（环境工程专业论文）电除尘器专家帮助和故障诊断系统的开发研究.pdf

华j 匕电力大学硕士学位论文摘要 摘要 电除尘器是应用得最为广泛的除尘设备之，研究开发一套用于咨询帮助、故 障诊麟的专家系统，对电除尘器的正常运行及维护具有搬大的辅助作用。本文致力 于电除尘器专家帮助和故障诊断系统软件的开发研究，阱电除尘器为研究对象，对 其相关知识进行了归纳、分类，建立系统软l 牛的知识库，并以知识库为基础，对整 个软件进行设计开发。此外，使用a c c 嚣s s 数据痒对新增知识进行管理。 成用v i s l l a lb a s i c 6 o 语言进铃软件的开发，最终编译成可安装的应用软件包，熊 够脱离开发环境在w i n d o w s 系统下独立运行。 关键词：电除垒器，专家，数漳诊断，v i s u 8 至8 a s i e 6 0 a bs t r a c t 嚣l e c l f o s 鑫l i cp 跫c 耋群l 鑫l o rl so 珏eo fl 蠢em o s | w i d e 蹲摊鑫du s 胡d 驻s lp r e c 肇i l a l o f ，s o e x p l o i t a t i o ns o f t w a r et ob eu s e dt oc o n s u i ta b o u th e l p i n ga n dd i a g n o s eam a l f l l n c t i o n ， h a v ev e f yb i ga u x i l i a f ye f | 氏：e l sl ol h ee l e c t r i cp l 专e i p i t a l o f ，誓h el 董耋e s i sl a k e se l e c t r o s | a l i c p r e c i p i t a t o r a s o b j e c t o fs l u d y ，c o n d u c t st h ee l e c t r i c p r e c i p i t a l o re x p e r ls y s t e m 。s d e v e l o p l n e n 重f e s e a f e h ，嚣n ds u 薹硅u p 差董l ek n o w l e d g eo fe l e e r i cp f e c i p i l a 毛b u i l d 量耋l 巷 k n o w l e d g eb a s eo ft h es y s t e ms o f t w a r e ，a n dt h e nt a k et h ek n o w l e d g eb a s ea sb a s i s ，c a r r y o l l l h es o 脚a r ed e s i g n 。b e s i d e s ，h s el 纛ea c c e s sd a l a 务a s el oa 莲d 藏e wk n o w l e d g e 玲 t h es o f t w a r e 堇氇ef e s e a f e h 疆s e dv i s 疆鑫lb a s i c 6 el od e v e l o ps o 蠡w 箍f ea 珏d 巍n a l l yc o 珏l p i l e dl 氧e a p p l i e ds o f t w a 糟w h i c hc a nw o r ko ni t so w nu n d e rt h ew i n d o w sw i t h o u te x p l o i t a t i o n e n v f o n n l e 珏。 l i a n gc h u a n ( e n v i r o n m e n tp r o j e c t ) d i f e c l e db yp f o f 薹uz h ig 娃a n g k 嚣yw o r d s ：e l e c t f i c p r e c i p i t a t o f e x p e r t ，m a l f u n c t i o nd i a g n o s e ，v s n a lb a s i c 6 0 华j 匕电力大学硕士学位论文摘要 摘要 电除尘器是应用得最为广泛的除尘设备之，研究开发一套用于咨询帮助、故 障诊麟的专家系统，对电除尘器的正常运行及维护具有搬大的辅助作用。本文致力 于电除尘器专家帮助和故障诊断系统软件的开发研究，阱电除尘器为研究对象，对 其相关知识进行了归纳、分类，建立系统软l 牛的知识库，并以知识库为基础，对整 个软件进行设计开发。此外，使用a c c 嚣s s 数据痒对新增知识进行管理。 成用v i s l l a lb a s i c 6 o 语言进褥软件的开发，最终编译成可安装的应用软件包，熊 够脱离开发环境在w i n d o w s 系统下独立运行。 