陶瓷膜除塵器控制系統(tǒng)的選擇及應(yīng)用

張 振，李 亮，李培顯，徐傳偉，張久美

（山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計院有限公司，山東淄博 255200）

1 陶瓷膜除塵器控制系統(tǒng)概述

陶瓷膜除塵器控制系統(tǒng)延續(xù)了袋式除塵器的控制方式，并具有陶瓷膜除塵器本身特點，更傾向于高溫高壓的現(xiàn)場環(huán)境。與袋式除塵器控制相比，陶瓷膜除塵器控制系統(tǒng)更注重控制系統(tǒng)的噴吹能力、各項參數(shù)檢測與報警，減少濾芯損害，增加濾芯壽命。

陶瓷膜除塵器控制系統(tǒng)由控制裝置和被控對象兩大部分組成。其中控制裝置包括PLC、脈沖控制儀、上位機等，被控對象則主要為脈沖閥、風(fēng)機、測量儀表、噴吹氣體加熱裝置、灰倉卸料裝置等。

控制過程中，控制裝置依靠測量儀表數(shù)據(jù)反饋，控制脈沖閥開閉、風(fēng)機轉(zhuǎn)速以及加熱裝置的溫度等。

2 陶瓷膜除塵器控制系統(tǒng)及控制裝置的選擇

2.1 陶瓷膜除塵器控制系統(tǒng)

陶瓷膜除塵器控制系統(tǒng)主要用于清除附著在濾芯表面的固體顆粒?？刂葡到y(tǒng)通過控制反吹脈沖系統(tǒng)，使得反向噴氣在預(yù)先設(shè)定的壓降或時間內(nèi)，將濾芯表面灰層清除。電氣控制的選擇不僅取決于高截留效率，還取決于除塵器長期壓降的穩(wěn)定。

反吹過程需預(yù)設(shè)定反吹參數(shù)?？刂葡到y(tǒng)分為時間型、壓降型和時間與壓降配合型3種控制系統(tǒng)。時間型是根據(jù)時間控制閥門動作，壓降型則根據(jù)差壓變送反饋控制電磁閥動作，而時間與壓降配合型主要由差壓變送定值分階段控制閥門動作。

2.2 除塵器控制裝置

除塵器控制裝置分為如下幾種：時間繼電器控制儀，主要由時間繼電器和中間繼電器構(gòu)成，接線較為繁瑣、控制方式單一、抗干擾能力差，已逐漸被淘汰。脈沖控制儀，主要由脈沖控制儀和壓差控制儀構(gòu)成，接線較為簡單、抗干擾能力較強、根據(jù)壓差大小激活脈沖動作。PLC 人機界面（觸摸屏）主要由人機界面和PLC 可編程控制器組成，通用性好、功能強大、操作方便、可實時監(jiān)控數(shù)據(jù)、可實現(xiàn)分階段控制噴吹。上位機控制主要由工控機控制PLC可編程控制器，腳本編寫容易、方便執(zhí)行多個設(shè)備控制動作、數(shù)據(jù)采集方便、可集中管理。

2.2.1 脈沖控制儀

依靠脈沖控制儀控制閥門動作，可以根據(jù)要求增添壓差控制。時間控制根據(jù)工藝設(shè)定時間參數(shù)完成控制，壓差控制根據(jù)壓差增減激活脈沖控制儀，脈沖控制儀控制各閥門動作。

當(dāng)壓差控制儀測定壓差變送達到設(shè)定值時，壓差控制儀觸發(fā)脈沖控制儀控制電磁閥開閉，從而實現(xiàn)控制。

例如：東岳高分子除塵項目中的應(yīng)用。

主要監(jiān)控設(shè)備：脈沖閥8 個、壓力變送器1 臺、料位開關(guān)2個、卸料裝置1套。

控制方式：控制柜設(shè)有手動、自動兩種控制方式，依靠脈沖控制儀和壓差控制儀配合工作。

手動控制：將面板上“手動/自動”轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到手動位置，分別旋轉(zhuǎn)手動旋鈕進行手動操作。

自動控制：將面板上“手動/自動”轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到自動位置，按設(shè)定的壓差值自動工作。當(dāng)實際壓差值達到設(shè)定值，脈沖控制儀動作，8個脈沖閥循環(huán)反吹，具體脈沖寬度和脈沖間隔可以根據(jù)實際情況修改。

