1、內蒙古科技大學本科生畢業設計說明書（畢業論文）題 目：低壓脈沖袋式除塵系統設計學生姓名：黃建麗學 號：200440503212專 業：測控技術與儀器班 級：測控2004-2班指導教師：燕芳 講師63內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文）低壓脈沖袋式除塵系統設計摘 要煉鐵生產中產生的副產物之一高爐煤氣，富含大量的熱能、化學能、壓力能和粉塵。高爐煤氣除塵后，將其能源循環用于鋼廠、鐵廠、壓力加工廠等生產環節，可顯著降低企業的能源消耗和生產成本，給企業帶來可觀的經濟效益。 袋式除塵器也稱為過濾式除塵器，是一種干式高效除塵器，它利用纖維編織物制作的袋式過濾元件來捕集含塵氣體中的固體顆粒物，屬于精細除塵

2、，袋式除塵器可將高爐煤氣含塵量降低到10mg/m3以下。本設計采用的是脈沖反吹煤氣凈化工藝，以微機為上位機，以可編程序邏輯控制器(plc)為下位機的自動控制結構。上位機通過mcgs組態監控軟件制作出整個高爐煤氣除塵畫面，實現對整個生產過程的監控；下位機主要實現對除塵系統各個執行機構的控制，通過plc編程實現閥門的關閉、開啟,從而控制除塵系統的運行、停止。袋式除塵設備在運行一段時間后的清灰是袋式除塵過程中的核心技術，清灰效果的好壞直接影響袋式除塵設備的效率和使用。設計中采用了離線反吹方式按壓差對5個箱體進行依次反吹清灰。關鍵詞： 高爐煤氣；袋式除塵；反吹；干法除塵內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢

3、業論文）design of system for bag dedusting with low pressure pulseabstractone of iron smelting subsidiary outcome-blast furnace gas have a large number of thermal energy,chemical energy,pressure can and dust.after the dust removal,its energy cycle will get for the steel mils,iron works,the pressure proc

4、essing plant and other production sectors,also can significantly reduce energy consumption and production costs,and bring about substantial business economic benefits.bag filter is also known as filter-dust collector,it is a dry-efficient dust catcher,which uses fiber preparation of components produ

5、ced by the bag filter to trap dust particles in a gas solid,belong to a meticulous dust.bag filter can be to reduce the dust of gas blast furnace under 10 mg/m3.the design is based on pulse cleaning gas purification process,it takes the pc to the upper subsystem and a programmable logic controller (

6、plc) for the lower subsystem of the control structure.the upper subsystem creat the blast furnace gas dust screen though the mcgs,and complete to momnitor the entir process;the lower subsystem mainly achieve to control the actuator of the dust system,it can complete open and customs of the valve thr

7、ough the plc,so it can control running and stop of the dust system.the dust bag cleaning equipment is the key technology while bag dust removal equipment has operated for some time,cleaning effect of the dust bag have a direct impact on the efficiency and use of equipment.the design uses the offline

8、 cleaning method by pressure on the five boxes to followed cleaning.key words: blast furnace gas； bag filter；the back flushing；dry-dust 內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文）目 錄摘 要iabstractii第一章 緒 論11.1 選題背景11.2 設計的總體思想2第二章 高爐煉鐵生產工藝42.1 高爐煉鐵生產工藝流程42.2 熱風爐在高爐煉鐵中的作用52.3 高爐煤氣對熱風爐的影響62.4 高爐煤氣的產生及其特性62.4.1 高爐煤氣的產生62.4.2 高

9、爐煤氣的特性72.5 高爐煤氣除塵技術72.5.1 高爐煤氣的濕法除塵72.5.2 高爐煤氣的干法除塵82.5.3 高爐煤氣干法布袋除塵的優點9第三章 除塵器103.1 各種除塵器原理103.2 各種除塵器性能比較103.3 袋式除塵器的過濾機理113.4 濾料的特性和種類123.4.1 濾料的特性123.4.2 濾料的種類143.5 袋式除塵器的分類143.5.1 按清灰方式分類143.5.2 按除塵器內的壓力分類153.5.3 按濾袋形狀分類163.5.4 按含塵氣流進入濾袋的方向分類163.5.5 按進氣口的位置分類173.6 高爐煤氣袋式除塵系統183.6.1 高爐煤氣布袋除塵的機理1

10、83.6.2 除塵系統的控制流程193.6.3 清灰控制193.6.4 卸、輸灰系統203.6.5 過程控制要點21第四章 除塵系統上位機設計224.1 工業監控組態軟件mcgs224.1.1 mcgs組態軟件的系統構成224.1.2 mcgs組態過程244.2 上位機mcgs布袋除塵系統畫面設計264.2.1 主畫面264.2.2 報警窗口284.2.3 曲線顯示314.2.4 通訊設備組態334.2.5 安全機制33第五章 下位機plc硬件設計385.1 布袋除塵控制系統的硬件選擇385.2 可編程控制器的介紹385.2.1 可編程控制器的硬件組成385.2.2 可編程控制器的軟件系統與編

11、程語言395.3 simatic s7-300 plc405.4 可編程控制器在除塵系統中的應用425.5 上、下位機之間的通信連接43結束語45參考文獻46附錄a mcgs畫面反吹程序48附錄b plc反吹程序51附錄c 符號表58附錄d 主控畫面60致 謝61 內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文）第一章 緒 論袋式除塵器又稱為布袋除塵器，作為一種高效除塵設備，目前已廣泛用于各工業部門。近年來，隨著國民經濟的發展以及越來越嚴格的環境保護要求，布袋除塵器在產量上有了相當大的增長，品種也日漸增多。隨著現代生產工藝的要求，適宜地設計整個除塵系統的自動化控制也變得更加重要，不僅對于控制污染、保護

