除尘系统控制的工程设计说明

1、. . . . 摘 要在钢铁厂的转炉、平炉、高炉等车间,烟气污染都十分严重,尤其是高炉出铁场,在出铁期间所散发的烟尘是钢铁厂对大气主要污染源之一。随着高炉强化冶炼和大型化,如果不采取有效的烟尘捕集与净化措施,那么,所带来的环境污染将会日益严重。为降低工人的劳动强度,保护工人身体的健康,以与随着环境保护排放标准的日益严格,迫切需要对高炉出铁场的烟尘进行治理。本文针对出铁场烟尘治理采用可编程序控制器 PLC和 WINCC监控软件设计了除尘自动控制系统；PLC根据现场实际情况控制布袋除尘器的动作，使除尘器高效率除尘, 通过组态软件，能在画面中观察系统工作状态，对系统进行安全有效控制。实践表明 ,该控

2、制系统结构简单 ,操作简便，除尘效率高 ,运行可靠。关键词 出铁场，除尘系统，PLC自动控制32 / 35ABSTRACTIn the steel plant converter, open hearth, blast furnace, such as workshops, smoke pollution are very serious, especially blast furnace in the iron emitted during soot is a steel plant on the atmospheric main sources of pollution. With the

3、 blast strengthen smelting and large, if you do not take effective dust trap and purification measures, then the environmental pollution will become increasingly serious. To reduce labor intensity, physical health protection of workers, as well as increasingly stringent environmental emission standa

4、rds, the urgent need for blast furnace soot to govern.In this paper, casthouse dust control using programmable logic controller PLC and WINCC monitoring software designed dust control system; PLC according to the actual situation under control baghouse action, so that high-efficiency dust removal, t

5、hrough the configuration software, can the screen observing system status, the system for security control. Practice shows that the control system is simple, easy operation, dust, high efficiency, reliable operation.KeywordsCasthouse, dust removal system, PLC automatic control目 录摘 要IABSTRACTII1 概述31

6、.1除尘系统的作用31.2除尘系统的应用围31.3 除尘系统的国外发展状况42 除尘系统的工艺与控制要求62.1高炉生产工艺62.2除尘工艺流程72.3除尘系统控制要求73 高炉出铁场袋式除尘系统的控制设计93.1 烟尘特点与其参数93.1.1 烟尘特点93.1.2 污染物参数93.2烟气捕集罩103.2.1出铁口烟气捕集罩103.2.2渣口烟气捕集罩123.2.3固定铁水/渣罐的除尘罩123.2.4铁水罐位、渣水罐位烟气捕集罩133.3 除尘系统工艺流程133.4 检测点143.4.1 除尘罩烟气浓度143.4.2 除尘器的控制点153.4.3 其他控制点153.5 PLC控制方案153.5

7、.1 布袋除尘器的控制173.5.2 风机控制224 系统配置234.1 硬件配置234.1.1除尘系统硬件配置234.1.2 PLC的硬件配置244.2 软件设计与系统具体控制255 系统特点与优势295.1系统的特点295.2系统的优势29结束语31参 考 文 献32致 331 概述1.1除尘系统的作用 在工业生产中把气体和粉尘微粒的多相混合物的分离操作称为工业除尘。该除尘操作过程是将粉尘微粒从气体中分离下来。在工业生产中，由于物料在加工，运输，干燥，破碎，筛分和包装的过程中会产生各种的粉尘。这些粉尘还含有大量的原料微粒，凡是与粉尘有关的工序都必须有防尘设计。如果这些粉尘不与时予以捕集回收

8、，不仅污染环境，严重影响岗位操作人员的身体健康，也浪费了宝贵的能源和资源。所以一个好的除尘系统在许多的方面都是非常重要的。（1）.保护工人的身体健康。空气中弥漫着的细微粉尘，如果不好好的控制而是任其飘散在空气中，则会对工人的身体健康产生危害。矽肺就是由于长期吸入石英粉尘所致的以肺部弥漫性纤维化为主的全身性疾病，是我国目前常见的且危害较为严重的职业病。目前是职业病中发病率最高的病种之一，也是12种尘肺中较重的一种。在中国工业企业设计卫生标准中就明确规定了各类粉尘的浓度围。因此必须注意粉尘飞扬，保护工人的身体健康。（2）.减少大气污染。 企业在生产过程中如果不采取有效的方法控制粉尘，就会严重污染周

9、围的空气。当粉尘达到一定的量时。会对污染源下风向的居民的生活造成巨大的影响。大量的灰尘落到植物的表面，会影响到植物的呼吸作用和光合作用，导致植物的死亡。同时降低了空气的能见度，对人们的出行带来了巨大的不便。（3）.回收有用的物料。在悬浮的灰尘中有很多的都是原料的微粒，这是有用的资源。回收这些对于节省资源，降低成本，以与提高企业的效益都有影响。所以除尘不仅仅是一个有关，工人工作环境和环境卫生的问题，还影响到企业的经济效益。1.2除尘系统的应用围除尘系统广泛应用于各类电厂特别是火电厂，水泥厂，钢铁厂，冶金等行业。这些厂都会产生大量的粉尘。而这些粉尘都含有大量的原料微粒，他们不仅仅是粉尘还是一种宝贵

10、的资源。因此除尘在这些高污染企业就显得尤为的重要。另外还可以用于其他行业的局部尘源除尘用。1.3 除尘系统的国外发展状况在十八世纪八十年代开始出现了一些简单的除尘设备，当时只是使用一些挂袋，毫无疑问这些除尘设备的工作效率是较为低的。1881年德国一家工厂的机械振动，清灰式袋式除尘技术开始商业化使用。1954年，逆喷吹清灰技术的发展使布袋除尘器实现了除尘、清灰的连续操作、除尘效率自然是提高了不少。除尘布袋的压力也是相当的稳定。具有重大发展意义的是1957年脉冲袋式除尘技术的研发，它包含了上述设备的所有性能，而且部无运动部件，除尘布袋寿命也延长了。二十世纪七十年代后，除尘器技术向大型化发展。美、澳

