高大厂房焊接烟尘治理解决方案

    高大厂房的烟尘治理是一项国际性技术难题，其困难主要表现在以下几个方面：

    1.车间烟尘种类多，烟尘粒径小，其粒径在0.01~5μm，滤除困难;

    2.工位的多变性，使得烟尘捕捉困难;

    3.烟尘热气流滞留特性，普通通风技术除尘困难;

    4.除尘设备投资大，运行费用高，投入困难。

    欧洲自20世纪20年代开始对焊接烟尘的危害进行研究，国内近10年来，已有越来越多的企业应用了高大厂房烟尘治理设备，生产环境正得到逐步改善。

    目前，对于高大厂房烟尘的治理普遍采用劳动保护方法和局部治理方法。

    劳动保护方案是通过配备吸尘面罩的形式来保护劳动者健康，该方法保护对象局限于焊接工人，整个车间环境无法改善。

    德瑞尔环保局部除尘方案是直接针对焊接烟尘高浓度排放区域进行治理。局部除尘设备由两部分组成：烟尘捕捉部分与烟尘过滤部分。局部除尘方法可以有效阻止无组织气流在空间内带动污染物扩散，并且消耗的空气量较少。对于焊接车间，有固定工作台的手工焊接，局部排风罩能将焊接烟尘基本上抽走，采用局部通风方式能够取得较好的治理效果。投资少、效果显著。但受现场布局、操作者习惯和设备运动空间限制大。图2为局部除尘应用实例。

    整体厂房焊接烟尘治理始于20世纪90年代的北欧，并在欧美国家得到快速推广，是焊接烟尘治理最有效的手段。

    高大焊接厂房具有以下共同特征：

    1.跨距大，厂房高。跨距通常有18m、24m，甚至达30m，厂房高度通常高于10m，甚至达30m。

    2.焊接工位多，焊接工件大，条形焊缝、环形焊缝多且长， 焊接烟尘量大。

    3.辅助设备占用空间大，各种管线布满车间。

    4.厂房内安装有天车，也有厂房装有双层天车，用于搬运物件。

    5.春秋和夏季通常通过开门、开窗方式来排除焊接烟尘。北方地区车间送暖气，车间相对封闭。

    高大厂房焊接烟尘治理要解决的主要问题

    1.室内烟尘浓度过高对人体健康带来的危害

    焊接烟气中的烟尘是一种十分复杂的物质，已在烟尘中发现的元素多达20种以上。

    碳钢CO2/MAG焊过程中的有害烟尘主要有Fe2O3、SiO2、MnO等，铝合金MIG焊接过程中的主要烟尘成分为Al2O3颗粒，焊接过程中还会产生一些有害气体，如臭氧、氮氧化物、一氧化碳、氟化物及氯化物等。

    工人长期在焊接烟尘环境下作业，如果没有适当的保护措施，将导致各种职业病，如尘肺、骨软化症、贫血症等。有害气体也会造成肺水肿、支气管炎、急性哮喘症、神经衰弱症及慢性呼吸道炎症等。

    为此，国家对作业环境下污染物的浓度标准有一个严格的限制，在标准GBZ2-2002中规定了车间能综合粉尘浓度≤6mg/m3。

    2.直接外排造成二次污染的问题

    把焊接烟尘排至室外也许是焊接烟尘最简单的处理方法。但这种方法只是把污染物从室内转移到室外，并没有对烟尘进行治理，其结果是对环境造成二次污染。GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》中，规定了各种污染物排放浓度的标准。

