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静电除尘器运行故障诊断方法和实时监测技术的研究

王洋  
【摘要】: 静电除尘器(Electrostatic Precipitator,简称ESP)是一种大型的工业除尘设备,因为具有除尘效率高,能耗低,能够处理高温和大烟气量的气体等特点而被广泛地应用在电力行业、水泥行业、钢铁行业,已经成为各行业烟气治理的主要设备。近年来,我国的ESP正面临着新的挑战: 1.我国绝大多数ESP的运行维护还处在人工、半人工的状态,无法真正的满足除尘现场的需要;ESP的自动化和智能化是该行业今后的发展方向。 2.近年来国家对空气中二氧化硫排放量地严格控制,使得含硫量低的高比电阻粉尘成为了ESP的主要处理对象。高比电阻粉尘容易导致ESP反电晕故障,降低ESP的除尘效率,造成ESP非稳态运行。如何有效地诊断反电晕故障,尤其是早期的反电晕故障已经成为了ESP需要迫切解决的问题。 3.ESP系统长期运行在高温、高压下,并且伴有剧烈的机械振动,因此ESP容易发生多种故障,比如机械故障、电气故障等。如何及时有效地诊断ESP故障,保证ESP稳定、高效地运行是当今ESP面临的一个重要问题。 结合上述ESP面临的问题,本文建立了一套ESP实验系统,着重研究了ESP反电晕故障,以及ESP极间距变小故障;分析了ESP实验系统两种故障发生火花放电时的(二次电压和二次电流)瞬态信号,研究诊断两种故障的新方法,以及修正原有的诊断方法;同时,设计了一套基于现场总线能够完成ESP运行状态监测和故障诊断的ESP实时监控系统。本文具体的工作有: 1.通过ESP实验系统模拟了反电晕故障和ESP极间距变小故障,分析两种故障状态下的ESP伏-安特性曲线,以及分别在时域和频域上分析两种故障发生火花放电时的(二次电压和二次电流)瞬态信号,研究瞬态信号应用于ESP故障诊断的可行性; 2.采用PRONY方法分析ESP实验系统反电晕故障和ESP极间距变小故障的(二次电压和二次电流)瞬态信号,结合ESP伏-安特性曲线,利用PRONY方法的分析结果对ESP实验系统的两种模拟故障进行了故障诊断分析; 3.采用CAN总线组建ESP实时监控系统的控制局域网,设计开发CAN总线智能节点、CAN总线网络适配器、现场监控机等系统设备; 4.研究实时任务调度理论,并以此为基础研究CAN总线的实时性,建立一套最小CAN总线实验系统来研究CAN总线的时延,并提出能够提高CAN总线实时性的时钟同步方法; 5.分析ESP除尘现场的多种干扰源,从不同角度设计提高ESP实时监控系统抗干扰性和电磁兼容性能的方法。 经过总结,本文得到了以下的结论: 1.确定了ESP发生火花放电时的(二次电压和二次电流)瞬态信号在时域中的振荡衰减特征能够应用于预诊和诊断ESP反电晕故障; 2.确定了ESP发生火花放电时的(二次电压和二次电流)瞬态信号在时域中的振荡 大连理工大学博士学位论文 衰减特征能够有效地辨识出容易混淆的EsP反电晕故障和ESP极间距变小故障两种故障。 3.采用PRONY方法能够有效地抽取出ESP瞬态信号的阻尼因子,该阻尼因子能够有 效的预诊ESP反电晕故障,弥补了ESP伏一安特性曲线以及人工判断方法的不足; 4.同样,PRONY方法抽取出的ESP瞬态信号的阻尼因子可以有效的区分出两种容易 混淆的ESP故障一ESP反电晕故障和ESP极间距变小故障,弥补了原有的判断ESP极间距 变小故障方法的不足,是诊断ESP极间距变小故障方法的发展; 5.本文设计的基于CAN总线的ESP实时监控系统是一个开放的FCS平台,自行开发 的CAN总线智能节点、CAN总线网络适配器能够融合传统的仪器仪表和现场总线仪表于 一体。ESP实时监控系统具有实时性高、扩展性好、抗干扰能力强、远程数据网络浏览 方便等优点,能够满足ESP除尘现场的需要。 6.采用软同步方法对ESP实时监控系统的时钟同步方法进行改进,有效地解决了系 统时钟的同步问题。 7.采用多种方法对ESP实时监控系统进行抗干扰设计,有效地提高了在强噪声、强 干扰的除尘场合下ESP实时监控系统的稳定性。


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