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電除塵器電控節(jié)能系統(tǒng)主要針對(duì)高能耗的電除塵器而設(shè)計(jì)，電除塵器主要通過直流負(fù)高壓將電場(chǎng)內(nèi)的空氣電離，從而達(dá)到使粉塵荷電并最終被收塵極捕集的目的。一般情況下電除塵器收塵面積都比較大，相對(duì)應(yīng)需要的高壓電源數(shù)量也較多，同時(shí)輔助電場(chǎng)工作的加熱系統(tǒng)、振打系統(tǒng)等也需要占用較大的能耗，一直以來電除塵器都是生產(chǎn)線上的耗電大戶。因此，電除塵器也存在較大的電控節(jié)能潛力可挖，電除塵器電控節(jié)能系統(tǒng)正是基于此背景開發(fā)并應(yīng)用于實(shí)體工程中。

1 電除塵器的設(shè)計(jì)能耗

以常規(guī)265㎡電除塵器為例，其設(shè)計(jì)負(fù)荷中高壓電源系統(tǒng)負(fù)荷為1840kVA，電加熱系統(tǒng)負(fù)荷為564kW，振打系統(tǒng)負(fù)荷為78kW，照明系統(tǒng)負(fù)荷為24kW，檢修電源負(fù)荷為67kVA，系統(tǒng)總負(fù)荷為2506kVA（不計(jì)檢修電源）。從電氣負(fù)荷分布可以看出，265㎡電除塵器的設(shè)計(jì)總負(fù)荷高達(dá)2506kVA，實(shí)際運(yùn)行符合按設(shè)計(jì)的65%計(jì)算，每天約需耗電39093.6kWh；主要耗電單元為高壓電源系統(tǒng)和電加熱系統(tǒng)，占總負(fù)荷的95.93%。

2 節(jié)能方向

高壓電源系統(tǒng)和電加熱系統(tǒng)為電除塵器的主要高能耗系統(tǒng)，節(jié)能也應(yīng)重點(diǎn)針對(duì)這2個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行。

2.1 高壓電源系統(tǒng)

高壓電源系統(tǒng)主要有高壓整流變壓器、高壓隔離開關(guān)及高壓控制柜組成，其中高壓控制柜為高壓電源系統(tǒng)的核心控制單元。高壓控制柜通過智能控制器控制高壓整流變壓器的輸出電壓和輸出電流，并接收反饋信號(hào)，根據(jù)反饋信號(hào)做出相應(yīng)的閉環(huán)調(diào)節(jié)。智能控制器具備多種控制模式，如火花跟蹤模式、最高平均電壓模式、恒火花率模式、臨界少火花模式及各種比例的間歇供電模式，可以應(yīng)對(duì)不同工況條件下的運(yùn)行需要。但在實(shí)際使用過程中往往需要人為地去判斷實(shí)際運(yùn)行工況并調(diào)整運(yùn)行模式及輸出功率，要求運(yùn)行人員有較高的專業(yè)素質(zhì)，可實(shí)際運(yùn)行過程中基本上不具備人為實(shí)時(shí)調(diào)整的條件，造成電除塵器長時(shí)間運(yùn)行在不合理的模式或功率下，能耗高的同時(shí)也不利于保證除塵效率。

2.2 電加熱系統(tǒng)

電加熱系統(tǒng)可分為絕緣子電加熱系統(tǒng)和灰斗電加熱系統(tǒng)，均長時(shí)間處于工作狀態(tài)，能耗也不容忽視。絕緣子電加熱系統(tǒng)主要作用為保證絕緣部件表面不出現(xiàn)因結(jié)露而導(dǎo)致的爬電擊穿等問題，在電除塵器開機(jī)前要提前投入運(yùn)行，主要控制模式為溫度區(qū)間控制，保證絕緣子處于露點(diǎn)溫度以上?；叶芳訜嵯到y(tǒng)主要作用為保證灰斗內(nèi)部的集灰不會(huì)因?yàn)榭焖倮鋮s而板結(jié)，當(dāng)灰斗內(nèi)部存在集灰時(shí)，加熱器工作可以有效保證集灰的溫度；當(dāng)灰斗內(nèi)部沒有集灰時(shí)，加熱的溫度無法有效保持，加熱所產(chǎn)生的熱量會(huì)被煙氣帶走，屬于無效能耗。

2.3 小結(jié)

