袋式除尘设备的电气自动化控制研究

黄麟

摘要： 为解决传统袋式除尘设备运行中出现的抗电晕现象与电火花现象，提高除尘效率，对电气自动化控制技术在袋式除尘设备中应用的具体方法进行了研究。从实际案例情况来看，电气自动化控制方法的有效运用，可以明显改善设备性能和运行效果，运行状态也更加稳定。电气自动化控制技术在袋式除尘设备中的运用效果突出，最大限度规避了诸多运行问题。

关键词： 袋式除尘设备 电气自动化 自动化控制 远程控制

中图分类号： X70 文献标识码： A 文章编号： 1672-3791（2023）24-0063-03

随着工业规模的扩大，生产中排出的废气逐渐增多。此类废气中包含很多腐蚀性物质与其他有害物质，会对生态环境造成较大污染，因此控制工业废气十分必要。传统袋式除尘设备在净化工业废气时，极易出现电火花与抗电晕现象，影响了设备运行效率。基于此，提出将电气自动化控制技术应用于袋式除尘设备中的策略。

1 电气自动化控制技术应用于袋式除尘设备

1.1 应用于袋式除尘设备时存在的问题

1.1.1 实时监控效果不达标，未能有效控制静电荷

电气自动化控制技术在袋式除尘设备上的应用，通常用于监测和控制设备的运行参数，确保设备的有效性和效率。然而，如果实时监控效果不达标，并且未能有效控制静电荷，那么可能会导致一些问题［1］。具体叙述如下。

（1）静电积累。在袋式除尘设备的运行过程中，颗粒物会在滤袋上产生静电。如果无法有效地控制这些静电荷，可能会导致静电的积累，进一步可能引发火灾或爆炸的风险。（2）系统响应延迟。如果实时监控效果不良，系统可能无法及时响应设备状态的变化。例如：如果滤袋破损或堵塞，系统可能无法立即发出警告，这可能会导致过滤效率下降，甚至可能导致设备损坏。（3）设备效率降低。静电荷如果无法得到有效控制，可能会导致滤袋的阻力增大，从而降低设备的工作效率。同时，未被有效控制的静电荷也可能降低滤袋的除尘效率。

1.1.2 无法做到自动清洁和更换滤袋

袋式除尘设备通常需要定期进行滤袋的清洁和更换，以维持设备的高效运行和优良的除尘效果。然而，在目前的电气自动化控制技术下，自动清洁和更换滤袋还存在一些挑战。其中存在的困难如下。

（1）技术复杂度。自动清洁和更换滤袋需要精细的操作和精准的控制。开发和实施这样的自动化系统需要更高、更复杂的技术，这可能会增加设备的成本和维护困难。（2）设备设计限制。现有的袋式除尘设备设计可能无法容纳自动清洁和更换滤袋的机械装置。需要对设备的设计进行重大的结构修改，这可能是不切实际或不经济的。（3）滤袋的多样性。滤袋的尺寸、形状和材料可能会根据应用和需求有所不同。设计一个可以处理各种滤袋的自动清洁和更换系统可能是具有挑战性的。

1.1.3 故障诊断和预警的自动化程度不足

电气自动化控制技术在袋式除尘设备中的应用，主要是为了实现设备的自动操作和监控。然而，故障诊断和预警的自动化程度不足，这可能会导致一些问题［2］。具体叙述如下。

（1）响应延迟。如果设备的故障诊断和预警不能自动或及时进行，可能会导致设备在故障发生时无法及时停机或进行修复，从而可能导致设备的进一步损坏。（2）维修成本高。如果故障診断和预警不能自动进行，可能需要定期进行手动检查，这将增加维护人员的工作量，并可能导致维修成本增加。

