(tǒng)：該系統(tǒng)由高壓硅整流設(shè)備（T/R）組成，其控制器是常規(guī)電源控制器或高頻電源，設(shè)有RS422通訊或以太網(wǎng)接口和遙控啟動/停止裝置，通過通訊可以接受上位機的命令并向上位機傳送運行參數(shù)。

（3）低壓系統(tǒng)：該系統(tǒng)由振打、卸灰、電加熱等子系統(tǒng)組成，用來控制電磁振打錘、振打電機、卸灰電機、電加熱器等低壓設(shè)備，通過通訊可接受上位機的參數(shù)設(shè)定，并向上位機傳送工作參數(shù)和運行狀態(tài)。

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件采用C/S結(jié)構(gòu)，服務(wù)器主要用于與控制設(shè)備的通訊、數(shù)據(jù)管理、設(shè)定管理和專家系統(tǒng)，客戶端用于用戶監(jiān)視和操作。節(jié)能系統(tǒng)采用MicorsoftVisualStudio開發(fā)完成。

（1）電除塵對象設(shè)計。采用面向?qū)ο筌浖_發(fā)技術(shù)，對電除塵器實際對象虛擬化相應(yīng)的軟件上可以實現(xiàn)的對象，進一步提高軟件的復(fù)用性。

（2）通訊模塊的開發(fā)。實現(xiàn)了高壓控制系統(tǒng)（常規(guī)電源、高頻電源）、低壓集控系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)的通訊與設(shè)定，同時，實現(xiàn)了多種通訊方式像串口、以太網(wǎng)、冗余的通訊結(jié)構(gòu)等，整個通訊模塊需要保證軟件的快速、可靠、穩(wěn)定運行。

（3）軟件專家系統(tǒng)的開發(fā)。軟件專家系統(tǒng)主要由節(jié)能管理專家系統(tǒng)、工況診斷分析系統(tǒng)、振打優(yōu)化控制系統(tǒng)等組成。節(jié)能管理專家系統(tǒng)主要用于分析診斷電除塵器電暈指數(shù)、最佳參數(shù)分析、多參數(shù)分析、節(jié)能管理控制等。工況診斷分析系統(tǒng)通過分析、歸納、總結(jié)，建立了分析診斷的數(shù)學(xué)模型，主要分析電場動態(tài)阻抗分析，反電暈檢測與定量分析，火花控制特性評價等參數(shù)；振打優(yōu)化控制系統(tǒng)主要解決在整臺除塵器中安排各個分區(qū)振打時間的分隔，在各分區(qū)振打器中優(yōu)選最佳的振打周期；在不同區(qū)域的振打器設(shè)定不同的振打力，在各分區(qū)振打時調(diào)整供電功率的控制。

4 結(jié)語

電除塵節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)開發(fā)完成之后，整個系統(tǒng)節(jié)能效果十分顯著，平均節(jié)電率大于60%，最高節(jié)電率可達90%。若按機組一年運行280天（40周）、每萬kW機組每天平均節(jié)約電量400kWh、每度電0.35元計算，每萬kW機組一年可節(jié)電11.2萬度電、節(jié)省3.92萬元，采用電除塵器節(jié)能控制系統(tǒng)的一臺600MW機組電除塵器一年節(jié)電672萬度電、節(jié)省電費235.2萬元，經(jīng)濟效益相當(dāng)可觀。此系統(tǒng)先后在江西貴溪電廠、華電可門電廠、廣東臺山電廠、大唐潮州電廠等全國上百個用戶現(xiàn)場應(yīng)用，不僅取得很好的節(jié)能效果，而且除塵效率比改造前有所提高、完全滿足排放要求。

因此應(yīng)緊緊把握當(dāng)前節(jié)能減排的有力時機，大力推廣該節(jié)能控制系統(tǒng)，以創(chuàng)造更多的節(jié)能效益、經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

[1] 鄭國強，等.一種基于最優(yōu)控制和多參量反饋的節(jié)

能系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用[A].11屆國際電除塵會議論文

集.