关键词：电除垒器，专家，故障诊断，v i s u 8 至8 a s i e 6 0 a bs t r a c t 嚣l e c l f o s 鑫l i cp 跫c 耋群l 鑫l o rl so 珏eo fl 蠢em o s | w i d e 蹲摊鑫du s 胡d 驻s lp r e c 肇i l a l o f ，s o e x p l o i t a t i o ns o f t w a r et ob eu s e dt oc o n s u i ta b o u th e l p i n ga n dd i a g n o s eam a l f l l n c t i o n ， h a v ev e f yb i ga u x i l i a f ye f e e l sl ol h ee l e c t r i cp l 专e i p i t a l o f ，誓h el 董耋e s i sl a k e se l e c t r o s | a l i c p r e c i p i t a t o r a so b j e c to fs l u d y ，c o n d u c t st h ee l e c t r i c p r e c i p i t a l o re x p e r ls y s t e m 。s d e v e l o p l n e n 重f e s e a f e h ，嚣n ds u 薹硅u p 差董l ek n o w l e d g eo fe l e e r i cp f e c i p i l a 毛b u i l d 量耋l 巷 k n o w l e d g e b a s eo ft h es y s t e ms o f t w a r e ，a n dt h e nt a k et h ek n o w l e d g eb a s ea sb a s i s ，c a r r y o l l l h es o 脚a r ed e s i g n 。b e s i d e s ，h s el 纛ea c c e s sd a l a 务a s el oa 莲d 藏e wk n o w l e d g e 玲 t h es o f t w a r e 堇氇ef e s e a f e h 疆s e dv i s 疆鑫lb a s i c 6 el od e v e l o ps o 蠡w 箍f ea 珏d 巍n a l l yc o 珏l p i l e dl 氧e a p p l i e ds o f t w a 糟w h i c hc a nw o r ko ni t so w nu n d e rt h ew i n d o w sw i t h o u te x p l o i t a t i o n e n v f o n f n e 珏。 l i a n gc h u a n ( e n v i r o n m e n tp r o j e c t ) d i f e c l e db yp f o f 薹uz h ig 娃a n g k 嚣yw o r d s ：e l e c t f i cp r e c i p i t a t o f e x p e r t ，m a l f u n c t i o nd i a g n o s e ，v s n a lb a s i c 6 0 声明尸明 本入郑重声明：就处所提交的硕士学位论交电除垒器专家帮助和赦障诊断系 统的开发研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的 研究王终和取褥的研究成果。撂本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外， 论文中不包含其他入已经发表域撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学 或其饱教育机构的学位或证书焉使用过的材料。与我一圊工作的阀志对本研究所傲 的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：融3 。一匿期：鲨聋! ! 蚤1 酗 关于学位论文使用授权的说明 本人完全7 解华= l 艺电力大学有关保留、使耀学位论文的规定，即：学校有救 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件：学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阕；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不嗣 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 作者签名： 日期： 上擎洳稳 导师签名： 华北电力大学硕士学位论文 1 1 选题的背景及意义 第一章引言 我国是以燃煤为主的能源大国，随着科学技术的发展和工业技术水平的提高， 煤炭消耗量逐年递增，与之相对应的则是大气污染( 包括烟尘，酸雾等) 日益严重。 其中，粉尘污染中的颗粒物是影响城市空气质囊的主要污染物之一，严重影响着人 类的健康，成为我国所面临的严重环境问题之一i l l 。因此，减少尘( 烟尘及工业粉尘) 的大气排敖量是我国治理大气污染主要捧放物的一项重簧工终。工鲎气体串的粉垒 和烟尘可以利用电力、空气动力或机械力来清除，如旋风除尘器、湿式洗涤器、袋 式除尘器和静电除尘器等l 翻。