CN1223597A - 操作气体清洗装置的控制系统 - Google Patents
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Abstract
操作气体清洗装置(20)的系统和方法利用振动产生器(22、24、26),其中系统包括用于监测和预测不同表面区域(A、B、C)的共振条件的传感器(30、32、34)和程序,以便通过改变振动的频率和振幅来建立这些表面区域(A、B、C)上的最适宜的共振条件,从而优化该气体清洗装置(20)的清洗和操作。
Description
本发明目的在于提供具有振动装置的流体/颗粒分离器和气体清洗装置和/或气体清洗系统，例如：静电收尘器(ESP)、滤尘袋(BF)、喷雾干燥吸收器(SDA)、蒸发冷却器、旋风除尘器、文丘里管式洗涤器、干燥系统、潮湿干燥系统、半干燥系统、湿式系统、复合系统、机械分离器等等。该振动装置与控制装置连接，而控制装置能够改变所产生振动的频率和振幅。更详细地说，本发明目的在于提供用于控制振动引发或产生装置的控制系统和方法，该振动引发或产生装置被用来清洗和/或操作这种分离器和气体清洗装置的部件。该系统利用控制器为产生装置创建控制信号以改变振动频率和振幅而在各种区域处和/或各种这种系统和装置的部件上形成共振频率条件，从而最优化其中的操作。该控制器具有从安装在这种装置内的间隔的表面部分、区域或部件上的传感器中直接提供的输入以及由另外的传感器间接提供的输入。该传感器用来测量操作参数，例如：这种系统的入口和出口之间的压力差异和/或进入或离开该系统或者通过与该系统相关的过滤材料的流动特性，以及与风扇、送风机、抽水机和其他装置(与这种分离器和过滤装置相关)相关的电动机的功率、电压和电流条件。另外，使用先前收集的与同样或类似装置或系统的操作特性相关的数据，对控制器进行编程以提供控制信号。
许多其他清洗装置需要用振动装置来清洗诸如静电收尘器的收集板和滤尘袋的袋子等这样的表面，或者清洗出现非期望的累积物的表面(例如：喷雾干燥吸收器的壁)，或者振动悬浮在被清洗的气体中的颗粒，例如：蒸发冷却器中被蒸发的液滴、吸收了喷雾干燥吸收器中气态污染物的颗粒和附带粗糙颗粒的细微颗粒块。即使这些振动装置依据能够自动调节的序列周期性地操作，它们也以气体清洗装置操作(例如袋式灰尘过滤器的压力下降)为基础，以固定的频率和振幅运转。
迄今已有众多的为上述类型的气体清洗装置开发的控制系统，以便周期性地清洗这种装置的内部表面区域。一些传统系统是简单的定时系统--它们有效地中止这种装置的正常操作以便实现一清洗周期。在清洗周期期间，各种机械和/或空气气流和/或声学装置被用于建立系统内表面的振动以松开或卸掉(discharge)聚集的微粒状物质，该微粒状物质包括灰尘、固体颗粒、水或液滴等等。然而，这种振动产生器以固定的振动频率和振幅运转。不幸的是，这种定时周期的清洗系统对优化与这种分离器或清洗装置相关的各种内部表面区域或部件的清洗并不有效。例如，在传统的袋式灰尘过滤器中，袋和被从中清除的微粒状物质的表面特性实际上不同于过滤器壳的邻近壁和聚集在其上的微粒状物质的表面特性。由机械和/或空气气流和/或声学装置产生的振动频率不同地影响每个这些表面。也就是说，该过滤器系统内的每个表面区域具有不同的共振频率，该共振频率依赖于其结构并且也受其上的微粒状累积物的影响。从而，每个表面以特定频率作出不同的反应。因此，在定时清洗周期期间，具有不同表面特性和不同微粒状累积物的表面区域的清洗程度从系统的一个部件到另一部件具有很大的变化。在此情况下，可能需要不合理地延长清洗周期才能确保特殊过滤器或其它分离器的每个部件和表面部分被有效地清洗。
