PLC在除尘装置中的应用文献综述

学号：常州大学毕业设计（论文）文献综述（届）题目PLC在除尘装置中的应用学生学院专业班级校内指导教师专业技术职务校外指导老师专业技术职务二○年月第1页共10页题目：PLC在除尘装置中的应用一、前言1．课题研究的意义、国内外研究现状和发展趋势1.1研究背景及意义2013年10月17日，世界卫生组织下属国际癌症研究机构发布报告，首次指认大气污染对人类致癌，并视其为普遍和主要的环境致癌物。然而，虽然空气污染作为一个整体致癌因素被提出，它对人体的伤害可能是由其所含的几大污染物同时作用的结果。对颗粒的长期暴露可引发心血管病和呼吸道疾病以及肺癌。当空气中PM2.5的浓度长期高于10，就会带来死亡风险的上升。浓度每增加10，总死亡风险上升4%，心肺疾病带来的死亡风险上升6%，肺癌带来的死亡风险上升8%。此外，PM2.5极易吸附多环芳烃等有机污染物和重金属，使致癌、致畸、致突变的机率明显升高。[3]2014年以来，PM2.5这个名词在新闻中一次次地撞击我们的眼球，生态环境关乎中华民族的永续发展。近年来，我国北方地区频频遭遇雾霾之痛，最多时有8座城市上榜中国空气质量最差“前十”。为了生态治理，以河北为例，2014年共压减炼铁产能1500多万吨，炼钢产能1500多万吨。当年，河北经济增长6.5%，低于预期1.5个百分点，这就是一个由于环境问题继而导致巨大经济损失的典型例子。据悉，2012年联合国环境规划署公布的《全球环境展望5》指出，每年有70万人死于因臭氧导致的呼吸系统疾病，有近200万的过早死亡病例与PM2.5污染有关。《美国国家科学院院刊》（PNAS）也发表了研究报告，报告中称，人类的平均寿命因为空气污染很可能已经缩短了5年半。世界银行发布的报告表明，由室外空气污染导致的过早死亡人数，平均为每天1000人，每年有35至40万的人面临着死亡。具体来讲，早在1997年，世界银行就预计有5万中国人因为空气污染而过早死亡。总体来说，这份报告发现，中国的空气污染使得城市居民的寿命减少了18年。1952年12月5日的毒雾事件是伦敦历史上最惨痛的时刻之一，造成至少4000人死亡，无数伦敦市民呼吸困难，交通瘫痪多日，数百万人受影响。[3]人们一般认为，PM2.5只是空气污染。其实，PM2.5对整体气候的影响可能更糟糕。PM2.5能影响成云和降雨过程，间接影响着气候变化。大气中雨水的凝结核，除了海水中的盐分，细颗粒物PM2.5也是重要的源。有些条件下，PM2.5太多了，可能“分食”水分，使天空中的云滴都长不大，蓝天白云就变得比以前更少；有些条件下，PM2.5会增加凝结核的数量，使天空中的雨滴增多，极端时可能发生暴雨。这些触目惊心的数据和事实，已经足够让我们认识到环境污染的巨大危害以及生态治理的重要性。有专家指出，导致PM2.5产生的人为源包括流动源和固定源。流动源主要是各类交通工具在运行过程中使用燃料时向大气中排放的尾气。而固定源包括各种燃料燃烧源，如发电、冶金、石油、化学、纺织印染等各种工业过程、供热、烹调过程中燃煤与燃气或燃油排放的烟尘。[3]近日，内蒙古阿拉善盟腾格里工业园区的环境污染问题，引起党中央的高度重视，习近平总书记等中央领导同志作出重要批示。要求全区环保系统应从腾格里工业园区污染事件中第2页共10页吸取深刻教训，进一步认清形势，切实转变和统一思想认识，真正树立“环境保护是基本国策，经济发展必须与环境保护相适应”的观念。为了响应党中央的号召，也为了我们能够拥有一个安全洁净的生活环境。2014年，我国的在线监测、脱硫脱硝、循环经济，以及自动化除尘装置等科技的合作得到大力推广。其中，除尘装置是一项应用广泛的技术，普遍应用于食品、制药、饲料、冶金、建材、水泥、机械、化工、电力、轻工行业的含尘气体的净化与粉尘物料的回收，以减少对环境的污染。由此观之，在当下，环境治理和生态保护的工作是刻不容缓的，而如今愈加严重的PM2.5的污染，又将工业除尘环节推到了污染治理最关键的位置。