CN114918044A - 一种利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的系统及方法 - Google Patents

一种利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的系统及方法，属于电除尘器技术领域，包括高频同步驱动信号发生电路、高频驱动信号放大电路、并联运行开关电路、粉尘浓度检测电路、处理器、开关电流检测电路、高频高压隔离脉冲变压器、LCD显示电路。本发明通过高频高压隔离脉冲变压器在电除尘的阴极上，外加一个频率可调的高频电脉冲，利用高频电脉冲与黏附在阳极(收尘极)上的粉垢分子发生共振，从而使粉垢松动并在重力的作用下脱落，由于高频电脉冲在整个除尘器空间发生作用，因此可以全面清除黏附在收尘极上的粉垢，清除粉垢效果好，适用于石油、化工、冶金、轻工及商业等各个领域，值得被推广使用。

Description

一种利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的系统及方法
技术领域
本发明涉及电除尘器技术领域，具体涉及一种利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的系统及方法。
背景技术
静电除尘为原理的除尘器使用已非常普遍，由于电除尘器收尘极(阳极)所收集的粉尘具有较大的粘滞性，因此通常是采用机械震打的方式使黏附在收尘极上的粉垢脱落，实际工况中，由于电除尘器的收尘极面积较大，震打作用未到达的区域粉垢仍然无法脱落，粉垢未脱落的区域阻止了阳极对荷电粉尘的吸附，并容易形成反电晕效应，形成二次扬尘，降低了除尘效率，同时，震打锤由于长期工作，机械锁扣容易脱落，存在较大的安全隐患。为此，提出一种利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的系统及方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有通过机械震打收尘极的方式由于收尘极面积大存在部分区域粉垢脱落不完全，震打锤长期机械磨损的安全隐患问题，提供了一种利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的系统。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括：高频同步驱动信号发生电路、高频驱动信号放大电路、并联运行开关电路、粉尘浓度检测电路、处理器、开关电流检测电路、高频高压隔离脉冲变压器、LCD显示电路；所述高频同步驱动信号发生电路、高频驱动信号放大电路、并联运行开关电路依次电性连接，所述并联运行开关电路与所述高频高压隔离脉冲变压器的一次侧连接，所述高频高压隔离脉冲变压器的二次侧与电除尘器的阴极电性连接，所述处理器与所述高频同步驱动信号发生电路电性连接，所述LCD显示电路与所述处理器电性连接；通过所述粉尘浓度检测电路，检测电除尘器中单位时间粉尘的浓度，并将浓度检测结果与数据库(浓度系数数据库)进行对比后传输至所述处理器中；通过所述开关电流检测电路检测所述并联运行开关电路中开关电流，并将开关电流检测结果传输至所述处理器中。
更进一步地，所述利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的系统还包括粉垢浓度数据库，所述粉垢浓度数据库与所述处理器通信连接。
更进一步地，所述并联运行开关电路包括多个并联的模块化开关。
更进一步地，所述粉尘浓度检测电路包括安装在电除尘器阳极上的粉尘浓度传感器和A/D转换模块，将粉尘浓度传感器输出的电压信号，经过A/D转换模块转换成供处理器处理的信号并传输给处理器，同时在LCD显示屏上显示实时单位时间粉尘浓度数值。
更进一步地，所述开关电流检测电路包括一个霍尔电流检测元件、电压跟随器；霍尔电流检测元件与各个模块化开关分别连接，并与电压跟随器连接，所述霍尔电流检测元件通过磁平衡式霍尔原理将传感器检测到的电流信号转变为电压信号输出，电压跟随器将霍尔电流检测元件输出的电压调整到设定的电压范围。
