（电工理论与新技术专业论文）熔炉氧化镁除尘器控制系统设计.pdf

熔炉氧化镁除尘器控制系统设计 t h e d e s i g no f c o n 打o ls y s t e m f o rd u s t - f i l t e ri nt h es y s t e m o f m e l t i n gm g o a b s t r a c t t h e c r y s t a lo f m g o i su s e dw i d e ra n dw i d e ri nt h em o d e m h i g h - t e c h , m e a n w h i l e t h en e e do f t h ec 涮i sm o r ea n d m o r e ，m e l t i n gm g ob y e l e c t r i ca r cf u r n a c ei sak i n d & n e w t e c h n i c s ，b u t d u s tw i l lp r o d u c e d u r i n g t h e p r o c e s so f m e l t i n g w e c o u l d n tl e tt h ed u s ti n t ot h ea i rd i r e c t l y ，s ow e m u s td e s i g na s y s t e mt oc o l l e c t t h ed u s t 。 s i n t e r - p l a t e f i l t e r i s a n e w g e n e r a t i o n h i g h - e f f i c i e n c y p o w d e r c o l l e c t o r i t s p e r f o r m a n c e s a r e g o o d i nm a n y a s p e c t s i t sa p p l i c a t i o ni ss p r e a da tp r e s e n t i nt h ep r o j e c to f t h i s 牟i p e r ，s i n t e r - p l a t e f i l t e ri su s e dt oc o l l e c tt h ed u s t d u r i n g t h e p r o c e s so f m e l t i n gm g o b a s e d0 1 1t h et e c h n i c s r e q u i r eo f s i n t e r - p l a t ef i l t e r , a c c o r d i n gt ot h es p e c i f i cc h a r a c t e r i s t i co f m e l t i n gm g o ，t h ep a p e rd e s i g n 矗c o n t r o ls y s t e mf o rt h ec o l l e c t o r i nt h ep a p e r , m a n y f h c t o r si s c o n s i d e r e d , s u c ha se c o n o m i z eo ne n e r g y ，e m c ，o p e r a t o ra n dm a n a g e p l ca n da u t o - c o n t r o l t e c h n o l o g ym a dc o r r e l a t e d k n o w l e d g e a r ei n t r o d u c e d 虹t h i s p a p e r , s e l e c t i n gm o d i c o n t s x q u a n t u m p l ca st h ec o l ec o n t r o l l e r , t h e p a p e rd e s i g n s a p e r f e c t c o n t r o ls y s t e mf o rt h ec o l l e c t o r p l cc o l l e c t ss i g n a l sf r o ml o c a l es u c ha s t e m p e r a t u r e ；t h i c k n e s s ； t h el o c a t i o ns w i t c ha n dt h eh a n dc o n t r o l s w i t c h ，e t c p l cr u n sa c c o r d i n gt ot h ep r o j e c tt oc o n t r o l t h e e l e c t r o m a g n e t i s ms w i t c h ，w i n d - g e n e t a t i n l gm o t o r , d u s t - u n l o a d i n gm o t o r , t h r e e - c h a n n e ls w i t c h , e t c i no r d e rt oe c