机力风冷器在除尘烟气冷却中的应用

[ 摘  要 ] 本文简述了机力风冷器的硬件结构，对风机的启停控制和应用程序做了较详细的介绍，其中关于风机停止的死区应用是值得借鉴的。
[ 关键字 ] 机力风冷器，电气控制，step7应用程序

Application of Forced Draft Cooler in the Cooling of High Temperature Soot
abstract: This paper describes hardware framework of forced draft cooler in short and automatic control and application program of fans in detail.The application of deadband is very valuable about stopping fan in the paper.
key words:  Forced Draft Cooler,  Electric Control,  Applicatin Program on Step7

0．前言

    在我厂的电炉除尘系统中，采用一次烟气经过第四孔排出和二次烟气经电炉屋顶罩排出相结合的除尘方式。经第四孔排出的烟气温度高达1600℃，必须经过充分的冷却才能送到布袋室。一次烟气经过一号、二号水冷燃烧室、水冷沉降室、水冷烟道、火花捕集器、自然对流冷却管道、机力风冷器、空冷管道与屋顶罩烟气汇合，进入布袋室。水冷烟道出口处的烟气温度必须在630℃以下，布袋室入口处的烟气温度在120℃以下，超过这些值将会损坏设备。

1．机力风冷器的硬件结构

    机力风冷器即强制吹风冷却器，它采用风机为动力，利用常温空气对高温烟气进行强制吹风冷却。其主要结构由上联箱、冷却管、冷却风机、灰斗、接管、梯子平台等部件组成，如图1所示。
    该冷却器的换热管为列管式排列。高温烟气从换热管的列管内快速穿过，而常温空气在轴流风机的强制作用下，迅速从换热管的外壁冲刷通过，带走烟气热量，降低了烟气温度。机力风冷器入口处的烟气温度大约为300－450℃，冷却后出口处的烟气温度大约为150－300℃。



2．2 风机出口挡板的电气原理
    风机的出风口安装了挡板，在风机停止或故障时，挡板关闭，防止换热管的热量向电机辐射，造成电机损坏。当电机运行时，挡板打开，使冷风吹向换热管。挡板用气缸驱动，气缸使用了电磁阀来控制。挡板的开启和关闭与风机的启动和停止相关联，其电气原理如图3所示，图中仅给出了一台风机的挡板图。


    电磁阀使用24V直流供电。当图2中的KM1得电电机运行时，图3中KM1常开触点闭合，使K3得电，如果开关Q1合上，则电磁阀得电，故风机的挡板打开。

2．3 模拟量采集
    对温度的采集使用了Pt100热电阻传感器，它的引线直接连到西门子S7-400模拟量模板上，其接线如图4所示。ADC为模数转换器，“L+”接＋24V直流，M为公共端。“M-”端和“Ic-”端在模板处用短接线连接。



3．风机应用程序

3．1 程序流程
    机力风冷器的应用程序是采用西门子step7 5.1编写的,该应用程序是除尘程序的一个子程序。风机基本以自动方式运行，其自动启停流程如图5所示。风机启动前，程序检查各个条件是否满足：“电机准备好”的信号来自图2中11，钥匙开关必须在现场打到远程L位置，在现场的急停按钮没有按下，风机没有误运行等报警等条件均满足，风机允许启动。
    在控制室的监控画面上，可以设定风机的启动顺序和当烟气温度达到某值时启动风机。风机分为3组，如图1所示。画面上可以把风机的启动顺序设定为以下6种方式：123，132，213，231，321，312。温度值的设定与第几组风机对应，如果采用“123”这种方式，温度通常设定为“160℃、180℃、200℃”，即当烟气温度达到160℃时，第（1）组风机启动，温度达到180℃时，第（2）组风机启动，温度达到200℃时，第（3）组风机启动。风机的停止随着温度值的降低，先停第（3）组，接着第（2）组，第（1）组。
    图5以“123”这种方式描述风机的启停。当烟气温度逐渐降低时，各组风机依次停下来。程序对风   


机的停止设定了一个死区，死区值为15℃，此值可以根据工艺状况修改。以温度设定值“160℃、180℃、200℃”为例，当三组风机全运行后，烟气温度降低到200℃以下，风机仍然运行，直到温度降低到185℃（200－15）以下，第（3）组风机才停止运行；据此，第（2）组风机运行后，在165℃以下停止运行，第（1）组风机运行后，在145℃以下停止运行。
    设定死区对电机是相当有益的。烟气温度根据电炉冶炼状况的变化而变化，温度变化较快。当没有设定死区时，实际烟气温度在临界温度设定点（160℃、180℃、200℃）处反复变化，会造成风机频繁启停，对电机造成冲击，很容易损坏。

3．2  部分程序分析
    在这里对风机的启动和停止的部分程序进行分析，分4个network来描述第（1）组风机启停过程，其它两组与第（1）组相同，如图6所示。


    程序中的各符号描述如下：
    M0.2－风机处于自动运行模式；M0.3—风机自动模式允许启动的综合条件；M0.4—风机自动运行请求；M0.5—第（1）组风机准备好；M6.0—第（1）组风机启动请求；MW2—存储器字，地址为2；MW8—存储器字，地址为4；DB1.DBW10—从监控画面来的温度设定值；DB520.DBW20—采样实际烟气温度值；DB1.DBX22.0－从监控画面来的风机初始启动命令；DB1.DBX22.1—从监控画面来的风机停止命令；#fg1_deadband—第（1）组风机的死区值。
    M指的是CPU的系统存储器的位存储器区的表示符号；DB1.DBW10中DB1表示数据块1，DBW10表示地址为10的字单元；DBX是位地址的表示符号；#fg1_deadband是临时变量。
    （S）为置位指令，（R）为复位指令；MOVE是数据传送指令，传送的数据的类型可以为字节、字、双字；SUB_I为两个单精度整数相减指令，IN1减去IN2，把差值放到OUT中；COM    在network3中，MOVE指令把DB520.DBW20中的值传送给MW8，即把实际的烟气温度值放到MW8。
    在network4中，描述了第（1）组风机的停止过程。在M0.4的常开触点为“1”的情况下，若第一组风机的启动设定值为160℃，即DB1.DBW10的值为160，死区值设定为15℃，即#fg1_deadband的值为15，则MW2的值为145。如果烟气实际温度为150℃，MW8的值大于 MW2的值，则第（1）组风机仍然运行，当烟气温度降到144℃时，第（1）组风机停止运行。

4．结语
    机力风冷器对电炉除尘一次烟气冷却起着重要的作用。它自投入运行以来，运行相当平稳，维护量小且简单。风机的自动启停控制很有特色：使用的测温传感器直接接到西门子S7-400模拟量点，转换任务交给S7，采样简单可靠；采用死区控制风机停止，防止电机在临界点频繁启动，有效地保护了电机。



［ 参 考 文 献 ］
[ 1 ]    王永忠，宋七棣.电炉炼钢除尘.北京：冶金工业出版社.2003.
[ 2 ]    殷洪义，可编程序控制器选择设计与维护.北京：机械工业出版社，2003.6.
[ 3 ]    廖常初，S7-300/400 PLC应用技术.北京：机械工业出版社2005.3.