11、欧洲结合大规模工业生产，各类除尘系统广泛的使用于燃煤电站、干法水泥回转窑腰围和电炉除尘等其他高污染行业。现在除尘系统的发展，着重向着以下几个方向发展：（1.）除尘系统的高效性方向发展。目前各国对烟尘排放浓度要求愈来愈严格，世界各地趋于发展高效率的除尘系统。在产业大气污染控制中，电除尘系统和袋式除尘系统占了压倒上风。日本除尘设备销售额中，电除尘器与袋式除尘器所占的比例分别为45.5%与44%，而湿式除尘器仅为5.5%，旋风式为2.1%。（2）.除尘系统大型化方向发展，大型袋式除尘器的处理烟气量每小时可达到几十万至数百余万立方米，几万条滤袋集中在一起形成“袋房”，扁袋所占用的空间少，所以这种除尘装

12、置正得到迅速发展。（3）.高可靠性方向发展。目前海外对除尘系统的供电方式、各部件的结构、振打清灰、等方面做了大量工作，从而使除尘系统运行更加可靠，效率更高。例如袋式除尘器着重于改进滤料和其清灰方式，使其相宜于高温、大烟气量的需要，扩大应用围。（4）.新型设备方向发展。宽间距或者脉冲高压电除尘器、环形喷吹袋式除尘器、顺气流喷吹袋式除尘器等等，这都是最近20年来发展起来的新型除尘设备。将运用多种除尘机理共同作用于同一新型除尘设备的除尘器也进展迅速，例如带电水滴湿式洗涤器、带电袋式除尘器等。另外，还有利用高压水喷射、高压蒸汽喷射的除尘设备。 相对于国外，我国从二十世纪五十年代初期，从联整机引进机械振

13、动和反吹袋式除尘技术后，工业中就用上了除尘系统，从而布袋除尘器就在我国有了广泛的使用。进入了七十年代我国就开始出现了一批专门生产各类除尘器的企业，到现在为止大部分已经成为了我国除尘器行业的骨干企业。进入八十年代后，我国的除尘技术更上一层楼，各生产设计单位都在学习引进消化的基础上进一步的发展了新的除尘技术，同时还从国外引进了先进的除尘技术，促使国的除尘器种类与型号更齐全，到了九十年代中期，一些企业的除尘技术特别是布袋除尘技术达到了国际的先进水平，例如宝钢把布袋除尘器的控排放标准定在了358mg/nm。根据中国环保产业协会袋式除尘委员会的相关预测，国家对环境保护越来越重视，我国从十一五规划对环境保

14、护大大提高了要求，预计布袋除尘系统将会主导市场，这也是国际发展趋势。2 除尘系统的工艺与控制要求2.1高炉生产工艺炼铁就是通过冶炼铁矿石，从中得到金属铁的过程。现代炼铁法主要就是高炉炼铁法和非高炉炼铁法。高炉炼铁法是以传统的焦炭为能源的炼铁方法。由于高炉炼铁的技术经济指标好，工艺非常简单，产量很大，而且可靠，效率也非常的高。全球90%左右的生铁都是通过这种方法而得到了。高炉炼铁的主导地位在今后很长的时间都不会改变。现代大型的高炉生产工艺流程，主要包括主体系统和辅助系统。主体系统主要由五部分构成，它们是：高炉，狂槽，除尘器，出铁场，热风炉。辅助系统则包括一些煤气清洗，水渣，炉顶煤气余压发电（TR

15、T发电），制煤粉车间等等。高炉炼铁工艺流程如下图2.1图2.1 高炉工艺流程框图炼铁就是在高炉进行还原反应得到铁水。矿石，燃料，溶剂从炉顶加到高炉中，从鼓风机来的冷风经过热风炉加热好后，形成热风从高炉风口吹入，随着焦炭的燃烧，产生的热煤气从下向上运动，炉料从上向下运动。经过充分的相互接触，进行热交换，逐步还原，最后到炉的下部生成铁水，同时产生炉渣。2.2除尘工艺流程炼铁厂的粉尘量很大，治理粉尘主要是采用各类布袋除尘，电除尘器，和湿式除尘器等。除尘的方法是在除尘的地点如槽下，出铁场等安装顶吸罩，控制蝶阀和吸尘管道。用风机将粉尘抽到除尘器中，再进行除尘。图2.2是攀钢2号高炉出铁场除尘工艺图2 .

16、2 出铁场除尘示意图高炉有两个出铁口，两个渣口，高炉分为南出铁场和北出铁场，分别都配有一个铁水摆动流嘴。此外还有渣罐位。因为2号高炉采用普通高炉炼铁，所以在出铁过程中会产生大量的烟尘。这些烟尘主要集中在出铁口，摆动流嘴和渣罐位。当这些地方产生了烟尘时，就通过它们上方的吸尘罩将烟尘吸到除尘器中。除尘器采用的是脉冲袋式除尘器。被除尘器净化后的烟气由出风口排出，通过风机，最后由烟囱排入大气。而被除尘器去除的粉尘通过刮板输送机进入灰仓，而后再由汽车运走。完成整个出铁场的除尘。2.3除尘系统控制要求1) 为了有效控制高炉系统所产生的大量烟尘，在各扬尘点设置不同的抽风罩进行烟尘捕集。主要要对出铁口、渣口，

