焊接烟尘治理技术方案

1.2 焊接烟尘危害和治理难点
1.2.3 焊接烟尘的治理难点
3、系统的节能难！焊接烟尘的收集与过滤在车间内是作为辅助设备存在的，设备不产生直接的经济 效益，系统的节能降耗显得尤为重要。传统的焊接烟尘捕捉方式，采用大风量、整个车间的通风换气 来解决车间的焊接烟尘，很多能源是做了无用功。我司整体厂房分层送风技术处理的是车间4m以下人 和工件的活动范围，系统设计的风量直接针对工作区，相对于针对整个车间的焊接烟尘治理就达到了 大大节能的目的。 4、提高系统的效率难！传统的焊接烟尘治理采用全室的通风换气治理，通风效率很低。采用我司整 体厂房分层送风技术，针对的是车间4m以下工作区域，充分利用烟尘在焊接热作用下上升的特点，并 加速这一现象，系统的通风效率最高。
1.2 焊接烟尘危害和治理难点
1.2.3 焊接烟尘的治理难点
焊接烟尘的治理是一项世界性的难题，常见的焊接烟尘治理方法如：劳保方案、局部除烟除尘、混合 式通风换气、轴流风机抽排等等都存在着一种或多种的局限性，针对于碳钢焊接而言除了不但需要去 除车间的焊接烟尘，如何控制车间的温湿度、如何降低车间能耗也是我们必须考虑的核心问题。碳钢 焊接烟尘的治理存在如下的世界性技术难题： 1、焊接烟尘收集捕捉难！特别是针对大工件烟尘治理，工件吊装频繁、工人频繁变换焊接位置的情 况的烟尘治理，失败的工程屡见不鲜。整体厂房分层送风技术正是针对上述问题而研发的。 2、焊接烟尘的过滤难！焊接烟尘在空气中主要以气凝胶的形式存在，0.1-0.3μm的粒径占据了整个 烟尘量的60%以上，如何保证烟尘高效的过滤同时系统阻力最低，这正是我司高科技解决的问题。
气流的支配。当尘粒受机械力作用以初速度u0作水平运动时，由于空气的阻力，尘粒呈减速运动，
可以用下式表达尘粒运动的规律：
u u0et /
S u0 (1 et / )
dp2g 18
假设10μm粉尘尘粒以初速度u0=10m/s做水平运动，经过0.001s后，尘粒的速度迅速降到1.8×10-
1.2 焊接烟尘危害和治理难点
1.2.1 焊接烟尘粒径分布
由焊接及相关工艺过程中产生的有害质的存 在形式有气态和颗粒状态两种；颗粒状态物 质以微小的固体颗粒弥散在空气中。可按其 尺寸大小进行区分, 如图所示。
根据尺寸大小对焊接及相关工艺过程中产生的悬浮颗粒的分类
1.2 焊接烟尘危害和治理难点
1.2.1 焊接烟尘粒径分布
可吸入人体的颗粒是通过嘴和鼻进 入人体内。其尺寸可达到或超过 100μm。以往对该类颗粒组分称为 “烟尘总体”。 可进入呼吸系统的颗粒能渗入肺泡 内。其尺寸可达10μm。以往称之为 “粉尘”。由焊接产生的悬浮在空 气中的颗粒非常小，一般其尺寸小 于1μm（大多数情况下小于0.1μm ）， 因此是“可呼吸”的，并称之 为焊接烟雾，见下表，颗粒物形状 见图。
1.2) 9.81 (10 18 17.9 106
10 6 )2
0.0024m / s
2.5 置换通风除尘原理
根据以上理论计算，当粉尘在重力作用下自由降落时，其最大沉降速度为0.00024m/s（10μm粉尘）
，与一般车间具有的空气流动速度（0.2～0.3m/s）相比是很小的，这说明，尘粒的运动主要受室内
焊接烟尘形状
1.2 焊接烟尘危害和治理难点
1.2.2 焊接烟尘的危害
根据焊接、切割及相关工艺过程产生的气态和颗粒状态的物质对人体不同器官产生不同的危害。 对肺产生作用的物质：长期吸入高浓度的烟尘导致了对肺功能的抑制。由于烟尘在肺中的沉积，使氧 气的交换减少。肺中沉积的烟尘通常不是病原性的，而是可逆的。铁的氧化物、铝的氧化物属于此类 物质。 有毒物质：当超过某一剂量时（ 对每一体重单位的分量），对人体产生有毒的影响。这是一种剂量: 效应的关系。轻微的中毒导致轻度的健康失调，而空气中高浓度的有毒物质可以造成非常严重的中毒 甚至导致死亡。气态有毒物质有一氧化碳、氧化氮、二氧化氮、臭氧以及金属氧化物，以烟尘形式存 在于空气中的铜、铅、锌等。 致癌物质：癌症发生的可能性通常取决于几种因素，如基因的易感性、环境污染等。虽然没有一种是 必然的因素，但当这些物质的剂量增加，患癌症的可能就越大。其潜伏期（从第一次接触到癌症发生 的时间间隔）可延续几年或几十年。