12、環境有重要作用，而且對于提高設備處理含塵氣體的能力，降低人工勞動作業，增加系統的可靠性，也具有重要的經濟意義。1.1 選題背景我國鋼鐵工業是耗能大戶，鋼鐵工業的耗能一直占全國總能耗的10%以上1。傳統的鋼鐵工業是由“資源一產品一污染排放”所構成的物質單向流動經濟。循環經濟則要求鋼鐵工業按照自然生態系統的模式，組成一個“資源一產品一資源再生”的物質反復循環流動的過程，要求生產過程中廢物的最大化利用。目前高爐煉鐵是鋼鐵生產流程中不可缺少的環節，其能耗最高，占噸鋼能耗的5055，平均為465kg/t標準煤(2003年)2，比國際先進水平高約30kg/t。高爐煤氣中粉塵含量高，富含一氧化碳氣體，劇毒，

13、發熱值高，潛含有巨大的能源資源，若直接向環境排放，將會造成區域生態環境的破壞；若將高爐煤氣除塵后循環利用，就能降低鋼鐵生產的能耗，也是鋼鐵工業實現循環經濟的重要途徑。而高爐煤氣中的顯熱、含塵量和含水率直接影響高爐煤氣的利用。所以研究高爐煤氣的除塵技術及在實際中的應用，以最大限度的保住高爐煤氣中的顯熱，減少含塵量及含水率，充分利用高爐煤氣能源，減少環境污染，對鋼鐵工業的良性循環發展具有非常現實的意義。高爐煤氣中的粉塵主要來自于高爐入爐原料中的細粉粒，這些細粉粒在高爐爐內、外壓力差的作用下，進入高爐煤氣。從爐頂排出的大量煤氣，其中含有co、h2、ch4等可燃性氣體，可以作為熱風爐、焦爐、加熱爐等的

14、燃料，但是由高爐爐頂排出的煤氣溫度為150300，標態含有粉塵約40100mg/m3，如果直接使用，會堵塞管道，并且會引起熱風爐和燃燒器等耐火磚襯的侵蝕破壞。因此，高爐煤氣必須除塵，將含塵量降低到510 mg/m3以下，溫度低于40，才能作為燃料使用3。布袋除塵器是20世紀50年代發展起來的高效除塵設備，隨著煙塵排放標準的日趨嚴格，對除塵器類型的選擇逐步由機械除塵器、文丘里水膜除塵器到高效的靜電除塵器，再到袋式除塵器。袋式除塵器是一種高效的干式除塵設備。它的除塵機理主要是過濾。它的最大優點是除塵效率高, 在實際應用中能達到99.99，每標準立方米的排氣中粉塵濃度可達到10mg以下。1.2 設計

15、的總體思想隨著生產工藝的提高，對除塵系統自動化的要求也不斷加強。本設計結合實際，把較為先進的控制技術應用到除塵過程中，開拓了一個新的應用領域，節省了人工勞動，提高了系統的運行效率。由高爐出來的荒煤氣首先沿下降管經過重力除塵器除掉粗顆粒，再送入換熱器進行熱交換，其目的是使得高于除塵工藝溫度要求的荒煤氣降溫后再送入除塵箱體，以充分保障除塵布袋的安全穩定運行。在除塵箱體內，荒煤氣由懸掛于箱體內部的除塵布袋外壁進入布袋內過濾掉微塵，將高爐煤氣含塵量降到要求指標以下，獲得的凈煤氣再通過凈煤氣總管供熱風爐等設備使用。除塵系統所收集的粉塵主要集中在除塵器的灰斗內，由輸排灰裝置進行貯運，輸排灰裝置是整個除塵系

16、統的一個重要組成部分。整個高爐煤氣布袋除塵系統流程如圖1.1所示。當壓力檢測裝置測出進出口荒、凈煤氣總管的壓差達到設定值，通過其設計的若干閥門的啟閉實現布袋的反吹清灰，從而達到高爐煤氣的除塵凈化的目的。布袋除塵器的清灰程序為簡單的plc控制程序, 可分別按荒、凈煤氣的壓差和時間自動控制。圖1.1 高爐煤氣布袋除塵系統流程圖高爐煤氣布袋除塵系統采用以微機為上位機，以可編程序邏輯控制器(plc) 為下位機的結構。通過mcgs這個監控組態軟件做出高爐煤氣除塵控制系統的整體畫面，實現對整個生產過程的實時監控。下位機主要實現對除塵系統各個執行機構的控制，通過plc編程實現閥門的關閉、開啟,執行除塵器的運

17、行、停止等等。整個布袋除塵系統的框架如圖1.2所示。圖1.2 布袋除塵系統的框架第二章 高爐煉鐵生產工藝2.1 高爐煉鐵生產工藝流程用于煉鋼和機械制作等行業的生鐵絕大多數是由高爐生產出來的。高爐是煉鐵生產中的主體設備。高爐煉鐵生產系統主要由以下幾個部分組成：供料系統、渣鐵處理系統、送風系統、煤氣除塵系統、噴吹系統及高爐本體4。供料系統。包括貯礦槽、貯焦槽、稱量、與篩分等一系列設備，其任務是將高爐冶煉所需原燃料通過上料系統裝入高爐。送風系統。包括鼓風機、熱風爐及一系列管道和閥門等，其任務是連續可靠地供給高爐冶煉所需的熱風。煤氣除塵系統。包括煤氣管道、重力除塵器、洗滌塔、文氏管、脫水器等，其任務是