17、铁水、渣水罐位的烟尘进行捕集控制。2) 由于出铁是间歇出铁，可通过设置的电动耐磨蝶阀，控制高炉切换工作。即某一座高炉工作就打开对应的蝶阀，其它蝶阀关闭。3） 设置中间灰仓，放灰时增加粉尘加湿机，防止二次扬尘。4)由于出铁场除尘系统的烟气温度较高，所以应在烟气进除尘器前的管道上安装一台电动冷风阀，当烟气温度超过设定温度值上限值时，打开电动冷风阀向系统混入冷空气，降低烟气温度以保证除尘器安全工作。 5）为了设备单体调试时，在除尘器现场手动操作，以与使清灰周期和脉冲阀在清灰程序中的喷吹时间能根据运行的状态进行调整。要求设备能够进行单功与联动运转的控制 。除尘器的清灰系统使用差压或定时控制，并和刮扳机

18、进行联锁，来实现联动控制。 6) 为了节省占地，除尘系统采用高架布置，一层为风机房与除尘控制室，二层为除尘器平台。 7) 除尘系统由PLC机控制，除尘器差压测量，输灰设备控制接入该PLC机。由PLC根据各项参数进行系统的有效控制。 8）PLC系统必须对故障进行诊断处理，对除尘系统主要参数进行测量显示，并对主要设备设置必要的故障信号显示与信号报警，并与时对各种故障做出有效控制，以保证安全生产，防止意外事故的发生。 3 高炉出铁场袋式除尘系统的控制设计3.1 烟尘特点与其参数3.1.1 烟尘特点根据高炉出铁场生产作业的具体情况，出铁场烟尘具有以下特点： 污染源(烟尘)比较分散，污染围较广。 高炉出

19、铁场的烟尘一般是从铁口、渣口、铁沟、渣沟和摆动流嘴等部位产生的。这些部位全位于操作人员呼吸带以下，即出铁场平台平面的下方，其产生的烟气直接影响到操作人员。大型高炉一般都有 3到4 个出铁口，2到3 个出铁场，甚至有 4 个出铁场的，出铁场的铁沟、渣沟和撇渣器大约占出铁场面积的 45。因此，在高炉正常出铁的时候，出铁场大约有一半的面积在不同程度地产生辐射热，散发烟尘与其他有害气体；在出铁的末期，出铁口容易喷CO 烟气，不仅仅污染周围环境，而且直接影响了工人的身体健康和炉前的正常生产。 由于连续出铁，污染时间较长。 中、小型的高炉，一般只有一个出铁口。由于高炉产铁量的限制，以与渣、铁沟经常需要修补

20、的要求，每天出铁仅 7至9 次，每隔二至三小时出一次铁，每次出铁时间约 100到180 分钟，出铁场的操作是间歇性的，而烟尘的产生是阵发性的。根据部分高炉出铁场的实测，出铁场的粉尘浓度高达6000-7000mg/m3；大型高炉与中小型高炉不同，随着高炉日产量的增加，出铁次数和出铁时间也同时增加，一个铁口还没出完铁时，另一个铁口就开始出铁了，出铁场的烟尘也就不断地散发出来。 烟尘量大、颗粒细，对周围环境影响的围较广。 高炉出铁场每产生1吨铁水，平均散发出2-3kg烟尘，大型的高炉每天生产铁水万吨以上，形成的烟尘量达25吨以上。一般大于100m的占15，10-100m的占18，2-100m的占 1

21、0，1-20m的占 24，小于10m 的占32，对于二次烟尘其粒度更细，小于10m的占60，这样细的粉尘在大气中悬浮，停留的时间长，扩散的围广，对人体健康很不利。 3.1.2 污染物参数 烟气温度：温度不一，以出铁口、摆动流嘴、撇渣器处的温度较高，一次烟尘平均温度为 80-100。 含尘浓度：出铁场不同的位置含尘浓度不同，以出铁口、铁水罐处的含尘浓度较高，铁渣罐处的最低，一般为13g/m3(标)。 烟尘量：2.5kg/t铁。 烟尘分散度：<10um的占66%，详见表 3.1。 表3.1 烟尘分散度粒径/m<1 13 35 510>10出铁口处/% 16 29 2723.54.

22、5铁水罐处/%8.522.539.522.57 烟尘成分：含 Fe、FeO、SiO2、CaO、MgO、P 、S 等 ，如表 3.2 所示 表3.2 烟尘成分化学成分 Fe2O3 SiO2 C Al2O3 CaO MgO 比例/%47.869.4 14.1310.9735.2915.40 1.20.930.77 0.30.227 烟气成分： CO、CO2、SO2、N2、O2等。3.2烟气捕集罩高炉出铁大多是全天连续的，烟尘也是连续不断地散发出来的。各处尘源点吸尘罩的设计原则为:应该考虑抽风位置要适宜，风量要适中，罩型结构要正确，控制罩口的风速要足够，为了保证捕集效率高，并尽量避免太多的粗颗粒跑入

23、系统管道。要提高产尘点烟气捕集的效率，除了要有适当大的抽风量之外，捕集罩的设计至关重要。捕集罩设计得不好，即便抽风量足够大，同样不能取得较好的捕集效率。捕集罩要有一定的容积，对开、堵铁口等突发产生的大股烟气要有暂时储存的作用，罩口的面积要和尘源点的面积相适应，罩口的平均风速要与尘源点相适应，以确保能有效的控制尘源烟气，并能对烟气的捕集有利。捕集罩的形状要有利于罩烟气向排烟口流动，为了使罩烟气能很好的排出，排烟口的位置要设计合适。由于高炉出铁场尘源的烟气温度较高，应该利用高温烟气的热抬升原理进行排烟抽尘，利用烟气本身的热动力作用进行诱导捕集。烟尘捕集尽可能采用顶吸罩。3.2.1出铁口烟气捕集罩出

