CN103970094A - 一种湿式除尘器排放与功率最佳运行状态自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了湿式除尘器排放与功率最佳运行状态自动控制系统，它包括湿式除尘器、信号采集装置和变频控制装置，湿式除尘器包括除尘器筒体（6）和供水装置以及与出气管（8）和进气管（11），供水装置包括进水控制器（3）和喷嘴（4），除尘风机与除尘器筒体相连，喷嘴位于通风管内并与进水控制器相连；信号采集装置包括粉尘浓度传感器（7）和气体流量传感器（10），变频控制装置包括变频器（2）和自动调节控制装置（1）；粉尘浓度传感器和气体流量传感器与自动调节控制装置相连，变频器与除尘风机相连。本发明通过变频器来控制除尘风机的运行功率，使除尘效率与除尘风机功率消耗实现最佳匹配，保证除尘效率在99.5%以上，减小了能耗，节约了能源。

Description

一种湿式除尘器排放与功率最佳运行状态自动控制系统

技术领域

本发明涉及一种湿式除尘器，特别涉及一种湿式除尘器排放与功率最佳运行状态控制系统。

背景技术

目前，随着我国经济的高速发展，工业化、城市化进程的快速推进，由工业化生产导致的环境污染问题也越来越突出，为了经济的可持续发展，国家提出了“节能减排”战略，如何提高工业生产中能源的利用效率、减少工业污染的排放成为时下研究的热点。

作为现代工业的主要领域，冶金、化工、电力等行业的发展带来的大气污染给自然环境和人类健康都带来了极大的危害，而粉尘则是大气污染的主要成分。虽然我国对工业污染物的排放要求不断提高，但是与发达国家相比仍然存在差距，随着我国经济的发展，排放标准将越来越向发达国家看齐，排放标准不断提高的同时给企业带来了越来越高的除尘设备运行成本和能耗，这对我国除尘技术和除尘设备发展带来了机遇与挑战，如何提高设备的除尘效率，同时降低除尘设备的能耗成为了研究的主要方向。

由于对除尘器的除尘机理的不了解以及除尘参数之间关系的不明确，在实际应用中没有相应的理论基础来判断除尘器的最佳运行状态，对除尘器的控制只能依靠于经验乃至于人工观察，从而出现偏差，轻则导致能源的浪费，重则出现前文所述的除尘效率不达标，导致环境污染现象。同时，由于各个企业处理能力的不同，采用的除尘器规格型号也不尽相同，即使某个企业针对本企业的设备建立了相应的控制模型，也很难推广应用到其他设备。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种湿式除尘器排放与功率最佳运行状态自动控制系统，实现对风机的最佳运行状态控制，降低风机的能耗，使得能源利用高效化，并能够利用湿式风机的相似理论对基础模型进行推广，使其能够适用于多种尺寸规格的除尘设备。

本发明要解决的技术问题所采取的技术方案是：所述湿式除尘器排放与功率最佳运行状态自动控制系统包括湿式除尘器、信号采集装置和变频控制装置，所述湿式除尘器包括除尘器筒体、除尘风机和供水装置以及与除尘器筒体上下端分别相连通的出气管和进气管，所述供水装置包括进水控制器和喷嘴，所述除尘风机通过通风管与除尘器筒体相连，喷嘴位于通风管内并与进水控制器相连；所述信号采集装置包括粉尘浓度传感器和气体流量传感器，所述粉尘浓度传感器设置在进气管和出气管上，气体流量传感器设置在进气管上；变频控制装置包括变频器和与变频器相连的自动调节控制装置，粉尘浓度传感器和气体流量传感器与自动调节控制装置相连，自动调节控制装置与变频器相连，变频器与除尘风机相连。

所述变频器与湿式除尘器试验台通过电源线与除尘风机相连，自动调节控制装置通过RS485与变频器相连，为了记录处理数据变频器频率，自动调节控制装置与电脑相连。

所述安装在进气管上的粉尘浓度传感器和气体流量传感器用于检测除尘器进气管中的气体粉尘浓度和气体风量，所述安装在出气管上的粉尘浓度传感器用于检测出气管中气体的粉尘浓度。

