电除尘节能优化控制系统的设计与开发

李建阳

摘要：文章介绍了电除尘器节能优化控制系统需要解决的问题和关键性技术开发。在现场运行数据分析的基础上，结合多年的电除尘器工作经验，设计和开发了该系统的软件和硬件。

关键词：节能优化；电除尘器；工况诊断

中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）09-0071-03

“节能减排”是我国的一项重要决策，是国家经济社会发展的必然选择。电除尘器作为重要的环保设备，也是火电厂的高能耗设备，一般情况下电除尘器的耗电量约占电厂厂用电的3‰～5‰。在实际运行中，电除尘器作为一个耗电大户，降低电除尘消耗功率引起电厂高度重视，电除尘器耗能指标已经成为投标的一个重要技术参数，近年来的研究与实践表明：在满足排放要求的前提下，电除尘器具有很大的节电潜力，经济效益明显。而如何在提高除尘效率、降低烟尘排放浓度的同时，大幅度降低电除尘器的能耗，是目前需要解决的重要课题。

1 需要解决的问题

1.1 电除尘器的复杂性

在燃煤电厂，电除尘器是最广泛使用的工业系统，用于收集燃烧后的飞灰。它同时是一台机械（振打系统，电晕线结构，收尘板等），一台电气机械（高压电源、放电等），一台流体动力机械（气流分布和调节等），一台“化工机械”（灰特性和烟气调质）。因此电除尘器是一个多参数的复杂系统，掌握各种重要参数对电除尘器工况特性和对电除尘器性能的影响是十分关键的。通过对电除尘器节能潜力的分析，选择正确的方法，设计一个多参量反馈闭环、保证电除尘器性能不降低、可靠有效的节能控制系统来满足节能减排的需求是一项非常急迫的工作。

1.2 煤种的多变性

由于煤炭资源缺乏，发电厂燃用煤种经常变化，导致电除尘器工况特性变化较大。如果缺乏了解煤种、飞灰特性对电除尘器性能影响的经验，又没有电除尘器运行工况分析软件的支持，设计的控制系统就不能正确地自动跟踪工况的变化，系统虽然可以有一定的节能，但电除尘器除尘效率经常受到较大影响，有的排放严重超标。

1.3 手工节能的局限性

在有些现场和其他的公司的产品，他们采用的节能方式是手工设定电除尘器或者采用停电场的方式进行节能，这种方式不仅要时时刻刻进行人工干预，而且不能保证电除尘器的高效率运行，其效果显然是不好的。

1.4 浊度闭环控制系统的局限性

浊度闭环控制的电除尘节能系统（简称：EMS系统）已投入使用多年且有成功应用、节电率可以达到50%。但是，EMS系统是以浊度仪的测量值作为闭环反馈控制信号，而浊度仪是需要定期、细心维护的精密仪器，现场使用的大部分浊度仪由于使用环境恶劣、缺乏必要维护，经常处于非正常状态，使得EMS能量管理功能不能正常投入使用。

其次，EMS系统不适应现场煤种多变和电除尘的反电晕现象。

2 关键技术的开发

2.1 工况特性分析研究

经过对众多电除尘器的运行数据及现场测试数据的严谨分析、归纳、总结及多次改进，完整地建立了科学的电除尘器工况特性分析的数学模型及软件工具。实践表明该模型及其工具合理、有效，不仅可以准确地判断电场工况是处于反电晕状态还是正常电晕状态，而且能够量化反电晕（常电晕）的状况，即能够可靠地计算出电除尘器的反电晕指数和常电晕指数，从而正确地反映整台电除尘器的工况状态和变化趋势气量下降，电场风速降低，在这种条件下也可以降低电除尘器运行功率来实现节能。

2.2 节能控制策略开发

基于大量最佳运行方式的实验研究结果和工业应用经验，并结合电除尘器工艺师多年的经验积累，总结出工况分析与最优控制方式的关系。在此基础上，开发出以锅炉负荷、浊度仪、烟温等多参量为反馈控制信号的新型保效节能控制系统。系统运行时，能够根据工况变化随时合理可靠地自动选择电除尘器各电场的最佳运行方式和间歇供电占空比等运行参数，实现全闭环控制，使设备始终运行在除尘效率最高、功耗最小的较理想状态，从而达到保效最优化和节能最大化。

2.3 电除尘提效技术开发

开发了复合功率振打控制功能来实现高压控制与低压振打联动的断电振打控制策略，可以大大改善电除尘器清灰效果，提高除尘效率，为节能提供了更大的空间，确保电除尘器在长期稳定高效运行的基础上能够大幅度地节能。

应用新一代电除尘用高频电源进一步提高电除尘器的除尘效率，高频电源具有高效节能、增大电晕功率、可有效抑制反电晕、火花控制特性好等众多优点。高频电源的应用，实现了电除尘器供电电源技术水平质的飞跃。