其中，电除尘器( 嚣l e 霞f o s l a l i cp r e c i p i t a 幻f ，简称e p ) 是 应用得最为广泛的除尘设备之一，这主要是因为相比于其他除尘器，电除尘器具有 以下优点1 3 j ： 1 ) 处理能力大、收尘效率高、运行稳定。 2 ) 阻力损失小、能处理高温烟气。 翁能捕集腐蚀性很强的物质。 4 ) 能耗低、日常运行维护费用低。 5 对不阋粒径的烟气有分类富集作用。 随着新的排放标准的实施，环境保护要求翻益提高，这使得电除尘器的发展更 为迅速，应用范围也受为广泛，各种先进的技术手段不断她被应用到实际生产中。 然而，在电除尘器的运行过程中，由于设备管理或工作人员的操作不当，电除尘器 存在运行效攀达不到预定设计指标、运行故障率偏高、发生故障后不易查找故障原 嚣、控制功能较弱等较为普遍的现象。两电除尘器作为一种专业的环保设备，要求 的知识内容比较深奥，知识结构比较复杂，涉及到力学、机械、气溶胶技术、电气 工程、土木王程等多门理论，焉且其故障也是五花夕、门，一般王作人员不太可能也 没有必要完全掌握1 4 1 。如果设计一个内容详尽、操作简捷的专家帮助系统，附带予 电除尘器的控制系统中，能及时地进行故障诊断，或者当遇到不常见的闻题时，能 够方便查询，将会给工作人员带来极大的方便，并且，这个专家帮助系统还可作为 工作人员平时学习电除尘器相关知识的教学软件。这样一来，将会很大程度地提高 工作人员的业务素质和操作水平。相应的，电除尘器的运行、维护和管理的质量也 势必会提高。因此，研究开发一套这样的专家系统，将为电除尘器的正常运行及维 护提供很大的帮助，具有非常积极的意义。 专家系统( e x p e r ts y s t e m ) 作为人工智能( t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ) 中的一种， 是种以知识为基础，智能化的计算机软 孛系统l 熨。它将领域专家的知识、经验加 1 华北电力大学硕士学位论文 以总结，形成规则，存入计算机建立知识库，采用合适的控制策略，按输入的原始 数据进行推理、演绎，做出判断和决策，因此，专家系统在一定程度上能起到领域 专家的作用。同人类专家相比，专家系统具有以下特征1 6 】： 1 ) 强适应性：经小幅调整，可在不同的硬件环境下运行。 2 | ) 低成本：相对人类专家提供知识的成本较低。 3 ) 低危险性：可在一些对人类发生危害的环境下工作。 4 ) 复合专家翔识：可以、汇合多个专家的知识共同运作。 5 ) 持久性：一旦系统形成，可以持久使用，不会像人类专家那样退休和死亡。 国解释、说明麓力：可以详缨描述推理的过程。 7 ) 快速响应能力：对数据多、推理复杂的问题解决速度比人类专家迅速。 8 ) 始终稳定、理智和完整的响应：排除了人类专家可能会受到的情绪等方面的 影响。 随着现代先进数控技术的发展和计算机的普及，电除尘器领域也已经广泛应用 了计算机技术i 刀。因此，将电除尘器的相关知识与计算机技术有机地结合起来，研 究出一个以知识咨询、故障诊断为主，以对各参数变化采取监控反馈、根据实际情 况对控制系统进行优纯调整为辅的电除尘器专家帮助和故障诊断系统对电除尘器 的发展有很大的帮助，具有积极的意义。 。2 课题的主要研究内容 本课题以某燃煤电厂6 0 0 m w 机组配套的电除尘器为研究对象，建立电除尘器 专家系统的结构模型和电除尘器专家系统的知识库，并对系统软件进行总体设计 利用计算机语言，开发出电除尘器专家帮助和故障诊断系统软件，软件包含如下基 本内容： 1 、电除尘器专家咨询帮助 电除尘器专家咨询帮助系统由知识库，推理机和人枕界面等组成，该系统依托 电除尘器的上位机，实现以下咨询帮助功能： 薹，电除尘器的寓停操作咨询帮助； 2 ) 电除尘器的运行监视和运行维护咨询帮助； 3 ) 电除尘器的运行控制和控制特性调整咨询帮助； 4 ) 电除尘器的试验方法和检修方法咨询帮助： 5 l 电除尘器的工作原理和常用术语咨询帮助等。 2 、电除尘器专家故障诊断 电除尘器的专家故障诊断系统是e l j 知识库、数据库、推理机和人机界面等组成， 该系统依托电除尘器薛上位枫，实现以下故障诊断功能： 2 华北电力大学硕士学使论文 1 1 电除尘器的离线故障诊断：依据电除尘器的本体、电气、工况等方面的故障 现象，以下拉菜单形式推断出故障产生的可能原因和处理方法； 2 ) 电除尘器在线故障诊断：在线实时检测电除尘器的有关运行参数，按照越限 报警原则，及时做出诊断，并报告故障发生的时间、地点、故障的性质、原因和处 理方法。 在主要应用功能完成的基础上，所开发的电除尘器专家系统软件还应具备界面 友好，操作筒捷，方便知识库的添加、删除、修改、检索、打印和管理等效果，软 件要具有很强的通用性，能脱离开发环境在w i n d o w s 系统下独立运行。 本文先奔绍电除尘器专家帮助和故障诊断系统的研究背景和开发意义，然后分 析阐述专家系统以及电除尘器的国内外研究现状，最后用面向对象的编程语言 v i s 鼙越b a s i 西0 设计实现电除尘器专家帮动和故障诊断系统软件。最终的结果表嚷， 设计完成的系统软件具有透明、灵活的特性，知识库完憨、准确，适于知识的查询 和学习，另外，系统软件的设计是面向对象的，具有很好的扩展性。 