陶瓷膜除尘器控制系统的选择及应用

张 振，李 亮，李培显，徐传伟，张久美

（山东工业陶瓷研究设计院有限公司，山东淄博 255200）

1 陶瓷膜除尘器控制系统概述

陶瓷膜除尘器控制系统延续了袋式除尘器的控制方式，并具有陶瓷膜除尘器本身特点，更倾向于高温高压的现场环境。与袋式除尘器控制相比，陶瓷膜除尘器控制系统更注重控制系统的喷吹能力、各项参数检测与报警，减少滤芯损害，增加滤芯寿命。

陶瓷膜除尘器控制系统由控制装置和被控对象两大部分组成。其中控制装置包括PLC、脉冲控制仪、上位机等，被控对象则主要为脉冲阀、风机、测量仪表、喷吹气体加热装置、灰仓卸料装置等。

控制过程中，控制装置依靠测量仪表数据反馈，控制脉冲阀开闭、风机转速以及加热装置的温度等。

2 陶瓷膜除尘器控制系统及控制装置的选择

2.1 陶瓷膜除尘器控制系统

陶瓷膜除尘器控制系统主要用于清除附着在滤芯表面的固体颗粒。控制系统通过控制反吹脉冲系统，使得反向喷气在预先设定的压降或时间内，将滤芯表面灰层清除。电气控制的选择不仅取决于高截留效率，还取决于除尘器长期压降的稳定。

反吹过程需预设定反吹参数。控制系统分为时间型、压降型和时间与压降配合型3种控制系统。时间型是根据时间控制阀门动作，压降型则根据差压变送反馈控制电磁阀动作，而时间与压降配合型主要由差压变送定值分阶段控制阀门动作。

2.2 除尘器控制装置

除尘器控制装置分为如下几种：时间继电器控制仪，主要由时间继电器和中间继电器构成，接线较为繁琐、控制方式单一、抗干扰能力差，已逐渐被淘汰。脉冲控制仪，主要由脉冲控制仪和压差控制仪构成，接线较为简单、抗干扰能力较强、根据压差大小激活脉冲动作。PLC 人机界面（触摸屏）主要由人机界面和PLC 可编程控制器组成，通用性好、功能强大、操作方便、可实时监控数据、可实现分阶段控制喷吹。上位机控制主要由工控机控制PLC可编程控制器，脚本编写容易、方便执行多个设备控制动作、数据采集方便、可集中管理。

2.2.1 脉冲控制仪

依靠脉冲控制仪控制阀门动作，可以根据要求增添压差控制。时间控制根据工艺设定时间参数完成控制，压差控制根据压差增减激活脉冲控制仪，脉冲控制仪控制各阀门动作。

当压差控制仪测定压差变送达到设定值时，压差控制仪触发脉冲控制仪控制电磁阀开闭，从而实现控制。

例如：东岳高分子除尘项目中的应用。

主要监控设备：脉冲阀8 个、压力变送器1 台、料位开关2个、卸料装置1套。

控制方式：控制柜设有手动、自动两种控制方式，依靠脉冲控制仪和压差控制仪配合工作。

手动控制：将面板上“手动/自动”转换开关拨到手动位置，分别旋转手动旋钮进行手动操作。

自动控制：将面板上“手动/自动”转换开关拨到自动位置，按设定的压差值自动工作。当实际压差值达到设定值，脉冲控制仪动作，8个脉冲阀循环反吹，具体脉冲宽度和脉冲间隔可以根据实际情况修改。

2.2.2 压差控制仪

压差控制器与脉冲控制器相互耦合。压差控制器主机采用ATMEL 单片机，可减少外围元器件，提高系统可靠性。

2.2.3 PLC人机界面控制（触摸屏）

PLC 控制较为简单，适用于不需要经常修改的参数。需要经常修改相关参数可选用PLC人机界面控制。上位机控制系统应用于较为复杂的控制当中。

PLC 人机界面控制可实现操作人员与PLC 之间对话。人机界面采用西门子的smart7，WinCC flexible 组态。各项参数可在触摸屏上进行修改、监控。此控制比较人性化，方便对阀门动作时间、间隔压力压差进行监控及修改。人机界面是操作人员与PLC的双向沟通桥梁，其可靠性与PLC 的可靠性相同。

