電解煙氣凈化除塵器的研究

黃學(xué)飛，劉杰，桂艷，鄺衛(wèi)華

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電解煙氣凈化除塵器的研究

黃學(xué)飛，劉杰，桂艷，鄺衛(wèi)華

（廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 廣州 511483）

針對電解煙氣凈化除塵器改善性能和降低成本的需求，提出了電解煙氣凈化除塵器的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，介紹了除塵器花板的設(shè)計(jì)制造中的改進(jìn)方案和除塵器進(jìn)風(fēng)道改進(jìn)措施，并提出了基于ARM技術(shù)的電解煙氣凈化除塵器監(jiān)控系統(tǒng)方案，闡述了除塵器上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和下位機(jī)ARM控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程。并利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行除塵器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和氣固兩相流流場模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，該電解煙氣凈化除塵器系統(tǒng)提高了電解煙氣凈化除塵器的性能，降低了成本，滿足使用要求。

電解煙氣凈化除塵器；ARM；監(jiān)控系統(tǒng)

目前，大多數(shù)除塵器控制采用PLC可編程控制器控制，HMI（Human Machine Interface，人機(jī)界面）上位監(jiān)控實(shí)現(xiàn)對除塵器的控制，具有手動、自動和集中控制功能，例如，黃石理工學(xué)院的裴志鑫提出的基于可編程控制器PLC的袋式除塵器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[1]。

本文對除塵器的結(jié)構(gòu)和控制進(jìn)行一定的研究，以期改善除塵器性能并降低除塵器成本。

1 除塵器結(jié)構(gòu)研究設(shè)計(jì)

1.1 除塵器花板的研究設(shè)計(jì)

除塵器的濾袋、花板孔的密封及噴吹管噴嘴與濾袋的對中性是決定過濾和噴吹效果的關(guān)鍵因素。脈沖噴吹裝置中的花板孔與噴管上噴孔的加工要求很嚴(yán)格，如果誤差大了將直接影響噴吹清灰效果。同時，在制造過程中要解決積累誤差與焊接變形問題，保證噴孔與花板中心二者對齊，其位置偏差要小于1.5 mm?；诖?，在加工過程中采用了新的加工方法。在對花板孔加工時，首先制作了相應(yīng)的工夾模具，然后采用鉆模鉆小孔，再以該鉆孔定位進(jìn)行沖花板孔。該方法提高了孔徑和孔距的尺寸精度，且無毛刺。同時，在濾袋袋口采用彈性漲圈與花板孔配合，使濾袋密封性能好、拆裝方便，保證了噴吹孔所噴出的氣流與濾袋中心基本一致，并保證誤差小于1.5 mm。通過對噴吹管、分氣箱、花板的加工采用同一模具定位后加工，有效保證了清灰效果。在花板下面焊接了加強(qiáng)筋板，增加了花板的厚度，保證花板具有足夠的剛度和平整度。同時，在設(shè)計(jì)過程中可以根據(jù)花板孔的排列，確定各種規(guī)格除塵器的濾袋數(shù)量、濾袋長度和過濾面積等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

1.2 除塵器進(jìn)風(fēng)道的研究設(shè)計(jì)

為了更好地提高除塵效率、保證濾袋的設(shè)計(jì)壽命和減小系統(tǒng)運(yùn)行阻力，應(yīng)該重視袋式除塵器的氣流均勻性，盡量使各單元處理的風(fēng)量分配均勻，保證進(jìn)入袋室的氣流速度均勻。除塵器氣流分布的均勻程度取決于進(jìn)出口方式、氣流分布器形式、布袋的排列組合方式等一系列因素。通過對氣流均勻性相關(guān)因素的研究比較，對原有袋式除塵器結(jié)構(gòu)提出改進(jìn)措施：

（1）在除塵器中設(shè)置幾個獨(dú)立的除塵單元和若干個除塵室，并聯(lián)進(jìn)行，并在每個單元進(jìn)出口設(shè)置切換閥門，實(shí)現(xiàn)部分單元離線檢修；

（2）根據(jù)除塵器的分室數(shù)目來確定氣流分布板的大小與形式，從而讓各室風(fēng)量均勻，具體尺寸通過試驗(yàn)確定；

（3）根據(jù)煙道中煙氣的流速、為防止高溫?zé)煔庵苯記_刷第一排濾袋和引導(dǎo)氣流自上而下或者斜向下進(jìn)入袋室空間，設(shè)計(jì)了分布板和導(dǎo)流板，其具體的尺寸通過試驗(yàn)確定進(jìn)口喇叭口內(nèi)氣流分布板與導(dǎo)流板的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，以及包括其安裝位置開孔大小以及開孔率等等。

