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(yùn)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(yàn)，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(xiàn)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(xiàng)重要決策，是國家經(jīng)濟(jì)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(shí)際運(yùn)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(shí)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(jì)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(jī)械（振打系統(tǒng)，電暈線結(jié)構(gòu)，收塵板等），一臺電氣機(jī)械（高壓電源、放電等），一臺流體動力機(jī)械（氣流分布和調(diào)節(jié)等），一臺“化工機(jī)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(xiàng)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(yàn)，又沒有電除塵器運(yùn)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(jìn)行節(jié)能，這種方式不僅要時時刻刻進(jìn)行人工干預(yù)，而且不能保證電除塵器的高效率運(yùn)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(dá)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(hù)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(hù)，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(yùn)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(jìn)，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(shí)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(yùn)行功率來實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

2.2 節(jié)能控制策略開發(fā)

基于大量最佳運(yùn)行方式的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果和工業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合電除塵器工藝師多年的經(jīng)驗(yàn)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(yùn)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(yùn)行方式和間歇供電占空比等運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制，使設(shè)備始終運(yùn)行在除塵效率最高、功耗最小的較理想狀態(tài)，從而達(dá)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(shí)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(yùn)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(jìn)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(diǎn)。高頻電源的應(yīng)用，實(shí)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(jìn)而降低粉塵比電阻，提高電除塵的效率，為進(jìn)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(jī)一般為高配置的工控機(jī)，軟件系統(tǒng)安裝在主機(jī)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(jī)：由工業(yè)控制計算機(jī)、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)、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(jī)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(jī)的命令并向上位機(jī)傳送運(yùn)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(jī)、卸灰電機(jī)、電加熱器等低壓設(shè)備，通過通訊可接受上位機(jī)的參數(shù)設(shè)定，并向上位機(jī)傳送工作參數(shù)和運(yùn)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(shí)際對象虛擬化相應(yīng)的軟件上可以實(shí)現(xiàn)的對象，進(jìn)一步提高軟件的復(fù)用性。

（2）通訊模塊的開發(fā)。實(shí)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(shí)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(yùn)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(dá)90%。若按機(jī)組一年運(yùn)行280天（40周）、每萬kW機(jī)組每天平均節(jié)約電量400kWh、每度電0.35元計算，每萬kW機(jī)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(jī)組電除塵器一年節(jié)電672萬度電、節(jié)省電費(fèi)235.2萬元，經(jīng)濟(jì)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(jī)，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(jì)效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭國強(qiáng)，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(qiáng)，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(jī)的命令并向上位機(jī)傳送運(yùn)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(jī)、卸灰電機(jī)、電加熱器等低壓設(shè)備，通過通訊可接受上位機(jī)的參數(shù)設(shè)定，并向上位機(jī)傳送工作參數(shù)和運(yùn)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(shí)際對象虛擬化相應(yīng)的軟件上可以實(shí)現(xiàn)的對象，進(jìn)一步提高軟件的復(fù)用性。

（2）通訊模塊的開發(fā)。實(shí)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(shí)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(yùn)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(dá)90%。若按機(jī)組一年運(yùn)行280天（40周）、每萬kW機(jī)組每天平均節(jié)約電量400kWh、每度電0.35元計算，每萬kW機(jī)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(jī)組電除塵器一年節(jié)電672萬度電、節(jié)省電費(fèi)235.2萬元，經(jīng)濟(jì)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(jī)，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(jì)效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)

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[3] 鄭國強(qiáng)，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(jī)的命令并向上位機(jī)傳送運(yùn)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(jī)、卸灰電機(jī)、電加熱器等低壓設(shè)備，通過通訊可接受上位機(jī)的參數(shù)設(shè)定，并向上位機(jī)傳送工作參數(shù)和運(yùn)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(shí)際對象虛擬化相應(yīng)的軟件上可以實(shí)現(xiàn)的對象，進(jìn)一步提高軟件的復(fù)用性。

（2）通訊模塊的開發(fā)。實(shí)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(shí)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(yùn)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(dá)90%。若按機(jī)組一年運(yùn)行280天（40周）、每萬kW機(jī)組每天平均節(jié)約電量400kWh、每度電0.35元計算，每萬kW機(jī)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(jī)組電除塵器一年節(jié)電672萬度電、節(jié)省電費(fèi)235.2萬元，經(jīng)濟(jì)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(jī)，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(jì)效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭國強(qiáng)，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

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[3] 鄭國強(qiáng)，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.