1、大连理工大学硕士学位论文高压静电除尘微机智能控制系统设计姓名：刘晓松申请学位级别：硕士专业：电子与通信工程指导教师：李明伟20050605大连理工大学专业学位硕士学位论文摘要本文依据静电除尘的基本原理，介绍了一种高压静电除尘微机智能控制系统的设计，它是整个静电除尘器的重要组成部分。由于工业烟气在高压电场下会发生电离，形成带正(负)电荷的正(负)离子，这些离子与粉尘微粒发生碰撞，使得粉尘荷电，荷电的粉尘微粒在电场的作用下向收尘极运动，当荷电的悬浮粒子十分接近收尘极表面时，粒子与正电极(地)接触失去电荷成为中性而粘附于收尘极表面。随后在振打力与自身重力共同作用下克服各种阻力，最终落入灰斗，这是工业
2、上普遍采用的干式负电晕除尘器的荷电粉尘捕集过程(也称收尘过程)。这样便得到了收尘的目的。该控制系统以80C31单片机为核心，配以信号输入调理电路，控制输出电路，时钟电路、复位电路、参数显示和故障检测指示电路、保护电路以及输入和输出口的扩展。在自动运行方式下，控制系统通过调理电路得到主回路电流、电压参数值，再结合火花跟踪控制、峰值跟踪控制、间歇供电控制、阶段恢复控制等控制方法，控制触发脉冲的输出，以调节可控硅的导通角，控制整流变压器的一次侧输入电压，从而控制整流变压器的二次输出电压，以达到对除尘器电极间电压的调节，从而实现了闭环控制;在手动方式下，可以进行手动升压，实现开环控制。除此之外，控制系
3、统上还设计有RS232通讯接口，可以使控制板与上位机实现通讯，以实现对除尘器的实时监控，得到集中管理分散控制的目的。本课题已经投入生产，年销售200套左右，产值在1000万元左右。通过实践证明，本系统的设计方法是可行的、可靠的，而且本系统在现场运行可靠，得到用户一致好评。关键词:静电除尘;单片机;微机控制;设计高压静电除尘微机智能控制系统设计Microcomputer Control System Design of High VoltageElectrostatic precipitationAbstractThis paper present a new design method of
4、microcomputer control system,based on theprinciple of electrostatic precipitation.The control system is the important part of the high-voltage elecimnstatic precipitator.Since industrial smoke can be ionized into positive ions andnegative ions in the high-voltage eletric fields,these ions collide wi
5、th dust particles and chargethe ultra fine parfcles.When the charging particles go through the precipitator they will adhereto the anode system or cathode system of precipitator,as the result the dust particles areabsobded and cleared.The SCM(Single Chip Microcomputer) 80C31 is the kernel of the con
6、trolsystem.Except for the SCM,the control system includes the following components.They areinput signal regulating circuit,ou切ut signal circuit,parameters displaying circuit and protectioncircuit.Under the automatic operation,control system obtains and the parameters value of themain loops current a
