一种多点除尘系统的协同除尘方法与流程

1.本发明属于节能环保领域，尤其涉及一种多点除尘系统的协同除尘方法。


背景技术：

2.有关统计显示，钢铁企业除尘系统用电量占其生产用电总量的20％以上，除尘风机是其中的耗能大户，是需要着重关注的点。一般的除尘系统根据该系统中最不利的收尘点需求进行计算和设计，在风机等设备的选型上往往还保有一定的余量，但钢铁企业的生产运行是有一定节奏，不会长期处于较高的除尘负荷，因此有巨大的节能潜力。
3.对大功率除尘风机进行节能改造和运用变频技术，能够实现一定的节能效果，目前，很多钢铁企业就采用变频风机，期望达到节能减排的目的，变频风机的原理是基于除尘负荷进行变频，若单个变频风机对应单个除尘点，那么该变频风机能够根据该除尘点的现场产尘、逸尘工况进行变频；但是，由于除尘系统的复杂性，单个除尘风机常常对应多个除尘点，针对多点除尘系统，各点的除尘负荷一般难以根据现场产尘、逸尘工况变化而调节，很容易存在除尘管网风量分配不合理，导致部分除尘点收尘能力不足而出现粉尘逸散，其它除尘点收尘能力过大而出现有用物料被抽吸等问题。所以，很多钢铁企业虽然是使用变频风机，但却无法做到合理的变频控制。
4.另外，风机的运行特性曲线与管网的特性曲线的交点为风机的实际工作点。风机变频运行或者管网阀门调节导致管网特性改变时，风机的实际工作点都会发生变化。目前，风机在变频运行或者管网阻力变化过程中，实际工作点可能处于风机喘振失速区，从而影响风机的安全运行，影响风机使用寿命。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种多点除尘系统的协同除尘方法，优化多点除尘的控制，以提高除尘效果实现系统安全节能运行。
6.为实现上述目的及相关目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种多点除尘系统的协同除尘方法，所述多点协同系统包括风机及至少两个与所述风机连接的除尘点，每个所述除尘点对应设置有开度可调的阀门，所述协同除尘方法包括：
8.建立各除尘点对应粉尘浓度、粉尘浓度随时间的变化趋势与收尘状态指数的关系模型；
9.预设收尘状态指数允许范围；
10.采集各除尘点在当前时间段的粉尘浓度数据，根据所述当前时间段的粉尘浓度数据和所述关系模型，确定各所述除尘点的当前收尘状态指数；
11.根据各除尘点的当前收尘状态指数和所述收尘状态指数允许范围控制相应阀门的开度。
12.可选的，所述根据各除尘点的当前收尘状态指数和所述收尘状态指数允许范围控
制相应阀门的开度的方法包括：
13.若各除尘点的当前收尘状态指数未超出所述收尘状态指数允许范围，则保持相应阀门的开度；
14.若存在当前收尘状态指数超出所述收尘状态指数允许范围的收尘点，则根据超出方式进行阀门开度调节。
15.可选的，所述收尘状态指数允许范围为[a
min
,a
max
]，所述超出方式包括ai》a
max
和ai《a
min
两种方式，所述根据超出方式进行阀门开度调节的方法包括：
[0016]
预设每一次进行阀门开度调节的阀门开度调节量δvi；
[0017]
若存在ai》a
max
，则根据预设的单位调节量δvi逐步调大对应阀门的开度，直至ai≤a
max
或vi≥v
imax
；
[0018]
若存在ai《a
min
，则根据预设的单位调节量δvi逐步调小对应阀门的开度，直至ai≥a
min
或vi≤v
imin
或p＞0.9p
cr
；
[0019]
其中，ai为编号为i的除尘点对应的当前收尘状态指数；vi为编号为i的除尘点对应的阀门开度，v
imax
和v
imin
分别为编号为i的除尘点中相应阀门的最小开度和最大开度，p为风机的当前风压，p
cr
为风机运行的临界风压。
[0020]
可选的，所述协同除尘方法还包括：
[0021]
当存在除尘点的当前收尘状态指数超出所述收尘状态指数允许范围时，在根据超出方式进行阀门开度调节后，根据阀门开度调节后各除尘点的状态，控制风机转速调节。
[0022]
可选的，所述根据阀门开度调节后各除尘点的状态，控制风机转速的方法为：
[0023]
确定收尘综合评价指数最大的点max(a)；
[0024]
若最大的点max(a)＞1.1a
max
，则提高风机运行转速；若max(a)《0.9a
