干式电除尘控制系统在转炉上的应用

1、2012-07-19#干#式#电#除#尘#控#2制01系2-0统7-在19转#炉#上#2#0的#1#2应-0用7-19#陈伟峰 ,吕铭 ,宋维亮 ,肖达(中加沈阳创思达自动化系统 工程部 ,辽宁 沈阳 110004) 摘 要 介绍了干式电除尘控制系统应用在转炉烟气上的控制难点 ,以成功应用在唐山贝式体钢厂的转炉烟气干式电除尘控制系统为例 ,介绍了转炉烟气干式电除尘的工艺流程 ,干式电除尘控制系统硬件 、软件构成 ,控 制系统的理念 、特点及优势 。 关键词 干式电除尘 ;转炉 ;通信 ;控制 中图分类号 TF345 文献标识码 B 文章编号 100027059 (2007) 022006220

2、3Application of dry electric dust cleaning control system in converter( CHEN Wei2feng ,LU¨Ming ,SONG Wei2liang ,XIAO Da( Engineering Department ,Cyclone Automation System Design Co Ltd ,Shenyang 110004 ,China)Abstract :Application difficulty of dry electric dust cleaning control system for exha

3、ust gas of converter is introduced. Take dry electric dust cleaning control system for converter exhaust gas in Tangshan Bainite Steel Factory as example ,technological process of dry electric dust cleaning for converter exhaust gas is pre2 sented ,and hardware and software construction ,control con

4、cept ,features and advantage of dry electric dust cleaning control system are described.Key words :dry electric dust cleaning ;converter ;communication ;control有几例 ,且完全由国外厂家完成 ,这主要是因为转炉烟气中含有煤气 、氧气等气体 ,用干式电除尘器 进行除尘极易产生爆炸 。由中加沈阳创思达自动 化系统自主研发的控制系统解决了上述 难题 ,于 2006 年 8 月在唐山贝式体钢厂 40 t 转炉上成功应用 。1 工艺及主要设备系统

5、主要构成及简要流程如图 1 所示 。0 引言随着环保意识的不断加强 , 环保要求的不断提高 ,烟 气 除 尘 在 钢 铁 行 业 的 应 用 已 比 较 普 遍 。 通常有重力 、旋风除尘 、袋式除尘 、湿式电除尘及 干式电除尘等几种方式 。其中干式电除尘器具有处理烟气量大 、除尘效率高 、适于高温烟气 、消耗 电能少 、运行费用低和维护管理方便等优点 。但 干式电除尘在转炉烟气上的应用实例非常少 , 只图 1 工艺流程Fig 1 Technics flow整个烟气流通由位于电除尘器出口的引风机带动 。具体流程如下 : 由转炉产生的高温烟气经2012-0 收7稿-日1期920#062#082#

6、14#; 修#改#稿#收#到#日#期#20#072#012205 012-07-19#2#0#1#2-07-19#冷却器主要由 25 m 高竖直罐体 、底部灰仓 、水枪 、高压蒸汽管路 、水管路 、氮气密封管路 、盲板阀 、卸 灰阀和料位计构成 。工作时 ,水管路来的水 、高压 蒸汽管路来的蒸汽经位于蒸发冷却器顶部的水枪 混合喷出形成雾状 。从顶部进入冷却器的高温烟气在 25 m 的行进过程中进行充分的热交换 ,达到 烟气降温目的 。水雾化效果越好 ,热交换越充分 。 转炉产生的烟气到达蒸发冷却器入口的温度约为1 000 左右 ,当 PLC 控制的水路和汽路压力 、流量 达到要求时 ,蒸发冷却

7、器出口温度可控制在 220 左右 。大颗粒烟尘由于重力和风机引力作用会落 入蒸发冷却器底部的灰仓中 ,含有大 、小颗粒烟尘 的高温烟气经过蒸发冷却器后成为仅含有小颗粒 烟尘的低温烟气 。此过程将吸收烟气中 45 %的烟 尘 。烟气从蒸发冷却器流出后经普通烟道进入电除尘器除尘 ,电除尘器由本体和供电变压整流装 置两部分构成 。除尘本体包括放电电极 、除尘电 极 、振打机构 、输灰机构 、灰仓 、卸爆阀 、卸灰电机 、 料位计 、气流分布装置 、高压绝缘装置和外壳等 。由 PLC 控制其电流 ,在两极间维持一个足以使气体分离的静电场 。含烟尘的烟气通过普通烟道进 入除尘器高压电场 ,在高压电场电离

8、的过程中 ,在 电场力的作用下 ,使带电尘粒向极性相反的电极 移动 ,沉积在电极上 ,从而将尘粒从含尘气体中分离出来 ,然后通过振打电极的方法使粉尘降落到 除尘器下部 , 此过程将吸收烟气中 55 %的 烟 尘 。 之后 ,烟气通过引风机 ,经过 O2 , CO 分析仪分析 。 如果 O2 ,CO 含量达到回收标准 ,通过回收阀进入 煤气冷却器冷却 ,煤气冷却器由 15 m 高竖直罐体 、水枪和水管路构成 。从冷却器底部进入的烟气被 顶部水枪喷出的水冷却 , 从而被降温 。冷却后烟 气温度将到达 100 左右 ,进入储气罐完成回收可 再利用 ,如果 O2 ,CO 含量未达到回收标准 ,烟气通

