PLC控制在电除尘系统中的应用

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1 引言
          自1907年第一台电除尘器成功地用于工业生产以来，电除尘器以其除尘效率高、阻力 损失少、处理烟气量大、能处理高温烟气和腐蚀性烟气、日常运行费用低等众多优点，使用领域不断扩大。到目前为止，电除尘器已经是电力、冶金、建材、化工等 众多行业除尘设备的首选。电除尘器的结构、性能和控制方式等也日臻完善，PLC控制在电除尘系统各部分的控制中都有不同程度的应用，作用显著。
           
          2 电除尘系统工艺流程及基本原理
          电除尘器是在两个曲率半径相差较大的金属收尘极（阳极）和电晕极（阴极）上通过高压直流电，并维持一个足以使含尘气体（指一般的含尘烟气，不含腐蚀性和 剧毒）电离的静电场（见图1）。含尘气体在静电场中电离后所生成的电子、阴离子和阳离子吸附在通过电场的粉尘上，而使粉尘获得电荷自身带电。荷电粉尘在电 场力的作用下向电极性相反的电极（收尘极和电晕极）运行而沉积在电极上，从而达到粉尘和气体分离的目的。当沉积在电极上的粉尘达到一定厚度时，借助于收尘 极、电晕极振打机构使粉尘落入下部的灰斗中，再经过卸灰输灰系统将粉尘排出，而净化后的气体从电除尘器出口处排入大气中。
           

       

        图1 电除尘基本原理示意图

           
          3 系统组成

        　　

        图2 系统构成图

           
          以济钢炼铁厂400m2烧结机机头电除尘系统为例，整套400m2烧结机机头电除尘自动控制系统由2台ablogix50001756-l55PLC和 2台上位机组成，其中1台ablogix5000PLC设置了1台远程i/o站，2台上位机分别用于操作员站和工程师站（见图2）。
           
          4 控制功能
          PLC在电除尘系统中主要作用是控制所有低压设备自动运行和远程监控高压整 流供电设备，对低压设备的控制一般都有现场手动和远程自动两种控制方式，所控制的设备包括阴极振打、阳极振打、灰斗卸灰阀电机、仓壁振动器、绝缘子保温梁 电加热器、灰斗保温电加热器、灰斗料位计、烟气进出口温度显示、绝缘子保温梁温度显示、声波清灰装置、输灰系统、高压供电设备安全联锁以及远程监控等（见 图3）。下面对自动控制方式进行简要介绍。
           

       

        图3 控制功能图

          4.1阴、阳极振打的控制
          电除尘器的阴、阳极振打都是由电机通过传动轴将动力传给阴、阳极振打机构，使阴极线、阳极板上的积灰振落到灰斗中。PLC系统通过控制器中的时间继电器 控制阴、阳极振打电机按照一定的时间规律相互配合运行，并根据振打电机对应的接触器和热继电器的返回信号对电机状态进行监控和保护。阴、阳极振打的一般控 制规律为：一电场的阴、阳极振打周期最短，以后的各个电场振打周期逐渐加长，具体时间需根据电除尘器刚投产时的测试情况及工艺参数进行确定；以24小时为 总振打周期，夜间运行周期要比白天运行周期短[3]；阴、阳极振打相互配合运行，但振打周期各自独立计算，阳极振打要比阴极运行时间长、强度大；振打反馈 信号只起状态监视和保护作用，不加入周期运行控制当中；为节约能源，振打运行反馈信号与高压整流供电设备有联锁，当大量振打运行时，高压整流供电设备低电 压运行或停止，以实现降压振打，此方式可节约大量能源。
           
          4.2绝缘子保温梁电加热器的控制
          PLC系统通过绝缘子保温梁内温度检测设备检测到的温度返回信号对电加热器进行控制，以防止保温梁内温度低于露点温度，阴极绝缘子表面结露，使绝缘子表面产生爬电或沿面放电，以致电除尘器工作电压无法升上去，除尘器无法正常工作。本系统电加热器共有两路电源， 可实现高、低两种功率加热，当保温梁内温度接近露点温度时，PLC控制电加热器两路全部加热，尽快提高保温梁温度；当温度在露点温度以上未到设定温度时， 单路加热器加热保持温度缓慢上升；当温度高于设定温度值时，停止加热。PLC系统还可根据接触器和热继电器返回信号对电加热器状态进行监控和保护。
           
          4.3灰斗卸灰阀电机及仓壁振动器的控制
          灰斗卸灰阀电机是用于灰斗卸灰时电动控制阀门开关的。PLC对灰斗卸灰阀电机以及该 灰斗仓壁振动器的自动控制是根据灰斗料位计返回信号实现的，当料位计高料位信号返回PLC时，PLC控制该灰斗卸灰阀电机开启，同时仓壁振动器联锁振动； 当料位计低料位信号返回PLC时，PLC控制该灰斗卸灰阀电机关闭，同时仓壁振动器联锁停止。当不使用料位开关控制或料位开关存在故障时，也可根据经验运 行时间对灰斗卸灰阀电机和仓壁振动器进行周期控制，具体时间可根据现场情况自行设定，但灰斗卸灰阀电机要与仓壁振动器有一定配合关系或一起联锁运行，否则 会造成卸灰不畅甚致堵灰。
           
          4.4输灰系统的控制
          本输灰系统使用的是机械干输灰方式，输灰系统由刮板机、集合刮板机、 斗提机、卸灰阀电机、加湿机等组成。输灰系统的控制与皮带流程控制相似，当灰斗卸灰电机运行时，灰斗卸灰阀开启，与此一排灰斗对应的刮板机联锁运行，其他 排灰斗卸灰控制同理，每台刮板机可单独运行也可同时运行。当任意一排灰斗对应的刮板机运行时，集合刮板机联锁运行，斗提机联锁运行，将除尘灰刮入卸灰仓 内，当控制器接到卸灰仓料位高信号时，卸灰阀电机、卸灰仓电振、加湿机联锁运行，将除尘灰排出。
           
          4.5高压供电设备的安全联锁及远程监控
          所有电除尘器的高压整流供电设备都有自己的控制器，这些控制器的网络接口都各有不同，以串口通讯为例，PLC系统可通过串口采集器及与 logix5000相匹配的专用模块与该控制器进行通讯，可实现PLC系统对高压整流设备远程控制启动和停止，也可对高压整流设备运行状态及参数进行监 视。安全联锁是专门为高压供电设备设计的程序，在远程控制高压供电设备启动时，整流变压器及三点隔离开关返回PLC的安全联锁信号必须满足条件，否则高压 供电设备不允许启动，此联锁对检修设备时的人身安全及设备运行都起到很大作用。
           
          4.6声波清灰装置的控制
          声波清灰装 置是与电除尘器相对独立的一个系统，作用是在电除尘器停运时对除尘器内部积灰进行彻底清理，运行时将积灰振到灰斗中排出。故PLC对声波清灰装置的控制经 常用集中手动操作方式运行，当点击运行时，声波清灰装置按照固定顺序清灰一次，并可通过时间继电器对运行时间进行控制，在规定时间内执行循环清灰。
           
          5 结束语
          PLC控制在济钢炼铁厂400㎡烧结机机头除尘系统的应用中可以看出，PLC系统可使电除尘系统自动化水平、控制性能、智能化等方面都有显著提高，现场操作和维护工作量大大减少，设备故障率也大大降低。PLC控制对实现电除尘器运行的自动化和管理的智能化，改善电除尘器的运行情况，提高电除尘器的除尘效率，延长各部分构件的使用寿命及节约能源等都具有直接影响和现实意义。