7、nd voltage,then export control州se according to control methods such astracking spark control method,tracking peak value control method,mtermittent power supplycontrol method,phase recovering control method.The system export control pulse to adjust thesilicon controlled rectifiers conducting angle in
8、 order to control the voltage between anode andcathode of precipitator.Such realizes the closed loop control.Under manual operation,operatorscan manual扮upgrate the or仰ut vol吨.between anode and cathode of precipitator， then realizeopen loop control.In addition,there is also a RS232 communication inte
9、rface on the system withwhich master computer can communicate with the system to supervise and control the systemin order to constitute the distributed control system.This task has went on stream, it will sell about 200 sets every year ,Production value isabout 10 million yuan. It is proved by pract
10、ice that the design method of this system is feasibleand reliable. Us system moved reliably at scene and receivd consumers praise.Key Words: Electrostatic precipitation; Single-chipcontrol; Design工I独创性说明作者郑重声明:本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理工大学
11、或其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢日息，。作者签名:列4 l日期:vv: .大连理工大学专业学位硕士学位论文_大连理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名:竺1一 9遨当导师签名:型些年6月二日大连理工大学专业学位硕士学位
12、论文引言随着社会的发展，空气污染越来越严重。而各类工业烟囱排放的烟尘又是空气污染的主要来源。因此，烟尘的清除对环境的保护有着重要的意义。世界上第一台静电除尘器早在1907年便诞生了，在五十年代，我国也开始尝试静电除尘技术，在八十年代初，静电除尘技术得到了长足的发展，目前静电除尘器作为我国消烟除尘的主要手段已被广大用户所接受a我国电除尘电源设备技术，是跟随着电除尘器本体的设计、制造技术的发展、进步而发展的。在五、六十年代，国内无一家电源制造厂，全部依靠进口，如:苏联、捷克、芬兰、瑞士等。最早的电除尘高压电源是变压器升压的机械整流，它是手工操作，噪音大、效率低。六十年代半导体器件问世，国内制造了饱
13、和电抗器调压的高压整流电源。饱和电抗器调压虽然不用人工操作，但是自动跟踪性能差，噪音大、耗能高、效率低。七十年代，因晶体管和可控硅技术的发展，国外有了可控硅调压整流设备，同时也进入中国。八十年代中期，可控硅调压还是模拟控制，但是性能和可靠性已比较成熟。推出了具有多种控制特性的产品，如最高平均电压值控制、最佳火花率控制、临界火花跟踪控制、间歇脉冲供电等特性。这就为八十年代后期集成电路的成熟，由模拟控制过渡到数字控制，即单片机计算机控制，提供了软件思路和硬件基础。随着集成电路的发展，到了九十年代，采用软、硬件相结合的方法，就使电除尘的控制和管理功能得到了进一步完善，如虎添翼。尤其是对浮动能量级火花
