广西来宾银海铝业有限责任公司 广西来宾 546100
摘要: 从电解铝企业烟气净化工艺流程和控制要求着手制定了烟气净化处理方案，详细介绍了烟气净化处理系统中的硬件设计、软件设计和变频器设计，并对控制流程进行了叙述。通过该净化系统的设计和应用，达到了烟气净化预期效果，对于高烟气处理系统稳定性和电解铝综合效益具有显著的效果。
关键词: PLC; 烟气处理; 方案设计; 效果分析
在电解铝生产过程中，会产生大量含氟有害气体和有害粉尘，这些废气的无节制排放会严重破坏矿区环境和损害人体健康。目前，电解铝企业一般采用“干法”净化法对生产过程中产生的有害烟气进行净化处理，“干法”净化法是指通过除尘器来实现气固分离，并通过相关设备将净化后的烟气进行排放。当前，我国电解铝烟气处理的主要问题是自动化程度低、烟气净化效果差，本着 PLC 控制的变频器控制技术在自动化控制中表现的优点，决定将其运用到电解铝企业烟气处理系统中，以期改善电解铝企业烟气净化水平。
1 电解铝烟气净化系统控制要求
1. 1 电解铝烟气净化工艺流程
绝大多数电解铝企业采用“干法”净化法进行烟气净化，其原理是利用电解铝生产原料 Al2 O3 的吸附性来实现烟气中含氟气体和部分烟尘的吸附。实践表明，“干法”净化法可实现含氟有害气体和烟尘吸附率达到 95% 以上，吸附含氟气体和烟尘的 Al2 O3 由除尘器实现气固分离，回收的氟返回电解槽进行氟补充，烟尘被排放。电解铝烟气“干法”净化流程主要包括电解槽集气、Al2 O3 吸附反应、除尘器气固分离、Al2 O3 输送和机械设备排风净化等，具体为: 电解铝生产过程中产生的含氟有害气体和烟尘经集气罩得到集聚，通过支、干烟管进入烟道与氧化铝发生化学反应，生成的含氟固体和烟尘经除尘器进行过滤从而实现气固分离，含氟 Al2 O3 进入电解槽供电解使用，经除尘器净化后的烟气由机械排风设备进行外排。
1. 2 烟气净化控制要求
烟气净化控制主要包括计算机控制系统、除尘器控制系统和变频调速控制系统，这三个系统只有协调运行，才能获得最佳的烟气净化效果。
1) 计算机控制系统: 可以实现对风机、除尘器、排烟机等主要设备的启停状态进行有效监控; 对烟气净化系统流程中的电压、温度、流量等主要参数进行有效监控; 对烟气净化系统和供料系统运行参数实现屏显，且能够自动切换设定好的有关系统运行参数; 能够对净化系统出现的故障进行诊断和处理，允许设备的自动和手动操作切换; 对烟气净化系统的运行状态、运行数据和故障情况进行实时记录，以便于数据汇总。
2) 除尘器控制系统: 烟气净化系统采用一用一备两套，以防净化系统出现故障影响烟气净化处理; 除尘器电磁阀控制系统采用压差方式控制，且同样采用两套系统进行工作，这样当检测到系统出现故障时可以自动切换到备用系统，可以保证除尘器正常工作。
3) 变频调速系统: 以往，风机采用调节板来控制风量，这种控制方法操作复杂、劳动强度大、节能效果差，基于此，决定采用变频器进行风机调速控制。变频器调速可以通过风机调速来控制风压和风量，具有高效、节能和提高风机使用性能和寿命等优点。
2 PLC 控制烟气净化系统方案
PLC 控制烟气净化系统以 85KA 预焙阳极电解槽为研究对象，在设计时采用 PLC 控制除尘器电磁阀动作、袋虑室压差检测; 净化系统主排烟机采用两台异步电机进行拖动，采用变频器进行控制电机转速，进而对风机风压、风量进行控制; 由传感器和变频器将排烟机电机温度、轴承温度、电源参数、冷却水温和风机振幅等控制信息参数输送到现场控制微机，然后再输送至地面主控室。
2. 1控制系统硬件设计
采用西门子公司生产的 S7 － 300 系列 PLC 作为烟气净化系统控制机，硬件系统主要包括 CPU、压力传感器、温度传感器、A / D 模块、开关模块、电源模块、通信模块和模拟量模块等。CPU 是控制系统的核心，主要对程序和数据的接收和发送进行控制，同时诊断 PLC 控制系统内部电路故障和编程错误; 存储器包括系统和用户存储两个部分，主要是用来存储用户程序中所用数据; 压力传感器采用 MPX2100 压阻式压力传感器和测量放大器组成，温度传感器采用 K 型热电偶式，压力传感器和温度传感器分别对系统压力和温度进行监控。
2. 2控制系统软件设计
采用 S7 － 300PLC 梯形图语言进行电解铝烟气控制系统控制程序编程，控制程序包括启动程序、手动 / 自动控制程序、自动加料程序、故障报警程序、屏显控制程序以及相关子程序。PLC 控制系统见图 1 所示。该控制系统主要优点有: 控制系统简单，通过主程序控制程序的启动、中断和各子程序的运行; 可以利用语句表和梯形图进行语言编程; 支持几何和代数运算;可通过屏显实时掌握控制系统的运行状态，并可实现手动和自动控制切换。
图1 PLC 控制烟气净化系统主程序示意图
2. 3 变频调速系统设计
抽风机是电解铝企业烟气净化系统的关键设备，也是烟气净化系统中高耗能设备，合理控制抽风机电机转速可以对风量和风压进行控制，进而起到节能降耗效果，以往采用挡板方式调节，但节能效果有限，目前最为广泛的电机调速方式为变频调速。理论证明，风机流量与电机转速呈正比关系，压力和电机功率分别于转速呈二次方和三次方关系，故通过变频器对电机转速进行无级变速进行节能降耗效果明显，当风机转速为额定转速的 90% ，风机节电率可达 27% ; 当风机转速为额定转速的 80% ，风机节电率可达 49% ; 当风机转速为额定转速的70% ，风机节电率可达 66% ，故在应用变频调速时可根据所需风量进行适当调节。
3 效果分析
从基于 PLC 控制的烟气净化系统应用现场情况来看，该系统符合设计要求，通过该系统的应用，大幅度提高了烟气净化系统的稳定性、可靠性和自动化水平。通过烟气净化指标测定结果来看，集气和净化效率分别达到了 97% 和 96% ，氧化物排放量和粉尘排放浓度分别达到了 5 mg / m3 和 15 mg / m3 ，电解车间氧化物浓度和粉尘浓度为 0． 8 mg / m3 和 5 mg / m3 。通过变频调速技术的应用，有效保证了恒定风压，降低了电能消耗，对于提高烟气处理系统稳定性和电解铝综合效益具有显著的效果。
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论文作者:林华南,罗杰,王春龙
论文发表刊物:《基层建设》2017年第10期
论文发表时间:2017/7/25
标签：烟气论文; 净化系统论文; 电解铝论文; 风机论文; 除尘器论文; 控制系统论文; 系统论文; 《基层建设》2017年第10期论文;