CN106881313A - 一种除尘管道自动清灰方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种除尘管道自动清灰方法及系统，包括：获取除尘管道中各检测点的积灰重量数据；根据所述积灰重量数据计算各检测点的积灰厚度；根据所述积灰厚度计算出各检测点的管道堵塞度P和积灰速率V，并根据所述积灰速率V计算所有检测点的平均积灰速率V_avg；当某检测点的管道堵塞度P达到设定值时，通过加大其所在管道的风门开度，进行清灰；当平均积灰速率V_avg达到设定值时，通过加大主管道的风门开度，降低粉尘沉积速率。该方法及系统能显著降低除尘系统的能耗，有效减缓管道磨损，保证除尘系统长期稳定运行；而且，此方法采用自动反馈闭环控制方式，无需人工操作，运维工作量小。

Description

一种除尘管道自动清灰方法与系统

技术领域

本发明涉及除尘设备技术领域，特别是用于对除尘设备除尘管道内的积灰进行清理的方法。本发明还涉及能够对除尘设备除尘管道内的积灰进行清理的系统。

背景技术

除尘管道是除尘系统的重要组成部分，当因除尘管道长期流速过低、含尘气流中粉尘颗粒过大等原因造成管道内粉尘堆积时，将造成管道堵塞，影响除尘系统持续稳定运行。积灰情况严重时，甚至会造成管道支架荷载过大，带来安全隐患。

故防止积灰堵塞是除尘管道设计、运行和维护中需要考虑的重要内容。由于到目前为止没有有效的检测管道积灰厚度的装置与方法，缺少实时数据的支持，现有的除尘管道防止积灰堵塞的办法和其带来的问题主要包括：

第一种方法是采用管道高流速运行防积灰。由于在总风量一定的情况下，系统所需风机功率与流速的二次方成正比，因此本方法能耗很高；而管道磨损速率与流速的三次方成正比，因此本方法管道磨损很快。由此导致系统运行与维护费用很高。

第二种方式是采用压缩空气或蒸汽辅助清灰。本方法压缩空气或蒸汽辅助管道系统复杂，局部喷吹方式效果难以保证，而且采用辅助能源介质，能耗较高。

第三种方法是设置放灰管适时放灰。本方法在实际应用中经常出现放灰管严重堵塞无法使用的情况，与前两种方法相比，维护工作量更大，且易影响系统连续运行，现已较少采用。

因此，如何设计一种节能、防磨损，且性能稳定、运行维护成本低的除尘管道自动清灰方法与系统，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种除尘管道自动清灰方法。该方法能显著降低除尘系统的能耗，有效减缓管道磨损，保证除尘系统长期稳定运行；而且，此方法采用自动反馈闭环控制方式，无需人工操作，运维工作量小。

本发明的另一目的是提供一种除尘管道自动清灰系统。

为实现上述目的，本发明提供一种除尘管道自动清灰方法，包括：

获取除尘管道中各检测点的积灰重量数据；

根据所述积灰重量数据计算各检测点的积灰厚度；

根据所述积灰厚度计算出各检测点的管道堵塞度P和积灰速率V，并根据所述积灰速率V计算所有检测点的平均积灰速率V_avg；

当某检测点的管道堵塞度P达到设定值时，通过加大其所在管道的风门开度，以增加通过管道的风量，最终增大对应管道流速，进行清灰；

当平均积灰速率V_avg达到设定值时，通过加大主管道的风门开度，以增加总风量，最终增加整体运行流速，降低粉尘沉积速率。

进一步地，以下述方式获取所述积灰重量数据：

在除尘管道各检测点底部开设称重检测孔，将积灰感应件可上下移动地安装于称重检测孔，其上端伸入除尘管道内部形成积灰承载面，下端支撑于除尘管道外部的称重传感器，通过称重传感器获取除尘管道中各检测点的积灰重力数据。

