小型脉冲袋式除尘器装置优化设计研制与运行模拟

崔国伟，刘士杰，范宏辉，张 森

（安徽三联学院 安徽 合肥 230601）

1 引言

许多工厂在生产过程中，会对环境造成非常严重的污染，其中粉尘是造成严重环境污染的因素之一。固体物质的机械粉碎，物质的不完全燃烧以及物质的研磨、钻孔、切削都在一定程度上产生了粉尘。粉尘中含有颗粒直径非常小的固体，甚至含有有毒气体[1]。在这种情况下工作，可能会使生产者患上鼻炎、支气管炎等疾病，严重的还会影响劳动者的生命安全。同时，对一些高精密的仪器而言，这些粉尘进入到仪器零件内部，使机器磨损加快，工作寿命降低，严重影响了机器的运行和工作精度。如果粉尘处理不当还会对当地的环境造成严重的污染，造成白天大气的能见度降低，所以在许多工厂中多会采用除尘器来改善工人的工作环境[2]。

在现有的脉冲袋式除尘器中，静电式除尘器占地面积过大，维护要求高，而袋式除尘器相比来说，体积较小，使用灵活。袋式除尘器的特点是效率高、操作方便、投资成本和运行的费用比静电式除尘器较低，所以大多数工厂均采用袋式除尘器。对于一般的除尘器，其电磁阀一般安装在除尘器的顶部，不利于工作人员检查电磁阀是否发生故障。而箱体是完全密封不透明的，也不利于观察箱体的内部情况，不能及时发现滤袋的磨损情况。所以，我们通过设计确定管道的物质，改变电磁阀的安放位置，将箱体的一侧用有机玻璃代替，以便于观察箱体内部情况，及时发现滤袋是否由于磨损而发生泄漏。同时，对整个系统采用PLC控制，希望通过我们的优化设计提高除尘器的工作效率，方便工作人员的观察与操作。随着国家对污染控制的要求越来越高，除尘器的应用面将会扩大，因此除尘器的研制就极其重要。

2 小型除尘器基本组成

我们设计的除尘器由进风口管道、出风口管道、反吹装置、冷空气输入管道、挡板、悬挂式滤袋、箱体、灰斗组成。图1为结构图，进风口管道、出风口管道、反吹装置、冷空气输入管道内各自安装有电池阀，通过电磁阀来控制气体的进出，同时在进风口还安装有温度传感器和压力传感器，可以检测进风口气体的温度大小以及箱体内的压力值。箱体与灰斗之间安装有卸灰阀，灰斗的下方也安装有压力传感器，滤袋悬挂在箱体内部。悬挂式滤袋内部安装有笼架，可防止滤袋坍塌。由于悬挂的原因，反吹时滤袋的运动幅度会增大，粘附在滤袋上的粉尘更容易落到灰斗中。反吹管道做成倾斜状，吹入的气流与滤袋充分接触，使反吹更加有效[3]。

图1 小型除尘器基本结构图

3 小型除尘器工作过程与原理

3.1 过滤

含尘气体是由进风口进入，通过滤袋由出风口吹出。含尘气体首先由进风口管道进入，先经过箱体内的挡板进行第一次过滤，使大颗粒物在挡板的作用下直接落到灰斗上。然后，气体来到滤袋所在位置，属于第二次过滤。当含尘气体经过滤袋时，气体中的小颗粒物会被滤袋阻隔，使得粉尘与气体分开，其他颗粒物稍微大的则会在重力作用下直接落入灰斗当中。在这个过程中部分小颗粒可能会被吸附在滤袋上面，滤袋的内部有笼架对滤袋本身进行支撑，可防止滤袋由于箱体内部气流的作用向内部塌陷，笼架同时也提高了除尘效率，滤袋采用纵筋的笼架，纵筋数一般采用8～12根。随着时间的积累，滤袋上面的小颗粒会不断增多，此时气流会很难通过滤袋到达出风口。因此，进风口管道吹入的气体所受阻力变大，此时进风口的压力传感器可以检测到管道内阻力的变化情况，并及时通知系统，系统会下达清灰指令[4]。

经过模拟实验，在确保反吹装置能够将气体顺利吹入箱体的情况下，我们将压力传感器的设定值调到合适数值。压差计数值增高就意味着滤袋发生堵塞。如果压力值变小可能会出现泄漏，系统会根据情况将装置停止运行。当压差计检测到压力超过设定值时，会把压力参数转变为电信号（例如5-20mADC），将电信号传输给控制系统。系统则会自动关闭进风口和出风口的电磁阀，打开反吹装置的电磁阀，风机则会将气体以很高速度吹向滤袋，滤袋在高速气流的作用下会迅速膨胀。由于滤袋是悬挂在箱体内部，而在箱体反向气流的作用下，滤袋会发生振动，运动幅度也会增大，表面的粉尘在反吹装置的作用下会掉落，被清理下来的粉尘会掉入到灰斗当中。我们计划将袋式除尘器的漏风控制在2%以下，灰斗本身处于箱体的下方，与箱体采用卸灰阀进行封闭式连接，即可以检测灰斗自身重量，又可以进行密闭连接，减少漏风。在清灰阶段结束后，系统会自动打开卸灰阀，使粉尘落入到灰斗当中，在灰斗的下方也安装有压力传感器，当灰斗中的粉尘达到一定的重量时，控制系统会接收到压力传感器的信号，及时通过安装在箱体一侧的信号灯的闪烁来通知工作人员，灰斗当中的粉尘由人工清理即可。