14、跟踪控制、反电晕的识别和控制、动态阻抗突变观点分析火花信号，进行鉴别、检测与控制。使单片机控制电除尘器趋于成熟，控制精度和水平己到了相当的境界。到了九十后期，电除尘电源技术己到了发展的顶峰时期。国内各制造厂都推出各具特色的智能控制电除尘系统。虽然特点各异，其实质是将计算机控制技术、自动控制跟踪技术、信息处理技术、测量技术、通讯网络技术和人机接口技术有机地结合起来，对电除尘运行全过程进行监测、控制、操作、管理的一种集散控制系统。最近国外的供电与控制技术又有新的发展，即利用电力电子技术的窄脉冲开关电源，它具有更加轻、小、紧凑、功率因数高、三相平衡、收尘效率较高等优点，由于是脉冲型的，比常规计算机控
15、制间歇供电对付难收的高比电阻粉尘更为有效。静电除尘的一般原理是:当含尘气体通过风机及通风管路被引入除尘器时，在除尘器的两极上通以直流负高压，使电极系统的电压超过临界电压值，产生电晕放电，电子被气体分子吸附，在电晕外区造成大量负离子，气体中粉尘微粒与负离子碰撞(或扩高压静电除尘微机智能控制系统设计散)使粉尘荷电。荷电的粉尘微粒在电场的作用下向收尘极运动，当荷电的悬浮粒子十分接近收尘极表面时，粒子与正电极(地)接触失去电荷成为中性而粘附于收尘极表面。随后在振打力与自身重力共同作用下克服各种阻力，最终落入灰斗，这是工业上普遍采用的干式负电晕除尘器的荷电粉尘捕集过程(也称收尘过构121。这样便得到了收
16、尘的目的。(1)电除尘用高压整流控制系统的构成。根据静电除尘的基本原理，基于单片机的电除尘器用高压整流控制系统主要由以下几个部分组成:主控制板，报警继电器及一次电流、电压取样板，触发板板，稳压电源箱，过流检测器，二次电流、电压取样板，轴流风机，双向反并联可控硅，自动空气开关，电流互感器和升压变压器。基于单片机的电除尘器用高压整流控制系统的原理是通过调整可控硅的导通角，控制升压变压器的一次侧输入电压，从而控制输入的电场的电压。主控制板的作用主要是对主回路所采集的各个取样信号根据实际需要进行检测、分析及控制。它是整个控制系统的核心。触发板主要是给可控硅提供触发脉冲，来触发可控硅的导通。主控板输出的
17、触发脉冲信号经脉冲变压器隔离放大后加到可控硅的触发极，来控制可控硅导通角打开的大小。以此来控制整个控制系统的电流电压的输出。稳压电源箱它的作用是为主控板提供微机工作电源。由于单片机对工作电源的要求比较高，必须要和模拟电源隔离且稳定，所以单独使用稳压电源箱为主控板微机部分提供工作电源。它主要是变压器、滤波器、桥式整流块、稳压块、电阻、电容组成的滤波稳压单元，它的输入为-220V,输出为士9V。过流检测器的作用是检测高压整流控制柜一次电流是否过流并进行报警和动作。二次取样包括二次电流取样和二次电压取样，二次取样电路的主要的作用是将变压器的取样信号反馈到主控板，主控板对一次和二次信号进行分析和处理。
18、以上是基于单片机的高压整流控制系统的基本构成。由上述可知如何设计好主控板是整个控制系统的关键。(2)主控板的基本工作原理。主控板设计的基本工作原理，在电路设计上采用了高线性模拟量光祸传输，具有很高的可靠性与控制精度。主回路的一次电压、一次电流、二次电压、二次电流及其它信号经过输入电路的调理，送入模拟数字转换器(0809)得到数字量，再送入单片机进行处理。同时根据操作者的选择将参数值用数码管进行显示，不同的选择将显示不同的参数值。单片机的控制触发脉冲通过光祸隔离后对主回路的可控硅进行触发，从而调节高压整流设备的输出电压，得到控制除尘的目的。并且主控板通过的对反馈信号的处理，判断现场工况的变化，从
19、而针对工况的变化，采取不同的工作特性和处理方法。大连理工大学专业学位硕士学位论文在控制方式上主要采用了火花跟踪控制、峰值跟踪控制、间隙供电控制、阶段恢复控制等方式。火花控制方式是指当检测到火花发生时，立即记录此时除尘器的电压值，然后封锁可控硅的触发脉冲，以降低电压进行保护，经过短暂的封锁后又慢慢打开可控硅的触发脉冲，使得电压慢慢回升到发生火花时的电压值;峰值跟踪控制是指当检测到输出电压出现峰值时，立即降低输出电压，然后又慢慢地恢复到接近于峰值电压，以得到输出电压的最高平均值为目的进行控制;间隙供电控制是指打开可控硅触发脉冲一段时间，又闭锁一段时间，打开和闭锁的时间比可以在一定范围内进行选择;阶