1.2 针对上述问题的优化思路

为解决上述问题，应从以下几方面入手。

1.2.1 实时监控和控制静电荷

通过安装传感器监测滤袋表面的电位，当电位超过设定的阈值，即可能导致电晕放电时，自动调整设备的工作参数，例如降低输入电压，或者调整滤袋的清洁频率，从而控制滤袋表面的静电荷。此外，还应做到：（1）对滤袋进行防静电处理，例如使用防静电材料制作滤袋，或者在滤袋上安装防静电装置；（2）定期进行设备维护和检查，确保设备的正常运行，并及时更换破损的滤袋；（3）尝试使用先进的自动化控制技术，如人工智能和机器学习，以提高设备的控制效率和精度。

1.2.2 自动清洁和更换滤袋

自动化的滤袋清洁和更换系统可以减少设备的维护成本，提高设备的运行时间。例如：可以通过检测滤袋的阻力或者压差来判断滤袋的污染程度，然后自动进行清洁或更换。此外，还可以采取如下措施。

（1）开发更先进的自动化技术，如机器视觉、机器人技术和人工智能，以实现滤袋的自动识别、操作和更换。（2）优化设备设计，以容纳自动清洁和更换滤袋的机械装置。这可能包括使用更紧凑的设计、更灵活的组件和更高效的动力系统。（3）规范滤袋的设计和参数，以简化自动化过程。（4）制订严格的维护和清洁计划，以补充自动化系统的局限性。例如：定期手动检查和更换滤袋，以确保设备的高效运行。

1.2.3 智能故障诊断和预警

通过收集和分析设备的运行数据，可以预测和诊断设备的故障，从而提前进行维护和修复，避免设备的停机损失。具体优化策略如下。

（1）引入更先进的故障诊断和预警技术，如基于人工智能的预测性维护技术，可以通过分析设备的运行数据，预测并提前发现可能的故障。（2）提高设备的自动化程度，例如：通过安装各种传感器收集设备的运行数据，然后通过自动化系统分析这些数据，发现并报告可能的故障。

1.2.4 远程控制和管理

通过网络技术，可以实现设备的远程控制和管理，方便设备的运行监控和维护。具体的优化策略如下。

（1）优化网络设备和信号，提高数据传输的稳定性和速度。（2）加强数据安全措施，例如使用加密技术保护数据的安全，以及定期更新网络安全防护系统。（3）建立快速响应机制，例如设立远端技术支持团队，以便在设备出现故障时，远端能够第一时间获悉并进行快速处理。

2 袋式除尘设备电气自动化控制技术的应用

2.1 工程概况与具体需求

案例工程为该火力发电厂除尘设备的提效改造项目，由于原项目内所使用的袋式除尘设备较为老旧，因此将其更换为型号为FE 型的新型电袋复合式除尘器，此设备的过滤面积约为25 200 m2，过滤袋数量为6 000个，过滤规格为Φ 168 mm×8 000 mm，工作温度为120 ℃以下（滤袋材质采用PPS+PTFE 材质），系统阻力控制在1 000 Pa 以内，除尘效率为99.99%，入口含尘浓度应当在15 g/m3以下，设计过滤风速为1 m/s，脉冲宽度为150 ms，脉冲间隔可调3～1 000 ms。该工程实际需求如下。

改造后电袋除尘器电场区除尘效率高于80%，滤袋寿命大于30 000 h，除尘效率不低于99.99%，粉尘排放不高于20 mg/Nm3。

2.2 电气自动化控制系统设计

根据上述基本情况与需求，为实现电袋式除尘设备的自动化控制，本文将该电气自动化控制系统设计如下。

2.2.1 输入和输出设备

包括各种传感器和执行器。传感器如温度、压力、流量等传感器，用于监测设备的工作状态；执行器如电动阀门、风机等，用于执行控制指令，调节设备的运行参数。

2.2.2 控制器

控制器是自动化控制系统的核心，负责接收传感器的信号，根据预设的控制算法，计算出控制指令，然后通过执行器控制设备的运行。控制器通常包括可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）、分散控制系统（Distributed Control System，DCS）等。