本发明还提供了一种利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的方法，采用上述的系统清除电除尘器阳极粉垢，包括以下步骤：
S1：将高频高压隔离脉冲变压器二次侧接入电除尘器的原电场阴极的供电电路，电除尘器阳极接地同时粉尘浓度传感器安装在电除尘器阳极进行工作；
S2：处理器将根据粉尘浓度检测结果结合数据库查询，输出最优频率的开关驱动信号；
S3：开关驱动信号经过驱动放大后控制并联运行开关电路中各个开关的通断，从而输出高频电脉冲，然后馈入高频高压隔离脉冲变压器的一次侧；
S4：在高频高压隔离脉冲变压器的二次侧产生同频率的高压电脉冲，叠加在电除尘器的阴极上；
S5：高频电脉冲与黏附在阳极上的粉垢分子发生共振，使粉垢松动并在重力的作用下脱落。
更进一步地，在所述步骤S2中，具体包括以下步骤：
S21：通过粉尘浓度检测电路对粉尘浓度系数进行检测，获取单位时间粉尘浓度系数检测结果；
S22：根据获取的单位时间粉尘浓度系数检测结果查询浓度系数数据库，判断该浓度系数值p0是否在浓度系数数据库中存在；
S23：若存在，则获取浓度系数值p0对应的开关驱动信号的最优频率f；若不存在，则根据浓度系数值p0计算出最优频率f，同时在数据库中插入一条新纪录(p0，f)；
S24：处理器根据步骤S3得到的最优频率f控制高频同步驱动信号发生电路产生最优频率f的开关驱动信号。
更进一步地，在所述步骤S22中，所述浓度系数数据库中存储有浓度系数值p0与开关驱动信号的最优频率f的映射关系。
更进一步地，所述利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的方法还包括以下步骤：
S6：当开关电流检测电路检测到并联运行开关电路中某一个或多个模块化开关电流小于或大于平均电流时，则通过处理器增加或减少该模块化开关的驱动脉冲宽度占空比来增加或减少该模块化开关的通态电流，实现均流。
更进一步地，在所述步骤S6中，通过开关电流检测电路将各模块化开关的输出电流信号反馈给处理器，处理器进行处理后通过D/A转换输出控制信号，经过高频驱动信号放大电路将信号放大，形成PWM驱动信号，来驱动对应的模块化开关，通过调节PWM信号的脉宽来控制模块化开关的开断时间实现电流在每个模块化开关上的均流。
本发明相比现有技术具有以下优点：该利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的系统及方法，通过高频高压隔离脉冲变压器在电除尘的阴极上，外加一个频率可调的高频电脉冲以上，利用高频电脉冲与黏附在阳极(收尘极)上的粉垢分子发生共振，从而使粉垢松动并在重力的作用下脱落，由于高频电脉冲在整个除尘器空间发生作用，因此可以全面清除黏附在收尘极上的粉垢，清除粉垢效果好，适用于石油、化工、冶金、轻工及商业等各个领域，值得被推广使用。
附图说明
图1是本发明实施例中利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的系统结构示意图；
图2是本发明实施例中利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的系统原理图；
图3是本发明实施例中处理器根据粉尘浓度检测结果结合数据库查询技术输出最优频率的开关驱动信号工作流程图；
图4是本发明实施例中高频脉冲产生结构示意图；
图5是本发明实施例中高频脉冲产生原理图；
图6是本发明实施例中均流运行算法流程图；
图7是本发明实施例中负高压叠加脉冲仿真图；
图8是本发明实施例中高频同步驱动信号发生电路原理图；
