CN105980030A - 用于自动控制袋式集尘室系统中的压差的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示用于将袋式集尘室织物过滤系统作为单一单元进行自动控制以维持一致压降的系统及方法。所述织物过滤系统可为脉冲射流清洁系统，且可提供控制器以从压力传感器及其它组件接收输入并控制对用于清洁过滤袋的脉冲管的激活。所述控制器可调整参数，所述参数包含脉冲之间的停延时间、每一脉冲的持续时间及脉冲空气压力。所述控制器可进一步优化这些参数以提供每脉冲所必需进行的最小清洁，从而实现所述一致压差。通过连续地调整所述参数，所述系统在所述袋上维持最大量的滤饼以促进最优排放控制性能。

Description

用于自动控制袋式集尘室系统中的压差的系统及方法

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2014年1月21日提出申请的第61/929,586号美国临时专利申请案的优先权，所述美国临时专利申请案以引用方式全文并入本文中

技术领域

本发明涉及使用袋式集尘室过滤系统进行排放控制，且更特定来说，涉及将袋式集尘室过滤系统作为单一单元进行自动控制以维持一致的压降。

背景技术

织物过滤系统(也被称为袋式集尘室)是从自工业厂房释放的空气或气体中移除微粒的空气污染控制装置，所述工业厂房包含发电厂、轧钢厂、水泥厂、化工厂、采矿操作及食品加工厂。典型的织物过滤系统由一个或多个单元构成，其中每一单元包含充当过滤介质的多个行的袋。载有微粒的气体或空气进入织物过滤器，并取决于清洁方法而在内侧或外侧上被抽吸穿过所述袋，且积累以形成被称为滤饼的一层灰尘。所述滤饼本身充当过滤元件，其中构成滤饼的粒子会捕获进入的细微粒子并吸收原本将不会被袋自身捕捉到的气相杂质。

随着滤饼在袋上积聚，空气越来越难以移动穿过所述袋，从而造成压降(或压差)并致使所述袋继续过滤微粒的能力降低。因此，许多系统监测跨越织物过滤器的压降，并且每当所述压降达到某一水平时就制定周期性清洁过程。织物过滤器本身常常基于所使用的清洁方法而被分类，其中最常见的类别是机械摇动器、反向空气及脉冲射流。

机械摇动器使用振动的摇动循环在袋中形成波，借此移除滤饼层。然而，在摇动循环期间，可能不存在正压力，且因此，在清洁期间必须使袋或袋的隔室下线并与输入空气流隔离开。

在反向空气织物过滤器中，脏空气流通常进入织物过滤器并从内侧穿过袋，从而致使滤饼积聚在内侧上。通过使洁净空气沿着与正常空气流动相反的方向流动穿过袋来对袋进行清洁。此反向空气流会对袋加压，从而使所述袋部分地破裂且致使滤饼分裂开并从袋中脱落出。当清洁完成时，反向空气流被切断且正常输入空气流被重新引入到袋中。与机械摇动一样，此过程也需要使袋或袋的隔室下线并与输入空气隔离开。

最后，在脉冲射流织物过滤器中，高压力空气的脉冲被沿着袋内侧向下运送，以移除积累在袋外侧上的滤饼。典型的脉冲射流织物过滤器清洁系统使用固定停延脉冲控制定时板来循序地控制对织物过滤袋的清洁。织物过滤系统中的每一单元均能够与其它单元分别地被带上线/被带下线。传统上，脉冲射流清洁系统以循环方式执行线下清洁，其中每一单元周期性地被隔离且完全不被输送脉冲。在线下清洁期间，跨越整个织物过滤器的整体压差在任一单元被隔离的同时升高，且当单元被恢复运行时，所述单元中所有袋的表面上的滤饼层会比平均或正常厚度薄得多。这些系统利用脉冲之间的固定宽度停延时间及固定宽度脉冲时间而在完全清洁一个单元后继续移动到下一个单元。可例如通过使用构建到脉冲定时板中的RC电路中的可变电阻器来调整停延时间宽度设定及脉冲时间宽度设定。通常，这些设定是基于最坏情况过滤清洁需求，其中固定设定是基于以下假设而确定：在某一时间周期内每一单元上已沉积有最大量的滤饼。此种方法是作为对所感测织物过滤器压差的接通/关断功能而起始清洁。这些传统的脉冲射流清洁系统使用压差开关或使用来自压差发射器的值作为开关，从而在压差达到高设定点及低设定点时接通及关断清洁。当压差达到高设定点时，清洁被激活。在清洁期间，压差会下降且最终达到低设定点，此时，清洁循环被去激活。通常，在“接通”命令与“关断”命令之间会存在某一死区值，使得清洁循环保持关断直到压力积聚回到高设定点为止。