max
，则降低风机运行转速；若在0.9～1.1a
max
范围内，风机转速则不做调整。
[0025]
可选的，所述协同除尘方法还包括：
[0026]
预设风机运行的特性曲线；
[0027]
根据所述风机运行的特性曲线，获取不同频率下的喘振点对应的q
cr
、p
cr
，其中，p
cr
为风机运行的临界风压，q
cr
为风机运行风压为p
cr
时对应的各除尘点的总风量。
[0028]
可选的，所述协同除尘方法还包括：采集风机同频率下各种工况的运行数据，以拟合所述特性曲线。
[0029]
可选的，所述协同除尘方法还包括：定期采集风机同频率下各种工况的运行数据，以修正所述特性曲线。
[0030]
可选的，所述关系模型为：
[0031][0032]
其中，di为对应除尘点的粉尘浓度；τ为粉尘浓度采集时间；α、β分别为对应的除尘点产尘特性系数。
[0033]
可选的，所述关系模型为：
[0034]
[0035]
其中，di为对应除尘点的粉尘浓度；为粉尘浓度随时间的变化趋势；p
ij
表示第i个除尘点的第j种生产节奏状态数据；α、β、γ分别为对应的除尘点产尘特性系数。
[0036]
相应的，本发明还提供一种多点除尘系统，包括所述多点协同系统包括风机及至少两个与所述风机连接的除尘点，每个所述除尘点对应设置有开度可调的阀门，所述多点除尘系统还包括：
[0037]
粉尘浓度采集元件，其用于采集相应除尘点在当前时间段的粉尘浓度数据，每处所述除尘点均对应设置有所述粉尘浓度采集元件；
[0038]
储存单元，其用于储存各除尘点对应粉尘浓度、粉尘浓度随时间的变化趋势与收尘状态指数的关系模型；
[0039]
执行单元，用于调节所述阀门的开度；
[0040]
处理单元，其用于根据所述当前时间段的粉尘浓度数据和所述关系模型，确定各所述除尘点的当前收尘状态指数，并判断各除尘点的当前收尘状态指数是否超出所述收尘状态指数允许范围；若未超出，则保持相应阀门的开度；若超出，则所述执行单元根据超出方式进行阀门开度调节。
[0041]
可选的，所述处理单元还被配置为：
[0042]
当存在除尘点的当前收尘状态指数超出所述收尘状态指数允许范围时，在根据超出方式进行阀门开度调节后，根据阀门开度调节后各除尘点的状态，控制风机转速调节。
[0043]
本发明，根据各收尘点对应收尘状态指数进行相应阀门开度的调节，有利于优化各收尘点的收尘效果。
附图说明
[0044]
图1显示为本发明的协同除尘方法的一示例性的流程图；
[0045]
图2显示为一除尘点粉尘浓度的波动情况示意图；
[0046]
图3显示为多点除尘系统运行时一示例性的风机变频和阀门调控q-p变化过程示意图；
[0047]
图4显示为风机实际运行特性曲线的一示例性示意图；
[0048]
图5显示为本发明的协同除尘系统的一示例性的示意图。
具体实施方式
[0049]
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
[0050]
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，自始至终相同附图标记表示相同的组件。
[0051]
本发明提供一种协同除尘方法，参见图5，该协同除尘方法适用于多点除尘系统，该多点协同系统包括风机1及至少两个与风机连接的除尘点4，每个除尘点4对应设置有开
度可调的阀门5，结合参见图1，本发明的协同除尘方法包括：
[0052]
s100、建立各除尘点对应粉尘浓度、粉尘浓度随时间的变化趋势与收尘状态指数的关系模型；
[0053]
s300、预设收尘状态指数允许范围；
[0054]
s500、采集各除尘点在当前时间段的粉尘浓度数据，根据所述当前时间段的粉尘浓度数据和所述关系模型，确定各所述除尘点的当前收尘状态指数；
[0055]
s700、根据各除尘点的当前收尘状态指数和收尘状态指数允许范围控制相应阀门的开度。
[0056]
常规除尘方法中，直接利用粉尘浓度作为风机变频调节的依据，而本发明中，利用收尘状态指数作为相应阀门开度调节的依据，一方面，分别对各阀门进行调节，使得各收尘点能够更为精准的调节风量，另一方面，以收尘状态指数作为各收尘点调节的依据，更有利于各收尘点达到理想收尘状态，更有持续优化各收尘点的收尘。