进一步地，在获取所述积灰重量数据时，将所述积灰感应件通过动密封结构可上下移动地安装于所述称重检测孔。

进一步地，按照下述公式计算各检测点的积灰厚度H：

式中：

H-积灰厚度，单位mm；

W-积灰感应重量，单位N；

A-称重传感器受力面积，单位m²；

ρ-积灰密度，单位kg/m³；

g-重力加速度，为常数9.8，单位m/s²；

k-修正系数。

进一步地，按照下述公式计算各检测点的管道堵塞度P：

式中：

P-管道堵塞度，无量纲数，以比百分率表示；

H-积灰厚度，单位mm；

D-风管直径，单位mm。

进一步地，按照下述公式计算各检测点的积灰速率V：

式中：

V-积灰速率，单位s^-1；

Δt-设定的时间间隔，单位s；

H₁-Δt内的初始积灰厚度，单位mm；

H₂-Δt内的最终积灰厚度，单位mm；

D-风管直径，单位mm。

进一步地，按照下述公式计算平均积灰速率V_avg：

其中：

V_i-测点i的积灰速率，单位s^-1；

V_avg-平均积灰速率，系统所有测点积灰速率的平均值，单位s^-1。

进一步地，为各检测点P_n设置控制上限值P_set2和止调下限值P_set1，其中P_set2＞P_set1；同样，为V_avg设置控制上限值V_set2和止调下限值V_set1，其中V_set2＞V_set1；

当任意检测点P_n≥P_set2，或V_avg≥V_set2时，启动调节控制流程：

第一阶段调控，调控流程启动后，从P₁开始逐个判断是否P_n≥P_set2，如果为真，启动清灰模式，调节所在管道风门开度C_n＝f_n，在此状态下运行，直至P_n≤P_set1，清灰模式停止，然后将风门开度调回原设定值，系统进入下一调控阶段；如果逐个判断P_n≥P_set2均为假，进入下一调控阶段；

第二阶段调控，判断是否V_avg≥V_set2，如果为真则主管风门开度增加m％，其中m为设定值，直至V_avg≤V_set1，保持风机在稳定后的流速下运行，调节流程结束；如果V_avg≥V_set2为假则调节流程直接结束。

为实现上述第二目的，本发明提供一种除尘管道自动清灰系统，包括：

积灰检测装置，用于获取除尘管道中各检测点的积灰重量数据；

风门，设于除尘管道的各分支管道和主管道，其开度可调节；

计算与控制单元，用于：

接收所述积灰检测装置所检测的积灰重量数据，并计算各检测点的积灰厚度；

根据所述积灰厚度计算出各检测点的管道堵塞度P和积灰速率V，并根据所述积灰速率V计算所有检测点的平均积灰速率V_avg；

当某检测点的管道堵塞度P达到设定值时，通过加大其所在管道的风门开度，以增加通过管道的风量，最终增大对应管道流速，进行清灰；

当平均积灰速率V_avg达到设定值时，通过加大主管道的风门开度，以增加总风量，最终增加整体运行流速，降低粉尘沉积速率。

优选地，所述积灰检测装置包括：

除尘管道，其各检测点底部开设称重检测孔；

称重传感器，设于所述除尘管道外部；

积灰感应件，可上下移动地安装于所述称重检测孔，其上端伸入所述除尘管道内部形成积灰承载面，下端支撑于所述称重传感器，通过称重传感器获取除尘管道中各检测点的积灰重力数据。

优选地，所述积灰感应件通过动密封结构可上下移动地安装于所述称重检测孔。

本发明能够根据管道积灰重量检测结果，计算出管道积灰厚度H、管道堵塞度P、积灰速率V及平均积灰速率V_avg，并通过以上数据主动判断管道内的积灰状况，并在判断除尘管道需要清灰后，通过调节主管道和各分支管道的风门开度，改变除尘管网特性，从而改变风机与管网匹配的运行状态点，最终改变管道的风量和流速，实现常速运行、高速清灰的目的，与现有方案相比，能够现实现除尘管道在最优风速状态下运行，即在最低能耗和最低管道磨损的条件下自动清灰，避免管道堵塞，保证系统正常运行。由于在风机选定的情况下，减小主管风门开度能够降低系统能耗，而管道磨损程度与风速的三次方成正比，故本方案与现有技术相比，更加节能，更能减少管道磨损。

附图说明

图1为本发明所提供除尘管道自动清灰系统中积灰检测装置的结构示意图；

图2为根据积灰重量数据计算各检测点积灰厚度的流程图；

图3为风门、积灰检测装置布置在管网上及其和计算与控制单元相连接的示意图；

图4为管网特性与风机性能匹配关系示意图；

图5为本发明所提供除尘管道自动清灰方法的调节控制流程图。

图中：

1.除尘管道 2.积灰 3.积灰感应盘 4.称重传感器 5.机架6.PLC单元 7.上位机

A.积灰检测装置 B.计算与控制单元 C.支管风门 D.主管风门E.风机 F.管道

具体实施方式

本发明提供了利用除尘管道积灰厚度检测装置、计算与控制单元和可调节开度的风门对除尘管道进行清灰的方法和系统，采用此方法和系统可使得除尘系统在管道不堵塞的前提下，以比按现有技术方案设计的除尘系统更低的流速运行。由于风机选定时，减小主管风门开度，能够降低除尘管道系统能耗，而除尘管道的磨损程度与风速的三次方成正比，故本方案具有很好的节能、防磨特性。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

