電除塵電氣控制的自動化設計要點分析

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.32.031

摘" 要：為解決電除塵系統運行環節存在的耗電量過大、電氣控制精度不足問題，規避由此引發的除塵效率下降困境，保證系統運行效益、節能效益的綜合提升，該文進行深入探究。先簡要分析案例電除塵系統運行現狀，然后針對分析結果設計控制參數調節試驗，在此基礎上對應完善負荷控制、濁度控制功能，拆除原有高低壓控制柜，更換為WFb型電除塵專用高壓整流設備，同時調整振打器振打方式，經過技改的電除塵系統運行表現良好，能夠為電除塵電氣控制自動化設計提供借鑒。

關鍵詞：電除塵；電氣控制；自動化設計；通信網絡系統；振打器

中圖分類號：X773" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）32-0１２４-0４

Abstract： In order to solve the problems of excessive power consumption and insufficient electrical control precision in the operation of the electrostatic precipitator system， to avoid the decline of dust removal efficiency， and to ensure the comprehensive improvement of system operation and energy-saving benefits， this paper makes an in-depth exploration. First， the operation status of the electrostatic precipitator system is briefly analyzed， and then the control parameter adjustment test is designed according to the analysis results. On this basis， the functions of load control and turbidity control are improved， the original high and low voltage control cabinet is removed and replaced by WFb special high voltage rectifying equipment for electrostatic precipitator. At the same time， the vibrating mode of the vibrator is adjusted， and the technical reform of the electrostatic precipitator system performs well. Therefore， this design can provide reference for the automatic design of electrical control of electrostatic precipitator.

Keywords： electrostatic precipitator; electrical control; automatic design; communication network system; vibrator

近年來我國經濟增速放緩，產業格局升級迭代趨勢明朗，傳統粗放型生產模式被全面摒棄和淘汰，新型、綠色生產理念深入人心，為各行業領域的轉型注入了活力。發電行業作為典型高耗能產業，同樣加快了轉型步伐，如何優化設備運行效益，如何提高除塵系統綜合性能，成為了諸多管理者關注的焦點問題，有必要從清潔、綠色角度出發，對其自動化設計方式進行深入系統探究。

1" 案例電除塵系統運行現狀

為直觀說明電除塵電氣控制自動化設計要點，文章引進某火電廠除塵供電系統技改案例輔助闡述。該發電廠共配備了3臺發電機組，規格均為200 MW，采用并列配置方式與除塵系統相連，每臺機組對應2臺除塵器，型號為2GF158M高壓直流設備，運行模式共有5種，對應鍋爐負荷情況可見表1。系統采用常規電氣控制方式，另外配備卸灰設備、陰極線陽極線、振打系統等附加裝置，供電部分采用DK-PLC低壓程控設備，以及GGAJ02-1.4 A/72 kV-WE型高壓控制器[1]。正式運行環節，供電系統啟動并全波供電，依賴人工控制四點式隔離開關，配合振打器間歇振打。系統自建成以來，至今已運行20余年，期間表現較為穩定，但存在耗能較高的問題。高功率、大電流運行模式下電廠除塵成本上升，電器元件的工作環境也較為惡劣，維護保養費用相對較高，高壓控制柜、整流變壓器尤其需要加強保養，負擔相對較重?，F階段電廠響應轉型升級、綠色生產號召，考慮對電除塵系統進行優化改造，下面就其改造設計細節進行探究分析。

2" 電除塵電氣控制參數試驗

2.1" 試驗設計思路

電除塵器工作過程通常分為4個階段，即氣體電離、粉塵荷電、粉塵沉降和清灰。供電系統運行提供能量，使氣體電離并生成大量自由電子，與負離子、粉塵等發生碰撞，并吸附空氣中0.01～50 μm的粉塵，最后在沉積、振打功能支持下，將粉塵收集到灰斗之中，實現除塵目標。從中可以看出，電除塵裝置運行效率主要受如下幾個因素的制約。①煙氣及粉塵性質，比如粉塵濃度、粒徑、黏附力等。②電除塵器結構，比如電場長度、串聯數，以及電廠集塵面積、氣流分布狀態等。③操作因素，比如鍋爐運行參數設置、電場電暈功率設置等。其中電場電暈功率的可調節空間較大，功率越高、除塵效率越高，只有協調好各電場的出力關系，平衡好功率與除塵效率之間的關系，才能確保綜合效益的優化。基于此，電氣控制自動化設計環節，先對控制參數進行了試驗分析，以案例項目1號鍋爐為研究對象，對除塵器電場出力進行合理化分配。

