电解烟气净化除尘器的研究

黄学飞，刘杰，桂艳，邝卫华



电解烟气净化除尘器的研究

黄学飞，刘杰，桂艳，邝卫华

（广州番禺职业技术学院 机电工程学院，广东 广州 511483）

针对电解烟气净化除尘器改善性能和降低成本的需求，提出了电解烟气净化除尘器的改进设计方案，介绍了除尘器花板的设计制造中的改进方案和除尘器进风道改进措施，并提出了基于ARM技术的电解烟气净化除尘器监控系统方案，阐述了除尘器上位机监控系统和下位机ARM控制系统实现过程。并利用计算机进行除尘器内部结构和气固两相流流场模拟实验，结果表明，该电解烟气净化除尘器系统提高了电解烟气净化除尘器的性能，降低了成本，满足使用要求。

电解烟气净化除尘器；ARM；监控系统

目前，大多数除尘器控制采用PLC可编程控制器控制，HMI（Human Machine Interface，人机界面）上位监控实现对除尘器的控制，具有手动、自动和集中控制功能，例如，黄石理工学院的裴志鑫提出的基于可编程控制器PLC的袋式除尘器控制系统设计[1]。

本文对除尘器的结构和控制进行一定的研究，以期改善除尘器性能并降低除尘器成本。

1 除尘器结构研究设计

1.1 除尘器花板的研究设计

除尘器的滤袋、花板孔的密封及喷吹管喷嘴与滤袋的对中性是决定过滤和喷吹效果的关键因素。脉冲喷吹装置中的花板孔与喷管上喷孔的加工要求很严格，如果误差大了将直接影响喷吹清灰效果。同时，在制造过程中要解决积累误差与焊接变形问题，保证喷孔与花板中心二者对齐，其位置偏差要小于1.5 mm。基于此，在加工过程中采用了新的加工方法。在对花板孔加工时，首先制作了相应的工夹模具，然后采用钻模钻小孔，再以该钻孔定位进行冲花板孔。该方法提高了孔径和孔距的尺寸精度，且无毛刺。同时，在滤袋袋口采用弹性涨圈与花板孔配合，使滤袋密封性能好、拆装方便，保证了喷吹孔所喷出的气流与滤袋中心基本一致，并保证误差小于1.5 mm。通过对喷吹管、分气箱、花板的加工采用同一模具定位后加工，有效保证了清灰效果。在花板下面焊接了加强筋板，增加了花板的厚度，保证花板具有足够的刚度和平整度。同时，在设计过程中可以根据花板孔的排列，确定各种规格除尘器的滤袋数量、滤袋长度和过滤面积等关键数据。

1.2 除尘器进风道的研究设计

为了更好地提高除尘效率、保证滤袋的设计寿命和减小系统运行阻力，应该重视袋式除尘器的气流均匀性，尽量使各单元处理的风量分配均匀，保证进入袋室的气流速度均匀。除尘器气流分布的均匀程度取决于进出口方式、气流分布器形式、布袋的排列组合方式等一系列因素。通过对气流均匀性相关因素的研究比较，对原有袋式除尘器结构提出改进措施：

（1）在除尘器中设置几个独立的除尘单元和若干个除尘室，并联进行，并在每个单元进出口设置切换阀门，实现部分单元离线检修；

（2）根据除尘器的分室数目来确定气流分布板的大小与形式，从而让各室风量均匀，具体尺寸通过试验确定；

（3）根据烟道中烟气的流速、为防止高温烟气直接冲刷第一排滤袋和引导气流自上而下或者斜向下进入袋室空间，设计了分布板和导流板，其具体的尺寸通过试验确定进口喇叭口内气流分布板与导流板的主要设计参数，以及包括其安装位置开孔大小以及开孔率等等。

通过这些改进措施，为除尘器的性能改善提供依据，并设计出气流均匀分布的除尘器，从而改善了压力场均匀性和引导含尘气流的流动，使过滤风速和滤袋间隙速度均匀并低于最大限值，保护滤袋免受冲击、延长滤袋寿命、提高除尘效率、降低除尘阻力和系统能耗、减少除尘器设计的盲目性和运行维护费用。

2 除尘器控制系统的研究

2.1 除尘器控制系统总体设计

除尘器控制系统的功能主要是控制烟气进入除尘器的过滤袋中、控制除尘器滤袋中的气体和固体分离，并控制分离后的气体排放到空气中和固体返回到收集槽中。当前大多数除尘器控制系统都是以PLC为控制核心，以触摸屏为监控器，该系统好处是开发方便、使用可靠。目前单片机控制系统也越来越稳定，开发也越来越方便。相比较而言，单片机控制系统开发成功后，控制系统的成本会大幅降低。基于以上的考虑，本系统采用上下位机控制模式，其中，上位机监控系统采用DELPHI XE10开发，主要负责系统的监控和数据管理功能；下位机控制系统采用ARM结构开发，主要是采集控制系统的信号、控制系统的运行。上位机监控系统与下位机控制系统连接采用RS-485串行总线技术[2]。

系统工作原理：烟气通过收集管首先从阀门进入到除尘器的袋口，下位机控制系统将通过温度传感器和压力传感器检测烟气的温度和压力，然后控制烟气进入各除尘器的分室，并检测各室的温度和压力，同时通过差压变送器反馈值来控制是否清灰。当压差值达到设定值后，下位机控制系统将启动设备进行清灰动作。然后将分离的气体通过抽风机送到外面，分离的固体则通过输送带回到收集槽中。根据系统的工作原理，下位机控制系统主要是采集温度、压力、差压值等参数，同时控制相关阀门的开启，从而控制烟气进入或排出除尘器系统。