图9是本发明实施例中开关电流检测电路原理图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例提供一种技术方案：一种利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的系统，包括一台控制主机和传输电缆以及高频高压隔离脉冲变压器。其中控制主机部分包括高频同步驱动信号发生电路、高频驱动信号放大电路、并联运行开关电路、粉尘浓度检测电路、LCD显示电路、处理器(CPU)、开关电流检测电路、粉尘浓度系数数据库以及保护电路等。
如图2所示，将高频高压隔离脉冲变压器二次侧接入电除尘器的原电场阴极(电晕极)供电电路，同时粉尘浓度传感器将电除尘器收尘极粉尘单位时间浓度信号传出，控制主机中的处理器(CPU)将根据粉尘浓度检测结果结合数据库查询技术，输出最优频率的开关驱动信号，开关驱动信号经过驱动放大后控制并联运行开关电路中各个开关的通断，从而输出高频电脉冲，然后馈入高频高压隔离脉冲变压器的一次侧，在高频高压隔离脉冲变压器的二次侧产生同频率的高压电脉冲，叠加在电除尘器的阴极(电晕极)上；高频电脉冲与黏附在收尘极(阳极)上的粉垢分子发生共振，从而使粉垢松动并在重力的作用下脱落，由于高频电脉冲在整个除尘器空间发生作用，因此可以全面清除黏附在收尘极上的粉垢。
如图3所述，处理器(CPU)根据粉尘浓度检测结果结合数据库查询技术，输出最优频率的开关驱动信号的具体过程如下：
S101：通过粉尘浓度检测电路对单位时间粉尘浓度系数进行检测，获取粉尘浓度系数检测结果；
S102：根据获取的单位时间粉尘浓度系数检测结果查询浓度系数数据库，判断该浓度系数值p0是否在浓度系数数据库中存在；
S103：若存在，则获取浓度系数值p0对应的开关驱动信号的最优频率f；若不存在，则利用算法根据浓度系数值p0计算出最优频率f，同时在数据库中插入一条新纪录(p0，f)；
具体的，在所述步骤S103中，算法即数据库算法，其主要就是浓度系数值p0与最优频率f之间存在倍数关系；
更进一步地，数据库算法以粉尘电荷释放公式为基础：
Figure BDA0003700480250000041
其中，Q为输出电荷量；Q0为输入电荷量；ρt为粉尘比电阻；ε0为真空介电常数；εp为介质相对介电常数；T为单位脉冲有效值时间；
现场表明当输出浓度值除以输入浓度值也就是
Figure BDA0003700480250000042
时，可以认为结果满足除尘要求；而浓度与电荷量的关系为：
Figure BDA0003700480250000043
其中，为输出电荷量，Q0为输入电荷量；输入粉尘浓度值比输出粉尘浓度值等于输出粉尘电荷总量比输入粉尘电荷总量，所以可以将输入输出的粉尘浓度带入粉尘电荷释放公式从而求得单位脉冲有效值时间T；
根据单位脉冲有效值时间T和频率f的关系：
Figure BDA0003700480250000051
其中，D为PWM脉冲的占空比，由粉尘电荷释放公式求得的T代入上式就可求得最优频率f。
S104：处理器根据步骤S3得到的最优频率f控制高频同步驱动信号发生电路产生最优频率f的开关驱动信号。
在所述步骤S102中，所述浓度系数数据库中存储有浓度系数值p0与开关驱动信号的最优频率f的映射关系。
在本实施例中，所述LCD显示电路可以实时显示电压电流和单位时间粉尘浓度，由于不同工况条件下粉垢单位时间浓度的差异，因此根据对粉垢的浓度的检测，通过查询数据库可以实时的输出最优频率的高频电脉冲清除粉垢，提高除垢效率。
在本实施例中，并联运行开关电路包括多个并联的模块化开关，模块化开关可基于IGBT实现。
如图6所示，由于一般的高频开关通态电流较小，为了提供较大的共振电流，需要将开关并联运行，由于并联运行开关电路中各开关器件参数的差异，会导致流过每个开关的电流有差别，而这些差别在运行过程中会被放大，容易造成开关电路的崩溃。因此本发明采用了独有的均流控制电路以及基于PWM(脉宽调制技术)的均流算法。当开关电流检测电路检测到某一个(或多个)开关电流小于(或大于)平均电流时，则处理器控制相应增加(或减少)该开关的驱动脉冲宽度(占空比)，增加(或减少)该开关的通态电流，以实现均流的目的。
