CN204816907U - 干式电除尘及湿式除尘器粉尘联合自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种干式电除尘及湿式除尘器粉尘联合自动控制系统，在干式电除尘出口安装两台粉尘传感器测量干式电除尘出口粉尘，通过电缆将就地粉尘变换为4-20mA信号传输至干式电除尘控制器，干式电除尘控制器将数据处理后传输至DCS主控制器；在湿式除尘器出口安装一台粉尘传感器测量湿式除尘器出口粉尘，通过电缆将就地粉尘变换为4-20mA信号传输至湿式除尘器，湿式除尘器控制器将数据处理后传输至DCS主控制器；干式电除尘控制器、湿式除尘器控制器和DCS主控制器之间通过电缆硬接线完成数据交换。此控制系统将火电厂干式电除尘和湿式除尘器作为一个整体进行控制，自动调整干式电除尘及湿式除尘器的出力，降低干式电除尘及湿式除尘器电耗，使能源利用高效化，并利用成熟的现代自动控制理论和典型控制设备，使其适用于多种型号的除尘设备。

Description

干式电除尘及湿式除尘器粉尘联合自动控制系统

技术领域

本实用新型属于自动控制技术领域，涉及干式电除尘及湿式除尘器自动控制，特别涉及一种基于干式电除尘及湿式除尘器设备的粉尘联合全自动控制系统，实现火力发电厂、热力发电厂燃煤锅炉除尘设备的节能、高效运行。

背景技术

目前，我国经济处于高速发展期，工业生产自动化水平逐年提高，由工业生产导致的环境问题日渐突出，为了经济的可持续发展，国家提出了全面的“节能降耗”要求，如何提高工业生产的效率，降低设备能耗，减少污染物排放成为当今研究的重点内容。

作为现代化工业的主要领域，电力行业尤其是火电行业的发展所导致的大气污染日益严峻，由于火电行业通过燃烧煤来获取能源，其中粉尘是其污染物排放的主要组成部分。大量的煤燃烧造成污染物排放，给自然环境和人类健康带来极大伤害。

目前，我国出台了一系列污染物排放标准，污染物排放指标与发达国家看齐，有的指标甚至比发达国家还要严格。如粉尘排放原限值是小于50mg/Nm3，随后减少为20mg/Nm3，而近期火电行业超低排放改造要求限值是小于5mg/Nm3，火电行业粉尘排放限制和燃气机组一致。

火电行业降低粉尘排放值的措施一般为增加现有除尘设备的出力或新增除尘设备，如现在火电行业超低排放改造为降低粉尘排放新增湿式除尘器等设备。新增设备运行后将会导致设备能耗的大幅增加，进而导致节能指标进一步降低。在排放限值要求降低的同时，我国提出节能指标还要进一步领先，根据国家三部委《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》(发改能源[2014]2093号)中对燃煤机组节能降耗工作部署和节能降耗目标的要求，至2020年底，现役600MW亚临界空冷燃煤机组全面完成节能升级改造，机组供电煤耗要维持在320克/千瓦时以内。在保证粉尘排放不超标的情况下如何实现节能运行就显得极为重要，也为我国粉尘排放控制设备和控制方式带来的机遇和挑战。

我国干式电除尘和湿式除尘器是火力发电厂、热力发电厂常用除尘设备。目前，干式电除尘及湿式电除尘常规调节手段都是人工根据粉尘浓度及负荷变化情况手动增减电源柜出力来调节出口粉尘，这样的调节手段存在调节不到位和过度调节等问题，由此导致除尘设备运行效率不高和能源浪费。同时人工调整易导致粉尘超标，从而导致环保排放超标。干式电除尘和湿式除尘器之间本身存在着耦合关系，通过人工调整，不能从整体上实现两者之间的协调控制，也难以消除两者间的相互影响，从而导致设备运行相互间的内部能量消耗较多，造成能源的浪费和粉尘排放超标。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的目的是提供了一种干式电除尘及湿式除尘器粉尘联合自动控制系统，此控制系统将火电厂干式电除尘和湿式除尘器作为一个整体进行控制，根据机组负荷、燃煤量、磨煤机启停、浆液循环泵启停等设备状态变化，自动调整干式电除尘及湿式除尘器的出力，降低干式电除尘及湿式除尘器电耗，使能源利用高效化，并利用成熟的现代自动控制理论和典型控制设备，使其适用于多种型号的除尘设备。