3 华北电力大学硕士学位论文 第二章专家系统的国内外研究现状 2 1 专家系统的产生与发展 近三十年来，人工智能( a n i f i c i a li n t e l l i g e n c c ，削) 获得了迅速的发展，在很 多学科领域都获得了广泛应用，并取得了丰硕的成果。作为人工智能的一个重要分 支，专家系统( e x p 矾s y s t 锄) 是人工智能应用研究最活跃和最广泛的领域之一i s 卜l 擘1 自从1 9 6 5 年第一个专家系统d e n d 黜旺在美国斯坦福大学问世以来，经过2 0 多年 的研究开发，到幻世纪8 0 年代中期，各种专家系统已经遍布备个行业领域，取缛 了非常大的成功。近些年来，随着计算机技术的发展和普及，专家系统得到了更为 广泛的应用，并在应用开发孛取德了迸一步的发曩。 专家系统是一种设计用来对人类专家的问题求解能力建模的计算机程序，其内 部含有大量的某个领域专家水平的知识和经验，它应用计算机技术，剩用人类专家 的知识和解决问题的方法来处理解决该领域的闯题i l 们。专家系统有三个特点：启 发性，能运用专家的知识和经验进行推理和判断；透明性，能解决本身的推理过 程，回答用户提出的问题；灵活性，能不断地增长知识，修改原有知识l n l 纵观专家系统的发展，按其发展过程大致可分为三个阶段1 1 2 h 1 3 l ，即初创期 ( 1 9 7 王年前) 、成熟期( 1 9 7 2 一1 9 7 7 年) 和发展期( 1 9 7 8 年至今) 、 2 1 1 初创期 人工智能的早期工作都是学术性的，其程序都是用来开发游戏的尽管这些尝 试产生了诸如国际象棋、跳棋等有趣的游戏1 1 q ，但其真实目的是在计算机编码中加 入人的推理能力，以达到更好的理解。在此阶段，另一个重要领域是计算逻辑，1 9 5 7 年诞生了第一个自动定理证明程序，称为逻辑理论家。2 0 世纪6 0 年代初，人工智 能研究者集中精力开发逶用的方法和技术，通过研究一般的方法来改交知识的表示 和搜索，并且使用它们来建立专用的程序。到了2 0 世纪6 0 年代中期，知识在智能 行为中的地位受到了研究者的重视，这就为数专门知识为核心求解具体润遂的基予 知识的专家系统的产生奠定了基础。 量9 6 5 年在美国嚣家靛空航天局要求下，襄坦福大学成功研制出了努瑟n 黜选系 统i 拶l 。d e n r a l 的初创工作引导人工智能研究者意识到智能行为不仅依赖于推理方 法，更依赖予其推理所用的知识。该系统具有非常丰富的化学知识，可根据质谱数 据帮助化学家推断分子结构，被广泛应用予世界各地的大学及工业界的化学实验 室。这个系统的完成标志着专家系统的诞生。在此之后，麻省理工学院开发研制出 m a c s y m a 系统，卡内基一梅隆大学开发出用于语音识别的专家系统l 重e a r s a ：y ， 4 华北电力大学硕士学位论文 2 0 世纪7 0 年代初，甄兹堡大学的鲍波尔和内科医生合作研制了第一个用于医疗的 内科瘸诊断咨询系统l n t e r n l s t l l 6 h 1 伽。这些系统的研制成功使褥专家系统受到学 术界及工程镶域的广泛关注。 2 。2 成熟期 到2 0 世纪7 0 年代中期，专家系统已逐步成熟起来，其观点逐渐被人们接受， 并先羼出现了一批卓有成效的专家系统。其中，最具代表性的是肖特立夫等人的 m 聪l n 系统l i 羽。该系统用予诊断和治疗血液感染及脑炎感染等病症，可给出处方 建议( 提供抗菌剂治疗建议) ，不但具肖很高的实用性能，而且具有解释功能和知 识获彀功能。瓣c 科系统是专家系统的经典之律，它的知识表示系统焉带有置信 度的职一t h e n 规则来表示，并使用不确定性推理方法进行推理。m y c i n 由l i s p 语富编写，所有煞撬剃都写成璐p 表达式。它是一个西离基标求解静系统，搜矮 反向推理方法，并利用了很多启发式信息。另一个非常成功的专家系统是 p r s p 凹o r 系统f 1 9 l 。它黑手辅助地震学家探测矿藏，是第一个取得骧显经济效益 的专家系统。p r o s p a r o r 的性能据称完全可以与地质学家相比拟。它在知识韵组 织上，运用了规则与语义网相结合的混合表示方式，在数据不确定和不完全的情况 下，推理过程运蕉了一种儆然推理技术。除了这些成功实钢羚，在这一时甥另舞两 个影响较大的专家系统是斯坦福大学研制的a m 系统和p u f f 系统。a m 是一个用 撬器模攘人类归纳推理、抽象概念斡专家系统。两p u f f 是一个臃功能测试专家系 统，经对多个实例进行验证，成功率达9 3 。 诸多专家系统羲成功开发，使专家系统的飘点逐濒被夫 籍接受，标态着专家系 统逐渐走向成熟。 2 。 。3 发展期 2 0 世纪8 0 年代初，医疗专家系统占据了主流，主要原因是它属于诊断类型专 家系统，院较容易开发。到了2 0 世纪8 0 年代中期，专家系统发展在应用上最翳曼 的特点是出现了大量的投入到商业化遴行中的系统，这拨专家系统为各行业产生了 显著静经济效益。其申一个著名於铡子是斑c 公司与书国基一梅隆丈学会作开发辨 x c o n r 1 专家系统1 2 0 l 。这个系统用于辅助数据设备公司( d e c ) 计算机系统的配 置设计，每年荛d e c 公司节省数百万美元。 专家系统的应用网益广泛，处理嗣题的难度和复杂度不断增大，逐渐导致传统 的专家系统无法满足较先复杂的情况，迫切需要新的方法和技术支持。