为了增强清洗系统的效率，一些现有技术的装置已经利用实时条件监测器来控制清洗装置的运转。许多现有技术的清洗系统装有安装在过滤器相对侧面上的压力换能器，使得能够确定过滤器的上行流和下行流侧面之间的压力差异。当所检测的状态是压力下降达到预定水平时，控制系统激活机械或空气气流或声学清洗装置以便起动系统部件的清洗周期。再者，这种压力条件的实时监测不考虑表面特性的差异也不考虑系统的各种部件上的具体累积物的差异，并且一旦清洗周期已经开始，周期就被通常维持一平均的周期时间以实现系统的一般清洗。这种平均清洗周期不足以清洗系统的某些部件，并且再者，在这种系统中使用的振动产生器以固定的频率和振幅运转。在授与Apelgren美国专利4,277,255中公布了这种控制系统的一个例子。
对用于清洗颗粒分离器和相关装置的计算机控制系统已经进行了另外的改善。授与Jorgenson等人的美国专利5,427,496公布了一种用于灰尘收集器的诊断控制系统，该系统利用与各种传感器接口的微处理器和软件编程来监测和控制收集器和清洗系统的操作。该专利公布了：过滤器系统的各种操作参数被连续监测并且与内部软件比较以给出收集器的过滤器和其它部件的立即指示条件。这种输入传感器包括电动机电流传感器、过滤器压力下降传感器、内部温度传感器等等。从这些传感器中接收到的信号被处理以确定收集器内的操作条件和故障。从而，包括清洗周期的收集器的操作由接收到的数据和内部的软件程序控制。然而，如同使用其它现有技术的清洗系统的情况一样，为了达到这样的目的--确定间隔的部件的准确共振条件以便改变产生振动的产生器的振动频率和振幅，该振动用于在收集器内取出累积物--没有提供对收集器的各种部件或区域的监测。在清洗周期期间，控制系统也没有基于包括暴露给振动的各种表面上的物质累积的条件，来控制振动频率。因此，控制系统不能为了达到清洗收集器内不同表面的目的，而有效地控制或改变振动频率和振幅。
另外在气体吸收领域中，授与Pfoutz的美国专利4,535,209公布了：通过声学装置增强半干燥系统中的气体/固体颗粒反应。声辐射体(sonic horn)可振动喷射的泥浆滴(sprayed slurrydroplet)。但是根据情况选择的声辐射体的频率也不足以有效地蒸发所有的浆滴和促进气体的吸收。
本发明目的在于提供具有振动装置的流体/颗粒分离器和气体清洗装置和/或气体清洗系统，例如：静电收尘器(ESP)、滤尘袋(BF)、喷雾干燥吸收器(SDA)、蒸发冷却器、旋风除尘器、文丘里管式洗涤器、干燥系统、潮湿干燥系统、半干燥系统、湿式系统、复合系统、机械分离器等等。该振动装置与控制装置连接，而控制装置能够改变所产生振动的频率和振幅。每个控制器被有效地连接到一个或多个振动产生器，而振动产生器可能是机械摇动器装置、声辐射体、高音扬声器振动膜、气体气流产生器或空气气流产生器；并且该振动产生器能够在气体清洗装置和/或系统内产生振动。在最佳实施例中，产生器的频率和振幅依赖于从传感器中接收到的信号而改变，使得产生的频率依赖于气流操作条件来建立被振动的各种表面处或各种部件内的共振条件。在振动活动期间，气体清洗装置和/或系统内的不同位置处的共振频率将依赖于沉淀在表面上的残留物质或依赖于被振动的颗粒的特性而改变。
在某些实施例中，可能提供其它间接传感器，例如用于检测滤尘袋或其中的区域的压力下降；或者用于测量反映经过气体清洗装置和/或系统的部件的气体流的改变的参数；或者用于检测经过气体清洗装置和/或系统的部件的压力下降，该气体清洗装置和/或系统的信息也提供给控制器。除了前述的参数，其它间接参数也被提供给控制器，如包括ESP高压系统和电动机的电部件的操作电压、电流或电源，该电动机被用于驱动与这种气体清洗装置和/系统相关的各种包括风扇和送风机的装置。
在本发明的另一实施例中，到控制器的间接反馈可能包括用于类似运行系统的已经收集一段时间的预定数据。此预定数据也可能包括先前从被清洗的分离器或过滤器中获得的数据，例如新的和没有任何具体累积物的各种表面的共振频率。当使用特定气体或物质清洗或操作时，此数据也可能包括类似系统的各种部件的振动特性以及经过预定时间的预知的物质累积，该振动特性例如为部件(如袋式过滤器的袋)的壁或表面的共振频率，而且这些振动频率经过一段时间的使用会发生改变。