本实用新型的技术方案是：一种干式电除尘及湿式除尘器粉尘联合自动控制系统，其特征是在干式电除尘出口安装两台粉尘传感器测量干式电除尘出口粉尘，为A侧干式电除尘出口粉尘传感器和B侧干式电除尘出口粉尘传感器，通过电缆将就地粉尘变换为4-20mA信号传输至干式电除尘控制器，干式电除尘控制器将数据处理后传输至DCS主控制器；

在湿式除尘器出口安装一台粉尘传感器测量湿式除尘器出口粉尘，通过电缆将就地粉尘变换为4-20mA信号传输至湿式除尘器，湿式除尘器控制器将数据处理后传输至DCS主控制器；

干式电除尘控制器、湿式除尘器控制器和DCS主控制器之间通过电缆硬接线完成数据交换，模拟量数据为4-20mA信号，开关量信号通过继电器进行隔离，继电器电压为交流220V。

从上述技术可以看出，本实用新型公开的干式电除尘及湿式除尘器粉尘联合自动控制系统具备以下特点：能够实时测量烟囱入口和干式电除尘出口粉尘值，将测量值在CRT画面显示，并将此信号输入自动控制系统，自动控制系统根据操作人员设定值和测量值之间的偏差，自动判断燃料量、一次风压力、磨煤机运行量和浆液循环泵运行量的变化，输出指令来调整干式电除尘及湿式除尘器电源柜电压、电流的变化，使干式电除尘及湿式除尘器工作在最佳状态，消除干式电除尘及湿式除尘器之间因相互耦合而导致的能量消耗，干式电除尘及湿式除尘器的电耗在效率不变的情况下降低约30％，降低了能耗，节约了能源。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构示意图。

图2是本实用新型的流程示意图。

具体实施方式

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

在图1中，ESP1-干式电除尘1室、ESP2-干式电除尘2室、ESP3-干式电除尘3室、ESP4-干式电除尘4室、5-A侧干式电除尘出口粉尘传感器、6-B侧干式电除尘出口粉尘传感器、7-烟囱入口粉尘传感器、8-一级吸收塔、9-烟囱、10-二级吸收塔、11-DCS主控制器、12-干式电除尘控制器、13-湿式除尘器控制器；图中干式电除尘简称ESP，湿式除尘器简称WESP，引风机简称IDF。

如图1所示，在干式电除尘出口安装两台粉尘传感器，为A侧干式电除尘出口粉尘传感器5和B侧干式电除尘出口粉尘传感器6，由两个前散射式光学粉尘仪测量干式电除尘出口粉尘，单位为mg/m3。此信号通过电缆将就地粉尘变换为4-20mA信号传输至干式电除尘控制器12，干式电除尘控制器12将数据处理后传输至DCS主控制器11。

湿式除尘器出口安装一台粉尘传感器，为烟囱入口粉尘传感器7，由抽取式光学粉尘仪测量湿式除尘器出口粉尘(即烟囱入口粉尘)，单位为mg/m3。此信号通过电缆将就地粉尘变换为4-20mA信号传输至湿式除尘器13，湿式除尘器控制器13将数据处理后传输至DCS主控制器11。

干式电除尘控制器12、湿式除尘器控制器13和DCS主控制器11之间通过电缆硬接线完成数据交换，模拟量数据为4-20mA信号，开关量信号通过继电器进行隔离，继电器电压为交流220V。

