陳 鈞

(濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101)

1 引言

隨著環(huán)保政策的力度不斷加大，原來眾多金屬及非金屬加熱或熱處理的中小爐窯，粉散料受配料倉(cāng)口，鑄造及電氣焊金屬材料加工行業(yè)等等小量溢塵口處的煙塵、灰塵、粉塵的采集凈化處理，亦是迫在眉睫。該類分布式多采集口位的除塵凈化系統(tǒng)還受到爐窯加熱工藝或產(chǎn)品訂單的影響而導(dǎo)致采集口位數(shù)量變化較大，反映在除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)上就是幅度較大的負(fù)荷增減。加之共用的除塵凈化系統(tǒng)風(fēng)機(jī)電機(jī)要長(zhǎng)期運(yùn)行，因此在滿足除塵系統(tǒng)對(duì)風(fēng)速風(fēng)壓一定的要求以保證除塵凈化效果外，節(jié)能降耗亦是重要指標(biāo)?；谧冾l傳動(dòng)多段速技術(shù)的除塵風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，以不同爐窯生產(chǎn)工況適時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)電機(jī)運(yùn)行于不同的速度，既保證了除塵凈化效果，又避免風(fēng)機(jī)電機(jī)一直高速運(yùn)行，可節(jié)約電能30%左右[1]。

2 除塵系統(tǒng)設(shè)備組成

推板式電加熱煅燒爐需要在進(jìn)出口分別設(shè)置兩套煙灰塵采集口，兩套加熱爐布置于一架廠房?jī)?nèi)，各自的裝卸料處分別設(shè)置兩套除塵采集口，兩套爐體上方分別設(shè)置車間廢氣塵凈化采集口。由于所產(chǎn)生煙氣灰塵總量不是很大，且受生產(chǎn)訂單和煅燒爐加熱工藝影響，煙塵總量波動(dòng)較大。因此共用一套除塵凈化系統(tǒng)，一次性投資較小，為首選方案。合計(jì)該套除塵凈化系統(tǒng)總共需設(shè)置煙灰塵采集口14套，每套采集口總管設(shè)置帶開啟/關(guān)閉位置信號(hào)反饋的電動(dòng)閘閥一套，由控制系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際工況和具體操作要求控制該處采集口的啟用和關(guān)閉。各采集口管道匯總后依次接入設(shè)備有重力旋流除塵器，脈沖反吹式布袋除塵器，除塵風(fēng)機(jī)及其電機(jī)(280 kW)，凈化氣體排出煙囪等。受生產(chǎn)訂單影響和加熱煅燒工藝的不同要求，兩套煅燒加熱爐分別存在同時(shí)生產(chǎn)，同時(shí)保溫，一生產(chǎn)一保溫，一生產(chǎn)一烘爐等不同作業(yè)工況。為保證加熱煅燒爐煙塵氣除塵凈化效果，每套采集口要根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，進(jìn)行啟用或關(guān)閉，以保證每套采集口處保持一定的風(fēng)速和負(fù)壓，不致發(fā)生煙塵外溢。出于節(jié)能降耗考慮，進(jìn)行除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際或加熱工況使之對(duì)應(yīng)一定的速度運(yùn)行而避免長(zhǎng)期高速輕載、空載運(yùn)轉(zhuǎn)。

3多段速變頻傳動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成及其功能

多段速變頻傳動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)由PLC控制柜和變頻控制柜等組成。PLC控制柜完成兩座電加熱煅燒爐工藝工況狀態(tài)檢測(cè)，根據(jù)工況判斷采取相應(yīng)的除塵系統(tǒng)煙塵采集口啟閉和風(fēng)機(jī)電機(jī)對(duì)應(yīng)速度控制。變頻控制柜由風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻器主回路配電線路和控制信號(hào)接入及報(bào)警指示回路組成。脈沖自動(dòng)控制反沖閥和采集口管道閥設(shè)置于現(xiàn)場(chǎng)除塵器或管道，其控制器布置于PLC控制柜。自動(dòng)卸灰閥和自動(dòng)調(diào)溫閥控制裝置設(shè)置于變頻控制柜。

