小型脈沖袋式除塵器裝置優化設計研制與運行模擬

崔國偉，劉士杰，范宏輝，張 森

（安徽三聯學院 安徽 合肥 230601）

1 引言

許多工廠在生產過程中，會對環境造成非常嚴重的污染，其中粉塵是造成嚴重環境污染的因素之一。固體物質的機械粉碎，物質的不完全燃燒以及物質的研磨、鉆孔、切削都在一定程度上產生了粉塵。粉塵中含有顆粒直徑非常小的固體，甚至含有有毒氣體[1]。在這種情況下工作，可能會使生產者患上鼻炎、支氣管炎等疾病，嚴重的還會影響勞動者的生命安全。同時，對一些高精密的儀器而言，這些粉塵進入到儀器零件內部，使機器磨損加快，工作壽命降低，嚴重影響了機器的運行和工作精度。如果粉塵處理不當還會對當地的環境造成嚴重的污染，造成白天大氣的能見度降低，所以在許多工廠中多會采用除塵器來改善工人的工作環境[2]。

在現有的脈沖袋式除塵器中，靜電式除塵器占地面積過大，維護要求高，而袋式除塵器相比來說，體積較小，使用靈活。袋式除塵器的特點是效率高、操作方便、投資成本和運行的費用比靜電式除塵器較低，所以大多數工廠均采用袋式除塵器。對于一般的除塵器，其電磁閥一般安裝在除塵器的頂部，不利于工作人員檢查電磁閥是否發生故障。而箱體是完全密封不透明的，也不利于觀察箱體的內部情況，不能及時發現濾袋的磨損情況。所以，我們通過設計確定管道的物質，改變電磁閥的安放位置，將箱體的一側用有機玻璃代替，以便于觀察箱體內部情況，及時發現濾袋是否由于磨損而發生泄漏。同時，對整個系統采用PLC控制，希望通過我們的優化設計提高除塵器的工作效率，方便工作人員的觀察與操作。隨著國家對污染控制的要求越來越高，除塵器的應用面將會擴大，因此除塵器的研制就極其重要。

2 小型除塵器基本組成

我們設計的除塵器由進風口管道、出風口管道、反吹裝置、冷空氣輸入管道、擋板、懸掛式濾袋、箱體、灰斗組成。圖1為結構圖，進風口管道、出風口管道、反吹裝置、冷空氣輸入管道內各自安裝有電池閥，通過電磁閥來控制氣體的進出，同時在進風口還安裝有溫度傳感器和壓力傳感器，可以檢測進風口氣體的溫度大小以及箱體內的壓力值。箱體與灰斗之間安裝有卸灰閥，灰斗的下方也安裝有壓力傳感器，濾袋懸掛在箱體內部。懸掛式濾袋內部安裝有籠架，可防止濾袋坍塌。由于懸掛的原因，反吹時濾袋的運動幅度會增大，粘附在濾袋上的粉塵更容易落到灰斗中。反吹管道做成傾斜狀，吹入的氣流與濾袋充分接觸，使反吹更加有效[3]。

圖1 小型除塵器基本結構圖

3 小型除塵器工作過程與原理

3.1 過濾

含塵氣體是由進風口進入，通過濾袋由出風口吹出。含塵氣體首先由進風口管道進入，先經過箱體內的擋板進行第一次過濾，使大顆粒物在擋板的作用下直接落到灰斗上。然后，氣體來到濾袋所在位置，屬于第二次過濾。當含塵氣體經過濾袋時，氣體中的小顆粒物會被濾袋阻隔，使得粉塵與氣體分開，其他顆粒物稍微大的則會在重力作用下直接落入灰斗當中。在這個過程中部分小顆粒可能會被吸附在濾袋上面，濾袋的內部有籠架對濾袋本身進行支撐，可防止濾袋由于箱體內部氣流的作用向內部塌陷，籠架同時也提高了除塵效率，濾袋采用縱筋的籠架，縱筋數一般采用8～12根。隨著時間的積累，濾袋上面的小顆粒會不斷增多，此時氣流會很難通過濾袋到達出風口。因此，進風口管道吹入的氣體所受阻力變大，此時進風口的壓力傳感器可以檢測到管道內阻力的變化情況，并及時通知系統，系統會下達清灰指令[4]。

經過模擬實驗，在確保反吹裝置能夠將氣體順利吹入箱體的情況下，我們將壓力傳感器的設定值調到合適數值。壓差計數值增高就意味著濾袋發生堵塞。如果壓力值變小可能會出現泄漏，系統會根據情況將裝置停止運行。當壓差計檢測到壓力超過設定值時，會把壓力參數轉變為電信號（例如5-20mADC），將電信號傳輸給控制系統。系統則會自動關閉進風口和出風口的電磁閥，打開反吹裝置的電磁閥，風機則會將氣體以很高速度吹向濾袋，濾袋在高速氣流的作用下會迅速膨脹。由于濾袋是懸掛在箱體內部，而在箱體反向氣流的作用下，濾袋會發生振動，運動幅度也會增大，表面的粉塵在反吹裝置的作用下會掉落，被清理下來的粉塵會掉入到灰斗當中。我們計劃將袋式除塵器的漏風控制在2%以下，灰斗本身處于箱體的下方，與箱體采用卸灰閥進行封閉式連接，即可以檢測灰斗自身重量，又可以進行密閉連接，減少漏風。在清灰階段結束后，系統會自動打開卸灰閥，使粉塵落入到灰斗當中，在灰斗的下方也安裝有壓力傳感器，當灰斗中的粉塵達到一定的重量時，控制系統會接收到壓力傳感器的信號，及時通過安裝在箱體一側的信號燈的閃爍來通知工作人員，灰斗當中的粉塵由人工清理即可。