从2 0 世纪 8 0 年代后麓开始，一方面随着面囱对象、模糊技术和神经弱络等新技术弱迅速冁起， 为专家系统注入了薪的活力：另一方面计算机的运用也越来越普及，而且对智能化 华北电力大学硕士学位论文 的要求也越来越高，由于这些技术发展的成熟，并成功运用到专家系统之中，使得 专家系统得到更广泛的运用。在这期间开发的专家系统按其处理闻题的类型可以分 为解释型、预测型、诊断型、设计型、规划型、监视型、调试型、修正型、教学型 和控制型【2 n 。其应用领域也涉及到农业、商业、化学、通信、计算机系统、医学等 多个方面，并已成为人们常用的解决闯题的手段之一。从此，专家系统进入了商品 化时代。 2 1 4 专家系统在国内的发展状况 我国第一个专家系统是1 9 7 7 年由中国科学院自动化研究所涂序彦领导的课题 组研制的，名为拼关幼波肝病诊断与治疗专家系统蚪，也是世界上第一个中医治疗 专家系统【2 2 l 。该中医治疗专家系统用模糊条件语句表达知识，搜集整理中医理论和 关幼波教授病理治疗经验和法燹l j 进行知识形式化、组织和层次的描述。1 9 8 5 年l o 月中科院合肥智能所熊范纶建成“砂姜黑土小麦施肥专家咨询系统 ， 这是我国第 一个农业专家系统。经过2 0 多年努力，一个以农业专家系统茭重要手段的智能化 农业信息技术在我国取得了引人瞩目的成就，许多农业专家系统遍地开花，对我园 农业持续发展发挥着巨大的撵用。中科院计算所史忠檀与东海水产研究所等合作， 研制出了东海渔场预报专家系统。各种领域的专家系统的成功应用表明，我国专家 系统的研究和开发无论是在广度上还是在深度上都有了很大进展。同时，也有了专 家系统的开发工具【2 3 l ，如中科院数学研究所研制了专家系统开发环境“天马，中 科院合肥智能所研制了农业专家系统开发工具“雄风一，中科院计算所研制了面向 对象专家系统开发工具崧。黏s 捧 2 2 专家系统的总体构成 专家系统是基于知识的系统，一般来讲，它由五个基本部分组成1 2 引，在专家系 统中这五个部分彼此分离又相互联系，如图2 。薹所示： 图2 1 专家系统的基本组成部分 6 姨 华北电力大学硕士学位论文 1 ) 知识厍 知识库用于存储某领域专家的专门知识，包括事实、可行操俸与规剐等。知识 韵表示形式可以是多种多样的，包括框架、规则、语义网络等等。知识库中的知识 源于领域专家，是决定专家系统能力的关键，郄知识库中知识的质量和数量决定蓉 专家系统的水平，所戳，知识库是专家系统懿核心组成部分。一般来说，专家系统 中的知识库与专家系统程序是相互独立的，用户可以通过改变、完善知识库中的知 识内容来提高专家系统的性笺。 2 ) 综含数据库 综合数据库又称全禺数据库或总数据痒，它用于存储领域翊题鲔视始数据帮推 理过程中得到的中间数据，即被处理对象的一些当前事寓，包括用户输入的信息、 推理的中闻结果、推理过程的记录等。综合数据库孛由备种事实、命题帮关系组成 的状态，既是推理机选用知识的依据，也是解释机制获褥推理路径的来源。 3 ) 推理机 推理视是实施润题求解的核心执行机构，它实际上怒对知识进行解释的程序， 根据知识的语义，对按一定规则找到的知识进行解释执行，并把结果记录别动态库 魏适岂空蔫孛。它是用于记忆所采爰的规建和控制策路的程序，使整个专家系统黥 够以逻辑方式协调地工作。推理机能够根据知识进行推理和导出结论，而不是简单 地搜索现成的答案。 4 ) 解释器 解释器裁商用户解释专家系统的行炎，包括解释接理结论的正确性以及系统输 出的其他候选解的原因。 5 ) 接口 接口又称乔面，它能够使系统与蠲户进行交流，使用户能够输入必要豹数据、 提出问题和了解推理过程及推理结果等。系统则通过接阴，回答用户提出的问题， 并进行必要豹解释。 电除尘器专家系统基本上也由以上几个模块组成，具有知识库管理、故障判断 帮处理、解释、学习等基本功能。 2 3 专家系统的优点 近2 0 多年来，专家系统获得迅速的发展，应用领域越来越广，解决实际问题 懿能力也越来越大，这是专家系统的优良性能耩决定躲，具体地说，专家系统的优 点包括以下几个方面1 2 5 i ： 羔) 专家系统能够离效率、准确、周到、迅速和不知疲倦地进行工作 7 华北电力大学硕士学位论文 2 ) 专家系统解决实际问题时不受周围环境的影响，也不可能遗漏、忘记。 3 ) 可以使专家的专长不受时间和空间的限制，以便推广珍稀和稀缺的专家知识 与经验。 4 1 专家系统能促进各领域的发展，它使领域专家的专业知识和经验得到总结和 精炼，能够广泛的传播专家的知识、经验和能力。 5 ) 专家系统能够汇集和集成多领域专家的知识和经验以及他们协作解决重大 问题的能力，它拥有更渊博的知识、更丰富的经验和更强薛工作能力。 6 ) 专家系统的研制和应用，具有臣大的经济效益和社会效益 8 华北电力大学硕士学位论文 第三章电除尘技术的发展概况 3 1 电除尘技术的产生和发展 早在公元前6 世纪的时候古希腊哲学家撤勒斯( 髓a l c s ) 就已经发现经过磨擦 的琥珀能吸引微细纤维的现象。第一个演示静电除尘的装置是由德国人霍非尔德 ( m h o h l l d ) 在1 8 2 4 年完成的。缝证明用莱顿瓶的电荷供给一个盛带烟雾的玻璃 瓶，通过放在瓶中的金属线产生放电现象而使烟气被净化。