CN107641679B - 一种转炉湿法除尘节能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转炉湿法除尘节能控制方法，该方法具体为：采集除尘系统实时运行的参数，利用文氏管除尘器模型、湿式电除尘器模型、其它管网损耗模型，确定烟气量变化后文氏管除尘器、湿式电除尘器的各自的除尘效率，计算出满足除尘效率约束条件下系统文氏管喉口开度以及此时管网系统的管网阻力值，分析管网全压特性曲线的变化，通过对比控制器内部存储的风机特性曲线，寻找并确定最优的工作点及风机转速，实现除尘系统节能。

Description

一种转炉湿法除尘节能控制方法

技术领域

本发明涉及工业煤气除尘系统节能领域，特别是涉及一种转炉湿法除尘节能控制方法。

背景技术

氧气转炉炼钢的烟气净化回收主要有两种方法，一种是湿法(OG法)净化回收系统，一种是干法(LT法)净化回收系统。由于干法(LT法)净化回收系统与湿法(OG法)净化回收系统相比存在明显的优势，因此国内新建项目基本都采用干法(LT法)净化回收系统。但2005年以前国内大部分钢厂基本上都采用湿法(OG法)净化回收系统。随着钢铁行业产业结构调整和节能减排要求的提高，PM2.5排放的限制，已建钢厂转炉一次烟气湿法改干法已成为钢铁行业技术升级改造的首选。但已建钢厂存在转炉高跨结构、厂房外场地、停产时间及投资等诸多限制，使得升级改造技术在实际实施中困难重重。为此，部分厂家采用了OG系统后串联一级湿式电除尘器的方案，该方案在尽可能利用现有设备，全面提升湿法性能，不但使系统烟气排放及煤气回收含尘浓度达到10mg/Nm³以下，而且可以大幅减少PM2.5的排放。上述方案虽然能提升除尘效率，然而系统总能耗比原有的OG系统更大，在技术方案比选上不具备竞争力。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的提供一种基于OG系统文氏管、湿式电除尘器、风机联合运行时的节能控制策略，实现湿法除尘系统的节能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种转炉湿法除尘节能控制方法，采集除尘系统实时运行的参数，利用文氏管除尘器模型、湿式电除尘器模型、其它管网损耗模型，确定烟气量变化后文氏管除尘器、湿式电除尘器的各自的除尘效率，计算出满足除尘效率约束条件下系统最小运行总能耗时的文氏管喉口开度以及此时管网系统的管网综合阻力数，分析管网全压特性曲线的变化，通过对比控制器内部存储的风机特性曲线值，寻找风机特性曲线与管网全压特性曲线的交点，确定该工作点下的压力、流量，调整风机转速，实现除尘系统节能。

进一步，所述除尘系统实时采集的参数包括：风机转速n、系统烟气流量L、烟气温度T、烟气密度ρ_t；通过文氏管除尘器模型、湿式电除尘器模型、其它管网损耗模型计算出的参数包括：管网特性综合阻力数S；控制器内部存储的通风机厂家测定的通风机不同转速下的压头-流量特性曲线值。

进一步，最小运行总能耗＝文氏管除尘器压损能耗P_f+湿式电除尘器能耗P_e+其它管道损耗P_t，文氏管除尘器压损能耗ΔP_f表示压损，η_f表示风机效率，η_b表示变频器效率；其中，v_t表示文氏管喉口处气流速度，S_t表示文氏管喉口截面积、L_g表示文氏管喉管长，k_f为修正值；湿式电除尘器能耗P_e＝U_oI_o,其中U_o为一次电压，I_o为一次电流；其它管道(包含湿式电除尘器)的压损ΔP_t＝R(l+l_d)，损耗其中，式中R为管段单位长度摩擦系数损失，l为管道长度，l_d为局部损失当量长度，k_t为修正值。

进一步，管网特性综合阻力数其中v_c为实测管道出口流速；根据权利要求3所述的一种转炉湿法除尘节能控制方法，其特征在于：除尘效率约束条件为：1-(1-η_f1)(1-η_e)≥η_设定值，其中，η_f1为文氏管除尘效率，η_e为湿式电除尘器效率，η_f1＝(1-αΔP^β)×10，0其中，α和β为修正系数；其中，l为电除尘器收尘管长度，ω为粉尘有效驱进速度，r为管式电除尘器收尘极管的半径，v为电场风速或气流速度。