2.2.3 通信网络

负责连接控制器、输入输出设备和上位机，实现数据的传输。通信网络应具有良好的实时性、可靠性、安全性。

2.2.4 上位机系统

上位机系统是自动化控制系统的人机交互接口，可以显示设备的运行状态，记录设备的运行数据，提供故障诊断和预警功能，也可以手动控制设备的运行。

2.2.5 控制策略

这是自动化控制系统的关键部分，包括启停控制、温度和压力控制、滤袋清洁和更换控制等。控制策略应根据设备的工作特点和实际需求，进行适当的设计和优化。

2.2.6 故障诊断和预警系统

自动化控制系统应具备故障诊断和预警功能，能够及时发现设备的异常情况，防止设备的损坏或停机。

2.2.7 远程控制和管理系统

为了方便设备的远程监控和操作，自动化控制系统应具备远程控制和管理功能。

2.3 软件、硬件选择

为满足该系统需求，PLC 采用西门子300 系列，此元件为314CPU 模块，其中小型PLC 系统为S7-300，能够完全满足本工程中的性能要求。且其中的I/O 扩展模块能够为用户提供更为多样化的模块，当所执行任务较为复杂时，可对PLC 进行扩展，将314CPU 模块集成为MPI 接口，以此与上位机形成通信。通信方面则选择PROFIBUS-DP 模块实现不同硬件模块之间的通信［3］。

上位组态软件方面则选择IFIX，此软件为目前主流组态软件，第三方接口兼容性较好，适配性较好。其浏览界面为动画模式，通过与下位PLC 通信，将现场相关数据上传至上位界面，可进行相关参数修改及数据监控。同时还能记录相关重要数值的历史情况，作为相关技术人员的分析工具。

2.4 各个系统的控制实现方式

2.4.1 输入和输出设备的控制设计

这些设备通常由传感器和执行器组成。例如：溫度传感器可以用于监测设备内部的温度，数据范围可能为0～500 ℃。当温度超过设定阈值（如200 ℃）时，执行器（如电动阀门）会根据控制器的指令调整进入设备的空气流量，以降低温度［4］。

2.4.2 控制器的设计

控制器通常是一个可编程逻辑控制器（PLC）。例如：当设备的压力传感器检测到压力超过设定阈值（如150 Pa）时，PLC 会根据预设的程序，发送控制指令给执行器，比如调整电动阀门的开启度，以降低设备内的压力。

2.4.3 故障诊断和预警系统的控制设计

该系统可以通过分析设备运行数据来预测和诊断可能的故障。例如：如果设备内的温度持续超过设定阈值，或者压力突然下降，系统会发出预警，提示操作员检查设备。

2.4.4 远程控制和管理系统的控制设计

该系统可以通过互联网或专用网络实现设备的远程监控和操作［5］。例如：操作员可以通过远程访问设备的实时运行数据（温度、压力等），也可以远程调整设备的运行参数（阀门开启度、风机转速等）。

2.4.5 总体控制策略设定

控制策略通常是实现设备自动运行的关键。例如：设备可以设置为在温度超过设定阈值时自动降低风机转速，以降低温度；或者在压力超过设定阈值时自动增加风机转速，以增加压力。

3 结语

综上所述，若能够将电气自动化控制技术应用到袋式除尘设备中，能够有效提高除尘器的运行效率。本文依托于某钢厂除尘项目，探讨了袋式除尘设备电气自动化控制的具体措施，相关人员可从上述入手，提高袋式除尘设备的运行效率。

参考文献

[1] 翟晓宇. 电除尘器增湿化学凝并脱除细颗粒物的实验研究[D]. 秦皇岛：燕山大学，2022.

[2] 林美华. 燃煤电厂除尘设备预测性维护系统分析[J].中国新技术新产品，2021（24）：56-58.

[3] 吴剑恒. 微米级干雾抑尘除尘技术在燃煤电厂的应用[J]. 电力学报，2021（4）：325-348.

[4] LIU R N. Intelligent home control system based on BP neural network speech recognition[J].International Journal of Emerging Electric Power Systems， 2022， 23（6）：873-885.

[5] LIU Y F，WANG J C，SHI Y C，et al.Unmanned airboat technology and applications in environment and agriculture[J].Computers and Electronics in Agriculture，2022，197：106920.