1 8 5 0 年美国人吉塔尔德 ( c 。e g 毽i l 莉) 观察到无声电晕放电也有同样的作用。薹8 鞠年以来，英隧物理学家 洛奇爵士( s i ro l i v e rl o d g c ) 一直致力于将电除尘技术应用于工业烟气净化的试验 研究。1 8 8 5 年洛奇与沃克( a o w a l l 【e f ) 、哈钦斯( w m h l l l c h i 歉g s ) 合作，在北威 尔士炼铅厂建造了第一台电除尘试验装置，但是这套装置的试验未取得成功，其主 要原因有二：一是静电感应起电机产生的高电压运行很不稳定：二是氧化铅烟尘极 细，比电阻又很高，所以非常难捕集。虽然洛奇在王9 0 3 年就获得了静电除尘技术 的专利权，但直到1 9 0 7 年，才由美国加里福尼亚大学教授科特雷尔( f q c o t t e r l ) 将电除尘技术用于捕集硫酸雾首次获德成功。他试验成功的关键在于他的试验装置 是捕集比电阻较低的硫酸雾和采用了新发明的同步机械整流器。从此，电除尘器才 正式成为净化工业气体的除尘设备1 2 引。 随着科学技术的发展和工业水平的提高，从2 0 世纪初叶开始，西欧各发达工 业国家相继开展电除尘技术的研究工作。特别是第二次世界大战以后，一些发达的 资本主义国家，在发展工业的同时，出现了大气污染的环境问题。在这种背景下， 电除尘器以其独特的优越性而兴盛起来。到了2 0 世纪5 0 年代，电除尘器已被冶金 和建材行业广泛采焉，并迅速扩展到电力、纯王、石油等领域。到了6 0 年代，电 除尘器已遍及各个工业部门，并在世界各国得到迅速发展。近年来，随着环境保护 要求的日益提高，电除尘器的发展更加迅速，应用范围也更加广泛。 3 2 电除尘器本体结构的发展概况 随着电除尘器的使用领域不断扩大，电除尘器的结构、性能和控制方式等也日 臻完善。就电极构造丽论，最早采用的是篱形管状收尘极和细圆线电晕极。2 0 世纪 4 0 年代出现了板状收尘极，使电场空闻利用率大为提高。1 9 4 5 年开始采用螺旋形 细圆线代替宜细圆线作电晕极。与直的细圆线相比，螺旋形线降低了起晕电压，这 对捕集某些比电阻较高的粉尘是有利的。其后患现了星形电晕线，使电场电力线分 布更为合理。1 9 6 0 年有人发现芒刺电晕线比螺旋线和星形线的起晕电压更低，更适 合予捕集高毙电阻粉尘和净化高浓度的烟气。从4 0 年代到6 0 年代，为了防止已被 9 华北电力大学硕士学位论文 捕集的粉尘产生二次飞扬，带有各种防风槽的板状收尘极被设计出来，在实际使用 中取得了良好的效果。到了7 0 年代以后，对电除尘器本体结构的研究更加深入， 研制出多种板、线结构，在提高气流晶质、改善清灰效果、防止二次扬尘、优化本 体结构等方面取得了许多成果，进一步促进了电除尘技术的发展1 2 7 j 。 3 3 电除尘器供电控制系统发展概况 电除尘技术的发展还与高压供电及其控制装置酶演变密切相关。电除尘器的高 压电源装置一般有升压、整流和控制兰部分。用变压器升压是迄今仍在使用的经济 而实用的方法，只是隧着绝缘技术韵进步，变压器的性麓更为优越，体极更加缩小。 在整流方面，早期的电除尘器是采用机械同步整流方法，在2 0 世纪5 0 年代以前几 乎这是唯一的方法。5 0 年代以屠，电子元件逐渐成熟，机械整流曾被电子管整流器 所代替，但是电子管整流器在工业上并没有获得大规模应用。对于半导体整流器， 曾经在试验设备上采用过氧化铜整流器，但由予重量大、造价高丽未得到实际使用。 1 9 5 6 年开始试用硒整流器，但体积庞大。在5 0 年代末鞴，硅整流器出现了，很快 就全部取代了硒整流器。在控制方面，随着电除尘技术的发展，控制方法也日新月 异。早囊熬电除尘器是靠入王控制电压和电流，鄄采用冬耦变压器或感应调压器来 调节输入电压的。虽然在2 0 世纪2 0 年代初期就已出现用直流磁场来改变交流线圈 阻抗的理论，但是直刘高导磁率的磁性材料和半导体整流元件大量生产和质量提高 后，饱和电抗器才真正在自动控制方面得到应用。从5 0 年代起，饱和电抗器就开 始代替调压变压器，为电除尘器的自动控制奠定了基础。但采用饱和电抗器控制还 存在缺陷，即响应滞后、易产生电弧放电和除尘效率低因此，自6 0 年代开始广 泛采用晶闸管( 可控硅) 控制。利用品闸管控制电压，使电除尘器的电源获得了新 的控制特性，帮快速降压帮升压。这种特性使电除尘器有可能在电场发生闲络的瞬 间立即降压而不产生弧光放光或击穿，同时又能立即使电压回升，让电场重新正常 工作。这样，电场的工作电压会始终接近于击穿翦的临赛电压，从而能僳证最高的 除尘效率。到了7 0 年代，利用晶体管实现火花自动跟踪控制技术开始被广泛应用。 8 0 年代初期开始利用运算放大器代替晶体管实现多功能控制，使电除尘器叁动控制 水平进一步提高，但模拟控制电路也更趋复杂随着计算机控制技术的发展，到了 8 0 年代中期，兴起了利用微机对电除尘器进行控制的热潮，使电除尘器供电控制技 术又进入了一个新的发展时期。火花强度控制、最佳火花控制、牦界火花控制、浮 动火花控制、间歇供电控制等多种控制方式相继出现，使电除尘器的控制特性、自 动纯程度帮运行的可靠性都得到了进一步提高。