    3.直接排放造成的室内温度上升/下降、能量损失的问题

    在有空调或供热的车间，如果采用直排方式，在冬季势必将室内的热量连同污染物一起排至室外，其结果是室内热能的大量损失。

    4.焊接工艺要求

    传统的混合送风的方式来排除焊接烟尘，其风量大、和风速高，对于CO2气体保护焊来说，当保护气体周围风速超过1m/s时，会吹走保护气体，从而影响焊接质量。

    5.提高生产效率。

    采用局部除尘时，操作工人经常需要移动吸气臂，以达到最有效的烟尘捕着效果，这样势必大大影响焊接工作效率。

    德瑞尔环保高大厂房焊接烟尘治理方案

    1.分层送风原理

    在有热源的车间，由于在高度上具有稳定的温度梯度，如果以较低的风速(v<0.2~0.5m/s)，较大的风量，将送风温差较小(Δt=2~4℃)的新鲜空气直接送入室内工作区，低温的新风在重力作用下先是下沉，随后慢慢扩散，在地面上形成一层薄薄的空气层。而室内热源产生的热气流，由于浮力作用而上升，并不断卷吸周围空气。这样，由于热气流上升时的卷吸作用，后续新风的推动作用和抽风口的抽吸作用，地板上方的新鲜空气缓缓向上移动，形成类似于向上的均匀流的流动，于是工作区的污浊空气被后续的新风所取代。当达到稳定时，室内空气在温度、浓度上便形成两个区域：上部混合区和下部单向流动的清洁区。

    2.分层送风除尘系统组成

    分层送风除尘系统主要由4大部分组成，即空气处理机组(含高效率筒除尘)，送回风管系统、送风末端装置——送风筒以及控制系统(如图3)。

     根据焊接工艺特征和除尘要求，除尘系统的空气处理部分有以下几种形式可供选择：

    (1)对铝合金焊接厂房，对车间内湿度有严格要求，可以配备制冷机组，通过冷冻除湿使室内湿度满足要求。

    (2)对一般碳钢焊接厂房，可以在空气处理机组内安装直接喷淋式制冷装置来减低车间温度，该方法投资少，效果显著。

    (3)对北方冬季气温较低、车间有供暖设施的地区，在空气处理机组内设置新风加热器，使送入车间的新风不至于因温度太低而影响车间温度。

    3.分层送风除尘系统的运行流程

    车间内污染空气经回风机吸入到空气处理机组，经过滤筒式高效过滤器，将焊接烟尘滤除，再送入车间内(如图5)。为了保证车间内空气品质，需要补充一定量的新风进入车间，空气处理机组上设有新风调节阀，用于调节新风量。

     在冬季，控制20%新风量，新风与来自车间的80%的回风(20%的回风通过排风阀排至车间外)混合，再经过新风加热器后送至车间内，这样，避免污染物直接排放造成车间内的热能损失。在春秋过渡季节，新风量取100%，利用全新风来带走车间内热负荷，污染空气100%排至车间外，既保证了舒适的温度，也保证了良好的空气品质。

    4.关键部件

    (1)送风筒

    送风筒是实现分层送风的关键部件，它送风量大，送风速度低，送风距离远。较低的送风速度确保不会吹散气体保护焊的保护气体，从而保证了焊接质量。送风筒内装有调节阀，可根据车间内外温度、车间要求的温湿度及污染物的分布来调节送风方向，使之满足在任何送风温度下，均能实现推动焊接烟尘向车间移动。

    (2)滤筒

    采用高效过滤筒作为过滤元件，该过滤筒选用的滤材不同于一般传统的滤材，其表面附有一层聚四氟乙烯薄膜。其极小的筛孔可阻挡大部分亚微米尘粒;亚微米尘粒在滤材的表面聚集并形成可渗透的挡尘饼，大部分尘粒被阻挡在滤材外表面而不能进入滤材内部，在压缩空气的吹扫下能及时有效地被清除。该滤材具有相当高的过滤效率，较传统滤材至少提高3~5倍以上;且使用寿命较传统滤材提高2倍以上。

    (3)控制软件

    为达到良好的分层送风除尘效果，系统内配有专有的控制软件，结合当地全年气象参数，实时采集处理车间内温湿度，控制送风筒的送风方向、新风量、制冷量、加热量，使系统保持在最佳节能运行状态。

    分层送风治理焊接烟尘的优势

    与局部焊接烟尘除尘设备相比，与传统的混合送风除尘系统相比，采用分层送风技术治理焊接烟尘有以下几大优势：

    1.因为烟尘的收集不是直接针对产烟部位，所以除尘系统不受焊接工件大小的影响、不受焊接工位变化的影响;

    2.采用高效过滤器，过滤精度完全达到室内排放标准，有效改善工作区域环境;

    3.彻底解决烟尘净化问题，不会对大气造成二次污染;

    4.所需风量只是传统混合送风形式的一半，运行能耗大幅度降低;

    5.因烟尘进行过滤后能达到室内排放标准，室内空气可以循环，避免直排造成室内冷量/热量能源的浪费;

    6.除尘系统不受操作者使用习惯的影响，操作者在工作的过程中没有受到除尘系统的任何干扰，能极大地提高生产效率。