一种带有惰性气体抑爆的湿式除尘装置及其抑爆控制方法与流程

本发明涉及工业除尘与防爆安全，具体涉及一种带有惰性气体抑爆的湿式除尘装置。

背景技术：

1、湿式除尘器因捕尘效率高，广泛应用于工业含尘气体治理场景。在铝粉、镁粉等活泼金属粉尘处理工况下，金属粉尘与除尘用水接触易发生化学反应并产生氢气；设备运行时部分氢气可随排风带出，停机后残余粉尘仍会持续产生氢气，加之湿式除尘设备为半封闭结构，氢气易在除尘室内不断积聚，当浓度达到爆炸下限且遭遇点火源时，极易引发爆炸安全事故。

2、现有湿式除尘设备的氢气监测多采用外部布设传感点位的方式，难以精准检测除尘室内部真实氢气浓度，检测误差大、风险响应滞后，无法及时感知内部氢气积聚情况。同时，现有具备惰性气体抑爆功能的除尘设备，其惰性气体供给结构多集成设置于除尘器本体内部，不仅占用除尘室有限安装空间，且除尘室内高粉尘、高湿度的工况环境，易对供气相关元器件造成腐蚀损伤。并且，传统湿式除尘设备缺少氢气浓度监测与惰性气体供给的自动化联动控制结构，无法依据除尘室内实时氢气浓度状态，自动调控惰性气体的通入与关停，难以在氢气积聚超限时快速实现惰化抑爆，防控氢气爆炸风险的及时性与精准性不足，同时，现有具备惰性气体抑爆功能的除尘设备多将供气组件内置布置，占用除尘室有限空间且易受内部高粉尘、高湿环境腐蚀，后期检修与气瓶更换极为不便，也无法实现氢气监测与惰化供气的全自动闭环联动调控，风险处置智能化程度低，难以适配活泼金属粉尘湿式除尘工况长期安全运行的实际需求。

3、此外，不同活泼金属粉尘（如铝粉、镁粉、钛粉、锌粉等）与水的反应活性差异显著，铝粉与水反应产氢速率远高于镁粉，钛粉在常温下反应缓慢但在高温或特定ph条件下产氢速率显著增加。现有湿式除尘设备普遍采用统一的报警阈值与惰化控制参数，无法根据粉尘类型差异进行针对性适配，导致对高活性粉尘防护不足、对低活性粉尘过度防护的问题并存，既浪费惰性气体资源，又难以保证安全冗余。同时，现有技术均采用检测到氢气浓度超标进而触发抑爆的被动响应模式，缺乏对氢气生成速率的预测能力，无法在氢气浓度尚未达到危险阈值之前进行预判性防控，对于产氢速率快的工况，往往在触发抑爆时氢气浓度已接近或达到爆炸区间，响应滞后问题突出。

技术实现思路

1、为了解决现有湿式除尘器无法精准监测除尘室内部氢气浓度、惰性气体供给结构布局不合理且不能与氢气监测形成自动联动控制、难以有效防范除尘室内氢气积聚引发的爆炸风险，以及现有技术无法根据不同活泼金属粉尘的差异化反应活性进行针对性安全防护、缺乏氢气生成速率预测能力导致抑爆响应滞后的问题，本发明提出一种带有惰性气体抑爆的湿式除尘装置及其抑爆控制方法，包括：

2、湿式除尘器本体、氢气检测单元、惰性气体供给单元和控制单元；

3、所述湿式除尘器本体内部设有除尘室；

4、所述氢气检测单元设置于所述除尘室内部，用于采集所述除尘室内的氢气浓度信号；

5、所述惰性气体供给单元设置于所述湿式除尘器本体外侧，且所述惰性气体供给单元的输出端与所述除尘室相连通，用于向所述除尘室内通入惰性气体；

6、所述控制单元分别与所述氢气检测单元、惰性气体供给单元电连接，用于接收所述氢气浓度信号，并根据所述氢气浓度信号控制所述惰性气体供给单元的通断；

7、所述控制单元内置产氢速率预测模型，所述产氢速率预测模型用于根据粉尘种类、粉尘粒径分布、水温、水质ph值及粉尘与水接触面积参数，计算当前工况下的产氢速率，并基于所述产氢速率、除尘室有效容积、当前氢气浓度及排风置换速率，对当前工况下的氢气浓度进行预测，得到氢气浓度预测值；

8、所述控制单元还用于当所述氢气浓度预测值达到预设的预惰化阈值时，启动所述惰性气体供给单元执行预惰化控制。

9、可选的，所述氢气检测单元包括第一氢气浓度传感器和第二氢气浓度传感器；

10、所述第一氢气浓度传感器设于所述除尘室内氢气易聚集区域，所述第二氢气浓度传感器设于所述湿式除尘器本体的出风口处。

11、可选的，所述惰性气体供给单元包括惰性气体高压气瓶、减压阀和电磁阀；

12、所述惰性气体高压气瓶的出口依次连通所述减压阀、电磁阀，所述电磁阀的出口与所述除尘室相连通。

13、可选的，所述电磁阀与所述除尘室之间连通有进气管路，所述进气管路位于所述除尘室内的一端连接有扩张管；

14、所述扩张管为单级扩径结构，且所述扩张管的喷出口沿竖直平面向下倾斜设置。

15、可选的，所述扩张管的喷出口朝向所述除尘室的喷淋区。

16、可选的，所述湿式除尘装置还包括声光报警器；

17、所述声光报警器设于所述湿式除尘器本体顶部，且与所述控制单元电连接，用于接收控制单元的浓度异常控制信号执行报警动作。

18、可选的，所述氢气浓度传感器与所述湿式除尘器本体的连接处设有密封垫圈，且所述氢气浓度传感器通过紧固件与所述湿式除尘器本体压紧固定。

19、可选的，所述控制单元内置分级报警与联锁逻辑；

20、当氢气浓度达到预设阈值时，所述控制单元控制所述惰性气体供给单元开启，并触发联锁保护动作。

21、可选的，所述控制单元集成故障诊断模块，用于采集所述湿式除尘装置的状态运行信息，根据所述状态运行信息，识别所述湿式除尘装置的故障类型及故障等级，并根据所述故障类型及故障等级，执行对应的分级保护动作；