通過這些改進(jìn)措施，為除塵器的性能改善提供依據(jù)，并設(shè)計(jì)出氣流均勻分布的除塵器，從而改善了壓力場均勻性和引導(dǎo)含塵氣流的流動，使過濾風(fēng)速和濾袋間隙速度均勻并低于最大限值，保護(hù)濾袋免受沖擊、延長濾袋壽命、提高除塵效率、降低除塵阻力和系統(tǒng)能耗、減少除塵器設(shè)計(jì)的盲目性和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

2 除塵器控制系統(tǒng)的研究

2.1 除塵器控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

除塵器控制系統(tǒng)的功能主要是控制煙氣進(jìn)入除塵器的過濾袋中、控制除塵器濾袋中的氣體和固體分離，并控制分離后的氣體排放到空氣中和固體返回到收集槽中。當(dāng)前大多數(shù)除塵器控制系統(tǒng)都是以PLC為控制核心，以觸摸屏為監(jiān)控器，該系統(tǒng)好處是開發(fā)方便、使用可靠。目前單片機(jī)控制系統(tǒng)也越來越穩(wěn)定，開發(fā)也越來越方便。相比較而言，單片機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)成功后，控制系統(tǒng)的成本會大幅降低?；谝陨系目紤]，本系統(tǒng)采用上下位機(jī)控制模式，其中，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用DELPHI XE10開發(fā)，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理功能；下位機(jī)控制系統(tǒng)采用ARM結(jié)構(gòu)開發(fā)，主要是采集控制系統(tǒng)的信號、控制系統(tǒng)的運(yùn)行。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與下位機(jī)控制系統(tǒng)連接采用RS-485串行總線技術(shù)[2]。

系統(tǒng)工作原理：煙氣通過收集管首先從閥門進(jìn)入到除塵器的袋口，下位機(jī)控制系統(tǒng)將通過溫度傳感器和壓力傳感器檢測煙氣的溫度和壓力，然后控制煙氣進(jìn)入各除塵器的分室，并檢測各室的溫度和壓力，同時通過差壓變送器反饋值來控制是否清灰。當(dāng)壓差值達(dá)到設(shè)定值后，下位機(jī)控制系統(tǒng)將啟動設(shè)備進(jìn)行清灰動作。然后將分離的氣體通過抽風(fēng)機(jī)送到外面，分離的固體則通過輸送帶回到收集槽中。根據(jù)系統(tǒng)的工作原理，下位機(jī)控制系統(tǒng)主要是采集溫度、壓力、差壓值等參數(shù)，同時控制相關(guān)閥門的開啟，從而控制煙氣進(jìn)入或排出除塵器系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 除塵器上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要功能為：實(shí)時顯示除塵器系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、管理整個系統(tǒng)的運(yùn)行和對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。主要模塊包括系統(tǒng)運(yùn)行圖、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)配置、系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)用戶管理等功能模塊。其中，系統(tǒng)運(yùn)行圖主要是通過計(jì)算機(jī)用圖形反映除塵器系統(tǒng)各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)配置主要是設(shè)定運(yùn)行中所需數(shù)據(jù)，比如采集數(shù)據(jù)的時間、差壓設(shè)定值的大小、傳感器報警值大小的設(shè)定，等；系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)管理主要是保存系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)、打印相關(guān)報表，以便對系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行分析；系統(tǒng)用戶管理主要管理操作該系統(tǒng)的用戶，確定可以登錄的人員以及相關(guān)權(quán)限，以便保證系統(tǒng)的安全。

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)選用DELPHI XE10作為編程軟件。DELPHI XE10具有功能強(qiáng)大、簡便易用和代碼執(zhí)行速度快等優(yōu)點(diǎn)。該開發(fā)工具不僅可視化快速，而且具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫支持、與Windows編程緊密結(jié)合、強(qiáng)大而成熟的組件技術(shù)、簡單易學(xué)等特點(diǎn)[3]。數(shù)據(jù)庫采用微軟開發(fā)的SQL。監(jiān)控中心系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)交互采用ODBC技術(shù)。由于上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，采集運(yùn)行數(shù)據(jù)、顯示運(yùn)行狀態(tài)、保存采集數(shù)據(jù)等功能基本上是實(shí)時進(jìn)行，為此，在開發(fā)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)時采用了多線程技術(shù)。根據(jù)運(yùn)行需求，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)需要如下幾個線程：系統(tǒng)主線程、數(shù)據(jù)采集線程、數(shù)據(jù)處理線程等。這些線程保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行和實(shí)時性，提高了系統(tǒng)運(yùn)行可靠性[4]。

2.3 下位機(jī)ARM控制系統(tǒng)

