南志文

0 引言

隨著科學技術的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)對于除塵器的使用越來越重視，除塵器的使用對于環(huán)境的保護顯得格外重要。傳統(tǒng)除塵器選用風機是根據(jù)最大除塵量設計的，粉塵濃度在一定范圍內變化，而風機總是工作在額定功率，風機長時間運行，累積風量過大，造成大量電能浪費，因此，對除塵器風機系統(tǒng)進行改造，使其達到高效節(jié)能的要求很有必要。本文針對上述要求設計了除塵器風量調節(jié)系統(tǒng)。

1 除塵器的運系統(tǒng)運行概述

同煤集團塔山電廠一期輸煤系統(tǒng)皮帶運行時粉塵濃度較大，為了有效降低粉塵濃度，輸煤系統(tǒng)在T0、T1、T2 轉載點及煤倉間配備了多臺TDCC 型多管沖擊式除塵器。該型除塵器工作原理為含塵氣體由風管進入箱體內，一部分粉塵顆粒被箱體內的擋灰板阻擋落入水中除掉，剩余粉塵顆粒隨著氣流進入聯(lián)箱，含塵氣體經(jīng)過送風管以較高速度從噴頭外噴出，沖擊水箱液面撞擊起大量水滴，達到除塵目的。凈化后的空氣在風機作用下由風管排出。含塵氣體在整個過程中處在負壓工作狀態(tài)，液面高度由溢流閥和水位控制儀控制。

2 存在的問題

以T0轉載點除塵以器為例，該除塵器風機系統(tǒng)選用的風機為KKF-4-79 離心通風機，風機全壓2 910 Pa，設計風量14 400 m3/h，電機選用Y160M2-2-B35 型三相異步電動機，電機功率15 kW，轉速2 900 r/min。

T0 轉載點風機系統(tǒng)電機直接啟動時啟動電流較大，而啟動轉矩不大。此電機啟動電流倍數(shù)k1=5-7，啟動轉矩kst=1-2。啟動電流對電網(wǎng)沖擊較大，會影響同一臺變壓器其他供電負載的正常工作。

T0 轉載點多管沖擊式除塵器風機系統(tǒng)電機總是工作在電機額定功率下，粉塵量與落煤管的形狀、落煤管與皮帶夾角、皮帶機轉載點的落差、散料顆粒大小有關。因此，粉塵量是在一定范圍內不斷變化，粉塵產(chǎn)生和空氣流動也存在一定關系，在運輸散裝物料時，引起空氣流動的主要原因是運動物料的誘導作用和設備運動部件的鼓動作用?？諝膺M入防塵密閉罩后便從縫隙外逸，并攜帶大量細微粉塵，因此，科學合理地確定抽風量是除塵器節(jié)能的關鍵。抽風量過大，會抽走部分大顆粒物料，煤泥在箱體內大量積聚，除塵器管路堵塞加重，除塵器用水量增大，維修成本增大；抽風量過小，達不到除塵目的。以上分析發(fā)現(xiàn)除塵器風機系統(tǒng)存在以下問題：

（1）除塵器啟動電流較大，易對電網(wǎng)造成沖擊；

（2）除塵器風機總是工作在工頻狀態(tài)，不能隨粉塵濃度變化而調速；

（3）除塵器風量過大，有可能將較大顆粒物料吸入除塵器內，造成除塵用水量加大，管路堵塞嚴重。

3 設計內容

3.1系統(tǒng)組成

圖1 除塵器風量調節(jié)

如圖1 除塵器風量調節(jié)系統(tǒng)包括粉塵濃度傳感器、控制單元、除塵器風機系統(tǒng)三部分。粉塵濃度傳感器主要完成導料槽口、落料口粉塵濃度的采集、處理、傳輸。控制單元主要完成粉塵濃度的測量值的處理、風機調速的計算。

3.2 粉塵濃度傳感器

粉塵濃度傳感器的選擇包括傳感器位置、數(shù)量、選型、處理電路幾方面內容。

3.2.1 粉塵濃度傳感器安裝位置、數(shù)量的選擇

除塵器主要是利用導料槽、導料管等密閉空間使其與外界形成負壓，從而使密閉空間的粉塵隨空氣流進入除塵器箱體經(jīng)過水過濾達到除塵目的。除塵抽風量的確定原則：保持導料槽、原煤倉等空間維持一定的負壓，控制開口處（導料槽出口、原煤倉落料口）的風速保持在一定范圍內，防止粉塵外泄[2]。因此，粉塵濃度傳感器的位置選擇在導料槽出料口、原煤倉落料口較合適，安裝在此處既可以有效測定導料槽粉塵是否溢出，又可以減少粉塵對傳感器干擾。如圖1，以T0轉載點為例，皮帶運輸系統(tǒng)存在兩處開口處，因此選擇在導料槽出口處、落料口各安裝一臺粉塵濃度傳感器A、B。

3.2.2 粉塵濃度傳感器選型

根據(jù)粉塵濃度變化范圍等因素，此設計選用GCG500 型粉塵濃度傳感器，該傳感器由光散射檢測系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)和單片機組成。含塵氣流在抽氣系統(tǒng)的作用下，通過入風口進入光散射檢測暗室，激光源發(fā)出激光照射含塵氣流，探測器探測粉塵散射光強并將光強信號轉換為電壓信號，經(jīng)放大器放大后進行A/D轉換將模擬信號轉換為數(shù)字信號，CPU 收到數(shù)字信號后將粉塵濃度值顯示在面板上，同時傳輸給PLC。