使个别袋单元下线以执行清洁的传统方法会导致数个问题。举例来说，被清洁袋与最近未被清洁的袋单元相比会接收到显著更多的输入空气及气体，这是因为输入流自然地转向到具有较少滤饼从而对气流提供较低阻力的袋，从而致使输入空气及气体不等地分布在织物过滤器内。如上文所提及，使用固定停延时间及脉冲时间的传统清洁方法也可能会移除过多的滤饼，从而留下过于薄以致不能陷获细微微粒的一层。实际上，现在，具有允许在不使单元停止运行的情况下进行线上清洁的系统被视作有利的。为了实现线上清洁，脉冲必须在袋内形成充足的空气压力才能克服穿过袋流入的空气及气体。然而，实施线上清洁的现有系统仍一次清洁仅一个单元，且仍依赖于所感测到的高压降点及低压降点来接通及关断脉冲射流。这些会导致系统内的压差不一致、用以陷获细微微粒的剩余滤饼层不充足且流入空气及气体不等地分布在织物过滤器内。

需要一种用于进行连续线上清洁的系统及方法，其具有灵活的清洁序列以使清洁跨越织物过滤器分布并基于实际负荷来管理清洁序列以维持一致的压差，从而改善过滤作用。

发明内容

本申请案涉及一种用以通过控制织物过滤系统中的脉冲射流来改善压差一致性及从废气移除微粒的效率的系统及方法。所述系统及方法自动地控制与脉冲射流相关联的数个关键参数以维持一致的织物过滤器压差设定点，而非在压差达到预定高值时激活脉冲射流并在压差返回到预定低值时去激活所述脉冲射流。这些参数包含脉冲之间的停延时间、每一脉冲的持续时间及脉冲空气压力。所述控制器可进一步优化这些参数以提供每脉冲所必需进行的最小清洁，从而实现所述一致压差。通过连续地调整所述参数，所述系统在所述袋上维持最大量的滤饼以促进最优排放控制性能。

所述自动脉冲射流系统及方法可使用中央控制器，所述中央控制器操作多维脉冲射流阵列以准许灵活地选择清洁序列，借此跨越织物过滤器分布清洁同时维持一致的压差。所述脉冲射流系统可在每一单元中沿着袋包含多个脉冲管及位于多个位置中的阀。所述脉冲管及阀可被连接到多个集管，其中为每一单元提供一个或多个集管。另外，每一单元的集管可被接合在一起以形成单一连续集管，以用于连续地进行线上清洁。

由控制器制定的灵活序列可包含同时激发不同单元中的多个脉冲管或者每步骤激发一个脉冲管的序列，其中序列选择及修改的灵活性无需进行布线改变。清洁序列中的每一步骤对应于在给定时间开启单一阀或多个阀。在每一步骤中，开启一个或多个阀以向一个或多个脉冲管供应空气压力，且所述脉冲管随后通过将空气脉冲引导到袋中来清洁所述袋。当同时激活多个管时，在系统的空气供应源中会需要更大量的空气。清洁织物过滤系统所必需的步骤的数目将取决于单元的数目、每一单元中的袋行的数目及每次开启阀时被清洁的行的数目。所述清洁序列是重复性的，使得当序列中的最后一个步骤被完成时，过程会以清洁序列中的第一步骤再次开始。举例来说，如果织物过滤器具有6个单元且每一单元中具有15行袋，那么每清洁步骤个别地激活一个脉冲管的序列将包含90个步骤。在此序列中，当步骤90被完成时，所述序列将以步骤1再次重新开始。由于织物过滤系统可具有一百个或更多个别脉冲管，因而控制器的输出IO模块可位于脉冲管的附近以使新系统及所改装系统两者的安装成本最小化。对脉冲序列的控制可包含多个可编程参数，包含但不限于脉冲停延时间、脉冲空气压力、脉冲宽度及对每一脉冲管的激活次序。所述系统及方法也可实时地在序列之间改变，此取决于织物过滤系统内的所感测条件或者操作员的所改变需要。