结合新一代低低温电除尘器技术，降低电除尘入口烟气温度，进而降低粉尘比电阻，提高电除尘的效率，为进一步节能提供可能。

2.4 智能反电晕自动控制技术和间歇脉冲供电技术

高压控制器开发了智能反电晕自动控制技术，其核心任务就是根据反电晕的程度选择最佳的间歇供电脉冲占空比，也就是调整脉冲重复频率和寻找最佳电压的输出。间歇脉冲供电技术能够根据电场工况条件的变化和电场承载负荷的变化，及时跟踪调节供电方式，最大限度地满足电场的要求，不但提高了除尘效率，也大大降低除尘器能耗。

3 系统的软硬件设计

3.1 系统硬件设计

系统主机一般为高配置的工控机，软件系统安装在主机里，起监视和控制作用。通讯转换器一般为多串口卡或其它以太网通讯转换器。高压单元的主控设备是高压控制器，是电除尘器高压控制的核心部分。低压单元由低压集控系统、采集卡、浊度仪、PLC控制系统等组成。

（1）系统主机：由工业控制计算机、显示器、键盘、鼠标、打印机、工作台组成和节能系统软件组成。所有设备都集中放置在工作台内。工作台的基本功能为主机提供稳定的电源；把通讯电平转化为RS485/422电平或以太网信号；提供信号输入、输出接口。

（2）高压系统：该系统由高压硅整流设备（T/R）组成，其控制器是常规电源控制器或高频电源，设有RS422通讯或以太网接口和遥控启动/停止装置，通过通讯可以接受上位机的命令并向上位机传送运行参数。

（3）低压系统：该系统由振打、卸灰、电加热等子系统组成，用来控制电磁振打锤、振打电机、卸灰电机、电加热器等低压设备，通过通讯可接受上位机的参数设定，并向上位机传送工作参数和运行状态。

3.2 系统软件设计

软件采用C/S结构，服务器主要用于与控制设备的通讯、数据管理、设定管理和专家系统，客户端用于用户监视和操作。节能系统采用MicorsoftVisualStudio开发完成。

（1）电除尘对象设计。采用面向对象软件开发技术，对电除尘器实际对象虚拟化相应的软件上可以实现的对象，进一步提高软件的复用性。

（2）通讯模块的开发。实现了高压控制系统（常规电源、高频电源）、低压集控系统、PLC控制系统的通讯与设定，同时，实现了多种通讯方式像串口、以太网、冗余的通讯结构等，整个通讯模块需要保证软件的快速、可靠、稳定运行。

（3）软件专家系统的开发。软件专家系统主要由节能管理专家系统、工况诊断分析系统、振打优化控制系统等组成。节能管理专家系统主要用于分析诊断电除尘器电晕指数、最佳参数分析、多参数分析、节能管理控制等。工况诊断分析系统通过分析、归纳、总结，建立了分析诊断的数学模型，主要分析电场动态阻抗分析，反电晕检测与定量分析，火花控制特性评价等参数；振打优化控制系统主要解决在整台除尘器中安排各个分区振打时间的分隔，在各分区振打器中优选最佳的振打周期；在不同区域的振打器设定不同的振打力，在各分区振打时调整供电功率的控制。

4 结语

电除尘节能优化控制系统开发完成之后，整个系统节能效果十分显著，平均节电率大于60%，最高节电率可达90%。若按机组一年运行280天（40周）、每万kW机组每天平均节约电量400kWh、每度电0.35元计算，每万kW机组一年可节电11.2万度电、节省3.92万元，采用电除尘器节能控制系统的一台600MW机组电除尘器一年节电672万度电、节省电费235.2万元，经济效益相当可观。此系统先后在江西贵溪电厂、华电可门电厂、广东台山电厂、大唐潮州电厂等全国上百个用户现场应用，不仅取得很好的节能效果，而且除尘效率比改造前有所提高、完全满足排放要求。

因此应紧紧把握当前节能减排的有力时机，大力推广该节能控制系统，以创造更多的节能效益、经济效益和社会效益。

参考文献

[1] 郑国强，等.一种基于最优控制和多参量反馈的节

能系统开发与应用[A].11届国际电除尘会议论文

集.

[2] 福建龙净环保股份有限公司电除尘IPEC系统说明

书.

[3] 郑国强，等.电除尘节能优化控制系统在电厂的应

用[J].技术与工业应用.

（2）高压系统：该系统由高压硅整流设备（T/R）组成，其控制器是常规电源控制器或高频电源，设有RS422通讯或以太网接口和遥控启动/停止装置，通过通讯可以接受上位机的命令并向上位机传送运行参数。

（3）低压系统：该系统由振打、卸灰、电加热等子系统组成，用来控制电磁振打锤、振打电机、卸灰电机、电加热器等低压设备，通过通讯可接受上位机的参数设定，并向上位机传送工作参数和运行状态。

3.2 系统软件设计

软件采用C/S结构，服务器主要用于与控制设备的通讯、数据管理、设定管理和专家系统，客户端用于用户监视和操作。节能系统采用MicorsoftVisualStudio开发完成。