本发明的控制系统也可能包括用于允许手工控制可变频率振动产生器的人工控制装置(overrides)。在最佳实施例中，控制器是一计算机，它被编程设计为接受包括那些上面概述的可变参数以及提供控制信号以产生和改变可变频率振动产生器的操作特性。
本发明的主要目的在于提供用于监测和控制可变频率振动产生器的操作的系统，该可变频率振动产生器被用于清洗和/或操作气体清洗装置和/或系统的部件以便改变所产生振动的频率和振幅从而优化此装置和/或系统的单个部件的清洗和/或操作，其中振动频率和振幅的改变依赖于此单个部件的检测到的和/或预先确定的或预测的共振条件。
本发明的进一步目的在于提供用来控制声音产生器、频率调制器、振动引发机械装置、空气流产生器等等的方法，以达到这样的目的：改变贯穿气体清洗装置和/或系统的内部的振动频率，以便优化其中的振动特性和此系统的单个部件的振动特性，从而在清洗期间帮助从此部件的表面中卸掉物质，或者优化操作条件例如调节液滴蒸发的吸收条件。
图1是显示本发明的控制系统的气体/颗粒分离器的示意性的横截面视图，包括安装在分离器不同位置的传感器；
图2的图形显示了流体/颗粒分离器的表面处的共振频率的改变，该共振频率由振动产生器生成并且基于表面的作为结果的振动的振幅的改变；
图3的图形显示了由振动产生器使用的不同振动频率的三个单独范围、区域或表面的共振频率；
图4是与本发明的控制系统一起使用的另一气体清洗装置的示意性的横截面视图，并且显示了不同类型的传感器；
图5是结合了本发明的控制系统的滤尘袋清洗装置的间隔间(compartment)或区域的示意性的横截面视图，并且显示了与此间隔间内的所选袋相关的两种类型的传感器。
本发明提供了具有振动装置的流体/颗粒分离器和气体清洗装置和/或气体清洗系统，例如：静电收尘器(ESP)、滤尘袋(BF)、喷雾干燥吸收器(SDA)、蒸发冷却器、旋风除尘器、文丘里管式洗涤器、干燥系统、潮湿干燥系统、半干燥系统、湿式系统、复合系统、机械分离器等等。该振动装置与控制装置连接，而控制装置能够改变所产生振动的频率和振幅。如在这里和权利要求书中使用的一样，术语气体清洗装置和/或系统指如前所述的这种分离器、装置和系统。在此和权利要求书中也应该理解的是这种气体清洗装置和/或系统一般由几个区域(如BF中的间隔间或单元或者ESP中的区域或BF、ESP、SDA中的灰尘漏斗(hopper)的壁表面等等)组成并且包括各种部件(如ESP中的收集板或BF中的凹节(gab)等等)。
以反馈装置测量和/或评价气体清洗装置和/或系统的不同区域中的主要的实际条件而提供的信息为基础，控制装置预先确定或随意修正此改变的范围和次序。此改变被提供来建立各种表面上的共振条件以便清除收集到的微粒物质或累积物和/或悬浮在被清洗气体中的颗粒，从而方便气体清洗操作，例如液滴蒸发、气态污染物吸收、附带粗糙颗粒的细微颗粒的结块等等。
参考图1，气体清洗装置和/或系统20与一个或多个振动产生装置22、24、26一起安装，振动产生装置连接到控制装置28，控制装置28能够改变所产生振动的频率和振幅。根据本发明，考虑到所需的振动频率和振幅在不同区域中是不同的并且随时间改变，振动频率发生改变使得可以通过在气体清洗装置和/或系统的不同区域中建立共振条件来优化振动的效果。改变的范围和次序能够预先确定或者基于从直接反馈传感器30、32、34中接收到的信息来确定，这些传感器分别测量或评价气体清洗装置和/或系统的不同区域A、B、C处的实际条件。区域A是壁50，区域B是内部收集板51，而区域C是漏斗52，分散的灰尘在被提取之前收集在该漏斗52中。这些反馈传感器能够直接测量例如ESP20的每个区域中所选择的收集板51的共振条件(图1)，或者BF20’的每个区域中所选择的袋55的共振条件(图5)。
