機(jī)械工廠等離子噴涂粉塵凈化處理

張亞甜 張雷 張旸 閆旌 何杰

（首都航天機(jī)械公司 北京100076）

1 概況

1.1 等離子噴涂概念

等離子噴涂是熱噴涂技術(shù)中應(yīng)用廣泛的一項(xiàng)工藝技術(shù)，該技術(shù)是通過等離子弧焰流將金屬或非金屬粉末加熱成熔化或半熔化狀態(tài)，同時(shí)高速噴射并沉積到預(yù)處理后的工件表面上，形成一種具有特殊性能的涂層[1]。等離子涂層光滑平整，操作過程中可精確控制厚度。該技術(shù)應(yīng)用范圍十分廣泛，應(yīng)用領(lǐng)域包括航空、船舶和部分機(jī)械加工等行業(yè)[2、3]。

1.2 等離子噴涂粉塵的產(chǎn)生和危害

等離子噴涂噴出的粉粒速度可達(dá)180m/s～600m/s，其中有大量的粉塵會(huì)逸散在操作環(huán)境中，形成的粉塵具有溫度高、顆粒細(xì)等特點(diǎn)[1]。噴涂材料一般選用氧化鋯粉、鎢粉等陶瓷粉末，對(duì)人體有致纖維化、致敏等作用，特別是粒徑小于5μm的粉塵對(duì)人體機(jī)體危害更大，因此，噴涂過程中產(chǎn)生的粉塵收集處理不當(dāng)，將危害操作者身體健康，污染大氣環(huán)境。

1.3 等離子噴涂工作現(xiàn)狀

目前，噴涂工房?jī)?nèi)有兩個(gè)噴涂工位，分別用于大工件和小零件的等離子噴涂工作?，F(xiàn)場(chǎng)安裝有兩套布袋凈化裝置，處理風(fēng)量分別為4500m3/h和3000m3/h，由于設(shè)計(jì)風(fēng)量偏低及布袋損壞嚴(yán)重，致使操作現(xiàn)場(chǎng)粉塵彌漫。

2 粉塵凈化處理方案

無機(jī)性金屬類粉塵常用的凈化處理方法主要有機(jī)械除塵法、過濾式除塵法和洗滌除塵法等[4]。機(jī)械除塵器宜用于處理密度較大、顆粒粒徑大于50μm的粉塵，通常作為高效除塵器的預(yù)除塵；過濾式除塵法宜用于處理風(fēng)量大和濃度波動(dòng)較大的含塵氣體，對(duì)粒徑0.1μm～0.5μm塵粒的除塵效率在90%左右，對(duì)粒徑1μm以上塵粒的除塵效率達(dá)99%以上；濕式除塵法適用于捕集粒徑1μm以上的親水性塵粒，除塵效率高，但能耗高，會(huì)產(chǎn)生二次污染。

根據(jù)等離子噴涂產(chǎn)生粉塵粒徑小且溫度高的特點(diǎn)，兩個(gè)噴涂工位分別配置凈化處理系統(tǒng)，噴涂粉塵經(jīng)粉塵收集柜收集后先通過旋風(fēng)除塵器進(jìn)行預(yù)處理，再進(jìn)入脈沖噴吹濾筒除塵器進(jìn)行二級(jí)處理。兩套等離子噴涂除塵凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

2.1 粉塵收集柜的設(shè)計(jì)

大工件由于形狀復(fù)雜需要上下調(diào)整噴槍位置，故設(shè)置1套噴涂工作臺(tái)，將工件放置在工作臺(tái)上進(jìn)行作業(yè)。噴涂時(shí)產(chǎn)生的粉塵采用移動(dòng)式工作柜收集，可根據(jù)工件大小，移動(dòng)工作柜與工作臺(tái)的相對(duì)位置，使工件距工作柜上吸風(fēng)口的距離盡可能小，提高粉塵的收集效率；移動(dòng)式工作柜立面吸風(fēng)口做0.5m短管，用波紋軟管與排風(fēng)主管道連接，工作柜立面吸風(fēng)口直徑300mm，斷面設(shè)計(jì)風(fēng)速為0.8m/s,移動(dòng)式工作柜采用3mm厚鋼板制作，柜體尺寸為2300mm×1500mm×1800mm。改造原有小工件工位的固定密閉式粉塵收集工作柜,用于零件噴涂時(shí)粉塵的收集，斷面設(shè)計(jì)風(fēng)速為0.5m/s，柜體尺寸為1500mm×1200mm×1400mm。柜體均經(jīng)除銹處理后表面刷防銹漆和調(diào)和漆。