o n o 嘶z eo n e n e r g y , i 1 l r l s d u c e ri su s e dt oc o n t r o lt h ew i n d - g e n e r a t i n gm o t o r i n t h ec o n t r o l ，f l l z z yc o n t r o l t h e o r y i sa p p l i e d i no r d e rt om a k et h e s y s t e mr e l i a b l ea n de x t e n d a b l e ， h s b ya n dr i os t r u c t u r e 躺u s e d m e a n w h i l em o n i t o ra n dc o n 订o ls o f t w a r e ，m c g s ，i su s e dt o d e s i g n t h em o n i t o r s y s t e m t om a k et h em a n a g ea n dm a l n m m c o n v e n i e n t l y i nt h e s y s t e m ，c o m p u t e rt e c h n o l o g y ，a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ，i n d u s t r yn e t w o r ka n dm o n i t o ra n d c o n t r o lt e c h n o l o g yf l l - ei n t e g r a t e du s e d ，t h ec o l l e c t o ri sc o n t r o l l e dp e r f e c t l y b yu s i n ga l lt h e t e c h n o l o g y ， t h ew h o l e s y s t e ml l l l l sr e l i a b l ya n dt h em a i n t a i ni sc o n v e n i e n t t h ed e s i g nh a sa h i g hu t i l i t y v a l u e k e yw o r d s ：s i l l t e r _ p 1 8 t ef d t e r ；p l c ；l a d d e r ；t r a n s d u c e r ；f u z z yc o n t r o l ； m o n i t o ra n dc o n t r o l ；h s b y 。- 大连理工大学硕士学位论文 o 前言 塑烧板除尘器作为新一代高效粉尘收集器，在各方面表现优良，目前正处于推广阶 段。近年来，随着国民经济的发展以及愈来愈严格的环境保护要求，除尘器在市场需求上 有7 n 当大的增长，品种也日渐增多。随着现代生产工艺的要求，适宜地设计整个除尘系 统的自动化控制也变得更加重要，不仅对于控制污染、保护环境有重要作用，而且对于提 高设备处理含尘气体的能力，降低人工劳动作业，增加系统的可靠性，也具有重要的经济 意义。 o 1 选题背景 环境问题与资源、人口问题已被国际社会公认为是影响2 l 世纪可持续发展的三太 关键问题。随着二十几年来我国经济的高速发展和人民生活水平的不断提高，污染物 排放量迅速增加，环境污染已经成为制约我国经济与社会的进一步发展及人民生活与 健康水平进一步提高的重大因素。我国早将环保问题作为一项基本国策。 在熔炉氧化镁冶炼的过程中会产生大量的烟尘，这些烟尘如果直接排放到大气中，会 造成大气的严重污染，是附件的居民不容许的，也是我国的法律和国策所不容许的。 在这种情况下，必须使用除尘系统对烟尘进行回收。同时应该设计完善合理的电气控 制系统对该除尘系统进行控制。 本论文来源于中大超导材料有限公司氧化镁冶炼之除尘器控制系统设计项目，属 于工程应用范畴。本论文就该项目的具体情况，设计了合理完善的控制与监控系统， 达到了很好的效果。 o 。2 论文总体思想 本论文是基于实际项目应用的。在除尘系统的工作原理和现场情况的分析基础 上，本论文对除尘控制系统进行了较为详细的论述。其中的每一步重要设计都是基于 除尘系统来考虑的，都是为了解决除尘系统的控制问题。在设计中并尽量保证可靠和 稳定，井本着实用的原则，从成本和性能两方面进行了较多的考虑。整个论文的设计 思想从以下几个方面来考虑： 1 ) 从工程实际出发，设计的控制系统运行可靠，维护方便，同时具有一定的智能化功 能。 2 ) 选用性能优良的p l c 作为核心控制器，并且要有很好的扩展功能i l l 以便扩大生产规 模。 3 ) 设计很好的监控系统，以便维护和控制。 熔炉氧化镁除尘器控制系统设计 1 系统分析与方案确定 1 1 熔炉氧化镁冶炼技术介绍”1 1 1 1 氧化镁的用途“ 氧化镁具有密度高、耐高温、耐腐蚀、绝缘性能好等特点。因而作为一种优质的耐火 材料和绝缘材料获得广泛应用。氧化镁主要来源之一是菱镁矿石( j e 要成份m g c 0 3 ) 的高 温烧结或熔炼。电熔镁砂在2 0 世纪6 0 年代己进入工业化生产。当时主要作为电加热器的 绝缘填充材料。