通过测量受该共振条件影响的参数，反馈装置也能够间接评价60(图4)或60’(图5)处的共振条件，例如，SDA喷射石灰乳(spraying lime milk)中象SO2之类的气态污染物的吸收效率、蒸发冷却器中被蒸发的水量、气体中悬浮颗粒的不透明性或者ESP中主要的电条件(包括电压、电流、能量等)。
参考图4，在本发明的示意性实施例中，通过一个或多个振动产生器42在气体清洗装置和/或系统40内产生声音振动。控制装置44能够引发声音产生器42的振幅和频率输出的改变。能够通过改变声音产生器的电源的振幅和/或通过改变声音产生器的频率来控制声音产生器的振幅输出。根据任一共振条件改变声音产生器的频率能够控制声音的有效振幅。例如，振动产生器可能是一压缩空气辐射体。位于辐射体的输出部分70的档板(damper)72能够控制振动的振幅。可以通过电来操作该档板以调节振幅。由电控制的激励器74能够改变这种空气式声音产生器产生的能量的频率。例如，激励器可以是电磁步进伺服系统、线性压力螺线管等等，被用于更改影响操作频率的振动膜特性。通过使用可变速空气翼(没有显示)也能够控制空气气流供给以更改操作频率。
电磁声音产生器、声音扬声器类型的装置也能够用于提供较宽范围的操作频率，同样也能够提供基于输入电源进行调节的输出电平。
在反馈模式中，直接反馈传感器可以是这样的装置，例如分别用于区域A和B的麦克风46、48，或者换能器53、54，该装置能够监测施加于通过振动来清洗的区域的可用声音能量，该测量点被认为代表气体清洗装置和/或系统的一个或多个区域。反馈传感器也可以是安装在被振动表面上的应变测量器类型(strain gauge-type)的换能器，例如，ESP 20的收集板51或者BF 20’的袋55(图5)，该换能器用于测量共振条件。在清洗表面的过程期间，它们的共振频率如图2所述那样改变。在图2中，实线显示了清洗之前表面的共振频率，虚线显示了正常清洗之后的共振频率，并且点划线显示了新的或完全清洗时表面的共振频率。
基于预定的改变或者频率-时间改变曲线，表面频率响应的改变能够用于自动确定振动持续时间。除了那些使用声音振动的实施例之外这也可以应用在其它实施例。因此，控制装置能够基于反馈传感器提供的信息，调节机械、声音、电子机械、空气/气体流或空气波振动产生器的振动运动的频率、振幅和持续时间。间接反馈装置60能够用于优化如图3所示的这种气体清洗装置和/或系统的每个区域A、B、C中的共振条件。间接反馈装置60例如可以是ESP的电信号和/或其中区域的电信号(对应于电压、电流、电源等等)，或者代表BF和/或其中区域的由恰当的换能器测量的压力下降和/或气体气流的信号60’(图5)，和例如用于经过袋式过滤器20’的所选袋的气体流61’(图5)。共振频率的摆动(sweep)被用作振动结果的持续时间的基础，也被用作这种振动的振幅的基础(通过在振动活动期间使用共振频率随时间的变化)。
在预先确定的模式中，考虑到振动活动期间共振频率中的预知变化，控制装置可能使用一预定的控制表或者程序，它们为每个被振动的区域提供被应用的频率、振幅和持续时间范围。该表或程序被结合进控制器，如计算机，并且以在设备建立期间直接或间接的反馈模式操作为基础，或以同样设计的设备的清洗和/或操作为基础，被完善或设置。
以程序表形式用于预先确定模式的信息由检测相关装置的操作来生成，该装置以与被控制的气体清洗装置和/或系统的同样的方式被使用一段时间。例如，类似的气体清洗装置和/或系统可能已经被监测几年了。依赖于具体累积物，有关表面响应的信息被收集并且用于编写一个程序以控制类似装置。进一步地，为了达到这样的目的--控制用于操作气体清洗装置和/或系统的部件的振动产生器--先前确定的与特定气体清洗装置和/或系统的操作特性相关的信息被输入到控制器，使得与特定控制器相关的信息可以用作预先确定的程序信息。
