李宇翔，胡滿深，潘柏盛，郭彪，馮劍鋒，林榮灼

（江門市同力環(huán)?？萍加邢薰荆瑥V東 江門 529100）

前言

隨著工業(yè)化的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)排放的煙塵對大氣環(huán)境的污染日益嚴重，也是霧霾天氣頻繁出現(xiàn)的誘因之一，嚴重影響人們的日常生活和身體健康，工業(yè)煙塵治理已刻不容緩。近年來，國家及地方政府頒布了一系列法律法規(guī)及改善大氣環(huán)境的措施，環(huán)保標準要求也日趨嚴格。

目前，我國食品加工行業(yè)配備的中小型燃煤鍋爐，一般都存在鍋爐負荷變化大、啟停頻繁等問題，導(dǎo)致煙氣性質(zhì)不穩(wěn)定，產(chǎn)生的煙氣量及含塵量難以控制。食品加工行業(yè)應(yīng)用最廣泛的除塵技術(shù)是袋式除塵器，但常規(guī)的袋式除塵控制系統(tǒng)并不能滿足其使用要求[1～3]。本文介紹了某袋式除塵自控系統(tǒng)，可為食品加工行業(yè)應(yīng)用袋式除塵技術(shù)提供借鑒。

1 袋式除塵技術(shù)概述

袋式除塵器采用脈沖清灰、分室設(shè)計、離線清灰和氣力輸灰的設(shè)計思路，設(shè)備主體由主箱體（擋板、濾袋室、凈氣室和灰斗）、清灰裝置、輸卸灰裝置（含灰倉）及電控裝置組成。

袋式除塵器的除塵過程主要分為三個階段：預(yù)除塵、過濾及清灰。預(yù)除塵和過濾過程見圖1（a）。煙氣由進風口進入，經(jīng)碰撞擋板，氣體中大部分粗顆粒物粉塵受慣性作用被分離出來，直接落入灰斗[2]；經(jīng)預(yù)除塵后的煙氣沿擋板下行進入濾袋室，煙氣在不同的高度通過內(nèi)部裝有袋籠的濾袋，顆粒物被捕集在濾袋表面形成粉塵層，過濾后的煙氣經(jīng)凈氣室從出風口排出。

清灰過程如圖1（b），濾袋室前的離線閥開啟，濾袋室與主氣流隔離，使濾袋室處于離線狀態(tài)。此時開啟壓縮空氣系統(tǒng)中的脈沖電磁閥，使壓縮空氣在極短的時間里以逆向氣流的形式涌入濾袋中，在氣流的沖刷作用及布袋膨脹變形產(chǎn)生的振動作用下，附著在濾袋表面的粉塵層被剝離落入灰斗中，最后經(jīng)卸灰系統(tǒng)排出。

在線和離線除塵時，除塵布袋的受力和工作情況不同，除塵原理也不同[3]。在不同狀態(tài)下的布袋受力截面圖見圖1（c）。

2 自控系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

圖1 袋式除塵器除塵過程

袋式除塵器自控系統(tǒng)是以可編程序控制器（PLC）為核心，輔以各類電器元件構(gòu)成的工業(yè)控制裝置。自控系統(tǒng)集自動化、計算機、通訊等技術(shù)特點于一體，有效實現(xiàn)了袋式除塵器的自動運行。

袋式除塵系統(tǒng)的主控系統(tǒng)由五個子系統(tǒng)構(gòu)成：1）自動檢測系統(tǒng)。在除塵設(shè)備運行過程中，對除塵設(shè)備中的各個參數(shù)自動、連續(xù)進行檢測并顯示。2）自動報警系統(tǒng)。用聲、光等信號自動反映除塵設(shè)備運行不正常的情況。3）自動保護系統(tǒng)。當除塵系統(tǒng)出現(xiàn)報警情況，有可能引發(fā)事故時，自動保護系統(tǒng)能自動運行應(yīng)對措施，防止事故的引發(fā)和進一步擴大，保護現(xiàn)場人員和設(shè)備的安全。4）自動操作系統(tǒng)。根據(jù)除塵工藝要求和生產(chǎn)條件，自動操作系統(tǒng)自動啟停某臺設(shè)備或進行交替動作。5）自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在除塵過程中，部分工藝參數(shù)需要保持在規(guī)定的范圍內(nèi)，當工藝參數(shù)發(fā)生變化時，自動調(diào)節(jié)裝置就會對設(shè)備運行做出動作，直至工藝參數(shù)恢復(fù)到規(guī)定的范圍內(nèi)。簡單來說，PLC控制的主要功能是通過模擬量和數(shù)字量的相互轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)袋式除塵器設(shè)備定時控制及開關(guān)量邏輯控制，使各個設(shè)備自動化運行，系統(tǒng)平穩(wěn)運行[4～7]。

