濾筒式除塵器在數(shù)控等離子切割機(jī)煙塵治理中應(yīng)用

無錫潤天環(huán)保科技有限公司 (江蘇 214193) 何 嵬

近年來，隨著我國制造業(yè)水平的不斷提高，數(shù)控等離子切割機(jī)在工業(yè)企業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，提高了中國機(jī)械制造業(yè)的整體水平。由于數(shù)控等離子切割機(jī)在使用過程中產(chǎn)生的大量煙塵，彌漫整個制造車間，不僅危害員工的身體健康，而且給大氣造成污染，所以越來越多的企業(yè)關(guān)注和重視現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)煙塵和粉塵的治理。

1. 現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)車間產(chǎn)生的煙塵及危害

工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)車間中使用的焊接設(shè)備，如焊條電弧焊、CO2氣體保護(hù)焊機(jī)、氬弧焊機(jī)、埋弧焊機(jī)等焊接設(shè)備會產(chǎn)生大量的焊接煙塵；在金屬下料過程中由于加工精度的需要，有的企業(yè)會使用數(shù)控等離子切割機(jī)，在等離子切割的過程中由于金屬熔化與高速氣體碰撞瞬間產(chǎn)生大量的煙塵；在金屬打磨過程中，也會產(chǎn)生大量的金屬粉塵。

金屬在焊接、打磨和切割過程中會產(chǎn)生各種有害氣體和煙塵，這些有害氣體及煙塵特點(diǎn)是粒徑非常細(xì)小，0.5μm以下約占70%，0.5μm以上約占30%，懸浮能力強(qiáng)。這些有害氣體及煙塵對人體危害可歸納為三個方面：①對人體中樞神經(jīng)的損害。②對人體內(nèi)臟的損害。③對人體皮膚及呼吸道的損害。操作工焊接1h相當(dāng)于吸58盒20支裝香煙的危害。

科學(xué)研討以及健康查詢表明：切割煙塵中存在很多可吸入物質(zhì)(如氧化錳以及鉀、鈉的氧化物等)，一旦這些物質(zhì)進(jìn)入人體，會對人體造成很大的損傷。長時間在便攜式數(shù)控切割機(jī)煙塵情況下工作的切割操作人員患有慢性支氣管炎等呼吸道疾病的比例明顯高于其他人員，而且可吸入物質(zhì)還會堆積在人體的骨骼和血液中，導(dǎo)致免疫力下降，甚至誘發(fā)癌癥，尤其是近年來隨著很多含有Cr、Mn、Ni等化學(xué)成分的切割材料的運(yùn)用，使切割煙塵對職工健康的影響日益嚴(yán)峻。輕型龍門在等離子切割時產(chǎn)生的煙塵彌漫整個車間的情況如圖1所示。

圖1 輕型龍門在等離子切割時產(chǎn)生的煙塵

由此可見這些煙塵對人體的危害是很大的，我們必須采取有效的治理方法來改善工人的勞動環(huán)境，控制對大氣環(huán)境的污染。

2. 數(shù)控等離子切割機(jī)煙塵治理的主要方式

由于等離子在切割過程中會產(chǎn)生大量的有害有毒氣體，目前國內(nèi)企業(yè)大多采用濕式除塵法和干式除塵法。

（1）濕式除塵法 采用濕式除塵法，國內(nèi)通常的做法就是在數(shù)控等離子切割之前，制作一個水式切割平臺，將切割的材料放置于水槽的水面或者水中進(jìn)行切割，帶水槽的濕式切割平臺如圖2所示。如果將切割材料放置水槽的上面，切割過程產(chǎn)生的煙塵會明顯減少，但由于受壓縮空氣的的沖擊，仍有一些煙塵外溢，治理效果不是很理想；如果將切割材料放置于水槽的下面，等離子割炬在水下對材料進(jìn)行切割，這種方式雖然能夠消除有害有毒氣體對操作者和車間環(huán)境的危害，但會影響切割效率，即切割速度下降，上下料輔助時間會加長。對于切割鋁鎂等金屬材料還需要防爆，防工件位置移動，更重要的是還會產(chǎn)生水污染。由于切割產(chǎn)生的煙塵化學(xué)成分復(fù)雜，所以治理起來相當(dāng)困難，成本也非常高。

圖2 帶水槽的濕式切割平臺

（2）干式除塵法 干式除塵方式就是為數(shù)控切割平臺增加一套煙塵捕捉裝置，將捕集到的煙塵直接輸送到煙塵過濾凈化設(shè)備，經(jīng)過處理達(dá)標(biāo)以后再進(jìn)行排放。等離子切割產(chǎn)生的煙塵基本形成于工件切口的下方，因此抽氣式負(fù)壓切割平臺成為目前最常見的煙氣捕捉裝置。

