基于PLC控制的扁布袋式除尘系统在平庄煤矿的应用.pdf

第 1 期 煤 质 技 术 2 0 1 6 年 1 月 基 于 P L C控 制的扁布袋式 除尘 系统在 平庄煤矿 的应用 李洪奎，徐东林，史振奎，宋 雨，江恩龙，孙生旭 丹 东东方测控技 术股份有 限公 司，辽宁 丹 东 1 1 8 0 0 2 摘 要 结合 目前常用的除尘方式及特 点，依据元宝山露天煤矿选煤厂的具体情况，提 出了 1种基 于 P L C 自动控 制 的扁 布袋 式 除尘 系统 ，从 P L C选 型 、设计要 求 、低 压控 制 系统 的组 成及 功 能 、定 时清灰、压差清灰 、卸灰、温度检测与控制、监测措施、控制方式、低压控制柜可靠性设计等方面 阐述了控制组成 ，并从除尘装置的设计 、除尘器主体设计、除 尘器的表 面防腐处理 、机组安装、 调 试及 试运行 等 方面探 讨 了扁布 袋 式除 尘 系统设 备 设计及 要 求 ，结合 该除 尘 系统在平 庄煤 业元 宝 山 露天煤矿选煤厂的应用效果 ，指 出采用具有高可靠性和稳定性的 P L C控制 系统 ，可将计算机技术 和 现场控 制技 术应 用 于除 尘领域 。 关键 词 除 尘 系统 ；P L C控 制 系统 ；选煤 厂 ；设 计要 求 ；压 差清灰 ；温度检 测 ；监 测措 施 中图分 类号 T D2 7 3 ；T D7 1 4 ． 4 文献标 志 码 B 文章 编号 1 0 0 7 7 6 7 7 2 0 1 6 0 1 0 0 5 7 0 4 Ap pl i c a t i o n o f f l a t b a g t y p e o f d u s t r e mo v a l s y s t e m ba s e d o n PLC c o nt r o l i n Pi n g d i ng s h a n c o a l mi n e L I Ho n g k u i ，XU Do n g l i n，S HI Z h e n ～ k u i ，S ONG Yu， J I ANG En l o n g，S UN S h e n g X U D a n d o n g E a s t Me a s u r e me n t a n d C o n t r o l T e c h n o l o g y C o r p o r a t i o n L t d． ，Da n d o n g 1 1 8 0 0 2 ，C h i n a Ab s t r a c t Comb i ni ng wi t h t h e U s ua l d us t r e m o v al m e t h ods a nd t he i r c h a r a c t e r i s t i c s c ur r e n t l y， a nd ba s e d on t he s p e c i f i c c i r c ums t a n c e o f Yu a nl u c oa l pr e pa r a t i on pl a nt， f l at ba g t y p e o f dus t r e mo va l s y s t e m ba s e d on PLC a ut oma t i c c o nt r ol wa s p r o p o s e d ， t h e c o n t r o l c o n s t i t u t i o n wa s d e mo n s t r a t e d f r o m a s p e c t s s u c h a s PL C s e l e c t i v i t y， d e s i g n r e q u i r e m e n t ， l o w p r e s s u r e c o n t r o l s y s t e m c o n s t i t u t i o n a n d f u n c t i o n s ， f i x e d t i me d u s t r e mo v a l ， d i f f e r e n t i a l p r e s s u r e d u s t r e mo v a l ， d u s t u nl oa di ng，t e mp er a t ur e t e s t a nd c on t r o l ， mon i t or i ng c o nt r o l ， c on t