专利名称：除尘风机节能优化控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电气及相关技术。
背景技术：
除尘风机是工矿企业工艺设备中的重要设备之一，同时也是工矿企业中功率最大、耗电最多的设备之一。以钢铁厂的转炉系统为例，不含转炉水处理设施时，除尘风机的耗电量约占转炉系统计算负荷的60%左右，如果能采取有效的节能方式，使其达到显著的节能效果，则会使转炉炼钢的综合能耗指标得到明显的改善，并获得良好的经济效益。目前工矿企业的除尘风机控制方法大多是采用通过控制液力耦合器来控制风机的速度，从而对风量进行调节，也有少量系统配备了交流变频调速装置。这两种风机控制方式虽然都是节能的方法，但由于工矿企业除尘风机的运行工况比较复杂，目前已有的控制系统还没有找到与这种复杂工况相适应的节能优化控制方法，所以速度调节比较粗放，调节结果存在不确定性和不可知性，故其节能的特点还没有、也不可能发挥出来。这类配备了液力耦合器或交流变频调速装置的系统在实际应用中多半是用于改善电动机的启动性能， 在启动过程完成后，系统一直工作在恒速运行状态下，也有一些系统是分阶段采取高速、低速控制的方式。高低速控制方式通常应用在除尘系统单一、工况比较简单的情况下，即除尘运行时，风机工作在高速状态，非除尘运行时，风机工作在低速状态，例如钢铁厂转炉一次除尘风机的控制方式。实际上，钢铁厂转炉一次除尘风机的控制方式仅仅是一个特例，主要原因是该除尘气体本身是危险气体，并且是一种可回收利用的气体，所以该除尘系统是完全独立的、单一的系统，故工作状态的分界比较明显，对它的节能控制相对简单。但是，当一个除尘系统含有多个除尘用户烟尘点时，采取简单的高低速控制会因为调节过于粗放而没有将可以节省的电能节省下来，如果除尘风机速度控制不适当，还会发生除尘失败的现象，即烟尘中途降落在除尘管道中，致使除尘系统无法正常工作，这是由于现有除尘系统对速度的调节结果存在不可知性所产生的后果。担心发生这种后果，目前的除尘风机调速系统不得不留有更大的余地，这也是为什么目前的除尘系统难以取得良好节能效果的主要原因。有关工矿企业除尘风机的节能优化控制系统目前还未见到公开发表的文献，很值得重点研究开发。
发明内容本实用新型的目的是根据工矿企业除尘风机的工作特点研究开发与生产工艺工况相适应的节能优化控制系统，进而采用现代的交流变频调速装置或液力耦合器调速装置对除尘风机的出口风量进行调节，以尽可能地挖掘其节约电能的潜力。本实用新型的要点是基于除尘管道中烟尘气体流速反馈对除尘风机进行节能优化控制，以除尘风机设计的额定风量为基础，根据不同的生产工艺工作状态来计算除尘风机的设定风量，利用现代交流变频调速装置或液力耦合器调速装置，构成除尘风机节能优化控制系统，对除尘风机进行动态节能优化控制，既能满足除尘排放的要求，又能充分地节约电能，与以往的除尘风机运行结果相比可节能30 70 %，其特征是除尘风机自动化数据采集及处理装置[1]通过采集和处理信息来确定除尘风机的控制参数，除尘管道中烟尘气体流速检测装置[5]实时检测流速信息，并反馈给除尘风机速度动态优化控制器[2]，除尘风机速度动态优化控制器[2]根据[1]的控制参数和[5]的流速信息确定交流变频调速装置或液力耦合器调速装置[3]的速度设定值，交流变频调速装置或液力耦合器调速装置 [3]对[4]除尘风机电动机进行速度调节。