首先，由于除尘管道中的含尘气流具有污染性、高磨损性的特点，因此对利用各类声、光检测装置在系统运行状态下对管道内积灰情况进行实时检测均难以实现，而本发明的积灰检测装置克服了除尘管道内检测的不利条件，利用称重传感原理，实现了对除尘管道内积灰情况的实时检测。

请参考图1，图1为本发明所提供除尘管道自动清灰系统中积灰检测装置的结构示意图。

如图所示，在一种具体实施方式中，积灰检测装置主要由积灰感应盘3、称重传感器4、机架5等组成，在除尘管道1底部开设称重检测孔并安装积灰感应盘3，称重传感器4安装于积灰感应盘3底部，并由机架5固定于在除尘管道上。由管道积灰2带来的重量变化由称重传感装器4测得，并传输至PLC单元6中，最终将计算得出的积灰厚度值传输至上位机7(即下文中的计算与控制单元)上显示。

本实施方式也可扩展为一个PLC单元和一个上位机对应多个除尘管道积灰实时监测点的形式。

为了防止积灰感应盘3在上下移动过程中出现泄漏现象，可以在积灰感应盘3与除尘管道1之间设置动密封结构。例如，在积灰感应盘3的外部设有防尘套管，防尘套管的管径与称重检测孔大体相当，其上端与除尘管道1在称重检测孔处相连接，并在下端处设有回形密封结构，此回形密封结构具有在纵截面上呈连续“S”形的密封通道，此密封通道的内端与积灰感应盘3和防尘套管的配合间隙相连通，并在密封通道和配合间隙中填满润滑填料。这样，在保证密封的同时，可使积灰感应盘3在上下移动过程中与防尘套管始终处于润滑状态，从而将两者间的摩擦力降低最低程度，避免对称重产生干扰。

除此之外，为了保持积灰感应盘3的垂向自由度，可为其设置纵向限位机构，以避免其在移动过程中出现偏移。

由于称重传感器4不设置在管道内部，而是通过积灰感应件转移到了管道外部，不会与管道内的气流接触，因此避免了被含尘气流污染、磨损的风险，克服了除尘管道内检测的不利条件，可长期、有效、稳定地对管道内的积灰情况进行检测。

请参考图2，图2为根据积灰重量数据计算各检测点积灰厚度的流程图。

如图所示，本发明提供的除尘管道自动清灰方法根据上述积灰检测装置获取的积灰重量数据W计算各检测点的积灰厚度。

首先，建立粉尘特性数据库，数据库中包含积灰密度数据ρ和粉尘性质相关的修正系数k，称重传感器受力面积A由称重传感器特性得出。上述ρ、k、A数据均输入计算单元中，计算单元结合实时重量感应数据W计算出实时积灰厚度数据H。这一数据可在上位机实时显示，并可根据需要设定报警信号。

以下为积灰厚度计算公式及其相关参数的说明。

积灰厚度计算公式：

式中：

H-积灰厚度，单位mm；

W-积灰感应重量，单位N；

A-称重传感器受力面积，单位m²；

ρ-积灰密度，单位kg/m³；

g-重力加速度，为常数9.8，单位m/s²；

k-修正系数，与粉尘性质有关，无量纲数。如图1所示，当粉尘在管道内沉积时，整个积灰体底部只有局部较小面积与称重传感器接触。故利用称重传感器所获得的重量数据计算积灰厚度时，需要考虑积灰之间的相互作用力对重量数据的影响系数k，k的取值与粉尘特性密切相关，可能是大于1的系数，也可能是小于1的系数。具体取值根据不同粉尘的试验结果获得并存储与数据库中(如图2所示)，以备随时调用。若忽略此系数，则其数值可以取1。

请参考图3，图3为风门、积灰检测装置布置在管网上及其和计算与控制单元相连接的示意图。

如图所示，积灰检测装置A可根据设计经验安装于弯管出入口，水平支管三通汇合前段等处，或在已运行系统中发现的积灰较严重处。积灰检测装置将检测到的积灰厚度，以连续信号的方式输出至计算与控制单元B，在计算与控制单元B将积灰厚度数据结合时间、管道直径等变量计算出各测点的管道堵塞度P(见公式2)和积灰速率V(见公式3)。

