基於多場動力行為分析的電除塵器系統模型與控制

《基於多場動力行為分析的電除塵器系統模型與控制》是依託大連理工大學,由李卓函擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於多場動力行為分析的電除塵器系統模型與控制
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李卓函

項目摘要

電除塵器作為治理煙氣污染的主要設備，工作過程中存在電能消耗大的問題，對其進行節能最佳化控制有著重要意義。而建立電除塵器控制系統對象模型是開展節能最佳化控制的基礎，但電除塵器建模目前面臨中間級出口濃度無法測量、複雜物理過程難以描述的困難。為建立電除塵器控制系統對象模型，本項目利用有限體積元方法對電場、流場、擴散場等多個場作用下顆粒的動力行為進行了分析，確定了除塵效率公式中的動力參數，實現了對中間級出口濃度的實時估計，並基於對顆粒動力行為的分析，將中間級出口濃度引入到模型輸入，通過建立多區級聯電除塵器的Takagi-Sugeno模糊模型，作為控制系統對象模型，實現了對複雜除塵過程的數學描述。並以該模型為基礎，通過建立包含煙氣出口濃度偏差和總功率的加權二次型目標函式，開展了電除塵器節能最佳化控制，在滿足煙氣出口濃度限定的條件下實現了電除塵器電能消耗的極小化。

結題摘要

搭建了縮尺板的電除塵器實物模型，並針對不同芒刺電極，測量了不同電壓下其對應的收塵極電流密度分布和伏安特性曲線，計算了芒刺類電極對應的電場強度和空間電荷密度，仿真得到了粉塵顆粒在電除塵器中的運動軌跡，初步掌握了多場作用下粉塵顆粒的動力行為規律，為電除塵器本體放電極選型、收塵極面積設計提供了理論依據；在此基礎上，進一步確定了除塵效率公式中的電場特性參數，使得能夠通過除塵效率對中間級煙氣出口濃度進行估計。研製了大功率電除塵軟穩高壓電源和高精度電暈電流測量裝置，並實際套用到了某鋼廠燒結機機頭除塵器。採用神經網路建立了電除塵器的數學模型，通過分析電除塵器實際運行數據，最終確定了輸入級煙氣入口濃度、輸出級煙氣出口濃度、煙氣流速、四個除塵區二次電壓和二次電流、四個除塵區的平均火花擊穿電壓共14個變數作為模型輸入，而輸出級煙氣出口濃度則作為模型唯一的輸出。利用所建立的電除塵器數學模型，實現了對各級除塵區煙氣出口濃度的估計，且為了驗證所確定的除塵效率公式中電場特性參數的合理性，還將模型計算得到的中間級煙氣出口濃度估計與除塵效率公式計算得到的中間級煙氣出口濃度估計進行了對比，結果表明，除塵效率公式的估計結果在合理範圍之內。基於所建立的電除塵器數學模型，開展了電除塵器的節能最佳化控制，建立了包含煙氣出口濃度偏差與總功率的加權二次型目標函式，並採用遺傳算法，搜尋得到了使目標函式最小的各除塵區二次電壓值，將搜尋得到的各除塵區二次電壓值作為給定，實際設定到了除塵器各高壓電源中，運行結果表明，能夠在滿足煙氣出口濃度限定的條件下有效降低電除塵器的總功率。