应该注意的是：如果振动频率的实际变化范围是较宽的，则反馈模式允许确定例如，在完全清洗条件下的每个区域的共振频率(Fr)(也就是所得到的振动的振幅是最大时的频率)。在灰尘沉淀之后，如图2所示那样共振频率减小。接着，应用上述的频率(Fr)和通过特定步长(step)向上和向下改变此频率，使控制器确定，通过增加或减小频率是否到达实际共振频率(F2)。接着步进(stepwise)频率(F2)被确定并且有可能以此频率(F2)振动以及有可能通过一类似过程来追随从(F2)到(F3)(这里振动停止)的频率改变。
特定表面可能具有几个共振频率，但是只能选择例如，最大振幅的单个频率来应用本发明。同样，使用具有较宽的可能频率范围的单一振动装置，有可能振动气体清洗装置的几个或所有区域，如图1中的ESP中的收集板51和漏斗52的区域，并且每个这些区域均具有自己的共振频率。
图5中显示的本发明的另一最佳实施例涉及被重叠/增加到气体清洗装置和/或系统中的正常气体流的振动方法。例如，如图5所示，反向空气BF20’中的一个间隔间通过关闭档板66来隔离并且通过次级风扇或送风机62将空气63或被清洗气体的反向气流挤过袋55的过滤器介质。此反向空气/气体气流接着前进到袋式过滤器的其它间隔间，在那里除了正常气体流外还过滤反向气流。这一反向气流能够消除某些灰尘沉淀物，但是通常不足以清洗袋55。带孔的圆板64以恒定速度旋转以将“振动”部分供给反向气流使得具有固定频率的振动被施加于袋55。根据本发明，依靠可变速电动机65或者可变连接器或其它合适的装置，能够应用可变频率。
控制装置能够在每个间隔间的预定频率、振幅和持续时间范围内操作，或者基于上面所述的反馈装置(例如与所选的袋55相关的反馈传感器32’或61’)来操作。另外，当此振动方法应用于主气流时，有可能应用范围足够宽的频率使得在气体清洗装置和/或系统的所有区域中建立共振条件，而不需隔离间隔间和/或安装许多反馈传感器的费用。如上所述，振动活动期间共振频率的改变的同样跟踪过程是适用的。
在结合了气体流中悬浮颗粒振动的其它实施例中，振动装置或产生器最好基于间接反馈装置，以如上所述的类似跟踪过程来连续使用，使用周期的或可变的频率振动具有沉淀或累积物的表面，或者使用同样的振动装置或者与其它振动装置结合。
本发明的处理和清洗系统能够广泛应用于清洗本申请中先前描述的各种流体/颗粒分离器和气体清洗装置。这些装置包括静电收尘器、滤尘袋、喷雾干燥吸收器、蒸发冷却器、旋风除尘器、文丘里管式洗涤器、干燥系统、潮湿干燥系统、半干燥系统、湿式系统、复合系统、机械分离器等。
Claims (19)
1、一种控制使用振动产生器的气体清洗装置和/或系统内的部件的清洗和/或操作的方法，包括如下步骤：
a)确定装置和/或系统的至少一个区域的共振特性；
b)依赖于至少一个区域的共振特性来控制振动产生器和改变从中产生的振动的频率和振幅；
2、权利要求1的方法，其中确定至少一个区域的共振特性的步骤包括以实时方式检测至少一个区域处的振动条件以及将此信息作为反馈提供给控制器，从而控制器利用此信息来改变由振动产生器产生的振动的频率和振幅。
3、权利要求1或2的方法，其中确定至少一个区域的共振特性的步骤包括将有关气体清洗装置和/或系统的操作参数的实时间接信息提供给控制器。
4、权利要求2的方法，其中确定至少一个区域的共振特性的步骤包括将有关气体清洗装置和/或系统的操作参数的实时间接信息提供给控制器。
5、权利要求3的方法，其中从下述的参数中选择出操作参数，该参数包括：经过气体清洗装置和/或系统或其中的至少一个区域或部件的气体流速，经过气体清洗装置和/或系统的部件的压力差异，有关气体清洗装置和/或系统中使用的电部件的电压、电流、电源等电信息。
6、权利要求4的方法，其中确定至少一个区域的共振特性的所述步骤包括将有关共振特性的信息设计进控制器的额外的步骤，该共振特性从先前已经确定的类似气体清洗装置和/或系统中测量。
7、权利要求1的方法，其中所述振动产生器作为一振动部件重叠/增加到气体清洗装置和/或系统中的气体气流中，并且被控制来改变所述振动部件的频率和振幅。
