陶瓷膜除塵器控制系統的選擇及應用

張 振，李 亮，李培顯，徐傳偉，張久美

（山東工業陶瓷研究設計院有限公司，山東淄博 255200）

1 陶瓷膜除塵器控制系統概述

陶瓷膜除塵器控制系統延續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場環境。與袋式除塵器控制相比，陶瓷膜除塵器控制系統更注重控制系統的噴吹能力、各項參數檢測與報警，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據反饋，控制脈沖閥開閉、風機轉速以及加熱裝置的溫度等。

2 陶瓷膜除塵器控制系統及控制裝置的選擇

2.1 陶瓷膜除塵器控制系統

陶瓷膜除塵器控制系統主要用于清除附著在濾芯表面的固體顆粒?？刂葡到y通過控制反吹脈沖系統，使得反向噴氣在預先設定的壓降或時間內，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定。

反吹過程需預設定反吹參數?？刂葡到y分為時間型、壓降型和時間與壓降配合型3種控制系統。時間型是根據時間控制閥門動作，壓降型則根據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成，接線較為簡單、抗干擾能力較強、根據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、可實時監控數據、可實現分階段控制噴吹。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、方便執行多個設備控制動作、數據采集方便、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，可以根據要求增添壓差控制。時間控制根據工藝設定時間參數完成控制，壓差控制根據壓差增減激活脈沖控制儀，脈沖控制儀控制各閥門動作。

當壓差控制儀測定壓差變送達到設定值時，壓差控制儀觸發脈沖控制儀控制電磁閥開閉，從而實現控制。

例如：東岳高分子除塵項目中的應用。

主要監控設備：脈沖閥8 個、壓力變送器1 臺、料位開關2個、卸料裝置1套。

控制方式：控制柜設有手動、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”轉換開關撥到手動位置，分別旋轉手動旋鈕進行手動操作。

自動控制：將面板上“手動/自動”轉換開關撥到自動位置，按設定的壓差值自動工作。當實際壓差值達到設定值，脈沖控制儀動作，8個脈沖閥循環反吹，具體脈沖寬度和脈沖間隔可以根據實際情況修改。

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，適用于不需要經常修改的參數。需要經常修改相關參數可選用PLC人機界面控制。上位機控制系統應用于較為復雜的控制當中。

PLC 人機界面控制可實現操作人員與PLC 之間對話。人機界面采用西門子的smart7，WinCC flexible 組態。各項參數可在觸摸屏上進行修改、監控。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用。

主要監控設備：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、出口氣動閥關閉，反吹口1～4閥、沖壓氮氣口氣動閥打開，沖壓至設定值反吹1～4 閥、沖壓氮氣口關閉，排灰口打開2min（排灰時間可調），沖壓氮氣口打開、反吹口角座閥快速打開/關閉（噴吹時間3s，間隔10s，可調），噴吹完畢關閉排灰口，回復初始狀態。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、關閥按鈕，可以對各個閥進行單獨的開關控制。當閥門顏色變為綠色代表已經打開，閥門顏色為紅色代表為關閉狀態。

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

在自動狀態下，手動控制不起作用；在手動狀態下，即便上位下發自動運行信號，系統也不會執行自動運行。

2.2.4 上位機控制

上位機控制是通過現場總線與PLC 聯網，工控機把現場PLC 采集的實時工況、過程變量、工藝指標、工藝參數等數據以圖形、報表、曲線等形式展現至人機界面，并通過鼠標或鍵盤下達各種調度指令，進行工藝參數設定。該類控制系統的突出特點是通訊能力強大，工業組態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組態軟件的特色，用戶只需要在中控室，就能觀察到現場設備的運行狀態，并可實現遠程手自動操作。

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

例如：電磁噴干塔，潔凈煤控制系統中的應用。

系統主要由高效磨煤設備、燃燒爐、高溫陶瓷膜氣體過濾系統組成。煤炭磨細后，以噴霧方式在燃燒爐中燃燒，利用旋風除塵、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。

系統采用上位機控制系統，PLC 系列產品選用OMRON，工控機選用臺灣研華系列工業控制計算機，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。組態軟件采用組態王v6.53。

按工程中工藝要求編制相應的控制軟件，主要實現以下功能：設備連鎖控制、工藝參數測量監視、操作數據設定、數據整理及傳送、設備狀態監視。

主要監控設備：料倉、磨煤機、燃燒爐、旋風除塵、陶瓷除塵器、高溫風機、各閥門及儀表。

系統控制框圖如圖2所示。

圖2 系統控制框圖

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

3 陶瓷膜除塵器控制系統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行機構、控制電磁閥、極限限位開關、波紋管組件、閥座組件、導向套和閥體等組成，采用角式端法蘭連接結構，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。根據氣動角座閥的結構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

根據過濾介質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的堆積量控制卸料?？蓪覀}內的粉狀及顆粒狀物料進行料位上、下限監測和控制，配合陶瓷膜除塵器工作。機械阻旋式、射頻導納、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壁表面過濾介質振下。多用于有較大附著性的過濾介質。氣動空氣錘、振動電機是常用振動方式。可清理內壁，物料得到振動可快速流動；沖擊力及其間隔可根據實際需要進行生產調整，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。錘頭內有強磁性磁鐵，錘頭在移動前附著在磁底板上。當三向電磁閥通電且進氣壓力大于聯動磁力時，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在筒倉壁上產生周期性高頻振動。

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將灰倉內過濾介質旋轉送出。

3.1.5 噴吹氣體加熱裝置

針對常溫噴吹介質對高溫除塵器陶瓷濾芯的影響，將噴吹介質進行加熱后噴吹。

3.2 控制流程

陶瓷膜除塵器運行單位時間后，控制系統啟動，以清除剛附著的固體顆粒。反吹脈沖系統運行流程為，反吹閥門開啟后，在預先設定的單位壓降或時間內反向噴氣，將濾芯表面灰層清除，陶瓷膜除塵系統可繼續工作；若運行系統所得到的壓差反饋值未達到設定閾值，則反吹脈沖系統會再次開啟，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，導致環境污染。

4 結束語

陶瓷膜除塵器控制系統是陶瓷膜除塵器的心臟，控制著整套系統的循環、動作。選擇一種適合控制方式可以穩定、快捷、簡單的運行、監控陶瓷膜過濾設備。文章論述陶瓷膜除塵器控制系統在應用當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成本。日常生產過程中，煙氣流量的不穩定，使得單位時間內顆粒物含量亦不穩定，未來陶瓷膜除塵器控制系統可根據即時顆粒物含量以及對應的煙氣流量，計算并確定反吹時間以及強度，以單位效能內最大效果恢復。隨著物聯網技術的發展，系統還可實現多設備云端聯網，多終端控制，增加完善的參數預警系統，可使操作界面更加簡潔，減少操作維護人員工作量，降低相應的人工成本。