孟庆利

x[摘 要]由于建设成本，近几年新建的干法窑水泥生产线的增湿塔逐渐由增湿管道替代，增湿管道比增湿塔的直径细，导致粉尘烟气在增湿管道内的流速快，由于现有的喷水降温设备技术落后，系统控制不及时，起不到降温、增湿的效果，增湿管道经常出现湿底挂壁现象，而基于PLC和变频器技术的喷水降温系统，依靠PLC集中精确的温度控制、先进的喷雾技术、故障率低、损耗小等特点，已广泛应用于各种行业的废气处理系统中。

[关键词]PLC，喷水降温，增湿管道

中图分类号：TQl72.6 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）11-0031-01

1.前言

我国水泥工业对大气所产生影响的主要污染源是粉尘和废气，粉尘污染排放高于国外15倍，粉尘主要是由于水泥生产过程中原材料、燃料和水泥成品储运，物料的破碎、烘干、粉磨、煅烧等工序中产生的废气排放或外逸而引起的。根据我国每年的水泥总产量推算，我国目前每年因水泥生产向大气排放的粉尘量和废气量分别为：各类粉尘约1330万吨。废气排放方面，每年向大气中排放的CO2约2.1亿吨；SO2排放量约101万吨；NOX排放量1.3～1.6×106立方米。我国水泥工业硫化物、氮氧化物等有害气体排放高于国际先进水平6～10倍。而对含有超标粉尘的窑尾废气进行治理的最有效方法就是使烟气通过电收尘器或袋式收尘器进行收尘处理。在入收尘器前，一般需要对烟气进行降温预处理，主要原因是一级筒出口烟气温度一般在360±30℃，高于滤袋允许温度，会使滤袋烧毁和过早老化；而使用电收尘器的话，由于烟气的干燥和高温，粉尘比电阻比较高，烟气在通过高压电场过程中粉尘不容易电离，从而影响收尘效果。在收尘器前使用增湿管道对高温烟气进行增湿降温处理是目前最普遍的做法。针对不同的收尘器，需要控制的增湿管道出口目标温度有所区别，使用电收尘器，增湿塔出口温度一般控制在140±10℃；如使用袋收尘器，则增湿管道出口温度控制在180±10℃。

随着我国科技的不断发展以及吸收国外的先进技术，一种全新的增湿管道喷水降温技术被引进国内，叫做双流体喷水降温系统。经过大量的实际应用，该系统技术成熟先进，自动化程度高，稳定可靠。采用的低压喷枪装置，喷嘴磨损小且喷雾粒度小（在30μm左右），雾化效果好，性价比高。目前已广泛应用于我国水泥、钢铁、冶金等行业的废气处理系统中。下面对这种控制系统进行较详细的介绍。

2.双流体喷水降温系统的概述

2.1 系统组成简述

系统有双流体喷枪和系统集成泵站两部分组成。系统集成泵站包括：

1）水路，以一定的压力和流量向喷枪供水；

2）气路，以一定的压力和流量向喷枪供气；

3）安装在一个单独的电气柜中的电气控制系统，控制着系统的所有参数。它检测工艺过程的各个变量如冷却塔的烟气温度、空气和液体的流量和压力并控制供给喷枪的液体流量保证管道的出口温度的稳定，它还可视化给出所有参数的反馈。

2.2 系统原理简述

该系统克服了传统高压回流方式的多项弊端，双流体喷雾降温系统是设计用于将一定进口温度范围和进口流量范围的烟气冷却到期望的一个出口温度范围内。进口温度和出口温度由温度计检测，通过PLC控制系统的精确计算来保证适量的水用于烟气冷却。

3.控制系统的硬件组成

HMI人机界面的画面显示功能：实现生产过程流程画面，操作画面，参数设定，报警信息等画面。控制级由西门子的S7-200系列PLC控制器构成，实现对数字量的输入，输出和模拟量的输入、输出的处理，性能稳定，性价比高。执行机构由ABB变频器ACS510、立式多级离心泵、电动阀门等构成（图1）。

4.控制系统的PLC编程

4.1 系统启动/停止

启动设备：可以通过就地模式或远程模式的“启动/停止”信号来实现，系统进入“运行”状态，并开始根据检测到的出口温度控制水泵和压缩空气开关阀。

停止设备：可以通过就地模式或远程模式“启动/停止”信号来实现，系统进入“停机”状态，在这个状态下，系统不喷水，没有温度控制。有些报警条件可以使系统进入“停机”状态（如两台水泵都发生故障）。

4.2 系统报警

系统有区别地处理警告和报警。当警告出现时，屏幕上会出现一条信息，报警输出被激活，而系统继续运行。有些报警会迫使系统停止运行、激活报警输出并解除运行输出。另一些报警会迫使系统进入安全模式并激活报警输出。所有警告和报警都需要设置延时。

4.3 系统自动控制原理

系统自动控制是通过检测增湿管道出口温度以及喷水流量，用PLC内部的PID功能构建的双闭环控制思想，实时跟踪出口温度，根据出口的设定温度，快速的将出口烟气温度降到设定温度±10℃，并稳定在此范围内，保持不变。系统在层叠式PID逻辑中使用出口温度，温度的PID逻辑使用测定的温度并调节着液体流量，液体流量的PID逻辑使用温度PID的输出值并调节着水泵的转速；

请注意，与PID调节方式相关的所有限制都适用于此系统；同时请注意，在启动和停止条件下或当工艺过程出现某些快速的重要变化时，需要操作者的手动干预。

5.HMI人机界面的程序编程

由于PLC程序集中于设备控制功能，要实现全面的自动控制功能，良好的人机界面，采用 EV5000组态的HMI需要编程如下几个部分：

5.1 画面

实时监视，方式选择，模拟量显示，控制系统起停，提供各种查询窗口。

5.2 报警

归档报警变量，实现报警查询和实时报警。

5.3 趋势图

归档过程变量，实现温度跟踪趋势显示。

6.结束语

自双流体喷水系统投入运行以后，降温效率非常高，温度控制精确稳定。显著降低了二恶英和呋喃的排放，减低了环保成本，由于烟气密度的增加，体积和速度的降低，改善了除尘性能。PLC集中控制双流体喷水降温系统，具有良好的控制性能，维护量小，人性化的人机界面，适合广泛应用于增湿管道的降温控制。

参考文献

[1] 西门子（中国）有限公司，SIMATIC S7-200可编程控制器 系统手册，2002.

[2] 西门子（中国）有限公司，MICROMASTER430通用型变频器 使用大全，2003.

[3] 上海步科电气有限公司，EV5000组态手册，2007.