8、权利要求1的方法，其中确定至少一个区域的共振特性的所述步骤包括将有关共振特性的信息设计进控制器的额外的步骤，该共振特性从先前已经确定的类似气体清洗装置和/或系统中测量。
9、用于清洗气体清洗装置和/或系统内部件的系统，该气体清洗装置和/或系统包括多个有颗粒沉淀在其上的表面区域，该系统包括：振动产生器、有效连接到所述振动产生器的控制装置、安装在所述气体清洗装置和/或系统内的表面区域上的至少一个直接传感器装置、所述至少一个传感器装置被有效连接到所述控制器，并且依据从所述至少一个传感器装置中接收到的信息来操作所述控制器以改变振动产生器所产生振动的频率和振幅。
10、用于权利要求9的清洗的系统，其中所述直接传感器装置从下述的一组传感器中选择，该组传感器装置包括：换能器、麦克风和应变测量器。
11、用于权利要求9的清洗的系统，包括至少一个间接传感器装置，该传感器用于测量反映经过装置和/或系统的部件的气体气流中所述气体清洗变化的参数，所述至少一个间接传感器装置被有效连接到所述控制装置。
12、用于权利要求9的清洗的系统，其中所述振动产生器包括空气或气体气流产生器，它把一个振动部件重叠/增加到气体清洗装置和/或系统中的气体流中。
13、用于权利要求9的清洗的系统，其中所述振动产生器装置包括具有出口的声辐射体，和安装在所述声辐射体的档板，该档板用于改变从中产生的振动的频率。
14、用于权利要求9的清洗的系统，其中所述振动产生器包括具有流体出口的风扇装置、其中具有多个孔的安装在相邻所述出口处的圆板，和用于以变化速率旋转所述圆板的装置，使来自所述流体出口的流体流中的频率改变随其穿过正在旋转的所述圆板中的孔而变化。
15、用于权利要求9的清洗的系统，其中所述控制装置包括可编程装置，用于接收先前收集的关于气体清洗装置和/或系统的操作振动特性的可编程信息。
16、用于权利要求11的清洗的系统，其中所述控制装置包括可编程装置，用于接收先前收集的关于气体清洗装置和/或系统的操作振动特性的可编程信息。
17、用于权利要求12的清洗的系统，其中所述控制装置包括可编程装置，用于接收先前收集的关于气体清洗装置和/或系统的操作振动特性的可编程信息。
18、一种用于操作包括多个区域的气体清洗装置和/或系统的系统，包括：至少一个振动产生器、有效连接到所述至少一个振动产生器的控制装置，所述控制装置包括可编程装置，用于接收先前收集的关于气体清洗装置和/或系统的多个区域的操作振动特性的可编程信息，并且所述控制器依赖于在其中编程的信息进行操作，以改变至少一个振动产生器所产生的振动的频率和振幅。
19、用于权利要求18的操作的系统，包括至少一个传感器装置，用于直接或间接监测至少一个区域内的液滴的蒸发，所述至少一个传感器装置被有效连接到所述控制装置，从而通过改变来自所述至少一个振动产生器的振动的频率和振幅来控制液滴蒸发的速率。
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| CN 97194027 CN1223597A (zh) | 1996-04-23 | 1997-04-23 | 操作气体清洗装置的控制系统 |
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| CN 97194027 Pending CN1223597A (zh) | 1996-04-23 | 1997-04-23 | 操作气体清洗装置的控制系统 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1997
- 1997-04-23 CN CN 97194027 patent/CN1223597A/zh active Pending
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