3.1 PLC控制除塵采集口啟閉數(shù)量與風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻傳動(dòng)速度調(diào)節(jié)原則

為穩(wěn)定各個(gè)除塵采集口的風(fēng)速風(fēng)壓，避免工況轉(zhuǎn)變而要求風(fēng)機(jī)速度相應(yīng)變化時(shí)，產(chǎn)生波動(dòng)導(dǎo)致采集口溢煙揚(yáng)塵，升溫控制流程見圖1煅燒加熱爐除塵控制流程圖，降溫或停止進(jìn)出料操作時(shí)，順序反之。

圖1 煅燒加熱爐煙氣除塵控制流程圖Fig.1 Control flow chart of flue gas dust removal in calcined heating furnace

PLC控制柜功能完成電加熱煅燒爐一系列工藝操作的識(shí)別判斷，由PLC控制程序自動(dòng)輸出相應(yīng)指令，控制除塵系統(tǒng)運(yùn)行于要求的工作狀態(tài)，無需專人另行操作。但除塵控制系統(tǒng)另有就地操作控制模式，用于設(shè)備調(diào)試和檢修維護(hù)。電加熱煅燒爐具體工況與除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)電機(jī)速度控制多段速技術(shù)要求原理示意見圖2，其實(shí)際控制信息由PLC控制系統(tǒng)檢測(cè)到加熱爐控制操作信號(hào)后結(jié)合前述速度控制流程給出。其中，電加熱煅燒爐保溫待料或保溫待訂單的工藝狀態(tài)視同烘爐工況。將煅燒爐工藝工況簡(jiǎn)單歸納為烘爐和生產(chǎn)兩種類型，兩爐的不同工況及其組合狀態(tài)(本應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總計(jì)四種工況工藝狀態(tài))作為除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻傳動(dòng)多段速控制的工藝要求，分別予以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行于不同速度，達(dá)到確保煙氣凈化效果和節(jié)能降耗目的[2]。

圖2 除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻傳動(dòng)多段速工藝工程控制示意圖Fig.2 The schematic diagram of multi section speed process cotrol for frequency conversion drive of dust fan motor

3.2 變頻控制柜器件組成及其功能

變頻控制柜核心器件為控制風(fēng)機(jī)電機(jī)的變頻器，其配電主回路有斷路器、接觸器、負(fù)荷電纜、電動(dòng)機(jī)。若電動(dòng)機(jī)功率較大時(shí)，為改善電機(jī)運(yùn)行對(duì)低壓電網(wǎng)功率因數(shù)不利影響，可在變頻器直流環(huán)節(jié)串接直流電抗器，視低壓配電電網(wǎng)情況而定。不用時(shí)應(yīng)用變頻器原配短接環(huán)或自制短接線連接變頻器直流環(huán)節(jié)外部輸出的兩端子，截面不宜低于電動(dòng)機(jī)負(fù)荷電纜芯線。有停機(jī)速度要求的場(chǎng)合還要加裝制動(dòng)單元和配套制動(dòng)電阻，進(jìn)行相應(yīng)制動(dòng)阻耗功能設(shè)置。

變頻器控制輸入輸出回路，完成控制和報(bào)警信號(hào)的接入接出，結(jié)合相應(yīng)功能設(shè)置，實(shí)現(xiàn)多段速速度控制和運(yùn)行及報(bào)警指示。變頻器運(yùn)行和報(bào)警異常指示信號(hào)分別在電加熱煅燒爐主控室和除塵系統(tǒng)就地控制箱，予以顯示，方便加熱爐操作人員和設(shè)備巡檢人員觀察。電動(dòng)機(jī)負(fù)荷電流觀察顯示表應(yīng)設(shè)在主控室，為避免遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸帶來的信號(hào)干擾，影響實(shí)際運(yùn)行電流的有效準(zhǔn)確顯示，采用帶金屬屏蔽層的雙絞線信號(hào)軟電纜，能夠杜絕應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的各類電磁信號(hào)干擾。變頻器多段速速度控制原理圖見圖3。