[2] 福建龍凈環(huán)保股份有限公司電除塵IPEC系統(tǒng)說明

書.

[3] 鄭國強，等.電除塵節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)在電廠的應(yīng)

用[J].技術(shù)與工業(yè)應(yīng)用.

（2）高壓系統(tǒng)：該系統(tǒng)由高壓硅整流設(shè)備（T/R）組成，其控制器是常規(guī)電源控制器或高頻電源，設(shè)有RS422通訊或以太網(wǎng)接口和遙控啟動/停止裝置，通過通訊可以接受上位機的命令并向上位機傳送運行參數(shù)。

（3）低壓系統(tǒng)：該系統(tǒng)由振打、卸灰、電加熱等子系統(tǒng)組成，用來控制電磁振打錘、振打電機、卸灰電機、電加熱器等低壓設(shè)備，通過通訊可接受上位機的參數(shù)設(shè)定，并向上位機傳送工作參數(shù)和運行狀態(tài)。

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件采用C/S結(jié)構(gòu)，服務(wù)器主要用于與控制設(shè)備的通訊、數(shù)據(jù)管理、設(shè)定管理和專家系統(tǒng)，客戶端用于用戶監(jiān)視和操作。節(jié)能系統(tǒng)采用MicorsoftVisualStudio開發(fā)完成。

（1）電除塵對象設(shè)計。采用面向?qū)ο筌浖_發(fā)技術(shù)，對電除塵器實際對象虛擬化相應(yīng)的軟件上可以實現(xiàn)的對象，進一步提高軟件的復(fù)用性。

（2）通訊模塊的開發(fā)。實現(xiàn)了高壓控制系統(tǒng)（常規(guī)電源、高頻電源）、低壓集控系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)的通訊與設(shè)定，同時，實現(xiàn)了多種通訊方式像串口、以太網(wǎng)、冗余的通訊結(jié)構(gòu)等，整個通訊模塊需要保證軟件的快速、可靠、穩(wěn)定運行。

（3）軟件專家系統(tǒng)的開發(fā)。軟件專家系統(tǒng)主要由節(jié)能管理專家系統(tǒng)、工況診斷分析系統(tǒng)、振打優(yōu)化控制系統(tǒng)等組成。節(jié)能管理專家系統(tǒng)主要用于分析診斷電除塵器電暈指數(shù)、最佳參數(shù)分析、多參數(shù)分析、節(jié)能管理控制等。工況診斷分析系統(tǒng)通過分析、歸納、總結(jié)，建立了分析診斷的數(shù)學(xué)模型，主要分析電場動態(tài)阻抗分析，反電暈檢測與定量分析，火花控制特性評價等參數(shù)；振打優(yōu)化控制系統(tǒng)主要解決在整臺除塵器中安排各個分區(qū)振打時間的分隔，在各分區(qū)振打器中優(yōu)選最佳的振打周期；在不同區(qū)域的振打器設(shè)定不同的振打力，在各分區(qū)振打時調(diào)整供電功率的控制。

4 結(jié)語

電除塵節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)開發(fā)完成之后，整個系統(tǒng)節(jié)能效果十分顯著，平均節(jié)電率大于60%，最高節(jié)電率可達90%。若按機組一年運行280天（40周）、每萬kW機組每天平均節(jié)約電量400kWh、每度電0.35元計算，每萬kW機組一年可節(jié)電11.2萬度電、節(jié)省3.92萬元，采用電除塵器節(jié)能控制系統(tǒng)的一臺600MW機組電除塵器一年節(jié)電672萬度電、節(jié)省電費235.2萬元，經(jīng)濟效益相當(dāng)可觀。此系統(tǒng)先后在江西貴溪電廠、華電可門電廠、廣東臺山電廠、大唐潮州電廠等全國上百個用戶現(xiàn)場應(yīng)用，不僅取得很好的節(jié)能效果，而且除塵效率比改造前有所提高、完全滿足排放要求。

