焊接廠房煙塵治理及其節(jié)能環(huán)保應用

王克巖

（青島四方龐巴迪鐵路運輸設備有限公司，山東 青島 266000）

1 焊接廠房中煙塵的危害

焊接作業(yè)與打磨作業(yè)實施過程中會在有關技術流程中出現(xiàn)兩種有害物質(zhì)形態(tài)，一是氣體類型，二是固體顆粒類型。在焊接產(chǎn)生煙塵過程中，由焊接場所中出現(xiàn)金屬蒸發(fā)物與相關氣態(tài)液晶反應物，這些物質(zhì)離開焊接空間后由于溫度下降在空氣中產(chǎn)生的氣溶膠狀態(tài)，這些焊接產(chǎn)生的污染物質(zhì)以微小的固體顆粒分布在廠房空氣中，而且氣溶膠粒徑越細小的焊接煙塵對人體及環(huán)境的危害越大，小于0.5微米的氣溶膠顆粒還會參與人體內(nèi)的血液循環(huán)中。其主要有以下危害：一是對人體的肺部產(chǎn)生作用，主要就是高濃度的煙塵進入肺部后會抑制肺功能的正常發(fā)揮，而且煙塵會長期沉積在人體的肺部中，比如，鐵的氧化物、鋁的氧化物等；二是大量的有毒物質(zhì)會影響人的機體，使人發(fā)生輕微中毒現(xiàn)行，比如，一氧化碳、氧化氮、二氧化氮、臭氧以及金屬氧化物等氣態(tài)有毒物質(zhì)和銅、鉛、鋅等以煙塵形式存在于空氣中的有毒物質(zhì)；三是大量致癌物質(zhì)的存在會提高工作人員患癌的概率，這種潛在的健康風險會嚴重地影響人的生活質(zhì)量。

2 焊接廠房煙塵治理的方式

對高大廠房而言，除采用先進的焊接方法及提高焊接過程的機械化及自動化程度外，進行整體除塵是消除焊接煙塵危害的有力措施。具體包括以下幾種方式：

2.1 混合送風

混合送風指的是對整個車間進行通風換氣，可以用新鮮空氣把整個車間的有害物質(zhì)濃度稀釋到最高允許濃度以下，該方法操作簡單，但是，存在全面通風量大、能耗大、粉塵容易滯留以及無法徹底解決除塵等問題。

2.2 雙層格柵或噴口側送風

雙層格柵或噴口側送風是由高速風口送出的射流帶動室內(nèi)空氣強烈混合，使射流流量成倍地增加，射流截面不斷擴大，速度逐漸衰減，從而使得室內(nèi)形成大的回旋氣流，而工作區(qū)一般處在回流區(qū)，因此，工位區(qū)的環(huán)境得到凈化。但是焊接作業(yè)過程中產(chǎn)生的焊接煙塵會隨著熱氣流上升，從而產(chǎn)生噴口或格柵射流與上升的焊接煙塵強烈混合，產(chǎn)生紊流，并流向回流區(qū)，這樣就會造成二次污染。此方法并不適用于高大廠房。

2.3 分層送風

分層送風系統(tǒng)已經(jīng)廣泛用于工業(yè)空調(diào)市場和民用空調(diào)市場，并且在中國、日本等國家眾多工業(yè)廠房中得到了普及與應用，在分層送風系統(tǒng)中，其主要是采用在廠房的下部分層

低速送風，新鮮清潔空氣直接送入工作區(qū)，先經(jīng)過人體，這樣就可以保證人體處于一個相對清潔的空氣環(huán)境中，從而有效地提高了工作區(qū)的空氣質(zhì)量。在其實際應用中還會根據(jù)季節(jié)的不同采用不同的送風方式達到通風出塵的目的，以便使氣流組織更加合理、科學，并達到最好的治理效果。

3 焊接廠方中煙塵治理的節(jié)能環(huán)保措施

3.1 除塵系統(tǒng)風機現(xiàn)狀

傳統(tǒng)除塵風機設備是以焊機最高排煙量為考量標準來確定除塵風機的容量參數(shù)，同時，還要留存20%的風壓參數(shù)與20%的流量參數(shù)，因此，當焊機處于滿載運行過程，傳統(tǒng)除塵風機的風門開度參量只能達到最高值的80%。由于工藝與生產(chǎn)等會在實際作業(yè)中發(fā)生變化，這就需要時常對氣壓參量與氣流參數(shù)進行調(diào)整，傳統(tǒng)的變閥調(diào)節(jié)方式主要就是調(diào)節(jié)風門與擋板開度情況，因此，在未考慮具體生產(chǎn)需求前提下，風機都是在滿載的狀態(tài)運行。在制造環(huán)節(jié)中，既會降低預設的控制精確度，同時，也會產(chǎn)生很多的能源耗損情況，不僅成本無法得到有效控制，設備的使用壽命也會大大降低，造成大量的資源浪費問題。在這種情況下，開展節(jié)能環(huán)保措施主要就是選用變頻調(diào)速技術來改造風機系統(tǒng)，使其處于合理運行狀態(tài)的同時，還能夠有著良好的節(jié)能效果。