24、铁口烟尘的有效捕集直接影响到整个高炉出铁场的除尘效率。高炉出铁场总污染物的30%是出铁口产生的烟尘。大量短时阵发性的烟气会在开、堵铁口时产生，出铁后期到堵口前，由于炉的压力增大，出铁口喷射的烟气具有喷射力强、温度较高、烟尘粒径围很广、喷射量较大且时间持续的较长等特点。 出铁口的烟气在热压和炉压的作用下呈喷射状从出铁口射出并迅速上升扩散，弥漫在整个出铁场，所以捕集铁口烟气的关键，是解决开、堵铁口与出铁后期产生的大量烟气。通过查询资料，我发现一种很好的除尘方法，可以有效的对铁口的烟尘进行捕集，就是铁口强力抽风方式，此方法对铁口烟尘捕集方式作了较大的改进。铁口强力抽风方式的特点主要有：采取了顶吸加侧

25、吸的抽风方式强力的进行排烟，风口平台进行了加长加宽，并加大炉前抽风量，使风口平台区域铁口产生的烟气得到最大限度地捕集，这样就不用再设二次除尘措施。设计的具体方法如下（1） 铁口密闭措施: 将风口平台加长加宽； 为了阻挡烟气外喷，在平台前方设置了可活动式斜挡板； 在主铁沟上方、风口平台末端加设固定挡板； 挂些挡板在风口平台侧梁下。采用上述四种密闭措施和炼铁机械设备的封挡作用后，基本使得主铁沟上方形成一个闭合空间，即能封挡烟气也能贮留烟气还能封挡和贮留外溅的铁花，而且减少了横向气流对烟气流动轨迹的影响。（2）排烟罩要设置合理考虑到铁口烟尘的特点，应将铁口顶吸罩设置在宽长的风口平台外沿。顶吸罩在设计

26、时可以分为两部分即前罩和后罩。后罩分为可活动的两部分，平放在风口平台上，这样在检修时可由叉车分别移走，而前罩固定在风口平台上。同时在泥刨机、开口机的对侧要设一个侧吸罩，一可配合顶吸罩把烟尘抽排掉，另一方面也可以封挡铁口产生的烟气。侧吸罩、顶吸罩的部和表面均喷涂了耐火材料，这样可以防止高温烘烤而使罩体变形。示意图如图3.1所示：图3.1 “铁口强力抽风”抽风罩示意图“铁口强力抽风”烟尘捕集方式在国外都是一种新的理念，从她在国外各种环境的使用效果来看，人们是非常满意的，它可以在炉前出铁口区域将烟尘基本捕集，且开、堵铁口的时候，没有明显的烟尘冲出，使用这种捕集方式后，出铁场无烟雾弥漫现象，操作岗位的

27、粉尘浓度都低于国家标准。使用这种烟尘捕集方式后，不需再设二次除尘措，这样也节省了很大部分投资，所以本设计选择采用“铁口强力抽风”烟尘捕集方式。3.2.2渣口烟气捕集罩通常渣口上方空间很小，如果安装顶吸罩有困难，可将顶吸罩换成吹吸罩。吸气罩设在渣口侧部或顶部，再在吸气罩口对面设置吹风口，这样就形成一层空气幕，从而阻止了烟气的散逸，同时也让烟气一起流向吸气罩。设计吹吸罩的时候要注意以下几点：1）吹风口高度要合适；2）吹、吸风口的间距适当；3）烟气的气流速度对吹、吸罩是否有影响等。要保证对烟尘的有效控制，只有使吸风口的抽风量为射流末端风量的1.11.25倍，吸风口前射流末端的平均速度保持一定的数值（

28、大于0.751m/s）。3.2.3固定铁水/渣罐的除尘罩 很多钢铁厂的炼铁高炉的铁水/渣浇注方式仍然是铁水/渣罐位为固定位置,出铁场用这样的方式浇注铁水，固定罐位较多，一般在 4 个以上，因总只有一个固定罐位在进行浇注铁水，如果全部同时进行对应除尘点的抽尘，那么将需要很大的除尘风量，而没有进行铁水浇注的固定罐位就造成能源的浪费，这肯定是不可取的，而我们常采用的办法是使用气动或电动或电液推杆的阀门进行控制，使其轮流切换工作。这样，就可以按一个固定罐位除尘风量的1.5-2 倍对罐位处的除尘总风量进行取值。采用这样方式除尘时，为了尽可能地覆盖铁水罐中烟气的扩散面积，在设计中要尽量考虑增大罩口面积；在

29、除尘罩外的区域应尽量用平台的形式进行封闭，不留豁口，以防止由于横穿气流等外部因素的影响，使烟气偏向而串入出铁场；其次我们可以开观察窗对罐位铁水液面进行观察。而对于渣罐位的抽风除尘方式，基本与铁水罐位的抽风除尘方式一样，唯一不同的是烟尘相对小一些而以，所以我们可以取单个罐位除尘风量为4×6×。 如果铁水/渣罐位只有 2 个，那么建议采用全抽的方式除尘，而不要再设置电动等阀门去进行控制了。 3.2.4铁水罐位、渣水罐位烟气捕集罩因为铁水、铁渣对空罐的冲击，在相应的罐位也会产生大量烟气。通过在摆动流嘴处设置容积式密闭罩，然后再在罩的侧部设置抽风口，四周密封,密闭罩上设观察门.所设