附图说明

图1是根据本发明的脉冲射流袋式集尘室系统的图解。

图2a是现有技术系统中的集管配置的图解。

图2b是本发明的集管配置的图解。

图3是控制系统以及到织物过滤单元的连接的图解。

图4是与使用本文中所述的高级控制的系统相比使用常规控制的袋式集尘室系统中的压差的图解。

具体实施方式

本发明揭示一种用于在脉冲射流织物过滤系统中提供经改善线上清洁过程的系统及方法。所述系统使用控制器，所述控制器激活织物过滤单元内的各种脉冲管并调整与所发出空气脉冲相关联的多个参数及所述脉冲管的操作序列，以便在系统内维持一致的压差同时在袋上维持最大量的滤饼。

如图1中所展示，织物过滤系统可包含壳体1、多个织物过滤袋2、压缩空气歧管集管3、用以控制来自空气歧管3的空气流的阀4、经配置以将空气引导到织物过滤器中的脉冲管5及经配置以激活阀4并将空气引导到各种脉冲管5中的控制器6。多个袋2可布置成若干单元，每一单元中具有多个行的袋。每一脉冲管可跨越一行袋而延伸，其中所述脉冲管包含位于每一袋上方的开口。在织物过滤器中所使用的典型袋具有约6"的直径，但直径高达10"到12"的袋也已被使用。袋的尺寸可根据其所被用于的特定系统或行业而加以调整。每一织物过滤单元可具有对应的压缩空气歧管集管3。阀4可为电磁阀，且所述控制器可通过向位于阀处的输出发送控制信号来激活及去激活电磁阀。通常，会使大直径管充当每一单元的集管。单元内的各脉冲管随后连接到集管。

为了在线上操作期间进行清洁，空气脉冲必须克服因过滤系统的正常操作而穿过每一袋的正向空气及气体流，且必须提供足够的额外局部速度来从所述袋驱离过多滤饼。为了在脉冲期间提供充足体积及速度的空气来通过每一袋，根据系统的类型及大小以及过滤系统所正用于的环境或行业来配置脉冲管及脉冲阀的大小。举例来说，在废气物燃烧系统中，所述脉冲管及阀的大小可为约1.5"到3"。为脉冲管5进行供应的集管3可经配置使得在脉冲阀处局部地存储充足空气以防止压力在有效脉冲行进中降到低于所述脉冲所需的最小值。

如图2a中所展示，现有技术脉冲射流清洁系统通常对于每一织物过滤单元具有个别集管3。相比之下，本发明允许如图2b中所图解说明将每一单元的集管接合在一起并将其管式连接在一起。此形成较大的连续集管，并允许系统在其作为单个集管的情况下发挥作用以连续地进行线上清洁。连续集管具有比现有技术系统的个别集管大的整体空气供应量。因此，当脉冲管被激发时，其并不能耗尽与可用量一样多的空气供应，且系统会在脉冲之间维持空气压力，从而更好地允许在脉冲输送操作期间有较一致的空气压力。

如图3中所展示，主控制器30可通过通信信道31连接到每一单元集管处的中继输出(RO)卡33处的通信接口32。通信信道31可以是有线或无线通信信道。举例来说，所述通信信道可以是以太网缆线、光纤缆线、同轴缆线、电话线或传导线。来自控制器30的命令沿着通信信道31被发送到每一单元集管处的通信接口32。通信接口32将信号传递到RO卡，所述RO卡随后根据所接收信号来控制电磁阀34。管道可将电磁阀34连接到气动阀35，气动阀35通向脉冲管中以将空气脉冲引导到每一单元的织物过滤器中。所述空气脉冲的特性由控制信号决定，包含脉冲的持续时间及强度。所述空气脉冲随后沿着织物过滤器在与袋式集尘室中所接收的正常流入空气/气体相反的方向上行进，并从过滤袋的外部驱逐所积聚的滤饼。