例如：金陵化工有机硅除尘项目中的应用。

主要监控设备：角座阀4个、气动球阀4个、压力变送器1台。

控制流程：各阀门初始状态进出口、反吹口1～4为常开，其余各阀为常闭。过滤过程，初始状态为过滤过程，过滤一定时间后进入喷吹阶段。喷吹过程，进口、出口气动阀关闭，反吹口1～4阀、冲压氮气口气动阀打开，冲压至设定值反吹1～4 阀、冲压氮气口关闭，排灰口打开2min（排灰时间可调），冲压氮气口打开、反吹口角座阀快速打开/关闭（喷吹时间3s，间隔10s，可调），喷吹完毕关闭排灰口，回复初始状态。如图1所示。

图1 WinCC触摸屏画面

控制方式分为手动模式和自动模式。

手动模式：按下手自动切换按钮，运行状态显示为手动时，可进行手动的单独控制，分别按下各个阀的开阀、关阀按钮，可以对各个阀进行单独的开关控制。当阀门颜色变为绿色代表已经打开，阀门颜色为红色代表为关闭状态。

自动模式：按下手自动切换按钮，运行状态显示为自动时，系统进入自动运行状态。根据工艺要求分别设定喷吹角座阀1动作时间，角座阀1、2动作间隔时间，角座阀2动作时间，角座阀2、3动作间隔时间，角座阀3动作时间，角座阀3、4动作间隔时间，角座阀4动作时间。当系统收到启动（运行）控制信号时，出口气动阀和进口氮气气动阀得电关闭，喷吹氮气阀打开，当压力达到设定值时排灰阀打开，同时角座阀1、2、3、4关闭，卸料完成后，角座阀1、2、3、4按照设定的时间逐一打开后关闭，进行喷吹，喷吹完成后各个气动阀回复初始运行状态，整个动作完成。

在自动状态下，手动控制不起作用；在手动状态下，即便上位下发自动运行信号，系统也不会执行自动运行。

2.2.4 上位机控制

上位机控制是通过现场总线与PLC 联网，工控机把现场PLC 采集的实时工况、过程变量、工艺指标、工艺参数等数据以图形、报表、曲线等形式展现至人机界面，并通过鼠标或键盘下达各种调度指令，进行工艺参数设定。该类控制系统的突出特点是通讯能力强大，工业组态软件涵盖了所有的通讯模式。此外，逼真的仿真能力也是工业组态软件的特色，用户只需要在中控室，就能观察到现场设备的运行状态，并可实现远程手自动操作。

上位机控制在陶瓷除尘器控制系统的应用中也比较广泛，最大特点在于功能强大，多用于工厂现场设备集中管理控制。

例如：电磁喷干塔，洁净煤控制系统中的应用。

系统主要由高效磨煤设备、燃烧炉、高温陶瓷膜气体过滤系统组成。煤炭磨细后，以喷雾方式在燃烧炉中燃烧，利用旋风除尘、陶瓷除尘器二级除尘，从而得到高热量的洁净热空气，为喷干塔提供热能。

系统采用上位机控制系统，PLC 系列产品选用OMRON，工控机选用台湾研华系列工业控制计算机，变频器选用富士或台达品牌，其它低压电气元件选用SIEMENS 系列。组态软件采用组态王v6.53。

按工程中工艺要求编制相应的控制软件，主要实现以下功能：设备连锁控制、工艺参数测量监视、操作数据设定、数据整理及传送、设备状态监视。

主要监控设备：料仓、磨煤机、燃烧炉、旋风除尘、陶瓷除尘器、高温风机、各阀门及仪表。

系统控制框图如图2所示。

图2 系统控制框图

控制流程：原煤经料仓至螺旋输送机，螺旋输送机进行变频控制将煤定量送入粉煤机磨腔内，磨腔内特殊结构的风扇式粉碎盘将煤粉碎到一定细度，与配风机配合将磨腔内达到细度要求的煤粉送到热风炉的烧嘴，特殊结构的烧嘴将煤粉与来自配风机的助燃风混合，喷射进热风炉内燃烧，燃烧后的灰粉自动下沉到排渣口，以减少对粉料的污染。料仓设有上下料位开关，料仓无料时自动加料，料满，系统报警并停止加料。热风炉鼓风机起到调节温度和炉内气流方向调整的作用，在设备运行过程中需根据进煤量的大小，通过PLC 系统进行PID 模糊控制，自动调节鼓风机风量，保证煤粉在热风炉内完全燃烧；炉体设置有自动配风门，以保证进入干燥塔的热量达到预定温度，供干燥用。