20、段恢复控制方式是指当除尘器产生火花击穿后，立即封锁可控硅进行保护，并将击穿点电压记录下来。然后以较快的速率恢复供电至原击穿电压的95%，经过一定的维持时间后，如果不再产生击穿，则继续升压以恢复到击穿时的电压值。在不同的情况下选择不同的控制方式以达到最佳的控制效果131(3)主控板的构成。主控板主要是由以下几个部分构成，最小应用系统、输入/输出口的扩展电路、A/D转换、采样踩持电路、LED显示电路、信号的输入电路、信号输出电路以及通讯电路141最小应用系统包括:最小应用系统80C31 (CPU)、74HC373(地址锁存器)、27C64 (EPROM)、时钟电路、复位电路、输沁输出口的扩展。输为
21、输出口的扩展电路主要是右8155为可编程并行UO扩展接口。A/I转换电路是数据采集系统前向通道中的一个环节。数据采集和转换系统从一个或几个信号源中采集模拟信号，并将这些信号转换为数字形式。采样/保持电路是在输入逻辑电平控制下，处于“采样”或“保持”两种状态的电路。采样/保持器是选用LF398，主要作用是使A/1)采样瞬间将输入信号的瞬间状态“冻结”，这样能大大地减少误差。LED显示是采用三位LED共阴极动态显示电路口信号输入电路包括模拟信号输入电路和数字信号输入电路。模拟部分主要工作原理是一次电流、一次电压、二次电流、二次电压、浊度五路取样信号经放大后进入8路模拟开关4051。给定信号电流极限
22、、第一参数调节、第二参数调节进入8路模拟开关4051。由于信号多于8路所以我们用两片4051模拟开关附加一反向器构成16选1的16通道模拟开关电路。选通的一路模拟信号经隔离后进入采样保持器，这些模拟信号分时的进入0809和8031，单片机对其进行分析，然后给出相应的控制手段。高压静电除尘微机智能控制系统设计数字信号输入电路主要是由启/停信号、变压器故障信号、过流故障信号等，这些信号全部经过隔离后进入IC9 (8155)的PA口，然后进入8031。单片机读入这些信号后执行服务程序。信号输出电路包括触发信号输出电路和控制信号输出电路。触发信号电路的主要作用是将单片机(8031)输出的触发信号经单稳
23、态电路(MC14538)的整形，通过光祸(TLP521)的隔离，然后通过驱动电路(2803)后输出到触发板，从而对可控硅的导通角进行控制。控制信号输出电路的主要作用是将单片机(8031)的输出信号经过光祸(TLP521)的隔，然后通过驱动电路(2803)驱动输出，从而对整个系统的启动、停止以及相应的故障信号的进行控制。通讯电路主要作用是将单个高压整流控制系统与上位机通信联网，从而实现在上位机对整个系统的显示和控制。论文主要分为以下几个部分:静电除尘基本原理的介绍;电除尘用高压整流设备总体特性和控制方式的介绍;微机控制板的硬件电路设计和软件设计;微机控制板的抗干扰设计;微机控制板的调试过程和结果
24、。大连理工大学专业学位硕士学位论文1静电除尘的基本原理1.1气体的电离从导电性能来讲，使气体导电的过程称为气体的电离。气体的电离是电除尘工作原理的一个重要组成部分。掌握气体的电离规律，是理解静电除尘的前提。1.1.1电子、原子、正负离子及负电性气体物质由分子组成;分子由原子构成，而原子又是由带负电荷的电子，带正电荷的质子及中性的中子组成，质子与中子紧密结合成一团:称为原子核，整个原子中电子的负电荷与质子的正电荷是等量的，一个电子或一个质子的电荷量是电荷的最小单位，这个电荷量用e来表示。电子在离原子核相对非常远的轨道上运行，如果没有电子从原子核的周围空间移出，则整个原子呈电中性，如果在某种情况下
25、，一个中性原子或分子失去(或得到)一个或数个电子，则剩下来的带正(或负)电荷的结构就成为正(负)离子。从原子或分子电荷的角度看，电离是分子(或原子)失去(或得到)电子的过程151负电性气体分子是指电子附着容易的气体，试验标明卤族元素与分子结构中有氧原子的气体大多都有良好的电子附着性。负电性气体得到电子后就成为在工业电除尘器中起主要作用的荷电离子负离子，工业烟气除尘中象二氧化碳、氧、水气之类负电性气体是大量存在的，在这里，负电性气体是粉尘荷电的中间媒介1611.1.2气体电离过程图1.1是气体电离曲线或称气体导电过程曲线，图1.2是工业电除尘器的原理示意图17电流是电荷的定向流动，当高压直流电加