因此應(yīng)緊緊把握當(dāng)前節(jié)能減排的有力時機，大力推廣該節(jié)能控制系統(tǒng)，以創(chuàng)造更多的節(jié)能效益、經(jīng)濟效益和社會效益。

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（2）高壓系統(tǒng)：該系統(tǒng)由高壓硅整流設(shè)備（T/R）組成，其控制器是常規(guī)電源控制器或高頻電源，設(shè)有RS422通訊或以太網(wǎng)接口和遙控啟動/停止裝置，通過通訊可以接受上位機的命令并向上位機傳送運行參數(shù)。

（3）低壓系統(tǒng)：該系統(tǒng)由振打、卸灰、電加熱等子系統(tǒng)組成，用來控制電磁振打錘、振打電機、卸灰電機、電加熱器等低壓設(shè)備，通過通訊可接受上位機的參數(shù)設(shè)定，并向上位機傳送工作參數(shù)和運行狀態(tài)。

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件采用C/S結(jié)構(gòu)，服務(wù)器主要用于與控制設(shè)備的通訊、數(shù)據(jù)管理、設(shè)定管理和專家系統(tǒng)，客戶端用于用戶監(jiān)視和操作。節(jié)能系統(tǒng)采用MicorsoftVisualStudio開發(fā)完成。

（1）電除塵對象設(shè)計。采用面向?qū)ο筌浖_發(fā)技術(shù)，對電除塵器實際對象虛擬化相應(yīng)的軟件上可以實現(xiàn)的對象，進一步提高軟件的復(fù)用性。

（2）通訊模塊的開發(fā)。實現(xiàn)了高壓控制系統(tǒng)（常規(guī)電源、高頻電源）、低壓集控系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)的通訊與設(shè)定，同時，實現(xiàn)了多種通訊方式像串口、以太網(wǎng)、冗余的通訊結(jié)構(gòu)等，整個通訊模塊需要保證軟件的快速、可靠、穩(wěn)定運行。

（3）軟件專家系統(tǒng)的開發(fā)。軟件專家系統(tǒng)主要由節(jié)能管理專家系統(tǒng)、工況診斷分析系統(tǒng)、振打優(yōu)化控制系統(tǒng)等組成。節(jié)能管理專家系統(tǒng)主要用于分析診斷電除塵器電暈指數(shù)、最佳參數(shù)分析、多參數(shù)分析、節(jié)能管理控制等。工況診斷分析系統(tǒng)通過分析、歸納、總結(jié)，建立了分析診斷的數(shù)學(xué)模型，主要分析電場動態(tài)阻抗分析，反電暈檢測與定量分析，火花控制特性評價等參數(shù)；振打優(yōu)化控制系統(tǒng)主要解決在整臺除塵器中安排各個分區(qū)振打時間的分隔，在各分區(qū)振打器中優(yōu)選最佳的振打周期；在不同區(qū)域的振打器設(shè)定不同的振打力，在各分區(qū)振打時調(diào)整供電功率的控制。

4 結(jié)語

電除塵節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)開發(fā)完成之后，整個系統(tǒng)節(jié)能效果十分顯著，平均節(jié)電率大于60%，最高節(jié)電率可達90%。若按機組一年運行280天（40周）、每萬kW機組每天平均節(jié)約電量400kWh、每度電0.35元計算，每萬kW機組一年可節(jié)電11.2萬度電、節(jié)省3.92萬元，采用電除塵器節(jié)能控制系統(tǒng)的一臺600MW機組電除塵器一年節(jié)電672萬度電、節(jié)省電費235.2萬元，經(jīng)濟效益相當(dāng)可觀。此系統(tǒng)先后在江西貴溪電廠、華電可門電廠、廣東臺山電廠、大唐潮州電廠等全國上百個用戶現(xiàn)場應(yīng)用，不僅取得很好的節(jié)能效果，而且除塵效率比改造前有所提高、完全滿足排放要求。

因此應(yīng)緊緊把握當(dāng)前節(jié)能減排的有力時機，大力推廣該節(jié)能控制系統(tǒng)，以創(chuàng)造更多的節(jié)能效益、經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

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