电除尘器高频电源余热回收系统及方法 |
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| 申请号 | CN202311640651.2 | 申请日 | 2023-11-30 | 公开(公告)号 | CN117831897A | 公开(公告)日 | 2024-04-05 |
| 申请人 | 浙江菲达环保科技股份有限公司; | 发明人 | 钟剑锋; 边鲁强; 楼亦刚; 赵晨; 汤满星; 许江波; 费建森; | ||||
| 摘要 | 本 发明 实施例 提供一种电 除尘器 高频电源余热回收系统及方法，属于电除尘技术领域。所述系统包括：高频电源、多个绝缘子室、高压隔离 开关 闸箱和冷却管道；所述高频电源的 变压器 设置有多个 散热 片， 散热片 安装在所述高压 隔离开关 闸箱内；冷却管道连接所述高压隔离开关闸箱和所述变压器构建了对应的循环管道，用于将变压器内的余热转移到所述多个散热片；所述多个散热片与所述多个绝缘子室沿纵向布置，所述多个散热片设置在所述多个绝缘子室下方； 循环 泵 ，设置在所述冷却管道上，用于调整所述冷却管道内变压器油。本发明方案将高频电源变压器的 工作 温度 回收用于绝缘子室加热，一方面减少了热量损耗，另一方面节省了绝缘子室的加热 能量 损耗。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电除尘器高频电源余热回收系统，其特征在于，所述系统包括： |
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| 说明书全文 | 电除尘器高频电源余热回收系统及方法技术领域背景技术[0002] 近年来，燃煤电厂、炼钢厂、造纸厂、化工厂等工业生产过程中的除尘设备主要还是以静电除尘器为主，静电除尘系统按机械与电控区分，主要可分为高压电源供电区和除尘本体区。高压电源供电区主要采用高频开关电源。该电源为电除尘器提供一个接近于从纯直流方式到脉冲幅度很大的各种电压波形，其横流特性可以迅速地熄灭火花并快速恢复电厂能量，因而可以针对特定的工况提供最合适的电压波形来提高除尘效率。相较可控硅电源，高频开关电源还具有转换效率高(转换率为95％)、输出波纹小、体积小、重量轻等优点，而且更高效、更节能、成本更低。除尘本体区主要有阴极框架、阳极框架及阴阳极振打系统等组成。阴极框架通过除尘器顶部的绝缘子室吊装，由于绝缘子瓷件需要保持在露点温度以上，所以对绝缘子室进行配置电加热等措施，使瓷套、瓷轴表面变得非常干燥，防止爬电，提高和保证整个阴极框架及连接件良好绝缘性能。 [0003] 目前情况下，高频开关电源运行功耗较高，一般每台高频开关电源为150KW左右，以燃煤电厂1000MW机为例，每台炉配置30‑45台套高频电源，其高频变压器发热量较大，通过油冷、风冷、自冷等方式，将热量排到空气之中；绝缘子室由于要进行电加热等措施，其功耗需求也较大，以燃煤电厂1000MW机为例，每台炉约165KW及以上。 [0004] 高频开关电源的高效除尘输出功率，使得该种电源的发热较其他种类电源大很多，主要发热区域是变压器部分。目前市场上有较多品牌的高频开关电源，针对变压器的散热，主流方式有自冷式、风冷式和油冷式三种。这三种散热方式通过各自设计的结构特点都能较好的使变压器的温升降低，设备稳定运行。电源各部件的发热温升都是由直接用电能转化成而来，属于电源的无功功率。截止目前，市场上没有方法针对此高频电源部分温升的无功热量进行回收和利用；同时绝缘子室的电加热器按要求提高温度到85度及以上进行长时间稳定工作，没有较好的方法进行节能省电。针对现有电除尘器高频电源工作温度直接散发到空气中造成的能量损耗问题，需要创造一种电除尘器高频电源余热回收利用方案。 发明内容[0005] 本发明实施方式的目的是提供一种电除尘器高频电源余热回收系统及方法，以至少解决现有电除尘器高频电源工作温度直接散发到空气中造成的能量损耗问题。 [0006] 为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种电除尘器高频电源余热回收系统，所述系统包括：高频电源、多个绝缘子室、高压隔离开关闸箱和冷却管道；所述高频电源的变压器设置有多个散热片，所述散热片安装在所述高压隔离开关闸箱内；所述冷却管道连接所述高压隔离开关闸箱和所述变压器构建了对应的循环管道，用于将所述变压器内的余热转移到所述多个散热片；所述多个散热片与所述多个绝缘子室沿纵向布置，所述多个散热片设置在所述多个绝缘子室下方；循环泵，设置在所述冷却管道上，用于调整所述冷却管道内变压器油。 [0007] 可选的，所述高频电源的变压器的各工作模块，均浸在变压器油内部；各工作模块运行时产生的温度由变压器油转移到所述多个散热片。 [0008] 可选的，所述高压隔离开关闸箱内壁上设置有保温层。 [0009] 可选的，各绝缘子室包括：绝缘子、温度传感器和升温模块；所述温度传感器用于检测对应绝缘子室内的实时温度；所述升温模块在对应绝缘子室内的实时温度低于预设温度时被触发，用于将绝缘子室内的温度升高到预设温度。 [0011] 可选的，所述多个绝缘子室中包括一个主绝缘子室和多个次绝缘子室；所述主绝缘子室的空间大于各次绝缘子室的空间；各次绝缘子室的空间相等；所述主绝缘子室位于所述多个散热片正上方；所述主绝缘子室内还包括：湿度传感器，用于检测所述主绝缘子室内的实时湿度；干燥模块，用于降低所述主绝缘子室内的湿度；当所述主绝缘子室内的实时湿度小于预设湿度信息时，触发所述干燥模块启动，将所述主绝缘子室内的湿度调整到预设湿度信息。 [0012] 本发明第二方面提供一种电除尘器高频电源余热回收方法，所述方法基于上述的电除尘器高频电源余热回收系统实现，所述方法包括：采集高频电源的变压器内的实时温度信息，基于所述变压器内的实时温度信息确定变压器油的目标流量和流速；基于所述变压器油的目标流量和流速，执行循环泵控制；同步执行各绝缘子室温度监测，分别对比各绝缘子室的实时温度信息和预设温度信息；触发实时温度信息小于预设温度信息的绝缘子室的升温模块激活，将对应绝缘子室的温度加热到预设温度。 [0013] 可选的，所述基于所述变压器内的实时温度信息确定变压器油的目标流量和流速，包括：计算所述变压器内的实时温度信息和各工作器件中的额定工作温度最小的工作期间的额定工作温度之间的差值绝对值；基于预设分级库和所述差值绝对值，确定当前变压器内的实时温度信息的偏差等级；基于所述偏差等级选定对应的变压器油流动方案，并基于所述流动方案确定变压器油的目标流量和流速。 [0014] 可选的，各绝缘子室包括一个主绝缘子室和多个次绝缘子室；所述主绝缘子室的空间大于各次绝缘子室的空间；各次绝缘子室的空间相等；所述主绝缘子室位于所述多个散热片正上方；所述主绝缘子室内还包括：湿度传感器，用于检测所述主绝缘子室内的实时湿度；干燥模块，用于降低所述主绝缘子室内的湿度；当所述主绝缘子室内的实时湿度小于预设湿度信息时，触发所述干燥模块启动，将所述主绝缘子室内的湿度调整到预设湿度信息。 [0015] 另一方面，本发明提供一种计算机可读储存介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行上述的电除尘器高频电源余热回收方法。 [0016] 通过上述技术方案，本发明方案通过冷却管道将高频电源变压器的工作温度直接转移到高压隔离开关闸箱内进行集中释放，然后基于纵向布置的散热片和绝缘子室，利用高温上行规则进行绝缘子室直接加热。以用于实现将变压器的工作温度回收进行绝缘子室加热的技术效果，一方面减少了热量直接散发导致的能源浪费的问题，另一方面还可以进一步节约绝缘子室本身的加热损耗，实现整个系统的节能效果。 [0019] 图1是本发明一种实施方式提供的电除尘器高频电源余热回收系统的系统结构图； [0020] 图2是本发明一种实施方式提供的电除尘器高频电源余热回收方法的步骤流程图。 具体实施方式[0021] 以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。 [0022] 近年来，燃煤电厂、炼钢厂、造纸厂、化工厂等工业生产过程中的除尘设备主要还是以静电除尘器为主，静电除尘系统按机械与电控区分，主要可分为高压电源供电区和除尘本体区。高压电源供电区主要采用高频开关电源。该电源为电除尘器提供一个接近于从纯直流方式到脉冲幅度很大的各种电压波形，其横流特性可以迅速地熄灭火花并快速恢复电厂能量，因而可以针对特定的工况提供最合适的电压波形来提高除尘效率。相较可控硅电源，高频开关电源还具有转换效率高(转换率为95％)、输出波纹小、体积小、重量轻等优点，而且更高效、更节能、成本更低。除尘本体区主要有阴极框架、阳极框架及阴阳极振打系统等组成。