进入年代以后，随着计算枫技 术、网络通讯技术、测量控制技术、信号处理技术和人机接口技术的迅猛发展，以 工业控制计算机为主位机，以电除尘器高低压供电控制设备为下位规，以各种检测 1 0 华北电力大学硕士学位论文 设备为耳目的集散型智能控制和管理系统便应运而生了，这标志着电除尘器的供电 控制技术进入了数字他、信息他的时代，它必将对电除尘技术的进一步发展起到巨 大的推动作用1 2 引。 3 4 电除尘技术的理论发展概况 电除尘技术除在本体结构和供电控制方面取得较大发展外，在电除尘理论方面 的研究也取褥了很大进步，为电除尘技术的发展奠定了理论基础。 从1 9 1 1 年起，美国人斯特朗( w w ：s t r o n g ) 开始研究电除尘的理论，他对诸如 尘粒荷电、电场形态、除尘效率等方面的问题傩了大量的分析。在今天看来，他翡 不少分析还是正确的，为电除尘的理论奠下了初步基础。到了1 9 2 2 年，多依奇 ( d e u t c h ) 假设在没有紊流的条件下推导出电除尘效率的理论公式。人们还常把效 率与收尘极板面积和气体流量之间的数学表达式冠以多依奇的姓氏，成为目前电除 尘理论的基础。多依奇公式是在安德森( a 卫d e r s o n ) 关于电除尘指数定律的基础上 导出豹，所以多依奇公式也称为安德森一多依奇公式。1 9 5 0 年怀特( h j w 越l c ) 根 据概率理论，重新导出了多依奇公式。尽管多依奇公式是在理想的条件下导出的， 但是到现在一直是电除尘计算最基本的公式，在历史上和技术上都有重要价值网。 1 9 2 3 年罗曼( r o h m a n ) 确立了电场荷电的原理。1 9 3 2 年，波德尼尔( p a u t h e n i e r ) 和莫罗一特( m o f e 张一h 秘o ) 发表了粒子碰撞荷电和扩数荷电的方程式。到1 9 5 薹 年，怀特导出了更加精确的扩敞荷电方程式。 怀特、波德尼尔分别于1 9 4 8 年和1 1 年报导了捕集离比电阻粉尘对反电晕影 响的研究结果。1 9 1 8 年沃尔柯特( w b l c o t t ) 、1 9 3 4 年弗兰克( f r 柚敢) 、1 9 6 0 年彭 尼( p c 蚰e g ) 和克雷格( c f a i g ) 对火花放电进行了研究。1 9 7 0 年奥格尔斯比( o 酉e s b y ) 和尼科尔斯( n i c h o i s ) 提出了包括影响电除尘器性能的理论和经验在内的数学模型， 1 9 7 5 年克奇( g o o c h ) 等人对这一模型作了改进。从2 0 世纪8 0 年代以后，各科研 机构对电除尘理论的研究扩展到极配形式、供电控制、节能管理、故障诊断、专家 系统等领域。总之，电除尘技术的发展与相关科学技术的发展密不可分，电除尘理 论的发展还存在着滞磊实际应用现象。随着科学技术的进步和对电除尘研究的深 入，电除尘技术必将得到进一步的完善和提高。 3 。| 5 我国电除尘技术的发疑概况 3 5 1 我国电除尘技术的发展 我国从事电除尘技术的研究起步较晚，到了2 0 世纪7 0 年代，电除尘器才在我 国褥到应有的重视和比较广泛缝采用。薹9 毒9 年以前，由于我国王监落后，所以全国 1 l 华北电力大学硕士学位论文 只有沈阳冶炼厂、葫芦岛锌厂和本溪水泥厂等装有屈指可数的几台电除尘器，而且 性能很差，其结构也非常陈1 日。就是在新中国成立屠一个较长的时期内，由于工业 还不发达，而且许多工业还处于恢复阶段，对环境保护的重要性认识不足，所以对 电除尘技术的发展没有引起重视p 。有的企业虽然新增设了电除尘器，其主要目的 也只是为了回收有价值的物质。如1 9 5 4 年我国自行设计制造豹第一台1 2 6 m 2 卧式 四电场电除尘器，就是用于炼锌氧化多膛焙烧炉回收有价值的金属。随着我国经济 建设豹发展，有色金属、水泥、纯工等工业部门相继也采用了一些电除尘器。1 9 6 5 年以前所使用的电除尘器，一部分是从国外引进的，一部分是按引进设备图纸仿造 的。大多数有色冶金、化工企监所采用的是套用前苏联棒帏式电极的电除尘器，黑 色金属高炉采用管式湿式电除尘器。水泥行业大多采用民主德国的立式电除尘器， 少数采用鱼鳞状收尘极的卧式电除尘器。电力系统仅保定热电厂、吉林热电厂分别 从民主德国和前苏联引进了几台电除尘器。新中国成立后，水泥行业第一台自行设 计和制造的6 0 m 2 立式电除尘器用于华新水泥厂回转窑的废气处理。原北京水泥工 业设计院还设计了2 0 6 晚z 立式电除尘器系列，有色金属工业也设计出多种棒帏 式电除尘器，而且技术水平较建国初期有较大提高。但是由于我国建设资金有限， 丽电除尘器的一次投资又较大，所以限制了电除尘器在我藿的快速发展，直到重9 6 0 年，我国各个工业部门装设电除尘器的总台数还不超过6 0 台。 我国有计划、有组织地开展电除尘技术的科研工作是放1 9 酷年开始的。当时 由原冶金部组织武汉冶金安全技术研究所、鞍山矿山设计院、北京有色冶金设计院 等单位，在包头着手进行电除尘的试验研究工作。试验设备是一台o 4 m 2 的小型电 除尘器。通过试验，除掌握冶金生产系统部分粉尘捕集的资料外，同时对电除尘器 的结构形式也进行了对比试验。此后北京有色设计院，原北京水泥设计院等单位， 设计了薪塑结构的卧式电除尘器，代替了原有的棒帏式和立式电除尘器。隽了总结 经验、统一结构、便于制造、降低成本，1 9 7 2 年由原一机部、原冶金部和原建筑材 料王业都共同组成了电除尘器系列化设计小组，在广泛调查的基础上，傲出了麸3 穗z 到6 0 m 2 电除尘器的系列设计，对我国广泛地采用电除尘器起到促进作用。