3.2 除尘器中的系统控制

除尘器的控制系统采用PLC控制，由压力传感器和温度传感器传送给系统的信号来控制各电磁阀的开关。PLC上安装有自动复位开关，当进风口阻力变大时，反吹装置电池阀打开，出风口电磁阀关闭，并吹入高速气流。当含尘气体温度超过预定值时，控制冷空气收入的电磁阀打开，冷空气吹入。系统还可以控制信号灯的闪烁来提醒工作人员灰斗内粉尘的情况。整体采用PLC自动控制，提高了除尘效率，方便工作人员的操作，避免了除尘过程中工作人员与含尘气体的直接接触。对于使用反吹装置进行清灰阶段，如果清灰过于频繁会导致除尘效率低，同时也可能是粉尘钻进滤袋内部。如果长时间不利用反吹装置进行清灰处理，还会导致滤袋上的粉尘越来越多，因此根据进风口管道的压力来判断清灰的时机就十分合理。

当其他条件改变时，可直接对PLC进行编辑，更改传感器参数，进而控制何时进行反吹和冷空气的输入。相比于传统的计算机编译语言，PLC程序的编译采用的是梯形图的方式，这种编译方式简单易学，在调试过程中也非常方便。控制系统灵活，相比于人工操作更加准确，更加省时。当需要对装置进行检修或者是系统运行出现问题时，还可以进行手动控制模式，通过脉冲电磁阀按钮手动对装置进行控制，以及通过手动模式对进风口电磁阀开关进行清理工作，防止由于进风口堵塞影响含尘气体的吹入。

4 小型除尘器的创新设计

如果在运行过程中，温度传感器检测到进风口管道内气体的温度过高时，由于滤袋本身不能承受高温，系统会将控制冷空气的电磁阀打开，吹入冷空气，使含尘气体与冷空气混合，降低含尘气体的温度，从而减少温度对滤袋本身的损伤，既满足了降低气体温度的要求，又降低了利用其他装置进行降温的成本。

在箱体的一侧采用有机玻璃代替，相比于普通玻璃，采用有机玻璃更加安全，更加耐用。有机玻璃可进行自由拆卸，可以对有机玻璃内部进行清洁，安装简单，同时安装后不会影响箱体的整体密封性，有机玻璃的安装方便了工作人员对箱体内状况的观察，可以及时发现滤袋是否由于长时间工作发生磨损的现象。可避免由于滤袋的磨损，造成出风口排出含尘气体的情况。滤袋采用软连接的形式，进而在反吹阶段能够更好地将粉尘从滤袋上吹落。对于反吹装置，我们将反吹管道设计为倾斜状，这样可以大幅度加剧滤袋的机械振动，使滤袋表面的粉尘更加容易掉落。

5 结论

我们利用PLC和电池阀来实现含尘气体、反吹气体、冷空气进出的自动控制，通过设计并确定管路的布置和各个电磁阀安放的位置，解决了除尘器人工操作的局限性，减少除尘所用的时间，更加精确地控制了反吹和冷空气输入的时机，更好地防止滤袋被堵塞并及时降低温度过高对滤袋的损伤。在对滤袋本身的性质上，也是我们应该考虑的地方，滤袋的表面应该做到不容易与粉尘粘连，同时应该具有更好的耐磨性和耐腐蚀性[5]。现存的滤袋大多数是易燃的，可能会发出爆炸等事故。与此同时，对于一些超微细的粉尘，滤袋不能做到完全过滤，现在开发出来的硅酸盐纤维，不耐折，本身纺织性能差。在保证透气性的前提下，寻找更加合适的滤袋材料，是极其重要的。由于国家对环境的要求变高，对于有害气体也要加强控制，例如SO2、NO这些有害气体。从出风口流出的气体可能会含有有毒气体，除尘器的气体净化系统设计也是非常重要的，所以这也是我们在优化设计中应该考虑的问题[6]。

除尘器本身也有许多需要改进的地方，例如如何降低除尘器的阻力。我们可以借鉴其他先进技术来优化结构，提高自己的除尘效率。中国的袋式除尘器在火电厂应用比较广泛，发展前景不错，我们应该多创新，多开发新材料，以最低的成本去减少粉尘对环境的污染。