煤礦澆鑄焊接車間大型除塵設備與除塵工藝的應用研究

李 勝

（晉能控股裝備制造集團智能制造事業部， 山西 晉城 048000）

引言

面對日趨強化的資源環境約束，煤礦企業必須增強危機意識，樹立綠色、低碳發展理念，以節能減排為重點，增強可持續發展能力。同時要堅持以人為本，把科技創新與提高人民生活質量、解決人民群眾最關心的健康問題緊密結合起來，改善車間的生產環境，保證職工身體健康安全。

隨著環保形勢日趨嚴峻，生產車間的每一個工序環保問題整改都被提上日程，對環保設備設施的研究和使用勢在必行。重點是鑄造車間的打磨工序、氣割工序、清鏟工序、澆注工序、煉鋼工序和制裝車間的焊接工序。為了便于除塵設備的安裝和使用，我們將車間的各工序分區域進行研究，針對每一個工序煙塵的特征，制定了相對應的除塵方案和措施。

1 除塵工藝特點

1.1 煉鋼澆注除塵特點

本工序包括鑄造車間內共有澆注線1 條（澆注區域尺寸約為42 m×9 m），以及2 t 中頻爐1 臺，爐體2 個，一用一備。本工序煙塵產生的特征是：出鋼澆注過程中煙塵產生量較大，煙氣擴散速度較快，收集難度較大[1]。

車間在煉鋼澆注過程中會產生大量的煙塵，被操作工人長期吸入會嚴重損害身體健康。

1.2 打磨氣割清鏟氣割除塵特點

打磨區工位共計面積為16 m×5 m，設4 個打磨工位。打磨工件為鑄鋼件，打磨物多為砂粒；打磨時產生大量的重金屬顆粒、氧化物和有害粉塵，極易被人體吸收，既污染車間環境又危害工人的身心健康。

氣割區域面積為6 m×6 m 的空間，污染物為氣割槍產生的煙塵，氣割時產生大量的煙塵，煙塵含有大量的粉塵顆粒物，煙氣擴散速度較快。

清砂區域共計面積為10 m×8 m，設一個工位，主要污染物為浮塵，清鏟時由于鑄件上還附帶部分沒有振落的硅砂，清鏟時容易產生大顆粒砂塊和砂粒粉塵較多。

1.3 焊接除塵特點

焊接治理區域為共1 跨，跨距18 m，長度約80 m，治理面積約1 440 m2；焊接煙塵特點：煙塵較空氣重，煙塵上升速度較慢，需要增加送風系統。要求對治理區域整體進行除塵處理，冬季對室外引入新風進行加熱[2]。

鉚焊車間的工作環境較為惡劣，在焊接的過程中，產生大量的金屬粉塵和有毒物質，如氧化錳、氧化鋅、乙醛、硫化物及碳氫化合物等，這些物質大多以化合態的形式漂浮在空氣中，且大多為亞微米粒子，易被人體吸收，對工人身體健康危害較大，可導致慢性中毒、吸肺病和神經衰弱等職業病。

2 除塵工藝方案設計

2.1 煉鋼澆注除塵設計

2.1.1 收集裝置的設計原則

煉鋼澆注煙塵收集受車間天車高度和廠房承重影響，設計需要遵循以下原則：

1）對產塵源直接進行捕捉，有效地阻止了煙塵擴散和避免操作工人直接吸入煙塵，使工人從惡劣的環境中解放出來，減輕身體負荷，營造一個舒適的工作環境；

2）捕捉方式科學合理地設置，不影響工人操作工藝及車間生產效率；

3）在保證捕捉效果的前提下，減少系統總風量，從而合理地降低項目資金；

4）管道系統布局設計科學、走向合理，不影響行車的吊裝；

5）除塵器選型合理，滿足煙塵凈化要求，使用壽命長，維護簡單；

6）考慮車間屬于老廠房，保證廠房承重，不影響廠房屋面防雨等因素。

2.1.2 煉鋼澆注除塵工藝方案

本項工序治理的煙塵點主要是集中在澆注區及中頻爐設備區， 依據車間現場情況，制定出以下工藝方案：

1）本工序設計采用陽光板封閉車間屋頂（主要產塵區上方）形成一個大頂吸罩的方式對鑄造煙塵進行收集，收集的煙塵通過主管道匯入室外主機處理，凈化后的潔凈空氣通過沖天管排出，過濾掉的粉塵通過設備自動清灰由卸灰口進入灰桶。