阴极框架通过除尘器顶部的绝缘子室吊装，由于绝缘子瓷件需要保持在露点温度以上，所以对绝缘子室进行配置电加热等措施，使瓷套、瓷轴表面变得非常干燥，防止爬电，提高和保证整个阴极框架及连接件良好绝缘性能。 [0023] 目前情况下，高频开关电源运行功耗较高，一般每台高频开关电源为150KW左右，以燃煤电厂1000MW机为例，每台炉配置30‑45台套高频电源，其高频变压器发热量较大，通过油冷、风冷、自冷等方式，将热量排到空气之中；绝缘子室由于要进行电加热等措施，其功耗需求也较大，以燃煤电厂1000MW机为例，每台炉约165KW及以上。 [0024] 高频开关电源的高效除尘输出功率，使得该种电源的发热较其他种类电源大很多，主要发热区域是变压器部分。目前市场上有较多品牌的高频开关电源，针对变压器的散热，主流方式有自冷式、风冷式和油冷式三种。这三种散热方式通过各自设计的结构特点都能较好的使变压器的温升降低，设备稳定运行。电源各部件的发热温升都是由直接用电能转化成而来，属于电源的无功功率。截止目前，市场上没有方法针对此高频电源部分温升的无功热量进行回收和利用；同时绝缘子室的电加热器按要求提高温度到85度及以上进行长时间稳定工作，没有较好的方法进行节能省电。 [0025] 针对上述问题，本发明方案提出了一种电除尘器高频电源余热回收系统及方法，本发明方案通过冷却管道将高频电源变压器的工作温度直接转移到高压隔离开关闸箱内进行集中释放，然后基于纵向布置的散热片和绝缘子室，利用高温上行规则进行绝缘子室直接加热。以用于实现将变压器的工作温度回收进行绝缘子室加热的技术效果，一方面减少了热量直接散发导致的能源浪费的问题，另一方面还可以进一步节约绝缘子室本身的加热损耗，实现整个系统的节能效果。 [0026] 图1是本发明一种实施方式提供的电除尘器高频电源余热回收系统的方法流程图。如图1所示，本发明实施方式提供一种电除尘器高频电源余热回收系统，所述系统包括：高频电源、多个绝缘子室、高压隔离开关闸箱和冷却管道；所述高频电源的变压器设置有多个散热片，所述散热片安装在所述高压隔离开关闸箱内；所述冷却管道连接所述高压隔离开关闸箱和所述变压器构建了对应的循环管道，用于将所述变压器内的余热转移到所述多个散热片；所述多个散热片与所述多个绝缘子室沿纵向布置，所述多个散热片设置在所述多个绝缘子室下方；循环泵，设置在所述冷却管道上，用于调整所述冷却管道内变压器油。 [0027] 在本发明实施例中，本发明方案将高频电源中高频变压器油的温升余热回收用于代替或辅助主绝缘子室供热功耗，使得绝缘子室的电加热可以停运或大大降低加热运行的时间，实现省电和节约能耗。 [0028] 进一步的，所述高频电源的变压器的各工作模块，均浸在变压器油内部；各工作模块运行时产生的温度由变压器油转移到所述多个散热片。 [0029] 在本发明实施例中，将高频电源散热片进行重新研发设计并布置于高压隔离开关箱一体，在高压隔离开关箱的下方，即在主绝缘子室内，通过热量扩散及上行原则，使整个绝缘子室空间温度提高、更加干燥，以代替或降低之前配置绝缘子室电加热的电耗，系统组成为：(高频电源)高频电源散热片‑高压隔离开关箱‑主绝缘子室(电加热)。 [0030] 进一步的，所述高压隔离开关闸箱内壁上设置有保温层。 [0031] 在本发明实施例中，因为变压器的温度是封闭在高压隔离开关闸箱内进行释放的，以便于在高压隔离开关闸箱内进行温度释放。为了避免回收的温度在高压隔离开关闸箱与完外界热量交换导致温度损耗，本发明方案在高压隔离开关闸箱内壁上设置对应保温层，以用于将温度锁定在高压隔离开关闸箱内部，避免热量损耗。 [0032] 优选的，各绝缘子室包括：绝缘子、温度传感器和升温模块；所述温度传感器用于检测对应绝缘子室内的实时温度；所述升温模块在对应绝缘子室内的实时温度低于预设温度时被触发，用于将绝缘子室内的温度升高到预设温度。 [0033] 在本发明实施例中，对高压绝缘子的加热及保温控制是保证电场安全供电和延长绝缘子寿命的一项重要措施。在现有方案中，需要单独为绝缘子设置对应的升温模块，以便于进行绝缘子升温。在本发明方案中，绝缘子存在两种加热方式，及变压器余热加热和升温模块直接加热。因为有变压器余热的介入，那么升温模块也就可以降功率运行或直接停止运行，从而实现对升温模块的节能效果。 [0034] 优选的，所述升温模块基于PID算法实现温度控制。 [0035] 在本发明实施例中，在过程控制中，按偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)进行控制的PID控制器(亦称PID调节器)是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象：“一阶滞后+纯滞后”与“二阶滞后+纯滞后”的控制对象，PID控制器是一种最优控制。PID调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活。本发明方案基于PID算法进行升温模式控制，可以保证温度控制过程的稳定实现，避免直接高功率加热导致的能量浪费。 [0036] 优选的，所述多个绝缘子室中包括一个主绝缘子室和多个次绝缘子室；所述主绝缘子室的空间大于各次绝缘子室的空间；各次绝缘子室的空间相等；所述主绝缘子室位于所述多个散热片正上方；所述主绝缘子室内还包括：湿度传感器，用于检测所述主绝缘子室内的实时湿度；干燥模块，用于降低所述主绝缘子室内的湿度；当所述主绝缘子室内的实时湿度小于预设湿度信息时，触发所述干燥模块启动，将所述主绝缘子室内的湿度调整到预设湿度信息。 [0037] 在本发明实施例中，高频电源温升余热的回收，自冷式散热的结构特点是变压器两侧具有较多较大的散热片，通过自然风进行冷却；风冷式和油冷式散热的结构特点是有液体循环回路、散热集成片、大风机组成，通过液体的不间断在变压器和散热集成片之间循环，大风机吹散热集成片，以达到降温的效果。不管何种高频电源，都是利用变压器油的流动性，通过散热片与周围环境进行热交换。设计一种方法，对热量进行回收，而不是散热在周围环境。每个电场由一个电源，四个绝缘子室和一个高压隔离开关闸箱组成，设计一种方法，将电源的变压器散热片安装至高压隔离开关箱内，利用油泵加压，使得电源产生的热量在安全隔离开关箱内进行散热，然后变压器油再回到电源，如此循环。那么变压器的主要散热区就集中在散热片所在的隔离开关箱内，在高压隔离开关箱内进行了电源温升的回收。 [0038] 进一步的，高频电源温升的利用。一般高频电源变压器油温升为40℃，即环境温度加40℃为运行时变压器油温。每个电场配套一个电源，阴极框架由布置于角落的四个绝缘子室内吊环进行固定。四个绝缘子室中有一个绝缘子室空间特别大，由高压线通道筒，高压隔离开关箱，瓷陶瓷轴室构成，是其他绝缘子室3倍的空间，该空间的电加热和其他室一样，仅仅布置于瓷套周围一圈，导致无法使得整个空间内的温度和干燥度达到理想的状态。基于该问题，本发明方案将主绝缘子室直接设置在散热片正上方，以便于啊回收余热能够尽量用于主绝缘子室加热。 [0039] 进一步的，加热器一般能使瓷陶瓷轴温度在85度左右，但该温度到达高压隔离开关箱就会急剧下降，特别是北方环境温度零下几十的情况下，箱内温度也为零下，使得高压隔离开关箱内容易聚集冷凝水，固定刀闸和高压导线的绝缘磁柱因此容易积灰、老化，导致高压爬电，最终使电源出现“电弧”的故障；同时冷凝水使箱体的保护漆破坏而腐蚀严重，影响使用寿命。将电源的散热片安装在隔离开关的下方，通过热量往上行原则，使整个空间温度提高、更加干燥。 [0040] 在本发明实施例中，高频电源正常投运后，高频电源的温升、发热区域主要包括IGBT模块、整流桥和高频变压器，将铝制散热片和变压器都集中于变压器油里，使整个电源的温升集于一体，即变压器油的温升，以方便热量的回收；将散热片布置于在隔离开关的下方，即在主绝缘子室内，通过热量往上行原则，使整个绝缘子室空间温度提高、更加干燥，以代替或降低之前配置绝缘子室电加热的电耗。将变压器油的温升余热回收用于代替或辅助主绝缘子室供热功耗，使得绝缘子室的电加热可以大大降低加热运行的时间，实现省电和节约能耗。综合上述，高频电源的温升余热回收并利用的方法可以实现真真意义上“余热回收”节能环保。 [0041] 图2是本发明一种实施方式提供的电除尘器高频电源余热回收方法的方法流程图。如图2所示，本发明实施方式提供一种电除尘器高频电源余热回收方法，所述方法包括： [0042] 步骤S10：采集高频电源的变压器内的实时温度信息，基于所述变压器内的实时温度信息确定变压器油的目标流量和目标流速。 [0043] 具体的，变压器内的温度越高，对应的需要散热的需求也就越大，本发明方案为了适应于变压器的散热需求，进行变压器油流量和流速控制，从而控制其与散热片之间的热量交换速度，从而保证变压器内的温度能够恒定在一个稳定值上。 [0044] 具体的，计算所述变压器内的实时温度信息和各工作器件中的额定工作温度最小的工作期间的额定工作温度之间的差值绝对值；基于预设分级库和所述差值绝对值，确定当前变压器内的实时温度信息的偏差等级；基于所述偏差等级选定对应的变压器油流动方案，并基于所述流动方案确定变压器油的目标流量和目标流速。 [0045] 步骤S20：基于所述变压器油的目标流量和目标流速，执行循环泵控制。 [0046] 具体的，确定变压器油的目标流量和目标流速后，便可以生成对应的控制指令，并将所述控制指令发送到对应的循环泵位置，以便于所述循环泵进行变压器油流量和流速控制，将变压器油的流量控制到目标流量，将变压器油的流速控制到目标流速。 [0047] 步骤S30：同步执行各绝缘子室温度监测，分别对比各绝缘子室的实时温度信息和预设温度信息。 [0048] 具体的，本发明内容(即实现的技术方案，发明主要描述下产品的结构)[0049] 详细描述各部分之间的连接关系、结构等特点，或者工艺步骤，或者材料组成配方参数。 [0050] 主要发明内容：将上述二者结合起来(高频变压器油的温升余热与绝缘子室电加热)，将高频电源中高频变压器油的温升余热回收用于代替或辅助大绝缘子室供热功耗，使得绝缘子室的电加热可以停运或大大降低加热运行的时间，实现省电和节约能耗。 [0051] 实现余热回收用的结构上：将高频电源散热片进行重新研发设计并布置于高压隔离开关箱一体，在高压隔离开关箱的下方，即在大绝缘子室内，通过热量扩散及上行原则，使整个绝缘子室空间温度提高、更加干燥，以代替或降低之前配置绝缘子室电加热的电耗，系统组成为：(高频电源)高频电源散热片‑高压隔离开关箱‑大绝缘子室(电加热)。 [0052] 高频电源温升余热的回收，自冷式散热的结构特点是变压器两侧具有较多较大的散热片，通过自然风进行冷却；风冷式和油冷式散热的结构特点是有液体循环回路、散热集成片、大风机组成，通过液体的不间断在变压器和散热集成片之间循环，大风机吹散热集成片，以达到降温的效果。不管何种高频电源，都是利用变压器油的流动性，通过散热片与周围环境进行热交换。设计一种方法，对热量进行回收，而不是散热在周围环境。每个电场由一个电源，四个绝缘子室和一个高压隔离开关闸箱组成，设计一种方法，将电源的变压器散热片安装至高压隔离开关箱内，利用油泵加压，使得电源产生的热量在安全隔离开关箱内进行散热，然后变压器油再回到电源，如此循环。那么变压器的主要散热区就集中在散热片所在的隔离开关箱内，在高压隔离开关箱内进行了电源温升的回收。 [0053] 高频电源温升的利用。一般高频电源变压器油温升为40℃，即环境温度加40℃为运行时变压器油温。每个电场配套一个电源，阴极框架由布置于角落的四个绝缘子室内吊环进行固定。四个绝缘子室中有一个绝缘子室空间特别大，由高压线通道筒，高压隔离开关箱，瓷陶瓷轴室构成，是其他绝缘子室3倍的空间，该空间的电加热和其他室一样，仅仅布置于瓷套周围一圈，导致无法使得整个空间内的温度和干燥度达到理想的状态。加热器一般能使瓷陶瓷轴温度在85度左右，但该温度到达高压隔离开关箱就会急剧下降，特别是北方环境温度零下几十的情况下，箱内温度也为零下，使得高压隔离开关箱内容易聚集冷凝水，固定刀闸和高压导线的绝缘磁柱因此容易积灰、老化，导致高压爬电，最终使电源出现“电弧”的故障；同时冷凝水使箱体的保护漆破坏而腐蚀严重，影响使用寿命。将电源的散热片安装在隔离开关的下方，通过热量往上行原则，使整个空间温度提高、更加干燥。 [0054] 步骤S40：触发实时温度信息小于预设温度信息的绝缘子室的升温模块激活，将对应绝缘子室的温度加热到预设温度。 [0055] 本发明实施方式还提供一种计算机可读储存介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行上述的电除尘器高频电源余热回收方法。 [0056] 本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read‑Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。 [0057] 以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。 [0058] 此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。 |
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