r o l me t ho d a nd r e l i a b i l i t y d es i gn of l o w pr e s s u r e c o nt r ol c a bi ne t ，mo r e o v er ， f r om a s p e c t s l i ke d us t r e mo va l e q ui pme nt d e s i gn， mai n bo dy d e s i gn o f dus t r e mov a l ma c hi n e， s ur f a c e a nt i s e pt i c t r e a t me nt o f d us t r e m o v a l mac hi ne， u ni t i ns t a l l a t i o n， d eb ug gi ng a n d t e s t r un，t h e de s i g n a nd r e qu i r e me nt s o f f l a t b a g t y p e o f d u s t r e mo v a l s y s t e m e q u i p me n t ，a n d c o mb i n i n g wi t h a p p l i c a t i o n e f f e c t i n Pi n g me i Yu a n l u c o a l p r e p a r a t i o n p l a n t o f t h i s dus t r e mov a l s ys t e m ，i t wa s i nd i c a t e d t h at t he PLC c o nt r o l s ys t e m whi c h ha d hi gh r e l i a b i l i t y a n d s t a bi l i t y s ho ul d be a d opt e d， a n d t h e c o mp u t e r t e c h n o l o g y a n d s i t e c o n t r o l t e c h n o l o g y c o u l d b e u s e d i n t h e d u s t r e mo v a l f i e l d ． Ke y wo r d s dus t r e mov a l s y s t e m ； PI C c o nt r ol s ys t e m ；c o a l pr e pa r a t i o n pl a nt ； d e s i gnr e q ui r e me nt s ； d i f f e r e nt i a l pr e s s ur e dus t r e mov a l ；t e mpe r a t u r e de t e c t i on；mo ni t or i n g f a c i l i t i e s 0 引 言 近年来 ，随着我国工业现代化的快速发展 ，排 放到空气中的粉尘量自然增多，粉尘污染造成的环 境问题也越来越引起政府的重视 ，如大气环境标准 及大气排放标准不断提高 ，在环境标准方面也已提 出 P M2 ． 5的控制 标准 。 在处理粉尘污染的问题上 ，各环保企业纷纷献 计献 策 ，而 P L C 自动 控 制 的 除 尘 系 统 在 节 能 、增 效的优势上力争做到最优化的除尘处理 。以下结合 目前常用的除尘方式及特点 ，依据 内蒙古平庄煤业 集团元宝山露天煤矿选煤厂的具体情况，提 出 1种 基于 P L C 自动 控 制 的扁 布 袋 式 除 尘 系统 ，从 P L C 选型 、设 计要求 、低压控 制 系统 的组 成及功 能 、定 时清灰 、压差清灰 、卸灰 、温度检测与控制 、监测 措施 、控制方式 、低压控制柜可靠性设计等方面阐 述控制组成，并从除尘装置的设计 、除尘器主体设 计、除尘器 的表 面防腐处理 、机组安装 、调试及 试运行等方面对扁布袋式除尘系统设备设计及要求 进行探讨。 1 控 制组成 1 ． 1 PL C选型 在 P L C选型上，经反复对比后选用德国 S I E ME NS公 司 的 S I MATI C S 7 3 0 0系列 的 c p u 3 1 5 2 d p可编程序控制器 _ 1 ] 。