26、到电除尘器电场正、负两极时工业电除尘器中一般负极作电晕极，正极作收尘极兼为接地极)，电晕极表面的电场强度与电极间形成的电流关系也由图1.1表示出来181。由于电场强度与施加的电压有着直接的联系，电场强度随着电压的升高而增大，故可以定性地将图1.1曲线认作空载电场中电压与电流的关系。AE，段，此时气体导电是借助于大气中所存在的少量自由电子与离子，当电场两极间施加的电压较低时，两极间会出现随电压同步增加的微弱电流，通常此时的气体状态被看作是绝缘的，这些极少量的电子与离子随着电压增加，获得动能不断升级。高压静电除尘微机智能控制系统设计电离电流U A)(-l高压宜流电绝挂部作洲一t一一一收尘握故电极与
27、活冷气WI1.1111.直B C刀尹石，M-,灰斗电压(kV (+)J丁一一.一士阁拼翻撼田超图1.1气体电离曲线Fig. 1.IGas ionization curve图1.2工业除尘器原理示意图Fig. 1.21ndustry Dust catcher theory sked mapBC段，当电压得到VB时，随着电压的上升，电子同时获得更大的动能，但由于受到气体分子平均自由行程的限制，只能与气体分子作弹性碰撞，总的行进速度无法提高，故电流暂中止上升。CD段，当这极少量的电子在Vc电压作用下被加速达到一定动能时，能够使与其碰撞的原子逸出电子(发生电离)。电离过程是比较复杂的，其基本过程如图1
28、.3(a)所示。电子碰撞中性气体分子M并使气体分子电离，气体分子逸出电子e一后带正电成为正离子M+, M十与e一在电场力的作用下按同性相斥、异性相吸的原理相向而行，从而开始产生电流，可以说气体开始导电。此时的电离因故称为碰撞电离，VC,称为临界电离电压，由于此时电离不伴随音响，故又称为无声自发放电。电离发生在放电极附近，是因为放电极的尖端效应使其附近电场强度特别高，电子能够获得足够的动能使气体发生电离，离开此区域后，电子在向正极行进过程中被负电性气体分子俘获结合成负离子，或径直到达正极。碰撞电离发生后，随着电压的增加，电离过程越加激烈，电流迅速增加，其原理可用图13(b)来演示。这时不仅是作为
29、发生源的原始存在的电子参与电离，而且被激发出来的电子及参与电离的电子都能继续参与电离，从而使电荷数目迅速增加，使电流较电压增加更快，曲线向上弯曲。DE段:DE段为电晕电离阶段，VD称为起晕电压。其实，从碰撞电离到电晕电离，并没有一个明显的界限，这里面有一个从量变到质变的过程，电晕电离的最大特点是正离子参与了气体的电离，其原理可用图13(c)来演示。大连理工大学专业学位硕士学位论文一号M=M.二3M +4e-r.J、.+-)M二M+2e一(a)e- -+M召-今M+2M片十，.夕M+一)M-今M2M。M+2e-一今M=5M +6e- +4M口-一)M一)M二M十+2e(c)(a)电离的基本过程;
30、(b)碰撞电离;(c)电晕电离图1.3气体电离过程示意图Fig. 1.3Gas ionization course sketch mapEF段，过了E点，电晕区迅速扩大，致使电极间产生火花，若不立即加以控制，会迅速出现闪络并发展到两极间出现电弧，此时电流迅猛增加而电压下降，其对电极产生的电蚀与对电源的冲击是我们不希望出现的。电晕电离的特点是:电晕电离使气体电离程度迅速加快(曲线显得越来越陡)。电晕电离周围出现电晕光斑与声响。电晕电离有正、负电晕之分。放电极接高电压直流电源的负极产生负电晕，接正极产生正电晕。采用负电晕可以得到较高的击穿电压，和较高的电晕电流口1.2粉尘荷电尘粒荷电是电除尘基本过
31、程之一，目的是使烟气中的粉尘荷电，为下一步将烟气中的粉尘分离出来创造条件t911.2.1无粉尘情况下电场空间电荷分布情况在负电晕电场中，从放电极到收尘极，形成了以下各种带电粒子的分布，见图1.4.高压静电除尘微机智能控制系统设计十门日川日日日日日川川日协M-M一印e-M-M-图1.4电场带电粒子分布Fig. 1.4 Electrification particle distributing in electric field在紧贴放电极周围是异常密集的M+分布，它们在电场力驱动下从电晕电离区向放电极这个圆心汇拢;在电晕电离区(放电极周围数个毫米区域中)则存在着电离后产生的M十、M-与e-;在电