從以上高壓電源系統(tǒng)及電加熱系統(tǒng)工作原理可以發(fā)現(xiàn)，如果能實(shí)現(xiàn)工作模式及參數(shù)智能跟隨工況變化而做出相應(yīng)調(diào)整，則可以有效降低能耗，同時(shí)還能提交除塵器整體運(yùn)行效率，達(dá)到保效降耗，甚至增效降耗。

3 節(jié)能措施

為實(shí)現(xiàn)高壓電源系統(tǒng)參數(shù)跟隨工況實(shí)時(shí)智能調(diào)整，首先需要對(duì)電除塵器運(yùn)行工況有一個(gè)準(zhǔn)確的判斷和識(shí)別，通過采集生產(chǎn)的負(fù)荷信號(hào)、排放數(shù)據(jù)信號(hào)及煙氣溫度等信號(hào)，同時(shí)對(duì)電場(chǎng)運(yùn)行的伏安曲線進(jìn)行識(shí)別，判斷出工況特性的實(shí)時(shí)變化；其次通過電壓、斜率、拐點(diǎn)等因素進(jìn)行分析計(jì)算，建立電除塵器工況特性分析數(shù)學(xué)模型，開發(fā)分析工具軟件。分析結(jié)果通過量化指數(shù)反饋給電控節(jié)能系統(tǒng)，系統(tǒng)智能匹配運(yùn)行模式、自動(dòng)調(diào)解運(yùn)行參數(shù)，以達(dá)到最佳能效運(yùn)行模式。以反電暈工況為例，工況特性用反電暈指數(shù)或常電暈指數(shù)來量化表現(xiàn)，以識(shí)別電場(chǎng)反電暈發(fā)生與否、程度嚴(yán)重與否。反電暈指數(shù)量化定義如表1所示。

表1 反電暈指數(shù)量化定義

反電暈指數(shù)越高，表示反電暈程度越嚴(yán)重，此時(shí)高壓電源輸出電流高，電壓低，電場(chǎng)集塵能力差，能耗高；指數(shù)低，表示反電暈程度低或者無反電暈，此時(shí)高壓電源輸出電壓高、電流低，電場(chǎng)集塵能力好、能耗低。電除塵器的正常電暈指數(shù)小于20時(shí)，即為無反電暈工況，通過伏安特性曲線可以看出該工況下，高壓電源輸出電壓隨電流的增大而增大，而在反電暈工況下，二次電壓到一定程度后，隨著電流的增大基本不再增長，甚至出現(xiàn)降低的情況，此時(shí)如果一味增加運(yùn)行電流，不僅無法提高集塵效率，反而會(huì)增加大量的能耗。從反電暈工況與常規(guī)工況的能耗、排放關(guān)系來看，反電暈工況下，一味地增大高壓電源輸出功率，不僅提高了能耗，集塵效率反而降低了，即大量的能耗起了反作用。

高壓電源系統(tǒng)自帶的間歇供電工作模式可以有效應(yīng)對(duì)反電暈工況，不僅可以有效提高電場(chǎng)集塵效率，又可以大幅降低電場(chǎng)運(yùn)行能耗。為此，在節(jié)能系統(tǒng)內(nèi)集成反電暈自動(dòng)跟蹤控制運(yùn)行模式（見圖1），根據(jù)電暈指數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)最佳的間歇比，尋找最佳的運(yùn)行電壓。

圖1 自動(dòng)跟蹤控制運(yùn)行模

通過分析得出的反電暈指數(shù)自動(dòng)匹配間歇供電的脈沖占空比，通過調(diào)節(jié)脈沖占空比來匹配電場(chǎng)的最佳輸出功率。當(dāng)智能控制器接收到命令（或定時(shí)時(shí)間到）時(shí)，首先進(jìn)入尋找最佳運(yùn)行方式階段，同時(shí)調(diào)節(jié)電流極限使輸出平均電壓最大；其次在最高電壓的區(qū)間范圍內(nèi)，調(diào)整最佳的匹配電流，降低無效能耗，并按匹配的運(yùn)行方式運(yùn)行。如果反電暈指數(shù)變化幅度超過設(shè)定數(shù)值或運(yùn)行時(shí)間超過設(shè)定的運(yùn)行周期，則再次進(jìn)入尋找最佳運(yùn)行方式階段。兩個(gè)過程周而復(fù)始，重復(fù)不斷，就進(jìn)入了反電暈的實(shí)時(shí)自動(dòng)跟蹤控制的過程。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用案例測(cè)試數(shù)據(jù)，該模式下高壓電源節(jié)能率可達(dá)50%以上。