主控制器30可位于袋式集尘室内的任何区域中，或者可被装纳于袋式集尘室之外的单独区域中。中继输出卡可被安装于脉冲阀附近以减少安装成本。另外，中继输出卡可为经配置以在极端温度中操作的类型，使得所述装置适用于袋式集尘室环境。通信接口可将主控制器及中继输出卡链接到输入/输出(IO)面板架，其中IP面板架用以操作IO装置，所述IO装置包含模块阻尼器、限位开关、手动开关及向控制器提供值或从控制器接收值的其它装置。远程定位的中继输出卡、主控制器及脉冲控制面板IO架可使用被配置为装置级环的以太网进行通信。通信上行链路连接(例如光纤缆线)可将入口连续排放监测器(CEM)链接到主控制器以为工厂控制系统提供通向数据收集接口及/或人机接口(HMI)的联网及连接。在一些实施例中，可使用计算机系统，所述计算机系统提供用以向操作员以图形方式表示系统的状态的HMI且提供一种用于出于监测与控制目的而供操作员与系统进行交互的手段。可在入口及出口两者(其通常为喷雾干燥器吸收容器的入口)处以及烟道处提供CEM。通过将织物过滤器控制与整体工厂工艺控制器集成在一起，操作员将能够调整目标压差设定点，此与需要使用固定值设定点的当前方法形成对比。控制器包含可编程逻辑以准许灵活地选择多维织物过滤单元阵列中的清洁序列，借此允许跨越织物过滤器来分布清洁。这各种序列可包含同时激发不同单元中的多个脉冲管或者每步骤激发一个脉冲管。所述织物过滤器可具有一百个或更多个别脉冲管，且因此，在一些实施例中，控制器的输出IO模块可位于脉冲管的附近以使新系统及所改装系统两者的安装成本最小化。通常，输入信号被转换成在控制器中所使用的数据值，且从所述数据值转换出输出信号以得到用导线传输到控制器之外的装置的信号。存在许多类型的信号，且所提供的IO模块可取决于其所介接到的物理装置的特定类型。作为实例，可提供输出模块以驱动120v螺线管，且可提供输入模块以读取4ma到20ma 24vdc模拟信号。

对脉冲序列的控制可包含对多个参数中的一者或多者的调整，包含停延时间、空气接收器压力、脉冲阀接通时间或脉冲宽度以及每一脉冲管的激活次序。可确立压差设定点，且如果压力传感器检测到压力已上升到高于或低于某一设定点，那么控制器可调整参数或可开始对某些脉冲管的激活。控制器可进一步优化这些参数以实现每脉冲所必需进行的最小清洁，从而实现一致的压差，如图4中所见。通过连续地调整所述参数，系统在袋上维持最大量的滤饼以促进最优排放控制性能。如图4中所展示，使用常规控制的袋式集尘室系统中的压差在最大设定点与最小设定点之间变化，从而致使系统效率低下并移除过多的滤饼。

控制器可连续地调整脉冲之间的停延时间，使得如果织物过滤器压差倾向于上升到高于设定点，那么停延时间被自动地减少。相反地，如果压差低于设定点，那么控制器可视需要而自动地增加停延时间。通过在压差上升到高于或下降到低于设定点时自动地调整停延时间，可实现以快至刚好足以维持一致整体压差的速率进行连续线上清洁。