需要说明的是，均流算法是利用采样电路(开关电流检测电路)采样回的每个并联开关的输出电流信号反馈给CPU控制模块，CPU进行均流算法处理后通过D/A转换输出控制信号，经过驱动信号放大电路将信号放大，形成PWM驱动信号，来驱动对应的开关，通过调节PWM信号的脉宽来控制开关的开断时间实现电流在每个开关上的均流。
如图7所示，为一个驮载在负2万伏电压的基础上，形成的一个频率为40万赫兹幅值为负5万伏的高压脉冲仿真。
在本实施例中，高频同步驱动信号发生电路由CPU直接产生，高频驱动信号放大电路又叫光耦隔离放大电路主要由芯片TLP250构成，电路原理图如图8所示，PWM波经过TLP250隔离放大后直接接入IGBT开关的G极和S极，控制开断。
需要说明的是，高频高压隔离变压器将二次侧的电压升到万伏以上，会导致一次侧的电流是二次侧的百倍，市面上的普通IGBT单个无法承受这么大的电流作为开关来控制开断，所以在本实施例中采用多个IGBT并联运行的方法实现电流在IGBT上的均分。由于开关之间不可能完全相同，所以要考虑电流均流问题，电流信号反馈检测是通过霍尔元件和A/D转换芯片将各个开关上的大电流转化成处理器可以处理的电压信号，来改变处理器输出的PWM方波的占空比，增加(或减少)该开关的通态电流，以实现均流的目的。
在本实施例中，如图9所示，开关电流检测电路(又叫霍尔电流采样电路)包括一个霍尔电流检测元件(在此本实施例中选用的是HC5F800-S)、电压跟随器以及若干用来滤波的电容和调节输出比例的电阻；霍尔电流采样电路可以将-600A～600A的大电流转化为1V～4V范围的电压，正好处在一般A/D转换芯片的电压允许范围内，经过模数转换后输出给处理器进行运算处理。
在本实施例中，粉尘浓度检测电路包括安装在电除尘器阳极上的粉尘浓度传感器和A/D转换模块，将粉尘浓度传感器输出的电压信号，经过模数转换成处理器可以处理的信号传输给处理器，同时在LCD显示屏上显示实时单位时间粉尘浓度数值。该浓度数值与数据库信息进行对比，查询相应单位时间粉尘浓度所需要的最优频率f。
综上所述，上述实施例的利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的系统，通过高频高压隔离脉冲变压器在电除尘的阴极(电晕极)上，外加一个频率可调的高频电脉冲(例如300kHz)以上，利用高频电脉冲与黏附在阳极(收尘极)上的粉垢分子发生共振，从而使粉垢松动并在重力的作用下脱落，由于高频电脉冲在整个除尘器空间发生作用，因此可以全面清除黏附在收尘极上的粉垢，清除粉垢效果好，适用于石油、化工、冶金、轻工及商业等各个领域，值得被推广使用。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的系统，其特征在于，包括：高频同步驱动信号发生电路、高频驱动信号放大电路、并联运行开关电路、粉尘浓度检测电路、处理器、开关电流检测电路、高频高压隔离脉冲变压器、LCD显示电路；所述高频同步驱动信号发生电路、高频驱动信号放大电路、并联运行开关电路依次电性连接，所述并联运行开关电路与所述高频高压隔离脉冲变压器的一次侧连接，所述高频高压隔离脉冲变压器的二次侧与电除尘器的阴极电性连接，所述处理器与所述高频同步驱动信号发生电路电性连接，所述LCD显示电路与所述处理器电性连接；通过所述粉尘浓度检测电路，检测电除尘器中单位时间粉尘的浓度，并将浓度检测结果与数据库进行对比后传输至所述处理器中；通过所述开关电流检测电路检测所述并联运行开关电路中开关电流，并将开关电流检测结果传输至所述处理器中。
2.根据权利要求1所述的一种利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的系统，其特征在于：所述利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的系统还包括粉垢浓度数据库，所述粉垢浓度数据库与所述处理器通信连接。
3.根据权利要求2所述的一种利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的系统，其特征在于：所述并联运行开关电路包括多个并联的模块化开关。
