金屬針布齒條淬火油煙處理方法

姜曉晶,朱玉飛,黃若愚

(金輪針布(江蘇)有限公司,江蘇 南通 226143)

0 引言

金屬針布齒條在線退火和淬火是提高產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量和性能的關(guān)鍵工序,但會造成較大的油煙污染。隨著企業(yè)對工人職業(yè)健康衛(wèi)生的重視以及國家環(huán)保要求的提高,油煙問題變得越來越突出。金屬針布齒條熱處理工藝為:在線退火→在線淬火→快速光亮淬火油冷卻。其中淬火油為單機(jī)臺供應(yīng),體積為0.5 m3,金屬針布齒條進(jìn)入淬火油后油溫達(dá)100 ℃以上,會產(chǎn)生大量油煙,通常采用傳統(tǒng)油煙處理方式(見圖1)進(jìn)行處理。由于吸煙罩為敞開式,吸風(fēng)面積較大、吸煙效果差,故造成大量油煙彌漫車間,且吸收的油煙只能排放在車間外。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)[1-2]報道,油煙中含有大量的苯并笓等致癌物,會影響操作工的身心健康,此外油煙直排大氣中會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,因此亟需對金屬針布齒條淬火油煙的治理方法進(jìn)行探索。

1—敞開式吸煙罩;2—單機(jī)臺淬火油;3—風(fēng)機(jī)。圖1 傳統(tǒng)油煙處理方式

1 油煙產(chǎn)生原因

1.1 在線退火產(chǎn)生油煙

金屬針布齒條在沖切過程中需要用大量的沖齒油潤滑,經(jīng)高壓空氣表面吹掃后齒條表面仍含有少量沖齒油,帶油齒條在高頻退火處理過程中會產(chǎn)生油煙。

1.2 淬火油槽產(chǎn)生油煙

由于淬火油槽油溫較高、齒條運(yùn)行速度快、油池長度不足,齒條未能得到有效冷卻,造成齒條表面油揮發(fā),產(chǎn)生大量油煙。

1.3 排煙密封罩密封性差

機(jī)臺上的排油煙罩吸風(fēng)面積過大,整體無密封設(shè)計,無法有效地將產(chǎn)生的油煙送入排油煙總管內(nèi),造成整個風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的排油煙效果較差。

2 治理措施

2.1 針布齒條清洗裝置

對于需要熱處理加熱的金屬針布齒條,使用壓縮空氣和風(fēng)嘴結(jié)合吹掃,以減少齒條表面含油量,從而減少油煙的產(chǎn)生。風(fēng)嘴由外套和內(nèi)圈組成(見圖2),內(nèi)圈的張口設(shè)計為圓錐面以提高進(jìn)氣量,圓錐面上開有若干個吹風(fēng)口對齒條表面進(jìn)行全方位吹掃;外套表面開有壓縮空氣進(jìn)氣口,外套的內(nèi)圈與內(nèi)圈圓錐面形成封閉型腔便于空氣壓縮,加大其碰撞頻率、增大壓強(qiáng),從而改善齒條的清洗效果。

1—外套;2—內(nèi)圈。圖2 風(fēng)嘴結(jié)構(gòu)示意

2.2 降低針布齒條溫度

2.2.1 熱傳導(dǎo)

金屬針布齒條經(jīng)淬火油池冷卻,首先進(jìn)入沸騰階段,在針布齒條表面形成一層保護(hù)膜,此時冷卻較慢,齒條溫度相對穩(wěn)定;齒條繼續(xù)經(jīng)過油池,表面的保護(hù)膜破裂,冷卻速度大大提高,齒條溫度急劇下降;最后進(jìn)入平穩(wěn)期,冷卻能力降低,針布齒條溫度基本無下降趨勢。

根據(jù)熱傳導(dǎo)的基本公式:

Q=C·ΔT

(1)

式中:

Q——熱傳導(dǎo)熱量;

C——熱傳導(dǎo)率;

