電除塵節能優化控制系統的設計與開發

李建陽

摘要：文章介紹了電除塵器節能優化控制系統需要解決的問題和關鍵性技術開發。在現場運行數據分析的基礎上，結合多年的電除塵器工作經驗，設計和開發了該系統的軟件和硬件。

關鍵詞：節能優化；電除塵器；工況診斷

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

“節能減排”是我國的一項重要決策，是國家經濟社會發展的必然選擇。電除塵器作為重要的環保設備，也是火電廠的高能耗設備，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，電除塵器耗能指標已經成為投標的一個重要技術參數，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電潛力，經濟效益明顯。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 電除塵器的復雜性

在燃煤電廠，電除塵器是最廣泛使用的工業系統，用于收集燃燒后的飛灰。它同時是一臺機械（振打系統，電暈線結構，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（氣流分布和調節等），一臺“化工機械”（灰特性和煙氣調質）。因此電除塵器是一個多參數的復雜系統，掌握各種重要參數對電除塵器工況特性和對電除塵器性能的影響是十分關鍵的。通過對電除塵器節能潛力的分析，選擇正確的方法，設計一個多參量反饋閉環、保證電除塵器性能不降低、可靠有效的節能控制系統來滿足節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，發電廠燃用煤種經常變化，導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驗，又沒有電除塵器運行工況分析軟件的支持，設計的控制系統就不能正確地自動跟蹤工況的變化，系統雖然可以有一定的節能，但電除塵器除塵效率經常受到較大影響，有的排放嚴重超標。

1.3 手工節能的局限性

在有些現場和其他的公司的產品，他們采用的節能方式是手工設定電除塵器或者采用停電場的方式進行節能，這種方式不僅要時時刻刻進行人工干預，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 濁度閉環控制系統的局限性

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

其次，EMS系統不適應現場煤種多變和電除塵的反電暈現象。

2 關鍵技術的開發

2.1 工況特性分析研究

經過對眾多電除塵器的運行數據及現場測試數據的嚴謹分析、歸納、總結及多次改進，完整地建立了科學的電除塵器工況特性分析的數學模型及軟件工具。實踐表明該模型及其工具合理、有效，不僅可以準確地判斷電場工況是處于反電暈狀態還是正常電暈狀態，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和常電暈指數，從而正確地反映整臺電除塵器的工況狀態和變化趨勢氣量下降，電場風速降低，在這種條件下也可以降低電除塵器運行功率來實現節能。

2.2 節能控制策略開發

基于大量最佳運行方式的實驗研究結果和工業應用經驗，并結合電除塵器工藝師多年的經驗積累，總結出工況分析與最優控制方式的關系。在此基礎上，開發出以鍋爐負荷、濁度儀、煙溫等多參量為反饋控制信號的新型保效節能控制系統。系統運行時，能夠根據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，實現全閉環控制，使設備始終運行在除塵效率最高、功耗最小的較理想狀態，從而達到保效最優化和節能最大化。

2.3 電除塵提效技術開發

開發了復合功率振打控制功能來實現高壓控制與低壓振打聯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，為節能提供了更大的空間，確保電除塵器在長期穩定高效運行的基礎上能夠大幅度地節能。

應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點。高頻電源的應用，實現了電除塵器供電電源技術水平質的飛躍。

結合新一代低低溫電除塵器技術，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，為進一步節能提供可能。

2.4 智能反電暈自動控制技術和間歇脈沖供電技術

高壓控制器開發了智能反電暈自動控制技術，其核心任務就是根據反電暈的程度選擇最佳的間歇供電脈沖占空比，也就是調整脈沖重復頻率和尋找最佳電壓的輸出。間歇脈沖供電技術能夠根據電場工況條件的變化和電場承載負荷的變化，及時跟蹤調節供電方式，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 系統的軟硬件設計

3.1 系統硬件設計

系統主機一般為高配置的工控機，軟件系統安裝在主機里，起監視和控制作用。通訊轉換器一般為多串口卡或其它以太網通訊轉換器。高壓單元的主控設備是高壓控制器，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、采集卡、濁度儀、PLC控制系統等組成。

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

（2）高壓系統：該系統由高壓硅整流設備（T/R）組成，其控制器是常規電源控制器或高頻電源，設有RS422通訊或以太網接口和遙控啟動/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。

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

3.2 系統軟件設計

軟件采用C/S結構，服務器主要用于與控制設備的通訊、數據管理、設定管理和專家系統，客戶端用于用戶監視和操作。節能系統采用MicorsoftVisualStudio開發完成。

（1）電除塵對象設計。采用面向對象軟件開發技術，對電除塵器實際對象虛擬化相應的軟件上可以實現的對象，進一步提高軟件的復用性。

（2）通訊模塊的開發。實現了高壓控制系統（常規電源、高頻電源）、低壓集控系統、PLC控制系統的通訊與設定，同時，實現了多種通訊方式像串口、以太網、冗余的通訊結構等，整個通訊模塊需要保證軟件的快速、可靠、穩定運行。