4.根据权利要求3所述的一种利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的系统，其特征在于：所述粉尘浓度检测电路包括安装在电除尘器阳极上的粉尘浓度传感器和A/D转换模块，将粉尘浓度传感器输出的电压信号，经过A/D转换模块转换成供处理器处理的信号并传输给处理器，同时在LCD显示屏上显示实时单位时间粉尘浓度数值。
5.根据权利要求4所述的一种利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的系统，其特征在于：所述开关电流检测电路包括一个霍尔电流检测元件、电压跟随器；霍尔电流检测元件与各个模块化开关分别连接，并与电压跟随器连接，所述霍尔电流检测元件通过磁平衡式霍尔原理将传感器检测到的电流信号转变为电压信号输出，电压跟随器将霍尔电流检测元件输出的电压调整到设定的电压范围。
6.一种利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的方法，其特征在于，采用如权利要求3～5任一项所述的系统清除电除尘器阳极粉垢，包括以下步骤：
S1：将高频高压隔离脉冲变压器二次侧接入电除尘器的原电场阴极的供电电路，电除尘器阳极接地同时粉尘浓度传感器安装在电除尘器阳极进行工作；
S2：处理器将根据单位时间粉尘浓度检测结果结合数据库查询，输出最优频率的开关驱动信号；
S3：开关驱动信号经过驱动放大后控制并联运行开关电路中各个开关的通断，从而输出高频电脉冲，然后馈入高频高压隔离脉冲变压器的一次侧；
S4：在高频高压隔离脉冲变压器的二次侧产生同频率的高压电脉冲，叠加在电除尘器的阴极上；
S5：高频电脉冲与黏附在阳极上的粉垢分子发生共振，使粉垢松动并在重力的作用下脱落。
7.根据权利要求6所述的一种利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的方法，其特征在于：在所述步骤S2中，具体包括以下步骤：
S21：通过粉尘浓度检测电路对粉尘浓度进行检测，获取单位时间粉尘浓度系数检测结果；
S22：根据获取的单位时间粉尘浓度系数检测结果查询浓度系数数据库，判断该浓度系数值p0是否在浓度系数数据库中存在；
S23：若存在，则获取浓度系数值p0对应的开关驱动信号的最优频率f；若不存在，则根据浓度系数值p0计算出最优频率f，同时在数据库中插入一条新纪录(p0，f)；
S24：处理器根据步骤S3得到的最优频率f控制高频同步驱动信号发生电路产生最优频率f的开关驱动信号。
8.根据权利要求7所述的一种利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的方法，其特征在于：在所述步骤S22中，所述浓度系数数据库中存储有浓度系数值p0与开关驱动信号的最优频率f的映射关系。
9.根据权利要求6所述的一种利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的方法，其特征在于：所述利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的方法还包括以下步骤：
S6：当开关电流检测电路检测到并联运行开关电路中某一个或多个模块化开关电流小于或大于平均电流时，则通过处理器增加或减少该模块化开关的驱动脉冲宽度占空比来增加或减少该模块化开关的通态电流，实现均流。
10.根据权利要求9所述的一种利用高频电脉冲清除电除尘器阳极粉垢的方法，其特征在于：在所述步骤S6中，通过开关电流检测电路将各模块化开关的输出电流信号反馈给处理器，处理器进行处理后通过D/A转换输出控制信号，经过高频驱动信号放大电路将信号放大，形成PWM驱动信号，来驱动对应的模块化开关，通过调节PWM信号的脉宽来控制模块化开关的开断时间实现电流在每个模块化开关上的均流。
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