2.2" 試驗過程

從現有結構上看，電除塵器各運行模式下，主要對應設置有4個電場，選定模式3、模式4作為研究對象。初始狀態下，模式3、模式4的二次電流參數有所不同，前者 1～4號電場電流分配參數分別為400～700、400～700、400～600、400～700 mA，后者4個電場的電流分配參數分別為400～800、400～800、400～600、400～700 mA。試驗開始后對兩電場電流分配情況進行調節，過程分述如下。①第一次試驗。1號電場二次電流限制均設置為600 mA，2號電場二次電流適當調低，模式3和模式4分別設置為400、450 mA，持續運行24 h并記錄運行結果，發現廠用電率有所下降，從原先的0.32%降低到了0.29%，粉塵質量濃度也明顯下降，從原先的11 mg/m3降低到了9 mg/m3。②第二次試驗。根據前述試驗結果，對電場出力進行深入調節，優化3號電場電流分配結構，模式3、模式4條件下，電流分別調整為400、450 mA，啟動除塵設備運行24 h，并跟蹤記錄除塵情況、耗能情況，結果發現粉塵質量濃度未變，廠用電率下降0.02%。③第三次試驗。在第三次試驗中，將3號電場的二次電流限制調整到350 mA，4號電場的二次電流限制同樣下調，為200～350 mA，統計結果顯示廠用電率繼續下降，降幅同樣為0.02%，但此時的粉塵質量濃度出現了明顯上漲，從原先的9 mg/m3升至13 mg/m3。

2.3" 試驗結果

通過前述的3次試驗可以發現，電場二次電流分配情況對電除塵器運行效率有著較為明顯的影響，適當調整二次電流限制，可以降低廠用電率，同時促進粉塵質量濃度的下降，但調節不當，也可能會引發粉塵質量濃度上升問題，削弱處理效果?；诖?，對電除塵器最優二次電流配置參數進行綜合協調，協調結果可見表2。不同模式下，采用的二次電壓限制均為80 kV，粉塵進入1號電場后，在較高的二次電流作用下充分帶電，提高收灰效率，2、3號電場二次電流調低，以降低出口處的粉塵質量濃度。經過調節的除塵器系統運行良好，廠用電率下降到0.25%，24 h粉塵排放質量濃度檢測結果符合標準，控制在15 mg/m3上下[2]。

3" 電除塵電氣控制的自動化設計方法

電除塵電氣控制自動化系統的設計初衷便是最大限度地幫助企業降低人力資源成本，借助自動化設備來支撐電除塵器的安全平穩運行。電除塵電氣控制自動化系統設計特點共涵蓋以下幾點。①人工操作程度相對較低，被控制對象的數量相對較少，工作精準度相對較高。②系統反應相對較為靈敏，具有相對較高的抗干擾性，實際操作相對較為簡單。

3.1" 改進負荷控制及濁度控制功能

確定電除塵電氣控制參數后，還需要調整電氣控制功能，主要采用閉環反饋控制模式，上位機實時收集參數、發出指令，下位機采用ALSTOM邏輯數控PLC控制器，降低對人工操作的依賴性，提高自動化水平的同時保證控制精度?？刂埔罁饕韵?種。①鍋爐負荷指標。鍋爐實際運行過程中，負荷參數會轉變為4～20 mA的電流信號，經由PLC可編程邏輯控制器的解譯，送入上位機組態之中，組態運行計算并饋回控制指令，調節不同電場的出力情況，調節范圍受設定限值的約束，能夠較好地達成控制優化目的。同時，負荷控制還預留出了100 s左右的延時，系統可以自動計算期間預計負荷的平均值，若平均值與設定臨界值不符，則控制模式發生改變，二次電流、限制數值等均會對應調節，顯著提升了控制系統的自動化水平。②濁度指標。在裝置出口處安裝傳感器設備，實時收集煙氣粉塵節點數據，并進行濁度計算。通過人機交互界面提前設置好上、中、下3個閾值[3]，將計算出的濁度指標與閾值進行比較，若實際值大于上閾值，則對應調整二次電流至設定上限；若實際檢測值在中、上閾值之間，則根據設定梯度對應調整二次電流限制值；若檢測值在下、中閾值之間，則二次電流限制值不變。

