濕式電除塵器控制系統(tǒng)的應用

文_吳華秀 福建龍凈環(huán)保股份有限公司

粉塵排放作為大氣污染治理主要污染物之一，受到越來越嚴格的控制，如《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》行動計劃提出東、中部地區(qū)新建燃煤發(fā)電機組在6%基準含氧量下，煙塵排放不高于10mg/Nm3。濕式電除塵器因其具有粉塵適應能力強、除塵效率高等特點在燃煤電廠得到了廣泛的應用，同時，濕電對微細顆粒物、重金屬、有機污染物等污染物也具有很好的捕集效果，在非電領(lǐng)域也運用很廣。

雖然濕式電除塵器的工作原理與干式電除塵器的工作原理類似，都是通過高壓電暈放電使粉塵荷電，從而在電場力的作用下達到捕集的效果。但是由于濕式電除塵器有“水”的介入，產(chǎn)生了質(zhì)的區(qū)別，例如：濕式電除塵器采用噴淋方式代替了傳統(tǒng)的振打清灰，增加了噴淋清灰供水的供水系統(tǒng)和污水循環(huán)系統(tǒng),這就意味著與之相適應的電氣控制系統(tǒng)也不一樣。因此，控制系統(tǒng)的合理設(shè)計對于濕式電除塵器高效、穩(wěn)定運行和節(jié)能降耗具有重要的意義。

本文分析和探討了濕電高壓電控系統(tǒng)、低壓電控系統(tǒng)和設(shè)備監(jiān)控管理應用及實踐，可為工程設(shè)計、運行、改造提供參考。

1 高壓控制系統(tǒng)

高壓控制系統(tǒng)是大功率可控硅移相控制技術(shù)、IGBT驅(qū)動控制技術(shù)、微機控制技術(shù)的集成。它能夠?qū)崿F(xiàn)對高壓電源的電流、電壓、火花率等運行參數(shù)跟蹤監(jiān)測、自動控制及故障報警。在高壓控制系統(tǒng)作用下，濕電收塵區(qū)形成了高壓場強，粉塵荷電并在電場力的作用下移動至收塵板。由于濕電粉塵具有粒徑小、比電阻小、濕度大等特性，因此，高壓電源除了要考慮到具備良好的閃絡(luò)控制特性、較高的功率因數(shù)和效率、較小的電源紋波系數(shù)，還要具備脈沖供電且供電間歇比可調(diào)。從表1及實踐結(jié)果來看，高頻電源可以給濕電提供從純直流到脈動幅度很大的各種電壓波形，當高頻電源純直流供電時，輸出直流電壓比工頻電源平均電壓要高約30%，這對于提高濕電的除塵效率是有利的。

表1 三種電源比較

基于設(shè)備運行及維護的智能化、信息化考慮，高壓控制系統(tǒng)的設(shè)計應滿足以下幾個方面的功能：

①應實時監(jiān)控輸入電壓電流及變壓器二次電壓電流、油溫、逆變或功率器件等重要信號及器件的狀態(tài)。

②系統(tǒng)要同時實現(xiàn)負載短路保護、過流保護、超溫保護及開路保護等功能，并根據(jù)不同的危險程度自動采取停機、報警以實現(xiàn)自我保護控制。

③實時顯示并記錄運行數(shù)據(jù)信息，為設(shè)備維護和管理提供數(shù)據(jù)支撐。

2 低壓控制系統(tǒng)

不同于干式電除塵器，濕電低壓控制系統(tǒng)主要包括水系統(tǒng)和吹掃加熱系統(tǒng)。其中，水系統(tǒng)實現(xiàn)了自動噴淋沖洗及水的循環(huán)利用；熱風吹掃系統(tǒng)主要在保溫箱內(nèi)營造一個高溫微正壓的環(huán)境，避免濕煙氣進入保溫箱，保證陰極承壓絕緣子的干燥，避免結(jié)露爬電現(xiàn)象。

2.1 水循環(huán)控制系統(tǒng)

水循環(huán)控制系統(tǒng)（圖1）既保證了濕電收塵極板清潔，高壓系統(tǒng)穩(wěn)定無火花運行，又清除了水中的粉塵，中和了pH，實現(xiàn)了粉塵等其他污染物全過程污染控制，使系統(tǒng)內(nèi)水循環(huán)利用、節(jié)約了企業(yè)的運行成本，尤其在大機組工程應用中，表現(xiàn)更為突出。

水循環(huán)控制系統(tǒng)由補水系統(tǒng)、循環(huán)噴淋系統(tǒng)、清灰噴淋沖洗系統(tǒng)、過濾和加堿系統(tǒng)等組成。沖洗水經(jīng)過噴淋系統(tǒng)后，含有大量酸性物質(zhì)和細微顆粒物，直接排放會產(chǎn)生二次污染，為解決二次污染和水耗問題，需要在PLC內(nèi)編程來實現(xiàn)各子系統(tǒng)邏輯及聯(lián)鎖：

①酸堿中和主要通過加堿系統(tǒng)來完成，因此，PLC要根據(jù)現(xiàn)場pH值控制加堿泵運轉(zhuǎn)，以保持循環(huán)水pH值在設(shè)定范圍內(nèi)。