附图是除尘风机节能优化控制系统功能框图，附图中1是除尘风机自动化数据采集及处理装置，2是除尘风机速度动态优化控制器，3是交流变频调速装置或液力耦合器调速装置，4是除尘风机电动机，5是除尘管道中烟尘气体流速检测装置。
具体实施方式
除尘风机需排出的烟尘风量取决于相关工艺设施运行时产生的烟气量，正确的把握烟气量是进行除尘风机控制的依据。以钢铁厂转炉二次除尘为例，转炉二次除尘内容包括转炉本体兑铁水、冶炼、出钢过程中产生的大量含尘烟气；辅原料及铁合金系统各卸料点在运行过程产生的含尘气体； 炉后吹氩喂丝产生的含尘烟气等等，这几部分的烟尘和含尘气体统一并入转炉二次除尘系统。其中转炉本体二次除尘的烟气量是按冶炼最大降碳速度和炉役后期最大铁水装入量条件计算的，即烟气量与氧枪吹氧量和冶炼容量有关。实际生产过程中，强吹氧会产生大量喷溅，不利于延长炉衬寿命，所以很少按最大降碳速度进行吹氧，只有在炼钢连铸匹配生产节奏需要缩短冶炼周期时采用；冶炼容量通常也采用额定出钢量，而不是最大出钢量。最大降碳速度时的吹氧量约为额定吹氧量的1. 2倍，最大出钢量约为额定出钢量的1. 2倍，仅考虑这2个因素，烟气量约有40%多的变化范围。另外，整个转炉二次除尘系统各除尘点在冶炼过程中没有全部同时工作的可能性，同一时刻仅可能有部分除尘点在工作，即在考虑工作的同时系数时，烟气发生量肯定比设计最大值低，定性分析这部分的变化范围至少不会低于10%。综合这些因素可以看到转炉二次除尘风机的节能潜力是非常大的，若能根据实际的烟气量对除尘风机转速进行动态优化调节，则能显著的节省电能。这是对转炉二次除尘的定性分析，钢铁厂的其它除尘系统，如铁水预处理除尘、混铁炉除尘、转炉地下料仓除尘、 电炉除尘、LF炉除尘、高炉出铁厂除尘、烧结机头机尾除尘等也都同样存在比较大的节能潜力。其它行业的除尘系统，如水泥厂、电厂、化工厂、机械制造厂、耐火材料厂、陶瓷厂等也同样存在比较大的节能潜力。根据风机特性理论推导，风机电动机的功率正比于风机的风量和风压的乘积。其中风量与风机转速成正比，风压与风机转速平方成正比，故电动机的功率与风机转速的立方成正比。从上面关于钢铁厂转炉二次除尘系统的分析结果，若考虑除尘系统常年平均工作在70%最大设计烟气量时，仅速度变化一项，所需电动机功率将降为额定功率的 34. 3%，即节能65. 7%。以3座120t转炉的二次除尘系统为例，设计配置2台MOOkW转炉二次除尘风机，按节能50%计算，则每年运行300天的节能数据是17^0000度电，按每度电0. 6元计算，折合电费约1000多万元。目前全国有100多个类似的大小不一的转炉二次除尘系统，若采用优化节能技术，每年将节省的电能可达数十亿度电。从更大的范围看，各行业除尘系统的节能效果将是非常巨大的，但前提是必须要有正确有效的、与生产工艺工况相适应的优化节能控制方法。此外，根据对除尘系统的分析，除尘管网具有固有的特性，要将烟尘气体排出除尘管网，除尘风机要有产生足够的风压和风量的能力，对风机除尘风量的调节过程中，风压也随之变化。理论上分析，当减小风量时，对于非含尘气体，风量可以连续减小至零，但对于含尘气体，减小风量的程度会受到很大限制，原因在于含尘气体在除尘管网中流动还需要一定的流速，低于某一流速，含尘气体会中途降落，会发生除尘失败的现象，即烟尘中途降落在除尘管道中，致使除尘系统无法正常工作。对于含尘气体的这个特性，目前的除尘自动控制系统还不具备对其进行准确把握的能力。综合上述分析，由于存在烟尘量的不确定性和烟尘流动的流速限制特性，现有的除尘风机控制系统在实现除尘系统的完全自动控制方面受到了严重制约。