除尘器

布袋除尘器变频调速控制策略

作者:广州新瑞环保    来源:www.xinruiep.com    发布时间:2019-03-22 14:22:52

摘要:介绍了唐山钢铁(集团)有限责任公司电炉炼钢厂5号矿热炉除尘器变频调速控制系统的硬件构成及软件设计思想,同时还介绍了系统的功能,现场应用效果及经济效益。

关键词:布袋除尘器;变频调速器

1概述

唐钢电炉炼钢厂铁合金车间5号矿热炉以生产硅铁为主。产生的工业烟气依靠两台风机的吸力,经管道至余热锅炉进行热交换后,再经两套布袋除尘设备进行硅粉回收,最后由烟囱排入大气,矿热炉除尘器工艺流程如图1所示。

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两台风机的功率均为110kW,耗电量极大,同时由于风机冗余太大,一方面造成电能的极大浪费,另一方面导致排放的烟气中硅粉含量过高,污染环境,使现场工人及周围居民健康受到损害。为此,公司组织有关技术人员,进行了充分的现场调研后决定利用计算机实现变频调速器的闭环调节,通过变频调速器控制风机的转速,对炉膛压力进行控制,使之达到既能节电,又减少粉尘排放量的目的。在这一目标下,我们研制出变频器最佳控制策略,达到最优控制效果,同时,对有关的数据检测及其它人工操作全部用计算机取代,以提高自动化控制水平及管理水平。另外,还可对布袋除尘器布袋进行检漏。

2系统硬件构成

矿热炉除尘器现场环境比较恶劣,粉尘、噪声、电磁等干扰比较严重,针对这种情况,同时考虑性能价格比问题,我们选用了康拓公司的STD总线工业控制机。STD总线工控机主要由CPU板,系统支持板,单色图形键盘显示板,64K带后备电池存储器板,二级汉字库板,双RS-232C/打印机接口板,带DC/DC变换器的12位A/D板,热电偶输入板,单端输入32路I/V板,光电隔离的开关量输入板,通用位板,光电隔离的开关量功放输出板等模板组成,除此之外,还配有单色显示器,键盘和打印机。

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3变频调速器的最佳控制策略

矿热炉生产过程中产生的烟气主要依靠风机的吸力排入大气中,如果风机的吸力过大,从炉门及烟罩处就会吸入大量的冷空气,既增加了炉内热损失,又浪费了电能,同时,使布袋除尘器的除尘效果降低,排入空气中的硅粉含量增高反之,如果风机吸力太小,烟气就会由炉门及烟罩处外溢,造成恶劣的现场工作环境。因此,调节风机的吸力,使矿热炉炉内压力保持一种微负压的临界状态,就是最佳状态。由于矿热炉的生产过程非常复杂,产生的烟气流量随生产过程变化很大,为使炉内压力保持临界状态,需要随时调节2号风机的转速。

根据气体动力学理论,气体有粘性,在流动过程中与管壁摩擦产生阻力,为克服这种阻力,气体就必须作功,因此必然多消耗部分能量,造成压头损失(热气体所具有的相对能量称为压头)。压头分为静压头、动压头和位压头。气体在某点的静压头数值等于该点的表压。动压头是单位体积气体所具有的相对动能。实际情况中遇到的气体总有一部分能量被消耗掉,损失的动压头由静压头补充,因此,管道中流动的气体压力呈梯度分布,越靠近引风机,气体的绝对压力越小,表压越大。

由于炉膛压力很难检测,根据流动气体压力呈梯度分布的原理,我们选择距离矿热炉较近的余热锅炉进口压力为调节依据。在实践过程中,我们发现炉内压力为临界状态时,余热锅炉进口压力却不是定值,它随烟气温度的变化而变化。

根据气体动力学理论,气体运动阻力公式为

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气体的粘度随温度上升而增大,由上述公式可知,气体所受到的阻力与粘度产成正比,因而,温度越高,阻力越大,压损越大,绝对压力减小,表压增大。由上面简要分析可知,炉膛压力为临界状态时,温度越高,余热锅炉进口负压绝对值越大。

为了取得理想的控制效果,在控制策略中,加入了给定值自动修正的方法,根据余热锅炉进口烟气温度,修改相应的余热锅炉进口烟气负压给定值,首先,检测余热锅炉进口烟气温度T,检测值与余热锅炉进口烟气温度基值T0之差的绝对值ΔT小于温差系数β时,余热锅炉进口烟气负压给定值不调整,ΔT>β时,以ΔT与β的整数倍为参考进行给定值修正。

给定值修正公式为

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由于余热锅炉进口烟气负压给定值随着烟气温度的变化而频繁提降,采用常规PID算法不能达到满意的控制效果,因此,我们采用微分先行PID算法,可以避免因提降给定值所引起的超调量过大,风机转速大幅度升降的情况。微分先行PID控制原理图如图2所示。

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4控制算法的计算机实现

将控制算法离散化后,计算机实现此算法的步骤如下:

1)根据余热锅炉进口烟气温度修正余热锅炉进口烟气负压给定值。

2)根据本次、上次余热锅炉进口烟气负压采样值及上次计算机输出值,进行微分先行运算。

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3)计算锅炉进口烟气负压的偏差,e(k)=R(k)-Y1(k),其中R(k)--锅炉进口烟气负压第k次给定值。

4)进行PI运算,输出控制信号

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5系统软件特点及程序流程

本系统具有完善的管理功能,它可在监视器上显示整个工艺流程,对重要的工艺参数进行动态刷新,对系统时钟进行显示,并可随时修改。本系统具有良好的人机界面,画面说明及菜单提示全部采用标准的汉字显示,使用时直观、方便。本系统还具备报表打印的功能,可随时产生报表。此外,它还具备报警功能,如布袋除尘器入口温度超限报警、变频器调速异常报警、布袋泄漏报警等,使操作人员及时发现故障,及时处理。

矿热炉除尘器现场环境比较恶劣,由于各种因素的干扰,系统程序可能飞掉,为此,本系统利用不可屏蔽中断设置了双wctchdog,程序飞掉时能够自动恢复,从断点处继续运行。系统主程序流程图如图3所示。

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6变频控制应用效果

本系统已于1996年1月开始投入运行,系统运行稳定可靠,已取得了显著的经济效益和社会效益。

本系统投运之后,在保证没有烟尘外溢的前提下,使炉外冷风尽可能少地进入炉内,保持了炉内烟气温度和料面温度,减少热损失,提高了炉内热效率,降低了冶炼能耗。由于降低了风机的转速,两台100kW风机约节电40%,以年投运率95%计算,年节电效益可达35万元。另外,硅粉排放大幅度减少,收量大幅度提高,年可创效益5万元。余热锅炉蒸汽产量大幅度提高,年节煤3万元,总计每年可创效益43万元,仅半年即可收回全部投资。

由于投入计算机控制系统,使排入空气中的硅粉大量减少,降低了环境污染,改善了现场工人的工作环境,减轻了工人的劳动强度,大大提高了自动化生产水平和管理水平。

有关更多布袋除尘器变频调速控制策略的信息,请联系广州新瑞环保的工程师13322814846。