18、將高爐冶煉所產生的煤氣，經過一系列的凈化使其含塵量降至10mg/m3以下，以滿足用戶對煤氣質量的要求。渣鐵處理系統。包括出鐵場、開鐵口機、堵渣口機、爐前吊車、鐵水罐車及水沖渣設備等，其任務是及時處理高爐排放出的渣、鐵，保證高爐生產正常運行。噴吹系統。包括原煤的儲存、運輸、煤粉的制備、收集及煤粉噴吹等，其任務是均勻穩定地向高爐噴吹大量煤粉，以煤代焦，降低焦炭消耗。高爐煉鐵所用的原料是經過處理后符合化學成分及粒度要求的，由上料系統將原料裝入高爐；經冶煉生產出來的主產品生鐵，可直接送煉鋼廠煉鋼或鑄成鐵塊；爐渣可制成水渣用于水泥工業；高爐煤氣除去灰塵后可用作燃料。高爐冶煉生產工藝流程如圖2.1所示。圖

19、2.1 高爐冶煉生產工藝流程1-高爐；2-熱風爐；3-除塵器；4-鼓風機；5-渣罐；6-鐵水罐；7-布袋除塵器；8-貯油罐；9-貯煤罐；10-煙囪2.2 熱風爐在高爐煉鐵中的作用高爐煉鐵采用熱風爐來加熱所鼓入高爐的風，可將風溫提高到1350。這是高爐煉鐵技術進步的重要標志之一，其重要意義在于：可大幅度降低煉鐵焦化。風溫提高100可提高高爐風口區理論燃燒溫度6080，可降低高爐燃料比2030kg/t，可允許多噴吹煤粉15kg/t。可顯著地提高高爐生鐵產量。因為高爐利用系數=冶煉強度÷焦化，在焦比降低時利用系數會提高。風溫的提高不但可以替代昂貴的焦炭，而且允許噴吹煤粉，進而取得可觀的經濟

20、效益。熱風爐加熱是使用高爐的生產過程中所產生的副產品高爐煤氣來作為燃料。這樣，使高爐煉鐵系統成為熱效率最高的火法冶金設備。不僅降低了高爐煉鐵的生產成本，而且減少了煤氣排放，進而保護了環境5。2.3 高爐煤氣對熱風爐的影響熱風爐使用高爐煤氣進行燃燒，在爐內蓄熱積存足夠的熱能，然后引入冷風進行熱交換，以獲得高爐生產所需要的熱風。因此，高爐煤氣質量的好壞直接影響著熱風爐的使用壽命和熱風的溫度。我國眾多的中小型高爐中絕大部分都使用球式熱風爐。這種熱風爐占地面積小、蓄熱能力大、換球方便，但球與球之間的孔隙度小，因此對煤氣的要求更嚴格。縱觀很多中小型高爐的生產實踐，熱風爐使用壽命短的原因主要有兩個：其一是

21、耐火球質量差。很多高爐購置的耐火球質量達不到國家標準要求，耐火度低，荷重軟化溫度低。而熱風爐內的溫度較高，因此耐火球發生軟化變形，使孔隙堵塞。其二是煤氣的質量差，煤氣中含塵量高。在熱風爐燒爐過程中，煤氣中大量的粉塵積聚在球床中的空隙間，久而久之，使空隙堵塞，熱風爐無法使用。因此，煤氣的質量就成為熱風爐的壽命和風溫使用水平較關鍵的環節。2.4 高爐煤氣的產生及其特性2.4.1 高爐煤氣的產生6經熱風爐預熱后的高溫空氣進入高爐后，與白熱狀態的焦炭相遇，鼓風中的氧氣，水蒸汽與焦炭發生下列化學反應: (2.1) (2.2) (2.3) (2.4)鼓風中蒸汽量較少(增濕鼓風時，水蒸汽量相對多一些)，由上

22、述反應式可知，生成氣體中氫氣含量較少；鼓風中的氮氣不參加化學反應，仍以氮氣狀態混在生成氣中。生成氣體與鐵礦石(包括燒結礦，球團礦)中氧化鐵起還原反應如下: (2.5) (2.6) (2.7) (2.8) (2.9) (2.10)隨著氧化鐵還原反應的進行，氣相中的co及h2逐漸減少，co2和h2o逐漸增加，在高爐內部氣流的作用下，入爐料中的細粉及反應產物粉塵也進入氣相，到達爐頂的含塵氣體就是高爐煤氣。2.4.2 高爐煤氣的特性高爐煤氣是高爐煉鐵的副產品。主要可燃成分是co約占2030，其余為co2、n2及少量的h2、微量氣體雜質。高爐煤氣無色、無味、有劇毒。燃點約為700，低位發熱量為3349.

23、6kj/m3左右。另外由于高爐煤氣中含有大量煉鐵原、燃料固體顆粒組成的灰粉，使用前須清洗，而清洗方式多采用濕法，故煤氣中含水較多，且灰粉有部分殘留，一般高爐煤氣的含水率在7g/m3以上。2.5 高爐煤氣除塵技術2.5.1 高爐煤氣的濕法除塵高爐煤氣除塵凈化的傳統工藝為濕法除塵，如圖2.2為高爐煤氣濕法除塵工藝流程。煤氣的濕法除塵是水洗煤氣，要耗費大量的水資源。煤氣洗滌水中懸浮物達10004000mg/l，并且含有大量的酚、氰化物及其他有機物7，處理這些有毒物要用化學藥物或引入水渣池。用化學藥物處理的系統龐大，處理難度大；用沖渣水稀釋后進行閉路循環，沖渣過程中氰化物會隨蒸汽擴散到大氣中而污染大氣

24、。此外濕法除塵將250左右的煤氣降到50以下，損失能量達30%以上8，且除塵后的煤氣含水含塵較高，煤氣品質下降，使煤氣的物理有效能(溫度和壓力)下降。同時產生的大量污泥難以清理和利用。濕法除塵是通過洗滌塔與文氏管來進行除塵的。該方法可將出口煤氣含塵量降至10 mg/m3以下，除塵效率為94%98%，但煤氣流速與用水情況直接影響文氏管的工作效率。當高爐生產波動或水量不穩定時，文氏管的工作效率將明顯下降。圖2.2 高爐煤氣濕法除塵凈化工藝流程2.5.2 高爐煤氣的干法除塵高爐煤氣的干法除塵幾乎不用水，不會帶來水污染和污泥的處理，干的粉塵可直接返回燒結作為原料使用，除塵過程中煤氣的壓力損失小，配tr

