焊接煙塵的處理方法
焊接技術是近代先進制造之一,在國民建設中占有舉足輕重的地位。焊接過程中,電弧區的最高溫度可達5000℃左右,任何金屬及其氧化物均可被熔化、蒸發,該過程將產生大量的粉塵、氣體和蒸汽。粉塵主要來源于焊條的藥皮,小量來自焊芯和母材,其化學成分多達二十余種,常見的有Fe、Ca、Mn、Si、Ni、Cu、Cr等。
焊接過程產生的有害氣體主要為:CO、CO2、NOX、O3等。焊接過程中產生的污染物種類多、危害大,能導致多種職業病(如焊工硅肺、錳中毒、電光性眼炎等)的發生,已成為一大環境公害。,國內外對焊接煙塵的處理,主要采用全面通風和局部通風兩種傳統的通風方式。本文以某一焊接車間為例,比較控制焊煙的傳統通風方式和吹吸式通風兩種方案,其初投資及年運行費用,探討在高大工業廠房應用吹吸式通風方式控制焊煙的可行性。
1 傳統通風方式
控制焊接煙塵的傳統方法主要有局部通風和全面通風兩種。局部通風可以有效阻止無組織氣流在空間內帶動污染物擴散,并且消耗的空氣量較少。對于焊接車間,有固定工作臺的手工焊接,局部排風罩能將焊接煙塵基本上抽走,采用局部通風方式能夠取得較好的治理效果,是比較經濟的治理措施。但是在很多情況下,由于生產過程、工藝布置及操作等條件限制,不能設置局部排風,或者采用了局部排風,仍然有部分有害物質擴散在室內,在有害物質的濃度有可能超過國家標準時,則應輔以的或機械的全面排風,或僅采用自然的或機械的全面排風。
《采暖通風與空氣調節設計規范(GB50019-2003)》中規定:同時放散熱、蒸汽和有害氣體或僅放散密度比空氣小的有害氣體的生產廠房,除設局部排風外,宜在上部地帶進行自然或機械的全面排風,其排風量不宜小于每小時1次換氣,房間高度大于6米時,排風量可按每平方米地面面積6m3/h[1]。在焊接車間內,當工作地點不固定時,則電焊煙塵難以用局部方法排除。因此,必須輔以或另行設置全面排風來排除這部分煙塵。
一般焊接車間的特點是廠房比較高大、焊接件大小不定、焊接地點不固定、焊接方式較多。為了不焊接加工,通風系統設計時,往往考慮的是全面通風方式。通常,全面通風以廠房的換氣量或換氣次數為基礎。因此,對于高大工業廠房,全面通風勢必存在通風量大、消耗電能多、運行費用高的缺點,冬季運行因需要供暖,耗電量更大。
2 吹吸式通風
吹吸式通風是利用射流作為動力,把有害物輸送到排風口再由其排除,或者利用射流來阻擋、控制有害物的擴散。從通風工程空氣流動中我們知道,吹出氣流的速度衰減較為緩慢,例如,在其軸線上2倍口徑處仍是100%,在20倍口徑處還保持22%左右,可見它的捕捉能力,特別是輸送能力是優越的[2]。吸入氣流的速度衰減較快,因此把吹出氣流和吸入氣流組合在一起協同作業,就可以彌補吸入氣流控制能力弱的缺點,從而有效地控制污染物的擴散。吹吸式通風原理圖如圖1所示。
吹吸氣流不但可以控制單個設備散發的有害物,而且可以對整個車間的有害物進行有效的控制。在廠房某一高度并排布置多個噴口,將具有一定能量的空氣射入大空間,形成前進方向一致的多股平行射流。到一定距離后,每股射流將受到相鄰射流的影響,出現流線重合現象,如圖2所示。匯合以后,射流只能在縱向,當P/d0=5~15時,射流在10d0~25d0處匯合,射流到達30d0~50d0以后各點的運動方向平行與x-y平面,沿垂直于該平面的直線上的速度分布趨向均一,因此射流在這個區域內的運動近似于平面運動,形成水平的空氣屏障[3]。由于廠房空間大,并排布置的風口個數多,射流匯合一段距離后,在大空間中形成寬度比變化中的厚度大得多的扁平氣流。
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