30、置的抽风口的位置应与观察门的位置在相对的一边，这样就可以使烟气流向抽风口一侧，而在观察门处就可以清晰的看到铁水罐的铁水液面。 在数个支铁沟固定放入铁水的工艺时，每个铁水罐位上方应分别设置顶吸罩。在铁水流嘴两边设检修门、检修平台与观察窗。为了有效控制风量，在每个罩的管道上都安装一个电动阀门，这样电动阀就可以根据铁水罐的工作状况进行风量的切换控制。 将挡风板加挂在渣水罐位、铁水罐位外侧，以减少车间外部的横向风流对烟气的捕集产生影响。3.3 除尘系统工艺流程高炉出铁场除尘系统工艺流程图如图3.2：图3.2高炉出铁场除尘系统工艺流程图 将高炉出铁场生产过程中产生的烟尘通过除尘系统风管引入袋式除尘器进行

31、净化,风机设置在除尘器与烟囱之间,净化后的烟气(含尘<50mg/m3)由烟囱排入大气。以某钢厂高炉（1200m3）除尘工艺为例，见图 3.3。 图 3.3 某钢厂高炉（1200m3）除尘工艺流程示意 除尘器收集下来的除尘灰卸输灰系统、中间灰仓、加湿机等卸载到汽车上外运。 3.4 检测点3.4.1 除尘罩烟气浓度出铁场烟尘控制系统的控制对象为出铁场环境烟尘，要实现系统的PLC智能控制，关键是要得到环境烟尘反馈量。因此本方案对出铁场主要的尘源点处的出铁口抽风罩、渣口罩、铁水罐罩、渣水罐罩的烟尘浓度进行检测，得到各点的烟尘浓度，根据各个点烟尘浓度的大小对出铁场环境烟尘的影响程度不同调整权值，通

32、过烟尘浓度检测综合得到出铁场环境烟尘浓度反馈量。然后根据出铁场环境烟尘浓度与环境烟尘期望值之间的偏差，通过PLC智能控制器对除尘风机做出调速控制，从而调节除尘风力，对尘源点烟尘进行有效地捕集。具体有以下几个检测点：1.出铁口抽风罩烟气浓度 2.渣口罩烟气浓度 3.铁水罐罩烟气浓度 4.渣水罐罩烟气浓度3.4.2 除尘器的控制点 脉冲袋式除尘器主要由上箱体、尘气室、灰斗、喷吹装置、滤袋与滤袋框架、输灰装置等部件组成。含尘气体由除尘器进风口进入尘气室后，气流断面突然扩大，因惯性气流中一部分大颗粒粉尘就落人灰斗，而颗粒小的粉尘就会进入滤袋室，通过筛分、惯性、粘附、静电和扩散等作用小颗粒粉尘就被阻留、

33、收集在滤袋的外侧，被净化后的气体就进入袋并在净气室汇集，再通过出口管道将其排出。为了防止在负压运行的时候滤袋被吸瘪，滤袋都设有骨架，。滤袋经一段时间的过滤操作后，尘粒由于粘附等作用，在滤布网孔之间会产生架桥现象，这样就导致滤布的孔径越来越小，滤布的表面与网孔便很快截留粉尘而形成粉尘层。随着粉尘不断的积累在滤袋的外表面，设备的阻力就不断上升，当压差达到设定值或运行到设定的时间时，PLC就会通过压力控制仪发出信号，使喷吹装置立即工作，喷吹阀动作后，压缩空气通过喷嘴射人各滤袋，由于膨胀便产生了反向气流和加速度的作用，这样使附在滤袋外表面的粉尘落人灰斗，经输灰装置将其排出。喷吹一结束，滤袋就恢复过滤得

34、状态。主要控制点有 1. 排气口阀2. 清灰脉冲阀3. 灰斗振动器4. 双层卸灰阀5. 输灰阀6. 料位计这些控制点主要是通过PLC根据压力和阻力信号等有关信号进行控制。3.4.3 其他控制点风机阀门，电机电流、电压、转速检测3.5 PLC控制方案根据对高炉出铁场工艺的研究，高炉出铁工艺过程为间歇式工作方式。如图 3.4 所示，分为出铁期间和非出铁期间（即炼铁期间） 。在一个炼铁出铁周期，高炉炼铁期间一般约两个小时，而出铁期间的时间的长短差异很大，这由每炉炼铁量的多少、出铁时铁水的流量大小等因素决定，一般三个小时左右不等。在一个炼铁出铁周期，出铁时间占了一大部分。图3.4 高炉炼铁出铁时间周期

35、根据上面对高炉出铁工艺过程进行的分析，为了节约能源，本方案提出除尘控制系统只在出铁的期间进行高耗能工作，在高炉的非出铁的期间除尘系统就低速运行；控制系统采集开口机动作开关量信号，来作为高炉出铁和除尘系统高速运行的信号；同时采集电动泥炮动作开关量信号，来作为高炉出铁完毕和除尘系统低速运行的信号；除尘系统这样运行可以节约很多能源。 然而更复杂的问题是研究如何在出铁的期间充分利用除尘风力达到最佳的节能效果。针对此问题，对出铁场烟尘特点以与出铁工艺进行分析后，此方案提出，在出铁的期间，除尘系统在保证除尘的效果前提下，应根据烟尘的浓度大小对除尘风力进行自动调节，以达到最佳节能的效果。 为了从根本上解决节

36、能问题,本文利用PLC控制技术,对风机在出铁期间自动跟踪烟尘浓度进行调速控制与非出铁期间电机自动低速运行，系统根据出铁期间的工艺过程,实现风机的全自动变速运行。对吸尘罩电动碟阀实现自动远程开闭控制，以达到节能的理想运行效果，使整个控制系统做到自动判断、决策和控制。 出铁场烟尘控制系统的控制对象为出铁场环境烟尘，要实现系统的PLC控制，关键是要得到环境烟尘的各项参数反馈量。因此本方案对出铁场主要的尘源点处的出铁口抽风罩、渣口罩、铁水罐罩、渣水罐罩的烟尘浓度进行检测，得到各点的烟尘浓度，根据各个点烟尘浓度的大小PLC自动对出铁场环境烟尘的影响程度不同调整权值，然后根据出铁场环境烟尘浓度与环境烟尘期