3.2 除塵器中的系統控制

除塵器的控制系統采用PLC控制，由壓力傳感器和溫度傳感器傳送給系統的信號來控制各電磁閥的開關。PLC上安裝有自動復位開關，當進風口阻力變大時，反吹裝置電池閥打開，出風口電磁閥關閉，并吹入高速氣流。當含塵氣體溫度超過預定值時，控制冷空氣收入的電磁閥打開，冷空氣吹入。系統還可以控制信號燈的閃爍來提醒工作人員灰斗內粉塵的情況。整體采用PLC自動控制，提高了除塵效率，方便工作人員的操作，避免了除塵過程中工作人員與含塵氣體的直接接觸。對于使用反吹裝置進行清灰階段，如果清灰過于頻繁會導致除塵效率低，同時也可能是粉塵鉆進濾袋內部。如果長時間不利用反吹裝置進行清灰處理，還會導致濾袋上的粉塵越來越多，因此根據進風口管道的壓力來判斷清灰的時機就十分合理。

當其他條件改變時，可直接對PLC進行編輯，更改傳感器參數，進而控制何時進行反吹和冷空氣的輸入。相比于傳統的計算機編譯語言，PLC程序的編譯采用的是梯形圖的方式，這種編譯方式簡單易學，在調試過程中也非常方便。控制系統靈活，相比于人工操作更加準確，更加省時。當需要對裝置進行檢修或者是系統運行出現問題時，還可以進行手動控制模式，通過脈沖電磁閥按鈕手動對裝置進行控制，以及通過手動模式對進風口電磁閥開關進行清理工作，防止由于進風口堵塞影響含塵氣體的吹入。

4 小型除塵器的創新設計

如果在運行過程中，溫度傳感器檢測到進風口管道內氣體的溫度過高時，由于濾袋本身不能承受高溫，系統會將控制冷空氣的電磁閥打開，吹入冷空氣，使含塵氣體與冷空氣混合，降低含塵氣體的溫度，從而減少溫度對濾袋本身的損傷，既滿足了降低氣體溫度的要求，又降低了利用其他裝置進行降溫的成本。

在箱體的一側采用有機玻璃代替，相比于普通玻璃，采用有機玻璃更加安全，更加耐用。有機玻璃可進行自由拆卸，可以對有機玻璃內部進行清潔，安裝簡單，同時安裝后不會影響箱體的整體密封性，有機玻璃的安裝方便了工作人員對箱體內狀況的觀察，可以及時發現濾袋是否由于長時間工作發生磨損的現象。可避免由于濾袋的磨損，造成出風口排出含塵氣體的情況。濾袋采用軟連接的形式，進而在反吹階段能夠更好地將粉塵從濾袋上吹落。對于反吹裝置，我們將反吹管道設計為傾斜狀，這樣可以大幅度加劇濾袋的機械振動，使濾袋表面的粉塵更加容易掉落。

5 結論

我們利用PLC和電池閥來實現含塵氣體、反吹氣體、冷空氣進出的自動控制，通過設計并確定管路的布置和各個電磁閥安放的位置，解決了除塵器人工操作的局限性，減少除塵所用的時間，更加精確地控制了反吹和冷空氣輸入的時機，更好地防止濾袋被堵塞并及時降低溫度過高對濾袋的損傷。在對濾袋本身的性質上，也是我們應該考慮的地方，濾袋的表面應該做到不容易與粉塵粘連，同時應該具有更好的耐磨性和耐腐蝕性[5]。現存的濾袋大多數是易燃的，可能會發出爆炸等事故。與此同時，對于一些超微細的粉塵，濾袋不能做到完全過濾，現在開發出來的硅酸鹽纖維，不耐折，本身紡織性能差。在保證透氣性的前提下，尋找更加合適的濾袋材料，是極其重要的。由于國家對環境的要求變高，對于有害氣體也要加強控制，例如SO2、NO這些有害氣體。從出風口流出的氣體可能會含有有毒氣體，除塵器的氣體凈化系統設計也是非常重要的，所以這也是我們在優化設計中應該考慮的問題[6]。

除塵器本身也有許多需要改進的地方，例如如何降低除塵器的阻力。我們可以借鑒其他先進技術來優化結構，提高自己的除塵效率。中國的袋式除塵器在火電廠應用比較廣泛，發展前景不錯，我們應該多創新，多開發新材料，以最低的成本去減少粉塵對環境的污染。