式中：

P-管道堵塞度，无量纲数，以比百分率表示；

H-积灰厚度，单位mm；

D-风管直径，单位mm。

进一步地，按照下述公式计算各检测点的积灰速率V：

式中：

V-积灰速率，单位s^-1；

Δt-设定的时间间隔，单位s；

H₁-Δt内的初始积灰厚度，单位mm；

H₂-Δt内的最终积灰厚度，单位mm；

D-风管直径，单位mm。

k-综合系数，无量纲数，与风管直径和粉尘性质相关的修正系数。

请参考图4，图4为管网特性与风机性能匹配关系示意图。

根据流体力学原理，通过控制管网支管和主管的风门开度可以改变管网特性，如图4所示，在不改变风机性能的情况下，当管网特性由曲线1变为曲线2时，管网流量由Q₁增加到Q₂。

本方案利用上述原理，通过调节主管和支管风门开度，改变除尘管网特性，从而改变风机与管网匹配的运行状态点，最终改变管道的风量和流速，实现常速运行、高速清灰的目的。清灰模式时风门的控制策略与开度设定值根据不同的系统依据流体力学的计算原理确定。

基本运行速度的设定和清灰模式启动的时机由各测点的管道堵塞度P_n

(公式4)与系统平均积灰速率V_avg(公式5)决定。当某测点的管道堵塞度P_n达到设定高点P_set2时，必须启动清灰模式，以防堵塞；亦即控制各支管和主管风门开度，增大对应管道流速，完成清灰过程。而当平均积灰速率达到设定高点时，逐步加大主管风门开度，适当增加运行流速，降低粉尘沉积速率，保证系统清灰频率在合理水平。

P_n-测点n的管道堵塞度，无量纲；

H_n-测点n的积灰厚度，单位mm，根据计算公式(1)获得的数据；

D_n-测点n的风管直径，单位mm，为常数。

V_i-测点i的积灰速率，单位s^-1，由计算公式(3)计算获得；

V_avg-平均积灰速率，系统所有测点积灰速率的平均值，单位s^-1。

请参考图5，图5为本发明所提供除尘管道自动清灰方法的调节控制流程图

如图所示，具体控制流程如下：

各支管P_n设置控制上限值P_set2和止调下限值P_set1，其中P_set2＞P_set1；同样，V_avg设置控制上限值V_set2和止调下限值V_set1，其中V_set2＞V_set1。

当任意支管P_n≥P_set2，或V_avg≥V_set2时，启动如图5所示的调节控制流程。

调控流程启动后，从P₁开始逐个判断是否P_n≥P_set2，如果为真，启动清灰模式，调节所在支管风门开度C_n＝f_n，在此状态下运行，直至P_n≤P_set1，清灰模式停止，支管阀门调回原设定值，系统进入下一调控阶段；如果逐个判断P_n≥P_set2均为假，进入下一调控阶段。

第二阶段调控，判断是否V_avg≥V_set2，如果为真则主管风门开度增加m％(m为设定值)，直至V_avg≤V_set1，保持风机在稳定后的流速下运行，调节流程结束；如果V_avg≥V_set2为假则调节流程直接结束。

控制流程中所有设定值，均依据运行能耗、管道磨损等参数建立最优化模型求出，不同系统形式采用不同的优化方案。

本发明所述积灰清除方法能够在低能耗的基础上实现除尘系统的清灰过程，避免管道堵塞，保证系统正常运行。与现有技术相比，本方案能够实现除尘管道在最优风速状态下运行。由于系统能耗和磨损程度均与风速的三次方成正比，故本方案与现有技术相比，更节能，更能减少管道磨损。

本发明所提供的积灰清除系统对应于上述积灰清除方法，由于在对积灰清除方法的介绍中已经涉及了积灰清除系统的具体内容，为了节约篇幅，请参考附图及上文，这里就不再重复描述。

以上对本发明所提供的除尘管道自动清灰方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (11)

1.一种除尘管道自动清灰方法，包括：

获取除尘管道中各检测点的积灰重量数据；

根据所述积灰重量数据计算各检测点的积灰厚度；

根据所述积灰厚度计算出各检测点的管道堵塞度P和积灰速率V，并根据所述积灰速率V计算所有检测点的平均积灰速率V_avg；

当某检测点的管道堵塞度P达到设定值时，通过加大其所在管道的风门开度，以增加通过管道的风量，最终增大对应管道流速，进行清灰；

当平均积灰速率V_avg达到设定值时，通过加大主管道的风门开度，以增加总风量，最终增加整体运行流速，降低粉尘沉积速率。

2.根据权利要求1所述的除尘管道自动清灰方法，其特征在于，以下述方式获取所述积灰重量数据：

在除尘管道各检测点底部开设称重检测孔，将积灰感应件可上下移动地安装于称重检测孔，其上端伸入除尘管道内部形成积灰承载面，下端支撑于除尘管道外部的称重传感器，通过称重传感器获取除尘管道中各检测点的积灰重力数据。