25、t煤氣壓差發電，發電量可達50kw·h/噸鐵9。除塵效果好，對環境污染少，且煤氣的應用領域擴大。高爐煤氣的干法除塵包括電除塵技方式和袋式除塵方式。圖2.3為高爐煤氣的干法袋式除塵工藝流程圖。高爐荒煤氣經重力除塵器后進入袋式除塵器，在袋式除塵器內利用濾袋本身的織孔和濾袋外表面的粉塵層對含塵煤氣進行過濾，達到凈化煤氣的目的，經袋式除塵器除塵后的煤氣經調壓閥組或trt煤氣壓差發電機后，入煤氣管網到用戶。圖2.3 高爐煤氣的干法除塵工藝流程2.5.3 高爐煤氣干法布袋除塵的優點1) 高爐煤氣采用干法布袋除塵比傳統的濕法除塵可以多回收和利用煤氣顯熱。高爐煤氣溫度按180計，每噸鐵可回收煤氣約3

26、0萬kj的顯熱，相當于多回收了10 kg的標準煤。2) 高爐煤氣采用干法布袋除塵比傳統濕法除塵可以提高煤氣的熱值。采用干法凈化后的煤氣不含機械水，因而煤氣熱值可提高126209 kj/m3，煤氣顯熱可使理論燃燒溫度提高90120，熱風爐或鍋爐的效率提高2%3%。3) 高爐煤氣采用干法布袋除塵比傳統的濕法除塵可以節約水、電。據測量，對于大型高爐，高爐煤氣采用干法布袋除塵可以節約工業循環水約6 m3/噸鐵。4）干法除塵比濕法除塵效率高。大型高爐干式布袋除塵后凈煤氣含塵量一般在3 mg/m3以下，平均不超過1 mg/m3，而濕式除塵后凈煤氣含塵量一般在510 mg/m3，有的甚至會超過10 mg/m

27、3。干法除塵凈煤氣質量的提高有利于高爐凈煤氣用戶的生產和使用10。第三章 除塵器3.1 各種除塵器原理除塵技術就是利用兩相流動的氣固或液固分離原理(包括重力分離、慣性力分離、離心力分離、庫侖力分離、水膜除塵和過濾) 捕集氣體中的固態或液態顆粒物。常用的除塵裝置有機械式除塵器、濕式除塵器、靜電除塵器、過濾式除塵器和袋式除塵器。機械式除塵器是利用重力、慣性力和離心力作用使粉塵與氣流分離沉降的裝置，包括重力沉降室、慣性除塵器和旋風除塵器等。重力沉降室和慣性除塵器屬于低效除塵器,旋風除塵器屬于中等效率除塵器。濕式除塵器是利用液滴或液膜洗滌含塵氣流使粉塵與氣流分離沉降的裝置。濕式除塵器有水膜除塵器、噴淋

28、塔、文丘里洗滌器沖擊式除塵器和旋流板塔等。其原理為利用水形成液網、液膜或液滴與塵粒發生慣性碰撞、擴散效應、黏附、擴散漂移與熱漂移、凝聚等作用，達到捕集、分離塵粒，并兼備吸收氣態污染物的目的；可以處理高溫廢氣、黏性顆粒和液滴，除塵效率較高。靜電除塵器是利用高壓電場使顆粒荷電，在庫侖力作用下使顆粒與氣流分離沉降的裝置。靜電除塵器幾乎可以捕集一切細微粉塵及霧狀液滴，其捕集粒徑范圍在001100 um，粉塵粒徑 02um 時，除塵效率可高達99 %以上；由于靜電除塵器利用庫侖力捕集粉塵，流經除塵器的阻力很小，約98294 pa ；并可處理從低溫、低壓到高溫、高壓的含塵氣流。3.2 各種除塵器性能比較靜

29、電除塵器、濕式文丘里除塵器和袋式除塵器是目前國內外應用較廣的3 種高效除塵器；重力沉降室和慣性除塵器屬于低效除塵器；旋風除塵器和除文丘里以外的濕式除塵器屬于中等效率除塵器。各種除塵器基本性能如表3.1所示。表3.1 各種除塵器基本性能3.3 袋式除塵器的過濾機理袋式除塵器從19世紀中葉開始用于工業生產以來，不斷發展，特別是20世紀50年代,脈沖噴吹的清灰方式以及合成纖維濾料的應用，為袋式除塵器的進一步發展提供了有利條件。目前在各種高效除塵器中，袋式除塵器是最有競爭力的一種。袋式除塵是采用過濾技術將空氣中的固體顆粒物進行分離的過程，袋式除塵器是采用過濾技術進行氣固分離的設備11。氣體過濾技術目前

30、主要有纖維過濾、膜過濾和顆粒過濾。盡管這三種方式都能達到將氣體中固體顆粒分離出來的目的，但它們的機理是不一樣的，袋式除塵為纖維過濾，膜過濾或膜過濾與顆粒過濾的組合。袋式除塵器的濾料是由大量纖維疏松地充填在一起組成的過濾介質，纖維的取向與空氣流方向垂直，粒子大多數沉積在介質內部，布袋除塵屬于所謂“障礙物形式”捕集方式。3.4 濾料的特性和種類濾料是袋式除塵器重要部件濾袋的縫制材料。袋式除塵器的性能在很大程度上取決于濾料的性能，如過濾效率、設備阻力等，這些都與濾料材質、結構和后處理有關。根據袋式除塵器的除塵原理和粉塵特性，對濾料提出了如下要求：（1）清灰后能保留一定的永久性容塵，以保持較高的過濾效

