袋式除塵設備的電氣自動化控制研究

黃麟

摘要： 為解決傳統(tǒng)袋式除塵設備運行中出現(xiàn)的抗電暈現(xiàn)象與電火花現(xiàn)象，提高除塵效率，對電氣自動化控制技術在袋式除塵設備中應用的具體方法進行了研究。從實際案例情況來看，電氣自動化控制方法的有效運用，可以明顯改善設備性能和運行效果，運行狀態(tài)也更加穩(wěn)定。電氣自動化控制技術在袋式除塵設備中的運用效果突出，最大限度規(guī)避了諸多運行問題。

關鍵詞： 袋式除塵設備 電氣自動化 自動化控制 遠程控制

中圖分類號： X70 文獻標識碼： A 文章編號： 1672-3791（2023）24-0063-03

隨著工業(yè)規(guī)模的擴大，生產(chǎn)中排出的廢氣逐漸增多。此類廢氣中包含很多腐蝕性物質與其他有害物質，會對生態(tài)環(huán)境造成較大污染，因此控制工業(yè)廢氣十分必要。傳統(tǒng)袋式除塵設備在凈化工業(yè)廢氣時，極易出現(xiàn)電火花與抗電暈現(xiàn)象，影響了設備運行效率?；诖?，提出將電氣自動化控制技術應用于袋式除塵設備中的策略。

1 電氣自動化控制技術應用于袋式除塵設備

1.1 應用于袋式除塵設備時存在的問題

1.1.1 實時監(jiān)控效果不達標，未能有效控制靜電荷

電氣自動化控制技術在袋式除塵設備上的應用，通常用于監(jiān)測和控制設備的運行參數(shù)，確保設備的有效性和效率。然而，如果實時監(jiān)控效果不達標，并且未能有效控制靜電荷，那么可能會導致一些問題［1］。具體敘述如下。

（1）靜電積累。在袋式除塵設備的運行過程中，顆粒物會在濾袋上產(chǎn)生靜電。如果無法有效地控制這些靜電荷，可能會導致靜電的積累，進一步可能引發(fā)火災或爆炸的風險。（2）系統(tǒng)響應延遲。如果實時監(jiān)控效果不良，系統(tǒng)可能無法及時響應設備狀態(tài)的變化。例如：如果濾袋破損或堵塞，系統(tǒng)可能無法立即發(fā)出警告，這可能會導致過濾效率下降，甚至可能導致設備損壞。（3）設備效率降低。靜電荷如果無法得到有效控制，可能會導致濾袋的阻力增大，從而降低設備的工作效率。同時，未被有效控制的靜電荷也可能降低濾袋的除塵效率。

1.1.2 無法做到自動清潔和更換濾袋

袋式除塵設備通常需要定期進行濾袋的清潔和更換，以維持設備的高效運行和優(yōu)良的除塵效果。然而，在目前的電氣自動化控制技術下，自動清潔和更換濾袋還存在一些挑戰(zhàn)。其中存在的困難如下。

（1）技術復雜度。自動清潔和更換濾袋需要精細的操作和精準的控制。開發(fā)和實施這樣的自動化系統(tǒng)需要更高、更復雜的技術，這可能會增加設備的成本和維護困難。（2）設備設計限制。現(xiàn)有的袋式除塵設備設計可能無法容納自動清潔和更換濾袋的機械裝置。需要對設備的設計進行重大的結構修改，這可能是不切實際或不經(jīng)濟的。（3）濾袋的多樣性。濾袋的尺寸、形狀和材料可能會根據(jù)應用和需求有所不同。設計一個可以處理各種濾袋的自動清潔和更換系統(tǒng)可能是具有挑戰(zhàn)性的。

1.1.3 故障診斷和預警的自動化程度不足

電氣自動化控制技術在袋式除塵設備中的應用，主要是為了實現(xiàn)設備的自動操作和監(jiān)控。然而，故障診斷和預警的自動化程度不足，這可能會導致一些問題［2］。具體敘述如下。

（1）響應延遲。如果設備的故障診斷和預警不能自動或及時進行，可能會導致設備在故障發(fā)生時無法及時停機或進行修復，從而可能導致設備的進一步損壞。（2）維修成本高。如果故障診斷和預警不能自動進行，可能需要定期進行手動檢查，這將增加維護人員的工作量，并可能導致維修成本增加。

