一种转炉静电除尘工艺的高压控制系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及转炉电除尘技术领域，特别涉及一种转炉静电除尘工艺的高压控制系 统及方法。
【背景技术】
[0002] 目前，随着钢铁行业的结构性调整，炼钢转炉已趋于大型化（达到120吨~300 吨），钢铁企业大多采用转炉全三脱冶炼工艺以提高钢水纯净度，为降低生产成本，国内大 型转炉炼钢普遍采用转炉造渣加石灰和白云石工艺，，由于造渣料中含有大量粉状CaO可 导致瞬时回收烟气中粉尘成分剧烈变化，从而使粉尘排放的控制难度大大增加。目前，很多 大型转炉都还使用湿法除尘，其粉尘最大排放大于300mg/Nm3以上，无法实现环保指标，节 能环保形势严峻。
[0003] 为了解决转炉粉尘净化问题，越来越多的钢铁企业采用转炉煤气静电除尘系统， 该系统的核心技术是高压控制系统。目前，该高压控制系统均采用单相可控硅（可控硅又 叫晶闸管，SiliconControlledRectifier,可控娃）调幅方式。
[0004] 然而，在转炉冶炼周期内，尤其在加料、吹氧前期、后期、溅渣阶段，周期短、温度波 动导致比电阻变化大，快速变化的粉尘比电阻会诱发闪络的电压限值不断改变。而现有的 单相可控硅调幅控制方式的系统存在功率因数低（0.7以下）、谐波污染大、动态响应慢等 因素，因而在以上工艺阶段已难以满足排放要求。另外，由于单相可控硅控制系统的电效率 低（大约仅为64% )，因而只能采用大功率的单相系统，造成电耗大。
[0005] 如何克服上述不足，开发即要满足大转炉冶炼过程粉尘排放达标，又能节省电耗 的高端技术是本领域亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明旨在提供一种针对转炉静电除尘工艺的高压控制系统及方法， 即能有效提高转炉静电除尘系统的除尘效率又能节省电耗。，
[0007] 具体而言，所述转炉静电除尘工艺的高压控制方法包括：根据预设的控制模型对 收到的一次电流反馈值、二次电压/电流运行值、电场粉尘浓度和转炉冶炼工艺操作状态 进行处理，得到相应的控制范围；根据一次电流反馈值和所述控制范围的关系，向IGBT执 行机构提供换向变频的IGBT触发信号：通过改变所述IGBT执行机构开关频率的高低，进而 控制电流的大小；通过已设定的系统工作频率，来改变控制电流的方向。这样，在烟气量过 大时，可以通过变频提升输出电晕功率，使系统反应速率显著提高，电流控制更为平稳，从 而有效地提高除尘效率。
[0008] 进一步地，所述IGBT执行机构工作频率范围为200-500HZ。
[0009] 进一步地，所述IGBT执行机构的开关频率基准为9KHz，当所述电除尘器的除尘负 载大于第一预定值时，所述IGBT执行机构的开关频率快于9KHz，当所述电除尘器的除尘负 载小于第二预定值时，所述IGBT执行机构的开关频率慢于9KHz。
[0010] 进一步地，所述一次电流反馈值从所述IGBT执行机构的输出侧获得，所述二次电 压/电流运行值从所述高压整流变压器的输出侧获得，所述电场粉尘浓度从所述电除尘器 的输出侧获得，所述转炉冶炼工艺操作状态从转炉冶炼控制系统获得。
[0011] 进一步地，所述控制模型包含闪络电压限值自动跟踪功能，所述方法的第一步骤 包括：在转炉除尘运行期间，系统依照变化的粉尘负载所诱发的闪络电压限值，进行闪络 极限扫描，通过预设模糊逻辑跟踪这种变化，计算出新的闪络极限电压，使得在粉尘浓度大 时，在保证不击穿的情况下尽可能输出高的除尘电功率。
[0012] 进一步地，所述控制模型包含闪络模糊判别与控制功能，所述方法的第一步骤包 括：实时获取二次电压/电流运行值，当二次电压/电流值小于前两次采样加权值时，触发 预置的模糊闪络判别程序，并根据检测的闪络类型和密度，进行闪络自动控制。
[0013] 进一步地，所述控制模型包括最低功耗优化功能，所述方法的第一步骤包括：根据 转炉冶炼工艺各阶段的操作状态下的电场电功率和粉尘排放量，得出粉尘的实际运行排放 量、目标排放量与电场输出功率的对应关系；根据粉尘排放量的变化趋势，计算出电场输出 功率的调整量，并得到对应的控制范围。
[0014] 进一步地，所述方法的第二步骤包括：当一次电流反馈值大于所述控制范围时关 闭所述IGBT执行机构，当一次电流反馈值小于所述控制范围打开所述IGBT执行机构。
[0015] 另外，所述转炉静电除尘工艺的高压控制系统包括依次电连接的第一控制模块、 第二控制模块、IGBT执行机构和高压整流变压器，其中：第一控制模块用于根据预设的控 制模型对收到的一次电流反馈值、二次电压/电流运行值、电场粉尘浓度和转炉冶炼工艺 操作状态进行处理，并输出相应的控制范围至第二控制模块；所述第二控制模块用于根据 收到的一次电流反馈值和所述控制范围的关系，改变所述IGBT执行机构开关频率的高低， 进而控制电流的大小。