2.2.2 壓差控制儀

壓差控制器與脈沖控制器相互耦合。壓差控制器主機采用ATMEL 單片機，可減少外圍元器件，提高系統(tǒng)可靠性。

2.2.3 PLC人機界面控制（觸摸屏）

PLC 控制較為簡單，適用于不需要經(jīng)常修改的參數(shù)。需要經(jīng)常修改相關(guān)參數(shù)可選用PLC人機界面控制。上位機控制系統(tǒng)應(yīng)用于較為復(fù)雜的控制當(dāng)中。

PLC 人機界面控制可實現(xiàn)操作人員與PLC 之間對話。人機界面采用西門子的smart7，WinCC flexible 組態(tài)。各項參數(shù)可在觸摸屏上進行修改、監(jiān)控。此控制比較人性化，方便對閥門動作時間、間隔壓力壓差進行監(jiān)控及修改。人機界面是操作人員與PLC的雙向溝通橋梁，其可靠性與PLC 的可靠性相同。

例如：金陵化工有機硅除塵項目中的應(yīng)用。

主要監(jiān)控設(shè)備：角座閥4個、氣動球閥4個、壓力變送器1臺。

控制流程：各閥門初始狀態(tài)進出口、反吹口1～4為常開，其余各閥為常閉。過濾過程，初始狀態(tài)為過濾過程，過濾一定時間后進入噴吹階段。噴吹過程，進口、出口氣動閥關(guān)閉，反吹口1～4閥、沖壓氮氣口氣動閥打開，沖壓至設(shè)定值反吹1～4 閥、沖壓氮氣口關(guān)閉，排灰口打開2min（排灰時間可調(diào)），沖壓氮氣口打開、反吹口角座閥快速打開/關(guān)閉（噴吹時間3s，間隔10s，可調(diào)），噴吹完畢關(guān)閉排灰口，回復(fù)初始狀態(tài)。如圖1所示。

圖1 WinCC觸摸屏畫面

控制方式分為手動模式和自動模式。

手動模式：按下手自動切換按鈕，運行狀態(tài)顯示為手動時，可進行手動的單獨控制，分別按下各個閥的開閥、關(guān)閥按鈕，可以對各個閥進行單獨的開關(guān)控制。當(dāng)閥門顏色變?yōu)榫G色代表已經(jīng)打開，閥門顏色為紅色代表為關(guān)閉狀態(tài)。

自動模式：按下手自動切換按鈕，運行狀態(tài)顯示為自動時，系統(tǒng)進入自動運行狀態(tài)。根據(jù)工藝要求分別設(shè)定噴吹角座閥1動作時間，角座閥1、2動作間隔時間，角座閥2動作時間，角座閥2、3動作間隔時間，角座閥3動作時間，角座閥3、4動作間隔時間，角座閥4動作時間。當(dāng)系統(tǒng)收到啟動（運行）控制信號時，出口氣動閥和進口氮氣氣動閥得電關(guān)閉，噴吹氮氣閥打開，當(dāng)壓力達到設(shè)定值時排灰閥打開，同時角座閥1、2、3、4關(guān)閉，卸料完成后，角座閥1、2、3、4按照設(shè)定的時間逐一打開后關(guān)閉，進行噴吹，噴吹完成后各個氣動閥回復(fù)初始運行狀態(tài)，整個動作完成。

在自動狀態(tài)下，手動控制不起作用；在手動狀態(tài)下，即便上位下發(fā)自動運行信號，系統(tǒng)也不會執(zhí)行自動運行。

2.2.4 上位機控制

上位機控制是通過現(xiàn)場總線與PLC 聯(lián)網(wǎng)，工控機把現(xiàn)場PLC 采集的實時工況、過程變量、工藝指標(biāo)、工藝參數(shù)等數(shù)據(jù)以圖形、報表、曲線等形式展現(xiàn)至人機界面，并通過鼠標(biāo)或鍵盤下達各種調(diào)度指令，進行工藝參數(shù)設(shè)定。該類控制系統(tǒng)的突出特點是通訊能力強大，工業(yè)組態(tài)軟件涵蓋了所有的通訊模式。此外，逼真的仿真能力也是工業(yè)組態(tài)軟件的特色，用戶只需要在中控室，就能觀察到現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)，并可實現(xiàn)遠程手自動操作。

