PLC在焦炉除尘系统中的应用

陈新俊（金牛天铁煤焦化有限公司，河北涉县 056404）

PLC在焦炉除尘系统中的应用

陈新俊（金牛天铁煤焦化有限公司，河北涉县 056404）

介绍了焦炉除尘系统使用了PLC自动控制系统。该系统投入运行后，实现了焦炉除尘设备的自动启停，提高了数据传输的可靠性和稳定性。使用除尘系统后，粉尘排放浓度小于50 mg/m3,满足了国家标准的要求。

焦炉 除尘 系统 自动 控制 软件 硬件 设计

1 引言

金牛天铁煤焦化有限公司现有7 m 60孔焦炉两座，年产焦炭150万t，其环保除尘是生产过程中的一个重要环节。焦炉装煤时产生大量烟尘，造成了环境污染，特别是出焦时焦炭从炭化室推出后，在空气中燃烧，产生大量的烟气及焦尘，严重污染环境。为降低烟尘的排放量，改善空气环境，2008年设计了焦炉装煤、出焦地面除尘设备，PLC自动监控为地面除尘系统的实现提供了良好的条件。2009年7月焦炉装煤、出焦除尘系统投运，投运后装煤、出焦烟尘捕集率达95%以上，装煤、出焦烟气净化率达99.5%以上，除尘器排出口含尘浓度小于50 mg/m3，月收集粉尘量约3 000 t，经除尘系统净化后排出的气体粉尘浓度符合国家排放标准要求。

2 地面除尘站的组成

2.1 风机系统

风机系统包括高压变频、变频电动机、风机入口阀、水冷系统以及保护风机的监测仪表。当开始装煤、出焦时，高压变频运行至高位，风机进入高速运转，系统进入强除尘状态；当停止装煤、出焦时，高压变频运行至低位，风机进入低速运转。

2.2 清灰系统

清灰系统由离线阀、脉冲控制阀、仓壁振动器、双层排尘阀组成。为了确保排灰系统的密封性，采用了双层气控排灰阀。

2.3 输灰系统

输灰系统由刮板机、斗式提升机和贮灰仓组成。在除尘器中被捕捉的粉尘经双层排尘阀进入刮板输送机，由斗式提升机放入贮灰仓，经加湿后由汽车拉走。除尘系统运行时，输灰系统一直运转，避免由于频繁启动而损坏设备。

3 地面除尘系统工艺流程

3.1 出焦除尘

3.1.1 移动装置即固定在拦焦车上的大型吸尘罩，是由特殊材料制成的一个封闭的拦焦罩，上部留有烟气排出口，可随拦焦车一起移动。拦焦车对位后，将拦焦车上的吸尘罩与焦侧炉顶的烟气转换阀接通，风机开始由低速向中速运行。当推焦车对位后同时向除尘地面站发出指令，经PLC开关量输入模板，采集到该信号，发出出焦除尘连锁信号，关闭非常阀，风机由中速提到高速运行。

3.1.2 集尘烟气转换阀设在焦台上方。风机由中速提到高速后开始推焦，出焦时产生的大量烟尘在风机的作用下吸入设置在拦焦机上的大型吸气罩内，通过焦台上方的烟气转换阀等转换设备进入集尘管道。

3.1.3 设置于地面将烟气进行熄火、净化的最终设备与装煤除尘系统共用。烟尘进入集尘管道后，送入高温烟尘冷却器进行冷却分离，即将大量的高温烟尘进行沉淀分离，分离后的烟气再经袋式除尘器进行净化，净化后的地尾气排入大气。出焦结束后，风机转入低速运行。除尘器收集的粉尘一部分对装煤除尘器进行预喷涂，其余由链式输送机运至单向溢流回喷吸附装置，吸附装置中的一部分粉尘先经加湿处理后用汽车外运。

3.2 装煤除尘

3.2.1 装煤除尘的固定设备与出焦基本一致，最大区别是装煤除尘有预喷涂装置。预喷涂装置的作用是避免装煤烟气中焦油等粘性物质粘结除尘器布袋。工作原理是在装煤前，预喷涂装置先投入运行，用一部分出焦除尘系统取得的粉尘作为预喷涂涂料涂在除尘器滤袋表面，用来吸附装煤烟气中的焦油等粘性物质，避免这些粘性物质粘结堵塞滤袋。