7 0 年代用于超高功率电炉衬砖以及炼钢转炉炉衬。s o 年代后，我国电熔 镁砂行业发展很快，并成为高质量镁碳砖的主要原料。氧化镁还可以用于化工、造纸、橡 胶、建筑、饲料、化肥等领域。近年来随着技术不断进步，镁砂晶体颢粒向大晶体颗粒 发展，其应用范围也不断扩大，并开始延伸到许多高科技领域：高温超导器件的薄膜生长 基片、半导体材料的衬底驻基片、一些( 高温、超导) 领域的传感材料、高温高精度的光 学材料、高温坩埚材料、激光器材料( 功率激光加工机) 、化学催化剂载体、等离子体显 示屏中的电极保护薄膜氧化镁晶体应用于高温领域和作为薄膜生长基片和半导体材料 的衬底驻基片，同其它材料相比，如神化镓、金刚石、白蓝宝石等，具有明显的价格优 势，约低四倍左右，而目性能较好。 1 1 ，2 菱镬矿瓷源的国内外开发现状 菱镁矿属方解石族碳酸盐矿物。工业应用的菱镁矿是经过加工处理的菱镁矿。如 硬烧菱镁矿、轻烧氧化镁等。1 9 8 2 年我国冶金工业部颁布产品标准则称为菱镁石。世 界菱镁矿探明储量现约4 4 亿吨，储量较大的国家有俄罗斯、朝鲜等国。我国的地质储 量非常丰富，主要集中在辽宁南部地区，查明储量i o 多亿吨，占全国的8 0 以上。国 外有人估计，大石桥菱镁矿矿区储最可达5 0 亿吨，待勘测考证。【4 】菱镁矿等镁矿物及 其加工产品是应用广泛市场活跃的矿产品和制品，世界上许多国家近几十年来均在大 力开发利用本国的菱镁矿、水镁石、蛇纹石、白云石等镁矿产资源，并取得了世人瞩 目的工艺技术进步。世界天然菱镁矿( 原矿) 总产量出5 0 年代初的3 0 0 万吨增加到9 0 年代初1 2 0 0 万吨左右，并逐年增长。为保护矿藏资源，我国对出口氧化镁的初级产品 实行加收资源费、限量出口等制度。 我国国内氧化镁冶炼工艺水平较低，出口的绝大部分为氧化镁初级产品，效益较 低不能做到资源的最大化利用，浪费严重。冶炼产品中的中等品和次品多被日本、 欧美等国家低价购去，依靠先进的冶炼工艺，进行二次冶炼后把产品高价销往中国和 世界各地，从中获取高额利润。不过国内也有很多企业和科研单位已经注意到这种形 式，努力提高冶炼技术承平，提高产品中优等品的比例，增加产品的科技附加值，这 对于我国优势资源的利用也有着十分重大的意义和深远的影响。 同时，利用天然菱镁矿为原料制备氧化镁单晶，国外尚属空白；国内虽己开始研 制，但受到企业现有设备和工艺水平等条件的限制，大结晶氧化镁的产量很低，不能 适应日益增长的国际国内市场霸求，有必要进一步研究大结晶氧化镁的形成条件、炼 制工艺，以及提高生产过程的自动化程度。 奎垄里三盔堂堡主堂垡笙茎 一 1 1 3 加工工艺 氧化镁冶炼的工艺过程可筒述如下：首先将开采的菱镁矿矿石粉碎、筛分、选晶 后作为原料，然后即可送进炉膛或者窖内。菱镁矿加热到6 4 0 以上时，开始分解为 m g o 和c 0 2 。经7 0 0 c 1 0 0 0 煅烧，一部分c 0 2 完全溢出，氧化镁形成方镁石 ( m g o ) ，成为硬烧菱镁矿，又称硬烧镁。在1 8 0 0 c 左右煅烧，氧化镁含量达9 0 以 上则称为方镁石。煅烧温度达2 5 0 0 c 3 0 0 0 c 时，硬烧菱镁矿熔融，凝固后成为熔融氧 化镁，又称为电熔氧化镁。 目前一种新的氧化镁冶炼方式正逐渐得到推广，即电弧法。电弧法是利用电极间 的电弧等离子体加热氧化镁矿石，炉温可达2 5 0 0 以上，如果以菱镁矿石为原料，产 品是电熔镁砂；若用轻烧镁糖为原料可以生产出纯度较高的大结晶，但是必须使用石 墨电极，电极的直径要大些，炉温在3 0 0 0 以上。 在原料提纯、合成的方法上，电弧法较烧结法工艺过程简化，基建投资小- 以及 熔化温度高，合成时不需加入矿化剂而得到较高的纯度及发育良好的晶体。这些明显 的优势正引起人们的重视，此法将成为2 1 世纪有发展前途的合成原料方法之一。 1 。1 4 电弧法冶炼氧化镁过程 圈1 - 1 电弧法冶炼氧化镁的系统框图 ( f i 9 1 1t h es y 咖mf i g u r eo f m e l t i n gm g o b y e l e c t r i c8 r cf i a r r m e ) ( 1 、1 0 k v 高压进线2 、三相断路器3 、三相变压器4 5 6 、电动机 7 8 挎、三棚电极1 0 、镁粉n 、气泡1 2 、溶液1 ，、熔池) 电弧法冶炼氧化镁的主要设备有供电设备、电极、活动炉体、电极升降设备、操 作控制设备等。目前国内已有的电熔镁冶炼电源主要是高压开关、电弧炉变压器、石 墨电极组成，通过l o o k w 2 0 0 0 k w 的大功率电弧炉变压器将1 0 k v 的三相交流电变 为8 0 v 1 2 0 v 的低电压接到石墨电极上，在冶炼炉内产生高温电弧，对粉碎届的粉状 氧化镬矿石原料进行熔炼。在投料以前，要在炉体内铺设导热树底以提赢熔融制品的 质量。将电极碎块呈等边三角形( 或丁字形) 铺设于炉底衬料之上以各起弧，之后将 由电动机牵引的三相电极吊入熔池，与铺设好的电极碎块相对应，其中一根稳固在电 极碎块上，准备就绪后送电。控制起弧和工作电流，起弧后开始投入原料，随着矿石 变为熔融态，通过电极的电流将增大。这时需要边投料边缓缓提升电极以控制电流的 稳定，同时注意防止断弧，直到整个炉膛内被填满氧化镁粉末。