与此同 时，由于我圜电子工业的发展，高压硅堆已经广泛地应焉于工业都门。因瑟硅整流 器逐步取代了过时的机械整流器。生产硅整流器的工厂也增加到十多家1 9 7 4 年由 原一机部和原冶金部在郑州联合召开了硅整流器的鉴定会。不少厂家生产的硅整流 器己达到国家标准所规定的技术指标。在自动控制方面，采用了饱和电抗器和晶闸 管控制两种方式，基本上达到了火花跟踪和自动调压的要求。 到了2 0 世纪7 0 年代中期，我国电除尘器的试验研究工作已向纵深发展，在常 规电除尘器方面，除对极板和板线的形式进行研究外，还对电除尘器的气流分布、 清灰振抒强度、粉尘比电阻的测试方法以及用喷雾增湿方法鼹烟气进行调质等方 1 2 华北电力大学硕士学位论文 面，进行了大量的试验研究，这些试验对保证电除尘器的正常运行和提高电除尘器 的性能都起到积极的作用。有的研究成果已赶上世晃先进水平。有的单位对超高压 横向极板和双区等新型电除尘器也进行了试验，并取得可喜的成果。现在粉尘污染 比较严重的工业部门都有从事本行业电除尘技术研究和设计的专业机构，试验手段 也囡趋齐全和完善。特别是冶金和电力行业，还装备有电除尘的试验台，为电除尘 器的设计和选型提供可靠的数据。 从2 0 世纪8 0 年代开始，隧着我国工鲎生产的飞速发展和对环境保护要求的露 益严格，我国电除尘产业得到了迅猛发展，在我国出现了几十家电除尘器本体和供 电电源专业工厂，一大批专业技术骨干转行从事电除电器的科研、教学、设计、制 造、安装和调试工作，涌现出大量研究成果，使我国的电除尘技术水平得到迅速提 高。据统计，截止到2 0 0 0 年，我国现有电除尘器总通流面积约为3 5 万m z ，处理气 体量达1 7 1 0 9 m 3 殛以上。如图3 1 所示，为我豳电除尘器所处理的烟气壁历年增长 情况。目前我国每年国产电除尘器的能力已达到2 8 万吨左右，年产值达2 0 亿元左 右，除满足豳内大气污染治理的需要外，每年还有超予万美元产值的电除尘设备连 口到2 0 多个国家和地区。如今，电除尘器在我国的环保产业中，已经成为技术力 量较为雄厚、装备水平较高、秀发能力较强的行业之一。国产电除尘器本体和供毫 控制技术已臻世界水平。中国已成为世界上电除尘大国，并正跻身于世界电除尘强 国之林。 圣 急 麓 警 。卜一 一，j 7 美1 l i 1 ，童 一 、i 一3 j l 渤1 9 7 0i 湖1 9 9 0 绷o 图3 1 我国电除尘器处理烟气量的增长曲线 3 。5 2 我国电除尘技术的现状 从理论和技术角度来讲，我国电除尘目前的技术理论水平已基本接近或达到了 国际当代先进求平，有些都分拥有自已的特色和优势，但产品总体水平和国外先进 水平相比还存在一些差距【3 。主要表现在： 薹) 应震领域滏德进一步开拓，如适用于离浓度薹影趣3 ) 、高温p 3 5 0 ) 、离 1 3 舯船瓣柏缈潞船瓣o d l l i l l 华j 艺电力大学硕士学位论文 比电阻p 1 0 1 3 0 c m ) 烟尘和含有腐蚀性气体等场合的电除尘器还不普遍； 2 l 配套盼检测仪器和装备比较落嚣； 3 ) 电除坐器所需的型材不论是规格和品种，还有待改进； 啦近年来本体质量有较大的降低，但比钢耗( k 影m 2 ) 仍普遍高于国外先进水平； 5 1 选型是电除尘应用中鹣一个技术关键，我国豹选型技术还不够成熟。 由于部分煤种燃烧后的烟气中飞坐比电阻比较高，鼠粉尘颗粒比较细，增加了 电除尘器静搪集难度，造成尾气撵效浓度经常发生难戮达标赞情嚣。捧随着薪摊放 标准的实施，电除尘技术遇到了前所束有的挑战，目前，国内的电除尘器的研发热 点主要有； 1 ) 泛比电阻电除尘器技术，泛比电阻电除尘器技术是在常规电除尘器的阴极框 架上添加辅助电极，阳极采用轻型极板，板面警行于气流且在垂直于气流方向上交 错布置。一方面提高正作电压，增强粉尘的荷电效果；另一方面减小收尘辅助极与 阳极的间距，提高平均收尘电场强度。这种结构形式能有效地抑制粉尘的二次飞扬， 提高对低诧毫阻粉尘耩徽缨粉垒翡适应性，满足基益严格静环保要求。 2 ) 移动电极电除尘器技术，移动电极电除坐器技术是采用可移动的收尘极板和 爵旋转麓剽子来搀戒移动毫投电场。粉尘在被收集到收尘极扳上浅未达劐形成及毫 晕的厚度时，就随移动电极一起转移到没有烟气通过的灰斗内，被旋转的刷子彻底 清除，收尘极板仍保持清洁状态。由于涛灰是在无烟气流逶的灰斗杰进行，消除了 因清灰造成的二次飞扬。 。 3 薄膜电除尘器技术，薄膜电除尘器技术是用纤维薄膜来代替金属收尘极，使 湿式电豫尘器在处理离沈电阻徽细粉垒时达到离除尘效率，且鼹决了湿式电除尘器 在潮湿环境中金属极板被腐蚀的难题。纤维薄膜是以玻璃纤维、塑料等抗腐蚀、绝 缘材辩为添翻裁，制成哥导电鹣薄膜收尘极扳。其工作漂理是：在纤维薄膜收尘援 板上喷洒液体，利用薄膜上毛细管的作用原理将收尘极袭面被收集的粉尘不断被冲 洗干净。这种设备不僵制造成本蕞、除尘效率离，嚣且蠡于所需的冲洗水量仅兔采 用金属收尘极板时的1 6 0 ，减少了二次污水，使其运行成本也犬大降低 4 层流电凝聚技术，传统的电除尘理念认势，气体巾粉尘微粒在电场中的驱进 速度越高除尘效率就越高，因而在设计工艺参数时尽可施选取使烟气呈