32、晕外区，即占了电场绝大部分空间的地方，是源源不断向收尘极趋进的负离子与电子，在大多数工业电除尘器中，电流主要是通过负离子传输的，负电性气体的大量存在导致电子被充分俘获而成为负离子，由于电子向收尘极趋近的速度要比负离子高约3个数量级左右，从而可以在电晕外区，在不考虑荷电粉尘存在时，主要存在的负电荷是负离子，其密度可达上亿个/cm3，足以满足电除尘器的需要，这些负离子源源不断的产生和移动使两极间的电场空间形成具有动态稳定的空间电荷分布四。1.2.2粉尘荷电的两种基本形式我们己知在绝大部分的电场空间中充满着负离子，通入烟尘后。也就有了负离子与尘粒集合的可能。离子在电场中得到一定动能并与尘粒碰撞使其荷
33、电，形象的说法，是负离子象一颗子弹在电场力的作用下被射入体积要大的多的粉尘颗粒内称为粉尘的碰撞荷电:粒子作不规则热运动而与尘粒碰撞使其荷电，称为扩散荷电it。对于工业电除尘器来说。碰撞荷电与扩散荷电是同时起作用而往往又以碰撞荷电更显突出，粒径的大小在这里起了关键作用。因为碰撞荷电与电场有关，故有荷电的饱和性，其初始荷电很快，随着荷电量的增加，荷电速度越来越恻ill。扩散荷电因为是粒子无规则的热运动造成的，热运动速度没有上限，所以扩散荷电不存在饱和问题，其荷电速度取决于粒子的热能，尘粒的大小和尘粒在电场中停留的时间等。大连理工大学专业学位硕士学位论文1.3荷电粉尘的捕集烟气以垂直于电力线方向进入
34、电场，在碰撞电荷与扩散电荷两种机理共同作用下，粉尘被荷电。从电场空间电荷分布规律可知，粉尘中的很少一部分随烟气途径在放电极附近与正离子结合带正电，其余绝大部分与负离子结合而带上负电，在电场力的作用下，向与各自极性相反的电极趋近，终点是电极，随后在振打力与自身重力共同作用下克服各种阻力，落入灰斗1131。这是工业上普遍采用的干式负电晕除尘器的荷电粉尘捕集过程(也承受尘过程)。荷电粉尘到达电极后，在静电力与粘附力的作用下附集在电极上形成一定厚度的尘层，工业电除尘器中通常设计有振打装置，能给电极一个足够大的加速度，在己捕集的粉尘层中产生惯性力，用来克服粉尘在电极上的附着力，将粉尘层打下来。粉尘层受到
35、振大后脱离电极，一部分在自身重力的作用下落入灰斗，而另外一部分会在下落过程中扬起，重新回到气流中去，已被电极捕捉的粉尘重回到气流中去称为粉尘的二次飞扬，二次飞扬将影响除尘效率，这就需要选择一个合理的振打制度。一个合理的振打制度可首先通过理论计算来初步确定，设电极板上的最佳集灰厚度为Q，极板上集灰均匀，电场总收尘面积人，入口浓度C，入口烟气量N,除尘效率17 ,粉尘堆积密度r，则每次振打所需要的间隔时间为:T=三xrx兰NxCx?l将理论计算出的振打时间与实际测试集合起来便可得到最佳振打周期，取得最佳的除尘效果11411.4电除尘基本过程电除尘过程由三个基本阶段组成:尘粒荷电;除尘;清除所捕集的
36、粉尘。具体过程是，烟气通过近风管道经进风口封头进入电场，在进口封头上装有气流分布装置，气流分布装置的作用是使进入电场的烟气流速均匀，使粉尘荷电充分并减少因流速不均引起的窜流与二次飞扬。烟气进入电场后，在高压电的作用下粉尘被荷电并被捕集到电极上，由于工业电除尘器采用负电晕，则放电极带负高压，放电极又称为阴极，他们与大、小框架及高压引入装置，一起构成阴极系统。极板为正极，又称阳极且高压静电除尘微机智能控制系统设计接地，它们成排固定在大梁上，由于粉尘主要由极板吸附，故极板又称为集尘极或收尘极.阴、阳极之间的高压直流电源由整流变压器提供(常用T/R表示)，其电压等级由阴、阳极之间的距离(称异极距)决定
37、，标准中规定同极距为300mm(则异极距为150mm)的电除尘器选用60KV或66KV的电压等级，同极距为400nun一般采用72KV电压等级，整流变压器有几组抽头供运行时按实际需求选取，标准中的电压等级是可选取的最高电压。同极距300mm与400mm是目前最常见的二种规格。电场串联时，沿烟气前进方向，称为第一、第二第n电场，电场串联数一般为二五级ps粉尘被电极吸附后，通过振打使其落入灰斗中。目前常见的振打型式有:顶部电磁体振打，顶部脱钩锤式振打，顶部传动绕臂锤式振打与侧向传动绕臂锤式振打。灰落入灰斗后有定期(或自动)排灰与连续排灰两种方式，定期(或自动)排灰的优点是在灰斗里形成一定的灰封，有