37、望值之间的偏差，通过PLC对各检测点的阀门进行控制，从而确定阀门开和关的个数以与阀门开度，对尘源点烟尘进行有效地捕集。 而在出铁场环境烟尘控制系统中，除尘器入口烟尘温度和除尘器阻力都要影响到系统的正常运行和烟尘捕集效果，对除尘风力的调节有一定的约束影响，因此环境烟尘控制系统对这两个过程量进行采集，并将信号送往PLC，从而判断出除尘器的压差，对除尘器进行有效控制 。 根据对国外出铁场工艺的研究，虽然出铁场除尘罩布置不尽一样，但是一般出铁场以铁口侧吸罩 1个，铁口顶吸罩2个，铁水罐罩 3 个，渣罐罩6个，为比较典型的布置，其中铁口罩、铁水罐罩、渣罐罩、为轮换工作。出铁场除尘系统除尘罩由PLC控制阀

38、门开闭，由于阀门较多， 本方案过PLC对系统中除尘管道阀门进行自动控制， 检测除尘管道阀门“开”，“闭”状态，结合出铁场除尘工艺根据出铁场烟尘浓度与其变化自动作出判断决策。 由开关量输入模块对各个除尘罩阀门“开”， “闭”状态进行检测以与检测是否正确开闭；PLC根据检测到的烟尘浓度与其变化判断阀门开闭，由开关量输出模块输出各个除尘罩阀门的“开”，“闭”信号。 出铁开始时，对应的阀门应与时打开；铁水罐、渣罐有铁水、渣铁流入时，所对应的除尘罩除尘管道阀门必需打开，其余没有铁水、渣铁流入铁罐的除尘罩除尘管道阀门必需关闭，以免漏风影响除尘效果；出铁完毕时，出铁场相关阀门应与时关闭。 对于混风阀，当除尘

39、器入口温度超过限定温度时，混风阀门应与时打开，混和低温空气降温，以保证除尘器安全生产。 出铁场PLC烟尘控制系统，还可以检测电机的电流、电压、转速，进行能耗计算，可以更加直观的看到系统的节能效果。3.5.1 布袋除尘器的控制1 除尘器工作原理 负压脉冲布袋除尘器处在风机的负压端，除尘器结构采用上排风下进风外滤式结构，袋滤室是相互分隔的，当某一袋滤室进行清灰时，通过控制机构控制脉冲阀，喷出高压气体并带人大量空气喷吹滤袋上的粉尘，使粉尘落人灰斗，通过输灰系统把粉尘运走，含尘气体从滤料孔隙流过，干净气体通过排风管排人大气中。图3.5为负压脉冲布袋除尘器系统流程图。 图3.5 负压脉冲布袋除尘器系统流

40、程图2控制容 除尘器的控制容有清灰、卸灰、输灰和排灰，并要求设备能够进行单功与联动运转的控制。 为了设备单体调试时在除尘器现场进行手动操作，所以采用单动运转控制。 在联动运转的时候，除尘器的清灰系统通过差压或定时控制，并和刮扳机进行联锁。只有在刮扳机运转时，才可以清灰。清灰程序中脉冲阀喷吹的时间和清灰的周期能根据运行的状态进行调整。 顺序启动 ：从除尘器电气室或中央控制室发出运转指令，斗式提升机运行，1min后集合刮板输送运行，30s后切出刮板输送机运行。斗式提升机要与储灰仓料位控制器联锁，只有正常料位时斗式提升机才能启动。 顺序停止 ：从除尘器电气室或中央控制室发出停止指令，或储灰仓灰满的情

41、况下，系统开始顺序停机。首先切出刮板输送机停止，1min后停集合刮板输送机， 2 5min后停止斗式提升机 。切出刮板输送机停止运行同时。清灰系统、卸灰系统也停止运行。 事故停止 ：储灰仓料位到上跟位置或输灰设备发生机械故障，若15min后仍不消失，事故信号则按正常停机程序停止全部输灰设备，并向除尘器电气室与中央控制室发出故障信号。 图3.6 除尘系统PLC控制框图3、控制过程 1）清灰控制过程 采用负压吸人大气方式进行分室清灰。除尘器运行正常的时候，含尘烟气从灰斗入口短管进人除尘器，其中颗料较粗的粉尘就自然从灰斗中掉落，随气流上升较细的粉尘进人滤袋，由于筛分、钩住截留、碰撞等效应，粉尘就被阻

42、留在滤袋表面，而从滤袋出来的干净气体经排风管、 风机和排气筒排人大气中。当除尘器的粉尘不断积聚在滤袋外壁，滤袋的阻力就不断增加，在阻力达到设定值(1960Pa左右)后，各室就开始进行轮流清灰。清灰开始，首先是将排气口阀关闭，使滤袋室暂时处于无气流流通的静止状态这时脉冲阀将高压气体射出，吹落滤袋上的粉尘使滤袋外表面积附的粉尘层落人灰斗。每个室的脉冲阀并不是一起工作的，而是一个一个的依次工作，因为在脉冲阀射出高压气体的时候，高压气体的数量要受到压缩空气的压力的大小限制。当最后一个脉冲阀工作完毕后，打开排气口阀，恢复正常过滤状态，再进行下一个室的清灰。采用PLC 控制的喷吹清灰程序流程如图3.7 所

