一种基于粉尘浓度的自适应干雾抑尘系统及控制方法与流程

本发明涉及工业粉尘治理，尤其涉及一种基于粉尘浓度的自适应干雾抑尘系统及控制方法。

背景技术：

1、在散状物料的输送与处理场景中，例如火力发电厂燃料输送环节，物料转运点、破碎车间、卸料机房等位置是粉尘逸散的主要源头，其中可吸入的呼吸性粉尘不仅会恶化现场作业环境，还需满足严格的环保排放要求。干雾抑尘技术可将水体雾化成微细水雾颗粒，通过与粉尘颗粒碰撞、凝聚实现沉降，对呼吸性粉尘具备良好的捕捉效果，是当前粉尘治理领域应用广泛的主流技术方案。

2、目前行业内的干雾抑尘系统普遍采用开环控制模式，系统仅与输送设备的运行状态联动，在输送设备启动后，按照预设的固定气源压力与供水流量持续喷雾，直至设备停机。该控制模式存在多方面的技术缺陷：

3、其一，系统缺乏粉尘浓度的实时反馈机制，无法根据实际扬尘强度调节喷雾量，当处理低含水率物料、扬尘强度较高时，喷雾量不足以抑制粉尘，易造成排放浓度超标；当处理高含水率物料、扬尘强度较低时，系统仍保持满负荷喷雾，会不必要地提升物料含水率，既影响物料自身品质，还可能引发输送通道堵塞等问题，抑尘效果与物料增湿、能耗消耗之间的矛盾突出。

4、其二，系统气水配比固定，当气源压力受管路析水、环境温度变化、管网负载波动等因素影响发生偏移时，实际气水混合比例偏离设计值，会导致水雾颗粒粒径大幅增大，丧失对微细呼吸性粉尘的捕捉能力，造成抑尘效率显著下降。

5、其三，固定的喷雾参数无法适配不同的起尘机理，高带速工况下扬尘以大颗粒为主，破碎作业正压环境下扬尘以微细粉尘为主，统一的雾化参数对两类粉尘的捕捉效率不均衡，难以实现全粒径粉尘的高效治理。

6、针对上述问题，本领域曾尝试多种改进方向：部分方案通过增设物理密封结构阻挡粉尘逸散，但该类结构在物料冲击气流的持续作用下磨损速度快，维护更换成本高，且仅能阻挡粉尘扩散，无法从源头降低粉尘浓度；也有方案尝试通过检测物料状态间接调节喷雾参数，但此类间接检测方式无法直接反映粉尘浓度的真实变化，且检测元件长期处于高粉尘环境中易被污染失效，无法保障长期稳定运行。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的抑尘效果与能耗/煤质增湿之间的矛盾、气源波动导致粒径失配、以及不同工况适应性差的问题，本发明提出一种基于粉尘浓度的自适应干雾抑尘系统及控制方法，可动态改变干雾产生量及水雾颗粒直径，实现按需精准抑尘。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种基于粉尘浓度的自适应干雾抑尘系统，包括：

4、粉尘浓度监测仪，其设置于扬尘点位，被配置为实时采集粉尘浓度信号；

5、plc控制器，被配置为接收所述粉尘浓度监测仪输出的粉尘浓度信号，以预设目标粉尘浓度为基准计算浓度偏差，经pid算法运算后输出喷雾调节指令；

6、变频空压机，其控制端与所述plc控制器的第一控制输出端连接，被配置为在接收到喷雾调节指令后动态调节气源压力与流量；

7、电控比例调节阀，其串接于供水管路中，且控制端与所述plc控制器的第二控制输出端连接，被配置为在接收到喷雾调节指令后动态调节供水流量；

8、双流体超声波喷嘴，其气路接口连通所述变频空压机的出气端，且水路接口连通所述电控比例调节阀的出水端，被配置为通过气水混合产生干雾。

9、进一步地，该系统还包括皮带秤信号采集器，所述皮带秤信号采集器被配置为采集输煤皮带的瞬时负荷信号与带速信号并传输至plc控制器；

10、所述plc控制器内置前馈控制模块，所述前馈控制模块被配置为当检测到输煤皮带负荷在设定时长内的增幅超过预设阈值时，在粉尘浓度反馈作出响应前，按照负荷增量的对应比例预增喷雾输出量，同步上调变频空压机的输出功率与电控比例调节阀的开度。

11、进一步地，所述变频空压机的出气管路上设置有气路压力变送器，所述电控比例调节阀的出水端管路上设置有水路流量计，所述气路压力变送器与水路流量计的信号输出端均接入所述plc控制器；所述plc控制器还被配置为根据采集的气路压力数据与水路流量数据计算实际气水比，将实际气水比与预设的目标气水比进行比对，当二者偏差超过设定阈值时，微调电控比例调节阀的开度，使气水比回归目标区间。

12、进一步地，所述plc控制器内部集成有smith预估补偿模块，所述smith预估补偿模块内置对应喷雾沉降过程滞后特性的预估模型；所述plc控制器还被配置为在执行pid算法运算过程中，通过所述smith预估补偿模块对系统的纯滞后环节进行补偿，修正pid运算输出的喷雾调节指令。

