高大工业除尘系统厂房节能环保构成说明

作为先进工业制造方法的焊接技术，在现代工业制造中得到了广泛应用。但在其具体操作过程中，由于焊接烧熔可达到5000℃的高温，会导致周围的金属及其氧化物被熔化、蒸发而产生大量的粉尘、气体和蒸汽。这些在焊接过程中产生的粉尘和气体中含有大量的有害物质，对人体健康有*的危害，如不加以有效地控制将会给操作人员带来焊工硅肺、锰中毒、电光眼炎等多种职业病，时刻威胁着操作人员的身体健康。因此，对于焊接烟尘的处理必须给予足够的重视，以此来保证操作人员的身体健康。

    高大工业厂房由于生产过程、工艺布置及操作条件等限制，一般难于以局部捕集方式进行焊烟的有效捕集。焊烟常充盈于车间，造成工人生产环境恶化和大气环境污染。大多数高大工业厂房焊装工况具有以下特征：焊接工件大，焊点焊缝无规律，焊接工位多而杂，生产负荷变化大；厂房内安装有天车，用于装卸和搬运工件。受此条件限制，高大工业厂房多数采用整体通风除尘的控制方式。

    目前对于高大工业厂房主要有四种整体通风方式：自然通风、混合通风、吹吸式通风和置换通风。

    自然通风和机械通风有本质的不同，自然通风*基本的动力是风压和热压。当风吹向厂房时，在迎风面上由于空气流动受阻，风速减小，使得风的动压转换为静压，在厂房迎风面上的压力大于大气压，形成正压区，而厂房的背风面，屋面气流环绕过程中形成负压区，为平衡该压力差，气流就会从迎风面上的门窗洞口流向室内，再由室内向外流向负压区。利用热压形成自然通风主要是利用厂房内部上下空气压差所形成的热压作用，热空气由于密度差而上浮。

    自然通风的*大优点是不消耗再生能源，即节能性。但其有较大的局限性，包括灵活性较差，难于适应不同的天气条件；对于跨数多的厂房，由于深度过大，难得到有效的通风换气；易受附房遮挡影响；热度高、烟尘浓度大的空气难于充分排除；烟尘无净化处理，直接排于室外；对于采暖或空调的厂房，自然通风造成能耗浪费。

    混合通风也叫稀释通风，它一方面用清洁空气稀释室内空气中的有害物浓度，同时不断把稀释后的污染空气排至室外。控制对象着眼于全室空气，风量大，运行耗能大，效率低。该通风方式对于高大工业厂房的焊烟治理基本上不可取。

    吹吸式通风是利用射流作为动力，把有害物输送到排风口再由其排除，或者利用射流来阻挡、控制有害物的扩散。吹吸式通风其实也是广义置换通风的一种方式，但其强调吹出气流的速度衰减缓慢和输送能力优越。吹吸式通风局限性在于实际应用难度较高，容易造成工作区空气紊流以及排风风量巨大。

    置换通风是目前应用性较强的机械通风方式，*初始于北欧，逐渐占据了北欧国家50%的工业空调市场。将新鲜的空气直接送入工作区，在地面上形成一层由较凉的新鲜空气扩散而成的较薄的空气湖。室内热源（电焊、设备散热、人员、灯光等）产生向上的对流气流。新鲜的空气由于热源的浮力作用，使其向室内上部流动并形成室内空气运动的主导气流。排风口设在房间顶部并将被污染的空气排出。送风口送入室内的新鲜空气温度通常低于室内工作区的温度。由于较凉的空气密度大而下沉到地表面，送风的动量很低以致对室内主导气流无任何实际的影响。热源引起的热对流气流使室内产生垂直的温度梯度，在这种情况下排风的空气温度高于室内工作温度。

    置换通风的优点是着眼于创造清洁的工作区空气，充分利用热源形成的上升气流带动焊烟导向上方排风口；可应用性强，技术较为成熟。局限性在于机械整体通风方式，运行耗能较大，投资较大。

    我国地域辽阔，纬度跨度大，季节分明，气候变化大，能源紧张。对于高大工业厂房的焊烟治理，单纯采用上述的几种治理方式，除了投资大（机械整体通风）以外，存在灵活性差、效果不稳定、通风量大、耗能多、运行费用高等缺陷，使得系统投资和实施可行性很低。所以除非有生产工艺硬性要求，如铝合金焊接对恒温恒湿的要求，或北方制暖或车间空调等净化后空气回流车间等节能考虑，一般高大工业厂房均无有效的机械整体通风除尘配置。造成厂房内焊烟浓度高，严重影响车间人员身体健康并污染环境。这已是普遍存在的问题，也是亟待解决的难题。

    自然通风作为*节能的焊烟控制方式，而置换通风作为*有效的机械通风方式。结合这两种通风方式，配置电动窗系统（和电动屋脊通风器），引进计算流体力学CFD仿真技术和现代PLC控制技术，采用新型有机置换通风方式，治理高大工业厂房焊接烟尘。该新型治理技术环保、节能、灵活性大、有效性强。

    有机置换通风模式结合了置换通风和自然通风的优点，根据厂房位置、不同季节和风向情况设置多种电动条窗/电动屋脊通风器（如有）开闭和送风排风开闭组合。对于车间内生产负荷较小或天气合适情况，可采用全自然通风模式；对于车间内生产负荷大或冬季烟尘净化后回风至室内需全面排风除尘（如排风装有除尘装置），则可采用全机械置换通风模式；对于春秋季节或一般情况，可采用自然通风和机械通风的有机结合模式。例如，厂房一侧边墙正面迎风，则其有机置换通风开闭组合如图2所示，其运行能耗将比普通置换通风方式降低约50%。

    对高大工业厂房的有机置换通风方式，基于上述经验，定性分析各种组合的气流组织模式，采用现代计算流体力学CFD仿真技术进行室内气流和烟尘分布模拟和预测，从而得到更加精确的判断和验证。

    采用现代PLC及远程控制技术，对整体厂房各列送排风风机和电动窗/电动屋脊通风器（如有）进行开闭控制，根据自然通风和置换通风原理，对前述各种可能的组合模式进行设定。系统开机时，自动监测室外天气情况（主要为风向和温度），据此采用*佳的有机置换通风模式。也可人机切换，系统开机时，由操作人员根据天气情况选择*佳的通风模式。

    高大工业厂房焊烟控制采用有机置换通风方式，*地增加了系统的灵活度和有效性；充分利用自然风包括气候风和热力风，大大降低了系统运行能耗；初次投入相当于在普通置换通风方式基础上增加电动窗配置和天气监测及PLC自动控制，增加约20%，而能效比提高约60%；其可行性好，适应于我国季节性强、天气变化大的特点，为高大工业厂房的焊烟治理提供了节能环保的解决方案。