循环流化床锅炉电除尘器优化与节能控制技术的研究与应用

(二)三相电源关键技术问题

①三相同步时序：开发三相电源首要问题是解决三相同步。如果不同步，三相的输出波形就不平衡，特别是在开始导通时，会出现高低波。控制系统会误判断为闪络，变成假闪控制，无法升压。这个问题的主要原因是移相触发脉冲不同步，导通不平衡。本研究采用的三相电源的最终技术方案是采用双内核(即双CPU)，从而保障三相系统的同步和触发保护。

②闪络火花封锁：前面已经提到三相闪络冲击有可能是瞬态导通电流的3.0-5.0倍。如何保证可靠关断，又不产生拉弧现象是开发三相电源的技术关键。本研究采用的三相电源的技术方案以单相电源动态火花跟踪技术，软硬件相结合的方法为基础，同时增加了科学的控制手段和保护措施，闪络控制十分稳定和可靠。

③抗干扰问题：对于闪络火花放电瞬态干扰的问题，在开发单相电源时，就采取了一些措施。但是三相电源的闪络冲击，是单相电压难以相比拟的，控制系统的芯片随时都可能损坏。本研究采用的三相电源采取了全方位的隔离技术，使得产品的可靠几乎超过单相电源。

三、电除尘系统节能优化研究

电除尘器在运行过程中，其运行工况始终处于动态变化中，电除尘器的供电参数必须随运行工况同步变化才能使电除尘器始终运行于最佳状况。

通过理论分析和大量的现场试验发现，电除尘器的运行工况与电气参数之间存在着规律性的联系。在此基础上，研究智能优化控制，其核心是在电除尘器运行时根据烟气及粉尘性质的变化，对运行电压、电流波形、粉尘出口浓度以及U-I特性进行综合分析与判断，自动地反复调整工作方式以及导通角，使提供给电除尘器本体的电压、电流始终处于最佳状态，使之有利于粉尘的荷电与捕集，从而提高除尘效率、降低烟尘排放浓度并降低电能消耗。但智能动态优化控制受现场环境变化影响较大，目前多以监控除尘效率为主，要真正达到节能优化，仍需在理论控制上有进一步研究。

本课题以智能优化控制为基础，以RBF全监督神经网络建立电除尘器出口浓度—供电电压模型，并采用遗传算法，以出口粉尘浓度满足环保要求为限定，以能耗最低为目标，对电除尘器的供电电压进行优化控制。同时将电场工作电压优化控制方法与火化跟踪控制方式相结合，并适当选择电压上升率和火化频率，以改善供电特性，提高除尘效率，选择合理的振打方式、卸灰控制方式和绝缘子加热方式，以实现电除尘器整体的节能控制。

(一)电除尘器出口粉尘浓度RBF神经网络模型

电除尘器除尘效率受很多因素的影响，如烟气性质、烟气量、烟气浓度;T/R(高压硅整流)供电方式、供电电压电流;阴阳极振打清灰效果;气流分布;漏风状态等。当其他因素，如烟气量、负荷、烟气性质以及除尘器本体等相对固定后，除尘效率就直接和电场参数密切相关。在这里，采用RBF神经网络建模，将作用于岱庄煤矿热电厂电除尘设备三个电场的二次电压作为神经网络的输入X，将电除尘器出口粉尘浓度作为神经网络的输出Y，建模反映电除尘器工作二次电压与出口粉尘浓度之间的关系。电除尘器出口粉尘浓度RBF网络模型如图所示。

电除尘器出口粉尘浓度RBF网络模型

(二)电除尘器节能优化控制设计

电除尘节能优化控制设计原理是以电除尘器的出口粉尘浓度作为判定除尘效率的依据，以除尘器的一次侧输入功率为判定除尘器能耗的依据，用全监督RBF神经网络建立电除尘器出口浓度一供电电压模型，采用遗传算法GA寻找最佳工作二次电压的设定值，控制系统将实际电压信号与优化得到的最佳工作电压信号比较后，随之采用电除尘控制器的控制算法改变主回路调节晶闸管的导通角，从而通过高压硅整流变压器使电场二次电压得到调节，作用于电除尘器本体，同时结合合理的振打、温度、却灰控制等低压控制方式，使其输出出口粉尘浓度不超过环保要求的限定值以及降低电除尘器的电能消耗。