冶炼结束( 停炉) 后，整个炉膛放置于通风处自然冷却，冷却后的熔坨不适合采用机械进行破碎，一股 采用人工敲打办法，这是由熔坨的内部结构所决定的。 揸生墨些璧坠尘鲎堡垒! 墨笙堡生 一一一 由于熔融过程中矿石杂质( 所含杂质为c a 、a 1 、 s i 、f e 等) 的迁移、不同位置 熔融条件的差异以及其他因素的影响，导致熔坨在区域结构、化学组成、密度及显微 结构等方面是不均匀的，从里到外依次为中心带、外围带、单晶带、侧边渣带和下部 渣皮以及白色的落渣料，各部分的氧化镁含量是不同的。即使在相同的生产条件下， 各部分的比例也会受操什人员的技术经验、熟练程度的影响而有很大的不同。 在整个冶炼过程中，工人不断控制三相电极升降以确保三相电极的电流不超过电 源的额定电流，并保持三相电极电流的平衡，使冶炼能连续的进行。氧化镁粉在从固 态到熔融态的变化过程中，其导电特性发生很大变化。而在冶炼过程中，熔池中的物 质成份复杂，且以固态、气态、熔融态等多种形态存在，因而冶炼电流的变化非常复 杂。在冶炼过程中，有两个工艺过程非常关键：加料和出气。产生出气的原因是：氧 化镁粉在熔池中熔化时会产生很多气体，处于下层氧化镁粉中的气体不能及时排出， 这些气体不断汇集，膨胀到一定程度，便会产生剧烈的排气过程。根据经验，此过程 有利于大结晶体的生成。该过程中电流变化异常剧烈，极难控制，所以现场工人大幅 度提升电极，把平均冶炼电流降到正常冶炼电流的一半左右，便于控制。等排完气 后，冶炼电流的变化较易控制时，再降电极。把电流控制在正常冶炼范围内。加料 时，由于把固态镁粉加入到熔融态的熔液中，同样会引起冶炼电流的剧烈变化，工人 的处理办法和排气过程一样。大幅度升降电极的弊端是：( 1 ) 根据氧化镁晶体生长试验， 氧化镁在6 4 0 以上才开始热分解和结晶，且温度越高，冷却越慢，结晶体的尺寸及相 关指标越好。【4 】大幅度调电极会导致功率输入不连续，熔池内温度大范围变化，影响晶 体的生长，降低产品的成品率；( 2 ) 由现场观察，大范围的升降电极会导致许多镁粉没 有熔化或熔化不充分，造成极大的资源浪费。 目前，我国电炉法冶炼氧化镁生产过程存在两个关键性技术问题，一是电极电能 消耗太大( 约占整个生产成本的7 0 ) ；二是高级品产量低( 一般产品中含量在9 9 以上的仅占5 左右) 。同时生产过程技术落后，整个冶炼过程仍是由人工控制，t 人 的操作经验成为产品质量的决定因索，严重束缚生产效益的提高。由于外部各种因素 的影响，冶炼都在夜间进行，每炉要持续十几个小时，工人的劳动强度很大。疲劳将 导致注意力不集中，工艺控制水平下降。 1 2 环境问题与除尘器嘲 1 2 1 环境问题 环境问题与资源、人口问题已被国际社会公认为是影响2 1 世纪可持续发展的三大 关键问题。随着二十几年来我国经济的高速发展和人民生活水平的不断提高，污染物 排放量迅速增加，环境污染已经成为制约我国经济与社会的进一步发展及人民生活与 健康水平进一步提高的重大因素。我国早将环保问题作为一项基本国策。 在工业生产中极易产生大量的粉尘。粉尘一般是有机性粉尘和无机性粉尘的混合 性粉尘。按尘粒的大小可分为降尘和飘尘，降尘的粒径大于1 0 1 a m ，在空气中停留的时 间较短，比较容易沉降下来。飘尘的粒径小于1 0 9 i n 。能长时间在空气中漂浮。其中小 于0 1 9 m 的在空气中按布朗运动扩散。 粉尘能够引起工人和居民中的大多数人不适，并是身体健康和社会经济受到不同 程度的影响。大量的粉尘随燃料燃烧或者生产工业排出，如不经过净化处理直接排放 到大气中，除对大气环境及生态平衡带来严重影响外，对人体健康也会造成不同程度 4 大连理工大学硕士学位论文 的危害。粉尘对人体健康的危害程度( 指一般非毒性粉尘而言) 主要取决于粉尘中含 有游离二氧化硅的数量。 1 2 2 除尘器简介 通过各种技术途径和设备，创造一定的外力使悬浮于气体介质中的固体微粒和液 体物粒从气体介质中分离出来的过程称为除尘过程。通常所说的除尘过程既包括对含 尘烟气的狰化过程也包括生产中对有使用价值的粉状物料的回收过程。除尘设备是工 业除尘和物料回收系统的关键设备之一，其性能好坏不但影响到回收物料的多少，而 且影响至0 尾气排放的数量。 目前，除尘器的种类繁多，可以有各种各样的分类、最通常是按捕集分离尘粒的 机理来分类。其分类、优缺点及使用场合如下： 1 ) 重力除尘器 利用烟气中粉尘的重力作用使粉尘沉降下来达到除尘的效果的除尘器， 这种除尘器很难将微小尘粒，特别是2 5 p m 以下微粒沉降下来，用于除尘要求不 太高的场合，或者用于多级除尘系统的预处理设备结构简单，投资省，运行费 用低。 2 ) 惯性力除尘器 利用惯性力作用将粉尘捕获达到除尘的效果的除尘器。 该除尘器对l o l a m 以下尘粒难以捕获，一般多用于密度高，径粒较大的金属或矿 物性粉尘的处理一般作为多级处理系统的前级处理。 3 ) 离心力除尘器 利用离心力作用将粉尘捕获达到除尘的效果的除尘器。 该除尘器结构简单，加工制作容易，造价低，除尘器本身无运动部件，运行管 理及维护检修方便耐高温，除尘效率较高，但只能捕获l o 岬以上的尘粒，而 且处理风量受到一定限制，一般用于中小型锅炉烟气降尘及粉状物料回收。 4 ) 过滤式除尘器 。 含尘气体与过滤介质之间借助于惯性碰撞、扩散、截留、筛分等作用。实现气 固分离和液固分离。根据采用的过滤介质和结构形式不同，又可分为稚袋除尘 器和颗粒层除尘器以及塑烧板除尘器。 