1.2 針對上述問題的優(yōu)化思路

為解決上述問題，應從以下幾方面入手。

1.2.1 實時監(jiān)控和控制靜電荷

通過安裝傳感器監(jiān)測濾袋表面的電位，當電位超過設定的閾值，即可能導致電暈放電時，自動調整設備的工作參數(shù)，例如降低輸入電壓，或者調整濾袋的清潔頻率，從而控制濾袋表面的靜電荷。此外，還應做到：（1）對濾袋進行防靜電處理，例如使用防靜電材料制作濾袋，或者在濾袋上安裝防靜電裝置；（2）定期進行設備維護和檢查，確保設備的正常運行，并及時更換破損的濾袋；（3）嘗試使用先進的自動化控制技術，如人工智能和機器學習，以提高設備的控制效率和精度。

1.2.2 自動清潔和更換濾袋

自動化的濾袋清潔和更換系統(tǒng)可以減少設備的維護成本，提高設備的運行時間。例如：可以通過檢測濾袋的阻力或者壓差來判斷濾袋的污染程度，然后自動進行清潔或更換。此外，還可以采取如下措施。

（1）開發(fā)更先進的自動化技術，如機器視覺、機器人技術和人工智能，以實現(xiàn)濾袋的自動識別、操作和更換。（2）優(yōu)化設備設計，以容納自動清潔和更換濾袋的機械裝置。這可能包括使用更緊湊的設計、更靈活的組件和更高效的動力系統(tǒng)。（3）規(guī)范濾袋的設計和參數(shù)，以簡化自動化過程。（4）制訂嚴格的維護和清潔計劃，以補充自動化系統(tǒng)的局限性。例如：定期手動檢查和更換濾袋，以確保設備的高效運行。

1.2.3 智能故障診斷和預警

通過收集和分析設備的運行數(shù)據(jù)，可以預測和診斷設備的故障，從而提前進行維護和修復，避免設備的停機損失。具體優(yōu)化策略如下。

（1）引入更先進的故障診斷和預警技術，如基于人工智能的預測性維護技術，可以通過分析設備的運行數(shù)據(jù)，預測并提前發(fā)現(xiàn)可能的故障。（2）提高設備的自動化程度，例如：通過安裝各種傳感器收集設備的運行數(shù)據(jù)，然后通過自動化系統(tǒng)分析這些數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)并報告可能的故障。

1.2.4 遠程控制和管理

通過網(wǎng)絡技術，可以實現(xiàn)設備的遠程控制和管理，方便設備的運行監(jiān)控和維護。具體的優(yōu)化策略如下。

（1）優(yōu)化網(wǎng)絡設備和信號，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和速度。（2）加強數(shù)據(jù)安全措施，例如使用加密技術保護數(shù)據(jù)的安全，以及定期更新網(wǎng)絡安全防護系統(tǒng)。（3）建立快速響應機制，例如設立遠端技術支持團隊，以便在設備出現(xiàn)故障時，遠端能夠第一時間獲悉并進行快速處理。

2 袋式除塵設備電氣自動化控制技術的應用

2.1 工程概況與具體需求

案例工程為該火力發(fā)電廠除塵設備的提效改造項目，由于原項目內所使用的袋式除塵設備較為老舊，因此將其更換為型號為FE 型的新型電袋復合式除塵器，此設備的過濾面積約為25 200 m2，過濾袋數(shù)量為6 000個，過濾規(guī)格為Φ 168 mm×8 000 mm，工作溫度為120 ℃以下（濾袋材質采用PPS+PTFE 材質），系統(tǒng)阻力控制在1 000 Pa 以內，除塵效率為99.99%，入口含塵濃度應當在15 g/m3以下，設計過濾風速為1 m/s，脈沖寬度為150 ms，脈沖間隔可調3～1 000 ms。該工程實際需求如下。

改造后電袋除塵器電場區(qū)除塵效率高于80%，濾袋壽命大于30 000 h，除塵效率不低于99.99%，粉塵排放不高于20 mg/Nm3。

2.2 電氣自動化控制系統(tǒng)設計

根據(jù)上述基本情況與需求，為實現(xiàn)電袋式除塵設備的自動化控制，本文將該電氣自動化控制系統(tǒng)設計如下。

2.2.1 輸入和輸出設備

包括各種傳感器和執(zhí)行器。傳感器如溫度、壓力、流量等傳感器，用于監(jiān)測設備的工作狀態(tài)；執(zhí)行器如電動閥門、風機等，用于執(zhí)行控制指令，調節(jié)設備的運行參數(shù)。

2.2.2 控制器

控制器是自動化控制系統(tǒng)的核心，負責接收傳感器的信號，根據(jù)預設的控制算法，計算出控制指令，然后通過執(zhí)行器控制設備的運行?？刂破魍ǔ０删幊踢壿嬁刂破鳎≒rogrammable Logic Controller，PLC）、分散控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS）等。