如上文所论述，所述系统包含可供脉冲系统用于为袋输送脉冲的脉冲系统的整体压缩空气供应源。此整体空气供应源包含局部容积存储区(也被称为空气接收器容器)，所述局部体积存储区可包含集管的容积及足够靠近脉冲阀附近以影响从阀开口产生的脉冲的特性的管道的容积。系统可包含空气压缩机，所述空气压缩机将空气馈送到空气接收器容器中以使压力保持在一致的水平。当集管需要空气时，其从空气接收器容器取得空气。所述控制器还可监测空气接收器容器压力以确保在起始脉冲之前进行充足系统恢复，且可控制空气接收器容器压力设定，使得可将每一个别脉冲的清洁权重管理为脉冲停延时间控制环路的级联控制器。

控制器可包含程序逻辑，以自动地调整个别脉冲阀的接通时间，借此调整个别清洁脉冲的脉冲宽度。可取决于所使用脉冲阀的机械性质来设定系统的正常脉冲宽度。举例来说，所述脉冲阀可为气动操控式脉冲阀，且典型的脉冲宽度可为100ms。可能需要在一组袋的寿命内调整脉冲宽度，且所述控制器可基于袋的所测量性质或基于关于袋已被使用多久的信息而自动地作出此种调整。

所述控制器还可包含动态地在清洁序列之间进行选择的能力。此种在各序列之间动态地进行选择的能力在使用老一代固定定时板的袋式集尘室系统中并不可用。对清洁序列的动态调整在如下情形中可为有益的：其中已发现气体负荷由于管路配置进入一个单元群组的倾向胜过另一单元群组的情形，或其中将在一组操作条件中一起激发且在另一组操作条件中分别激发多个脉冲管的情形。下表图解说明可使用本发明的自动控制器来实施的数个清洁序列。

虽然可进行线下清洁，但线上清洁可为所述系统的正常清洁模式。通过使用控制器来如上所述控制各种系统组件，所述系统可跨越袋式集尘室并在每一单元内分布清洁、在连续操作的同时维持一致的整体压差，其中对来自每一清洁脉冲的压差仅进行最小改变。如下表中针对序列2到10所图解说明，系统可使用9个不同的线上清洁序列。序列2表示默认线上序列的实例，且首先由90个步骤组成，为1行输送脉冲且随后等待可变的停延时间之后为下一行输送脉冲。当处于线上模式中且主动地进行清洁时，控制器将连续地调整脉冲之间的停延时间以实现目标压差，所述目标压差随着空气流条件及滤饼条件两者而变。可将目标压差设定为任一初始所要值，例如7inwc。

虽然可设定初始目标压差值，但在异常操作条件期间，实际压差可能会显著地增大或减小，使得基于设定值对脉冲清洁的自动控制将不再有效。举例来说，在会致使穿过袋式集尘室的空气流显著减少的异常单元操作期间，系统可自动地改变用于输送脉冲的目标压差以反映恒定的滤饼条件。当脉冲之间的停延时间相对短时，可与停延成反比地增加每一脉冲的宽度(由脉冲阀接通或开启时间决定)，使得与在脉冲停延时间较长时相比，每一脉冲递送稍微更多的空气且因此对每一行进行清洁达稍微更多的时间。相反地，为实现较长停延时间，可减小每一脉冲的脉冲宽度以便减少由每一脉冲输送阀递送的脉冲空气量。

因此，在当前清洁序列的程序逻辑接近操作极限时，控制器可与对脉冲停延进行的调整一致地自动调整脉冲宽度。可随同或取代脉冲宽度调制而自动地执行脉冲空气压力调整，以改变随着每一脉冲递送的空气体积。还可与对脉冲停延进行的调整一致地进行此种对脉冲空气压力的调整。举例来说，如果脉冲停延时间由于为控制整体压差所进行的自动调整而是相对长的，那么控制器可自动地减小在空气接收器中所维持的压力，使得脉冲管每脉冲递送更少的空气。相反地，当脉冲停延时间较短时，控制器可增大空气接收器设定压力，使得在每一脉冲期间递送更多的空气。脉冲停延调整及脉冲空气压力调整会增强整体系统稳定性且减少为维持整体压差而由控制器需要进行的调整量。在下表中展示了对于多个序列，单元行可被输送脉冲的次序的实例。影线框中的值是其间清洁所指示行的步骤编号。