同时将由于现场工况变化测量得到的电除尘器二次电压和出口粉尘浓度输入到RBF网络中，修正网络参数，进而对工作电压进行实时的优化控制，实现工业电除尘的整体节能减排。

四、电除尘控制系统

本项目采用的电除尘用高压整流控制设备是在传统控制电源的基础上，结合国内外常规电源的先进经验研发出的新一代产品，该产品具有多CPU、大液晶画面显示、数字锁相、降压振打、火花能级控制、板前接线等优点，目前已广泛应用于燃煤电厂、冶金、建材、化工等领域的电除尘系统中。

(一)设备的节能运行方式

a、断电振打或降压振打功能：

为保证电场振打时的清灰效果，同时降低能耗，有效克服高比电阻粉尘造成的反电晕工况，减少电能损耗、提高除尘效率，电除尘用高压整流设备预留与低压系统的振打联动接口，可与低压系统配合实现降压振打功能，按目前常规的振打周期计算，电场平均可节能20%以上。同时,这种降压振打方式与传统的通过通讯方式实现的降压振打相比，响应速度、可靠性均大大提高。

b、间歇供电、脉冲供电功能：

当粉尘比电阻过高时，电场很容易出现反电晕现象，WFb型高压整流设备提供了节能控制方式，即间歇供电方式和脉冲供电方式，使极板上积尘有足够的释放电荷的时间，从而提高除尘效率、减小能耗，其中：间歇供电占空比可在1∶2  到1∶256范围内设置。脉冲供电的小波幅值在0~100%可调。根据电场的实际运行工况，可将设备工作方式调整为间歇供电或脉冲供电方式，从而达到节能的目的。其中，间歇比和小波幅值可调，以间歇比1:2为例，节能达2/3。

c、浊度闭环反馈控制功能：

本设备通过预留的通讯接口，以除尘器出口排放含尘浓度为参考量，可实现浊度的闭环反馈控制功能，即在保证除尘效率的前提下，通过降低相应电场的二次电压值，达到节能的目的。

d、设备自身的功率损耗低

本课题选用的变压器效率不低于95%，功率因数不低于0.86，变压器空载损耗、短路损耗均低于国内其它同类电源。

5.1.3节能方式的操作说明

在节能方式下，设备可以根据实际工况，调整间歇供电占空比或脉冲供电小波幅值，其中：当脉冲供电小波幅值调整为100%时，相当于传统的火花跟踪控制方式。

(二)控制系统采用多CPU结构

主控芯片80C196用于数据分析与综合控制，其外围电路采用具有可编程逻辑阵列及大容量存储器的  “可编程通用外围芯片”，它把系统所需的多种I/O接口和存储器集成在一个芯片内，简化了电路系统设计，节省了印制板空间，增加了系统可靠性，使产品功耗降低，更适合于工况复杂的运行环境。控制单元与外部接口电路采用全隔离设计,进一步提高了系统的抗干扰性能。

现场电流电压信号由一专用MCS-51系列单片机负责采样，与主控单片机构成双CPU结构，巡检周期缩短,避免了单CPU分时处理的缺点，可在全时域内进行检测。使用专用CPU的采样结构极大的提高了采样精度(采样周期高达100us)，增强了软件火花检测的准确性和可靠性。在实现软件火花检测的同时，采样单元还通过硬件检测电路捕捉二次波形中的畸变，具有硬件火花检测功能，最大限度发挥软、硬件的各自优势，确保在各种工况条件下火花检测的灵敏度。

五、结束语

循环流化床锅炉电除尘器优化与节能控制技术，自2012年10月开始进行工业性试验，之后正式投入运行。工业性试验过程中，对380V三相制电源系统及三相同步处理技术、双CPU双控制器处理技术等多个方面进行了试验和测试。试验过程表明改造后在除尘器运行状况良好的前提下达到以下效果：①  改造后的除尘效率与原工作方式(火花跟踪方式)下的除尘效率略有提升。②  电除尘高压电源改造后，节能效率(有功损耗)不低于30%，同时，按最大节能方式进行优化。运行过程中系统运行稳定，除尘效率高，节能降耗，并能够起到减少人员投入的效果。应用结果表明：环保节能效果显著，产生了重大经济效益和社会效益。结果表明，本研究成果达到了预期要求，项目所提出的方法体系和设备系统是科学、合理、可行的，实施过程中效果良好，为小型循环流化床锅炉电除尘技术提供了先进的手段和装备，取得了显著的社会效益和经济效益，为煤矿企业向资源节约型企业的发展提供了保障。

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