布袋除尘器( 也叫袋式除尘器) 运行稳定可靠，使用灵活，操作简单，除尘效率高，几乎可捕集0 1 9 r n 以上尘粒， 对5 t u n 以上尘粒的捕集率可达到9 9 以上属于高效除尘设备。而与电除尘器 相比，其结构及设备比较简单，技术要求及运行管理没有电除尘器那么复杂， 造价比电除尘器低，因而得到广泛应用。 颗粒层除尘器 耐高温，抗磨损，耐腐蚀，过滤层容易堵塞，应用于冶金、水泥、化工等行业中。 塑烧板除尘器【6 j 近两年发展起来的新一代高效超细粉体收集器。与传统的收集器相比，因其材 质、形状、结构、性能等方面的特点，表现出收集效率高、压力损失稳定、清 灰效果好、适应性强的性能，是粉体行业收集系统的革新产品。其除尘机理和 控制方法和袋式除尘器类似，但是相对袋式除尘器而言，效果更好，而且维护 更加方面，有更大的优势。是很有前途的高效除尘器。 熔炉氧化镁除尘器控制系统设计 5 1 静电除尘器 通常称为电除尘器，作用于尘粒的外力是静电力，利用强电厂的作用力来捕积 尘粒。 该除尘器设备流体阻力低，除尘效率高且稳定，可捕集分离o 1 岍l 以下的细微 尘粒，对气量大的高温烟气有良好的适应性，自动化程度高，设备庞大，占地面积多， 金属耗量大，一次性投资大，对设备制造安装及维护操作技术要求比较严格。 6 1 洗涤式除尘器 以水或者其它液体作为捕尘介质的除尘器 该除尘器属于湿式除尘器，结构简单，一次性投资省，除尘效率高，但必须考 虑管道及设备地防腐蚀及堵塞问题，必须解决污泥污水地处理和冬季设备防冻 问题，而且对水资源地浪费较大。 1 2 3 塑烧板除尘器介绍” 经过综合比较，塑烧板除尘器在除尘方面很有优势，有很高的性价比，应用前景广阔， 需求蠡将不断增大。下面对塑烧板除尘器的相关知识作介绍。 随着现代化技术的发展，应用部门对粉体行业提出了越来越高的要求。粉体行业 的发展正不断的向专业化、精细化的方向发展。因此，对粉体特别是超细粉体的收集 要求也越来越高。对于干法生产中超细粉产品，其主要特点是浓度大、粒度细、处理 最大。目前行业中大都采用为环保目的而设计的脉冲布袋除尘器，此类除尘器的入口 含尘浓度远低于用于超细粉捕集作业的粉体浓度，在使用过程中易造成除尘器负荷过 大，微细粉体漏滤现象，若采用两级收集则造成产品不均等问题。同时，对于有一定 水份的粉体收集，布袋除尘器往往出现糊袋现象。因此，超细粉体的收集需要收集效 果好、适应性强的收集器。塑烧板收集器正是满足这些要求研制而成的新一代收集 器。塑烧板收集器是采用塑烧。过滤片为过滤器，体积小、效率高、维修保养方便。 能过滤吸潮和含水量高的粉尘和过滤含油及纤维粉尘的独特优点，是电除尘和布袋收 尘器无法比拟的，可广泛应用于非金属矿、冶金、化工、医药、食品加工等行业。塑 烧板收集器采用波浪形塑烧板为过滤元件。由于其独特的构造和表亟涂尘，故在其他 除尘器不能使用或使用不好的场合，塑烧板收集器却能令人惊奇地发挥良好的使用效 果。作为收集器主要元件的塑烧过滤板，其性能表现在以下几个方面。 1 ) 材质特点 波浪式塑烧过滤片的材质，由几种高分子化合物粉体、特殊的结合剂严格组成后 进行铸型、烧结，形成一个多孔母体，然后在母体表面的空隙里填充一层氟化树脂， 再用特殊粘合剂加以固定而制成的。为防止静电还可以采取预先在高分子化合物粉体 中加入易导电物质，制成防静电型过滤板，从而扩大了产品系列。 2 ) 形状特点 过滤板外部形状特点是具有象手风琴箱那样的波浪形，若把它们展开成一个平 面，相当于扩大了3 倍的表面积。波浪式过滤板的内部分成8 个或1 8 个空腔，这样的 设计除了考虑元件的强度之外，更为重要的是气体动力学的需要，它可以保证在脉冲 气流反吹清灰时，同时清去过滤板上附着的尘埃。 3 ) 结构特点 塑烧过滤板的母体基板，厚约5 m m 。在其内部，经过对时间、温度的精确控制烧 结后，形成大约7 0 u m 的均匀孔隙。然后由氟化物树脂填充涂层处理使孔隙达到1 大连理工大学硕士学位论文 2 u m 左右。独特的涂层不仅只限于滤板表面，而且深入到孔隙内部。成孔率与孔隙的 均匀性是保证滤板良好透气性的关键，每块滤板均需经过严格的钠焰检验方能最终确 定是否可以使用。塑烧过滤元件具有刚性结构，其波浪形外表及内部空腔间的筋板， 具备足够的强度保持自己的形状，而无需钢制的骨架支撑。刚性结构不交形的特点与 布袋收尘器反吹时滤布纤维被拉伸产生形变现象的区别，也就使得两者在瞬时顶峰排 放浓度有很大差别。塑烧过滤板结构上的特点，还使得安装与更换滤板极为方便。操 作人员在除尘器外部，打开两侧检修门，固定拧紧过滤板上部仅有的二个螺检就可完 成一片滤板的装配。 4 ) 性能特点 ( 1 ) 粉尘捕集高 塑烧过滤元件的捕集效率是由其本身特有的结构和涂层来实现的，它不同于布袋 收尘器的高效率是建立在粘附粉尘的二次过滤上。从实际测试的数据看，虽然排放浓 度与尘气入口浓度及粉尘粒径等有关，一般情况下除尘器排气含上浓度均可保持在 i m g m 3 以下。可有效除去o 1 u m 以上的微粒，通常对于l u m 以上超细粉尘的捕集效率 可达9 9 9 9 9 。 ( 2 ) 压力损失稳定 由于波浪式塑烧板是通过表面的氟化树脂涂层对粉尘进行捕捉的，其光滑的表面 使粉尘极难透过与停留，即使有一些极细的粉尘可能会进入空隙，但立即会被设定的 脉冲压缩空气流吹走。