ΔT——熱傳導(dǎo)時間。

在相同條件下,ΔT越大,熱傳導(dǎo)熱量越大,針布齒條溫度越低;在針布齒條運(yùn)行速度一定的條件下,增加油冷時間即淬火油池長度,可加快針布齒條冷卻速度、降低齒條溫度。

2.2.2 降低油溫

圖3為油溫與針布齒條溫度關(guān)系曲線。由圖3可知,在相同條件下,油溫越高,針布齒條的溫度越高。需將油溫控制為低于60 ℃,針布齒條溫度才能保持低于80 ℃,油煙可大大降低。

圖3 油溫與針布齒條溫度關(guān)系曲線

采用集中供油,集成油箱體積為6 m3,供油管道長度為60 m,可大大提高油循環(huán)、加快熱傳遞,使油溫從100 ℃降至60 ℃。集中供油系統(tǒng)包括供油和回油2個主系統(tǒng),其中供油系統(tǒng)包括供油管道、供油油箱以及配套泵組,回油系統(tǒng)包括回油管道、回油油箱和配套泵組等;供油管道和回油管道全部安裝在地溝內(nèi),回油油箱和供油油箱全部安裝在地坑內(nèi)。同時,可增加油槽攪拌系統(tǒng),其中包括安裝在支撐架上的筒體、轉(zhuǎn)軸、電機(jī)及攪拌葉片,隨著攪拌葉片的高速旋轉(zhuǎn),油液與空氣充分接觸、快速進(jìn)行熱交換,可達(dá)到降溫的作用。

在設(shè)計時需要注意以下方面。

a) 保證供油管道壓力和流量。設(shè)計時需確保末端管徑越細(xì)越好,保證整個供油總管的壓力和流量滿足正常使用。

b) 考慮維修便利性。在每機(jī)臺處加裝球閥,以便關(guān)閉單獨(dú)機(jī)臺的閥門,利于管道維修;同時采用兩組供油泵系統(tǒng),若一組泵組損壞和保養(yǎng)時可隨時切換備用泵,方便實時維修。

c) 機(jī)臺淬火油流量的穩(wěn)定性。首先需通過理論計算,確保供油流量大于實際需求流量,避免供油不足的情況發(fā)生;其次需通過溢流閥對流量進(jìn)行實時調(diào)整。

2.2.3 增加淬火油池長度

在油溫、針布齒條運(yùn)行速度一定的情況下,通過相關(guān)試驗,得到油池長度與針布齒條溫度的對應(yīng)關(guān)系,見表1。

表1 油池長度與針布齒條溫度的變化關(guān)系

由表1可知,油池長度越長,針布齒條出口的溫度就越低。

2.2.4 提高油的潔凈度

針布齒條經(jīng)過熱處理后,暴露在空氣中的表面會形成易脫落的氧化皮。當(dāng)氧化皮超過一定量時會使淬火油的粘度上升,導(dǎo)致油的冷卻能力下降,故需引進(jìn)油過濾設(shè)備對淬火油進(jìn)行在線過濾,提高油的潔凈度。

筆者公司引進(jìn)全自動排渣離心凈油機(jī),其原理為待過濾油通過輸油泵送入油過濾設(shè)備,當(dāng)油進(jìn)入分離轉(zhuǎn)子內(nèi),在強(qiáng)大離心力作用下,油內(nèi)所含雜質(zhì)徑向移動到轉(zhuǎn)子內(nèi)部表面,油及其中的油泥雜質(zhì)被壓縮為厚厚的一層,由于離心力作用的不同,油順著回流槽回流到中轉(zhuǎn)槽內(nèi),油泥雜質(zhì)則被吸附到分離機(jī)表面逐漸凝固,進(jìn)而達(dá)到油泥雜質(zhì)和油分離的效果,油泥被自動排出,油的清潔度不斷提高。過濾后的干凈油經(jīng)軟管回流至油箱,實現(xiàn)油的在線過濾。離心凈油機(jī)的布置示意見圖4。