[0057]
在一些实施例中，该关系模型为：
[0058][0059]
其中，di为对应除尘点的粉尘浓度；τ为粉尘浓度采集时间；α、β分别为对应的除尘点产尘特性系数。也就是说，为粉尘浓度随时间的变化趋势，实际实施过程中，α、β根据不同除尘罩及管网设计，由实验或者仿真计算获得。
[0060]
只有当所有除尘点的收尘状态指数在合理范围，即各点除尘效果达标、余量也较小的情况下，系统才会处于最佳节能运行的状态。余量的多少会直接影响粉尘浓度变化趋势，本发明以一定周期持续采集更新各除尘点的状态，有利于使系统处于最佳节能运行状态。
[0061]
譬如，附图2为一收尘点的粉尘浓度实时监测数据，可以以一定周期得到粉尘浓度d以及粉尘浓度的变化趋势。如在时间段t1内，di增大ai将有明显增大的趋势，同时为正，对应的ai可能较大，此时对应的可能就是生产周期的变化导致除尘负荷波动；而同理，在时间段t2内，ai将明显减小；t3时间段内ai的值就比较稳定，变化较小。
[0062]
在另一些实施例中，该关系模型为：
[0063][0064]
其中，di为对应除尘点的粉尘浓度；τ为粉尘浓度采集时间；p
ij
表示第i个除尘点的第j种生产节奏状态数据；α、β、γ分别为对应的除尘点产尘特性系数。同样的，α、β、γ也是根据不同除尘罩及管网设计，由实验或者仿真计算获得。
[0065]
这种关系模型还关联了生产节奏，当生产节奏变化导致除尘负荷波动或者有波动的趋势时，系统也能对应的进行持续的寻优调控。
[0066]
具体的，在一些实施例中，s700中，“根据各除尘点的当前收尘状态指数和收尘状态指数允许范围控制相应阀门的开度”的方法包括：
[0067]
s710、若各除尘点的当前收尘状态指数未超出该收尘状态指数允许范围，则保持各阀门的开度；
[0068]
s730、若存在当前收尘状态指数超出该收尘状态指数允许范围的收尘点，则根据超出方式进行相应阀门的开度调节。
[0069]
为便于理解，将收尘状态指数允许范围预设为[a
min
,a
max
]，则超出方式包括ai》a
max
和ai《a
min
两种方式，ai为编号为i的除尘点对应的当前收尘状态指数。也就是说，当各收尘点满足收尘状态指数a
max≥ai≥amin
时，则不需要进行阀门开度的调节，而当各收尘点的收尘状态指数ai》a
max
或者ai《a
min
时，根据符合的超出方式，调节阀门开度。
[0070]
上述ai(i＝1～n)的定义和计算情况，可以确定收尘控制的精度，其中，参数为a
min
、a
max
，可以根据ai(i＝1～n)现场实验调试自定义。当a
min
较大时，系统节能空间将会更大；当a
max
较小时，系统对粉尘浓度的控制效果会更好。
[0071]
参见图，当除尘系统初始工作点在a点，此时，系统中的各除尘点的总风量为qa。若此时判断出有若干个除尘点风量过大，如果只减小对应的阀门开度，则虽可实现对应除尘点风量减小，但此时的管网阻力会相应增大，导致风机特性曲线与管网特性曲线的交点向上移，就有可能进入风机运行的危险区，如b点，导致旋转失速或者喘振，对于轴流式风机则可能更加明显。而此时，总风量qb的减小量以及节能效果并不明显。此外，由于总压力p升高和部分阀门的关小，原本除尘效果正常的除尘点负压和风量反而有所提升，甚至可能导致生产物料被抽吸的情况，因此，在除尘余量过大的时候，仅调节阀门是有局限的；而若是仅采用风机变频，所有除尘点风量都会降低，除尘余量较大的除尘点实现了风量降低，但却可能导致原本除尘效果达标的除尘点出现不达标的情况，风机降频的幅度也将一定程度受限，节能潜力被压缩。
[0072]
为此，对除尘控制方式进一步进行优化，在一些实施例中，协同除尘方法还包括：
[0073]
s750、当存在除尘点的当前收尘状态指数超出所述收尘状态指数允许范围时，在根据超出方式进行阀门开度调节后，根据阀门开度调节后各除尘点的状态，控制风机转速调节。
[0074]
也就是说，在协同除尘的过程中，若存在收尘状态指数超出预设范围时，先对阀门进行开度调节，再进行风机转速调节，通过阀门和风机变频的调节，在满足除尘要求的前提下不断寻找节能的潜力，有利于使除尘系统始终工作在最佳节能的动态平衡状态。
[0075]
在一些实施例中，s730中，根据超出方式进行阀门开度调节的方法包括：