S 73 0 0系列 P L C可提供 解决 成套 控制 任务 的能 力和灵 活性 ，具 有功 能丰 富 的指令集 、高级 的编程工具 以及 品种繁 多的 O 5 7 第 1 期 煤 质 技 术 2 0 1 6 年 1 月 模块 ，能满足各种行业的控制任务_ 1 ] 。 1 ． 2 设计 要 求 1 电 源 。袋 式 除 尘 器 电 源 为 交 流 3 8 0 V ／ 2 2 0 V，5 0 Hz ，三 相 四 线 制。 当 电 源 电 压 在 5 ～1 0 范 围内变化 时 ，所 有 电气 设 备和控 制 系统 即能正常工作 。所有 电气设备均有安全 保护 装置 ；需要的电气及控制设备均 留出接地 用的连 接 端子 。 2 电机 。除 尘 器 系统 上 所 采 用 的 电机 均 符 合国家标准和 I E C标准 ；所选 用的电机型式与其 所驱动的设备 、运行条件 、使用环境和维修要求相 适应 ；阀门和档板电机 ，其堵转 电流不超过 电机额 定电流的 8倍 ，为应用于煤粉除尘，所有电机采用 符合国家标准的防爆型电机。 3 控制装 置能 防尘 、防水 、防 小动 物进入 ， 以确保 设备 的安全 性 与稳定 性 。 4 控制机柜有足够的强度和刚度 ，不易变 形 。 5 控 制 系统 的 O 点 留有不 少 于 1 0 的冗 余 量 。 6 当机柜 内温度 传 感 器 检 测 出热 量 超 过 允 许温度时，自动启用通风系统 ，以降低温度 ，保证 内部元件 的正常运行 ，其控制开关 具有 启动 一停 止 一自动的选择功能。 1 ． 3低 压控 制 系统 的组成及 功能 在系统控制程序中包括定时 、压差混合的清灰 控制程序 ；定时、料位的自动卸灰控制程序 ；低压 控制 系统 主要 有吸 尘 、清尘 、卸灰 、温 度检测 、破 袋检漏 压力检测等控制系统所组成。 1 ． 4定 时清灰 当除尘器工作一段时间后 ，滤袋外侧的灰层厚 度增加 ，其阻力亦增大 ，此时应对滤袋进行清灰处 理。由 P I c发 出控制信 号，通过振打传动机构对 滤袋进行对拍振动，抖落积附在滤袋外侧 的灰尘 ， 以恢复滤袋的过滤功能 ，使 除尘器保持在 良好的工 作状 态 。 1 ． 5压 差清灰 压差 清灰是 通过 在 除尘器 进 出 口的压 差变 送器 来控制 ，当压差变送器的检测值大于设定值时，则 执行 压差 自动 清灰 系统 ，压差 自动 清灰 系统程 序如 图 1所示 。 1 ． 6 卸 灰 除尘器 的卸灰方式可分为定时 自动卸灰及高 、 5 8 图 1 压 羞 自动清 灰 系 统程 序 低料位 自动卸灰 ] 。丹东测控公司采用的是定时卸 灰和高料位卸灰方式。所谓高料位卸灰指的是当低 压控制系统检测到某一灰斗高料位信号时，延时一 定时间后启动相应的卸灰装置 ，而当料位低于低料 位时停止相应的卸灰装置。为避免料位计损坏或误 报而导致灰斗堵灰 ，又加入定时自动卸灰功能 ，以 保证系统能够进行 自动卸灰 ] 。 1 ． 7温度检 测 与控 制 温度采集处理单元 由温度传感器 、热 电阻全隔 离信号变送器等组成 ] 。温度传感器采用铂热电阻 P t l 0 0 ，将进出口粉尘的温度信号转换为电阻值 ] ， 经热 电阻全隔离信号变送器转换成标准的 4 mA～ 2 0 mA 电流信号 ，送到 P L C的模拟量输入模块 中， 供 P L C分析 处理 用 。 除尘器的工作温度如果超过 了 6 0。C，则 P L C 将切断运行中的除尘器 电源 ，并输出报警信号提示 工作人员对其进行检查处理 ，避免 出现温度过高导 致滤袋使用寿命下降等情况 ，待温度降至正常温度 范 围 内时再复 位 启动运 行 。 1 ． 8 监测措 施 为了保证 除尘 系统 的正常运 行及提 高除尘 效 率 、节 省能源 ，在 系统 上设置 一些 必要 的仪 表监 测 措施 ，设计有除尘器进出口压差 、除尘器进 口和出 口温 度 以及风 机 的一些 检测 息 风机 轴承 、电机 轴承温度 、电机电流等 。 1 ． 9控 制方 式 由于除尘 系统 控制 柜体 设备 与现场 设 备的距 离 较远 ，为便 于设备的调试 与检 修 ，增设就地 操作 箱 3 ] ，包括除尘系统上的吸尘 电机 、卸灰阀以及振 第 1 期 煤 质 技 术 2 0 1 6年 1 月 打电机等启停操作。操作箱上设有转换开关 ，可实 现就地与远程间切换 ，当设备切换至远程状态时为 P L C自动控制和上微机操作 ，方便简单。 1 ． 