在序列2中，单元1行7首先输送脉冲，随后是单元6行1，随后是单元5行10，等等，总共90个步骤。

序列3由45个步骤组成，在每一步骤中为2行输送脉冲。

对于此序列，单元1行1及单元6行11两者在第一步骤中均输送脉冲。在步骤2期间是单元2行6及单元5行12，之后是单元4行15及单元3行9。

序列4由60个步骤组成，在每一步骤中为2行输送脉冲。单元1及单元2被清洁两次。

序列5具有30个步骤，在每一步骤中为3行输送脉冲。

序列6具有45个步骤，在每一步骤中为2行输送脉冲。

序列7具有30个步骤，在每一步骤中为3行输送脉冲。

序列8具有15个步骤，在每一步骤中为6行输送脉冲。

序列9具有45个步骤，在每一步骤中为2行输送脉冲。

序列10具有30个步骤，每步骤为3行输送脉冲。

所述系统可在受控整体压差下以线上模式连续地进行清洁，其中脉冲之间的停延时间是基于所感测压差而被连续地调整。所述系统可包含不同压力仪表，例如压差发射器，其连接到织物过滤系统的入口及出口两者以测量不同压力。如果压差仪表出故障，那么控制器可致使序列以恒定的停延时间连续地输送脉冲。在线下模式中，如果压差仪表出故障，那么停延时间可为恒定的，且序列可连续地运行。在评估各种序列之后，控制器可取决于操作条件而动态地调整所述序列或选择不同序列，且可对空气集管供应压力的控制作出改变。

所述系统可含有开关，以允许在线上清洁模式与线下清洁模式之间进行改变。改变线上/线下清洁模式开关的位置可致使当前清洁序列在控制器加载对应于新清洁模式的新序列的同时暂停达几秒，且随后在选定序列的开始点处重新开始以新模式进行操作。

在上文中，已参考特定实施例描述了本发明。然而，显而易见，可对本发明作出各种修改及改变，此并不背离本发明的较宽范围。

Claims (9)

1.一种过滤系统，其包括：

至少一个压缩空气集管；

至少一个脉冲管，其连接到所述集管；

至少一个阀，其经配置以控制从所述至少一个集管到所述至少一个脉冲管的空气流以产生空气脉冲；

多个过滤袋；

压差传感器；及

控制器，其经配置以激活所述至少一个阀并调整与所发出空气脉冲相关联的多个参数中的一者或多者，其中所述控制器经配置以自动地调整所述参数以跨越所述过滤系统维持一致的不同压力。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个压缩空气集管包含连接在一起的多个空气集管。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述参数包含脉冲之间的停延时间、脉冲宽度及脉冲空气压力。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个过滤袋被布置成多个单元中的多个行，且其中所述控制器经配置以对所述多个行的袋实施连续清洁序列。

5.一种从空气或气体过滤微粒的方法，所述方法包括：

在过滤系统中提供至少一个压缩空气集管；

提供连接到所述集管的至少一个脉冲管；

提供至少一个阀，所述至少一个阀经配置以控制从所述至少一个集管到所述至少一个脉冲管的空气流，以产生空气脉冲；

提供多个过滤袋；

在控制器处接收所述过滤系统内的压差的指示，

基于压差的所述所接收指示而从控制器发射激活所述至少一个阀以产生空气脉冲的命令；

用所述控制器自动地调整与所述所产生空气脉冲相关联的参数以跨越所述过滤系统维持一致的不同压力，其中所述参数包含脉冲之间的停延时间、脉冲宽度及脉冲空气压力。

6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括在多个空气集管处提供连接到所述控制器的通信接口，其中所述通信接口从所述控制器接收命令。

7.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括提供多个行的过滤袋并实施包含用以清洁每一行袋的多个步骤的清洁序列，其中所述清洁序列中的每一步骤对应于所述系统内的一个或多个阀的开口。

8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括设定压差设定点，并在所确定压差上升到高于或下降到低于所述设定点时自动地调整所述参数中的一者或多者。

9.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括自动地调整所述参数以在所述袋上维持一致量的滤饼。