所以在过滤板母体层中不会发生堵塞现象，只要经过很短的时 间，过滤元件的压力损失就趋于稳定并保持不变。这就表明，特定的粉体在特定的温 度条件下，阻力损失仅与过滤风速有关而不会随时间上升。因此，除尘器运行后的处 理风量将不会随时间而发生变化，这就保证了吸风口的除尘效果。 ( 3 ) 清灰效果好 。 氟化树脂本身固有的惰性与其光滑的表面，使粉体几乎无法与其发生物理化学反 应和附着现象。滤片的刚性结构，也使得脉冲反吹气流向空隙喷出时，滤片无变形。 脉冲气流是直接由内向外穿过滤片作用在粉体层上，所以滤片表层被气流托附的粉 尘，在瞬间即可被消去。脉冲反吹气流的作用力不会如同布袋变形后被缓冲吸收而减 弱。 ( 4 ) 强耐湿性 由于制成滤片的材料及涂层具有完全的疏水性，水喷洒其上将会看到有趣现象 是：凝聚水珠江集成水流淌下。故纤维织物滤袋因吸湿而形成水膜，从而引起阻力急 剧上升的情况在塑烧板除尘器上不复存在。这对于处理冷凝结露的高温烟尘和吸湿性 很强的粉尘如磷酸氨、氯化钙、纯碱、芒硝等，将会得到很好的使用效果。 ( 5 ) 使用寿命长 塑烧滤片的剐性结构，消除了纤维织物滤袋因骨架磨损引起的寿命问题。寿命长 的另一个重要表现还在于，滤片的无故障运行时间长，它不需要经常的维护与保养。 良好的清灰特性将保持其稳定的阻力，使塑烧板除尘器可长期有效地工作。事实上， 如果不是温度或一些特殊气体未被控制好，塑烧板除尘器的工作寿命将会相当长。即 使因偶然的因素损坏滤片，也可用特殊的胶水粘贴后继续使用，并不会因小小的一条 粘合缝而带来不良影响。 ( 6 ) 除尘器结构紧凑小型化 熔炉氧化镁除尘器控制系统设计 由于过滤片表面形状是波浪形，展开后的表面积是其体面积的3 倍。故装配成除 尘器后所占的空间仅为相同过滤面积袋式除尘器的一半，附属部件也因此小型化，所 以具有节省空间的特点。 ( 7 ) 维护保养极为方便 尽管塑烧板除尘器的过滤元件几乎无任何保养，但在特殊行业，如颜料生产时的 颜色品种更换、喷涂行业的涂料更换、药品食品生产时的定期消毒等，均需拆下滤板 进行清洗处理。此时，塑烧板除尘器的特殊构造将使这项工作变得十分容易，操作人 员在除尘器外部即可进行操作，卸下二个螺栓即可更换一片滤板，作业条件得到根本 性改善，而袋式收尘器却常常因肮脏的环境无人愿意从事换袋工作。 总之，作为粉体捕集的革新产品新一代高效塑烧板粉体收集器，既保证了产 品最大程度的进行回收，又保证了工作环境的洁净和减少大气污染。同时因其特殊的 功能，为行业的发展提供了一定的技术支持。 1 3 除尘系统分析与方案设计 1 3 1 一般除尘系统结构 一般情况下的除尘器工艺流程如图1 所示，在引风机产生的空气压差下，烟气源 产生的含尘烟气被吸入到管道中，经过除尘室的拦截过滤，烟尘被吸附在过滤器上， 从烟囱排出去的就是过滤后比较清洁的空气。在除尘的过程中，过滤器上面的烟尘会 越集越多，会影响气体的流通和除尘的效率，需要加上电磁阀对布袋进行定时喷吹， 粘在过滤器上的烟尘脱离，掉入卸灰斗中。卸灰斗在一般情况下是闭合的，当卸灰斗 中的烟尘积累到一定的时候就需要通过卸灰机打开卸灰斗将烟尘卸掉。在一般的设计 中喷吹和卸灰都是按照固定的时间定时进行。 图1 - 2 般除尘器系统图 ( f i 9 1 - 2 t h e f i g u r eo f n o r m a lc o l l e c t i n gs y s t e m ) 1 3 2 熔炉氧化镁除尘系统分析与方案确定 设计该除尘器系统，要求系统运行安全可靠，布袋使用寿命长，并且要求环保节 能。要综合考虑各种因素。 1 ) 塑烧板的保护 m g o 冶炼产生的烟气的温度比较高而且有一定的变化幅度，虽然系统中使用的塑 烧板是耐高温的，经过管道冷却到达除尘室的烟气的温度仍然有可能达到塑烧板 大连理工大学硕士学位论文 的耐温上限，从而将塑烧板烧坏，造成除尘系统的破坏，耽误冶炼的进程。 为了实现对塑烧板的保护，在管道中装设一个三通，同时装设两个温度传感器对 烟气温度进行采集，其中温度一采集管道的入口温度，是属于管道内的最高温 度；温度二采集管道中部的温度，属于管道的平均温度。p l c 对这两个温度量进 行分析，如果温度正常，则p l c 控制三通使烟气只通过管道一，进入塑烧板除尘 室除尘；如果检测到两个温度中有一个过高，则烟气只通过管道二直接排出，此 时也说明冶炼炉的冶炼出现问题从而造成烟气温度过高，所以同时通过p l c 控制 一个蜂鸣器报警，通知工作管理人员进行相应的处理。 图1 - 3 控制方案示意图 ( f i 9 1 - 3t h e s k e e c hm a po f t h e d e s i g n e dc o n t r o ls ：t e m ) 2 ) 效率与节能 a ) 实现高效除尘是系统设计的熏要指标，为此塑烧板应该选择耐高温新型微孔膜 优质过滤袋，它在除尘中起着非常重要的作用。另外，对塑烧扳喷吹的时间和周期的 合理设置也是十分重要的，在传统的塑烧板除尘器设计中，喷吹的时间和周期是固定 不变的，这种处理方法设计简单，但是却不能实现高效除尘。例如在烟气浓度比较大 的时候，烟尘在塑烧板上的集聚救比较迅速，电磁阀还是以固定的周期喷吹，就不能 满足将烟尘及时喷吹的目的。为了实现合理和高效除尘，在管道中装设一个烟气浓度 传感器，将该信号传送到p l c 中，在编程过程中使用模糊逻辑控制，根据检测到的烟 气浓度与设定浓度的差值e 和浓度变化率们，调节电磁阀的喷吹时间z 、喷吹周期 疋。