2.5 置换通风除尘原理
Fd
Cd
Ag
gu2 2
Re
gud p
雷诺数
Cd 阻力系数
Ag
d p2 4
球形尘粒的迎面截面积
g 尘粒密度(kg / m3 )
d p 尘粒粒径(m )
空气的动力粘性系数 (Pa s) Cd 24 / Re 在Stokes区域Re＜1
u 尘粒与空气的相对速度(m / s)
2.5 置换通风除尘原理
运动的尘粒在空气中沉降过程中，主要受力为重力mg、浮 力Fv、气流对尘粒的阻力Fd。当三者达到平衡时，尘粒在 空气中悬浮，如右图所示： 运动的粉尘（尘粒）引起周围介质（气体）的扰动，这种 扰动要消耗某些能量，后者取至运动的尘粒，这也就表现 为气体对尘粒运动的阻力，无论是尘粒静止，气体流动， 还是气体静止，尘粒流动，或者两者都流动，其结果都是 一样的，只要两者之间具有一定的相对速度，气体都对尘 粒有阻力。
当重力、浮力、气流阻力平衡时，如下式： mg Fv Fd
u
(g
)gd
2 p
18
空气密度（ kg / m3）
※计算粒径10μm尘粒的沉降速度：
u 17.9106 Pa s g 7850kg / m 3
1.2kg / m3
d p 10106 m
u10m
(g
)gd p2 18
(7850
2.4 气流组织设计
优势： 下侧送顶回的气流组织方式，空气龄小，滞留时间短，新鲜度高； 下侧送顶回的气流组织方式，换气效率高，可接近100%； 下侧送顶回的气流组织方式，通风效率高； 因为烟尘的捕捉不是直接针对污染部位，所以系统不受工件大小的影响； 采用高效过滤器，过滤精度完全达到室内排放标准，有效改善工作区域环境； 彻底解决烟尘净化问题，不会对大气造成二次污染； 所需风量只是传统混合送风形式的一半，运行能耗大幅度降低； 因烟尘进行过滤后能达到室内排放标准，室内空气可以循环，避免直排造成室内冷量/热 量能源的浪费； 自动化程度高，采用PLC控制，具备友好的人机操作界面，使用方便。
1.1 规范、标准
1.1.2 法律、法规
中华人民共和国职业病防治法 中华人民共和国安全生产法 中华人民共和国劳动法 建设项目职业病危害分类管理办法 建设项目职业病危害评价规范 职业病危害因素分类目录 职业健康监护管理办法 。。。
2002年有效（2012年将修订） 2002-11-01有效 1995-01-01有效 2006-07-27有效 2008-05-20有效 2002-03-11有效 2002-05-01有效
2.2 设计目标
1）要求车间生产时，厂房内4米以下空气的清洁度达到《工业企业设计卫生标准》(GBZ12010)及《工业场所有害因素职业接触限值》（GBZ2-2007）中的有害粉尘浓度≦4mg/m³要求。 2）工作区以上焊接烟尘不应有聚集及明显烟雾现象。 3）烟尘经过净化后排放浓度满足《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）要求。 4）保证室内气压略高于室外气压，不小于3Pa，防止室外湿空气渗入，在保证室内卫生及人 员作业新风量要求前提下，尽可能减少新风量，减少能耗。
8m/s，很快失去动能。这表明，即使在机械力的作用下，尘粒也不能单独在车间内传播。
二、整体除尘技术方案
2.1 项目概况
治理区域为三大部分：一车间治理区域为跨度为240x48m（长x宽），治理面积11520㎡； 二车间治理区域塔筒铆焊区域为202.5x54m（长x宽）,治理面积10935㎡;二车间治理区域 塔筒附件焊区域280x54m（长x宽）,治理面积15120㎡。总治理面积为：37575㎡ 要求对治理区域焊接烟尘整体治理； 工程地点：华电重工机械有限公司。
焊接烟尘治理技术方案
目录
CONTENTS
1 焊接车间概况、净化现状 2 整体除尘技术方案