3.2" 配備WFb型高壓整流器

考慮到現階段電除塵裝置運行年限較長，供電控制設備在長期大功率條件下運行，存在較為嚴重的老化問題，很容易影響機組運行效率，因此自動化設計環節，還對高低壓控制設備進行了優化設計。引入WFb型除塵專用高壓整流器，與PLC可編程邏輯控制器連接，實現全自動化的遠程控制。該種整流設備主要由3部分組成，其中高壓控制柜配置了主控單元、信號單元、操作單元等；硅整流升壓變壓器配置有取樣回路、磁力鐵芯等；高壓隔離開關柜配備有門聯鎖、三點式刀閘等。其主要功能可歸納為如下幾點。①間歇供電?？梢砸幈芊蹓m比電阻過高問題，防止電暈現象出現，同時提升效率、降低能耗，要根據實際情況決定間歇供電時長和時間段，占比通常維持在1∶2到1∶256。②降壓振打。能夠在高壓、低壓系統聯動支持下，較好地完成振打任務，平均節能達到20%以上，整體的響應速度也有所提升。改造環節需要先拆除原有高壓、低壓控制柜，更換為DDPLC低壓控制柜及GGAJ02-1.4 A/72 kV-WE型高壓控制器，配套安裝智能型四點高壓隔離開關。

3.3" 優化振打器振打方式

振打器同樣是電除塵系統的重要組成部分，案例電廠初始運行狀態下，主要采用矩陣振打模式，按照設定順序依次振打各極板，以達到落灰、收灰的目的。從實際監測情況看，這種振打控制邏輯的原理較為簡單，但3號、4號電場陽極處理環節所用時間較長，同等時間段內可能會出現積灰厚度不足的問題，造成能源浪費，如果調高對應電場的二次電壓，又可能引發廠用電率升高狀況，因此自動化設計環節，還對振打時間間隔進行了適當調整。引入了分組振打思路，每臺機組對應4個電場組，調整導通角針對性，并改變電場組振打時間，其中1號、2號電廠組振打周期分別為3 min和15 min，3號和4號電場組分別為1 h和2 h，實際運行過程中由高分辨率監控觀測極板積灰情況，并通過PLC可編程邏輯控制器傳遞監測信息、饋回指令信息，實現靈活調節。方案實施后進行了為期24 h的觀察，結果發現分組振打方式表現良好，持續運行一個月后，電除塵極板積灰基本清潔完畢，除塵效率有所提升，煙氣出口粉塵質量濃度小幅下降[4]。

3.4" 借助計算機監控及通信網絡系統

案例電廠在初始運行狀態下，要想切實利用好電氣控制自動化設計來對當前的電除塵工作進行充分的優化升級。便需要借助計算機監控系統及通信網絡系統來對其綜合自動化設計工作給予幫助。工作人員首先需要對電除塵器的類型及自身標準配置等基本屬性進行了解與掌握，并將所掌握的基礎信息作為自動化控制系統的設計信息。當前絕大多數的企業都會將計算機監控系統作為電除塵的電氣自動化控制承載方式，計算機控制系統自身所具有的可靠性及經濟適用性，使得計算機監控系統成為電除塵電氣控制自動化設計的主要系統承載。當前計算機監控控制系統可以分為2種類型，分別為分散式監控和集中式監控。

