崔國(guó)偉，劉士杰，范宏輝，張 森

（安徽三聯(lián)學(xué)院 安徽 合肥 230601）

1 引言

許多工廠在生產(chǎn)過程中，會(huì)對(duì)環(huán)境造成非常嚴(yán)重的污染，其中粉塵是造成嚴(yán)重環(huán)境污染的因素之一。固體物質(zhì)的機(jī)械粉碎，物質(zhì)的不完全燃燒以及物質(zhì)的研磨、鉆孔、切削都在一定程度上產(chǎn)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(huì)使生產(chǎn)者患上鼻炎、支氣管炎等疾病，嚴(yán)重的還會(huì)影響勞動(dòng)者的生命安全。同時(shí)，對(duì)一些高精密的儀器而言，這些粉塵進(jìn)入到儀器零件內(nèi)部，使機(jī)器磨損加快，工作壽命降低，嚴(yán)重影響了機(jī)器的運(yùn)行和工作精度。如果粉塵處理不當(dāng)還會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境造成嚴(yán)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(huì)采用除塵器來改善工人的工作環(huán)境[2]。

在現(xiàn)有的脈沖袋式除塵器中，靜電式除塵器占地面積過大，維護(hù)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(diǎn)是效率高、操作方便、投資成本和運(yùn)行的費(fèi)用比靜電式除塵器較低，所以大多數(shù)工廠均采用袋式除塵器。對(duì)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(fā)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(nèi)部情況，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)濾袋的磨損情況。所以，我們通過設(shè)計(jì)確定管道的物質(zhì)，改變電磁閥的安放位置，將箱體的一側(cè)用有機(jī)玻璃代替，以便于觀察箱體內(nèi)部情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)濾袋是否由于磨損而發(fā)生泄漏。同時(shí)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)采用PLC控制，希望通過我們的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(guó)家對(duì)污染控制的要求越來越高，除塵器的應(yīng)用面將會(huì)擴(kuò)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?cè)O(shè)計(jì)的除塵器由進(jìn)風(fēng)口管道、出風(fēng)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(jié)構(gòu)圖，進(jìn)風(fēng)口管道、出風(fēng)口管道、反吹裝置、冷空氣輸入管道內(nèi)各自安裝有電池閥，通過電磁閥來控制氣體的進(jìn)出，同時(shí)在進(jìn)風(fēng)口還安裝有溫度傳感器和壓力傳感器，可以檢測(cè)進(jìn)風(fēng)口氣體的溫度大小以及箱體內(nèi)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(nèi)部。懸掛式濾袋內(nèi)部安裝有籠架，可防止濾袋坍塌。由于懸掛的原因，反吹時(shí)濾袋的運(yùn)動(dòng)幅度會(huì)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(jié)構(gòu)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(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，通過濾袋由出風(fēng)口吹出。含塵氣體首先由進(jìn)風(fēng)口管道進(jìn)入，先經(jīng)過箱體內(nèi)的擋板進(jìn)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(dāng)含塵氣體經(jīng)過濾袋時(shí)，氣體中的小顆粒物會(huì)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(huì)在重力作用下直接落入灰斗當(dāng)中。在這個(gè)過程中部分小顆?？赡軙?huì)被吸附在濾袋上面，濾袋的內(nèi)部有籠架對(duì)濾袋本身進(jìn)行支撐，可防止濾袋由于箱體內(nèi)部氣流的作用向內(nèi)部塌陷，籠架同時(shí)也提高了除塵效率，濾袋采用縱筋的籠架，縱筋數(shù)一般采用8～12根。隨著時(shí)間的積累，濾袋上面的小顆粒會(huì)不斷增多，此時(shí)氣流會(huì)很難通過濾袋到達(dá)出風(fēng)口。因此，進(jìn)風(fēng)口管道吹入的氣體所受阻力變大，此時(shí)進(jìn)風(fēng)口的壓力傳感器可以檢測(cè)到管道內(nèi)阻力的變化情況，并及時(shí)通知系統(tǒng)，系統(tǒng)會(huì)下達(dá)清灰指令[4]。

經(jīng)過模擬實(shí)驗(yàn)，在確保反吹裝置能夠?qū)怏w順利吹入箱體的情況下，我們將壓力傳感器的設(shè)定值調(diào)到合適數(shù)值。壓差計(jì)數(shù)值增高就意味著濾袋發(fā)生堵塞。如果壓力值變小可能會(huì)出現(xiàn)泄漏，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)情況將裝置停止運(yùn)行。當(dāng)壓差計(jì)檢測(cè)到壓力超過設(shè)定值時(shí)，會(huì)把壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)（例如5-20mADC），將電信號(hào)傳輸給控制系統(tǒng)。系統(tǒng)則會(huì)自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的電磁閥，打開反吹裝置的電磁閥，風(fēng)機(jī)則會(huì)將氣體以很高速度吹向?yàn)V袋，濾袋在高速氣流的作用下會(huì)迅速膨脹。由于濾袋是懸掛在箱體內(nèi)部，而在箱體反向氣流的作用下，濾袋會(huì)發(fā)生振動(dòng)，運(yùn)動(dòng)幅度也會(huì)增大，表面的粉塵在反吹裝置的作用下會(huì)掉落，被清理下來的粉塵會(huì)掉入到灰斗當(dāng)中。我們計(jì)劃將袋式除塵器的漏風(fēng)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(jìn)行封閉式連接，即可以檢測(cè)灰斗自身重量，又可以進(jìn)行密閉連接，減少漏風(fēng)。在清灰階段結(jié)束后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開卸灰閥，使粉塵落入到灰斗當(dāng)中，在灰斗的下方也安裝有壓力傳感器，當(dāng)灰斗中的粉塵達(dá)到一定的重量時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)接收到壓力傳感器的信號(hào)，及時(shí)通過安裝在箱體一側(cè)的信號(hào)燈的閃爍來通知工作人員，灰斗當(dāng)中的粉塵由人工清理即可。