22、其中，所述状态运行信息包括下述的一种或多种：氢气浓度信息、惰性气体供给压力、喷淋水压、循环水流量、风机电流和电磁阀状态反馈信号。

23、可选的，所述控制单元预设有粉尘反应活性等级数据库，所述粉尘反应活性等级数据库包括下述的一种或多种：多种活泼金属粉尘的反应速率常数、反应活化能、氢气爆炸下限及特征产氢速率参数；

24、所述控制单元还用于根据当前处理粉尘类型，自动匹配安全控制参数；

25、所述安全控制参数包括下述的一种或多种：报警阈值、惰化触发阈值、惰性气体注入流量、预惰化阈值、安全指数计算权重及联锁保护策略参数。

26、基于同一发明构思，本发明还提出一种带有惰性气体抑爆的湿式除尘装置的抑爆控制方法，包括：

27、预设粉尘反应活性等级数据库，其中，所述数据库包含多种活泼金属粉尘的反应速率常数、反应活化能、氢气爆炸下限及产氢速率特性参数；

28、获取当前处理的活泼金属粉尘类型，根据所述活泼金属粉尘类型从所述粉尘反应活性等级数据库中匹配对应的安全控制参数；其中，所述安全控制参数包括：报警阈值、惰化触发阈值、惰性气体注入流量、预惰化阈值及安全指数计算权重；

29、通过氢气检测单元采集除尘室内的氢气浓度信号，并传输至控制单元；

30、基于预先建立的产氢速率预测模型，根据粉尘种类、粉尘粒径分布、水温、水质ph值及粉尘与水接触面积参数，计算当前工况下的产氢速率；并基于所述产氢速率、除尘室有效容积、当前氢气浓度及排风置换速率，预测未来预设时间段内的氢气浓度预测值；

31、当所述氢气浓度预测值达到预惰化阈值时，启动惰性气体供给单元进行预惰化控制；

32、当所述氢气浓度信号达到报警阈值时，控制所述惰性气体供给单元向除尘室通入惰性气体；当实时氢气浓度信号降至安全阈值时，控制所述惰性气体供给单元关闭；

33、可选的，所述启动惰性气体供给单元进行预惰化控制，包括：

34、当所述氢气浓度预测值达到预惰化阈值时，控制所述惰性气体供给单元以小于全流量的初始流量进行预惰化；

35、根据所述氢气浓度预测值的上升速率，动态调整惰性气体注入流量；

36、若预惰化后氢气浓度预测值回落至安全区间，则控制所述惰性气体供给单元停止注入；

37、若实时氢气浓度信号达到报警阈值，则切换为全流量注入并触发联锁保护动作。

38、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

39、本发明提供了一种带有惰性气体抑爆的湿式除尘装置及其抑爆控制方法，包括：湿式除尘器本体、氢气检测单元、惰性气体供给单元和控制单元；所述湿式除尘器本体内部设有除尘室；所述氢气检测单元设置于所述除尘室内部，用于采集所述除尘室内的氢气浓度信号；所述惰性气体供给单元设置于所述湿式除尘器本体外侧，且所述惰性气体供给单元的输出端与所述除尘室相连通，用于向所述除尘室内通入惰性气体；所述控制单元分别与所述氢气检测单元、惰性气体供给单元电连接，用于接收所述氢气浓度信号，并根据所述氢气浓度信号控制所述惰性气体供给单元的通断；所述控制单元内置产氢速率预测模型，所述产氢速率预测模型用于根据粉尘种类、粉尘粒径分布、水温、水质ph值及粉尘与水接触面积参数，计算当前工况下的产氢速率，并基于所述产氢速率、除尘室有效容积、当前氢气浓度及排风置换速率，对当前工况下的氢气浓度进行预测，得到氢气浓度预测值；所述控制单元还用于当所述氢气浓度预测值达到预设的预惰化阈值时，启动所述惰性气体供给单元执行预惰化控制；本发明将氢气检测单元布置在除尘室内部，可直接采集除尘室内部真实氢气浓度数据，有利于保证浓度检测的精准性与实时性；惰性气体供给单元整体布设在湿式除尘器本体外侧、仅输出端与除尘室连通，无需占用设备内部安装空间，便于高压气瓶、阀组等部件的拆装检修与日常运维，同时可使供气元器件远离除尘室粉尘、潮湿气流环境，避免腐蚀干扰，延长部件使用寿命；控制单元与氢气检测单元、惰性气体供给单元形成电气联动，可依据实时氢气浓度信号自动调控供气单元通断，在氢气浓度超标时快速通入惰性气体实现惰化抑爆，待浓度回落至安全阈值后自动停止供气，既能有效防控除尘工况下氢气积聚引发的爆炸风险，又可实现惰性气体按需精准供给，减少介质浪费、降低运行能耗；并且本发明能够基于产氢速率预测模型进行预惰化控制，可将安全防控节点前移至浓度趋势预判阶段，提前介入抑制氢气浓度上升，有利于提升抑爆防护的及时性与可靠性。