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

4 結語

電除塵節能優化控制系統開發完成之后，整個系統節能效果十分顯著，平均節電率大于60%，最高節電率可達90%。若按機組一年運行280天（40周）、每萬kW機組每天平均節約電量400kWh、每度電0.35元計算，每萬kW機組一年可節電11.2萬度電、節省3.92萬元，采用電除塵器節能控制系統的一臺600MW機組電除塵器一年節電672萬度電、節省電費235.2萬元，經濟效益相當可觀。此系統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場應用，不僅取得很好的節能效果，而且除塵效率比改造前有所提高、完全滿足排放要求。

因此應緊緊把握當前節能減排的有力時機，大力推廣該節能控制系統，以創造更多的節能效益、經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1] 鄭國強，等.一種基于最優控制和多參量反饋的節

能系統開發與應用[A].11屆國際電除塵會議論文

集.

[2] 福建龍凈環保股份有限公司電除塵IPEC系統說明

書.

[3] 鄭國強，等.電除塵節能優化控制系統在電廠的應

用[J].技術與工業應用.

（2）高壓系統：該系統由高壓硅整流設備（T/R）組成，其控制器是常規電源控制器或高頻電源，設有RS422通訊或以太網接口和遙控啟動/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。

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

3.2 系統軟件設計

軟件采用C/S結構，服務器主要用于與控制設備的通訊、數據管理、設定管理和專家系統，客戶端用于用戶監視和操作。節能系統采用MicorsoftVisualStudio開發完成。

（1）電除塵對象設計。采用面向對象軟件開發技術，對電除塵器實際對象虛擬化相應的軟件上可以實現的對象，進一步提高軟件的復用性。

（2）通訊模塊的開發。實現了高壓控制系統（常規電源、高頻電源）、低壓集控系統、PLC控制系統的通訊與設定，同時，實現了多種通訊方式像串口、以太網、冗余的通訊結構等，整個通訊模塊需要保證軟件的快速、可靠、穩定運行。

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

4 結語

電除塵節能優化控制系統開發完成之后，整個系統節能效果十分顯著，平均節電率大于60%，最高節電率可達90%。若按機組一年運行280天（40周）、每萬kW機組每天平均節約電量400kWh、每度電0.35元計算，每萬kW機組一年可節電11.2萬度電、節省3.92萬元，采用電除塵器節能控制系統的一臺600MW機組電除塵器一年節電672萬度電、節省電費235.2萬元，經濟效益相當可觀。此系統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場應用，不僅取得很好的節能效果，而且除塵效率比改造前有所提高、完全滿足排放要求。

因此應緊緊把握當前節能減排的有力時機，大力推廣該節能控制系統，以創造更多的節能效益、經濟效益和社會效益。

參考文獻

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（2）高壓系統：該系統由高壓硅整流設備（T/R）組成，其控制器是常規電源控制器或高頻電源，設有RS422通訊或以太網接口和遙控啟動/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。

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

3.2 系統軟件設計

軟件采用C/S結構，服務器主要用于與控制設備的通訊、數據管理、設定管理和專家系統，客戶端用于用戶監視和操作。節能系統采用MicorsoftVisualStudio開發完成。

（1）電除塵對象設計。采用面向對象軟件開發技術，對電除塵器實際對象虛擬化相應的軟件上可以實現的對象，進一步提高軟件的復用性。

（2）通訊模塊的開發。實現了高壓控制系統（常規電源、高頻電源）、低壓集控系統、PLC控制系統的通訊與設定，同時，實現了多種通訊方式像串口、以太網、冗余的通訊結構等，整個通訊模塊需要保證軟件的快速、可靠、穩定運行。

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

4 結語

電除塵節能優化控制系統開發完成之后，整個系統節能效果十分顯著，平均節電率大于60%，最高節電率可達90%。若按機組一年運行280天（40周）、每萬kW機組每天平均節約電量400kWh、每度電0.35元計算，每萬kW機組一年可節電11.2萬度電、節省3.92萬元，采用電除塵器節能控制系統的一臺600MW機組電除塵器一年節電672萬度電、節省電費235.2萬元，經濟效益相當可觀。此系統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場應用，不僅取得很好的節能效果，而且除塵效率比改造前有所提高、完全滿足排放要求。

因此應緊緊把握當前節能減排的有力時機，大力推廣該節能控制系統，以創造更多的節能效益、經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1] 鄭國強，等.一種基于最優控制和多參量反饋的節

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[3] 鄭國強，等.電除塵節能優化控制系統在電廠的應

用[J].技術與工業應用.