上位機控制在陶瓷除塵器控制系統(tǒng)的應(yīng)用中也比較廣泛，最大特點在于功能強大，多用于工廠現(xiàn)場設(shè)備集中管理控制。

例如：電磁噴干塔，潔凈煤控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

系統(tǒng)主要由高效磨煤設(shè)備、燃燒爐、高溫陶瓷膜氣體過濾系統(tǒng)組成。煤炭磨細后，以噴霧方式在燃燒爐中燃燒，利用旋風(fēng)除塵、陶瓷除塵器二級除塵，從而得到高熱量的潔凈熱空氣，為噴干塔提供熱能。

系統(tǒng)采用上位機控制系統(tǒng)，PLC 系列產(chǎn)品選用OMRON，工控機選用臺灣研華系列工業(yè)控制計算機，變頻器選用富士或臺達品牌，其它低壓電氣元件選用SIEMENS 系列。組態(tài)軟件采用組態(tài)王v6.53。

按工程中工藝要求編制相應(yīng)的控制軟件，主要實現(xiàn)以下功能：設(shè)備連鎖控制、工藝參數(shù)測量監(jiān)視、操作數(shù)據(jù)設(shè)定、數(shù)據(jù)整理及傳送、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視。

主要監(jiān)控設(shè)備：料倉、磨煤機、燃燒爐、旋風(fēng)除塵、陶瓷除塵器、高溫風(fēng)機、各閥門及儀表。

系統(tǒng)控制框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)控制框圖

控制流程：原煤經(jīng)料倉至螺旋輸送機，螺旋輸送機進行變頻控制將煤定量送入粉煤機磨腔內(nèi)，磨腔內(nèi)特殊結(jié)構(gòu)的風(fēng)扇式粉碎盤將煤粉碎到一定細度，與配風(fēng)機配合將磨腔內(nèi)達到細度要求的煤粉送到熱風(fēng)爐的燒嘴，特殊結(jié)構(gòu)的燒嘴將煤粉與來自配風(fēng)機的助燃風(fēng)混合，噴射進熱風(fēng)爐內(nèi)燃燒，燃燒后的灰粉自動下沉到排渣口，以減少對粉料的污染。料倉設(shè)有上下料位開關(guān)，料倉無料時自動加料，料滿，系統(tǒng)報警并停止加料。熱風(fēng)爐鼓風(fēng)機起到調(diào)節(jié)溫度和爐內(nèi)氣流方向調(diào)整的作用，在設(shè)備運行過程中需根據(jù)進煤量的大小，通過PLC 系統(tǒng)進行PID 模糊控制，自動調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機風(fēng)量，保證煤粉在熱風(fēng)爐內(nèi)完全燃燒；爐體設(shè)置有自動配風(fēng)門，以保證進入干燥塔的熱量達到預(yù)定溫度，供干燥用。

3 陶瓷膜除塵器控制系統(tǒng)的被控對象及控制流程

3.1 被控對象

被控對象主要由反吹閥門、料位計、倉壁振動裝置、灰倉清灰裝置和噴吹氣體加熱裝置等構(gòu)成。

3.1.1 反吹閥門

反吹閥門的選擇包括淹沒式脈沖閥、直角脈沖閥、噴射脈沖清潔閥、氣動角座閥等。

（1）淹沒式脈沖閥和直角脈沖閥多用于陶瓷膜除塵器在線噴吹，根據(jù)陶瓷膜除塵器氣包安裝工藝、噴吹氣量大小選擇使用不同口徑的淹沒式脈沖閥或是直角脈沖閥。淹沒式脈沖閥的噴氣量略大于直角式脈沖閥，如氣包安裝空間有限，直角脈沖閥可達到相應(yīng)的噴氣量使用直角式脈沖來降低控件要求。

（2）噴射脈沖清潔閥主要由氣動執(zhí)行機構(gòu)、控制電磁閥、極限限位開關(guān)、波紋管組件、閥座組件、導(dǎo)向套和閥體等組成，采用角式端法蘭連接結(jié)構(gòu)，該閥與其他角式脈沖閥相比，更具耐高溫高壓的特點。