9、过放散阀进入放散塔放散至空气中 。2 控制系统网络结构根据生产需要 , 本系统应用 3 台工控机构成工业以太网 ,其中 2 台作为监控机 ,1 台作为工程 师站 ,如图 2 所示 。图 2 网络拓扑图Fig 2 Network diagramIPC1IPC3 工控机 13工 控 机 选 用 研 华 IPC610 , 有 较 高 的 防 磁 、防尘 、抗冲击的能力 ,并且便于维护 ,有专门电源 ,电 源有较强的抗干扰能力 。下位机采用 Simatic PLC S72300 组成 ,其中 1 台作为主站 ,另外 4 台作为从 站 。上位机 HMI 之间以及上位机与 PLC 主站之间冶金自动化 20

10、07 年第 2 期采用基于 TCP/ IP 协议的工业以太网络连接 ,网络电缆远距离采用光纤 ,近距离采用网线 ,使用交换 机技术 ,通信速率为 10/ 100 Mb/ s 。PLC 主站采用 以太 网 通 信 模 块 通 信 。本 系 统 PLC 之 间 采 用 Profibus2DP 网 。Simatic S7 所 采 用 的 CPU 内 置·63 ·高 达 12 Mb/ s 。从 站 采 用 的 是 ET200M , 配 置IM153 ,用于完成 Profibus2DP 的通信 。以组态软件 Simatic WinCC 为开发平台 , 开发 出统一的 HMI , 分别

11、安装在炉前主控室的两台监 控机上 ,用于过程值监控 、报表打印 ; 靠近除尘器的分控室的工程师站用于现场监控 、修改参数等 。3 过程控制要点根据工艺流程 ,控制要点包括风机 、蒸发冷却器温度 、电场 、振打 、切换站和煤气冷却器等控制 。3. 1 风机控制开始运行时风机保持一个固定转速 , 完成氮 气置换 ,带动烟气流通 。炼钢过程中因为工况不 同 ,则烟量不同 。可规定几个速度级 ,不同阶段使 用不同的速度级 。3. 2 蒸发冷却器温度控制蒸发冷却器温度控制比较关键 , 如果温度过 低 ,烟气 含 水 分 多 , 容 易 造 成 电 除 尘 器 极 板 间 拉 弧 ,损坏极板 ; 如果温度

12、过高 , 烟气进入普通烟道 和电除尘器时 ,会造成管道及设备老化加速 ; 如果 温度特别高 ,PLC 会发出停止冶炼信号 ,防止大量高温烟气进入普通管道而造成管道熔化 , 除尘器 损坏 。所以 工 艺 要 求 必 须 将 高 温 烟 气 迅 速 冷 却 后 ,再经普通管道至电除尘器除尘 。如果进入普 通烟道的烟气中含有大颗粒灰尘 , 时间长会阻塞 烟道 ,导致烟气不能正常流通 。所以在蒸发冷却器必须除掉大颗粒灰尘 , 它直接影响除尘器的工 作情况 。我们以蒸发冷却器出口的温度作为基准 控制点 ,安装在蒸发冷却器出口的热电阻将温度 信号传入 PLC , PLC 根据水枪雾化效果特性曲线 , 采用

13、 PID 调节输出控制阀门从而控制水路压力 、水路流量 、蒸汽压力和蒸汽流量 ,进而达到控制温 度的目的 。3. 3 电场控制电除尘器由四个电场组成 , 电场是除尘的重 要部位 ,控制时首先将电场二次电流调到一个适当值 ,在能达到较好除尘效果的情况下 ,这个值越 低越好 。这样即节约电能 ,又能降低 CO 爆炸危险 系数 。电场电压还要根据烟尘量做自动调节 , 当 烟尘量增大时 , 电场电压升高 ; 烟尘量减小时 , 电 场电压降 低 。电 压 高 时 会 使 电 场 易 产 生 拉 弧 现象 ,因此要控制电场不要有拉弧现象 ,否则易损坏 极板 。如电场频繁出现拉弧现象 , 则要降低存在果 ,

14、可适当提高其它电场电压 。在检修时需检查频繁出现拉弧现象的电场极板上的灰尘情况 。如 果烟气中 CO ,O2 浓度过高 ,同时电场发生较强拉 弧时 ,除尘器内会发生 CO 爆炸 ,卸爆阀会打开进 行卸爆 ,卸爆后卸爆阀自动复位 。每周出现 34 次小卸爆比较正常 , 对设备有利无害 。如卸爆阀 打开未复位 , 则须检查后 , 将其复位再进行生产 。上位机要监视卸爆阀复位情况 , 及时作出报警和 提示 。3 . 4 振打控制振打电机主要作用是振打掉吸附在极板上的 烟尘 ,需控制其自动间歇工作 , 如长期工作 , 将引 起灰尘刚被吸附又被振起的情况 , 不会顺利落入 除尘器底部 。如长期不工作 ,