（1）电除尘对象设计。采用面向对象软件开发技术，对电除尘器实际对象虚拟化相应的软件上可以实现的对象，进一步提高软件的复用性。

（2）通讯模块的开发。实现了高压控制系统（常规电源、高频电源）、低压集控系统、PLC控制系统的通讯与设定，同时，实现了多种通讯方式像串口、以太网、冗余的通讯结构等，整个通讯模块需要保证软件的快速、可靠、稳定运行。

（3）软件专家系统的开发。软件专家系统主要由节能管理专家系统、工况诊断分析系统、振打优化控制系统等组成。节能管理专家系统主要用于分析诊断电除尘器电晕指数、最佳参数分析、多参数分析、节能管理控制等。工况诊断分析系统通过分析、归纳、总结，建立了分析诊断的数学模型，主要分析电场动态阻抗分析，反电晕检测与定量分析，火花控制特性评价等参数；振打优化控制系统主要解决在整台除尘器中安排各个分区振打时间的分隔，在各分区振打器中优选最佳的振打周期；在不同区域的振打器设定不同的振打力，在各分区振打时调整供电功率的控制。

4 结语

电除尘节能优化控制系统开发完成之后，整个系统节能效果十分显著，平均节电率大于60%，最高节电率可达90%。若按机组一年运行280天（40周）、每万kW机组每天平均节约电量400kWh、每度电0.35元计算，每万kW机组一年可节电11.2万度电、节省3.92万元，采用电除尘器节能控制系统的一台600MW机组电除尘器一年节电672万度电、节省电费235.2万元，经济效益相当可观。此系统先后在江西贵溪电厂、华电可门电厂、广东台山电厂、大唐潮州电厂等全国上百个用户现场应用，不仅取得很好的节能效果，而且除尘效率比改造前有所提高、完全满足排放要求。

因此应紧紧把握当前节能减排的有力时机，大力推广该节能控制系统，以创造更多的节能效益、经济效益和社会效益。

参考文献

[1] 郑国强，等.一种基于最优控制和多参量反馈的节

能系统开发与应用[A].11届国际电除尘会议论文

集.

[2] 福建龙净环保股份有限公司电除尘IPEC系统说明

书.

[3] 郑国强，等.电除尘节能优化控制系统在电厂的应

用[J].技术与工业应用.

（2）高压系统：该系统由高压硅整流设备（T/R）组成，其控制器是常规电源控制器或高频电源，设有RS422通讯或以太网接口和遥控启动/停止装置，通过通讯可以接受上位机的命令并向上位机传送运行参数。

（3）低压系统：该系统由振打、卸灰、电加热等子系统组成，用来控制电磁振打锤、振打电机、卸灰电机、电加热器等低压设备，通过通讯可接受上位机的参数设定，并向上位机传送工作参数和运行状态。

3.2 系统软件设计

软件采用C/S结构，服务器主要用于与控制设备的通讯、数据管理、设定管理和专家系统，客户端用于用户监视和操作。节能系统采用MicorsoftVisualStudio开发完成。

（1）电除尘对象设计。采用面向对象软件开发技术，对电除尘器实际对象虚拟化相应的软件上可以实现的对象，进一步提高软件的复用性。

（2）通讯模块的开发。实现了高压控制系统（常规电源、高频电源）、低压集控系统、PLC控制系统的通讯与设定，同时，实现了多种通讯方式像串口、以太网、冗余的通讯结构等，整个通讯模块需要保证软件的快速、可靠、稳定运行。

（3）软件专家系统的开发。软件专家系统主要由节能管理专家系统、工况诊断分析系统、振打优化控制系统等组成。节能管理专家系统主要用于分析诊断电除尘器电晕指数、最佳参数分析、多参数分析、节能管理控制等。工况诊断分析系统通过分析、归纳、总结，建立了分析诊断的数学模型，主要分析电场动态阻抗分析，反电晕检测与定量分析，火花控制特性评价等参数；振打优化控制系统主要解决在整台除尘器中安排各个分区振打时间的分隔，在各分区振打器中优选最佳的振打周期；在不同区域的振打器设定不同的振打力，在各分区振打时调整供电功率的控制。

4 结语

电除尘节能优化控制系统开发完成之后，整个系统节能效果十分显著，平均节电率大于60%，最高节电率可达90%。若按机组一年运行280天（40周）、每万kW机组每天平均节约电量400kWh、每度电0.35元计算，每万kW机组一年可节电11.2万度电、节省3.92万元，采用电除尘器节能控制系统的一台600MW机组电除尘器一年节电672万度电、节省电费235.2万元，经济效益相当可观。此系统先后在江西贵溪电厂、华电可门电厂、广东台山电厂、大唐潮州电厂等全国上百个用户现场应用，不仅取得很好的节能效果，而且除尘效率比改造前有所提高、完全满足排放要求。

因此应紧紧把握当前节能减排的有力时机，大力推广该节能控制系统，以创造更多的节能效益、经济效益和社会效益。

参考文献

[1] 郑国强，等.一种基于最优控制和多参量反馈的节

能系统开发与应用[A].11届国际电除尘会议论文

集.

[2] 福建龙净环保股份有限公司电除尘IPEC系统说明

书.

[3] 郑国强，等.电除尘节能优化控制系统在电厂的应

用[J].技术与工业应用.