CN101422754B - 零火花高压静电除尘供电的控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉一种零火花高压静电除尘供电的控制方法和系统，它包括附加检测电极、火花电压发生电路单元、高压测量电路和微机控制单元。通过在烟气通道中设置附加电极装置，检测电极与检测电压发生电路连接，通过检测附加电极的临界击穿电压，通过线性关系计算出除尘电场的临界击穿电压。本发明的烟气介质临界击穿电压检测控制方法和系统具有结构简单、反应速度快、除尘电场无火花等特点。

Description

零火花高压静电除尘供电的控制方法和系统

技术领域

本发明涉及高压静电除尘供电的控制方法和系统，特别是一种零火花高压静电除尘供电的控制方法和系统，具体为一种通过增加附加采样电极实现自动检测烟气介质临界击穿电压，并且可以根据检测结果实时调节除尘电场电压，具有结构简单、反应速度快、除尘电场无火花等特点。

背景技术

高压静电除尘的基本原理为：高压静电除尘器是由两个极性相反的电晕极和集尘极组成的。工作时在电晕极和集尘极之间施加直流高电压使电晕极发生电晕放电，在电晕极附近形成电晕区。电晕放电使电晕区内生成大量的自由电子、正离子和负离子(自由电子附着而带负电的气体分子)，充满到两极间的绝大部分空间。当污染气体通过这一电场空间时，充满在空间的自由电子和负离子将与污染气体中的气溶胶粒子碰撞并附着在汽溶胶粒子上使之带电，形成带负电的粒子。由于在静电场中作用在荷电粒子上的电场力比重力大得多，所以在电场力的作用下，这些带负电的离子将被驱往集尘极，放出所带电荷而沉积在集尘极上。

除尘效率由多依奇公式：η＝1-e^-Av/Q表示，其中：A为集尘极的面积；Q为气体流量；v为尘粒有效驱进速度，与电晕功率成正比，即正比于电晕电流和极间电压的乘积。电晕电流、电晕功率通常在接近火花放电状态时，随着电压的升高而急剧增加。因此，为了保证最高的除尘效率，必须尽量提高除尘电场的电压，但随着电场电压的增加，会出现火花击穿的现象，对电极造成损伤，降低除尘效率。火花产生后，必须由控制电路对电场电压调压进行降压保护，此后的电压慢慢上升至工作电压。为保证最高除尘效率同时减小对电极的损伤，必须尽量提高电场电压但不能出现火花击穿，因而需寻求一个最佳的电源电压控制规律，即电压控制曲线，这条电压控制曲线越接近介质击穿曲线，除尘效率越高。

静电除尘电源有手动调节输出和自动调节输出两种控制方式。前者对于烟尘介质的变化没有自动调节能力，需要人工干预，除尘效率低、能耗高，后者具有根据烟尘介质自动调节输出的能力，高效节能，是主流的除尘电源控制方式。

目前自动调节输出的除尘电场电压控制一般采用两种控制方式：

1)火花跟踪控制。采用试探的方法慢慢升高除尘电场电压，当检测到火花击穿时，迅速降低电场电压并记下此时击穿电压，待介质恢复后，升高电场电压至小于上次击穿的一个电压值，过一定时间周期后重复上述过程，周而复始，形成一个有固定火花率的除尘电场。火花跟踪控制存在如下问题：(1)由于除尘电场火花的存在，造成火花出现时除尘效率大大下降，因而导致总的除尘效率的下降；

(2)由于除尘电场火花的存在，对电极造成一定的损伤；

(3)为了提高除尘电压的跟踪速度必须提高火花率，而提高火花率又造成除尘效率的下降和电极的损坏，因而出现了矛盾；

(4)当由于烟气成份、浓度、湿度、温度等参数发生变化时，除尘电压无法快速随着做出相应调整。

2)烟气温度采样控制(CN 03116015.8)烟气温度变化时，采取跟踪电除尘器入口烟气温度来判定并控制除尘电压运行在预先实验测得的最佳设定值上，可有效提高除尘效率。这种控制存在如下问题：由于烟气成份、浓度、湿度、温度等参数发生变化均会造成介质击穿电压的变化，所以只检测烟气入口温度无法得到准确的除尘电压最佳设定值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种零火花高压静电除尘供电的控制方法和系统，可以克服现有技术的不足，通过自动检测烟气介质临界击穿电压，实时调节除尘电场电压。本发明的烟气介质临界击穿电压检测控制方法和系统具有结构简单、反应速度快、除尘电场无火花等特点。

本发明提供的零火花静电除尘控制系统包括：

附加检测电极，与火花电压发生电路单元相连，用于检测烟气通道内烟气介质的火花击穿电压。

火花电压发生电路单元，用于产生连续可调的输出高电压，输出至附加检测电极，连接的电压进行检测，判断火花击穿电压。

高压测量电路，用于完成对附加检测电极电压的测量变送。

微机控制单元，用于对检测电极电压进行调节，接受高压测量电路输入的电压信号，并输出参考电压至除尘电源控制除尘电场电压。

所述的检测电极为一个或多个，每个检测电极与除尘电极材质相同，并具有与除尘电极类似的结构(如图2所示)，与除尘电极安装在同一个烟气通道内，保证待除尘烟气流过检测电极。