ARM微處理器目前已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的嵌入式微處理器，也是一種先進(jìn)的精簡指令系統(tǒng)微處理器[5]，而且ARM微控制器具有低功耗、高性價比的特點(diǎn)，所以本控制系統(tǒng)采用ARM作為控制核心。同時，通過外圍電路設(shè)計(jì)了模擬的A/D轉(zhuǎn)換電路、開關(guān)量輸入輸出和串口等，其中串口通過跳線選擇RS485方式與上位機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊。

下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)主要可分為主程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊、開關(guān)量輸出控制模塊。限于篇幅只介紹主程序模塊的具體實(shí)現(xiàn)方式。主程序運(yùn)行時，首先對系統(tǒng)進(jìn)行初化，然后啟動數(shù)據(jù)采集模塊，系統(tǒng)開始對模擬量和開關(guān)量進(jìn)行采集。ARM微控制器應(yīng)用輪詢方式對傳感器數(shù)據(jù)采集。采集數(shù)據(jù)完成后，系統(tǒng)會及時處理采集的數(shù)據(jù)：一是將采集的數(shù)據(jù)通過通信模塊上傳到上位機(jī)控制系統(tǒng)；二是系統(tǒng)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并根據(jù)處理結(jié)果及時中斷采集模塊，然后通過開關(guān)量輸出控制模塊控制相應(yīng)的閥門等。同時，系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，如果下位機(jī)主程序接收到來自上位機(jī)系統(tǒng)發(fā)來的控制信號，主程序?qū)⒓皶r中斷采集模塊，并根據(jù)控制信號通過開關(guān)量輸出控制模塊控制相應(yīng)的閥門等。開關(guān)量輸出控制模塊完成相應(yīng)操作后，下位機(jī)軟件又返回到主程序，然后程序進(jìn)入循環(huán)狀態(tài)。流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)主程序流程圖

3 結(jié)論

該系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行除塵器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和氣固兩相流流場模擬實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，提高了除塵器凈化效率，除塵器的控制系統(tǒng)也提高了系統(tǒng)的平穩(wěn)性，并且降低了除塵器的成本。

[1]裴志鑫，王再明. 基于PLC的袋式除塵器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 黃石理工學(xué)院學(xué)報，2010（5）：18-20.

[2]陳生雄，任德均，楊洪坤. 基于ARM的多通道光源控制器設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)械，2016（2）：40-43，80．

[3]明日科技，梁水，李方超. Delphi開發(fā)技術(shù)大全[M]. 北京：人民郵電出版社，2007.

[4]黃學(xué)飛. 基于PLC和PID的人工造浪監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J]. 微型機(jī)與應(yīng)用，2016（3）：72-74．

[5]印黃燕. ARM系列單片機(jī)與PC機(jī)之間的串行通信[J]. 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2008，6（7）：30-32.

Study on the Electrolytic Flue Gas Purification Dust Collector

HUANG Xuefei，LIU Jie，GUI Yan，KUANG Weihua

( College of Mechanical and Electrical Engineering, Guangzhou Panyu Polytechnic, Guangzhou 511483, China )

According to the electrolysis flue gas purification dust remover to improve the performance and reduce the cost，the improved design scheme of electrolysis flue gas purification dust collector is put forward. The improvement plan of design and manufacture of the flower plate and the improvement measures for the air inlet of the dust collector are introduced. And the monitoring and control system for electrolysis flue gas purification and dust remover based on ARM technology is put forward. The realization process of the host computer monitoring system and the ARM control system of the computer is described. The experimental results of the internal structure of the dust collector and the gas solid two phase flow field are simulated by using the computer，it show that the system improves the performance of the deduster, reduces the cost and meets the requirements of the use.

electrolytic flue gas purifying dust collector；ARM；monitoring and control system

TP29

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.12.014

1006－0316 (2018) 12－0049－04

2018－05－10

廣東省科技發(fā)展專項(xiàng)資金項(xiàng)目（2017A070712026）；廣州市高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育項(xiàng)目（201709T03）；廣州市青少年科技教育項(xiàng)目（2018-253）；廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院“十三五”（第二批）科研項(xiàng)目（2018KJ008）；廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院“十三五”（第一批）科研項(xiàng)目（2016KJ009）

黃學(xué)飛（1974－），男，廣東興寧人，碩士，副教授，主要研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化；劉杰（1974－），男，內(nèi)蒙古包頭人，碩士，副教授，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械制造及自動化；桂艷（1982－），女，江西宜黃人，博士，副教授，主要研究方向機(jī)械制造與自動化；鄺衛(wèi)華（1976－），男，湖南郴州人，博士，教授，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械制造與自動化。