3 技术创新要点 4 工程案例
一、焊接车间概况、净化现状
1.1 规范、标准
1.1.1 职业健康标准、规范
[1] AQ 4214-2011<焊接工艺防尘防毒技术规范>本标准适用于进行电焊作业的各类企业。本标准规 定焊接车间或焊接量大、焊机集中的工作地点，实施全面机械通风。 [2] GBZ1-2010<工业企业设计卫生标准>本标准是在GBZ1-2002《工业企业设计卫生标准》的基础上 修订的，本标准调整了标准的使用范围，增加了对事业单位和其他经济组织建设项目的卫生设计及 职业病危害评价等的规定；增加了工业场所职业危害预防控制的卫生设计原则；增加了工业场所防 尘、防毒的具体卫生设计要求；增加了工业企业卫生防护距离标准等等。
1.2 焊接烟尘危害和治理难点
1.2.3 焊接烟尘的治理难点
5、保证系统的均衡性难！车间需要进行除湿、控温时，通风系统的均衡性就尤为重要。我司整体厂 房分层送风技术，采用空气湖抬升车间焊接烟尘，在车间工作区域内任何一点（距离送风筒1m的位置 ），其空气都具有相同的特性，这保证了我们系统运行的有效性。 6、控制车间的湿度难！碳钢焊接对车间的湿度要求很高（湿度低于60%），如果湿度超过要求，焊缝 容易出现裂纹、气孔，影响产品质量。 7、整个车间同时控制温度、湿度难！车间单独控制湿度容易，单独控制温度也容易，但是要保证系 统温度、湿度同时达标并不受外界环境的影响，这对我们的设计提出了很高的要求。
1.2 焊接烟尘危害和治理难点
1.2.3 焊接烟尘的治理难点
8、快速进入工作条件难！采用普通的通风方式，车间进入工作状况需要3-4个小时，有时候为了保证 迅速进入工作条件，空调机组整天开启，大大的浪费了能源，提高了系统的使用成本。我司整体厂房 分层送风技术只需要45分钟就能够完全满足作业条件（系统可设置自动提前开启）。 9、极端天气进入工作条件难！在夏季雷雨季节，户外的湿度变化很大，采用传统的通风形式应对湿 度的急剧变化很困难，需要很长时间，而我司的整体厂房技术通过先进的自控系统和完善的气流组织 模式，能够迅速应对，保证焊接质量。 10、车间换新风难！传统的通风方案为了保证系统的温湿度要求基本上没有新风系统，车间的空气始 终处于内循环状，我司整体厂房技术保证0-100%新风，满足车间的健康要求。 11、保证焊接区气场难！气体保护焊接特别是碳钢焊接对于气场的要求相当高，周围气场风速小于 0.5m/s，传统的混合通风采用喷流口或者是散流器送风速度都远远高于气场要求，影响焊接质量。
1.1 规范、标准
1.1.1 职业健康标准、规范
[3] GBZ2-2007<工业场所有害因素职业接触限值> 本标准分为GBZ2.1《工业场所有害因素职业 接触限值 化学因素》和GBZ2.2《工业场所有害因素职业接触限值 物理因素》两部分。 GBZ2.1《工业场所有害因素职业接触限值 化学因素》规定：作业环境中电焊烟尘PC-TWA（总 尘）≤4mg/m3。 [4] <焊接作业厂房采暖通风与空气调节设计规范> 已经形成意见稿，此标准的颁发，将为焊 接作业厂房采暖通风与空气调节的设计指导方向。
2.3 整体厂房系统组成
整体厂房系统由3大部分组成，即空气处理机组、送回风系统和控制系统，如图所示：
回 风
新
风空
气
处
理 机
排 风
组
送 风
控
回风
制
系
统
送风
焊接车间
2.4 气流组织设计
2.4 气流组织设计
送风筒
设备
2.4 气流组织设计
2.4 气流组织设计
在工业厂房由于在高度上具有稳定的温度梯度，如果以较低的风速，将温差较低的新鲜空气直接送入 室内工作区，低温的新风在重力作用下先是下沉，随后慢慢扩散，在地面上形成一层薄薄的新鲜空气 层。而室内热源产生的热气流由于浮力作用而上升，并不断吸卷周围空气。这样在后续新风的推动作 用下和顶部抽风口的抽吸作用下，地面上方的新鲜空气缓缓上升，形成向上的均匀气流类，于是工作 区的含烟部为混 合区，下部为向上流动的洁净区。 形成上升气流的主要动力：热源、送风。