專利名稱：用于確定靜電除塵器中的火花的位置的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及用于確定靜電除塵器中的火花的位置的系統(tǒng)和方法。
背景技術：
靜電除塵器(ESP)使用感應靜電電荷的力從流動氣體(諸如空氣)中去除顆粒。ESP充當最低限度地阻止氣體流動并能夠容易地從空氣流中去除諸如灰塵和煙塵之類的微細微粒物質(zhì)的過濾裝置。典型的ESP包括設置在大的扁平金屬收集板之間的一排陰極。陰極和所述板通常被施加幾千伏的高壓。要被清除微細微粒物質(zhì)的氣體在陰極附近流過ESP。所述高壓使陰極周圍的空氣離子化。氣流流過陰極之間的空間且然后灰塵或顆粒(微細微粒)被收集在所述收集板上。 各個ESP內(nèi)的微細微粒收集效率取決于與施加在陰極之間的電壓成比例的場強。因此，為了高效地收集微細微?；蚧覊m，保持所施加的電壓盡可能地高極其重要。然而，該電壓由于隨著電場強度、氣體溫度、濕度或氣體中的微細微粒或灰塵顆粒的數(shù)目的增加而越來越頻繁地發(fā)生的發(fā)火花現(xiàn)象而受到限制。氣體的組成和微細微粒的電阻率也對跳火電壓具有重大影響。每次發(fā)生火花時，ESP兩端的電壓急劇下降并隨后在火花熄滅之后恢復至其原始值。如果施加的電壓增大，則發(fā)火花的速率增大。因此，陰極中的ESP火花導致較低的工作電壓并因此導致降低的性能。因此，不僅檢測ESP中的火花的存在或引發(fā)是有用的，而且確定火花的位置也是有用的。 確定火花位置的傳統(tǒng)的方法包括通過玻璃人工觀察火花，該觀察由于ESP中通常存在的大量灰塵而具有挑戰(zhàn)性。此類處理耗費時間且只能離線執(zhí)行。 因此，需要一種在操作期間檢測ESP內(nèi)的火花并確定其位置以避免過度磨損和破損并改善ESP的總體可操作性的方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
依照本發(fā)明的一個示例性實施例，公開了一種用于確定靜電除塵器中的火花的位
置的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括至少一個電磁傳感器、靜電除塵器和用于使用從所述至少一個電磁
傳感器接收到的數(shù)據(jù)來確定靜電除塵器(ESP)內(nèi)的火花的位置的處理裝置。 依照本發(fā)明的另一示例性實施例，公開了一種用于確定靜電除塵器中的火花的位
置的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括至少一個環(huán)形天線、靜電除塵器和用于使用從所述至少一個
環(huán)形天線接收到的數(shù)據(jù)來確定靜電除塵器(ESP)內(nèi)的火花的位置的處理裝置。 依照本發(fā)明的另一示例性實施例，公開了一種用于確定靜電除塵器中的火花的位
置的方法。該方法包括獲得與ESP相關的電磁場數(shù)據(jù)并使用該電磁場數(shù)據(jù)來確定火花的位置。


在參照附圖來閱讀以下詳細說明時，可以更透徹地理解本發(fā)明的這些以及其它特征、方面和優(yōu)點，在附圖中，相同的標號在整個附圖中表示相同的部分，其中
圖1是靜電除塵器的一個實施例的簡圖。
圖2舉例說明圖1中的電磁傳感器的實施例的前視圖和側(cè)視圖。 圖3舉例說明靜電除塵器的另一視圖以確定靜電除塵器內(nèi)的電磁場損耗。 圖4舉例說明靜電除塵器的另一視圖以舉例說明電磁場剖面(profile)計算。 圖5舉例說明示出映射在靜電除塵器內(nèi)的不同位置上的電磁場剖面的圖表。 圖6舉例說明描繪當ESP中產(chǎn)生火花時由電磁傳感器接收到的信號的處理的處理
流程圖。 圖7用圖形描繪本發(fā)明的一個實施例中的在示波器上接收到的信號。
具體實施例方式
