湿式电除尘器控制系统的应用

文_吴华秀 福建龙净环保股份有限公司

粉尘排放作为大气污染治理主要污染物之一，受到越来越严格的控制，如《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》行动计划提出东、中部地区新建燃煤发电机组在6%基准含氧量下，烟尘排放不高于10mg/Nm3。湿式电除尘器因其具有粉尘适应能力强、除尘效率高等特点在燃煤电厂得到了广泛的应用，同时，湿电对微细颗粒物、重金属、有机污染物等污染物也具有很好的捕集效果，在非电领域也运用很广。

虽然湿式电除尘器的工作原理与干式电除尘器的工作原理类似，都是通过高压电晕放电使粉尘荷电，从而在电场力的作用下达到捕集的效果。但是由于湿式电除尘器有“水”的介入，产生了质的区别，例如：湿式电除尘器采用喷淋方式代替了传统的振打清灰，增加了喷淋清灰供水的供水系统和污水循环系统,这就意味着与之相适应的电气控制系统也不一样。因此，控制系统的合理设计对于湿式电除尘器高效、稳定运行和节能降耗具有重要的意义。

本文分析和探讨了湿电高压电控系统、低压电控系统和设备监控管理应用及实践，可为工程设计、运行、改造提供参考。

1 高压控制系统

高压控制系统是大功率可控硅移相控制技术、IGBT驱动控制技术、微机控制技术的集成。它能够实现对高压电源的电流、电压、火花率等运行参数跟踪监测、自动控制及故障报警。在高压控制系统作用下，湿电收尘区形成了高压场强，粉尘荷电并在电场力的作用下移动至收尘板。由于湿电粉尘具有粒径小、比电阻小、湿度大等特性，因此，高压电源除了要考虑到具备良好的闪络控制特性、较高的功率因数和效率、较小的电源纹波系数，还要具备脉冲供电且供电间歇比可调。从表1及实践结果来看，高频电源可以给湿电提供从纯直流到脉动幅度很大的各种电压波形，当高频电源纯直流供电时，输出直流电压比工频电源平均电压要高约30%，这对于提高湿电的除尘效率是有利的。

表1 三种电源比较

基于设备运行及维护的智能化、信息化考虑，高压控制系统的设计应满足以下几个方面的功能：

①应实时监控输入电压电流及变压器二次电压电流、油温、逆变或功率器件等重要信号及器件的状态。

②系统要同时实现负载短路保护、过流保护、超温保护及开路保护等功能，并根据不同的危险程度自动采取停机、报警以实现自我保护控制。

③实时显示并记录运行数据信息，为设备维护和管理提供数据支撑。

2 低压控制系统

不同于干式电除尘器，湿电低压控制系统主要包括水系统和吹扫加热系统。其中，水系统实现了自动喷淋冲洗及水的循环利用；热风吹扫系统主要在保温箱内营造一个高温微正压的环境，避免湿烟气进入保温箱，保证阴极承压绝缘子的干燥，避免结露爬电现象。

2.1 水循环控制系统

水循环控制系统（图1）既保证了湿电收尘极板清洁，高压系统稳定无火花运行，又清除了水中的粉尘，中和了pH，实现了粉尘等其他污染物全过程污染控制，使系统内水循环利用、节约了企业的运行成本，尤其在大机组工程应用中，表现更为突出。

水循环控制系统由补水系统、循环喷淋系统、清灰喷淋冲洗系统、过滤和加碱系统等组成。冲洗水经过喷淋系统后，含有大量酸性物质和细微颗粒物，直接排放会产生二次污染，为解决二次污染和水耗问题，需要在PLC内编程来实现各子系统逻辑及联锁：

①酸碱中和主要通过加碱系统来完成，因此，PLC要根据现场pH值控制加碱泵运转，以保持循环水pH值在设定范围内。

②采用过滤器过滤水中的杂质、灰尘实现固液分离，通过监测过滤器前后压差实现过滤和自清洗控制。

③补水控制系统根据液位监控来实现自动开启或关闭补水电动蝶阀，使液位控制在合理范围内。

④喷淋控制系统通过对水压的控制和喷嘴处压力反馈实现喷淋水的雾化，以保证湿电内部阴阳极系统达到最佳冲洗效果。

⑤通过对进口烟温监测，实现触发报警功能，提醒人工降温或强制降温，直至烟温正常后，系统自动恢复正常状态。

图1 湿电水系统框图

2.2 吹扫加热系统

由于电场内部均是饱和湿烟气，为了避免瓷缸结露受潮引起电场短路和磁缸爬电开裂，需要设计一套热风吹扫系统（图2）来实现瓷缸干燥，这是保证湿电正常运行的关键。为防止加热灌局部温度过高，控制系统应注意热风吹扫系统和加热系统联锁，即启动的先后顺序。工程实践表明，吹扫加热系统既解决了保温箱内因低温、水汽使瓷缸结露的问题，也避免了无限制的加热造成的加热器使用寿命降低及能源浪费，实现保护节能的双重功效。

图2 热风吹扫系统示意图

3 智能上位机系统

随着科技的发展，跨平台上位机监控系统可随时随地查看和接收来自设备的重要数据和实时报警信息，大大减轻了运维压力和处理问题的效率，重要数据还可以和工厂的ERP系统整合，自动实时调整运行控制参数。故完善的上位机系统对于湿电系统的高效稳定运行以及工厂节能降耗具有重要的实际意义。为加强对湿电整体运行状态的监控管理，确保设备故障能够得到及时发现和处理，根据运行实践经验，可以通过智能上位机系统的以下3种功能要求来实现：

①人机交互和数据报警报表等功能。人机交互应以各种动画、图形、表格报表、曲线、文本等形式在画面上显示，以生动形象的展现出各系统的运行数据及状态，最大限度地方便运维人员发现和排除故障。同时，数据报警报表的设计应具有持续性、可靠性、实时性、完整性，为后续的检修分析提供数据支撑。

②AI功能。基于4G物联网，通过采集湿电运行参数，建立基于大数据持续优化的动态控制模型，实现湿电排放口粉尘排放指标与高低压系统闭环控制。通过动态控制模型实现喷淋冲洗周期和时长的动态调整，缩短粉尘在极板表面的停留时间减轻对极板腐蚀，缓解粉尘在极板结垢。

③跨平台监控功能。通过N2N网关连接云端服务器，实现手机移动端或PC端在线监控，获取重要数据报表，实现对设备的远程监控。这种跨平台监控功能能够有效突破时空限制实时获取设备各系统运行状态，根据现场反馈的数据信息，通过远程操作判断并排除设备故障。

4 结语

湿式电除尘器因其具有粉尘适应能力强、除尘效率高等优点，在电力和非电领域都得到了广泛应用。相比于干式电除尘器，湿电工作环境有明显的不同，高频电源纯直流供电对于提高湿电的除尘效率是有利的；设计一套与之匹配的控制系统对于提高设备运行、提升自动化程度、节能减排具有重要的实际意义。随着排放要求的趋严，湿电的控制系统也需要进一步的完善和提升，特别是加强对水循环控制系统设计的提升与改进有助于湿电系统达到高效节能节水的效果，为工业生产带来更多经济效益和社会效益。