為了節(jié)省投資和提高抽風(fēng)效率，以最小的送風(fēng)量達(dá)到最大的煙塵采集量，一般只對正處于切割的區(qū)域進(jìn)行吸塵處理，因此切割平臺沿著切割機(jī)主導(dǎo)軌方向會被分成若干個均勻的密閉小區(qū)域，旁側(cè)開有出風(fēng)口。由于干式除塵方式結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、除塵效果較好而被廣泛使用。單側(cè)下抽風(fēng)式濾筒式干式除塵如圖3所示。

圖3 單側(cè)下抽風(fēng)式濾筒式干式除塵

3. 等離子切割煙塵的吸塵方式

等離子切割除塵凈化吸塵方式一般常見的有兩種，即直吸式和吹吸式?，F(xiàn)分述如下：

（1）直吸式除塵系統(tǒng) 根據(jù)等離子切割工作臺面的大小一般有三種方式，即單側(cè)直吸式除塵系統(tǒng)、雙側(cè)下抽風(fēng)風(fēng)門式除塵系統(tǒng)、四側(cè)下抽風(fēng)風(fēng)門式除塵系統(tǒng)。

單側(cè)直吸式除塵系統(tǒng)：即在切割機(jī)平臺下部的一側(cè)安裝多個寬度相等的抽風(fēng)小室，每個抽風(fēng)小室設(shè)計(jì)安裝開啟風(fēng)門的機(jī)構(gòu)，隨著切割龍門架的移動來觸發(fā)開關(guān)，將切割機(jī)產(chǎn)生的煙塵及時吸入相對應(yīng)的風(fēng)道，直接進(jìn)入除塵器主機(jī)凈化。這種方式主要適應(yīng)3m以內(nèi)的切割工作平臺。單側(cè)下抽風(fēng)切割結(jié)構(gòu)如圖4所示，風(fēng)門式抽風(fēng)工作臺結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖4 單側(cè)下抽風(fēng)切割結(jié)構(gòu)

圖5 風(fēng)門式抽風(fēng)工作臺結(jié)構(gòu)

雙側(cè)下抽風(fēng)風(fēng)門式除塵系統(tǒng)：這種除塵系統(tǒng)就是在切割平臺的兩側(cè)各設(shè)置一個帶風(fēng)門的抽風(fēng)道。該種形式的除塵適用于切割平臺寬度在3～5.5m之間。雙側(cè)下抽風(fēng)切割結(jié)構(gòu)如圖6所示，雙側(cè)下抽風(fēng)切割應(yīng)用如圖7所示。

圖6 雙側(cè)下抽風(fēng)切割結(jié)構(gòu)

圖7 雙側(cè)下抽風(fēng)切割應(yīng)用

四側(cè)下抽風(fēng)風(fēng)門式除塵系統(tǒng)：當(dāng)切割平臺的有效寬度比較大時，采用四風(fēng)道抽風(fēng)除塵的方式，即在切割平臺中部再加兩個帶風(fēng)門的風(fēng)道，相當(dāng)于把切割平臺在寬度的方向上平均分成兩個雙側(cè)下抽風(fēng)工作臺并在一起。

（2）吹吸式除塵系統(tǒng) 主要是在切割平臺的一側(cè)并上一個滑動吸風(fēng)道及其移動的吸風(fēng)口。在切割平臺的另一側(cè)有一個帶小軸流風(fēng)機(jī)的吹風(fēng)口，吹風(fēng)口、吸風(fēng)口同時固定在切割機(jī)上，且與切割頭保持在一條線上。切割平臺下部是帶有立板的抽風(fēng)道，始終保持在切割的有限寬度內(nèi)即產(chǎn)生煙塵的部位抽風(fēng)。該種除塵方式不但切割平臺結(jié)構(gòu)簡單用材少，而且用風(fēng)量更省。吹吸式滑動風(fēng)道示意如圖8所示。

圖8 吹吸式滑動風(fēng)道示意

吹吸式除塵系統(tǒng)分類：由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)該種除塵方式不適用于寬度在2.5m以下的切割平臺。根據(jù)平臺的寬度又可以分為單滑動風(fēng)道吹吸式除塵系統(tǒng)、雙滑動風(fēng)道吹吸式除塵系統(tǒng)及機(jī)載式吹吸除塵系統(tǒng)三種，現(xiàn)分述如下：

單滑動風(fēng)道吹吸式除塵系統(tǒng)：根據(jù)其平臺結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及氣流組織特性，要想達(dá)到好的除塵效果，對切割平臺寬度有一定的要求。一般該種除塵方式不適用寬度在2.5m以下的切割平臺。而對于切割平臺的有效寬度在3～4.5m之間的除塵效果比較理想，該種除塵方式對切割平臺上鋼板的覆蓋率有一定的要求，當(dāng)鋼板的覆蓋率達(dá)到80%以上時，除塵效果最佳。單滑動風(fēng)道吹吸式除塵系統(tǒng)如圖9所示。