3 陶瓷膜除尘器控制系统的被控对象及控制流程

3.1 被控对象

被控对象主要由反吹阀门、料位计、仓壁振动装置、灰仓清灰装置和喷吹气体加热装置等构成。

3.1.1 反吹阀门

反吹阀门的选择包括淹没式脉冲阀、直角脉冲阀、喷射脉冲清洁阀、气动角座阀等。

（1）淹没式脉冲阀和直角脉冲阀多用于陶瓷膜除尘器在线喷吹，根据陶瓷膜除尘器气包安装工艺、喷吹气量大小选择使用不同口径的淹没式脉冲阀或是直角脉冲阀。淹没式脉冲阀的喷气量略大于直角式脉冲阀，如气包安装空间有限，直角脉冲阀可达到相应的喷气量使用直角式脉冲来降低控件要求。

（2）喷射脉冲清洁阀主要由气动执行机构、控制电磁阀、极限限位开关、波纹管组件、阀座组件、导向套和阀体等组成，采用角式端法兰连接结构，该阀与其他角式脉冲阀相比，更具耐高温高压的特点。

（3）气动角座阀。根据气动角座阀的结构特点气动角座阀的脉冲喷气速度低于脉冲阀，多用于不需要在喷吹工艺中，液体陶瓷膜除尘器中也得到了广泛的使用。

3.1.2 料位计

根据过滤介质的不同选用不同的料位计，在陶瓷膜除尘器料仓过滤测定介质的堆积量控制卸料。可对灰仓内的粉状及颗粒状物料进行料位上、下限监测和控制，配合陶瓷膜除尘器工作。机械阻旋式、射频导纳、电容等是常见的料位计。

3.1.3 仓壁振动装置

依靠仓壁的振动将灰仓内壁表面过滤介质振下。多用于有较大附着性的过滤介质。气动空气锤、振动电机是常用振动方式。可清理内壁，物料得到振动可快速流动；冲击力及其间隔可根据实际需要进行生产调整，防爆场所亦可使用体积小，安装容易的仓壁振动装置。

（1）空气锤。锤头内有强磁性磁铁，锤头在移动前附着在磁底板上。当三向电磁阀通电且进气压力大于联动磁力时，磁锤头部高速脱离基材，撞击底部。撞击后，三向电磁阀关闭，其中的气体耗尽，锤头在弹簧的帮助下返回初始位置。气动锤的冲击传递到灰仓壁，使材料能够顺利落下。

（2）振动电机。运行时，振动电机的高速旋转在筒仓壁上产生周期性高频振动。

3.1.4 灰仓清灰装置

以星型卸灰阀为例，在不需清灰时起到灰仓下部密封作用，在清灰时依靠星型卸灰阀的星型叶轮旋转将灰仓内过滤介质旋转送出。

3.1.5 喷吹气体加热装置

针对常温喷吹介质对高温除尘器陶瓷滤芯的影响，将喷吹介质进行加热后喷吹。

3.2 控制流程

陶瓷膜除尘器运行单位时间后，控制系统启动，以清除刚附着的固体颗粒。反吹脉冲系统运行流程为，反吹阀门开启后，在预先设定的单位压降或时间内反向喷气，将滤芯表面灰层清除，陶瓷膜除尘系统可继续工作；若运行系统所得到的压差反馈值未达到设定阈值，则反吹脉冲系统会再次开启，并加大反吹流量，并进行再次检测反馈。吹落的固体颗粒会由仓璧振动装置以及清灰装置，进行清理收集，以避免灰尘飞溅，导致环境污染。

4 结束语

陶瓷膜除尘器控制系统是陶瓷膜除尘器的心脏，控制着整套系统的循环、动作。选择一种适合控制方式可以稳定、快捷、简单的运行、监控陶瓷膜过滤设备。文章论述陶瓷膜除尘器控制系统在应用当中如何选择适合的控制方式，以降低滤芯受损率，降低压缩空气消耗量，降低陶瓷膜除尘器控制系统成本。日常生产过程中，烟气流量的不稳定，使得单位时间内颗粒物含量亦不稳定，未来陶瓷膜除尘器控制系统可根据即时颗粒物含量以及对应的烟气流量，计算并确定反吹时间以及强度，以单位效能内最大效果恢复。随着物联网技术的发展，系统还可实现多设备云端联网，多终端控制，增加完善的参数预警系统，可使操作界面更加简洁，减少操作维护人员工作量，降低相应的人工成本。