13、进一步地，该系统还包括抑尘剂自动加注模块，所述抑尘剂自动加注模块包括抑尘剂储箱、计量加药泵与静态混合器；

14、所述计量加药泵的进液端连通抑尘剂储箱，出液端接入所述电控比例调节阀下游的供水管路，且控制端与所述plc控制器连接，所述计量加药泵被配置为接收plc控制器的指令定量输出抑尘剂；

15、所述静态混合器串接于供水管路中加药点的下游位置，被配置为将抑尘剂与供水均匀混合后输送至双流体超声波喷嘴；

16、所述plc控制器还被配置为当检测到变频空压机与电控比例调节阀均达到最大输出状态，且粉尘浓度持续高于预设高限阈值的时长超过设定值时，启动计量加药泵向水路中添加抑尘剂；当粉尘浓度回落至设定阈值以下时，关闭计量加药泵。

17、进一步地，所述双流体超声波喷嘴设置有多个，多个双流体超声波喷嘴划分为若干独立控制分区，每个分区的水路支管上均安装有独立的电控阀门，各电控阀门的控制端均接入所述plc控制器；所述plc控制器还被配置为根据扬尘点位的浓度分布情况，选择性开启对应分区的电控阀门，向对应区域输送水路与气路介质。

18、进一步地，所述粉尘浓度监测仪的探头外侧设置有压缩空气吹扫气幕装置，所述吹扫气幕装置的进气端连通变频空压机的出气支路，被配置为沿探头表面输出持续吹扫气流，阻隔粉尘颗粒附着沉积。

19、进一步地，该系统还包括温度传感器与伴热保温组件，所述伴热保温组件包覆于室外供水管路、电控比例调节阀及气水分配部件的外侧，所述温度传感器的信号输出端接入所述plc控制器；

20、所述plc控制器还被配置为根据温度传感器采集的环境温度与管路温度，控制伴热保温组件的启停，在低温工况下维持管路内介质温度处于冰点以上。

21、进一步地，所述变频空压机的出气端与双流体超声波喷嘴之间的气路上设置有储气罐与冷干机，所述电控比例调节阀进水端的供水管路上设置有水过滤器与增压水泵；气源经储气罐稳压、冷干机干燥后输送至喷嘴，水源经水过滤器过滤、增压水泵增压后输送至电控比例调节阀。

22、一种基于粉尘浓度的自适应干雾抑尘控制方法，包括：

23、预设目标粉尘浓度、气水比及pid控制参数；

24、实时采集扬尘点位的粉尘浓度、输煤皮带瞬时负荷与带速信号并输入plc控制器；

25、通过plc控制器计算粉尘浓度偏差并经pid运算输出喷雾调节指令，同步调节气源压力与供水流量，同时根据实际气水比微调供水量以维持目标水雾粒径；

26、当检测到输煤皮带负荷短时增幅超出设定阈值时预增喷雾量，当气水调节达最大输出且粉尘浓度持续超标时启动抑尘剂加注。

27、本发明的有益效果在于：

28、1、本发明通过粉尘浓度监测仪、plc控制器、变频空压机、电控比例调节阀与双流体超声波喷嘴的配合，构建了感知、决策、执行、反馈的完整闭环控制回路。系统可根据现场实时粉尘浓度动态调整喷雾输出强度，在粉尘浓度升高时同步提升气源压力流量与供水流量，强化抑尘作用；在粉尘浓度降低时相应下调输出功率，既能够保障扬尘点位的粉尘浓度稳定控制在目标范围内，避免排放超标，又可避免无差别持续喷雾造成的电力与水资源浪费，同时减少物料的额外增湿幅度，降低对物料品质的负面影响，实现抑尘效果与运行成本的平衡。

29、2、本发明通过气水比实时反馈调节、皮带负荷前馈控制与滞后补偿算法的配合，系统的工况适应性与控制稳定性得到显著提升。气水比动态微调可抵消气源压力波动、环境参数变化带来的雾化效果偏移，稳定水雾颗粒的粒径区间，持续保持对呼吸性粉尘的高效捕捉能力；负荷前馈控制可在物料输送量突发增长时提前提升喷雾量，弥补喷雾发挥作用到粉尘沉降的过程滞后，降低负荷突变时的粉尘浓度峰值；滞后补偿算法则可优化 pid控制过程，避免因系统纯滞后导致的浓度调节振荡，提升调节速度与控制精度。

30、3、本发明提出的抑尘剂自动加注、喷嘴分区控制、传感器气幕保护与低温伴热等附加结构，进一步拓展了系统的适用场景与运行可靠性。极端高扬尘工况下，抑尘剂自动加注可通过化学助剂降低水雾表面张力，强化对微细粉尘的润湿捕捉效果，且仅在气水调节达到极限时启用，控制药剂消耗；喷嘴分区控制可针对扬尘集中的局部区域精准喷雾，进一步降低运行能耗；传感器气幕保护可减少粉尘对监测探头的附着污染，保障浓度监测数据的长期准确性；低温伴热结构则可避免低温环境下管路冻结故障，使系统可在高寒环境下稳定运行。整体系统可实现全自动闭环运行，无需人工频繁调节操作，有效降低现场运维的工作量。