1.2国内外研究现状前几年工业生产制造中存在的，如监控技术单一、自动化程度远远不足、过多依赖人工操作、配电系统容量不足等诸多问题，都成为制约我国除尘技术发展的因素。近两年来，在强调生态文明建设的大趋势下，我国的除尘技术有了显著提升。经历了静电除尘到布袋式除尘的转变，更加人性化，也提高了工作效率。同时，计算机、变频器以及传感器方面的新型研究成果，也促进了除尘系统研究的改进和完善。[1,2]少数发达国家中，美国、德国、加拿大等钢铁大国均具备较为优秀的除尘技术，其中美国处于国际领先水平。但随后，这些国家采用将污染转移、把技术设备输送到发展中国家的方式来保护本国环境，也因此而导致了本国除尘控制方面的研究受到了制约。1.3发展趋势目前，我国除尘技术中使用的除尘方法有很多种，如静电除尘、电磁除尘、冲水除尘、湿式电除尘以及此次课题所要研究的脉冲喷吹袋式除尘技术。这些除尘方法都在实践的考验中，不断完善和改进缺陷，一步又一步的接近预期的理想除尘效果。随着钢铁制造业迅猛发展，我国生态环境的污染日趋严重，对烟尘的排放要求也更为严格，老式的静电除尘器已经不能够满足工业生产的需求。越来越多的企业和工厂，为了提高效率、降低损耗，也为了给工人们提供一个更为安全可靠的工作环境以及响应国家保护环境的号召，也就越来越重视工业生产制造中的除尘环节。用可持续发展的眼光来看待问题，优先选用袋式除尘器、以及将静电式改造为袋式除尘机已成为工业发展的必然结果。[8,11]2．课题的研究目标、内容和拟解决的关键问题2.1研究目标脉冲袋式除尘器作为一种高效除尘器广泛用于各种工业废气除尘中加轻工、机械制造、建材、有色冶炼及钢铁企业等。部分除尘器的电气控制部分大多数还是采用基于单片机开发的脉冲控制仪，与基于PLC开发的程序控制系统相比，开发过程复杂，开发后程序不能修改、不能够进行远程控制，维修不方便，不能够进行联网等诸多不便。经对脉冲袋式除尘器的电气控制部分进行PLC改造，改造后的脉冲袋式除尘器可以很方便地通过修改PLC程序来改变控制要求；更适合于工厂自动化的需要，为工厂自动化提第3页共10页供了技术保证；为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开方便之门。2.2研究内容一般的袋式除尘器是由逻辑顺序控制元件和时间继电器等组成，自动化程序不高，可靠性低，难以适应工业现场的恶劣环境。脉冲袋式除尘器采用可编程控制除尘设备运行，具有结构紧凑、功能完备、可靠性高、操作简便、维护简易等特点。控制内容包括清灰、卸灰、输灰及排灰的控制。脉冲袋式除尘器的运行采用了可编程逻辑控制除尘设备，该设备具有结构严谨、功能完备、稳定性高、操作便利、维护简便等优点。脉冲袋式除尘器的工艺控制内容包括了除尘、清灰、卸灰、输灰及排灰的控制。本设计只对除尘、清灰的过程进行研究，力求系统可靠稳定，本着实用的原则，从成本和性能两方面均进行了较为周详考虑。本课题的设计预期要实现以下几个理想目标：（1）高效的清灰效果：若需研究先进的脉冲喷吹除尘技术，就要在了解原理的基础上，利用很小的风量、风压等因素而达到最佳除尘效果。同时还要能够减小设备运行过程中的阻力，这样还可以提高除尘室中滤袋的寿命。（2）轻松安全控制：组态软件采用组态王，通过组态王与PLC的通讯实现系统的监控。在系统整体运行的过程中，实现安全轻松地控制操作。（3）实时监控：组态王与PLC的有效通讯，完成在线实时观察各个参数变化情况的任务，并曲线显示各参数的具体变化，所需数据都可以打印出来。（4）较高的可靠性：具备高可靠性是系统的最基本要求，这不是一项衡量的简要指标，而是实际工业现场的恶劣环境和除尘设备连续运行特性的要求所综合决定的。2.3拟解决的关键问题一、如图1所示，t1为提升阀停歇时间，t2为提升阀通电闭合时间，t3为脉冲阀开启延时，t4为脉冲电磁阀工作时间。脉冲袋式除尘器的清灰工作过程开始运行时，气动提升阀首先通电关闭，此时，即将清灰的气室不再进行除尘工作。