[0016] 进一步地，所述第一控制模块为智能控制模块，第二控制模块为工业嵌入式控制 模块。
[0017] 与现有技术相比，本发明的方案是以转炉冶炼工艺的阶段和操作状态、电场粉尘 浓度值、高压整流变压器的二次电压/电流运行值和一次电流反馈值作为动态输入变量， 通过自动控制-炼钢-电除尘工艺相结合，建立除尘专家系统高压控制模型，采用这种控 制方案，解决了由于除尘工艺比电阻变化大所引发的除尘效率低的问题，尤其可以有效解 决了第一电场在吹炼时粉尘量过大引起的系统掉电现象，保证了比电阻动态变化大时的除 尘电功率，显著提高了除尘效率。作为一种优选的方案，智能控制模块通过1)采用智能闪 络电压限值自动跟踪，生成动态闪络电压限值以提高系统电功率；2)采用闪络模糊判别方 法，明确闪络类型，针对不同类型进行智能闪络控制，将计算生成的控制范围（域）传输至 工业嵌入式控制模块，工业嵌入式控制模块利用调幅变频控制方法，改变所述IGBT执行机 构开关频率的高低，进而控制电流的大小，通过已设定的系统工作频率，来改变控制电流的 方向，实现对控制输出电流的更精准控制。3)另外，结合最低功耗优化功能，可以进一步提 升系统除尘功率和节电水平。
【附图说明】
[0018] 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0019] 图1为实现本发明实施例方法控制部分的方框示意图；
[0020] 图2为本发明实施例的控制系统的结构框图。
【具体实施方式】
[0021] 应当指出，本部分中对具体结构的描述及描述顺序仅是对具体实施例的说明，不 应视为对本发明的保护范围有任何限制作用。此外，在不冲突的情形下，本部分中的实施例 以及实施例中的特征可以相互组合。
[0022] 请同时参考图1和图2,下面将结合附图对本发明实施例的方法及系统作详细说 明。
[0023] 本发明实施例的转炉静电除尘工艺的高压控制方法可以包括：根据预设的控制模 型对收到的一次电流反馈值、二次电压/电流运行值、电场粉尘浓度和转炉冶炼工艺操作 状态进行处理，得到相应的控制范围；根据一次电流反馈值和所述控制范围的关系，改变所 述IGBT执行机构开关频率的高低，进而控制电流的大小，通过已设定的系统工作频率，来 改变控制电流的方向；通过与IGBT执行机构的输出侧电连接的高压整流变压器为电除尘 器提供直流供电。
[0024] 在控制系统的实施例中，前述方法的第一步骤和第二步骤可以通过对应的第一控 制模块和第二控制模块实现相应功能，结合图2所示，第一控制模块为智能控制模块，第二 控制模块为工业嵌入式控制模块。
[0025] 在本发明实施例中，为实现对控制输出最大电流的更精准控制，提升除尘功率水 平，将高压整流变压器的二次电压/电流运行值、一次电流反馈值作为动态输入变量，还新 引入转炉冶炼工艺的阶段和操作状态、电场粉尘浓度等新变量，通过多种智能控制优化技 术与控制-炼钢-电除尘工艺相结合，如闪络电压限值自动跟踪、闪络模糊判别与智能控 制、最低功耗优化、调幅变频控制等，建立除尘专家系统尚压控制t旲型。本尚压控制系统通 过已设定的系统工作频率，来改变控制电流的方向。其中的高压整流变压器用于通过其输 出侧为电除尘器提供直流供电。
[0026] 在转炉除尘运行期间，快速变化的粉尘负载会导致诱发闪络的电压限值不断改 变，智能控制模块系统会重复进行闪络极限扫描，通过模糊逻辑自动跟踪这种变化，并计算 生成新的闪络限值电压，以达到最佳的电晕功率，使除尘器的粉尘排放量最小。
[0027] 智能控制模块可以通过yS级高速采样频率，实时检测二次电压/电流，当二次电 压值小于前两次采样加权值时，触发模糊闪络判别程序，并根据之前检测的闪络类型和密 度，进行闪络精细化控制，提高了除尘效率和设备稳定性。
[0028] 具体地，可以首先通过瞬时值模糊闪络判别和Ims平均值闪络判别（火花）两种 判别方式来确定是否发生闪络。之后根据闪络检测到的不同电压/电流值、模糊判别逻辑 和相应范围值确定闪络的类型。
[0029] 更具体地，判别过程分两步进行：第一步，首先判断二次电压/电流在当前二次电 压减小以前的变化趋势；第二步，在随后的yS级采样计算后，判断发生二次电压减小后， 二次电压回升的程度，最后确定本次电压降落是否是一次闪络。
[0030] 其中，闪络类型可以分为模式1、模式2、模式3和模式4四种。具体闪络优化控制 方案可以采用如下所述：
[0031] ①在检测到闪络模式1时，系统会对除尘器进行快速充电，使得电压迅速增至低 于原电压的某值