所述粉尘浓度传感器安装在进气管进口处，用于测量进气管内的气体粉尘浓度，作为控制系统的一级控制参数；粉尘浓度传感器安装在出气管出口处，用于测量出气管内的气体粉尘浓度，作为湿式除尘器除尘效率达到99.5%的二级控制参数，确保除尘效率不低于99.5%。

所述的变频器采用的是半S型变频器频率控制方式。

所述自动调节控制装置包括主要由单片机模块、数据采集模块、通信模块、人机界面模块及辅助模块组成；自动控制装置的硬件模块和软件系统的设计，主要包括主控芯片的选择、数据采集模块及程序的设计、RS485通信模块及程序的设计。

变频器频率由自动调节控制装置控制，经实验和理论推导，得到任意规格的湿式除尘器入口粉尘浓度与除尘风机频率的关系为：

式中，f—湿式除尘器有效除尘运行状态频率，Hz；K—风量调节系数，取值1.0~1.2；D—除尘风机叶轮外径m； d—除尘器进气管直径m；C—入口粉尘浓度g/m³。并以此关系式为基础，制定变频器频率的自动控制装置的控制模型。

所述的风量调节系数K，在湿式除尘器除尘效率达到99.5%时，取值为1.0；当未到达99.5%时，K值相应取大，最大为1.2。

所述的变频器频率的自动调节控制装置用于接收处理信号采集部分各个传感器采集的信号来控制变频器，从而通过检测实时工况粉尘浓度的大小来变频控制除尘风机的运行功率，进而使除尘风机处于排放和功率的最佳运行状态。

从上述技术可以看出，本发明公开的一种湿式除尘器排放与功率最佳运行状态控制系统具有以下优点：能够根据实时工况测得的粉尘浓度和气体流量信号输入自动调节控制装置，通过与自动调节控装置相连的变频器来控制除尘风机的运行功率，使除尘效率与除尘风机功率消耗实现最佳匹配，在保证除尘效率在99.5%以上的同时，减小能耗，节约了能源。

附图说明

图1为本发明自动控制系统的连接关系示意图。

在图中：1、自动调节控制装置 2、变频器 3、进水控制器 4、喷嘴 5、除尘风机 6、除尘器筒体 7、粉尘浓度传感器 8、出气管 9、隔离墙 10、气体流量传感器 11、进气管 12、通风管。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应视为对本发明公开技术内容的限制。

如图1所示，一种湿式除尘器排放与功率最佳运行状态自动控制系统，它包括湿式除尘器、信号采集装置和变频控制装置，所述湿式除尘器包括除尘器筒体6、除尘风机5和供水装置以及与除尘器筒体上下端分别相连通的出气管8和进气管11，所述供水装置包括进水控制器3和喷嘴4，所述除尘风机通过通风管12与除尘器筒体相连，喷嘴位于通风管内并与进水控制器相连；所述信号采集装置包括粉尘浓度传感器7和气体流量传感器10，粉尘浓度传感器设置在进气管和出气管上，气体流量传感器设置在进气管上；所述变频控制装置包括变频器2和与变频器相连的自动调节控制装置1，粉尘浓度传感器和气体流量传感器与自动调节控制装置相连，自动调节控制装置与变频器相连，变频器与除尘风机相连。

信号采集部分传来的信号输入自动调节控制装置，自动调节控制装置根据输入的信号按照模型计算湿式除尘器排放与功率最佳运行状态所需的除尘风机的风量，得到除尘风机的运行频率，以此控制频率设定变频器的工作频率。

所述湿式除尘器运行时，粉尘由其进气管吸入，进气管上的粉尘浓度传感器检测当前的粉尘浓度并将数据送至自动调节控制装置，再通过控制模型计算出本装置中的除尘机的电源频率，并发送控制命令至变频器。变频器采用半S型变频器频率控制方式。变频器根据控制系统发送的控制命令改变电源的频率再输出给除尘风机，引起除尘风机转速改变，实现湿式除尘器排放与功率最佳运行状态。