②采用過濾器過濾水中的雜質(zhì)、灰塵實現(xiàn)固液分離，通過監(jiān)測過濾器前后壓差實現(xiàn)過濾和自清洗控制。

③補水控制系統(tǒng)根據(jù)液位監(jiān)控來實現(xiàn)自動開啟或關(guān)閉補水電動蝶閥，使液位控制在合理范圍內(nèi)。

④噴淋控制系統(tǒng)通過對水壓的控制和噴嘴處壓力反饋實現(xiàn)噴淋水的霧化，以保證濕電內(nèi)部陰陽極系統(tǒng)達到最佳沖洗效果。

⑤通過對進口煙溫監(jiān)測，實現(xiàn)觸發(fā)報警功能，提醒人工降溫或強制降溫，直至煙溫正常后，系統(tǒng)自動恢復正常狀態(tài)。

圖1 濕電水系統(tǒng)框圖

2.2 吹掃加熱系統(tǒng)

由于電場內(nèi)部均是飽和濕煙氣，為了避免瓷缸結(jié)露受潮引起電場短路和磁缸爬電開裂，需要設(shè)計一套熱風吹掃系統(tǒng)（圖2）來實現(xiàn)瓷缸干燥，這是保證濕電正常運行的關(guān)鍵。為防止加熱灌局部溫度過高，控制系統(tǒng)應注意熱風吹掃系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)聯(lián)鎖，即啟動的先后順序。工程實踐表明，吹掃加熱系統(tǒng)既解決了保溫箱內(nèi)因低溫、水汽使瓷缸結(jié)露的問題，也避免了無限制的加熱造成的加熱器使用壽命降低及能源浪費，實現(xiàn)保護節(jié)能的雙重功效。

圖2 熱風吹掃系統(tǒng)示意圖

3 智能上位機系統(tǒng)

隨著科技的發(fā)展，跨平臺上位機監(jiān)控系統(tǒng)可隨時隨地查看和接收來自設(shè)備的重要數(shù)據(jù)和實時報警信息，大大減輕了運維壓力和處理問題的效率，重要數(shù)據(jù)還可以和工廠的ERP系統(tǒng)整合，自動實時調(diào)整運行控制參數(shù)。故完善的上位機系統(tǒng)對于濕電系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行以及工廠節(jié)能降耗具有重要的實際意義。為加強對濕電整體運行狀態(tài)的監(jiān)控管理，確保設(shè)備故障能夠得到及時發(fā)現(xiàn)和處理，根據(jù)運行實踐經(jīng)驗，可以通過智能上位機系統(tǒng)的以下3種功能要求來實現(xiàn)：

①人機交互和數(shù)據(jù)報警報表等功能。人機交互應以各種動畫、圖形、表格報表、曲線、文本等形式在畫面上顯示，以生動形象的展現(xiàn)出各系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)及狀態(tài)，最大限度地方便運維人員發(fā)現(xiàn)和排除故障。同時，數(shù)據(jù)報警報表的設(shè)計應具有持續(xù)性、可靠性、實時性、完整性，為后續(xù)的檢修分析提供數(shù)據(jù)支撐。

②AI功能?；?G物聯(lián)網(wǎng)，通過采集濕電運行參數(shù)，建立基于大數(shù)據(jù)持續(xù)優(yōu)化的動態(tài)控制模型，實現(xiàn)濕電排放口粉塵排放指標與高低壓系統(tǒng)閉環(huán)控制。通過動態(tài)控制模型實現(xiàn)噴淋沖洗周期和時長的動態(tài)調(diào)整，縮短粉塵在極板表面的停留時間減輕對極板腐蝕，緩解粉塵在極板結(jié)垢。

③跨平臺監(jiān)控功能。通過N2N網(wǎng)關(guān)連接云端服務(wù)器，實現(xiàn)手機移動端或PC端在線監(jiān)控，獲取重要數(shù)據(jù)報表，實現(xiàn)對設(shè)備的遠程監(jiān)控。這種跨平臺監(jiān)控功能能夠有效突破時空限制實時獲取設(shè)備各系統(tǒng)運行狀態(tài)，根據(jù)現(xiàn)場反饋的數(shù)據(jù)信息，通過遠程操作判斷并排除設(shè)備故障。

4 結(jié)語

濕式電除塵器因其具有粉塵適應能力強、除塵效率高等優(yōu)點，在電力和非電領(lǐng)域都得到了廣泛應用。相比于干式電除塵器，濕電工作環(huán)境有明顯的不同，高頻電源純直流供電對于提高濕電的除塵效率是有利的；設(shè)計一套與之匹配的控制系統(tǒng)對于提高設(shè)備運行、提升自動化程度、節(jié)能減排具有重要的實際意義。隨著排放要求的趨嚴，濕電的控制系統(tǒng)也需要進一步的完善和提升，特別是加強對水循環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計的提升與改進有助于濕電系統(tǒng)達到高效節(jié)能節(jié)水的效果，為工業(yè)生產(chǎn)帶來更多經(jīng)濟效益和社會效益。