圖1 等離子噴涂除塵系統(tǒng)

2.2 風(fēng)機(jī)和風(fēng)管的設(shè)計(jì)

根據(jù)工作柜吸風(fēng)口斷面風(fēng)速，確定廢氣風(fēng)量。其中大工件噴涂選用一臺(tái)4-72-6C型號(hào)風(fēng)機(jī),風(fēng)量14000m3/h，排氣筒直徑600mm；零件噴涂選用一臺(tái)CCFJ-1型號(hào)風(fēng)機(jī),風(fēng)量4500m3/h；排氣筒直徑450mm、排氣筒高度15m,風(fēng)管采用5mm厚鋼板，表面刷調(diào)和漆。

2.3 凈化處理單元的設(shè)計(jì)

對(duì)于細(xì)小顆粒除塵效果的好壞取決于除塵工藝和過濾材料的選擇，根據(jù)等離子噴涂粉塵的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用旋風(fēng)除塵+濾芯除塵兩級(jí)凈化處理工藝。濾芯清灰采用壓縮空氣脈沖反吹方式，除塵器單元體各濾芯相對(duì)應(yīng)的外表面各裝置壓縮空氣脈沖器，脈沖器定時(shí)對(duì)除塵器單元體內(nèi)各濾芯表面進(jìn)行脈沖清灰。

濾芯材質(zhì)的選擇是設(shè)計(jì)濾芯除塵器的關(guān)鍵[5]。本設(shè)計(jì)采用膜覆合聚酯濾筒。膜覆合聚酯濾筒是選用PTFE樹脂作原料，采用特殊工藝制成的具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的微孔膜，具有空隙率高、耐高溫、摩擦系數(shù)低、不粘性好以及表面不易被粉塵顆粒撕拉和磨損刮傷等特點(diǎn)；同規(guī)格尺寸濾筒的過濾面積為布袋濾筒的5倍以上；濾筒濾料內(nèi)外側(cè)安裝保護(hù)網(wǎng)，采用自動(dòng)螺旋鑄膠機(jī)打膠固定技術(shù)安裝固定，保證濾筒的處理風(fēng)量和過濾面積均勻，同時(shí)便于電磁脈沖閥反吹清灰；濾筒的安裝采用橫插斜放安裝方式，便于安裝拆卸；濾筒與滑板連接處采用低硬度高強(qiáng)度的發(fā)泡密封膠圈密封，避免粉塵泄露，保證除塵凈化效率；兩套凈化處理系統(tǒng)分別選用6根350mm×1230mm膜覆合聚酯濾筒，過濾速度4～5m/min；濾筒除塵器外形尺寸2100mm×1500mm×4500mm。電控系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了短路保護(hù)、超載保護(hù)等功能及可靠的設(shè)備接地保護(hù)系統(tǒng)。

3 運(yùn)行效果分析

改造前的顆粒物排放濃度在600mg/m3左右，而改造后的除塵凈化系統(tǒng)顆粒物排放濃度均為2mg/m3～3.5mg/m3，除塵率達(dá)到99%以上，車間室內(nèi)操作環(huán)境也得到明顯改善,且兩個(gè)離子噴涂工位粉塵排放濃度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB11/501-2007）中的排放限值（30mg/m3）。

4 結(jié)語

本工程集粉塵收集、粉塵凈化處理為一體，具有處理系統(tǒng)布置緊湊、設(shè)備占地面積小、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、清灰與設(shè)備維護(hù)方便等特點(diǎn)，工程實(shí)施后，大大改善了職工操作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了粉塵的達(dá)標(biāo)排放。

[1]姚培,何謀海.等離子噴涂技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用[J].工程技術(shù)，2013，10：324.

[2]鄭學(xué)斌,謝有桃.熱噴涂生物陶瓷涂層的研究進(jìn)展[J].無機(jī)材料學(xué)報(bào)，2013，01：12-20.

[3]馬建龍,李國(guó)祿,王海斗.等離子噴涂納米Al2O3-TiO2[J].材料導(dǎo)報(bào)A：綜述篇，2013,27（5）：137-141.

[4]郝吉明,馬廣大.大氣污染控制工程[M].高等教育出版社,2002,8.

[5]張一幟,陳海焱,覃金珠.濾筒除塵器及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].能源與環(huán)境,2009,5：47-49.