所述的火花电压发生跟踪电路单元为一个或多个，每个检测电极与除尘电压发生电路安装在同一个机柜内或独立设计成一个机柜单元，并与检测电极连接。

所述的微机控制单元由微机控制器及其外围电路构成。

本发明提供的零火花高压静电除尘供电的控制方法包括的步骤：通过在烟气通道中设置附加电极装置，检测电极与检测电压发生电路连接，通过检测附加电极的临界击穿电压，通过线性关系计算出除尘电场的临界击穿电压。

本发明提供的零火花高压静电除尘供电的控制方法包括以下的步骤：

1)火花电压检测单元校正：

在烟气流通状况稳定的前提下，启动火花电压发生电路，逐渐升高检测电极的电压直至发生火花击穿，测得检测电极的临界击穿电压U2。

启动除尘电源，进入手动调节输出状态，逐渐升高除尘电极上的电压，直至发生火花击穿，测得此时除尘电极的临界击穿电压U1。

由公式U1＝kU2，得k＝U1/U2。当烟气参数变化时，由检测到的检测电极的临界击穿电压U2，可以计算得出除尘电极的火花击穿电压U1。

2)无火花除尘运行：

微机控制逐渐升高火花电压发生电路单元产生的火花电压，直至发生火花击穿，通过对检测电极的电压进行检测，得到检测电极击穿电压U2。

由先前测得的k，可计算出除尘电极的临界击穿电压U1＝kU2，进而得出工作除尘电场电压Uo＝U1-a，其中a为保险常数，代表工作除尘电压低于临界击穿电压的程度。

3)上述步骤得到除尘电场电压Uo后，火花电压检测单元向除尘电压功率单元输入给定电压Ur＝Uo/K，K为电压放大倍数，通过闭环调节使得除尘电场电压稳定输出为Uo。周而复始，实现高效无火花除尘状态。

本发明中与附加电极连接的单元具有完整的外壳，并可作为独立的装置与除尘电源配套使用。

本发明与现有技术相比，零火花高压静电除尘供电控制系统的主要特点是：实现待除尘烟气介质临界击穿电压的实时无火花测量，其优点是：

1)以火花击穿附加的检测电极测量临界击穿电压，代替了现有直接击穿除尘电极进行临界电压测量的方法，实现了除尘电场无火花工作状态，最大限度的提高了除尘效率。

2)可通过提高检测电极火花率而提高检测速度，实现待除尘烟气临界击穿电压的实时检测。

3)由于可以采用独立的微机控制系统，零火花高压静电除尘供电控制系统作为一个独立的单元，不但可以集成应用于新的静电除尘装置，而且可以用于老设备的改造，提高除尘效率。

附图说明

图1是本发明静电除尘控制系统一种实施例的总体构成图。

图2是本发明静电除尘控制系统一种实施例的检测电极安装结构图。

图3是本发明静电除尘控制系统一种实施例的除尘电压电路单元系统框图。

图4是本发明静电除尘控制系统一种实施例的火花电压发生跟踪单元系统框图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明，但它不限制本发明的权利要求。

如图所示，1是除尘电极，2是附加检测电极，3是高频变压器，4是电感，5是除尘电源的高压硅堆，6是高频变压器，7是电感，8是火花电压发生电路单元的高压硅堆。

除尘电压电路单元和上述火花电压检测单元构成一套完整的静电除尘供电系统。

微机控制器的具体组成为：微处理器(CPU)。

模数转换单元(AD)，用于将采集的附加电极电压模拟量转换为数字量供CPU进行处理。

数模转换单元(DA)，用于将CPU输出的数字信号转换为模拟信号，提供给火花电压发生电路，产生特定值的输出高电压供给检测电极。

接口电路，提供人机界面及外接电路接口。

参见图1、2，本发明的零火花高压静电除尘供电控制系统与除尘电极配合使用。除尘电压电路单元产生高压除尘电场电压，供给除尘电极1，除尘电极1安装在待除尘烟气通道中，实现高压静电除尘功能。

本发明的零火花高压静电除尘供电控制系统具有附加的一套或多套独立的检测电极2，与除尘电极1安装在同一烟气通道中，使得检测电极与除尘电极作用范围的烟气具有相同的成份。

如图3所示，本发明的零火花高压静电除尘供电控制系统具有高压静电电压产生功能，也就是实现工频电源通过半导体变流转换成除尘电压的功能。

高压除尘静电电压产生功能具体实现方式为：三相工频交流电压经过整流滤波后变为直流电压，再进行高频逆变变成高频交流电压，通过高频变压器3升压，经过高压硅堆5整流成高压直流电压，电感4具有电流续流作用，可以使得输出电压更为平滑。

如图4所示，本发明的零火花高压静电除尘供电控制系统具有一套或多套火花电压发生跟踪单元，火花电压发生跟踪单元可以产生可调的火花电压，对检测电极2的电压进行检测，判断击穿电压。