31、率；（2）在均勻容塵狀態下透氣好，壓力損失小；（3）抗皺折、耐磨、機械強度高；（4）耐溫、耐腐蝕性好；（5）吸濕性小，易清灰；（6）使用壽命長，成本低；這些要求，有些取決于纖維的理化性質，有些取決于濾料的結構和后處理。一般濾料很難同時滿足上述全部要求，要根據具體條件來選擇合適的濾料，正確地選擇濾料對設計和應用袋式除塵器有著重要的意義。3.4.1 濾料的特性由于要求凈化的工業煙氣及粉塵具有不同的性質，因而對濾料也提出各方面的要求，濾料具有的特性應盡可能滿足所提出的要求，與過濾粉塵有關的濾料特性有以下幾項。1）過濾效率濾料的過濾效率()一方面與濾料結構有關,另一方面也取決于在濾料上所形成的粉塵層。

32、從濾料結構看，短纖維的過濾效率比長纖維高，毛氈濾料比織物濾料高。從粉塵層的形成來看，對于薄濾料，清灰后，粉塵層被破壞，效率降低很多，而厚濾料清灰后還可保留一部分粉塵在濾料中，避免過度清灰。一般說來，在濾料不破裂的情況下，均可達到很高的效率（99.9）。2）容塵量容塵量指達到給定阻力值時單位面積濾料上積存的粉塵量。濾料的容塵量影響濾料的阻力和清灰周期。為了避免頻繁地清灰、延長濾料壽命，要求濾料的容塵量大。容塵量與濾料的孔隙率、透氣率有關，毛氈濾料比織物濾料的容塵量大。3）透氣率及阻力透氣率是指在一定的壓差下，通過單位面積濾料上的氣體量。濾料的阻力直接與透氣率有關。透氣率取決于纖維細度、纖維的種類

33、和編織方法等。透氣率降低，除塵效率提高，但阻力卻大為增加。4）耐溫性工業煙氣的溫度有時很高，為了適應高溫煙氣的凈化，濾料需具有耐高溫的性能。耐溫性是選擇濾料的重要因素。除了考慮長期工作溫度外，還要考慮發生短期高溫的可能性。在考慮耐溫時，還要注意到有的濾料能耐干熱，但對濕熱的抵抗很差，耐溫濾料的造價較高，因此需同時對采用降溫方式進行技術經濟比較，以確定取舍。5）吸濕性纖維吸濕性也是評價濾料性能的指標之一。當處理的氣體中含有一定量的蒸汽時，如果濾料的吸濕性高，會造成粉塵黏結，濾料堵塞，阻力上升，惡化除塵性能。6）機械性能濾料的機械性能主要指抗拉強度、抗彎折強度及耐磨性。抗拉強度是因濾袋吊掛時要承受

34、濾料自重及灰重，同時還要經受清灰時的振動，濾袋愈長，要求的抗拉強度也愈高，但當濾袋內部有支撐架時，對抗拉強度的要求就不很突出。耐磨性是評價濾料的重要指標，許多濾袋的破裂都是因為磨損造成的。耐磨性包括粉塵與濾料之間或纖維之間或濾料與支撐骨架之間的磨損。3.4.2 濾料的種類3.4.2.1棉、毛濾料棉是一種纖維素質纖維，纖維素是交鍵的天然聚合物，與其他天然纖維一樣，它是不耐高溫的，工作溫度為7585，棉布耐酸很差，特別是在高于60和稀酸中易于遭到破壞，棉布耐堿性能較好，棉纖維是非彈性的，因此可以認為其尺寸是比較穩定的。在正常溫度下，吸濕率較高達2427，耐磨性為中等。棉布濾料的過濾性能好，造價最低

35、，油平紋、斜紋或緞紋，也可做成絨布。由于棉布濾料抗化學侵蝕性差、耐溫性差、吸濕性強及可燃性等，其使用受到局限。毛織濾料通常用羊毛造成。毛纖維比棉要細，織成的濾布較厚。透氣性好，阻力小，容塵量大，過濾效率高，易于清灰12。3.4.2.2無機纖維濾料為了使濾袋能耐高溫，近年來無機纖維濾袋有很大發展。玻璃纖維濾料用于高溫過濾已經有多年歷史，由于不斷改進，目前應用仍比較廣泛。近年來，有的國家開始采用金屬纖維濾料。此外，還有碳素纖維、礦渣纖維、硅酸鹽纖維、陶瓷纖維等用作濾料的研究也正在進行。3.5 袋式除塵器的分類3.5.1 按清灰方式分類1）機械清灰：包括人工振打、機械振打、高頻振蕩等。這是一種最老和

36、最簡單的方式，曾經在工業中廣泛應用。清灰時，振打方式可以使濾袋在水平方向運動，或在垂直方向運動，或用快速振動器使布袋快速振動。采用垂直方向振打，清灰效果好，但對濾袋的損害較大。在高溫氣體凈化中，所用濾料抗彎折強度較差時，可以考慮采用這種方式。2）逆氣流清灰：逆氣流清灰是采用室外或循環空氣以與含塵氣流相反的方向通過濾袋，使其上的塵塊脫落，掉入灰斗中。在這種清灰方式中，一方面是由于反方向的清灰氣流直接沖擊塵塊，另一方面，由于氣流方向的改變，濾袋產生脹縮振動，也有助于塵塊的脫落。逆氣流可以是用正壓將氣流吹入濾袋，也可以是以負壓將氣流吸出濾袋。清灰氣流可以由主風機供給，也可以單獨設反吹風風機。3）脈沖