38、利于克服因灰斗出口处的漏风而引起的二次飞扬。在出灰方式上有湿出与千出二种，湿出时灰通过排灰阀进入，冲灰水向后由水力冲至灰水池，干出灰时通过气力或螺旋等输送装置送至料仓或灰库。最终净化后的烟气经出口封头限流后进入后级烟道，出口封头前若有格栅，对改善电场中烟气均匀分布有一定作用。10一大连理工大学专业学位硕士学位论文2整流设备的整体设计2.1高压整流设备的整体特性设计电除尘器通入烟气启动运行以后，配套高压自控整流设备的性能及质量的优劣，对电除尘器总体运行效果起到了极大的，甚至是决定性的影响。所以该控制板的设计必须以电除尘器实际运行时的负载特性作为依据，才能使机电一体，获得最佳收尘效率。电除尘器作为
39、高压自控整流设备的负载，其负载特性很复杂，可能处于正常运行状态，也可能处于短路，开路故障状态，由于工况及粉尘特性的不同，其负载阻抗值，起晕电压、电晕状态、闪络电压、火花频率等均有很大差异(16。所以在高压整流设备的整体设计上考虑了以下特性。2.1.1主回路的高阻抗特性电除尘器由于断线或误操作造成负载短路，闪络击穿也类似于瞬时短路，因此设备必须具有较强的限流特性，以免造成过流冲击。高压自控整流设备，均采用可控硅实施调压和稳流等控制，其优点为响应速度及精度高，设备重量轻。缺点是形成的电压波形峰值对平均值的比值过高。当导通角为%时，峰值已达到正弦的最高点，而整流输出平均值只有一半。所以当除尘器的击穿
40、电压较低时，可控硅的导通角很难超过900，使输出电晕功率难以提高。为了克服这一缺点，需要利用主回路总阻抗的积分特性，改善整流输出电压的波形系数，以得到较低的峰值对平均值比，总阻抗值越高，则波形改善越明显，输出的电晕功率越高训。设备的总利用率:国家专业标准中规定，此种设备的总利用率不低于0.64。总阻抗值过高，功率因数阳氏，则总利用率降低。因此设计的回路总阻抗为3540%0总阻抗值的获得方法:想获得设计的总阻抗值，不外乎采用电抗器和变压器串联或单独把变压器阻抗压降设计到总阻抗值两种方法。电抗器和一般阻抗值的变压器串联，这种方式的最大缺点，即整流装置被分解为三大件，难以在高位布置，低位布置增大土建
41、面积，使工程造价提高。如把电抗器和整流变压器装在一个箱体内做成合体电抗型式，它和单独设计一个阻抗压降为35%的高阻抗变压器比较，在额定容量内其等效电路参数完全相同，但箱体内结构较复杂不利维修。采用单独的高阻抗刻E器，这种方式的优点是结构紧凑，方便于高位布置，在满足总利用率指标要求下可把总阻抗值作的更高些。在本整流设备中采用的高阻抗变压器，阻抗压降为35%-400/.“.高压静电除尘微机智能控制系统设计2.1.2软启动和连锁控制特性本控制设备，不需过多的操作规程要求，在外接线正确的前提下，可随意实施操作规程而不会造成设备的损坏，不论设备原始设定状态及负载情况如何，软启动特性保证设备处于自动缓升压
42、的渐进过程，避免造成冲击，设备进行故障保护和正常停机时按照先闭锁可控硅，经过延时，然后选择正弦零点进行分段的控制过程，避免系统中激起过电压而造成绝缘损坏11912.1.3电流极限控制及稳流特性电除尘器在实际运行中，击穿电压是由极间距及粉尘特性等所限定的。使用者首先希望得到最高的运行电压，然后再追求最佳的电晕电流。除尘器的阻抗随不同的工况，不同的极距配合，不同使用年限而异。所以要求自控高压整流设备，在自动搜索最高运行电压时其电流不能超过容量，在负载短路时也如此，这就意味着应具有电流极限控制特性1201。设备在预先设定的电流下运行时，如除尘器阻抗变化只允许电压随之变化，不应使电流偏离设定值，这才能
43、保证设备运行稳定。2.2控制方式设计2.2.1“理想的火花检测”及“能级”控制方式电除尘器经常运行在火花状态下，所以要求控制设备有理想的火花检测特性，以准确判断除尘器击穿点的时间位置及击穿电压值，并作为跟踪控制的起始点和恢复电压的依据:所谓“理想检测”，即不能漏检也不能误检，连续漏检易引起拉弧，连续误检则使输出电压电流降低1211。本设备在实现“理想检测”的基础上，又能对火花的强度(幅度、宽度)进行区分，以选择跟踪控制参数，实现“能级”控制，使性能更佳。本设备设计了以下两种检测和控制程序:检测出小火花点不完全闭锁可控硅，快速恢复。检测出闪络点，保持一个电流过冲，闭锁半个周波。2.2.2跟踪控制
44、方式“跟踪控制“这一名词的含义比较广泛，从电除尘器实际运行需要出发，分以下三种控制方式P21粉尘介质恢复曲线跟踪控制:粉尘介质产生火花击穿后，其绝缘强度有一恢复过程，恢复时间与原火花强度及电场风速有关，此恢复过程以介质绝缘强度与时间的函数描述则称为“介质恢复曲线”，火花产生后，由可控硅进行降压保护，此后的电压恢复过程应力求趋近于“介质恢复曲大连理工大学专业学位硕士学位论文线”，以避免过早地引发第二次火花，此“电压恢复过程”即称为“火花跟踪曲线”如图2.1:火花_介质恢复曲线火花跟踪曲线图2.1火花跟踪曲线Fig. 2.1 Spark footprint curve本设备的“火花跟踪曲线”设计了