43、示图3.7 喷吹清灰程序流程2）卸灰、输灰、排灰控制过程 粉尘落入灰斗后，经过一段时间开始卸灰，首先打开双层卸灰阀下阀；几秒钟后，关闭下阀， 再打开上阀；几秒钟后，关用上阀。如此反复循环几次，最后灰斗振动器振动几秒钟，这个室卸灰结束。再进行下一个室的卸灰。卸灰的次序：先从靠近储灰仓第一个室开始卸灰(参见图3.8)，即第1、5室开始卸灰，然后第2、6室卸灰，最后第4、8室卸灰，这种卸灰方式使灰落人切出刮板输送机后，与时运到集合刮板输送机，不会因切出刮板输送机过负荷运转，造成断链的后果。如果除尘器灰量较大，室与室之间卸灰的时间间隔也需相应缩短。 在储灰仓附近，安装一台出灰操作箱供现场操作工人从储灰

44、仓往汽车上抽灰时使用。粉尘在储灰仓存一段时间后，容易造成压实，如果用振打器振打越打越实。为了克服这一缺点，最好的方法是在储灰仓上装松动装置。 图3.8 PLC执行程序的过程分为输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段，程序流程如图3.9所示 。 图3.9 程序流程图3）控制仪表、显示报警 为了测量除尘器的阻力，观察各室清灰效果，在除尘器上安装差压变送器，以取代u型管。总差压变送器的高压端取压口在除尘器入口位置，低压端取压口在除尘器出口位置。每个室差压变送器的高压端取压口在灰斗下方位置，低压端取压口在滤袋室顶部。总差压信号和每个室差压信号送人PLC机。用除尘器总差压信号控制清灰过程是：当总差压达

45、到设定的上限值时，从第l室开始清灰至第 n 室清灰结束。除尘器分室差压信号控制清灰过程是：当某室差压信号达到一定值时，这个室开始清灰，但是不容许两个室同时清灰。 除尘器清灰的效果与压缩空气的压力密切相关。为了保证压缩空气的压力值(正常时为0.5MPa)并能够随时观察压缩空气压力值，在压缩空气储气罐上安装一台压力变送器，当压力值低于0.4MPa时报警， 除尘器按照正常停机程序停止运行。 为显示储灰仓灰量，在储灰仓上安装一台锤式料位计，这种设备可以随时测出储灰仓灰量多少。当储灰仓料位到上限时，应进行报警，并按照正常停机程序停止除尘器运行。 输灰系统的设备如斗式提升机、集合刮板输送机、切出刮板输送机

46、的链条会因被某种硬物卡住以至拉断。为了防止断链现象发生，每台电动机控制回路加一个冲击电流继电器。其作用是，当电流超过设定值时，马上切断电动机电源，保证设备正常运行。 排气口阀、双层卸灰阀的关和开，都是使用碰撞式限位开关显示阀门的状态。由于除尘器现场条件差，限位开关常常碰不到位，易产生误动作，所以采用具有盘属外壳的户外型二线制感应式接近开关代替碰撞式限位开关。 3.5.2 风机控制 风机系统包括风机入口调节阀、液力偶合器和电机等主体设备与辅助设备。 现场操作箱设有“手动”和“联动”模式选择钮。“手动”和“联动”信号送至PLC。在“手动”档时进行现场单动操作，其中除主电机外的所以用电设备均可直接单

47、独启停，而主电机单动仍受PLC的控制，即只有在具备风机启动的必要条件时才能允许风机启动。在“联动”档时，可在电气室或炉前操作室实现风机区域联动或全系统联动。 风机仪表柜可实现风机系统工艺参数显示以与轻重故障报警的灯光显示。其中风机旋转、辅助油泵出口压力、冷却水流量、风机入口调节阀、勺管位置以与模拟信号送至PLC，其余均以无源开关接点信号送PLC。风机“运转”的无源接点指令信号至风机高压配电柜，并由配电柜返回运行状态与故障信号。4 系统配置4.1 硬件配置4.1.1除尘系统硬件配置1)烟气捕集罩：集中收集出铁场散发的烟气，让产生的烟气尽量通过捕集罩进入除尘器净化，提供除尘效率，让出铁场外烟尘浓度

48、达到最低。2)布袋除尘器：他利用纤维性滤袋捕集粉尘的除尘设备，其主要功能是将收集来的烟尘进行过滤、清灰，过滤后的粉尘通过输灰设备运走，被净化的气体通过烟囱排入大气中。3） 脉冲阀：其功能是喷出高压气体喷吹滤袋上的粉尘，使粉尘落人灰斗。4） 电动冷风阀：当除尘器入口温度超过限定温度时，电动冷风阀阀门打开，混和低温空气降温，以保证除尘器安全生产。5） 双层卸灰阀、灰斗振动器：双层卸灰阀和灰斗振动器的配合工作来完成对灰斗灰的卸灰工作。6） 出灰操作箱：供现场操作工人从储灰仓往汽车上抽灰时使用。7） 储灰仓：对灰进行占时储存的作用。8） 差压变送器：测量除尘器的阻力，观察各室清灰效果。9） 温度传感器

49、：监测烟气温度，并将温度传给PLC。10） 压力变送器：可以测量压缩空气的压力值，并能够随时观察压缩空气压力值。11） 锤式料位计：可以随时测出储灰仓灰量多少，并显示储灰仓灰量。12） 斗式提升机；13） 集合刮板输送机；14） 切出刮板输送机；15） 冲击电流继电器：其作用是，当电流超过设定值时，马上切断电动机电源，保证设备正常运行。16） 户外型二线制感应式接近开关：显示排气口阀、双层卸灰阀阀门的关和开的状态。17） 风机仪表柜：可实现风机系统工艺参数显示以与轻重故障报警的灯光显示。18） 风机入口调节阀、液力偶合器和电机；19） 设备运转状态信号指示灯； 20） 设备故障指示灯；21）