圖4 離心凈油機(jī)布置示意

目前國內(nèi)還未有油潔凈度(顆粒度或污染度)的指標(biāo),一直引用國外標(biāo)準(zhǔn),故參照美國飛機(jī)工業(yè)協(xié)會(ALA)、美國材料試驗協(xié)會(ASTM)、美國汽車工程師協(xié)會(SAE)1961年聯(lián)合提出的MOOG(SAE—6D)標(biāo)準(zhǔn)(見表2)?？紤]到目前車間使用的淬火油主要起冷卻作用,對油內(nèi)雜質(zhì)的要求并不高,故采用MOOG(SAE—6D)等級中的5級與6級即可。

表2 MOOG(SAE—6D)標(biāo)準(zhǔn) 單位:個/(100 mL)

2.3 排煙裝置

為有效收集高頻及淬火油槽處產(chǎn)生的油煙,設(shè)計了密封的高頻煙罩及淬火油槽蓋(見圖5),油煙通過排煙管道分支匯入總管,在風(fēng)機(jī)的作用下排出。為降低管道壓力損失,須采用減小管道長度、減少分支、減少或杜絕彎頭、保證管道直線等方式,使風(fēng)機(jī)吸力最大化。

1—高頻淬火密封罩;2—排煙支管;3—排煙總管;4—風(fēng)機(jī)。圖5 排煙裝置示意

2.4 油煙凈化

油煙的工業(yè)處理方法一般包括機(jī)械過濾法、濕式凈化法和靜電凈化法等[3]。

a) 機(jī)械過濾法

為達(dá)到去除油煙的目的,采用活性炭過濾海綿或不銹鋼鋼絲網(wǎng)多層過濾和吸附油煙。該方法的優(yōu)點為設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜;缺點為油煙中含有大量雜質(zhì)、過濾材料容易堵塞,清理和維護(hù)的成本高。

b) 濕式凈化法

濕式凈化法是采用水或其他堿性液體,利用噴淋霧噴頭形成水膜、水霧來吸收油煙。該方法設(shè)備占地空間大、電能消耗高、處理效率低,且處理后的液體排放會產(chǎn)生二次污染。

c) 靜電凈化法

靜電凈化法是在高電壓及電場作用力下,淬火油煙因霧極化帶電,帶電顆粒物在電場作用下產(chǎn)生電極運(yùn)動,最終在重力作用下逐漸富集,統(tǒng)一流入油收集器。該方法因設(shè)備安裝體積小、便捷易操作、凈化效率高(>90%)、管路風(fēng)壓損失小、維修方便且成本低而被廣泛應(yīng)用。

綜合考慮上述3種處理方法的優(yōu)缺點,筆者公司采用高壓靜電型油煙凈化設(shè)備,安裝于風(fēng)機(jī)后端,并在其后端安裝排氣筒裝置(見圖6)。風(fēng)機(jī)處理風(fēng)量為11 979 m3/h,凈化設(shè)備的選型須與風(fēng)機(jī)處理風(fēng)量相匹配,理論上風(fēng)機(jī)處理風(fēng)量須大于油煙凈化風(fēng)量的5%。

圖6 風(fēng)機(jī)、凈化及排氣筒設(shè)備安裝示意

2.5 排氣筒設(shè)置

環(huán)保管理部門對涉及廢氣企業(yè)的廢氣排放有相應(yīng)的檢查規(guī)范,根據(jù)江蘇省DB 32/4041—2021《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(見表3),有組織排放源的排氣筒高度不應(yīng)低于15 m,要求高出周圍100 m直徑范圍內(nèi)最高建筑物3 m。從標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范角度分析,排氣筒高度可高于環(huán)評報告及批復(fù)要求,不能低于高度要求。

表3 廢氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)語

配置清洗裝置減少了針布齒條表面含油量,集中供油降低了油溫,增加淬火油池長度提高了針布齒條的冷卻能力,引進(jìn)油過濾設(shè)備提高了油的潔凈度,排煙裝置的密封設(shè)計及應(yīng)用也使油煙得到有效收集。通過實施以上措施,車間內(nèi)部油煙減少,工作環(huán)境大幅改善;車間外油煙經(jīng)過凈化、排氣處理后符合油煙排放標(biāo)準(zhǔn)。