圖9 單滑動風(fēng)道吹吸式除塵系統(tǒng)

雙滑動風(fēng)道吹吸式除塵系統(tǒng)：主要是針對切割平臺寬度在5m以上，由于工作平臺越寬用風(fēng)量越大，使除塵效果越來越不理想。為了能使這種大跨距的切割機(jī)也有一個好的除塵效果，我們設(shè)計(jì)時把切割平臺在寬度方向平均分成兩個窄的工作臺，在其兩側(cè)各有一個滑動吸風(fēng)道，其原理如圖10所示，相當(dāng)于兩個吹吸式除塵系統(tǒng)。

圖10 雙滑動風(fēng)道吹吸式除塵示意

機(jī)載式除塵系統(tǒng)：該種除塵方式也是吹吸式除塵系統(tǒng)的演化，其最大優(yōu)勢是沒有管道，不占用車間的空間，整套除塵設(shè)備都放在龍門架上隨切割機(jī)一起移動。該種除塵方式比較適用于切割平臺寬度不太大的平臺。因?yàn)槠脚_越寬所用風(fēng)量越大，除塵設(shè)備機(jī)組的體積重量也越大，給切割機(jī)龍門架的制造帶來困難。機(jī)載式除塵系統(tǒng)如圖11所示。

圖11 機(jī)載式除塵系統(tǒng)

等離子切割除塵開啟前和開啟后的對比如圖12所示。

圖12

4. 濾筒式除塵器的主要特點(diǎn)

（1）濾筒的選擇 目前國內(nèi)主要采用覆膜聚脂濾筒和阻燃納米濾筒（見圖13）。

覆膜聚脂濾筒濾材（如棉布、棉緞、紙質(zhì)及其他傳統(tǒng)纖維素等）纖維間隙為5～60μm，當(dāng)煙塵通過時，煙塵中的一部分塵粒就會進(jìn)入濾材內(nèi)部而阻塞過濾元件；當(dāng)阻塞情況逐漸惡化又不能進(jìn)行有效清灰時，過濾元件的氣阻便會上升，能通過的氣流量也會隨之下降。如果沒有自動清灰，過濾效果會迅速下降。

阻燃納米濾筒采用的濾材表面附有一層聚四氟乙烯薄膜，其極小的篩孔可阻擋大部分亞微米塵粒；亞微米塵粒在濾材的表面聚集并形成可滲透的擋塵餅，大部分塵粒被阻擋在濾材外表面而不能進(jìn)入濾材內(nèi)部，在壓縮空氣的吹掃下能及時有效地被清除。該濾材具有相當(dāng)高的過濾效率，較傳統(tǒng)濾材至少提高3～5倍；且使用壽命較傳統(tǒng)濾材提高2倍以上，過濾效率可達(dá)99.9%以上。除了過濾精度大幅提高，而且增強(qiáng)了清灰效果，延長使用壽命，降低運(yùn)行維護(hù)成本。

圖13 濾筒微觀結(jié)構(gòu)

（2）自動清灰裝置 除塵器必須配備PLC自動脈沖噴吹清灰裝置，當(dāng)凈化器運(yùn)行一段時間以后，細(xì)微的煙塵吸附在濾材表面，使得濾材的透氣性降低。當(dāng)系統(tǒng)壓差超過某一設(shè)定值時，壓差傳感器輸出的壓差信號將激發(fā)脈沖發(fā)生器，脈沖發(fā)生器啟動脈沖噴吹閥，潔凈的壓縮空氣由閥口噴出，引射氣流對濾筒進(jìn)行脈沖噴吹；濾材表面吸附的微塵在氣流作用下從濾筒覆膜表面脫落，落入下部的粉塵收集器中。為了提高反吹清灰效果，該系列除塵器均設(shè)計(jì)成在線和離線兩種相結(jié)合的清灰方式。由于過濾精度高，過濾后的空氣粉塵含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)底于國家排放標(biāo)準(zhǔn)，可直接通過系統(tǒng)出風(fēng)口在室外排放，也可以使凈化后的空氣直接室內(nèi)循環(huán)。

圖14 濾筒除塵工作及反吹原理

5. 結(jié)語

以上內(nèi)容是筆者多年在數(shù)控等離子切割除塵工作中的總結(jié)，隨著各級政府對環(huán)保的高度重視，企業(yè)環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)，勞動者對環(huán)保的要求越來越強(qiáng)烈，現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)加強(qiáng)了對車間切割、焊接、打磨、噴漆等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的污染源進(jìn)行治理，我國的環(huán)境污染一定會有所改善，數(shù)控等離子切割除塵等污染源的治理應(yīng)用也會逐步得到普及。