45、两种方式:其一，由二折线近似，称为二折线跟踪，如图2.2所示。即当火花产生时准确地检测出火花信号经可控硅降压保护，然后以较高的速率恢复到击穿前电压的90%，此后以铡氏速率缓慢地趋近于原击穿电压，这时设备在稳定控制状态下运行。二折线火花跟踪特性，较好地趋近介质恢复曲线，所以保证了最大的输出功率。其二，由阶跃近似，称为阶段恢复跟踪，如图2.3所示。即当电场内产生火花时，可控硅闭锁保护，并将击穿点电压记录。然后以较快速率恢复供电至原击穿电压的95%保持一定时间后，如果不产生火花，则再以5%的阶跃趋近于击穿点电压。前者为实际运行中适应性最强的一种跟踪控制方式。火花介质恢复曲线火花介质恢复曲线二次折线足
46、良踪曲线阶段恢复跟踪曲线图2.2二次折线跟踪曲线图2.3阶段恢复跟踪曲线Fig. 2.2 Hypo-two snap line footprint curve Fig. 2.3 Phases resume footprint curve高压静电除尘微机智能控制系统设计2念3峰值跟踪控制电除尘器运行的最佳闪频，是随着工艺状况的变化，粉尘特性的变化而变化的，当粉尘比电阻较高时，电收尘器必然伴随着一定频率的闪络产生。如果设备调节在过高或川氏的闪频下运行，都得不到最佳的收尘效果。本设备在实际运行中以二次电压的最高平均值为目的进行跟踪控制，也就是以最高电晕功率为目的进行跟踪控制，实施中以自动调整恢复速率
47、，既调整火花率为手段，在一段统计时间内计算平均值的方法实施控制12312.2.4闪频跟踪控制如希望除尘器运行在某一设定的火花频率下(此提法缺乏物理依据，因工况不断变化难以有不变的最佳火花率)，此时以自动维持某一设定火花频率为目的，以自动调整恢复速率为手段实施跟踪控制。例如煤磨除尘，为防暴要求，火花率在10次/分以下，则采用定闪频率控制。2.2.5间歇供电和脉冲供电控制图2.4间歇供电波形Fig. 2.4 Intermission power supply wave当粉尘比电阻过高时，除尘效率大幅度降低。为此设计了特殊的供电特性，即间隙供电和工频半波脉冲式供电，以使极板上积尘的电荷有足够的释放时
48、间，并在一定程度上克服了反电晕现象，其波形如图2.4所示:低幅波对高幅波的幅度比例在0-一一，100%可调，当低幅波幅度为零时，由工频半波脉冲式供电变成间隙式供电，同时高幅波和低幅波(或零幅波)的间隙比可以根据实际工况在1: 2, 1: 4, 1: 6, 1: 8范围调节。大连理工大学专业学位硕士学位论文2.3其它功能设计2.3.1联网控制功能微机控制板上设计有标准RS232串行通讯接口，本机设犯位地址码。由通讯扩展箱可把32台设备汇总成两根通讯电缆送到上位机，通讯距离最远为1公里。这使系统控制成为可能。通讯内容为:向上位机传送运行的一次电压、一次电流、二次电压、二次电流、可控硅导通角、火花率
49、、除尘器故障信号、变压器故障信号。上位机对设备实施启动、停止、升压、降压控制和参数调整。另外，根据需要，还可增设二次电压、二次电流变送器输出，输出为与设备容量对应的DC4-20毫安标准信号。2.3.2保护及显示功能微机控制板具有除尘器故障如开路、短路、变压器油温超限、设备过流、变压器偏励磁的保护功能和声光报警及显示。在控制板上有数码管，可显示可控硅导通角(度)、电场火花率(次/分)。在柜们上装有一次电压、一次电流、二次电压、二次电流表以及“主回路接通”、“变压器故障”、“设备故障”等信号灯。整流设备采用的断路器，除具有断路电流脱扣及过载脱扣保护功能外还具有分励脱扣元件。在回路中设有“过流检测”单元，当回路电流超过额定值10%时，“过流检测”单元动作，驱动分励脱扣元件，切断输入电源，以防止一旦可控硅损坏时一次电流烧毁整流变压脚2410整流设备中的高压硅整流器采用的是大连蓝清自控设备有限公司设计生产的均一化工艺雪崩型器件，有良好的自均压能力及过载能力。控制板还可直接和粉尘浓度测试仪连接，实现由浓度设定值为基准的反馈控制(输入DC4-20mA标准信号)。2.4技术指标本静电除尘设备技术指标符合“ZBK46 0081-33高压静电除尘用整流设备”国家专业标准41交流输