进一步，所述除尘系统实时采集的参数还包括：文氏管除尘器实际压损ΔP_fs、其它管道(包含湿式电除尘器)的实际压损ΔP_ts，

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

本发明提出了一种转炉湿法除尘节能控制方法，能根据炼钢过程中烟气量的变化，利用既定的数学模型计算出满足除尘效率条件下文氏管喉口的开度，计算此时管网系统的阻力大小，计算管网全压特性曲线，并根据存储在控制模块中风机的工作特性曲线参数，寻找工作交点，匹配合适的转速，从而实现系统节能。简单的说，就是满足除尘效率的条件下，使得风机的能耗最小。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1是本发明的系统组成图；

图2是除尘系统控制原理图；

图3是风机特性曲线图；

图1中序号，1.转炉、2.汽化冷却烟道、3.文氏管除尘器、4.脱水器、5.湿式电除尘器、6.风机、7.放散塔、8.煤气柜。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种转炉湿法除尘系统，由转炉1、汽化冷却烟道2、文氏管除尘器3、脱水器4、湿式电除尘器5、风机6、放散塔7、煤气柜8顺序连接组成。

当炼钢过程中，工艺需求发生变化，烟气量改变时，风机转速也会随之发生改变，但风机转速的具体调整值，多以经验值估计，造成要么能耗偏高，要么排放不达标。为此，本发明针对能耗较大的文氏管除尘器3、脱水器4、湿式电除尘器5、风机6、放散塔7建立了数学模型，包括以下步骤：

利用控制模块中控制器读取、采集系统中的运行时的无法控制变量和可控变量，包括：

n：风机转速；

P-L数据：风机不同转速下的压头与流量的关系曲线图；

L:系统烟气流量；

T:烟气温度；

ρ_t:烟气密度；

η_f1:计算出的文氏管除尘效率；

η_e:计算出的湿式电除尘器除尘效率。

推导出湿法除尘系统总输入功率计算公式，通过湿法除尘系统总输入功率计算公式，寻找湿法除尘系统总输入功率的最小值，在寻找总输入功率最小值的过程中，需满足最小除尘效率的约束条件；

总输入功率主要包括文氏管压损能耗P_f、湿式电除尘器能耗P_e、其它管道损耗P_t，它们之间的关系如下：

P＝P_f+P_e+P_t

同时需要满足文氏管除尘效率η_f1、湿式电除尘器除尘效率η_e，它们之间的关系如下：

1-(1-η_f1)(1-η_e)≥η_设定值

文氏管除尘模型

文氏管压损能耗与压损ΔP_f、烟气流量L、风机效率η_f、变频器效率η_b有关，它们可用下式计算：

其中，文氏管的压损由喉口处气流速度v_t、喉口截面积S_t、喉管长度L_g决定，它们的关系如下:

文氏管除尘效率与文氏管的压损、修正系数α和β有关，它们关系如下：

η_f1＝(1-αΔP^β)×100，

式中α和β因不同的设备，通过试验测试确定；

湿式电除尘器模型

在实际工程中忽略烟气波动而造成的湿式电除尘器功率的变化，设定湿式电除尘器功率为固定值P_e，P_e＝U_oI_o，U_o为一次电压，I_o为一次电流湿式电除尘器效率可用下式计算：

式中,l为电除尘器收尘管长度，ω为粉尘有效驱进速度，r为管式电除尘器收尘极管的半径，v为电场风速或气流速度。

其它管道损耗模型，ΔP_t＝R(l+l_d)。损耗其中，式中R为管段单位长度摩擦系数损失，l为管道长度，l_d为局部损失当量长度，k_t为修正值。

计算出满足除尘效率约束条件下系统最小运行总能耗时的文氏管喉口开度以及此时管网系统的管网阻力数S，其中v_c为管道出口流速；通过S绘制管网阻力特性曲线P＝f(L)＝SL²，通过控制器内部存储的风机特性曲线值，寻找工作交点，确定风机的最优转速，实现除尘系统节能。