随后，脉冲电磁阀再通脉冲电，使压缩空气经喷吹管对滤袋进行反向喷吹清灰。图1脉冲袋式除尘器清灰过程波形图二、脉冲阀的控制具有手动、定时与定压差三种触发方式，脉冲喷吹间隔可根据工艺设备运行情况进行调整。定时控制是由系统给出固定的喷吹时间，在定压差工作方式时，当除第4页共10页尘器进出口压差达到设定值时，开始启动除尘系统。[5]三、经过了对本课题系统深入了解之后，拟将本系统设置4个除尘室，每个除尘室分别配一组（4个）气动提升阀和一组（4个）脉冲电磁阀，每个提升阀对应一个脉冲阀，每个除尘器同时还配备1个冷风阀和1个旁路阀，运用温度控制保证滤袋不受损。本次设计需要创造性地提出用阵列法来控制输出，要运用Q0.0~Q1.3这12个输出点来控制32个阀门，接线示意图如下图所示：图2气动提升阀与脉冲电磁阀的阵列法控制示意图如图2所示，V1~V4为除尘室1的脉冲电磁阀，V5~V8为除尘室1的气动提升阀；V9~V12为除尘室2的脉冲电磁阀，V13~V16为除尘室2的气动提升阀；V17~V20为除尘室3的脉冲电磁阀，V21~V24为除尘室3的气动提升阀；V25~V28为除尘室4的脉冲电磁阀，V29~V32为除尘室4的气动提升阀。二、设计方案的确定1．方案的原理、特点与选择依据1.1方案原理脉冲袋式除尘器有除尘和清灰两种工作状态：（一）除尘状态工作过程：除尘器正常除尘的过程就是对含尘气体过滤的过程。除尘器一启动，引风机、出口阀、进口阀依次开启，引风机将未净化的含细小颗粒物的尘气从尘气入口吹入，经滤袋外侧进入滤袋，除极少量的极其微小的颗粒会随着尘气通过滤网进入到滤袋内侧[9]并随尘气由烟道排到大气中外，其余绝大部分粉尘颗粒都会滞留在滤袋外侧，这样就实现了对含尘气体过滤的目的。脉冲袋式除尘器除尘时，孔板关闭，喷吹管及脉冲电磁阀处于闲置状态，尘气进入除尘室，滤袋过滤后，粉尘颗粒留在滤袋表面，净气从出口排出，除尘工作整体过程即如此气动提升阀不通电。在整个除尘过程中，冷风阀和旁路阀的动作取决于温度控制的测量结果，脉冲电磁阀、喷吹阀、气动提升阀均处于待指令状态。冷风阀、旁路阀的控制：若除尘过程中，温度传感器负责测定尘气温度变化情况，当测第5页共10页定冷风阀前部温度高于阀前温度设定值时，冷风阀开启；当测定冷风阀后部温度高于阀后温度设定值时，应当立即开启旁路阀，保证尘气能够顺利快速的由引风机排出。由此，来保护滤袋不会因过滤过高温度的尘气而导致损坏。脉冲袋式除尘器整体工作原理如图3所示：图3-a）为除尘工作过程示意图，图3-b）为清灰工作过程示意图。图3脉冲清灰袋式除尘器工作原理示意图（二）清灰状态工作过程：袋式除尘器滤袋内外侧的压差值随滤袋外表面粉尘层厚度的增加而增大，当脉冲袋式除尘器除尘些许时间或除尘一定量之后，积攒在滤袋外表面的细小颗粒物就会越来越多，故当除尘器执行除尘任务中差压变送器测量的压差值达到设定值时，就必须进行反吹清灰。这种工作状态是短时间内，由脉冲电磁阀驱动反吹清灰装置中的喷吹阀进行清灰，利用压缩空气高速地喷吹透过滤袋，抖动将积攒在滤袋外壁的颗粒物吹落，掉进灰斗，再通过回转排灰阀卸出。执行清灰操作时，首先要给气动提升阀通电，让阀门关闭，在控制系统作用下控制该气室不再进行尘气过滤，关闭引风机和进口阀，不再送气。打开孔板，保证喷吹管喷出的压缩气体能够顺利进入滤袋；开启脉冲电磁阀控制喷吹阀打开，压缩空气朝着与气体外排相反的方向自上而下吹入滤袋，此时进行的就是反吹清灰，这项操作能够将滤袋外表面吸附的粉尘吹落到灰斗里，然后由回转排灰阀将过滤出的细小颗粒物卸出。进行反吹清灰操作时，冷风阀、旁路阀均不需要运行。此时的反吹清灰操作就属于离线清灰的工作状态，离线清灰是指该部分滤袋进行清灰的同时不运行除尘操作，无引风机作用。要于停机清灰（即系统停止时清灰）区分开来。离线清的优点在于便捷环保，降低器材损耗，在最简便的工作状态下保证系统的良好运行。1.2方案特点脉冲袋式除尘器主要特点如下：（1）单位体积处理风量大，除尘效率高。第6页共10页（2）可直接处理含尘浓度高达10