37、噴吹清灰：這是借助于壓縮空氣通過文氏管誘導周圍的空氣在極短的時間內噴入濾袋，使濾袋產生脈沖膨脹振動，同時在逆氣流的作用下，濾袋上的粉塵被剝落掉入灰斗。這種方式的清灰強度大，可以在過濾工作狀態下進行清灰，允許的過濾風速也高。脈沖噴吹清灰是20世紀60年代發展起來的技術。由于它具有許多優點，因而近年來發展很快，成為袋式除塵器的一種主要清灰方式。4）聲波清灰：聲波清灰是采用聲波發生器使濾料產生附加的振動而進行清灰的。聲波發生器使塵塊由濾料上振落下來，這種方法有時用作反吹風或反吸風清灰的補充。聲波通常可用板振動、汽笛、諧振警報器等發生，后兩者采用壓縮空氣，有效聲強需155db以上。3.5.2 按除塵器

38、內的壓力分類1）負壓式除塵器：在通常的除塵系統中，風機置于除塵器的后面，使除塵器處于負壓，將含塵氣流吸入除塵器進行凈化。這種方式的特點是進入風機的氣流是已經凈化的氣流，可以防止風機被磨損。如圖3.1中a圖所示。2）正壓式除塵器：考慮到袋式除塵器除塵效率高，含塵氣流凈化后有時可直接排入室內大氣，因而將風機設于除塵器前，除塵器在正壓下工作。這種方式的管道布置緊湊，對外殼結構的強度要求不高。但風機易磨損，不適用于濃度高、粗顆粒、硬度大、磨損性強的粉塵。如圖3.1中b圖所示。圖3.1 負壓式和正壓式除塵器a負壓式；b正壓式3.5.3 按濾袋形狀分類1）圓袋：通常的袋式除塵器的濾袋都采用圓袋圖3.2中(

39、b)(e)。圓袋結構簡單，便于清灰。濾袋的直徑一般為100300mm。最大不超過600mm。直徑太小時有堵灰的可能，直徑太大，則有效空間的利用較少，袋長為212 m，脈沖噴吹袋式除塵器袋長較小，而反吹風袋式除塵器袋長可大一些，袋長時，濾袋直徑也相應要求長。2）扁袋：扁袋圖3.2(a)除塵器是由一系列扁長濾袋所組成，濾袋的厚度以及濾袋之間的間隙2550 mm，因此在單位體積內所布置的過濾面積要大很多。扁袋高度一般為6001200 mm，深300500 mm。扁袋內部用骨架（或彈簧）支撐，盡管扁袋除塵器在節約占地面積方面有著明顯的優點，但是目前在工業中的使用量仍大大少于圓袋除塵器，其主要原因是扁袋

40、的結構和清灰較復雜，換袋困難及濾袋與骨架的磨損較大。3.5.4 按含塵氣流進入濾袋的方向分類1)內濾式圖3.2(c)、（e）：含塵氣流首先進入濾袋內部，由內向外過濾，粉塵積于濾袋內表面。內濾式的濾袋外部為干凈氣體側，便于檢查和換袋。當過濾氣體沒有毒性，溫度又不高時，甚至可以在過濾狀態下進入除塵器內。內濾式一般適用于機械清灰和逆氣流清灰的袋式除塵器。2）外濾式圖3.2(b)、(d)：含塵氣流由濾袋外部通過濾料進入濾袋內，凈化后排出。為了便于過濾，濾袋內要設支撐骨架（袋籠）。外濾式適用于脈沖噴吹袋式除塵器、高壓氣流反吹袋式除塵器、扁袋除塵器等。3.5.5 按進氣口的位置分類1）下進風：含塵氣流由除

41、塵器下部、灰斗部分進入除塵器內圖3.2(b)、(c)。2）上進風：含塵氣流由除塵器上部進入除塵器圖3.2(d)、(e)。當采用下進風時，除塵器結構較簡單，但由于氣流的方向與粉塵下落的方向相反，容易使部分下落的微細粉塵還未落到灰斗就又重新返回到濾袋表面上從而降低了清灰效果，使設備阻力增加13。 平板式向上，向下或水平流動(a)圓筒式向上流動外側過濾內側過濾（b）(c)(d)(e)向下流動圖3.2 袋式除塵器濾袋形狀3.6 高爐煤氣袋式除塵系統從高爐爐頂出來的煤氣沿下降管進入重力除塵器,重力除塵器利用灰塵顆粒的重力沉降作用除掉一部分灰塵,這就是所謂的粗除塵。從重力除塵器出來的荒煤氣進入除塵箱體內，

42、為了防止荒煤氣溫度過高而燒壞布袋，增加了一個熱交換器。從布袋除塵箱體出來的煤氣是經過除塵的凈煤氣。當濾袋表面積塵達到一定厚度時，由清灰控制裝置(差壓反吹或定時反吹方式)按設定程序關閉提升閥，控制當前單元離線，并打開電磁脈沖閥噴吹，抖落濾袋上的粉塵。落入灰斗中的粉塵經由卸灰閥排出后，利用輸灰系統送出。布袋除塵裝置位于煉鐵高爐旁，風吹日曬，溫度高、灰塵重，要求現場安裝的控制設備具有較高的環境適應性。3.6.1 高爐煤氣布袋除塵的機理布袋除塵能將高爐煤氣中的粉塵捕集，是由煤氣中塵粒和過濾介質綜合作用的結果。高爐煤氣中的粉塵是由超細微粒到粗粒的各粒徑分布的14。當含塵氣流流過清潔的濾料時，比濾布空隙大