3.根据权利要求2所述的除尘管道自动清灰方法，其特征在于，在获取所述积灰重量数据时，将所述积灰感应件通过动密封结构可上下移动地安装于所述称重检测孔。

4.根据权利要求1所述的除尘管道自动清灰方法，其特征在于，按照下述公式计算各检测点的积灰厚度H：

$H=k\frac{1000W}{A\mathrm{\ρ}g}$

式中：

H-积灰厚度，单位mm；

W-积灰感应重量，单位N；

A-称重传感器受力面积，单位m²；

ρ-积灰密度，单位kg/m³；

g-重力加速度，为常数9.8，单位m/s²；

k-修正系数。

5.根据权利要求4所述的除尘管道自动清灰方法，其特征在于，按照下述公式计算各检测点的管道堵塞度P：

$P=\frac{H}{D}\×100\%$

式中：

P-管道堵塞度，无量纲数，以比百分率表示；

H-积灰厚度，单位mm；

D-风管直径，单位mm。

6.根据权利要求5所述的除尘管道自动清灰方法，其特征在于，按照下述公式计算各检测点的积灰速率V：

$V=\frac{H_2-H_1}{D\·\mathrm{\Δ}t}$

式中：

V-积灰速率，单位s^-1；

Δt-设定的时间间隔，单位s；

H₁-Δt内的初始积灰厚度，单位mm；

H₂-Δt内的最终积灰厚度，单位mm；

D-风管直径，单位mm。

7.根据权利要求6所述的除尘管道自动清灰方法，其特征在于，按照下述公式计算平均积灰速率V_avg：

$V_{avg}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{V}_i}{n}$

其中：

V_i-测点i的积灰速率，单位s^-1；

V_avg-平均积灰速率，系统所有测点积灰速率的平均值，单位s^-1。

8.根据权利要求1至7任一项所述的除尘管道自动清灰方法，其特征在于，为各检测点P_n设置控制上限值P_set2和止调下限值P_set1，其中P_set2＞P_set1；同样，为V_avg设置控制上限值V_set2和止调下限值V_set1，其中V_set2＞V_set1；

当任意检测点P_n≥P_set2，或V_avg≥V_set2时，启动调节控制流程：

第一阶段调控，调控流程启动后，从P₁开始逐个判断是否P_n≥P_set2，如果为真，启动清灰模式，调节所在管道风门开度C_n＝f_n，在此状态下运行，直至P_n≤P_set1，清灰模式停止，然后将风门开度调回原设定值，系统进入下一调控阶段；如果逐个判断P_n≥P_set2均为假，进入下一调控阶段；

第二阶段调控，判断是否V_avg≥V_set2，如果为真则主管风门开度增加m％，其中m为设定值，直至V_avg≤V_set1，保持风机在稳定后的流速下运行，调节流程结束；如果V_avg≥V_set2为假则调节流程直接结束。

9.一种除尘管道自动清灰系统，其特征在于，包括：

积灰检测装置，用于获取除尘管道中各检测点的积灰重量数据；

风门，设于除尘管道的各分支管道和主管道，其开度可调节；

计算与控制单元，用于：

接收所述积灰检测装置所检测的积灰重量数据，并计算各检测点的积灰厚度；

根据所述积灰厚度计算出各检测点的管道堵塞度P和积灰速率V，并根据所述积灰速率V计算所有检测点的平均积灰速率V_avg；

当某检测点的管道堵塞度P达到设定值时，通过加大其所在管道的风门开度，以增加通过管道的风量，最终增大对应管道流速，进行清灰；

当平均积灰速率V_avg达到设定值时，通过加大主管道的风门开度，以增加总风量，最终增加整体运行流速，降低粉尘沉积速率。

10.根据权利要求9所述的除尘管道自动清灰系统，其特征在于，所述积灰检测装置包括：

除尘管道，其各检测点底部开设称重检测孔；

称重传感器，设于所述除尘管道外部；

积灰感应件，可上下移动地安装于所述称重检测孔，其上端伸入所述除尘管道内部形成积灰承载面，下端支撑于所述称重传感器，通过称重传感器获取除尘管道中各检测点的积灰重力数据。

11.根据权利要求10所述的除尘管道自动清灰系统，其特征在于，所述积灰感应件通过动密封结构可上下移动地安装于所述称重检测孔。