布袋除尘器联网在线监测系统设计分析

2020-03-16

能源与环境 2020年1期

（福建省福能华厦能源设计研究院有限公司福建福州 350001）

近年我国环境生态治理步伐加快，对工业生产的环保排放治理尤为重视。企业对环境保护重视程度大大提高，但还存在着重硬件、重装备、轻管理、轻监测等问题。本文就工业企业如何提高环境治理水平、建立工业生产线布袋除尘器联网在线监测系统进行设计和分析探讨。

在生态治理和可持续发展的今天，当下企业都以清洁生产作为发展趋势。生产过程中产生的粉尘，不仅会造成环境污染，还会加速设备老化磨损、降低车间的可见度、影响企业员工的身体健康，因此企业对除尘技术的运用已十分普及，除尘器在各行业的应用十分广泛。使用除尘器只是向环保迈出的第一步，如何用好、管好除尘器，更是关键。

1 布袋除尘器现状和特点

在水泥、火电、建材等行业生产线上，分布着各种类型、大小各异的布袋除尘器。这些除尘器在生产过程中，可分为主要生产设备以及辅助生产设备。作为主要设备的除尘器，目前基本配备了完善的监控系统。作为辅助生产设备的布袋除尘器，因为多种因素制约，当前主要由人工巡检的方式进行定期检查，这种方式存在以下问题：①设备问题难发现、处理不及时，②人工巡检可能造成安全隐患，③偏远位置的除尘器难以定期巡检，④运维成本较高。

这些问题导致除尘器使用效率不高、管理不善、排放不达标，很大程度上影响了环境治理成效。为此，加快智能化建设，针对布袋除尘器设备管理，建立新型的在线监测系统。通过设备状态联网监测，提升企业环境治理科学化水平十分必要。该监测系统可大幅缩减巡检人员，提高除尘器的运行稳定性，实现绿色生产。从经济角度来看，该监测系统为一次性投入，可缩减人工成本，同时提高企业污染排放的监测能力、防御能力、应急能力。

生产线上的扬尘点可能在任意位置出现，因此除尘器布局比较分散、数量比较大。大型的生产线除尘器间距可能超过100m。部分除尘器在生产线上的作用不仅是降低粉尘排放，在一些关键工况下可以起到维持生产的重要作用。如水泥厂的包装机除尘器，除尘器故障导致的扬尘可能使工作人员无法连续生产；破碎制砂车间的除尘器，除尘器故障可能导致细粉分离出现问题，影响产品质量。

2 布袋除尘器监测系统设计

影响布袋除尘器运行指标的内容很多，完整的布袋除尘器在线监测系统如图1所示。

普通工况下布袋除尘器仅需要监测压差信号以及除尘风机、卸料电机运行信号。压差信号过高，说明布袋清灰系统有问题，系统报清灰（布袋堵塞）故障；压差信号过低，则可能是布袋已经破损，或是风机不运转，系统报布袋破损故障。压差高位临界值根据工况可设为1000-1500Pa，低位设置100Pa，信号由压差变送器检测。风机运行信号不需要另外设置检测设备，仅需接入电气控制回路热继电器及接触器信号即可，对于远程驱动无风机运行反馈信号的设备，系统报风机故障。

图1 布袋除尘器监测示意

对于特殊工况下的布袋除尘器，应根据实际需求选择监测内容。在含尘气体潮湿、温度高的工况下，使用温度、湿度传感器对粉尘的温湿度进行监测。对于处理含尘气体浓度较高的布袋除尘器，可设置料位计监测灰斗料位高度，以减小灰斗爆仓的危险。压缩空气压力由压力变送器检测，设置正常值为0.35～0.55MPa。出风口排放浓度值由粉尘检测仪监测。粉尘浓度正常值应小于10mg/m3，若检测值在10～50mg/m3，系统报布袋老化/破损故障；若检测值大于50mg/m3，系统报布袋破损故障。

3 监测系统的联网集成

根据布袋除尘器数量大、种类多、分布广的特点，设计完整的联网集成在线监测系统，必须考虑现场的布线、监测数据处理、投资成本等众多因素。

为了减少不必要的浪费，降低整个系统的电气冗余负担，应将整条生产线的每个除尘器以设备位置分区。设置多个小型监测站，每个监测站为5～10个除尘器提供数据监测汇总、历史数据查询等服务，并用现场总线的方式统一上传至总控室上位机。在部分除尘器距离较远、电缆布线投资成本过高的情况下，可考虑使用无线网络传输数据。监测站的核心可以由RTU（远程终端单元）、DTU（数据传输单元）和PLC（可编程控制器CPU）等组成。对于已经使用PLC等可编程智能设备作为控制器的除尘器，在已有设备PLC能满足要求的情况下，可以直接利用原有PLC建立独立的监测站，降低系统投资。监测站与上位机的集成网络详见图2。

监测站的配置由除尘器数量、除尘器测量内容决定。典型小型监测站由小型PLC主机、I/O模块以及人机交互触摸屏组成。监测站收集每台除尘器的数据，并向总控室发出对应编码，编码内容包括除尘器编号、是否故障、故障内容、流量、温湿度等其他信息等。监测站、除尘器和总控室间的联网，可以汇总所有监测数据，优化除尘器运行水平，提升整条生产线的环保排放控制水平。

（1）监测站实例.举例小型监测站，负责对2台布袋除尘器在线监测、收集数据并向上位机发送必要的信息。PLC型号选用欧姆龙CP1E。HMI人机交互设备选用国产品牌触摸屏。参见图3。

根据现场工况，2台除尘器监测的开关量内容包括净气室内外压差高低位、温度高位、湿度高位、压缩空气低位、风机及卸料电机运行反馈。模拟量包括除尘器的排放浓度、温度。所有监测的数据都传入PLC指定的储存位置。监测返回的开关量数据以1和0分别代表对应内容的“是”与“否”。模拟量储存值设置为实际监测值。模拟量和开关量设置表见表1、表2。

表1 1号除尘器PLC模拟量设置表

图2 监测站与上位机的集成网络

安装在除尘器上的各个监测变送器预设故障触发值，并将是否故障的开关量输入至监控站PLC。对于有必要精准记录数值的检测内容（排放浓度、温湿度等），另外铺设抗干扰电缆传输模拟量数据至PLC模拟量输入模块。PLC使用RS232总线连接HMI人机交互触摸屏。通过触摸屏操作人员可现场查询故障信息、历史数据等。PLC对应每台除尘器输出一个故障开关量和一个模拟量，向主控室上位机系统报告是否故障、何种故障详见表3。PLC与主控室上位机通过RS485总线连接，上位机PC通过读取监测站PLC的数据，可以得知所有在线监测的设备运行情况。上位机也对所有读取数据进行保存并录入数据库。

图3 监测站内部PLC以及扩展模块接线

表2 1号除尘器PLC开关量设置表

表3 1号除尘器故障编码表

（2）数据分析。对于监测数据的分析以及智能联想操作，可以优化系统内每一台除尘器，保证设备运行稳定，问题反馈更及时。数据分析的内容可根据现场工况的不同而调整，并可以随时修改。详见图4。

以布袋除尘器的数据分析为例，当某设备更换滤袋后从总控室输入相应信息，系统会在预设的时间提醒定期进行下一次更换滤袋作业；滤袋破损时，系统自动记录下此批滤袋的使用寿命，并上传至总控室对信息给予反馈。企业可根据不同除尘器上不同配件的损耗情况，考虑是否需要对除尘器工艺布置、滤袋材质进行调整，是否需要增加、减少除尘设备等操作。