2.2 硬件構(gòu)成

自控系統(tǒng)主要硬件選型見下表。

PLC硬件選型表

3 控制邏輯

整個控制系統(tǒng)根據(jù)除塵工藝要求，通過工業(yè)以太網(wǎng)和Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)，將現(xiàn)場諸多設(shè)備聯(lián)系起來[4]。PLC程序采用Step7 Micro/WIN軟件編程，而WinCC是PLC控制系統(tǒng)中的人機界面組件，人機界面（HMI）的監(jiān)控畫面使用WinCC進行組態(tài)，操作人員可通過屏幕監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)，同時完成數(shù)據(jù)的采集和歸檔[8～13]，見圖2。根據(jù)袋式除塵器系統(tǒng)的控制要求，PLC程序可細分為清灰控制、溫度控制、輸卸灰控制和自檢及故障控制等。

圖2 除塵系統(tǒng)運行情況監(jiān)控畫面

3.1 清灰控制

布袋清灰的目的是清理積聚在布袋表面的粉塵層，使粉塵層保持適當?shù)暮穸?，在保證除塵效率的前提下，降低設(shè)備壓損以減少系統(tǒng)能耗。目前廣泛使用的清灰控制方式主要有手動清灰、定時清灰、壓差清灰和混合清灰等。該系統(tǒng)主要采用手動清灰控制及混合清灰控制。

手動清灰為操作人員控制，在監(jiān)控程序或現(xiàn)場操作柜控制各室或單一室按清灰程序清灰一次。

混合清灰的實質(zhì)是將定時和壓差清灰系統(tǒng)一并激活，以時間和進出壓差為條件，當運行工況滿足其一，設(shè)備都會對布袋進行自動清灰。控制系統(tǒng)設(shè)計以定時清灰為主，以壓差清灰為輔。即當進出壓差小于系統(tǒng)設(shè)定值時，按定時清灰程序進行清灰；當進出壓差大于系統(tǒng)設(shè)定值時，進入強制清灰程序。

正常工況下，袋式除塵器的進出壓差應(yīng)在1500Pa以下。在自動清灰系統(tǒng)啟用后，系統(tǒng)自動進入倒計時，若定時清灰的時間周期設(shè)置恰當，一般定時清灰便可滿足袋式除塵器的要求。定時清灰的時間周期由設(shè)備調(diào)試及運行過程優(yōu)化得出。但由于食品加工行業(yè)配備的中小型鍋爐工況不穩(wěn)定，其煙氣量及顆粒物濃度往往難以控制，經(jīng)常會導(dǎo)致袋式除塵器的進出壓差不穩(wěn)定，因此就必須輔以壓差清灰。當進出壓差高于1500Pa時，系統(tǒng)控制清灰設(shè)備動作進行連續(xù)清灰，直至進出壓差小于1300Pa時停止清灰，重新進入定時清灰模式。

3.2 溫度控制

溫度控制的目的是控制煙氣進入袋式除塵器的溫度，防止低溫或高溫煙氣影響設(shè)備正常運行。當煙氣溫度過高時會對布袋構(gòu)成不可逆的損害，甚至引起火災(zāi)；當煙氣溫度接近或低于煙氣露點時，會產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，水分與灰塵接觸易形成不透氣的結(jié)塊，長時間運行后會凝聚成大面積的結(jié)塊黏附在濾袋表面，無法被清灰系統(tǒng)有效去除，使布袋失去原有功效，并造成設(shè)備壓損增大，這種現(xiàn)象俗稱為“糊袋”。

在正常工況下，煙氣進入袋式除塵系統(tǒng)的溫度應(yīng)在110℃～160℃。袋式除塵器設(shè)有混風閥，當高溫煙氣在可控范圍（180℃～200℃）內(nèi)時，開啟混風閥作為臨時性保護措施。當煙氣溫度達160℃時，系統(tǒng)進行報警，提示操作人員調(diào)整前端工況。當煙氣溫度達180℃時，系統(tǒng)控制設(shè)備打開混風閥，輸入環(huán)境空氣對煙氣進行強制降溫，直至煙氣溫度低于160℃后關(guān)閉混風閥，以確保濾袋安全。

3.3 輸卸灰控制

輸卸灰的目的是清除灰斗上堆積的灰塵，使灰斗保持灰塵的堆積高度處于正常范圍內(nèi)，并及時將灰塵輸送至灰倉，保證清灰工作正常進行。目前常用的卸灰控制方式主要有手動輸卸灰和自動輸卸灰。

