袋式除塵器自動化系統在食品加工行業的應用

李宇翔，胡滿深，潘柏盛，郭彪，馮劍鋒，林榮灼

（江門市同力環保科技有限公司，廣東 江門 529100）

前言

隨著工業化的發展，工業生產排放的煙塵對大氣環境的污染日益嚴重，也是霧霾天氣頻繁出現的誘因之一，嚴重影響人們的日常生活和身體健康，工業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及改善大氣環境的措施，環保標準要求也日趨嚴格。

目前，我國食品加工行業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，導致煙氣性質不穩定，產生的煙氣量及含塵量難以控制。食品加工行業應用最廣泛的除塵技術是袋式除塵器，但常規的袋式除塵控制系統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，可為食品加工行業應用袋式除塵技術提供借鑒。

1 袋式除塵技術概述

袋式除塵器采用脈沖清灰、分室設計、離線清灰和氣力輸灰的設計思路，設備主體由主箱體（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：預除塵、過濾及清灰。預除塵和過濾過程見圖1（a）。煙氣由進風口進入，經碰撞擋板，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]；經預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。此時開啟壓縮空氣系統中的脈沖電磁閥，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，最后經卸灰系統排出。

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]。在不同狀態下的布袋受力截面圖見圖1（c）。

2 自控系統

2.1 系統構成

圖1 袋式除塵器除塵過程

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

袋式除塵系統的主控系統由五個子系統構成：1）自動檢測系統。在除塵設備運行過程中，對除塵設備中的各個參數自動、連續進行檢測并顯示。2）自動報警系統。用聲、光等信號自動反映除塵設備運行不正常的情況。3）自動保護系統。當除塵系統出現報警情況，有可能引發事故時，自動保護系統能自動運行應對措施，防止事故的引發和進一步擴大，保護現場人員和設備的安全。4）自動操作系統。根據除塵工藝要求和生產條件，自動操作系統自動啟停某臺設備或進行交替動作。5）自動調節系統。在除塵過程中，部分工藝參數需要保持在規定的范圍內，當工藝參數發生變化時，自動調節裝置就會對設備運行做出動作，直至工藝參數恢復到規定的范圍內。簡單來說，PLC控制的主要功能是通過模擬量和數字量的相互轉換和數據處理，實現袋式除塵器設備定時控制及開關量邏輯控制，使各個設備自動化運行，系統平穩運行[4～7]。

2.2 硬件構成

自控系統主要硬件選型見下表。

PLC硬件選型表

3 控制邏輯

整個控制系統根據除塵工藝要求，通過工業以太網和Profibus現場總線技術，將現場諸多設備聯系起來[4]。PLC程序采用Step7 Micro/WIN軟件編程，而WinCC是PLC控制系統中的人機界面組件，人機界面（HMI）的監控畫面使用WinCC進行組態，操作人員可通過屏幕監控設備的運行狀態，同時完成數據的采集和歸檔[8～13]，見圖2。根據袋式除塵器系統的控制要求，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 除塵系統運行情況監控畫面

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，使粉塵層保持適當的厚度，在保證除塵效率的前提下，降低設備壓損以減少系統能耗。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，在監控程序或現場操作柜控制各室或單一室按清灰程序清灰一次。

混合清灰的實質是將定時和壓差清灰系統一并激活，以時間和進出壓差為條件，當運行工況滿足其一，設備都會對布袋進行自動清灰。控制系統設計以定時清灰為主，以壓差清灰為輔。即當進出壓差小于系統設定值時，按定時清灰程序進行清灰；當進出壓差大于系統設定值時，進入強制清灰程序。

正常工況下，袋式除塵器的進出壓差應在1500Pa以下。在自動清灰系統啟用后，系統自動進入倒計時，若定時清灰的時間周期設置恰當，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備調試及運行過程優化得出。但由于食品加工行業配備的中小型鍋爐工況不穩定，其煙氣量及顆粒物濃度往往難以控制，經常會導致袋式除塵器的進出壓差不穩定，因此就必須輔以壓差清灰。當進出壓差高于1500Pa時，系統控制清灰設備動作進行連續清灰，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備正常運行。當煙氣溫度過高時會對布袋構成不可逆的損害，甚至引起火災；當煙氣溫度接近或低于煙氣露點時，會產生結露現象，水分與灰塵接觸易形成不透氣的結塊，長時間運行后會凝聚成大面積的結塊黏附在濾袋表面，無法被清灰系統有效去除，使布袋失去原有功效，并造成設備壓損增大，這種現象俗稱為“糊袋”。

在正常工況下，煙氣進入袋式除塵系統的溫度應在110℃～160℃。袋式除塵器設有混風閥，當高溫煙氣在可控范圍（180℃～200℃）內時，開啟混風閥作為臨時性保護措施。當煙氣溫度達160℃時，系統進行報警，提示操作人員調整前端工況。當煙氣溫度達180℃時，系統控制設備打開混風閥，輸入環境空氣對煙氣進行強制降溫，直至煙氣溫度低于160℃后關閉混風閥，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，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，在監控程序或現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出信號，由系統發出指令，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具有智能等待功能，當不同灰斗同時發出高料位信號時，優先對先發出信號的灰斗進行卸灰，待對應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

袋式除塵器設有自檢功能及旁路系統。當設備發生故障或緊急情況時，系統判定袋式除塵器不適合繼續運行，系統自動切換至旁路系統并發出報警信號，如在鍋爐啟動或停機階段，煙氣溫度低于110℃時；經冷空氣混合降溫5min后煙氣溫度仍高于180℃時；當布袋內部發生火災時；經連續噴吹30min后系統進出口壓差仍高于1500Pa等情況。自檢功能及旁路系統可有效保證設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的正常生產。

自檢系統還能進行破袋檢漏。當發現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，除塵器內各個濾袋室前離線閥依次關閉后開啟，當存在破袋的濾袋室被關閉后，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象，該濾袋室也會停止使用并發出報警信號。

3.5 系統監控

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

圖3 除塵系統實時趨勢曲線圖

當系統的模擬量或設備運行出現異常時，可通過系統監控畫面直觀地觀察到模塊故障報警狀態，并在系統歷史事件內記錄報警事件。通過對設備數據的翻查及結合現場設備運行狀況，有助于快速確認故障原因，對排除故障起到關鍵作用。系統監控有助于在不同工況下確認袋式除塵器的運行狀況，通過數據分析對優化管理起到指導作用。

4 系統特點

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

系統PLC采用模塊化的組合結構，各個模塊（清灰、溫度、進出口壓差、輸卸灰等控制程序）的開關量控制和模擬量處理集于一體，獨立運行，互不干擾。系統根據工藝要求進行科學性的配置及網絡架構，即可有效完成袋式除塵器的自動控制功能。同時系統對袋式除塵器各個運行參數進行實時監控，利用通訊功能與廠區中心計算機進行遠程通訊，并實現設備遠程控制，無需操作人員長期駐守操作，有效改善操作人員的工作環境，節省了大量的管理成本。

5 結語

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