图1 系统结构图

2.2 除尘器上位机监控系统

上位机监控系统主要功能为：实时显示除尘器系统的运行状态、管理整个系统的运行和对采集的数据进行分析处理。主要模块包括系统运行图、系统运行参数配置、系统运行数据管理、系统用户管理等功能模块。其中，系统运行图主要是通过计算机用图形反映除尘器系统各设备运行状态；系统运行参数配置主要是设定运行中所需数据，比如采集数据的时间、差压设定值的大小、传感器报警值大小的设定，等；系统运行数据管理主要是保存系统采集的数据、打印相关报表，以便对系统运行情况进行分析；系统用户管理主要管理操作该系统的用户，确定可以登录的人员以及相关权限，以便保证系统的安全。

上位机监控系统选用DELPHI XE10作为编程软件。DELPHI XE10具有功能强大、简便易用和代码执行速度快等优点。该开发工具不仅可视化快速，而且具有强大的数据库支持、与Windows编程紧密结合、强大而成熟的组件技术、简单易学等特点[3]。数据库采用微软开发的SQL。监控中心系统与数据库的数据交互采用ODBC技术。由于上位机监控系统在运行过程中，采集运行数据、显示运行状态、保存采集数据等功能基本上是实时进行，为此，在开发上位机监控系统时采用了多线程技术。根据运行需求，上位机监控系统需要如下几个线程：系统主线程、数据采集线程、数据处理线程等。这些线程保证了系统的正常运行和实时性，提高了系统运行可靠性[4]。

2.3 下位机ARM控制系统

ARM微处理器目前已经成为应用最为广泛的嵌入式微处理器，也是一种先进的精简指令系统微处理器[5]，而且ARM微控制器具有低功耗、高性价比的特点，所以本控制系统采用ARM作为控制核心。同时，通过外围电路设计了模拟的A/D转换电路、开关量输入输出和串口等，其中串口通过跳线选择RS485方式与上位机控制系统进行通讯。

下位机软件设计主要可分为主程序模块、数据采集模块、通信模块、开关量输出控制模块。限于篇幅只介绍主程序模块的具体实现方式。主程序运行时，首先对系统进行初化，然后启动数据采集模块，系统开始对模拟量和开关量进行采集。ARM微控制器应用轮询方式对传感器数据采集。采集数据完成后，系统会及时处理采集的数据：一是将采集的数据通过通信模块上传到上位机控制系统；二是系统根据采集的数据进行分析处理，并根据处理结果及时中断采集模块，然后通过开关量输出控制模块控制相应的阀门等。同时，系统在运行过程中，如果下位机主程序接收到来自上位机系统发来的控制信号，主程序将及时中断采集模块，并根据控制信号通过开关量输出控制模块控制相应的阀门等。开关量输出控制模块完成相应操作后，下位机软件又返回到主程序，然后程序进入循环状态。流程如图2所示。

图2 系统主程序流程图

3 结论

该系统利用计算机进行除尘器内部结构和气固两相流流场模拟实验。试验结果表明，提高了除尘器净化效率，除尘器的控制系统也提高了系统的平稳性，并且降低了除尘器的成本。

[1]裴志鑫，王再明. 基于PLC的袋式除尘器控制系统设计与实现[J]. 黄石理工学院学报，2010（5）：18-20.

[2]陈生雄，任德均，杨洪坤. 基于ARM的多通道光源控制器设计[J]. 机械，2016（2）：40-43，80．

[3]明日科技，梁水，李方超. Delphi开发技术大全[M]. 北京：人民邮电出版社，2007.

[4]黄学飞. 基于PLC和PID的人工造浪监控系统的研究[J]. 微型机与应用，2016（3）：72-74．

[5]印黄燕. ARM系列单片机与PC机之间的串行通信[J]. 常州信息职业技术学院学报，2008，6（7）：30-32.

Study on the Electrolytic Flue Gas Purification Dust Collector

HUANG Xuefei，LIU Jie，GUI Yan，KUANG Weihua

( College of Mechanical and Electrical Engineering, Guangzhou Panyu Polytechnic, Guangzhou 511483, China )

According to the electrolysis flue gas purification dust remover to improve the performance and reduce the cost，the improved design scheme of electrolysis flue gas purification dust collector is put forward. The improvement plan of design and manufacture of the flower plate and the improvement measures for the air inlet of the dust collector are introduced. And the monitoring and control system for electrolysis flue gas purification and dust remover based on ARM technology is put forward. The realization process of the host computer monitoring system and the ARM control system of the computer is described. The experimental results of the internal structure of the dust collector and the gas solid two phase flow field are simulated by using the computer，it show that the system improves the performance of the deduster, reduces the cost and meets the requirements of the use.

electrolytic flue gas purifying dust collector；ARM；monitoring and control system

TP29

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.12.014

1006－0316 (2018) 12－0049－04

2018－05－10

广东省科技发展专项资金项目（2017A070712026）；广州市高校创新创业教育项目（201709T03）；广州市青少年科技教育项目（2018-253）；广州番禺职业技术学院“十三五”（第二批）科研项目（2018KJ008）；广州番禺职业技术学院“十三五”（第一批）科研项目（2016KJ009）

黄学飞（1974－），男，广东兴宁人，硕士，副教授，主要研究方向为机电一体化；刘杰（1974－），男，内蒙古包头人，硕士，副教授，主要研究方向为机械制造及自动化；桂艳（1982－），女，江西宜黄人，博士，副教授，主要研究方向机械制造与自动化；邝卫华（1976－），男，湖南郴州人，博士，教授，主要研究方向为机械制造与自动化。