手動輸卸灰為操作人員控制，在監(jiān)控程序或現(xiàn)場操作柜控制各灰斗或單一灰斗按輸卸灰程序輸卸灰一次。

自動輸卸灰由高料位計發(fā)出信號，由系統(tǒng)發(fā)出指令，以延時啟動的形式，依次啟動羅茨風機、噴射泵、星型卸料閥、振打器進行卸灰。卸灰完畢后，輸卸灰系統(tǒng)按振打器、星型卸料閥、噴射泵、羅茨風機進行順序停機。同時自動輸卸灰系統(tǒng)具有智能等待功能，當不同灰斗同時發(fā)出高料位信號時，優(yōu)先對先發(fā)出信號的灰斗進行卸灰，待對應(yīng)灰斗卸灰完成后再進行另一灰斗卸灰。

3.4 自檢及故障控制

袋式除塵器設(shè)有自檢功能及旁路系統(tǒng)。當設(shè)備發(fā)生故障或緊急情況時，系統(tǒng)判定袋式除塵器不適合繼續(xù)運行，系統(tǒng)自動切換至旁路系統(tǒng)并發(fā)出報警信號，如在鍋爐啟動或停機階段，煙氣溫度低于110℃時；經(jīng)冷空氣混合降溫5min后煙氣溫度仍高于180℃時；當布袋內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)時；經(jīng)連續(xù)噴吹30min后系統(tǒng)進出口壓差仍高于1500Pa等情況。自檢功能及旁路系統(tǒng)可有效保證設(shè)備的使用壽命及安全，同時避免因袋式除塵器的故障而影響廠區(qū)的正常生產(chǎn)。

自檢系統(tǒng)還能進行破袋檢漏。當發(fā)現(xiàn)顆粒物排放濃度異常后，操作人員可點擊操作界面上的濾袋破損檢測選項。PLC程序接受檢漏指令后，開始進行袋式除塵器的破袋檢漏工作，除塵器內(nèi)各個濾袋室前離線閥依次關(guān)閉后開啟，當存在破袋的濾袋室被關(guān)閉后，顆粒物的排放濃度隨即下降，說明當前的濾袋室存在破袋現(xiàn)象，該濾袋室也會停止使用并發(fā)出報警信號。

3.5 系統(tǒng)監(jiān)控

根據(jù)不同運行參數(shù)的變化和重要程度，系統(tǒng)會自動進行數(shù)據(jù)采集儲存，并建立實時趨勢曲線（見圖3），通過查看實時數(shù)據(jù)及翻查歷史記錄可了解任意時段下的設(shè)備運行情況。

圖3 除塵系統(tǒng)實時趨勢曲線圖

當系統(tǒng)的模擬量或設(shè)備運行出現(xiàn)異常時，可通過系統(tǒng)監(jiān)控畫面直觀地觀察到模塊故障報警狀態(tài)，并在系統(tǒng)歷史事件內(nèi)記錄報警事件。通過對設(shè)備數(shù)據(jù)的翻查及結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備運行狀況，有助于快速確認故障原因，對排除故障起到關(guān)鍵作用。系統(tǒng)監(jiān)控有助于在不同工況下確認袋式除塵器的運行狀況，通過數(shù)據(jù)分析對優(yōu)化管理起到指導(dǎo)作用。

4 系統(tǒng)特點

袋式除塵器引進自動化系統(tǒng)是企業(yè)提高設(shè)備的管理水平和穩(wěn)定性的發(fā)展方向，袋式除塵器利用PLC控制設(shè)備運行的方式不僅充分整合了現(xiàn)有的資源，同時也是實現(xiàn)袋式除塵器自動化運行的有效途徑。

系統(tǒng)PLC采用模塊化的組合結(jié)構(gòu)，各個模塊（清灰、溫度、進出口壓差、輸卸灰等控制程序）的開關(guān)量控制和模擬量處理集于一體，獨立運行，互不干擾。系統(tǒng)根據(jù)工藝要求進行科學(xué)性的配置及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，即可有效完成袋式除塵器的自動控制功能。同時系統(tǒng)對袋式除塵器各個運行參數(shù)進行實時監(jiān)控，利用通訊功能與廠區(qū)中心計算機進行遠程通訊，并實現(xiàn)設(shè)備遠程控制，無需操作人員長期駐守操作，有效改善操作人員的工作環(huán)境，節(jié)省了大量的管理成本。

5 結(jié)語

食品加工行業(yè)采用袋式除塵自動化系統(tǒng)的控制邏輯、控制方式，可有效解決控制過程中的難點，提升自控系統(tǒng)的適用性。該系統(tǒng)運行至今，袋式除塵器自動運行平穩(wěn)，操作簡單便捷，除塵效果穩(wěn)定達標，具有良好的實用性能。