3.2 除塵器中的系統(tǒng)控制

除塵器的控制系統(tǒng)采用PLC控制，由壓力傳感器和溫度傳感器傳送給系統(tǒng)的信號(hào)來控制各電磁閥的開關(guān)。PLC上安裝有自動(dòng)復(fù)位開關(guān)，當(dāng)進(jìn)風(fēng)口阻力變大時(shí)，反吹裝置電池閥打開，出風(fēng)口電磁閥關(guān)閉，并吹入高速氣流。當(dāng)含塵氣體溫度超過預(yù)定值時(shí)，控制冷空氣收入的電磁閥打開，冷空氣吹入。系統(tǒng)還可以控制信號(hào)燈的閃爍來提醒工作人員灰斗內(nèi)粉塵的情況。整體采用PLC自動(dòng)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(duì)于使用反吹裝置進(jìn)行清灰階段，如果清灰過于頻繁會(huì)導(dǎo)致除塵效率低，同時(shí)也可能是粉塵鉆進(jìn)濾袋內(nèi)部。如果長(zhǎng)時(shí)間不利用反吹裝置進(jìn)行清灰處理，還會(huì)導(dǎo)致濾袋上的粉塵越來越多，因此根據(jù)進(jìn)風(fēng)口管道的壓力來判斷清灰的時(shí)機(jī)就十分合理。

當(dāng)其他條件改變時(shí)，可直接對(duì)PLC進(jìn)行編輯，更改傳感器參數(shù)，進(jìn)而控制何時(shí)進(jìn)行反吹和冷空氣的輸入。相比于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)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(jiǎn)單易學(xué)，在調(diào)試過程中也非常方便。控制系統(tǒng)靈活，相比于人工操作更加準(zhǔn)確，更加省時(shí)。當(dāng)需要對(duì)裝置進(jìn)行檢修或者是系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)問題時(shí)，還可以進(jìn)行手動(dòng)控制模式，通過脈沖電磁閥按鈕手動(dòng)對(duì)裝置進(jìn)行控制，以及通過手動(dòng)模式對(duì)進(jìn)風(fēng)口電磁閥開關(guān)進(jìn)行清理工作，防止由于進(jìn)風(fēng)口堵塞影響含塵氣體的吹入。

4 小型除塵器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

如果在運(yùn)行過程中，溫度傳感器檢測(cè)到進(jìn)風(fēng)口管道內(nèi)氣體的溫度過高時(shí)，由于濾袋本身不能承受高溫，系統(tǒng)會(huì)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(duì)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(jìn)行降溫的成本。

在箱體的一側(cè)采用有機(jī)玻璃代替，相比于普通玻璃，采用有機(jī)玻璃更加安全，更加耐用。有機(jī)玻璃可進(jìn)行自由拆卸，可以對(duì)有機(jī)玻璃內(nèi)部進(jìn)行清潔，安裝簡(jiǎn)單，同時(shí)安裝后不會(huì)影響箱體的整體密封性，有機(jī)玻璃的安裝方便了工作人員對(duì)箱體內(nèi)狀況的觀察，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)濾袋是否由于長(zhǎng)時(shí)間工作發(fā)生磨損的現(xiàn)象?？杀苊庥捎跒V袋的磨損，造成出風(fēng)口排出含塵氣體的情況。濾袋采用軟連接的形式，進(jìn)而在反吹階段能夠更好地將粉塵從濾袋上吹落。對(duì)于反吹裝置，我們將反吹管道設(shè)計(jì)為傾斜狀，這樣可以大幅度加劇濾袋的機(jī)械振動(dòng)，使濾袋表面的粉塵更加容易掉落。

5 結(jié)論

我們利用PLC和電池閥來實(shí)現(xiàn)含塵氣體、反吹氣體、冷空氣進(jìn)出的自動(dòng)控制，通過設(shè)計(jì)并確定管路的布置和各個(gè)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(shí)間，更加精確地控制了反吹和冷空氣輸入的時(shí)機(jī)，更好地防止濾袋被堵塞并及時(shí)降低溫度過高對(duì)濾袋的損傷。在對(duì)濾袋本身的性質(zhì)上，也是我們應(yīng)該考慮的地方，濾袋的表面應(yīng)該做到不容易與粉塵粘連，同時(shí)應(yīng)該具有更好的耐磨性和耐腐蝕性[5]?，F(xiàn)存的濾袋大多數(shù)是易燃的，可能會(huì)發(fā)出爆炸等事故。與此同時(shí)，對(duì)于一些超微細(xì)的粉塵，濾袋不能做到完全過濾，現(xiàn)在開發(fā)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(guó)家對(duì)環(huán)境的要求變高，對(duì)于有害氣體也要加強(qiáng)控制，例如SO2、NO這些有害氣體。從出風(fēng)口流出的氣體可能會(huì)含有有毒氣體，除塵器的氣體凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)也是非常重要的，所以這也是我們?cè)趦?yōu)化設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮的問題[6]。

除塵器本身也有許多需要改進(jìn)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(jìn)技術(shù)來優(yōu)化結(jié)構(gòu)，提高自己的除塵效率。中國(guó)的袋式除塵器在火電廠應(yīng)用比較廣泛，發(fā)展前景不錯(cuò)，我們應(yīng)該多創(chuàng)新，多開發(fā)新材料，以最低的成本去減少粉塵對(duì)環(huán)境的污染。