如下面更詳細地討論的，本發(fā)明的實施例通常包括至少一個電磁傳感器、靜電除 塵器和處理器。雖然靜電除塵器的設計根據(jù)其在各種行業(yè)中的應用和操作而改變，但典型 的靜電除塵器由設置在一組收集板之間的一排陰極組成。施加幾千伏的高電壓，該高電壓 使陰極周圍的空氣離子化。要被清除灰塵顆?；蛭⒓毼⒘５目諝饣驓怏w鄰近陰極通入ESP 中?？諝饣驓怏w中的微細微?；蚧覊m顆粒在帶負電的陰極附近通過時變?yōu)閹ж撾姴⒈晃?至帶正電的收集板。因此，灰塵顆粒或微細微粒積累在收集板上并形成一層。收集微細微 粒或灰塵顆粒的處理以期望的速度繼續(xù)，只要保持高電壓且其它因素不影響靜電除塵器即 可。影響靜電除塵器并可能導致火花產(chǎn)生的各種因素包括例如微細微粒的電阻率、場強的 增大或顆粒數(shù)目的增加。 火花引起高電流，因此，根據(jù)安培定律，產(chǎn)生高電磁場。雖然發(fā)射一些與電磁場相 關的電磁波，某些被吸收且某些被存在于靜電除塵器中的材料反射，但是足夠部分的電磁 場到達位于靜電除塵器附近的傳感器。使用例如環(huán)形天線或其它電磁傳感器之類的電磁傳 感器來檢測由于陰極中的火花而在靜電除塵器中形成的電磁場。在本發(fā)明的一個方面，將 一個或多個電磁傳感器從靜電除塵器的一個點移動到另一點以檢測ESP的不同位置處的 電磁場強度。在本發(fā)明的另一方面，在ESP附近安裝多個電磁傳感器以檢測電磁場強度及 火花發(fā)生和位置。電磁傳感器通常最佳地位于靜電除塵器附近以使對電磁場的吸收最大化 并提高火花檢測的效率。 圖1中示出包括靜電除塵器11、電磁傳感器16和處理器17的系統(tǒng)10。在系統(tǒng)10 的所示實施例中，靜電除塵器11包括安裝在電源線13上的陰極14和多個收集板12。當陰 極14中發(fā)生火花15時，電磁傳感器16感測在靜電除塵器11內(nèi)的不同位置處產(chǎn)生的電磁 場并生成表示所感測的電磁場的相應信號。該信號被發(fā)送到處理器17，處理器17被配置為 處理來自靜電除塵器ll的不同位置的信號以產(chǎn)生電磁場剖面(profile)。在一個實施例 中，處理器17將峰值電磁剖面從所生成的電磁場剖面中分離以檢測火花并確定其位置。
在本發(fā)明的一個實施例中，電磁傳感器16被安裝在相應的靜電除塵器11的頂部 或頂壁上。可替換地，如下文更詳細地討論的，電磁傳感器16是手持式便攜傳感器。電磁 傳感器16的數(shù)目和類型取決于相應的靜電除塵器11的類型和尺寸。 在某些實施例中，從傳感器16接收到的電磁場數(shù)據(jù)是未經(jīng)處理的且具有一定的 噪聲級。因此，在將該電磁場數(shù)據(jù)發(fā)送到處理器17之前從該電磁場數(shù)據(jù)中去除噪聲常常是
4有益的?？梢允褂酶鞣N噪聲濾除技術以保證電磁場數(shù)據(jù)的精確處理及火花15和火花位置 的檢測的相應精確度。在一個實施例中，所述噪聲濾除技術或濾波器包括數(shù)據(jù)的解趨勢、數(shù) 據(jù)的譜分析，后面是用于降噪的契比雪夫濾波。在本發(fā)明的另一實施例中，噪聲濾除技術 還可以包括用于包絡分析的希爾伯特變換，后面是用于降噪的契比雪夫濾波或信號功率檢 圖2舉例說明在圖1中使用的電磁傳感器的實施例的前視圖(21)和側(cè)視圖(23)。
在所示的實施例中，電磁傳感器是環(huán)形天線(20)。所述環(huán)形天線通常包括纏繞在實心或空
心鐵芯上的線圈且包括具有空芯的盒形環(huán)。當電磁場與環(huán)形天線相互作用時，產(chǎn)生電磁通
量24，該電磁通量24感生電壓，該電壓繼而可以被轉(zhuǎn)換。如果V表示感生電壓，Ho是在陰
極處產(chǎn)生的電磁場強度，A是電流，N是匝數(shù)，f是電磁場的頻率，則由于電磁通量而在線圈