15、 将引起大量灰尘滞 留在极板上 ,极板间距变小 ,易产生拉弧且除尘效果减弱 。控 制 的 具 体 时 间 根 据 烟 尘 量 的 大 小 得 出 。在除尘器底部的灰仓中装有上下料位计各 1 个 ,当灰到达高料位时 , 提示操作员卸灰 , 当灰到 达低料位时提示并自动停止卸灰 。3 . 5 切换站控制切换 站 由 CO , O2 分 析 仪 , 放 散 阀 , 回 收 阀 构 成 。分析仪将 CO ,O2 浓度转换为标准信号传送至 PLC 。PLC 将其与放散 、回收标准做比较 , 如符合 放散标准先关闭回收阀 , 同时打开放散阀 。如符 合回收标准先迅速关闭放散阀 ,缓慢打开回收阀 ,当管道内

16、压力与储气罐压力接近时迅速打开回收 阀 。阀开关的速度由 PLC 输出模拟量到阀比例放 大器进行控制 。3 . 6 煤气冷却器控制煤气冷却器控制比较简单 , 根据液位计自动 控制泵的起停 ,当液位到达设定的液位上限时 ,水泵停止 ,停止向煤气冷却器内供水 ; 当液位到达设定的液位下限时 ,水泵启动 ,开始向煤气冷却器内 供水 。从而保证了煤气冷却器内一定的液位 。3 . 7 HMI 功能HMI 对整个设备的工况完整监视 ,并有报警 、 打印和连锁保护功能 。首先 PLC 检查氮气压力 , 如压力 过 低 , 不 给 转 炉 除 尘 器 准 备 好 信 号 ; 其 次 PLC 检查电极温度 ,如

17、温度过低 ,则不允许电场上 电 ;除尘器各设备运行正常后 ,给出除尘器准备好信号 。炼钢过程中如出现蒸发冷却器出口温度过(下转第 67 页)·64 ·Metallurgical Industry Automation 2007 No 2镉 、砷的工艺要求 ; 二段净化应用 3 套 ,达到除钴 、锗 、镍 、锑的工艺要求 ; 三段净化应用 1 套 ,达到除 残余镉 、锗 、钴的工艺要求 。随着净化工序朝大型化 、连续化方向发展 ,增 加锌粉定量给料机给净化工序带来如下好处 : 很好地满足了连续净化生产方式的工艺要求 , 而且 过程控制及调整简单 、方便 、快捷 , 使技术条件

18、控 制较为稳定 ;在满足生产工艺条件的情况下 ,有效 地降低锌粉单耗 (每吨锌降低 13 kg ,每年 10 万 t 锌即降低 100300 t 的锌粉) ,实现产品成本的降低 ,并减少了各种净化渣的产出量 ,减少了镉工段渣处理量) ; 实现了锌粉给料的自动控制 , 改善了劳动环境 ;有效降低了锌粉的吊装次数 ,原来用小 桶 (80 kg/ 桶) 吊 装 , 加 装 定 量 给 料 机 后 改 用 大 桶(800 kg/ 桶) 吊装 ,每天用大桶吊 18 桶 , ( 如用小桶 需 180 桶) ,减少吊装次数 162 次 。延长了设备的使用寿命 ,降低了操作工的劳动强度 。 本系统 自 调 试

19、 成 功 、投 入 运 行 以 来 , 工 作 正常 ,性能稳定 ,实现了净液工序锌粉连续加料的自 动计量 ,保障产出合格的新液 ,使曲靖冶炼厂锌系 统的自动化水平跨上一个新的台阶 。 编辑 :夏 宁 (上接第 55 页)表 1 自耗电极焊接效果Tab 1 Effect of electrode welding一条焊缝焊接时间/ min一根电极的平均焊接时间/ min平移 、旋转的启动时间/ s平移 、旋转的停止时间/ s焊缝对中偏差/ mm比较内容改造前改造后809050601050 . 40 . 10 . 50 . 151该项目 2005 年 11 月竣工 ,系统运行至今各种控制功能可靠

20、、正常 ,维护量大大降低 。现场操作 人员反映夹具调节灵敏 , 自耗电极断裂情况大大 减少 ,成品率提高了近 1 % ,同时也降低了工人的 劳动强度 。 参考文献 1 王常力 ,罗安. 集散控制系统选型与应用 M . 北京 :清华大学出版社 ,1996. 编辑 :夏 宁 (上接第 64 页)高 ,或风机停转 , 或润滑油压力过低等异常情况 , PLC 将给转炉控制系统停止吹炼信号 。4 现场执行 、检测电气设备PLC 控制方式的有效执行基于现场仪表的准确反馈和执行机构的正确反应 。所以现场设备的 好坏决定了整个系统的成败 。关键数据需要重复验证 、检测 ,例如安装了 2 个检测蒸发冷却器出口 温度的热电阻 ,当 1 个热电阻失效时 ,系统可识别 到另 1 个 , 系统给出提示后仍能