2）考慮到管道存在支路，在各支管處設置一個手動風量調節閥，調節吸風口的風量平衡，以保證捕捉效果。

3）為適應用戶的不同工況需求，設備采用變頻控制，降低設備的運行能耗，節約能源。

具體系統方案布局圖見圖1、圖2、圖3 所示：

圖1 鑄造煉鋼澆注治理系統整體方案三維圖

圖2 主要產塵區大頂吸罩方案三維圖

圖3 煙塵主管道整體布局圖

2.2 打磨氣割清鏟氣割除塵

2.2.1 收集裝置的設計原則

打磨工序，打磨過程中，粉塵量非常大，采用頂吸加工作臺對粉塵進行治理, 采取頂面抽風的方式將打磨過程中產生的粉塵捕捉，通過管道送入濾筒式除塵器過濾達標排放（管道設置阻火器）。為更好收集效果，增加工作間，同時在工作間頂部增加自動門，工作間正面加裝折疊對大門，下部設計為軟連接，在保證打磨安全的同時其不影響行車吊裝工件進出。

氣割工序，氣割區采用懸臂移動式吸塵罩進行收集，不得影響起吊，設置手動閥門。

清鏟工序，采用采用側吸除塵裝置加送風裝置，考慮清鏟區面積較大，四周設置總風裝置及風帶，保證灰塵不外溢，設置手動閥門，便于鑄件的擺放，不影響天車起吊安全。

2.2.2 打磨氣割清鏟氣割除塵工藝方案

圖4 為三機公司鑄造西跨除塵布置平面圖，標記了各打磨氣割清鏟氣割除塵工序車間整體布局。

圖4 三機公司鑄造西跨除塵布置平面圖（單位：mm）

2.3 焊接除塵

2.3.1 收集裝置的設計原則

考慮焊接工藝要求及車廠房為鋼結構廠房，設計原則如下：

1）工作區域粉塵質量濃度≤4 mg/m3；

2）焊接區域風速≤0.5 m/s，不影響焊接質量；

3）排放濃度、排放速率達到環保的規定；

4）設備噪音≤85 dB（A）；

5）冬季采用暖氣熱水對新風加熱；

6）送風主管和回風主管固定在廠房頂部，保持廠房的承重和行車起吊工件不受影響。

2.3.2 焊接除塵工藝方案

在焊接車間，如圖5 中箭頭所指示風路視圖所示，由于在高度上具有穩定的溫度梯度，如果以較低的風速，將溫差較低的新鮮空氣直接送入室內工作區，低溫的新風在重力作用下先是下沉，隨后慢慢擴散，在地面上形成一層薄薄的新鮮空氣層。而室內熱源產生的熱氣流由于浮力作用而上升，并不斷吸卷周圍空氣。這樣在后續新風的推動作用下和頂部抽風口的抽吸作用下，地面上方的新鮮空氣緩緩上升，形成向上的均勻氣流類，于是工作區的含煙含塵空氣為后續的新風所取代。當達到穩定后，在室內由于濃度差而形成兩個區域。上部為混合區，下部為向上流動的潔凈區，達到除塵目的。

圖5 焊接車間除塵系統示意圖

3 實際運行效果對比

3.1 煉鋼澆注除塵啟用前后效果對比

車間煉鋼澆注除塵設備未啟用之前，車間煙霧、粉塵濃度比較大，能見度差，見圖6。設備啟用后，車間環境明顯得到改善，空氣清新，工人工作場景見圖7。

圖6 煉鋼澆注除塵設備未啟用效果圖

圖7 煉鋼澆注除塵設備啟用效果圖

3.2 打磨氣割清鏟氣割除塵啟用前后效果對比

打磨氣割清鏟氣割工序原來粉塵較大，工人需要嚴格防護，環境較差，見圖8。設備啟用后，環境得到明顯改善，見圖9。

圖8 打磨氣割清鏟未安裝除塵設備圖

圖9 打磨氣割清鏟安裝除塵設備效果圖

3.3 焊接除塵設備啟用前后效果對比

焊接工序煙霧、有害氣體較多，設備啟用之前，環境惡劣，見圖10。除塵設備啟用后，環境空氣得到明顯改善，見圖11。

圖10 焊接除塵設備未啟用圖

圖11 焊接除塵設備啟用效果圖

4 應用效果分析

通過安裝和應用除塵設備系統，各車間環境指標已經到達了生態環保車間要求，職業健康現場檢測各項指標達優，能有效地解決職工的身體健康問題。

同時，滿足環保部門頻繁的督察、檢查，使車間各生產工序到達達標排放。不會再因為環保檢查排放不達標導致停產。

5 結論

1）為了達到除塵效果，風機風量是一個關鍵數據，必須經過系統核算確定；

2）所有除塵設備設施的安裝和使用，必須保證生產安全，例如打磨除塵設備安裝必須考慮行車的起吊安全；

3）除塵收集裝置設計成半封閉或全封閉，對煙塵的收集效果會達到最佳。