2.2.3 通信網(wǎng)絡

負責連接控制器、輸入輸出設備和上位機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。通信網(wǎng)絡應具有良好的實時性、可靠性、安全性。

2.2.4 上位機系統(tǒng)

上位機系統(tǒng)是自動化控制系統(tǒng)的人機交互接口，可以顯示設備的運行狀態(tài)，記錄設備的運行數(shù)據(jù)，提供故障診斷和預警功能，也可以手動控制設備的運行。

2.2.5 控制策略

這是自動化控制系統(tǒng)的關鍵部分，包括啟?？刂?、溫度和壓力控制、濾袋清潔和更換控制等。控制策略應根據(jù)設備的工作特點和實際需求，進行適當?shù)脑O計和優(yōu)化。

2.2.6 故障診斷和預警系統(tǒng)

自動化控制系統(tǒng)應具備故障診斷和預警功能，能夠及時發(fā)現(xiàn)設備的異常情況，防止設備的損壞或停機。

2.2.7 遠程控制和管理系統(tǒng)

為了方便設備的遠程監(jiān)控和操作，自動化控制系統(tǒng)應具備遠程控制和管理功能。

2.3 軟件、硬件選擇

為滿足該系統(tǒng)需求，PLC 采用西門子300 系列，此元件為314CPU 模塊，其中小型PLC 系統(tǒng)為S7-300，能夠完全滿足本工程中的性能要求。且其中的I/O 擴展模塊能夠為用戶提供更為多樣化的模塊，當所執(zhí)行任務較為復雜時，可對PLC 進行擴展，將314CPU 模塊集成為MPI 接口，以此與上位機形成通信。通信方面則選擇PROFIBUS-DP 模塊實現(xiàn)不同硬件模塊之間的通信［3］。

上位組態(tài)軟件方面則選擇IFIX，此軟件為目前主流組態(tài)軟件，第三方接口兼容性較好，適配性較好。其瀏覽界面為動畫模式，通過與下位PLC 通信，將現(xiàn)場相關數(shù)據(jù)上傳至上位界面，可進行相關參數(shù)修改及數(shù)據(jù)監(jiān)控。同時還能記錄相關重要數(shù)值的歷史情況，作為相關技術人員的分析工具。

2.4 各個系統(tǒng)的控制實現(xiàn)方式

2.4.1 輸入和輸出設備的控制設計

這些設備通常由傳感器和執(zhí)行器組成。例如：溫度傳感器可以用于監(jiān)測設備內部的溫度，數(shù)據(jù)范圍可能為0～500 ℃。當溫度超過設定閾值（如200 ℃）時，執(zhí)行器（如電動閥門）會根據(jù)控制器的指令調整進入設備的空氣流量，以降低溫度［4］。

2.4.2 控制器的設計

控制器通常是一個可編程邏輯控制器（PLC）。例如：當設備的壓力傳感器檢測到壓力超過設定閾值（如150 Pa）時，PLC 會根據(jù)預設的程序，發(fā)送控制指令給執(zhí)行器，比如調整電動閥門的開啟度，以降低設備內的壓力。

2.4.3 故障診斷和預警系統(tǒng)的控制設計

該系統(tǒng)可以通過分析設備運行數(shù)據(jù)來預測和診斷可能的故障。例如：如果設備內的溫度持續(xù)超過設定閾值，或者壓力突然下降，系統(tǒng)會發(fā)出預警，提示操作員檢查設備。

2.4.4 遠程控制和管理系統(tǒng)的控制設計

該系統(tǒng)可以通過互聯(lián)網(wǎng)或專用網(wǎng)絡實現(xiàn)設備的遠程監(jiān)控和操作［5］。例如：操作員可以通過遠程訪問設備的實時運行數(shù)據(jù)（溫度、壓力等），也可以遠程調整設備的運行參數(shù)（閥門開啟度、風機轉速等）。

2.4.5 總體控制策略設定

控制策略通常是實現(xiàn)設備自動運行的關鍵。例如：設備可以設置為在溫度超過設定閾值時自動降低風機轉速，以降低溫度；或者在壓力超過設定閾值時自動增加風機轉速，以增加壓力。

3 結語

綜上所述，若能夠將電氣自動化控制技術應用到袋式除塵設備中，能夠有效提高除塵器的運行效率。本文依托于某鋼廠除塵項目，探討了袋式除塵設備電氣自動化控制的具體措施，相關人員可從上述入手，提高袋式除塵設備的運行效率。

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