[0076]
s731、预设每一次进行阀门开度调节的阀门开度调节量δvi；
[0077]
s733、若存在ai》a
max
，则根据预设的单位调节量δvi逐步调大对应阀门的开度，直至ai≤a
max
或vi≥v
imax
；
[0078]
s735、若存在ai《a
min
，则根据预设的单位调节量δvi逐步调小对应阀门的开度，直至ai≥a
min
或vi≤v
imin
或p＞0.9p
cr
；
[0079]
其中，ai为编号为i的除尘点对应的当前收尘状态指数；vi为编号为i的除尘点对应的阀门开度，v
imax
和v
imin
分别为编号为i的除尘点中相应阀门的最大开度和最小开度，p为风机的当前风压，p
cr
为风机运行的临界风压。
[0080]
采用这种方式，有利于使得调节过程更为平缓，避免在不断寻优调节的过程出现较大的波动或者除尘点效果此起彼伏的情况，也就有利于避免风机进入喘振失速区，提高风机运行的安全性，提高风机使用寿命，减少调控成本、增大节能潜力。
[0081]
在一些实施例中，s750中，控制风机转速调节时，以δni为调节变量逐步调节，也
有利于使得调节过程更为平缓。也就是无论是提高风机运行转速或降低风机运行转速时，都是以δni为调节变量逐步调节。
[0082]
譬如，参见图3，初始稳定工况点在a点，而除尘负荷波动后导致最理想的工作点可能是d点，那么通过设定合适的δvi、δni，可以使系统能够由a点较稳定的调控至d点，如路径a
→1→2→3→4→5→
d，而不是一次性直接从a
→
d，直接从a
→
d可能导致经过b点，也就是a
→b→
d，进入喘振区，影响风机的安全运行。理论上，δvi、δni越小，整个调节过程中风机运行的安全性越好，但δvi、δni过小可能会影响调节效率，因此，可以通过实验或分析选定合适的δvi、δni。
[0083]
在一些实施例中，对于s750中，所述根据阀门开度调节后各除尘点的状态，控制风机转速的方法为：
[0084]
s751、确定收尘综合评价指数最大的点max(a)；
[0085]
s753、若最大的点max(a)＞1.1a
max
，则提高风机运行转速；若max(a)《0.9a
max
，则降低风机运行转速；若在0.9～1.1a
max
范围内，风机转速则不做调整。
[0086]
在一些实施例中，协同除尘方法，还包括：
[0087]
s220、预设风机运行的特性曲线；
[0088]
s240、根据所述风机运行的特性曲线，获取不同频率下的喘振点对应的q
cr
、p
cr
，其中，p
cr
为风机运行的临界风压，q
cr
为风机运行风压为p
cr
时对应的各除尘点的总风量。
[0089]
在一些实施例中，本发明的协同除尘方法还包括：s210、采集风机同频率下各种工况的运行数据，以拟合所述特性曲线。此步骤，对于风机出厂时未提供风机运行的特性曲线的情况是适用的，所拟合的特性曲线可以作为步骤s220中预设的风机运行的特性曲线，若出厂时厂家提供了风机特性曲线，也可以以厂家提供的风机特性曲线作为s220中的特性曲线。
[0090]
在另一些实施例中，本发明的协同除尘方法还包括：s230、定期采集风机同频率下各种工况的运行数据，以修正所述特性曲线。此步骤相当于s220中预设的特性曲线进行修正。当风机出厂的特性曲线缺失，或者由于风机运行后存在磨损、积灰、维修、串并联等导致实际特性曲线与出厂的特性曲线相差较大的时候，可以通过该方法进行风机实际运行特性曲线的获取，从而实时判断风机的运行状态，达到后续安全、节能、稳定运行的效果。
[0091]
具体的，s210和s230中，对应的拟合或修正所述特性曲线的方法包括：
[0092]
获取风机各变频档位对应的变频转速；
[0093]
在风机转速维持在其中一变频转速下时，若一定时间内存在除尘负荷波动或者各除尘点阀门开度的变化，则采集相应时间段内的数个典型稳定运行数据，也可以在不同变频档位分别采集典型工作点位数据，通过风机的相似定律可折算成额定风机曲线下的数据。至少取4个典型点位以建立所述特性曲线。
[0094]
其中，该特性曲线的公式为：
[0095]
p＝a3*q3 a2*q2 a1*q a0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0096]