除尘风机风量自动调节的要点是要明确粉尘浓度和除尘风机电动机的驱动电源的频率的关系，经实验和理论推导，得到任意规格的湿式风机入口粉尘浓度与风机电机电源频率的关系为：

式中，f—湿式除尘器有效除尘运行状态频率，Hz；

K—风量调节系数，取值1.0~1.2；D—风机叶轮外径m；

d—除尘器进气管直径m；

C—进气管进入的粉尘浓度g/m³。

并以此关系式为基础，制定自动调节控制装置的控制模型。

本系统中，一个粉尘浓度传感器7和一个气体流量传感器10安装在进气管11上，另一个粉尘浓度传感器安装在出气管8上；出气管支撑在隔离墙9上，这三个传感器都接入自动调节控制装置1，自动调节控制装置和除尘风机5之间连接有变频器；进水控制器3连接出喷嘴4，喷嘴位于除尘风机的通风管12内，将除尘风机送入风进行湿润后再送入除尘器筒体内与含尘气体进行接触，并吸附气体中粉尘而排出，从而达到气体除尘。

所述进气管上的粉尘浓度传感器和气体流量传感器用于检测除尘器进气管内的粉尘浓度和风量，所述安装在出气管上的粉尘浓度传感器用于检测出气管内的粉尘浓度。进气管的粉尘浓度传感器检测到的粉尘浓度，作为控制系统的一级控制参数；出气管上处的粉尘浓度传感器检测到的粉尘浓度，作为湿式除尘器除尘效率达到99.5%的二级控制参数，确保除尘效率不低于99.5%。

当该除尘设备工作时，粉尘气体进入进气管后，其粉尘浓度、风量被粉尘浓度传感器和气体流量传感器检测到，所述的进气管处的粉尘浓度传感器和气体流量传感器接入自动调节控制装置，自动调节控制装置通过这两个传感器检测到的信号输入变频器，实时调整控制除尘风机的风机转速（工作时，粉尘浓度较大时，提高风机的转速；反之，减小风机转速），实现自动控制风机转速，降低除尘电机功率，节约能源。

所述的安装在出气管上的粉尘浓度传感器也接入自动调节控制装置，用于检测出气管内的粉尘浓度。同时通过自动调节控制装置，对比分析除尘前后两个粉尘浓度传感器检测到的浓度，确保除尘效率在99.5%以上，如果除尘效率未到达99.5%的标准值，由于湿式除尘器除尘风机转速通过控制模型控制，则通过调整自动调节控制装置的控制模型的风量调节系数K的取值（1.0~1.2），加大风机转速，使除尘效率达到要求。

供水装置用于控制工作过程中提供的水量，使得喷嘴4喷出的水量与工况中粉尘浓度、风量相适应。

本发明能够根据实时工况的粉尘浓度来变频控制风机电机的运行功率，在保证除尘效率在99.5%以上的同时，减小了能耗，节约了能源。本技术发明已经过实际工作检验，达到了预期的目标。

Claims (1)

1. 一种湿式除尘器排放与功率最佳运行状态自动控制系统，其特征是：它包括湿式除尘器、信号采集装置和变频控制装置，所述湿式除尘器包括除尘器筒体（6）、除尘风机（5）和供水装置以及与除尘器筒体上下端分别相连通的出气管（8）和进气管（11），所述供水装置包括进水控制器（3）和喷嘴（4），所述除尘风机通过通风管（12）与除尘器筒体相连，喷嘴位于通风管内并与进水控制器相连；所述信号采集装置包括粉尘浓度传感器（7）和气体流量传感器（10），所述粉尘浓度传感器设置在进气管和出气管上，气体流量传感器设置在进气管上；所述变频控制装置包括变频器（2）和与变频器相连的自动调节控制装置（1），粉尘浓度传感器和气体流量传感器与自动调节控制装置相连，自动调节控制装置与变频器相连，变频器与除尘风机相连。