针对这些因素， 本实用新型研究开发了基于烟尘气体流速反馈控制的除尘风机节能优化控制系统，除尘风机自动化数据采集及处理装置[1]是以计算机工作站为基础组成的信息采集和处理装置， 本身建有与生产工艺烟气量有关的数据库，并且实时从生产工艺主控制系统获取生产运行联锁及有关设备状态信息，根据这些信息及数据库相关数据来确定除尘风机的控制参数； 除尘管道中烟尘气体流速检测装置[5]为数字量或模拟量仪表检测装置，实时检测流速信息，并反馈给除尘风机速度动态优化控制器[2]；除尘风机速度动态优化控制器[2]由PLC 可编程序控制器构成，根据[1]的控制参数和[5]的流速信息确定交流变频调速装置或液力耦合器调速装置[3]的速度设定值；交流变频调速装置或液力耦合器调速装置[3]根据 [2]的速度设定值对除尘风机电动机[4]进行速度调节，对除尘风机风量进行动态控制，实现节能的优化控制。值得指出的是，设置除尘管道中烟尘气体流速检测装置[5]的作用是实时检测除尘气体的流速，当除尘流量还存在下调空间时，只要该流速处于控制的下限值以上，就可以对流量进行调节，尽量降低除尘风机运行速度，以获得更深层次的节能效果。本实用新型除尘风机节能优化控制系统，是在过去高低速控制的基础上更加精细的优化控制系统，是采取了使风机速度既满足所需风量又不会有大的余量为前提的控制策略，核心是采用烟尘气体流速检测装置进行反馈控制。由于采用了烟尘气体流速检测装置， 系统可实现全自动实时的无级调节，可对除尘风机进行动态节能控制，可进一步减少多余的电能损耗，充分地挖掘除尘风机节能的潜力，实现除尘风机的较大幅度的节能。除尘风机节能优化控制系统可广泛应用于工矿企业新建设的除尘风机控制系统， 也可广泛应用于除尘风机控制系统的节能改造，可获得良好的节能效果和经济效益。
权利要求1.除尘风机节能优化控制系统，其特征是除尘风机自动化数据采集及处理装置[1]通过采集和处理信息来确定除尘风机的控制参数，除尘管道中烟尘气体流速检测装置[5]实时检测流速信息，并反馈给除尘风机速度动态优化控制器[2]，除尘风机速度动态优化控制器[2]根据除尘风机自动化数据采集及处理装置[1]的控制参数和除尘管道中烟尘气体流速检测装置[5]的流速信息确定交流变频调速装置或液力耦合器调速装置[3]的速度设定值，交流变频调速装置或液力耦合器调速装置[3]对除尘风机电动机[4]进行速度调节。
2.根据权利要求1所述的除尘风机节能优化控制系统，其特征是除尘管道中烟尘气体流速检测装置[5]为数字量或模拟量仪表检测装置。
专利摘要本实用新型除尘风机节能优化控制系统属于电气及相关技术，目的是根据工矿企业除尘风机的工作特点研究开发与生产工艺工况相适应的节能优化控制系统。其要点是除尘风机自动化数据采集及处理装置[1]通过采集和处理信息来确定除尘风机的控制参数，除尘管道中烟尘气体流速检测装置[5]实时检测流速信息，并反馈给除尘风机速度动态优化控制器[2]，除尘风机速度动态优化控制器[2]根据[1]的控制参数和[5]的流速信息确定交流变频调速装置或液力耦合器调速装置[3]的速度设定值，交流变频调速装置或液力耦合器调速装置[3]对[4]除尘风机电动机进行速度调节。本系统能充分地节约电能，可广泛应用于工矿企业新建或改造的除尘风机控制系统，可获得良好的节能效果和经济效益。
文档编号F04D27/00GK202082127SQ20112000760
公开日2011年12月21日 申请日期2011年1月12日 优先权日2011年1月12日
发明者高劼, 高毅夫 申请人:北京凯门控制工程研究所