DCS主控制器11总指令是本控制系统的核心信号，经实验和理论推导，得出总指令与各参数间的关系为：

Y＝K₁F+K₂d(F)/dt+K₃d(P)/dt+K₄d(M)/dt+K₅d(J)/dt+P_out

式中，Y为DCS主控制器11总指令，0-100％；F为机组总燃料量，T/H；P为机组一次风压力，Kpa；M为磨煤机运行变化量，J为浆液循环泵运行变化量，P_out为串级系统输出值，0-100％；K₁，K₂，K₃，K₄，K₅为比例调整系数。

所述的P_out为串级系统运算值，串级系统的主PID控制器测量值为烟囱入口粉尘传感器7测量值，副调节器测量值为A侧干式电除尘出口粉尘传感器5和B侧干式电除尘出口粉尘传感器6测量值经取平均后的值。

上层控制系统总指令Y与干式电除尘接收指令信号E的关系为：E＝Y×F(X)₁

F(X)₁函数变换式为：

干式电除尘接收指令信号E输出至干式电除尘控制器，用于控制干式电除尘整体出力。

上层控制系统总指令Y与湿式除尘器接收指令信号W的关系为：W＝Y×F(X)₂

F(X)₂函数变换式为：

湿式除尘器接收指令信号W进行一分四处理

W＝W1＝W2＝W3＝W4

式中，W1为湿式除尘器#1电源柜硅变指令；W2为湿式除尘器#2电源柜硅变指令；W3为湿式除尘器#3电源柜硅变指令；W4为湿式除尘器#4电源柜硅变指令；W1、W2、W3、W4用来控制湿式除尘器控制器4台电源柜的出力。

在图2中，DCSMAINSYS：上层控制系统-DCS粉尘控制主系统；ESPCTLSYS：下层控制系统-干式电除尘节能子系统；WESPCTLSYS：下层控制系统-湿式除尘器节能子系统。PoutMAIN为串级控制系统主调节器；PoutASS为串级控制系统副调节器。

如图2所示，干式电除尘及湿式除尘器粉尘联合自动控制系统由干式电除尘节能子系统、湿式除尘器节能子系统和DCS粉尘控制主系统组成。联合粉尘自动控制系统由两层控制系统组成。上层控制在DCS系统中控制。下层控制分别在干式电除尘及湿式除尘器PLC控制系统中控制。上层系统包括DCS粉尘控制主系统，下层控制系统包括干式电除尘节能子系统和湿式除尘器节能子系统。上层控制和下层控制之间的信号传输通过硬接线连接，保证信号传输的可靠性。

上层控制系统包含手动模式和自动模式。按照串级加前馈的控制思路完成总指令Y的计算，并将计算出的总指令Y输出至下层控制系统。DCS粉尘控制主系统根据机组煤量的变化、一次风压力的变化和磨的启停、循环泵的启停等运行状况的变化，实时输出干式电除尘和湿式除尘器指令，调整干式电除尘和湿式除尘器出力，达到操作人员预定好的烟囱入口粉尘排放值。系统被调量为烟囱入口粉尘值与操作人员设定值做差后进入主调节器，副调节器的测量值为电除尘出口粉尘值。系统前馈值以机组出力值为主，考虑磨煤机启停和浆液循环泵的启停对粉尘的影响。系统输出前馈值是粗调，烟囱入口粉尘值与操作人员设定值偏差是细调，系统输出以粗调为主，以烟囱入口粉尘值与操作人员设定值偏差为修正值。DCS粉尘控制系统同时考虑干式电除尘及湿式除尘器解列后自动退出功能。

下层控制系统中干式电除尘节能子系统和湿式除尘器节能子系统包括手动和DCS控制两种模式。在手动模式下，系统输出由操作人员手动设定。在DCS控制模式，下层控制系统接收上层控制系统的指令来自动调整出力，操作人员可在自动指令中调整设定偏差。