3.2 變頻器節(jié)能現(xiàn)狀

變頻器的誕生是對交流調(diào)速模式的革新，其具有架構體系簡單、調(diào)速范疇大、高速精確度高、安裝與調(diào)試便捷、保護功能全面、運行穩(wěn)健性高以及節(jié)能環(huán)保效能強等優(yōu)勢特點，經(jīng)過十幾年的成熟與拓展，變頻器已經(jīng)在諸多交流調(diào)速領域中得到了普及應用，將其應用在焊接廠房的煙塵治理系統(tǒng)中，可以有效減少噪音污染、增加設備使用時間長度、減少設備耗損等，因此，會給企業(yè)運營帶來更高的收益。所以，選擇變頻設備進行驅(qū)動的設計。

3.3 變頻風機節(jié)能效果

選擇變頻裝置控制風機設備主要是通過降低空氣動力的方式產(chǎn)生節(jié)能作用，通過對比分析傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)風門對風量控制的運行模式，可以產(chǎn)生發(fā)現(xiàn)采用變頻裝置能夠起到明顯的電能節(jié)約作用，如圖1所示，其中曲線（1）為風機在恒定轉速下的風壓及風量(H―Q)特性；曲線（2）為管網(wǎng)的風阻特性(風門全開)。當A點位置為風機最佳工作效率，那么此時A點的系統(tǒng)風壓參量是H2、風量參量是Q1，因此可以用下圖2中的AH2OQ1來表示軸功率參量與風量和流量的乘積成爭相比例關系。在風機運行過程中，如果生產(chǎn)指標與技術流程發(fā)生改變需要調(diào)整風量，比如將原先的Q1減少到Q2，這時候管網(wǎng)阻力特性會變到曲線（3），B點則會成為風機最佳工作效率。比較圖2中的所曲線可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)風壓增加，軸功率大體上保持恒定。當風機選擇變頻裝置進進行速度調(diào)控時，如果風機設備轉速從n1下降至n2，轉速n2風壓—風量(H―Q)特性則會如圖1中的曲線（4），在達到相同風量Q2的基礎上，顯著減少風壓參量H3，軸功率參量見圖2中CH30Q2的面積，則已經(jīng)出現(xiàn)顯著減少的狀態(tài)，這時候就可以按照△N=(H1－H3)×Q2這一公式計算得出節(jié)省的功率參量，即圖2中BH1H3C面積。

由圖2可見，當風量降到90%時，電機軸功率降到73%；當風量降到70%時，軸功率降到34%；當風量降到一半時，軸功率僅為12.5%，因此，除塵風機采用變頻控制節(jié)能的經(jīng)濟效果較為顯著。

3.4 風機在不同頻率下的節(jié)能率

風機選擇變速調(diào)節(jié)時，基本上不會對自身效率產(chǎn)生改變。以流體力學為視角進行分析，電機轉速功率參量和風機風量間存在正比關系，電機轉速參量的平方值與風機風壓參量呈現(xiàn)正比關系，風機軸功率與風壓和風量乘積相同，因此，電機轉速參量的三次方和風機軸功率間呈現(xiàn)出正比關聯(lián)。

4 結語

圖1 風機工作效率曲線圖

圖2 軸功率、風量隨轉速變化曲線

綜上所述，在焊接廠房中采用整體除塵的方式能夠全面對廠房內(nèi)的環(huán)境進行凈化，而且除塵系統(tǒng)在運行過程中也不會影響工作人員的工作行為，同時，為了提高其節(jié)能效果，可采用變頻裝置來強化設備使用效能的同時降低維護與維修費用，真正實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標。隨著鐵路動車的不斷發(fā)展，焊接廠房的工作量也越來越大，煙塵污染的問題始終威脅著工作人員的健康，因此，企業(yè)方面應該提高重視，加強煙塵治理工作，并且，針對焊裝車間內(nèi)一些存在重污染的工位配合使用局部除塵系統(tǒng)，加強智能焊接機器人的應用，減少人力資源，保證生產(chǎn)安全。