中引起的電壓是 V = 2 "。應。fcos 9 現(xiàn)在參照圖3，示出了靜電除塵器的另一視圖以舉例說明靜電除塵器中的電磁場 損耗。在所示的實施例中，電磁傳感器30是環(huán)形天線30。環(huán)形天線的示例性實施例在圖2 中描繪。該靜電除塵器包括具有多個陰極34和收集板32的電源線33及電磁傳感器30。 如在圖1中提及的，火花15在陰極34之一處發(fā)生，導致電磁場的產(chǎn)生。電磁場入射在例如 陰極、靜電除塵器材料或收集板等導致電磁場的能量的一部分的反射、透射或吸收的障礙 物上。這導致電磁場強度的降低。另外，諸如但不限于空氣(未示出)的載體介質(zhì)的溫度或 濕度降低電磁場的強度。因此，到達電磁傳感器(一個或多個)30的電磁場的強度比在陰 極34處產(chǎn)生的電磁場的強度低得多。在一個實施例中，電磁傳感器30是低頻傳感器。下 面詳細解釋到達電磁傳感器的電磁場的電磁場強度的降低程度。 如果Ht是到達電磁傳感器的電磁場的強度且H。是陰極處的電磁場的起始強度，則 4可以表示為<formula>formula see original document page 5</formula> 其中Zi和Z2分別是電磁場阻抗和金屬盒阻抗。對于遠電磁場，電磁場阻抗Zi具 有等于約377歐姆的值，而對于近電磁場，Zi由2Jifiid給出，其中cK A/2ji。金屬盒阻 抗^由下式給出<formula>formula see original document page 5</formula> 其中，ii是磁導率且o是所使用的金屬或材料的導電率。電磁場的總損耗H。-H, 是 <formula>formula see original document page 5</formula>
其中i^即為金屬的磁導率且Or是金屬的導電率，其取決于所使用的金屬的類 型。由位于靜電除塵器的不同位置處的電磁傳感器30來轉(zhuǎn)換到達電磁傳感器的電磁場強
度4以生成電磁剖面數(shù)據(jù)。 圖4舉例說明靜電除塵器的另一視圖以舉例說明電磁場剖面計算。該靜電除塵器包括變壓器40和電流入口 42。電流入口 42連接到電源線，該電源線具有由此設置的陰極 46。陰極46被設置在收集板44之間且在陰極46之一中產(chǎn)生火花48。靜電除塵器中的火 花的產(chǎn)生引起電流的流動。因此，根據(jù)安培定律，電流的產(chǎn)生引起電磁場的產(chǎn)生。如所示， 如果L是電流入口與火花之間的距離而d是電源線與傳感器之間的距離，則通過使用安培 定律和畢奧薩伐爾定律，可以如下所示地確定電磁場強度B。 f ^ . ^ = o /安培定律 必 二
fife畢奧-薩伐爾定律
4 ;r a* 將安培定律與畢奧薩伐爾定律組合并將其應用于由于靜電除塵器中的火花而產(chǎn) 生的電磁場，結(jié)果如下 ^ = f
一i, 4丌(z2 + d 2)
3/2 =
乙,
■ +
丄' 圖5描繪了示出映射在靜電除塵器內(nèi)的不同位置處的電磁場剖面的圖表。該圖示 出映射在Y軸上的靜電除塵器的不同位置處的電磁場強度。傳感器與電流入口 42的距離 被映射在X軸上。傳感器與電流入口 42的距離以米為單位示出，且電磁場強度以安培每米 為單位示出。該圖表說明在電流入口與火花之間的距離的一半處電磁場強度最大。而且， 在火花位置處和電流入口位置處電磁場強度類似。例如，如圖表所示，當在距電流入口 2米 遠處產(chǎn)生火花時，最高電磁場強度Bm在距電流入口 l米遠處，而在電流入口 42和火花位置 處電磁場Bs類似。峰值電磁場Bm與在火花位置處產(chǎn)生的電磁場的比是 4
1- 其中，L是電流入口與火花之間的距離而d是電源線與傳感器之間的距離。
圖6舉例說明了描繪由處理器17從相應的電磁傳感器接收到的信號的處理的處 理流程圖。在步驟60中，處理器17從電磁傳感器16接收電磁場剖面信號。在步驟62中， 處理器17處理從電磁傳感器接收到的信號以使用一種或多種算法去除噪聲。經(jīng)處理的電 磁場數(shù)據(jù)隨后在步驟64中被處理器進一步處理以確定電磁場剖面。電磁場剖面包括信息 的映射，所述信息包括針對在傳感器(一個或多個)30與電流入口 42的距離處轉(zhuǎn)換的電磁 場強度而被映射的該傳感器(一個或多個)30與電流入口 42的距離。電磁場剖面隨后在 步驟66中被用來確定峰值電磁場剖面。峰值電磁場剖面是傳感器(一個或多個)30與電 流入口 42的距離針對峰值電磁場的映射。峰值電磁場剖面隨后在步驟68中被處理器17 進一步處理以確定靜電除塵器11中的火花15的位置。 這里應注意的是圖中所示的靜電除塵器是作為典型靜電除塵器的示例，且其結(jié)構(gòu) 或類型不應局限于所示的示例。 圖7描繪了在代表性ESP和環(huán)形天線(如上文參照圖2所討論的)的實驗裝置中