除此之外，通信網絡系統作為電除塵電氣控制自動化設計工作的重要輔助工具，對綜合自動化設計工作有著極大的推動作用。電除塵電氣控制自動化設計工作主要針對電除塵器的正常運行、定期檢修以及事故排查等工作進行自動化建設。倘若發現電除塵器存在運行故障后，在對其進行故障維修之前，需要對其發射故障報警。以此來使得各個有關運行部門都可以在第一時間了解到電除塵器的實際運行狀態，有效規避因電除塵器故障所導致的人員傷亡及財產損害問題。而電除塵器故障報警信號的發射，便需要借助通信網絡系統來實現，為切實保證故障報警信息可以在第一時間被傳達到有關智能終端[5]，技術人員需要對通信網絡的寬帶速度進行優化升級，為切實保證通信信息的暢通，技術人員需要對通信線路進行優化，以此來最大限度地保證電除塵電氣自動化控制系統的運行安全。

由此可見，基于社會經濟發展及自動化控制技術的不斷發展，電除塵電氣控制自動化設計已然成為當前電廠電除塵工作的主要發展方向。電廠在保證自身經濟效益的同時，也需要對自身的生態環境效益給予高度的關注與重視，并對自身的建設成本進行有效考量，最大限度地實現電除塵電氣控制自動化系統的有效構建，幫助企業降低人力資源成本和物力資源成本，全面促進企業的健康可持續發展。

3.5" 優化現場總線監控方式

現場總線監控技術也是當前計算機監控系統中所衍生出的自動化控制技術之一，將其充分地應用到電除塵電氣控制自動化設計工作之中，可以最大限度地提升控制自動化設計質量及效能。由于現場總線監控技術具有相對較高的針對性，在實際的自動化設計工作中，設計人員可以根據總線監控技術對電氣控制自動化設計的不同環節進行不同的控制，使得電除塵電氣控制自動化系統不會受到集中化的影響。同時現場總線監控系統在對電氣控制自動化系統進行設置的過程中，會對不同的裝置使用不同的運行語言，從而使得各個設計節點之間不會產生必然的聯系，從而有效降低電除塵電氣控制自動化系統的故障牽連性[6]，最大限度地保證了系統的運行安全。

4" 電除塵電氣控制的自動化設計效益分析

為驗證電除塵電氣控制自動化設計效果，本次對改造后的除塵系統進行了為期3個月的跟蹤觀察。結果發現3臺除塵系統效率均有所提升，原設備除塵效率分別為99.12%、99.15%和99.30%，出口部分粉塵質量濃度分別為76.24、63.15、77.16 mg/m3，經過脫硫塔等后續處理設備后，平均質量濃度仍舊可以達到28.72 mg/m3。改造后3臺除塵系統質量濃度分別為29.31、29.00、28.79 mg/m3，除塵效率可以達到99.83%、99.88%和99.75%，經過脫硫塔等后續處理設備后，粉塵平均質量濃度僅有12.24 mg/m3，低于30 mg/m3的限值要求，且廠用電率下降到0.25%，實現了經濟效益和社會效益的雙重統一。

5" 結論

綜上所述，電除塵系統在高污染、高耗能產業中承擔著極為關鍵的職能，實踐中務必要給予充分重視。要做好系統的運行觀測和分析工作，根據實際情況優化系統參數和電氣控制方法，積極改進負荷控制、濁度控制功能，裝配功能先進的高壓整流器設備，同時優化振打器振打方式，降低系統耗電量的同時減少潛在故障隱患，達到節能保效的終極目標，為核心生產活動的順利推進奠定基礎。

參考文獻：

[1] 鐘志良.螺柱焊接在電除塵陰極線自動化生產中的應用[J].節能與環保，2021（10）：93-95.

[2] 黃磊.電除塵矩陣式電磁振打器控制系統改進優化[J].湖南電力，2021，41（1）：56-59.

[3] 李志才.電廠靜電除塵供電系統的自動化改造[J].電世界，2020，61（8）：17-18.

[4] 修超.電除塵陰極線電氣自動化生產系統的開發設計[J].科技創新導報，2020，17（3）：54-55.

[5] 閆東杰，張曉海，袁良宇，等.極線結構參數對孔板式電除塵器除塵性能的影響[J].環境工程，2023，41（5）：61-68，146.

[6] 王智，錢水軍，趙海寶，等.燃煤電廠深度調峰下關通道電除塵技術[J].電力與能源，2023，44（2）：191-194.

作者簡介：肖清（1989-），男，工程師。研究方向為電除塵自動控制設計與調試。