50、储灰仓料位指示灯； 22） 故障音响与报警；4.1.2 PLC的硬件配置本系统采用德国西门子PLC S7 300 系列，3个机架排列模块。1.S7-300的功能特点：1）高速的指令处理 指令的处理时间0.6s以下，最短可达0.1s.2）浮点数运算 使用该功能可以实现更为复杂的算术运算。3）方便用户的参数赋值 软件工具带有标准用户接口，可以给所有模块进行参数赋值。4）人机界面（HMI） 方便的人机界面服务集成在S7-300操作系统，因此对人机对话的编程要求大为减少，SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中获取数据， S7-300操作系统按用户指定的刷新速度自动地进行数据的传送，供人机界面

51、（HMI）动态显示。5）诊断功能 CPU具有智能化的诊断系统，可以连续对系统的功能是否正常、记录错误与系统的特殊事件进行监控。（如超时、模块更换等）6）口令保护多级口令保护可以有效地保护其系统安全、防止未经授权的修改和复制。7）操作方式选择开关 CPU模块上有操作方式选择开关操作方式选择开关像钥匙一样可以取出，当取出时，就不能改变操作方式，从而防止非法地删除或改写用户程序。2.CPU模块 CPU模块选择CPU 315 2DP置16kb 的工作存储器，选用可拔插的4M b装载存储器，全面备份程序、用户数据和组态信息。2个接口模板(IM 360361)用来在机架之间传递总线，安装到特定的槽位。CP

52、U模块上有状态与故障显示 SF（红色）：系统出错/故障指示灯。CPU硬件或软件错误时亮。 DC5V（绿色）：5V电源指示灯。CPU和S7-300总线的5V电源正常时亮。 FRCE（黄色）：强制作业有效指示灯。至少有一个I/O被强制状态时亮。 RUN（绿色）：运行状态指示灯。CPU处于“RUN”状态时亮；LED在“Startup”状态以2Hz频率闪烁；在“HOLD”状态以0.5Hz频率闪烁。 STOP（黄色）：停止状态指示灯。CPU处于“STOP”或“HOLD”或“Startup”状态时亮；在存储器复位时LED以0.5Hz频率闪烁；在存储器置位时LED以2Hz频率闪烁。 BUS DF（BF）（红

53、色）：总线出错指示灯（只适用于带有DP接口的CPU）。出错时亮。 SF DP：DP接口错误指示灯（只适用于带有DP接口的CPU）。当DP接口故障时亮3.电源模块 电源模块采用PS 307 5A，PLC的供电电源选用220VA C 不间断电源UPS供电。7. 信号模块（SM） SM使不同级的过程信号电平与S7-300的部信号相匹配，包括数字量模块、模拟量模块。 模拟量输入分为温度模块2个， 6ES7 3317NF000A B0。压力模块2个，6ES7 3317PF000ABO。数字量输入模块3个，6ES7 3211BL000AA 0。数字量输出模块10个，6ES7 3221BL000AA 0等。

54、8. 通信处理模块（CP） 用于连接网络。6. 接口模块（IM）用于中央机架（CR）到扩展机架（ER）的连接。4.2 软件设计与系统具体控制程序采用梯形图语言编制，将程序分为独立、单个的程序段，每个程序段放在不同的逻辑块中，完成不同的功能。逻辑块的类型有多种，包括功能块(FB)、组织块(OB)、系统功能(SFC )、系统功能块(SFB ) 、功能(VC )、数据块(DB )，当CPU通电工作时，就启动组织块OB100自动运行一次，在O B100中将初始值赋予所需参数。在完成启动后，不断循环地调用组织块OB1， 在 OB1中调用已写好的程序功能块。因为系统的输出输入信号一般都多于400个，而每室

55、的动作联锁一样， 所以编制程序时采用公用块编写，这样每个室要动作时只需要调用公用块，从而减少了大量程序的编写，有利于调试和进行更改。功能块分为流量压力功能块，温度转换功能块，卸灰功能块，脉冲功能块，公共括板机功能块。转换模拟量流量压力时，通过调用系统功能块FC105来将420mA电流信号转换成模拟量数值。在卸灰功能块中，采用的编程方式是步进梯形指令，对每室的卸灰进行顺序控制。而脉冲功能块，采用的编程方式是时钟发生器，即两个时间继电器交替得电， 其中一个时间继电器的得电时间就为脉冲时间。PLC执行程序的过程分为输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段，图4.1为除尘系统自动工作方式控制流程图。

56、电动冷风阀，通过混入冷空气来使烟气的温度降低。它的控制主要采用自动和手动的控制方式。进行自动控制的时候，当除尘器的进口处的温度传感器和吸口处的温度传感器监测到的烟气温度比设定的温度值的上限值还高时，PLC便动作，将电动冷风阀开启。由PLC对电动冷风阀的开关进行控制，可使进入除尘器的烟气温度得到精确的控制，从而可以确保布袋除尘器的安全。手动控制是由操作工在 PC画面上通过按钮控制，由PLC输出的信号来控制冷风阀的开、关。诊断故障的方法为：在自动卸灰的过程中，阀门的开关位信号很可能与期望值不一样，造成这样的结果，主要是因为控制电磁阀不能可靠动作。虽然PLC已将动作指令发出，但是执行机构没有响应，造成这样的原因可能是电磁阀烧坏或者是气源没有被打开。其中接近开关发生故障引起的无信号或双信号是故障率最高的，对于在执行的过程中导致的PLC不