6在示波器上接收到的信號(表示電磁場強度)。在此實驗裝置中，環(huán)形天線被放置在相對于 ESP的位置上。圖7中所描繪的信號通過尖峰70來指示火花，尖峰70延伸到預定義區(qū)域之 外。通過在ESP中沒有火花的基線條件下測量并分析來自ESP的信號來確定所述預定義區(qū) 域。對于不同的ESP，該預定義區(qū)域可能改變且取決于ESP的類型、尺寸或其它特征。該信 號隨后被發(fā)送到處理器17以確定ESP中的火花的位置。 雖然本文只舉例說明并描述了本發(fā)明的某些特征，但本領域的技術人員將想到許 多修改和變更。因此，應理解的是隨附權利要求意圖涵蓋所有此類修改和變更，如同其屬于 本發(fā)明的實質(zhì)范圍一樣。元件列表
10系統(tǒng)11靜電除塵器12多個收集板13電源線14陰極15火花16電磁傳感器17處理器20環(huán)形天線21前視圖23側(cè)視圖24電磁通量30電磁傳感器32收集板33電源線34陰極40變壓器42電流入口44收集板46陰極48火花
權利要求
一種系統(tǒng)，包括至少一個電磁傳感器(16)；處理裝置(17)，其用于使用從所述至少一個電磁傳感器接收到的數(shù)據(jù)來確定靜電除塵器(ESP)(11)內(nèi)的火花(15)的位置。
2. 根據(jù)權利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個電磁傳感器(16)包括便攜式傳感器。
3. 根據(jù)權利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個電磁傳感器(16)包括安裝在 ESP(ll)上的多個電磁傳感器。
4. 根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述電磁傳感器被安裝在容納ESP(11)的建筑物 的屋頂上。
5. 根據(jù)權利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述電磁傳感器被鄰近于ESP(ll)安裝。
6. 根據(jù)權利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個電磁傳感器(16)包括環(huán)形天線 (20)。
7. 根據(jù)權利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述處理裝置(17)處理從所述至少一個電磁傳 感器(16)接收到的信號，得到經(jīng)處理的信號。
8. 根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述處理裝置(17)根據(jù)所述經(jīng)處理的信號來估 計磁場剖面。
9. 根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述處理裝置(17)使用所述磁場剖面來估計峰 值磁場剖面。
10. —種方法，包括從ESP(ll)上獲得電磁場數(shù)據(jù)；以及 使用所述電磁場數(shù)據(jù)來確定火花(15)的位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于確定靜電除塵器中的火花的位置的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括靜電除塵器(11)、電磁傳感器(16)和處理裝置(17)以確定火花位置。在靜電除塵器(11)的不同位置處使用電磁傳感器(16)以獲得數(shù)據(jù)并處理該數(shù)據(jù)以便確定靜電除塵器中的火花的位置。
文檔編號B03C11/00GK101733196SQ20091020641
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月12日 優(yōu)先權日2008年11月12日
發(fā)明者R·S·普拉布, S·賴, V·B·賈穆 申請人:通用電氣公司