使粘合在塑烧板上的灰尘能够及时的脱落，保证气体的顺利流通，实现高效除 尘。 b ) 在当今社会，环保与节能已成为人们广泛关注的话题。在本控制系统中，耗能 主要体现在引风机上，其功率3 0 k w ，为了实现节能，在系统e e 弓l a 变频器，如图2 所示。引风机为流体机械，其转矩的大小与转速的平方成比例，负载特性为平方降转 矩负载。带动这类负载时，电动机消耗功率p 与电动机转速胛的关系为p = 砌3 ( 其中 熔炉氧化镁除尘器控制系统设计 k 为常数) ，即负载所消耗的能t - 与e g 机转速的三次方成正比。假设n 。为电动机额定 转速，群为应用变频器后电动机的实际转速，则变频器调速系统的节能率g ，可按下式 计算： g ：掣 怫 如使用变频器，调节其输出频率，使电动机的实际转速为额定转速的8 0 ，由于 引风机的流量与电机转速成正比，则流量降为额定值的8 0 。节电率可按公式计算： = 4 8 8 这说明，流量仅降低2 0 ，节电率高达4 8 f 8 ，由此可见，使咽变频器来控制引 风机的节电效果十分显著。 从系统工艺方面讲，当烟气浓度变大或者浓度变化率大于零时，就可以将引风机 的转速调大；当烟气浓度变小或者浓度变化率小于零时，就将转速调小。当烟气浓度 大到一定值，引风机就满载运行。这里也使用模糊逻辑控制，根据检测到的烟气浓度 与设定浓度的差值占和浓度变化率d c ，调节引风机的转速。采用这种控制方法，控制 根据合理，同时节约大量的电能。 3 ) 电磁兼容的考虑 氧化镁冶炼现场有较强的电磁辐射，是一个电磁干扰比较严重的场合，为此在电 气系统设计时要考虑电磁兼容问题。 a ) 变频器以及p l c 的模拟输入信号易受外部干扰的影响，要配备屏蔽线，并且单 独接地； b ) 控制电线与主回路电线或其他电力电缆分开铺设，相隔大于1 5 r a m ； c ) 在必要场合使用屏蔽罩，滤波器等。 d ) 使用抗干扰能力强的电气元件。 1 4 本章小结 本章在分析熔炉氧化镁冶炼的具体情况的基础上，考虑到了应该解决的问题，并 且针对各个问题提出了具体的解决方案。 1 0 学 = b 0 大连理工大学硕士学位论文 2 系统电气控制方案设计 2 1 可编程控制器介绍 可编程控制器是6 0 年代末在继电器的基础上发展起来的。经过多年的发展，它不 仅能实现逻辑判断、计时、计数等顺序控制的功能，同时还具有执行算术运算、对模 拟量进行控制、组建网络等功能。现在可编程控制器已经成为最重要，最可靠，应用 场合最广泛的工业控制型计算机。在p l c 中，充分应用了大规模集成电路技术、微电 子技术及通信技术，迅速地从早期的逻辑控制发展到进入位置控制、伺服控制。过程 控制等领域。1 7 j p l c 是一种工业控制计算机，其标志是一台微处理器。但由于接口器件及系统软 件的包围，其外型不像计算机，其操作使用方法、编程语言、工作原理都与普通计算 机有所不同；另一方面。作为继电控制系统的替代物，又由于其核心为计算机芯片， 因此与继电控制系统的工作原理也有很大区别。【8 】 i e c ( 国际电气委员会) 于1 9 8 7 年对可编程控制器下的定义是：p l c 是一种数字 运算操作的电子系统，专为在工业环境下而设计，它采用一类可编程的储存器，用于 其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指 令；并通过数字式或模拟式y o 控制各种类型的机械或生产过程。p l c 及其相关外部 设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 可以说，p l c 是近乎理想的工业控制计算机。 9 1 2 1 1 可编程控制器的应用与功能渊o ” 目前，p l c 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、 汽车、轻纺、交通运输、环保以及文化娱乐等各行各业、随着p l c 性能价格比的不断 提高，p l c 技术不断发展，目前己能实现如下功能： 条件控制功能。 条件控制( 或称逻辑控制或顺序控制) 功能是p l c 最基本，最广泛的应用领域， 它是指用p l c 的与、或、非指令取代继电器触点串联、并联及其他各种逻辑连接，进 行开关控制。 定时计数控制功能 定时计数控制功能就是用p l c 提供的定时器、计数器指令实现对某种操作的定时 或计数控制，以取代时间继电器和计数继电器。 步进控制功能 步迸控制功能就是用步进指令来实现在有很多道加工工序的控制中，只有一道工 序完成后，才能进行下道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。 数据处理功能 数据处理功能是指p l c 具有数学运算、数据传送、比较、移位、数制转换、排序 和查表、位操作、逻辑运算以及编码和译码等功能，也能完成数据采集、分析和处 理。 a d 与d a 转换功能 a d 与d a 转换功能就是通过a d 与d a 模块完成对模拟量和数字量之间的转 换。 熔炉氧化镁除尘器控制系统设计 过程控制功能。 过程控制是指对通过高速计数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴控制。 