43、的微粒，由于重力作用沉降或因慣性力作用被纖維擋住；比濾布空隙小的微粒和濾布的纖維發生碰撞后或經過時被纖維鉤附在濾袋表面，由分子間的布朗運動留在濾布的表面和空隙中，最微小的粒子則可能隨氣流一起流經濾布跑掉了。隨著濾料上捕集的粉塵不斷增加，一部分粉塵嵌入到濾料內部，一部分附著在表面，在織孔和濾袋表面形成灰膜。灰膜又成為濾膜，煤氣通過布袋和濾膜達到良好的凈化除塵的目的。當灰膜增厚，阻力增大到一定程度時，再進行清灰，去掉大部分灰膜，使阻力減小到最小，再恢復正常過濾。高爐煤氣布袋除塵中，灰膜起著比濾料更重要的作用，使捕集塵的效率顯著提高。積灰的濾料比清灰后濾料除塵效率高，清潔濾料除塵效率最低。因此清灰時

44、應保留部分粉塵，以保證高的除塵效率，過度清灰會引起除塵效率下降，加快濾袋破損。3.6.2 除塵系統的控制流程高爐煤氣經重力除塵器粗除塵后，溫度在80300范圍內，進入布袋除塵箱體進行過濾凈化。如果溫度低于80，或高于300，則由熱交換器調節溫度。本設計提供了按壓差反吹方式，即若荒、凈煤氣壓力差超過預先設定的差壓值，就對箱體實施反吹清灰過程。為了防止故障時不能自動運行，還有手動方式，只要選擇任何一個箱體，對其進、出口閥門進行開關，就可以實現手動反吹。除塵箱體過濾后的灰塵，由螺旋輸送機輸出，再經過斗提機到高位灰倉，然后經粉塵加濕機加濕，由汽車運出廠區。本除塵系統采用5個除塵箱體，每個箱體都由過濾室

45、、灰倉、進氣管、排氣管、反吹管、切換閥門等組成。當荒、凈煤氣壓力差達到6kpa時，依次對5個箱體布袋進行反吹清灰。3.6.3 清灰控制最古老的清灰是由人來控制的，隨后采用定時器控制。隨著電子技術的發展，脈沖控制系統應用于袋式除塵器清灰控制，現有開環控制和閉環控制模式。采用脈沖控制儀，利用其輸出信號直接控制電磁閥，為開環控制模式；按時間或除塵器的壓力損失來控制清灰，即閉環控制。后者可減少用于清灰的氣體量以及反吹風機的能耗，延長脈沖閥和濾袋的壽命。隨著計算機的廣泛應用，大部分清灰控制系統應用計算機定壓差或定時閉環控制，并且有檢測、控制、報警等功能。清灰控制為兩種控制方式：當荒、凈煤氣總管壓差達到6

46、kpa（設定值）時，進行反吹。由plc程序設定定時反吹時間，到時間自動進行反吹。布袋除塵器反吹方式有在線反吹和離線反吹兩種。在線反吹：即當荒、凈煤氣總管壓差達到6kpa（或到達規定的反吹時間）時，不關閉箱體的進出口蝶閥，同時進行反吹。離線反吹：即當荒、凈煤氣總管壓差達到6kpa（或到達規定的反吹時間）時，關閉箱體進出口閥門，然后進行反吹，反吹后立即打開凈煤氣進出口閥，使箱體恢復正常工作狀態，然后進行下一個箱體的反吹。3.6.4 卸、輸灰系統圖3.3為儲灰、卸灰系統的工作原理圖。濾袋噴吹后的粉塵沉積在每一個箱體的下錐部，達到一定積量時，經上卸灰球閥進入中間灰斗存放、冷卻。卸灰時，打開下卸灰球閥，

47、通過葉輪給料機送入密封輸灰鏈槽中。1123451- 倉壁振動器；2-補償器；3-中間灰斗；4-電動球閥；5-葉輪給料機圖3.3 儲灰、卸灰裝置原理圖輸灰的方式按輸送裝置的動力分為機械輸送和氣力輸送。按輸送的方向分為向下輸送，如卸灰裝置；水平輸送，如刮板輸送機、皮帶輸送機、螺旋輸送機；向上輸送，如帶式和鏈式斗式提升機。本系統采用水平的螺旋輸送機和向上的斗式提升機。螺旋輸送機是依靠螺旋葉片旋轉時，引導粉塵沿著固定的殼體內壁向前移動而不停地工作著。它一般單獨用于小型除塵器的粉塵輸送。斗式提升機是一種常見的垂直輸送設備，用于運送粉狀物料。其優點是：結構簡單，動力消耗低；外形尺寸小，能顯著地節省地面面積

48、；在全封閉罩殼內進行作業，不揚粉塵，避免污染環境；輸送能力大；并達到較高的輸送高度。3.6.5 過程控制要點高爐煤氣除塵工藝控制要點主要包括換熱器溫度控制、布袋反吹控制和輸排灰控制。1、換熱器溫度控制換熱器出口處的荒煤氣溫度應控制在80300之間，如果溫度過低，則會因為煤氣溫度較低發生水蒸氣凝結現象，潮濕的煤氣經過布袋除塵時會使布袋受潮，干燥的灰遇到潮濕的布袋會大量淤積進而糊住布袋的通氣孔，降低布袋的除塵能力，最終導致布袋報廢。如果溫度過高，則會降低布袋的使用壽命。2、布袋反吹控制本設計中采用的除塵器為外濾式、負壓反吹風除塵器。當某一袋室進行清灰時，首先關閉除塵器箱體的進、出口閥門，然后打開反

49、吹風管的進口閥門。由于除塵器內各室的進風管是相通的，因此清灰后的氣體與含塵氣體一起被吸入各袋室凈化后排出。布袋反吹為順序反吹，在每個箱體內布袋的反吹清灰也為順序反吹，即依次打開反吹氣包上10個電磁閥，對布袋箱體內對應的布袋依次進行反吹。3、輸排灰控制灰倉設有灰位上下限，當灰位達到上限時，卸灰球閥打開，開始卸灰；當灰位下降到灰位下限時，關閉卸灰球閥，停止卸灰。灰倉中的灰卸到中間灰倉，當中間灰倉中的灰位大于灰位上限時，按順序開啟斗提機、螺旋刮板輸送機、葉輪給料機、中間倉卸灰球閥，將中間灰倉中的灰卸入高位灰倉，再經加濕機加濕，汽車外運。當中間灰倉灰位下降到灰位下限時，按順序關閉中間倉卸灰球閥、葉輪給