实际操作过程如图2所示，当调整烟气量时，湿式电除尘器截面风速发生变化，除尘效率也发生改变，在总除尘效率约束的情况下，文氏管除尘效率也需要做相应的调整，即调整文氏管喉口开度。当调整文氏管除尘器喉口开度时，文氏管的压力损失发生改变；由于烟气量改变，湿式电除尘器内部烟气流速发生变化，局部压力损失发生变化；同时，因烟气量改变，余热烟道、脱水器、放散塔及相关管道沿程及局部阻力损失均发生变化。上述部件阻力发生改变，整个除尘系统管网阻力发生变化，如图3所示，当流量降低，阻力降低，管网特性曲线有曲线1变为曲线2，在曲线2对应的流量上找到阻力值，并根据不同转速下的风机特性曲线，寻找合适的工作交点，确定合理的风机转速，如图3所示,工作点由交点1变为交点2，风机转速由1450rmp降低为1000rpm,从而实现节能。需要说明的是，风机转速的确定，也需要参考风机效率特性曲线值机变频器效率，以期获得最优的节能效果。

管网在使用过程中，管道内部不可避免的会附着粉尘，造成压损的计算值与实测值有偏差，因此，在计算模型中引入了修正系数k_f、k_t，其中定期对修正系数k_f、k_t进行修订，使得计算值更贴近实测值。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种转炉湿法除尘节能控制方法，其特征在于：采集除尘系统实时运行的参数，利用文氏管除尘器模型、湿式电除尘器模型、其它管网损耗模型，确定烟气量变化后文氏管除尘器、湿式电除尘器的各自的除尘效率，计算出满足除尘效率约束条件下系统最小运行总能耗时的文氏管喉口开度以及此时管网系统的管网特性综合阻力数，分析管网全压特性曲线的变化，通过对比控制器内部存储的风机特性曲线值，寻找风机特性曲线与管网全压特性曲线的交点，确定该工作点下的压力、流量，调整风机转速，实现除尘系统节能。

2.根据权利要求1所述的一种转炉湿法除尘节能控制方法，其特征在于：所述除尘系统实时采集的参数包括：风机转速n、系统烟气流量L、烟气温度T、烟气密度ρ_t；通过文氏管除尘器模型、湿式电除尘器模型、其它管网损耗模型计算出的参数包括：管网特性综合阻力数S；控制器内部存储的通风机厂家测定的通风机不同转速下的压头-流量特性曲线值。

3.根据权利要求1所述的一种转炉湿法除尘节能控制方法，其特征在于：

最小运行总能耗＝文氏管除尘器压损能耗P_f+湿式电除尘器能耗P_e+其它管道损耗P_t，文氏管除尘器压损能耗ΔP_f表示压损，η_f表示风机效率，η_b表示变频器效率；其中，v_t表示文氏管喉口处气流速度，S_t表示文氏管喉口截面积、L_g表示文氏管喉管长，k_f为修正值；ρ_t为烟气密度；

湿式电除尘器能耗P_e＝U_oI_o,其中U_o为一次电压，I_o为一次电流；

其它管道的压损ΔP_t＝R(l+l_d)，损耗其中，式中R为管段单位长度摩擦系数损失，l为管道长度，l_d为局部损失当量长度，k_t为修正值，L为系统烟气流量。

4.根据权利要求2所述的一种转炉湿法除尘节能控制方法，其特征在于：

管网特性综合阻力数其中v_c为实测管道出口流速，ΔP_f为文氏管压损，其它管道的压损ΔP_t＝R(l+l_d)，R为管段单位长度摩擦系数损失，l为管道长度，l_d为局部损失当量长度。

5.根据权利要求3所述的一种转炉湿法除尘节能控制方法，其特征在于：除尘效率约束条件为：1-(1-η_f1)(1-η_e)≥η_设定值，其中，η_f1为文氏管除尘效率，η_e为湿式电除尘器效率，η_f1＝(1-αΔP_f ^β)×100，其中，α和β为修正系数；

其中，l为电除尘器收尘管长度，ω为粉尘有效驱进速度，r为管式电除尘器收尘极管的半径，v为电场风速或气流速度。

6.根据权利要求3所述的一种转炉湿法除尘节能控制方法，其特征在于：所述除尘系统实时采集的参数还包括：文氏管除尘器实际压损ΔP_fs、其它管道的实际压损ΔP_ts，