3.3 變頻器

風機傳統(tǒng)調速方法是通過調節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調節(jié)給風量，其輸入功率大，且大量能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。三相異步電動機調速方法有變極調速、變頻調速、變轉差率調速[2]。離心 風 機 調 速 理 論 依 據(jù) 是 相 似 定 律 ：，由上式可知風機風量與風機轉速成正比，因此采用變頻調速即可調節(jié)風量大小。

3.4 PLC

風量調節(jié)系統(tǒng)控制單元主要完成粉塵濃度傳感器A、B濃度的采集，變頻器的控制，因此選用PLC型號是西門子S7-200，它能夠滿足I/O點數(shù)需要，且有一定富余量，方便其他功能擴展。S7-200 系列PLC 提供多種具有不同I/O 點數(shù)的CPU 模塊和數(shù)字量、模擬量I/O 的擴展模塊供用戶選用，還配有許多專用的特殊功能模塊，PLC 程序設計采用梯形圖形式，把系統(tǒng)所需完成的功能模塊化，分別進行設計，這樣做的優(yōu)點是設計簡單方便，程序易于修改，程序條理清楚，用戶容易掌握[3]。

3.5 系統(tǒng)工作原理

圖2 控制系統(tǒng)圖

用粉塵濃度傳感器檢測導料槽出口處粉塵濃度A、落料口粉塵濃度B，將結果通過數(shù)模轉換模塊轉化成數(shù)字量送入PLC 計算，計算結果以A、B兩個值較大值作為信號值，當信號值大于粉塵濃度規(guī)定值，風機開始工作，PLC根據(jù)采集的粉塵濃度值控制變頻器，從而控制風機轉速來調節(jié)風機流量。若粉塵濃度較大，應提高風機頻率，增大風量；相反粉塵濃度小，說明負荷較小，應降風機頻率，減小風量，使風機調速系統(tǒng)達到最佳工作狀態(tài)。

為了進一步提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，將風機調速系統(tǒng)的工作方式分為工頻方式和變頻方式。兩種方式能夠通過選擇開關進行選擇，選擇開關由變頻器反饋給PLC的故障信號觸發(fā)。工頻方式是指除塵器在輸煤皮帶運行期間一直保持額定功率狀態(tài)，主要應用在變頻方式出現(xiàn)問題時，變頻工作方式是通過檢測粉塵濃度來調節(jié)風量的間歇式工作方式。當系統(tǒng)工作在變頻方式下出現(xiàn)故障時，會自動檢測并給出故障信號，PLC 控制器收到故障信號后將自動切換到原系統(tǒng)，避免了除塵器停用造成環(huán)境污染，保證了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。系統(tǒng)在正常工作時，風機在30 Hz～50 Hz 之間變頻運行，在變頻狀態(tài)下有兩種調頻方案：自動調頻和手動調頻，調節(jié)變化量均為0.5 Hz。

為了有效控制除塵器啟停狀態(tài)，減小系統(tǒng)延時造成誤動作，在導料槽外部、落料口安裝粉塵濃度傳感器。當粉塵濃度傳感器檢測到粉塵濃度最大值超過規(guī)定值時，會發(fā)出檢測信號，然后PLC檢測除塵器風機啟停狀態(tài)。當除塵器風機處于運行狀態(tài)時，保持除塵器繼續(xù)運行，根據(jù)除塵器風機和粉塵濃度傳感器安裝位置風管的長度，延時時間t1，若沒有檢測到超過規(guī)定值粉塵濃度，除塵器風機停止工作；若再次檢測到超過規(guī)定值粉塵濃度則繼續(xù)運行，完成下一次的除塵任務。當除塵器處于停止狀態(tài)時，據(jù)除塵器風機和粉塵濃度傳感器安裝位置間風管的距離，再結合除塵器從啟動到達到最佳工作狀態(tài)的時間，使除塵器延時t 2 啟動。

4 改造后的系統(tǒng)

系統(tǒng)改造后，經(jīng)過一年時間運行，以T0 轉運站除塵器節(jié)能改造前后兩年運行時風機消耗電能對比，統(tǒng)計如

表1 T0轉運站除塵器改造前后兩年消耗電量統(tǒng)計表

通過上表比較后發(fā)現(xiàn)除塵器風機經(jīng)過變頻調速改造后，節(jié)省了大量電能，系統(tǒng)節(jié)能率達到70%以上，節(jié)能效果良好。

改造后，管路堵塞率大幅減低，改造前檢修管路的周期為10次/月，改造后降低到2次/月；單臺除塵器用水量由改造前每日8 t降低到每日4 t。

5 結論

實施改造后采用的除塵器變頻運行方式，減少了除塵器的無用功損耗，減緩了電機啟動電流大對電網(wǎng)造成的沖擊，從而在降低能耗的同時又有效地延長除塵器風機系統(tǒng)的使用壽命，使系統(tǒng)節(jié)能率達到70%以上，降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟效益，對在相關設備上推廣節(jié)能新技術起到了重要的示范作用。