过程控制功能 过程控制功能是指通过p l c 的p i d 控制指令已经用户自己编写的控制算法实现对 温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。 扩展功能 是指通过连接输入，输出扩展单元( 即i 0 扩展单元) 模块来增加输入输出点数， 也可通过附加各种智能单元及特殊单元来提高p l c 的控制能力。 远程i 0 功能 通过远程i 0 单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与p l c 主机相连接，进 行远程控制，接收输入信号，传出输出信号。 通信联网功能 p l c 的通信包括p l c 相互之间，p l c 与上位机。p l c 和其它智能设备间的通信。 p l c 系统与通用计算机可以构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分 散控制”的分布式控制系统，满足工厂自动化( f 系统发展的要求。 监控功能 p l c 能监视系统各部分运行状态和进程，对系统出现的异常情况进行报警和记 录，甚至自动终止运行；也可在线调整、修改控制程序中的定时器、计数器等设定值 或强制i ，o 状态。 在计算机集成制造系统( c i m s ) 中的应用 近年来，c i m s 广泛应用于工业生产过程中。c i m s 的六级系统中前三级属于生产 控制级，也称为e i c 综合控制系统。四五六级分别为在线作业管理、计划和业务管理 及长期经营规划管理信息系统( m i s ) 。e i c 综合控制系统是一种先进的工业过程自动 化系统，它包括三个方面的内容：电气控制( e l e c t r i c ) ，以电机控制为主，包括各种 逻辑连锁和顺序控制；仪表控制( i n s t r u m e n t a t i o n ) ，实现以p i d 为代表的各种回路控 制功能，包括各种工业过程参数的检测和处理；计算机系统( c o m p u t e r ) ，实现各种 模型的计算、参数的设定、过程的显示和各种操作运行管理。p l c 就是实现e i c 综合 控制系统的整机设备。 由此可见，p l c 在现代工业中的地位是十分重要的。 2 1 2 可编程控制器的特点” p l c 具有以下主要特点： 1 ) 可靠性高、抗干扰能力强。 可靠性是用户的首要要求，因而p l c 的生产厂家都着力于提高可靠性的指标。目 前各生产厂家生产的p l c ，其平均无故障时间都大大超过i e c 规定的l o 万小时。而 且，规模较大、要求较高的系统还可以采用冗余系统或表决系统，再进一步系统的可 靠性。 p l c 采用了一系列的硬件和软件的抗干扰措施。 在硬件方面，隔离是抗干扰的主要受到之一。在微处理器与i o 电路之间，采用 光电隔离措旃，有效地抑制了外部干扰源对p l c 地影响，同时还可以防止外部高电压 进入c p u 模块。滤波是抗干扰地又一措施。对供电系统及输入线路采用多种形式的滤 波，可消除和抑制高频干扰。用良好的导电、导磁材料屏c p u 等主要部件，连锁保 大连理工大学硕士学位论文 护，自诊断电路等也有利于抗干扰。 在软件方面：设置故障检测与诊断程序。例如，在p l c 每一次扫描过程的内部 处理期间，检测系统硬件是否正常，外部环境是否正常等当软件故障条件出现是， 立即把现状态重要信息存入指定储存器，禁止对储存器进行不稳定的存储操作，以防 除尘器信息被冲掉。这样工作环境正常后，可以恢复到发生故障前的状态。 2 ) 控制功能完善、扩充方便、组合灵活、实用性强。 除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算等功能外，配合特殊的功能模块还可 实现点位控制、p i d 运算、过程控制、数字控制等功能，为方便管理又可与上位机通 信，透过过程模块可以控制远方设备。因此，p l c 几乎使全能的工业控制计算机。 3 ) 编程简单，使用方便、控制过程可变、具有很好的柔性。 p l c 的编程可采用与继电器极为相似的梯形图语音，直观易懂，深受广大现场电气人 员的欢迎。近年来又发展了面向对象的顺控流程图语言( s e q u e n t i a l f u n c t i o n q l a r t ) 使编程 更简单方便。p l c 控制系统采用软件编程来实现控制功能，其外围只需将信号输入设备和 接收输出信号执行任务的输出设备与p l c 的输入输出端子相连接，安装简单，工作最小。 当生产工艺流程改变或生产线设备更新时，不必改变p l c 硬件设备，只需改编程序即可， 灵活方便，具有很强的“柔性” 4 ) 体积小，重量轻、能耗低 由于p l c 是专为工业控制而设计的，其结构紧密、坚固，体积小巧，易于装入机 械设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 由于具有上述特点p l c 的应用极其广泛。可以说，只要有工厂，有控制要求，就会应 用p l c 。 2 1 3 p l 0 的基本结构埘 里三重二 最妩总战 图2 一lp l c 的基本结构 ( f i 9 2 1t h eb a s i cs t r u c t u