1 0低压 控 制柜可 靠 性设计 应 用于 工业 现场 的低 压控 制 设备可 靠性 设计 涉 及电器元件的选型 、结构和总体设计等各个方面 ， 为提高设备的可靠性与稳定性 ，可在低压程控柜的 设计过程中采用了屏蔽 、隔离 、接地等多项可靠保 证 措施 l 3 ] 。 2 除尘系统设备设计及要 求 除尘器进入选煤厂 ，主要是对在煤炭的破 碎、 筛分 、胶带输送过 程 中所产生 的粉尘进行 收集 处 理。而在元宝山露天煤矿选煤厂所做项 目主要包括 振动筛 、刮板机及胶带输送点的粉尘处理。 2 ． 1 除尘器 组成 除尘器由除尘器箱体 、风机 、自动清灰系统 、 检修门、喷淋 、密封系统等构成。 2 ． 2工作原 理 振动筛及刮板机工作过程中产生大量粉尘 ，除 尘器开始工作时 ，利用除尘器的离心风机在密闭空 间内形成负压区，将含尘气体吸入除尘器内，除尘 器内设置多条过滤滤袋 ，含尘气体通过滤袋 ，粉尘 被 阻挡分离 ，净化后的气体再经风机排出。当滤袋 表面粉尘增多 ，阻力值到达预定值时 ，控制系统通 过压差传感 器的反馈信 号进行判 断，停止吸尘 风 机 、同时启动清灰系统对滤袋进行敲打 ，使吸附在 滤袋上的粉尘抖落掉 ，经过密封的卸灰管道直接到 达下料口。即始终保持滤袋的良好过滤性能 ，又不 会产生二次扬尘。 2 ． 3 除 尘装 置 的设计 根据振动筛工作原理和现场实际情况 ，进行除 尘装置的设计 、安装 ，充分考虑到煤粉的可燃可爆 性及振动筛检修 、更换 筛网等 问题 ，特 做如下 设 计 1 采用防爆扁布袋除尘器及防爆控制箱 。 2 防爆袋式除尘设备规格。防爆除尘器根据 不 同的使用点及不同的滤袋方式 ，组成多种不同规 格 。 3 采用伸缩胶板软连接方式对振动筛进行密 封 。 4 筛体前后面 由于没有振动，采用铁板 ，进 行密封。 5 由于刮板机为内部移动输料 。采取了机头 机 尾双 除尘 器 ，并 在机 尾处 增 加了 喷淋设 施 ，进一 步保证了刮板机的除尘效果 。 2 ． 4 扁 布袋 式 除尘 器的 主体设 计 1 扁布袋式除尘器的滤袋为上插型 ，更换方 便 。 2 采用扁布袋过滤形式 ，较其他布袋除尘器 体积较小 ，可节省空间且安装方便。 3 清灰方式为振打清灰 ，不需辅助设施 ，且 维修率低 。 4 除尘滤袋为防水防油防静电针刺毡 ，在净 化粉尘时不会发生静电、火花而引起爆炸 。 5 所有 电机均为防爆型。 6 清灰采用自由落体式 ，在滤袋被敲打过程 中抖落下的灰尘直接下落至 胶带 ，不需要 二次清 理 ，节省人力。 7 除尘滤袋骨架制造质量的高低 ，直接影响 滤袋的使用寿命 ，亦影响除尘器运行效果和 日常维 护工作量 、费用。采取 以下措施 ① 除尘骨架的 材质为边框 8不锈钢 ，内网为 2 mm粗不锈钢丝 ， 经特殊工艺制成厚 2 c m片状丝网；② 除尘骨架接 头采用电焊机一次成型 ，焊点光滑 ，均匀牢固 ，无 脱焊 、虚焊和漏焊等现象 ，骨架强度高 ；③ 除尘 骨架的整 片钢丝分布均匀 ，并有足够 的强 度和刚 度 ，防止损坏和变形 ；④ 除尘袋 笼采 用扁形 ，表 面防锈处理 ；⑤ 现场控制箱采用防爆式 ，分有 自 动和手动两种 ，可 自动集中控制除尘系统的全部设 备 ，也可切换到手动控制 ，就地启停设备 ；⑥ 布 袋式除尘器设有防爆报警装置 ，当除尘器收尘室 内 温度高于温度设定值时 ，切断设备 电源及发出声光 报警。 2 ． 5 除 尘器 的表面 防腐 处理 因除尘器的外表面承受风 、雨的 自然侵蚀 ，内 表面长期处于高温酸性气体中，因此 ，对除尘器的 表面防腐处理显得尤为重要 ，如除机加工件外，所 有部件经酸洗处理后作喷砂 抛丸除锈 ；表面处 理后元件喷涂户外漆，防腐耐用。 2 ． 6 机组 安装 1 机组安装采用振动筛上方搭建除尘器平台 方式 ，在平 台上方 直接安装 除尘器 及其他辅助装 置 。 2 根据振动筛的工作原理 ，对振动筛进行密 封时采用伸缩胶板软连接方式。该方式连接 ，既能 59 第 1 期 煤 质 技 术 2 0 1 6 年 1 月 保证良好的密封效果 ，又不会因为筛体的振动而导 致连接处因为拉伸而撕裂破损同时也不会影响现场 设备 的正常 运转 。 2 ． 7调试 及试 运行 1 调试。在设备安装完成后 ，在运行前的调 试首先选择本地控制除尘器单体 现场不生产调 试。在对除尘器控制箱进行相应的电路及连接检查 无误后。进行除尘器运行调试。除尘器启动后 ，风 机及振动电机能够按 照设定的时间进行工作运行 ， 且无故障出现 ，除尘器单体调试完成。运行后再次 进行带负载 现场生产 中调试 ，除尘器运行后振 动筛周围没有粉尘外溢 ，室内粉尘度明显下降 ，除 尘效果明显 ，达到国家规定标准 。 