（3）氣動角座閥。根據(jù)氣動角座閥的結(jié)構(gòu)特點氣動角座閥的脈沖噴氣速度低于脈沖閥，多用于不需要在噴吹工藝中，液體陶瓷膜除塵器中也得到了廣泛的使用。

3.1.2 料位計

根據(jù)過濾介質(zhì)的不同選用不同的料位計，在陶瓷膜除塵器料倉過濾測定介質(zhì)的堆積量控制卸料。可對灰倉內(nèi)的粉狀及顆粒狀物料進行料位上、下限監(jiān)測和控制，配合陶瓷膜除塵器工作。機械阻旋式、射頻導(dǎo)納、電容等是常見的料位計。

3.1.3 倉壁振動裝置

依靠倉壁的振動將灰倉內(nèi)壁表面過濾介質(zhì)振下。多用于有較大附著性的過濾介質(zhì)。氣動空氣錘、振動電機是常用振動方式?？汕謇韮?nèi)壁，物料得到振動可快速流動；沖擊力及其間隔可根據(jù)實際需要進行生產(chǎn)調(diào)整，防爆場所亦可使用體積小，安裝容易的倉壁振動裝置。

（1）空氣錘。錘頭內(nèi)有強磁性磁鐵，錘頭在移動前附著在磁底板上。當(dāng)三向電磁閥通電且進氣壓力大于聯(lián)動磁力時，磁錘頭部高速脫離基材，撞擊底部。撞擊后，三向電磁閥關(guān)閉，其中的氣體耗盡，錘頭在彈簧的幫助下返回初始位置。氣動錘的沖擊傳遞到灰倉壁，使材料能夠順利落下。

（2）振動電機。運行時，振動電機的高速旋轉(zhuǎn)在筒倉壁上產(chǎn)生周期性高頻振動。

3.1.4 灰倉清灰裝置

以星型卸灰閥為例，在不需清灰時起到灰倉下部密封作用，在清灰時依靠星型卸灰閥的星型葉輪旋轉(zhuǎn)將灰倉內(nèi)過濾介質(zhì)旋轉(zhuǎn)送出。

3.1.5 噴吹氣體加熱裝置

針對常溫噴吹介質(zhì)對高溫除塵器陶瓷濾芯的影響，將噴吹介質(zhì)進行加熱后噴吹。

3.2 控制流程

陶瓷膜除塵器運行單位時間后，控制系統(tǒng)啟動，以清除剛附著的固體顆粒。反吹脈沖系統(tǒng)運行流程為，反吹閥門開啟后，在預(yù)先設(shè)定的單位壓降或時間內(nèi)反向噴氣，將濾芯表面灰層清除，陶瓷膜除塵系統(tǒng)可繼續(xù)工作；若運行系統(tǒng)所得到的壓差反饋值未達到設(shè)定閾值，則反吹脈沖系統(tǒng)會再次開啟，并加大反吹流量，并進行再次檢測反饋。吹落的固體顆粒會由倉璧振動裝置以及清灰裝置，進行清理收集，以避免灰塵飛濺，導(dǎo)致環(huán)境污染。

4 結(jié)束語

陶瓷膜除塵器控制系統(tǒng)是陶瓷膜除塵器的心臟，控制著整套系統(tǒng)的循環(huán)、動作。選擇一種適合控制方式可以穩(wěn)定、快捷、簡單的運行、監(jiān)控陶瓷膜過濾設(shè)備。文章論述陶瓷膜除塵器控制系統(tǒng)在應(yīng)用當(dāng)中如何選擇適合的控制方式，以降低濾芯受損率，降低壓縮空氣消耗量，降低陶瓷膜除塵器控制系統(tǒng)成本。日常生產(chǎn)過程中，煙氣流量的不穩(wěn)定，使得單位時間內(nèi)顆粒物含量亦不穩(wěn)定，未來陶瓷膜除塵器控制系統(tǒng)可根據(jù)即時顆粒物含量以及對應(yīng)的煙氣流量，計算并確定反吹時間以及強度，以單位效能內(nèi)最大效果恢復(fù)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)還可實現(xiàn)多設(shè)備云端聯(lián)網(wǎng)，多終端控制，增加完善的參數(shù)預(yù)警系統(tǒng)，可使操作界面更加簡潔，減少操作維護人員工作量，降低相應(yīng)的人工成本。