湿式电除尘器控制系统的设计与应用

湿式电除尘器是一种用来除去含湿气体中的尘、酸雾、水滴、气溶胶、臭味、PM2.5等有害物质的有效设备。其主要工作原理是在集尘极和放电极之间施加数万伏直流高压电形成强电场，同时直接将水雾喷向放电极和电晕区，水雾在强电场内荷电后分裂进一步雾化，电场力、荷电水雾的碰撞拦截、吸附凝并，共同对粉尘粒子起捕集作用，最终粉尘粒子在电场力的驱动下到达集尘极而被捕集；与干式电除尘器通过振打将极板上的灰振落至灰斗不同的是，湿式电除尘器将水喷至集尘极上形成连续的水膜，流动水膜将捕获的粉尘冲刷到灰斗中随水排出。由于没有振打极板产生的烟尘二次飞扬，湿式静电除尘器可以达到很低的烟尘排放浓度。
由于湿式电除尘器良好的应用前景及其与干式电除尘器的差别，有必要研究设计一套与之相适应的湿式电除尘器控制系统，使之在提高湿式电除尘器设备的运行管理水平和自动化控制程度，减少排放和降低能耗等许多方面发挥重要作用。
1湿电控制系统的组成
根据湿式电除尘器的工作原理，通过分析并结合现场使用、调试经验，整个湿式电除尘器的控制系统包括高压系统、水处理系统、低压加热及热风吹扫系统、上位机系统等。
2湿电控制系统的设计
由于湿式电除尘器与原来的干式电除尘器既有相同点又有不同点，所以干式除尘器控制系统中部设计可借鉴，不同部分则需进行新的设计，其重点在于新增水处理部分控制系统的设计。
2.1高压系统
湿式电除尘器与干式电除尘器的收尘原理相同，都是靠高压电晕放电使得粉尘荷电，荷电后的粉尘在电场力的作用下到达收尘板，然后采用定期冲洗的方式，使粉尘随着冲刷液的流动而清除。因此整个湿式除尘器高压控制系统至关重要，一般采用高频电源、高效三相电源等。它们运行平稳，输入功率高，火花检测与控制功能强大，保护功能完善，确保湿式电除尘器高效工作。
2.2水处理系统
水处理系统主要解决水的二次污染和水耗问题，主要是经过湿式电除尘器喷淋冲洗之后排出的水，含有大量酸性物质和细微颗粒物。直接排放会产生二次污染，而且耗水量大、运行成本高，水必须进行循环利用。水的循环利用要经过两个环节：一是中和除酸；二是分离固体悬浮物，使污水变成适合喷淋使用的工业用水。中和除酸主要通过加碱来降低水的酸性，达到弱配或弱碱性水质。
分离固体悬浮物主要采用过滤器过滤水中的固体杂质、灰尘等。冲洗水包括循环水和原水补水，从集电极流下的水在灰斗收集进入循环水箱内，由循环泵进入自动清洗过滤器，澄清水作为循环水回用，进入湿式电除尘里进行喷淋，过滤后的废水作为脱硫工艺水或排放到废水处理厂。因此水处理系统是湿式电除尘器不同于干式电除尘的最主要部分，也是湿式电除尘器控制的设计重点。它包括补水系统、冲洗系统、过滤系统、循环系统、加碱系统等几部分，由PLC进行自动控制。
2.2.1补水控制系统
补水自动控制系统主要控制两点：①根据补给水箱的液位，自动开启或关闭来水电动蝶阀，使补给水箱的液位控制在一定的范围之内；②通过补给水箱外的两台变频泵，将水箱中的水送至除尘器的顶部进行喷淋冲洗。由于要满足喷淋水的雾化要求，关键在于对水的压力进行精确的控制，因此我们采取同样精确的PID控制，以水压为控制点(经过大量的实验证明，0.25MPa的喷淋水的雾化效果最好)，对变频泵采用正反馈的PID控制，保证了补给水的输送及喷淋水的雾化效果。
2.2.2冲洗控制系统
冲洗喷淋控制系统由若干个电动蝶阀组成，根据喷淋的工艺要求，按照一定的顺序对除尘器电场进行冲洗喷淋，整套冲洗喷淋系统实现自动顺序控制，安全可靠。
2.2.3过滤控制系统
过滤水控制系统采用的是上下两层的灰水分离器，每层各有若干个电磁阀，应用自控联锁的技术，准确地控制每一个电磁阀的开关时间和开关顺序，确保了灰水分离器的正常运行，过滤后干净水进入循环系统。
2.2.4加碱控制系统
过滤后循环水呈酸性，为了防止循环进入除尘器的循环水对本地的腐蚀，需要增设加碱系统，调整循环水的酸碱性以达到防腐蚀标准。加碱系统的自动控制是根据循环水的pH值作为参考值来实现的，加碱泵以pH值作为PID的调节变量，不断给循环水注入碱液，保持循环水呈现一定的弱碱性，保护除尘器本体。
2.2.5循环控制系统
循环系统将过滤后的清水通过循环泵的增压，送至除尘器的顶部进行冲洗。循环水的循环利用，降低了冲洗水的水耗，进一步达到了节能环保的要求。循环水系统的自动控制由循环泵和除尘器顶部的电动蝶阀组成。与补水系统相同，循环泵根据设定水压作为PID调节的依据，将循环水以一定的压力送至除尘器顶部，然后由出口的若干个电动蝶阀，按照自动顺序控制的方式，对阴阳极板进行冲洗喷淋。
2.3加热系统
加热系统包括绝缘子保温箱加热和热风吹扫加热，由PLC自动控制，根据需要保温箱进行加热或停止加热、进行或停止热风吹扫加热。其中热风吹扫系统由风机，蝶阀和加热器组成，自动开启时，按照风机-蝶阀-加热器的顺序启动；自动关闭时，按照加热器-蝶阀-风机的顺序关闭。
2.4上位机系统
为保证系统的稳定可靠和高性能，上位机系统选用工业控制计算机，同时选配相应的具有最新功能的智能通讯卡、网络前端机等采集设备，使系统具有不凡的数据采样能力和处理能力，从而实现对湿式电除尘集中管理、分散控制、节能减排运行的要求。
上位机系统通过智能通讯卡、网络前端机等采集各高压、水处理、加热等各个子系统的运行工况数据以及相应的模拟量值和开关量信号，以各种动画、图形、表格、曲线、文本等形式在画面上显示；在需要时将人工设定的有关参数送往下位机或根据反馈信号实施自动控制，从而获得更好的控制效果。
3应用
系统设计完成后，先后在上海长兴岛、山东黄岛等许多电厂投入应用，经过调试，系统运行正常稳定，整台湿式电除尘器取得良好的效果。经测试，长兴岛湿式电除尘器运行电压稳定在45kV，运行正常，烟尘排放为3.9mg/Nm3，SO3排放浓度2.2mg/Nm3；黄岛湿式电除尘器的运行效果则更为显著，出口平均烟尘浓度仅为2.1mg/Nm3，远低于5mg/Nm3的设计保证值，SO3排放浓度低于0.2mg/Nm3，处于自动控制运行的水处理系统耗水量为9.0t/h，也低于11.97t/h的设计保证值。
4结语
湿式电除尘器控制系统的成功应用，说明控制系统的设计符合湿式电除尘器实际应用的需要。随着环保要求的越来越严，作为大气污染的最终把关设备，湿式电除尘器将得到越来越多的推广应用，湿式电除尘器控制系统也将进一步优化完善，尤其是提高水处理系统中PID控制的精度和准度，实现更加精细化、自动化的控制，达到湿式电除尘器高效节能节水的控制效果。