2 投入运行 。设备安装调试完成后 ，即已经 投入使用 ，在现场生产使用期间 ，没有 出现粉尘泄 露及电气控制部分失灵等故障 ，除尘器系统运行正 常 ，除尘效果 明显 ，反映良好。 3 结 语 为了便于工 艺流程和设备状态 的分析 、操 作 决策 、故障诊断 、避免操作管理人 员的疲 劳 ，采 用具有高可靠性和稳定性的 P L ， C控制系统 ，把 计 算 机 技 术和 现 场 控 制 技 术 应 用 于 除尘 领 域 。基 于 P I c控制 的扁布袋 除尘控制 系统在 2 0 1 4年 8月 份在 内蒙古平庄煤业集 团元宝 山露天煤 矿选煤厂 投入运行 ，实践证 明该系统功能 完善 、性能可 靠 、维修方便 ，使 吸尘 、清尘 、卸尘 全过程 实现 自动控制 ；采用 P L C对实 时温度和压 差的控制 ， 使得除尘器 系统 的 自动化水平有 了更大提高 ，可 克服现有除尘 控制 系统的弊 端及减 少劳 动强度 ， 并避免人为操作方面 引发 的事故 ，具有 更大的先 进性 ，也为选煤厂取得 良好的运行技术 指标及利 于经济效益 的提高 ，在现今的除尘领域 有着较好 的应 用 前景 。 参考文献 E l i 焦玉雪，王玖 文，高隆建，等．s 7 3 0 0 P I C在 焦化 厂地面除尘站 脉冲 除尘 器的应 用 E J 3 ． 中国建设 信 息 ，2 0 1 0 9 4 14 3 ． E 2 ] 应玉 明． 电除 尘 器低 压 控 制 系统 的 开 发 [ D] ． 浙 江浙江工业大学，2 0 0 7 ． E 3 ] 陆伟宏，钱 怡松 ，倪成 德 ，等． 大型脉 冲 除 尘器 系 统控 制的设计与应 用 [ C ] ．中 国硅 酸盐 学会环保 学 术 年 会 论 文 集 ，2 0 0 4 ． 作者简介 李 洪奎 1 9 7 9 ，男 ，辽宁丹东人 ，工程 师 ，主要 从事厂矿除尘及除尘自动化研究工作。 收稿 日期2 0 1 5 - 0 9 2 5 上接第 5 2页 E 2 3 杨 昆．山西省各地 区工业基 于弹性 脱钩 方法 的绿 色经济评 价 [ J ] ．山西师范大学学报 自然科 学版 ， 20 15 3 6 9 7 6． [ 3 ] K u n i h i k o N i s h i o k a ．2 1世 纪的革命性 炼焦 工艺 E J ] ． 世界 钢铁 ，2 0 0 5 3 4 85 2 ． E 4 3 雷耀 辉 ．捣 固炼 焦 与 常规 炼 焦 对 比研 究 [ D] ．武 汉 武汉科技 大学，2 0 1 2 ． E 5 ] 朱 良均．捣 固炼焦技术 [ M] ．北 京冶金 工业 出版 社 ， 1 9 9 2 3 55 5． E 6 ] 胡德生 ，吴信 慈，戴 朝发 ．宝钢焦 炭强度预 测和 配 煤煤质控制 E J 3 ． 宝钢技 术 ，2 0 0 0 3 3 0 ． [ 7 ] 魏 宝忠 ，赵 洪荣，刘涛．不 同配煤 比和堆 密度 对焦 炭界 面 结 合 强 度 影 响 的 实验 研 究 [ J ] ．煤 化 工， 2 01 4，43 2 3 63 9． E 8 3 杨 昆，王永胜 ，刘翠玲 ，等 ．基 于因子 分析 法的 动 力煤品质 评价 和配煤 方案 E J 3 ．煤炭加 工与 综合 利 用 ，2 0 1 5 1 1 6 16 4 ． 60 刘 涛．不同 变质程 度煤 的热解特 性及 其共炭 化研 究 [ D ] ．马鞍 山安徽 工业 大学 ，2 0 1 3 ． 刘翠玲 ，杜 小方 ，武靖凯 ．清洁生产与 山西省焦化 工业发展研 究 一 [ J ] ．科技 情报 开发 与经 济 ， 2 00 1 123． 贺世泽 ，李双林 ．炼焦入 炉煤调湿技术在 太钢的应 用 E J 3 ．煤质技术 ，2 0 1 2 2 6 6 6 8 ． 武金 旺，郭茂林 ，梁建军 ，等 ．煤化工产 业专利信 息应 用 示 范 研 究[ J ] ． 山 西 科 技 ，2 0 1 4 3 11 0 1 1 2． 张彦钰 ，王永胜 ，王瑞 萍．山西省煤炭行 业节能减 排发展 研 究 E J 3 ．科技 和 产 业 ，2 0 1 5 9 2 6 28． 作者简介 王永胜 1 9 8 2 一 ，男 ，山西大 同人 ，助理研 究员 ， 2 0 0 5年毕业于山西财经 大学贸易经 济专业 ，目前在 山西省科 技情 报研究所从事科技期刊编辑和煤炭技术研究工作。 收稿 日期 2 0 1 6 0 1 0 8 叩 口