電加熱系統(tǒng)工作原理為根據(jù)設(shè)定的溫度上限及溫度下限進(jìn)行控制，當(dāng)PLC檢測(cè)到測(cè)量溫度低于溫度下限時(shí)，發(fā)出信號(hào)啟動(dòng)加熱回路進(jìn)行加熱，當(dāng)PLC檢測(cè)到測(cè)量溫度已達(dá)到溫度上限時(shí)，發(fā)出信號(hào)停止加熱回路，如此反復(fù)工作。這種控制模式往往存在溫度運(yùn)行區(qū)間較寬的問題，如果溫度上限設(shè)定較高，電加熱系統(tǒng)會(huì)一直處于工作狀態(tài)，能耗居高不下。根據(jù)電加熱系統(tǒng)的主要作用，只要保證絕緣子工作范圍溫度不低于露點(diǎn)和灰斗內(nèi)集灰溫度保持一定的溫度，不出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象即可。為此，節(jié)能系統(tǒng)內(nèi)增加了運(yùn)行溫度控制模式，電加熱系統(tǒng)通過設(shè)定的運(yùn)行溫度進(jìn)行恒溫控制，即電加熱器在運(yùn)行溫度±5℃范圍內(nèi)進(jìn)行啟?？刂疲s小了控制幅度，正常運(yùn)行煙氣溫度能夠滿足運(yùn)行溫度時(shí)，電加熱系統(tǒng)可一直處于停止?fàn)顟B(tài)即可滿足設(shè)備運(yùn)行需求。上限溫度及下限溫度不再參與控制，只起報(bào)警提醒的功能。這樣既滿足了設(shè)備運(yùn)行需求，又有效避免了無效溫度區(qū)間的能耗損失。同時(shí)，灰斗加熱控制與料位連鎖，當(dāng)灰斗內(nèi)無集灰時(shí)停止電加熱系統(tǒng)，當(dāng)集灰達(dá)到設(shè)定料位時(shí)，電加熱系統(tǒng)投入運(yùn)行。

4 應(yīng)用實(shí)例

采用電控節(jié)能技術(shù)對(duì)某鋼廠燒結(jié)機(jī)頭電除塵器進(jìn)行節(jié)能改造，該電除塵器為雙室四電場(chǎng)電除塵器，高壓電源采用八臺(tái)1.6A/80kV的高頻電源，功率1300kVA，實(shí)際運(yùn)行過程中電除塵器后電場(chǎng)存在明顯的反電暈現(xiàn)象，運(yùn)行二次電壓不高，二次電流較高，電場(chǎng)集塵功率高，與集塵效率不成正比。低壓系統(tǒng)總功率538.04kW，采用常規(guī)PLC系統(tǒng)控制，未采用傳統(tǒng)的溫度區(qū)間控制。通過統(tǒng)計(jì)改造前后30d的運(yùn)行數(shù)據(jù)及能耗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)采用電控節(jié)能系統(tǒng)后，通過智能識(shí)別電除塵器工況并自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行模式和參數(shù)，電場(chǎng)運(yùn)行二次電流明顯降低，二次電壓沒有降低甚至略有升高，有效應(yīng)對(duì)了反電暈工況下的高能耗問題，通過30d的數(shù)據(jù)對(duì)比計(jì)算，改造后電除塵器平均能耗從21211kWh/d降到13440kWh/d，節(jié)能率達(dá)到36.64%，如果按工業(yè)用電單價(jià)1元/kWh，每年運(yùn)行300d計(jì)，一年節(jié)能約可創(chuàng)收233.13萬元，節(jié)能降耗效果顯著。

5 結(jié)語

本文所論述的電除塵器電控節(jié)能系統(tǒng)在不改變現(xiàn)有設(shè)備配置的基礎(chǔ)上，對(duì)原有控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)、優(yōu)化，使電除塵器具備智能化控制的能力，為節(jié)能降耗創(chuàng)造了條件。經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用證明，該方式有效可行，數(shù)據(jù)表明使用電控節(jié)能系統(tǒng)，節(jié)能率可達(dá)30%以上，在投入不高的情況下可以快速回本并創(chuàng)造效益，為電除塵器的節(jié)能改造及相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)提供了思路。