圖3 除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻傳動(dòng)多段速控制技術(shù)原理圖Fig.3 Technical principle of multi speed control for frequency conversion drive of dust fan motor

3.3 變頻傳動(dòng)多段速控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

控制系統(tǒng)檢測(cè)到電加熱煅燒爐的相應(yīng)操作指令后，由PLC進(jìn)行判斷綜合兩座煅燒爐工況狀態(tài)，以只有一爐烘爐(含保溫)為除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)啟動(dòng)，輕載運(yùn)行；兩爐均烘爐(含保溫)，除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)低速運(yùn)行；一爐烘爐(含保溫)，另一爐生產(chǎn)，除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)中速運(yùn)行；兩爐均生產(chǎn)，除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)高速運(yùn)行。當(dāng)生產(chǎn)工況或煅燒爐狀態(tài)發(fā)生變化，需要除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)由低速升到高速時(shí)，PLC控制系統(tǒng)先發(fā)出多段速指令給變頻器，執(zhí)行提速。然后再給相應(yīng)的除塵采集口管道電動(dòng)閥發(fā)出命令，最后發(fā)出的是控制爐溫(由保溫改生產(chǎn)或是由檢修改烘爐兩種情況)升高指令。工藝生產(chǎn)降溫減塵要求除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)降速的工況時(shí)，控制指令執(zhí)行順序反之。這樣，能夠確保系統(tǒng)控制速度調(diào)節(jié)變化的瞬間，采集口處不致發(fā)生煙塵外溢。

PLC控制系統(tǒng)輸出的多段速控制信號(hào)經(jīng)過DC24V中間繼電器轉(zhuǎn)換后(防止線路直接連接變頻器容易造成的信號(hào)線路耦合干擾)，再結(jié)合變頻器相關(guān)功能參數(shù)設(shè)置，最終實(shí)現(xiàn)多段速控制技術(shù)[3]。多段速控制信號(hào)接入變頻器開關(guān)量控制輸入端子，其中的DI1信號(hào)作為變頻器啟動(dòng)并輕載運(yùn)行信號(hào)，在除塵凈化系統(tǒng)整個(gè)運(yùn)行過程中，信號(hào)有效，可兼做變頻器使能信號(hào)，變頻器由停止或待命狀態(tài)啟動(dòng)并運(yùn)行在15 Hz。其他的低速25 Hz,中速35 Hz和高速50 Hz都是經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試確定的，分別接入DI2，DI3，DI4控制端子?？筛鶕?jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合、不同速度檔位要求和煙塵量以及除塵凈化效果調(diào)試修改而定，還應(yīng)考慮避免與機(jī)械設(shè)施設(shè)備形成共振，避開共振頻率點(diǎn)設(shè)置。相應(yīng)的多段速控制技術(shù)變頻器功能和參數(shù)設(shè)置見表1。經(jīng)過調(diào)試確定的煙氣除塵凈化系統(tǒng)，能夠跟隨生產(chǎn)主線設(shè)備工藝工況變化自動(dòng)控制調(diào)節(jié)，不需設(shè)專人操作，有人定期巡視維護(hù)即可[4]。節(jié)約大量電能，而人力成本增加極少，非常有利于中小企業(yè)發(fā)展。

表1 除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻傳動(dòng)多段速控制功能與參數(shù)設(shè)備

4 結(jié)語

基于多段速技術(shù)的變頻傳動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，能夠滿足多套中小爐窯受工藝或產(chǎn)品訂單限制導(dǎo)致的同時(shí)或分時(shí)負(fù)荷生產(chǎn)而對(duì)除塵凈化系統(tǒng)的不同要求。并且控制系統(tǒng)一經(jīng)調(diào)試完成后，杜絕了人工調(diào)速對(duì)除塵效果所產(chǎn)生的不良影響，而且該控制系統(tǒng)移植性好，可廣泛應(yīng)用于爐窯領(lǐng)域、受配料倉(cāng)口、鑄造行業(yè)及金屬材料加工等分布式多點(diǎn)位有除塵凈化要求的工礦場(chǎng)合。