火花电压发生跟踪单元功能具体实现方式为：工频交流电压经过整流滤波后变为直流电压，再进行高频逆变变成高频交流电压，通过高频变压器6升压，经过高压硅堆8整流成高压直流电压，电感7具有电流续流作用，可以使得输出电压更为平滑；微机控制单元控制作用在检测电极2上的电压不断上升，直到检测到发生介质击穿，记下击穿前的检测电极临界击穿电压U2；根据上述火花电压检测单元校正步骤2)测得的U1＝kU2关系，得到此时介质状态的除尘电场击穿电压U1。

本发明的零火花高压静电除尘供电控制系统具有实时控制除尘电场电压功能。控制除尘电场电压功能具体实现方式为：上述步骤得到除尘电场击穿电压U1后，火花电压发生跟踪单元向除尘电压功率单元输入给定电压Ur，通过闭环调节使得除尘电场电压稳定输出为U1-a，其中a为一个较小的保险常数。

本发明提供的零火花高压静电除尘供电的控制方法具体步骤叙述如下：

在除尘通道中除尘电极的前面设置附加检测电极。

检测单元校正：首先确认烟气流通状况稳定，启动火花电压发生电路，逐渐升高检测电极的电压直至发生火花击穿，测得此时检测电极的临界击穿电压为U2＝12000V。启动除尘电源，进入手动调节输出状态，逐渐升高除尘电极上的电压，直至发生火花击穿，测得此时除尘电极的临界击穿电压为U1＝72000V。由公式U1＝kU2，得k＝6。这样就得到U1＝6U2。

投入运行：启动火花电压发生电路，测得U2＝11000V，取保险电压常数a＝1000V，得实际输出除尘电压为Uo＝kU2-a＝6×11000-1000＝65000V，火花电压检测单元将需要输出到除尘电极的电压Uo以模拟量参考电压Ur传递给除尘电源，其中Ur＝Uo/10000＝6.5V，除尘单元此时控制输出除尘电压为65000V。通过不断检测U2，实时调节Uo，周而复始，实现高效无火花除尘状态。

本发明的零火花高压静电除尘供电控制系统在实际使用时，可以与除尘电压功率单元组成一个整体的单元，也可以各部分作为独立的功能单元配套使用。

本发明零火花高压静电除尘供电控制系统未述及之处适用于现有技术。

本发明零火花高压静电除尘供电控制系统的主要特点是：设计了附加的独立检测电极，解决了除尘电极的火花问题；采用火花发生跟踪单元，通过对检测电极的测控，实时计算出除尘电场的准确临界击穿电压，实现了对除尘电压的最大效率无火花控制。

Claims (5)

1.一种零火花静电除尘控制系统，其特征在于它包括：

附加检测电极，与火花电压发生电路单元相连，用于检测烟气通道内烟气介质的火花击穿电压；

火花电压发生电路单元，用于产生连续可调的输出高电压，输出至附加检测电极，对连接的附加检测电极的电压进行检测，判断火花击穿电压；

高压测量电路，用于完成对附加检测电极电压的测量变送；

微机控制单元，用于对检测电极电压进行调节，接受高压测量电路输入的电压信号，并输出参考电压至除尘电源控制除尘电场电压。

2.根据权利要求1所述的零火花静电除尘控制系统，其特征在于所述的附加检测电极为一个或多个，每个附加检测电极与除尘电极材质相同，并具有与除尘电极类似的结构，与除尘电极安装在同一个烟气通道内，保证待除尘烟气流过附加检测电极。

3.根据权利要求1所述的零火花静电除尘控制系统，其特征在于所述的火花电压发生电路单元为一个或多个，每个附加检测电极与除尘电压发生电路安装在同一个机柜内或独立设计成一个机柜单元，并与附加检测电极连接。

4.根据权利要求1所述的零火花静电除尘控制系统，其特征在于所述的微机控制单元由微机控制器及其外围电路构成。

5.一种零火花高压静电除尘供电的控制方法，其特征在于它包括以下的步骤：

1)火花电压检测单元校正：

在烟气流通状况稳定的前提下，启动火花电压发生电路，逐渐升高检测电极的电压直至发生火花击穿，测得检测电极的临界击穿电压U2；

启动除尘电源，进入手动调节输出状态，逐渐升高除尘电极上的电压，直至发生火花击穿，测得此时除尘电极的临界击穿电压U1；

由公式U1＝kU2，得k＝U1/U2。当烟气参数变化时，由检测到的检测电极的临界击穿电压U2，计算得出除尘电极的火花击穿电压U1；

2)无火花除尘运行：

微机控制逐渐升高火花电压发生电路单元产生的火花电压，直至发生火花击穿，通过对检测电极的电压进行检测，得到检测电极击穿电压U2；

由先前测得的k，计算出除尘电极的临界击穿电压U1＝kU2，进而得出工作除尘电场电压Uo＝U1-a，其中a为保险常数，代表工作除尘电压低于临界击穿电压的程度；

上述步骤得到除尘电场电压Uo后，火花电压检测单元向除尘电压功率单元输入给定电压Ur＝Uo/K，K为电压放大倍数，通过闭环调节使得除尘电场电压稳定输出为Uo，周而复始，实现高效无火花除尘状态。

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