DCS主控制器11送至湿式除尘器控制器13的信号主要包括：机组总燃料量、上层控制系统至湿式除尘器总指令W1、W2、W3、W4，为4-20mA信号。机组总燃料量为0至480吨每小时信号，上层控制系统至湿式除尘器总指令为0％至100％信号。

湿式除尘器控制器13送至DCS主控制器11信号主要包括：投入DCS控制请求、湿式除尘器硅变跳闸、湿式除尘器冲洗状态，三个信号均为开关量信号。

DCS主控制器11送至干式电除尘控制器12的信号主要包括：机组总燃料量、上层控制系统至干式电除尘总指令E，为4-20mA信号。机组总燃料量为0至480吨每小时信号，上层控制系统至干式电除尘总指令为0％至100％信号。

干式电除尘控制器12送至DCS主控制器11信号主要包括：干式电除尘解列，遥控准备好。

干式电除尘和湿式除尘器之间的耦合关系解除方案为：在机组出力增加或烟囱入口粉尘值超过设定值后，优先增加湿式除尘器的出力，在湿式除尘器出力达到额定值后，再增加干式除尘器的出力。在机组出力减少或烟囱入口粉尘值低于设定值后，优先降低干式除尘器的出力，在干式除尘器出力降低到定值后，再降低湿式除尘器的出力。以上功能通过F(X)₁和F(X)₂函数设置合理的参数，合理分配干式电除尘和湿式除尘器的负荷。

湿式除尘器节能子系统接受DCS上层控制系统的指令W1、W2、W3、W4，根据运行电场的数量及冲洗的电场的数量修正后送往四个电场。送往四个电场的指令值可由操作人员手动调整。

湿式除尘器节能子系统由PLC控制，可实现电流工作模式及电压工作模式切换。当切至电流工作模式，DCS指令通过标度变换形成二次电流整定设定值。同时发送到DCS的跟踪值也会自动切换到二次电流设定值，实现无扰切换。当切至电压工作模式，DCS指令通过标度变换形成二次电压整定设定值，同时发送到DCS的跟踪值也会自动切换到二次电压设定值，实现无扰切换。

干式电除尘节能子系统在就地PLC中实现。控制方式：DCS输出总指令至干式电除尘节能子系统E，实时调整干式电除尘出力。干式电除尘节能子系统根据“间歇脉冲供电可有效克服高比电阻粉尘引起的反电晕”提高除尘效率。

干式电除尘节能子系统将32台高频电源柜编订了3200个步序，对应上层DCS指令0％至100％信号，编订好的3200个步序按照DCS指令自动调整，加上间歇脉冲供电模式与纯直流供电模式的自动切换和占空比的自动调整，干式电除尘节能子系统能降低电除尘器运行中电能损耗，提高电能的利用效率，实现电除尘器的自动、节能运行，达到了环保、节能双重效果。

应用本实用新型后干式电除尘及湿式除尘器厂用电率降低30％。烟囱入口粉尘控制值为4mg/Nm3±1mg/Nm3。

Claims (1)

1.一种干式电除尘及湿式除尘器粉尘联合自动控制系统，其特征是在干式电除尘出口安装两台粉尘传感器测量干式电除尘出口粉尘，分别为A侧干式电除尘出口粉尘传感器(5)和B侧干式电除尘出口粉尘传感器(6)，通过电缆将就地粉尘变换为4-20mA信号传输至干式电除尘控制器(12)，干式电除尘控制器(12)将数据处理后传输至DCS主控制器(11)；

在湿式除尘器出口安装一台粉尘传感器测量湿式除尘器出口粉尘，通过电缆将就地粉尘变换为4-20mA信号传输至湿式除尘器(13)，湿式除尘器控制器(13)将数据处理后传输至DCS主控制器(11)；

干式电除尘控制器(12)、湿式除尘器控制器(13)和DCS主控制器(11)之间通过电缆硬接线完成数据交换，模拟量数据为4-20mA信号，开关量信号通过继电器进行隔离，继电器电压为交流220V。