3.2.2 装煤除尘车上移动装置包括吸气罩和内套筒。在装煤时吸气罩套接到装煤孔上，内套筒伸出套接在打开的烟气转换阀上，装煤车与除尘地面站管道完成对接，此时车上PLC发出装煤指令，接到指令后地面除尘站控制风机由低速提到高速运行，装煤时的烟尘被吸入除尘地面站，烟气经净化排入大气，粉尘滞留在储灰仓经加湿处理后统一外运。装煤结束后风机转入低速运行。

4 硬件软件设计

4.1 硬件设计

为了保证整个控制系统在安全可靠的情况下长期运行，系统配置了1个工程师站及1个操作员站。整个PLC系统由1个S7300主站和8个ET200分站组成，主站与上位机之间通过以太网通讯，分站与分站之间通过DP线通讯，实现数据上传及控制现场设备的启停。

4.2 软件设计

本系统采用STEP5.4为后台软件，SIEMEN Wincc6.2为上位的控制核心。同时该系统维护方便，便于系统的扩展，通过CP通讯模板实现数据上传，提高了数据传输的可靠性和稳定性。

4.2.1 上位软件的设计

Wincc是一个工业控制组态软件，同时也是第一个使用最新的32位技术的过程监视系统，具有良好的开放性和灵活性。主要功能是利用各种协议（主要是西门子的）与现场控制设备，如PLC、数字调节器等交换数据，将生产现场的重要数据，如液位、温度、浓度、压力等，通过画面方式显示在计算机屏幕上，供操作人员检查和操作。在监控软件编制过程中，采用了以下步骤：变量组态、画面组态、报警组态、趋势组态、用户组态、网页发布等等。金牛天铁焦炉除尘系统上位机画面主要设计了焦炉除尘、仪表参数、历史曲线、报警记录、用户登录等5个画面，点击画面上部的按钮，可以在不同的画面之间进行切换。整个画面与现场设备实际安装位置相同，操作非常方便。焦炉除尘主画面可以清晰地显示整个除尘系统的全貌、操作系统的启停，并且监视现场所有设备运行状态，操作人员根据画面的状态显示，判断现场设备运行状况，还可实时监控现场温度、转速、压力、流量、物位等模拟信号，此画面还包括多个子画面，在主画面上用鼠标点击某一设备，就会弹出相应的子画面。

本系统的上位画面非常直观地把现场各设备运行状态及数据显示出来，相应地降低了劳动强度，减少了故障排查的时间，见图1。

图1 焦炉除尘主画面

4.2.2 PLC底层设计

根据系统控制要求,设计了系统程序流程图，见图2。

4.2.3 程序主要控制功能

（1）风机系统

除尘系统的主风机应用变频器进行调速，将风机的转速与拦焦车、推焦车联锁，推焦时风机相应高速运行，其余时间低速运行，可降低能耗。风机电机轴承温度大于95℃、轴承温度大于85℃时，主电机定子温度大于145℃、除尘器前管道烟气温度大于130℃、风机轴承振动振幅超过7.1 mm报警连锁跳闸信号得电，实现连锁停机。除尘系统采用PLC自动控制技术，由焦炉集控室集中监控，同时还设置了手动按钮，可进行人工控制，以便于检修。

图2 程序流程图

（2）逆洗系统控制

装煤、出焦除尘逆洗控制系统主要包括对装煤、出焦除尘工艺中的离线阀和脉冲阀的逻辑时序控制（时间根据集体情况而定，一般情况下逆洗系统循环时间为20 min，时间到系统自动喷吹），对布袋中的积灰进行喷吹，当除尘器前后压差大于2 kPa时，逆洗系统也自动喷吹，将过滤掉的灰尘抖落在灰仓中。装煤、出焦除尘离线阀，离线阀为气动阀门，当每个仓的脉冲阀喷吹时本仓离线阀自动关闭，喷吹完后离线阀自动打开。

5 结束语

通过在焦炉除尘系统中应用PLC，除尘效果达到了国家标准，排放粉尘浓度小于50 mg/m3。本系统具有运行可靠、造价合理、维护费用低、效果达标的特点，因收集的焦粉可再次利用，达到节能减排的目的。

Application of PLC in Coke Oven Dedusting System

Chen Xinjun

The paper describes the automatic control system for coke oven dedusting system,which used PLC in it,achieved automatic start and stoppage,and improved the reliability and stability of data transmission after being put into operation.Dust discharge density was less than 50 mg/m3,thus,the goal of meeting state standard demand was reached.

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（收稿 2011－10－21责编崔建华）

陈新俊，工程师，2008年1月毕业于天津理工大学自动化专业，现在金牛天铁煤焦化有限公司从事热工仪表维护工作。