也就是说，根据实验获取的多个时刻的p、q值，带入上述公式(3)，就能计算出常数a0、a1、a2、a3。
[0097]
譬如，图4中，风机各变频档位对应的变频转速有n1、n2、n3、n4，对应曲线k1、k2、k3和k4，如k2、k3、k4上出现了1、2、3、4四个运行点，通过相似定律折算至额定曲线k1，分别为
1’～4’，则将四个运行点的数据带入上述公式(3)，就能计算得出a0、a1、a2、a3。
[0098]
由于实际运行过程中，q、p总是存在波动，则根据若干个该频率下的几个工作点数据，通过理论模型进行拟合得到对应转速下风机的特性曲线。一般取风机该运行转速下的特性曲线0.9pcr的点作为喘振的预警点，也即步骤s735中对应的p＞0.9p
cr
。通过多次计算和记录不同运行转速的特性曲线以及喘振点，可以得到如图的喘振线以及预警线，用以指导风机的变频调控和阀门调控。
[0099]
相应的，本发明还提供一种多点除尘系统，结合参见图5，该多点除尘系统包括所述多点协同系统包括风机1及至少两个与所述风机连接的除尘点4，每个所述除尘点4对应设置有开度可调的阀门5，所述多点除尘系统还包括：
[0100]
粉尘浓度采集元件6，其用于采集相应除尘点在当前时间段的粉尘浓度数据，每处所述除尘点对应均对应设置有所述粉尘浓度采集元件；
[0101]
储存单元，其用于储存各除尘点对应粉尘浓度、粉尘浓度随时间的变化趋势与收尘状态指数的关系模型；
[0102]
执行单元，用于调节所述阀门的开度；
[0103]
处理单元，其用于根据所述当前时间段的粉尘浓度数据和所述关系模型，确定各所述除尘点的当前收尘状态指数，并判断各除尘点的当前收尘状态指数是否超出所述收尘状态指数允许范围；若未超出，则保持相应阀门的开度；若超出，则所述执行单元根据超出方式进行阀门开度调节。
[0104]
其中，具体的关系模型、开度调节方式均对应上述协同除尘方法中描述的阀门开度调节方式，此处不做详述。
[0105]
图5中，处理单元和存储单元都集成在控制平台9中，实际实施过程中，执行单元集成在相应的阀门附近，图5中并未示出该执行单元。图5中，该除尘系统进行收尘时，沿收尘方向，收尘点4、布袋除尘器3、风机1和烟囱2依次连接。
[0106]
在一些实施例中，所述处理单元还被配置为：
[0107]
当存在除尘点的当前收尘状态指数超出所述收尘状态指数允许范围时，在根据超出方式进行阀门开度调节后，根据阀门开度调节后各除尘点的状态，控制风机转速调节。
[0108]
具体的转速调节方式也对应上述协同除尘方法中的方式，此处不做详述。
[0109]
在一些实施例中，为了拟合或修正所述特性曲线，参见图5，本发明的多点除尘系统还包括流量传感器7和压力传感器8。
[0110]
本发明的多点除尘系统及协同除尘方法可以应用于各种多点除尘的工况，本发明一个典型的应用场景——转炉二次除尘系统。该系统有如下的一些特点：除尘点多、分布较广；部分除尘点需长期保持除尘，部分除尘点又随转炉生产节奏呈周期性变化；各点的除尘负荷需求差异较大等。
[0111]
如转炉出钢侧和兑铁水门型罩相比其他除尘点，除尘所需的风量较大，且除尘负荷随生产周期有明显变化。若仅通过出钢侧和兑铁水侧的阀门调节，则可能出现如实施例一中分析的风机运行状态不佳，或者其他除尘点负压风量过大导致物料被抽吸的情况。若仅通过变频调节，则节能潜力不能充分利用。
[0112]
因此，这种情况下本发明具备较好的应用效果。此外，对于上述除尘负荷随生产节奏有较大变化且需要较快响应的这类情况，除了常规的寻优控制以外，还可以将除尘控制
系统与生产节奏控制进行通讯，设定提前量或者修正部分控制逻辑参数，从而在负荷即将发生较大变动时进行提前调控，避免因生产节奏变化短时间内局部的烟尘量过大，影响工作环境。
[0113]
本发明的描述中，单数形式的“一”、
““
一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、组件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、组件、部件和/或组的存在或添加。
[0114]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。