50、料機、螺旋刮板輸送機、斗提機。輸灰的好壞也影響到整個除塵系統的正常運行。第四章 除塵系統上位機設計4.1 工業監控組態軟件mcgs組態軟件通常是被用來為工業過程控制、計算機集散控制和實時監測領域進行服務的一種計算機系統軟件。它一般具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護性強等優點。mcgs（monitor and control generated system）是一套基于windows平臺的，用于快速構造和生成上位機監控系統的組態軟件系統。mcgs為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發平臺，能夠完成現場數據采集、實時和歷史數據處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出

51、以及企業監控網絡等功能。mcgs具有操作簡便、可視性好等突出特點，已成功應用于石油化工、鋼鐵行業、電力系統、水處理、環境監測、機械制造、交通運輸、能源原材料、農業自動化、航空航天等領域，經過各種現場的長期實際運行，系統穩定可靠。4.1.1 mcgs組態軟件的系統構成4.1.1.1mcgs組態軟件整體結構mcgs 5.1軟件系統包括組態環境和運行環境兩個部分。組態環境相當于一套完整的工具軟件，幫助用戶設計和構造自己的應用環境。運行環境則按照組態環境中構造的組態工程，以用戶指定的方式運行，并進行各種處理，完成用戶組態設計的目標和功能。無論使用plc、儀表，還是使用采集板等設備，在進入工程現場前的組

52、態測試時，均采用模擬數據進行，等測試合格后，再與設備連接。4.1.1.2mcgs組態軟件的組成部分mcgs用一個“工作臺”窗口來管理構成用戶應用系統的5個部分，如圖4.1所示，它們分別是主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數據庫窗口和運行策略窗口，每個窗口都具有特定的功能并且負責管理用戶應用系統的一個部分。圖4.1 mcgs組態軟件的工作平臺1.主控窗口主控窗口是用戶應用系統的主窗口,也是應用系統的主框架,它展現了工程的總體外觀。主控窗口提供菜單命令，響應用戶的操作。主控窗口負責調度設備窗口的工作，管理用戶窗口的打開和關閉，驅動動畫圖形顯示和調度用戶策略的運行等工作。2.設備窗口設備窗口是連接和

53、驅動外部設備工作環境的重要窗口，在這里可以配置數據采集和輸出設備之間的關系，定義它們之間的通信協議，將外部設備中的變量與組態軟件中的數據庫變量進行鏈接，達到實時在線通信的目的。3.用戶窗口用戶窗口是用來建立動畫圖形的，用戶在規定了不同名稱的動畫窗口后，就可以在其上編輯自己需要的工程畫面。然后再借助于內部命令和腳本程序來實現其工藝流程和畫面的調用，從而實現現場工藝組態的目的。4.實時數據庫在mcgs中的數據不同于傳統意義的數據或變量，它不只包含了變量的數值特征，還將與數據相關的其他屬性（如數據的狀態、報警限值等）以及對數據的操作方法（如存盤處理、報警處理等）封裝在一起，作為一個整體，以對象的形式

54、提供服務。實時數據庫是mcgs的核心，是應用系統的數據處理中心，是實現各個部分協調動作的源泉依據。5.運行策略一般簡單的動態畫面，可以利用mcgs中的圖符與相關變量之間的關聯來完成。但對于復雜的工程，監控系統必須設計成多分支、多層循環嵌套式結構，按照預定的條件，對系統的運行流程及設備的運行狀態進行有針對性的選擇和精確的控制。所謂“運行策略”，是用戶為實現對系統運行流程自由控制所組態生成的一系列功能模塊的總稱。根據運行策略的不同作用和功能，mcgs把運行策略分為啟動策略、退出策略、循環策略、用戶策略、報警策略、事件策略、熱鍵策略7種。4.1.2 mcgs組態過程1.工程項目系統分析首先了解整個工

55、程的系統構成和工藝流程,弄清測控對象的特征,明確主要的監控要求和技術要求問題。在此基礎上，擬定組建工程的總體規劃和設想，主要包括系統應實現哪些功能，控制流程如何實現，需要什么樣的用戶窗口界面，實現何種動畫效果以及如何在實時數據庫中定義數據變量等環節，同時還要分析工程中設備的采集及輸出通道與實時數據庫中定義的變量的對應關系，分清哪些變量是要求與設備連接的，哪些變量是軟件內部用來傳遞數據及用于實現動畫顯示的。2.設計用戶操作菜單在系統運行的過程中,為了便于畫面的切換和變量的提取,通常用戶要建立自己的菜單,第一步是建立菜單的框架,第二步是對菜單進行功能組態。在組態過程中，用戶可以根據實際的需要，隨時對菜單的內容進行增加和刪除，最終確定菜單。3.制作動態監控畫面制作動態畫面是組態軟件的最終目的，一般的設計過程是先建立靜態畫面，所謂靜態畫面就是利用系統提供的繪圖工具來畫出效果圖，也可以是一些通過數碼相機、掃描儀、專用繪圖軟件等手段創建的圖片。然后對一些圖形或圖片進行動畫設計，所有的動畫效果均應和數據庫變量一一對應，實現內外結合的效果。4.編制控制流程程序在動態畫面制作過程中，除了一些簡單的動畫是由圖形語言定義外，大部分較復雜的動畫效果和數據之間的鏈接，都是通過一些程序命令來實現的，mcgs軟件為用戶提供了大量的系統內部命令。其語句的形式兼容于vb、vc語言的格式。另外mcgs軟件還為用戶提