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摘要
ABSCTACT
目錄
第一章 緒論
1.1 課題的意義
在焊接操作中經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生一些有毒的物質(zhì)。如：乙醛、松香酸、異氰酸鹽、氮氧化物、硫化物、碳?xì)浠衔锏?。并在空氣中飛揚(yáng)。它通過(guò)呼吸道侵入到人的肝、肺、心血管及血液中。這些有毒物質(zhì)正嚴(yán)重的吞噬人類的健康。導(dǎo)致許多職業(yè)病的出現(xiàn)。如：肺癌、哮喘、濕疹、支氣管炎、皮膚過(guò)敏、呼吸道感染等等，重則紊亂中樞神經(jīng)，破壞消化系統(tǒng)，導(dǎo)致并發(fā)癥而衰竭死亡。
因此，工業(yè)空氣凈化設(shè)備對(duì)提高國(guó)民經(jīng)濟(jì)，對(duì)每個(gè)企業(yè)有著重要意義：能保證員工的健康與安全，有利于提高企業(yè)生產(chǎn)利潤(rùn)。
1.2 國(guó)內(nèi)外除塵技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀
為了防止粉塵對(duì)人體的危害，世界各國(guó)制定了愈來(lái)愈嚴(yán)格的控制標(biāo)準(zhǔn)，大力發(fā)展凈化氣體的除塵設(shè)備。袋式除塵器近年來(lái)得到了很快發(fā)展；電除塵器作為高效除塵設(shè)備得到各國(guó)廣泛重視，但它們?cè)趪?guó)內(nèi)外還沒有得到大量應(yīng)用。
80年代以來(lái)，世界各國(guó)的除塵設(shè)備有了很大的發(fā)展。
（1）對(duì)環(huán)境污染的控制標(biāo)準(zhǔn)趨于嚴(yán)格
粉塵作為對(duì)人體健康及大氣環(huán)境污染的重要有害物，越來(lái)越為人們所重視，因而世界各國(guó)也采取了相應(yīng)的限制措施，其中之一是制定嚴(yán)格的法律、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。
在美國(guó)，1963年頒布了潔凈空氣法(Clean Air Act)以后，于1970年、1975年、1977年多次修訂，1990年修訂和補(bǔ)充的潔凈空氣法經(jīng)國(guó)會(huì)通過(guò)后成為一部目前國(guó)際上最為嚴(yán)格和詳盡的法規(guī)。它的主要內(nèi)容包括確定有害空氣污染物的種類，并將全國(guó)劃分成達(dá)標(biāo)區(qū)，未達(dá)標(biāo)區(qū)(隨污染物不同而不同)，對(duì)后者限期達(dá)標(biāo)，同時(shí)實(shí)行排放許可證制度，此外還有關(guān)于汽車排放、酸雨和臭氧層保護(hù)等有關(guān)條款。
在標(biāo)準(zhǔn)方面，美國(guó)制定了國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(NAAQS),國(guó)家有害污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(NE-SNAPS)以及新污染源性能標(biāo)準(zhǔn)(NSPS)等，這些標(biāo)準(zhǔn)控制了污染物排放，而且愈來(lái)愈趨于嚴(yán)格，例如對(duì)電站，本世紀(jì)初美國(guó)的排放標(biāo)準(zhǔn)是0. 6lb/10^6Btu. 1971年的NSPS規(guī)定為0.116/10^6Btu，而1978年的NSPS進(jìn)一步降低到0. 031b/Btu，僅為本世紀(jì)初的1/20。
在德國(guó)，規(guī)定各種工業(yè)污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)為50mg/m^3，不久前公布的17B1mSchV標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定日平均濃度為l0mg/m^3, 1/2小時(shí)的平均濃度為30mg/m^3。
由于采用了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，德國(guó)粉塵排放量自60年代以來(lái)逐步降低，三十年來(lái)約降低了65%，并有進(jìn)一步的降低趨勢(shì)，而環(huán)境中總懸浮物(TSP)濃度也降低了約65%。
日本對(duì)于通常的燃煤電廠煙氣凈化系統(tǒng)要求其出口粉塵排放濃度小于30mg/Nm^3，而在大城市附近的燃煤電廠，其要求與燃油電廠相似，要求低于10mg/Nm^3。
從以上可以看出，依照發(fā)達(dá)國(guó)家的排放標(biāo)準(zhǔn)，煙囪上已經(jīng)看不見煙塵。
我國(guó)自1973年第一次公布13種物質(zhì)的試行排放標(biāo)準(zhǔn)以來(lái)，各個(gè)工業(yè)部門都相繼制定了本行業(yè)的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)。例如，工業(yè)鍋爐的排放標(biāo)準(zhǔn)是按照大氣環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的一、二、三類地區(qū)來(lái)確定的，1983年的標(biāo)準(zhǔn)(GB3841- 83)分別為200, 400, 600mg/Nm^3, 1992年公布的標(biāo)準(zhǔn)(GB13271一91)對(duì)于1992年8月1日前安裝的分別為200, 300, 400mg/Nm^3，而8月1日以后安裝的則分別為100,250, 350mg/Nm^3，同時(shí)對(duì)SO2的排放濃度也提出了要求。顯然要達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)就需要采用更高效率的除塵設(shè)備。
（2）著眼于對(duì)人體特別有害的粉塵
細(xì)小的粉塵對(duì)人體危害較粗顆粒為大，因此從70年代以來(lái)各國(guó)都著重于研究微細(xì)粉塵(通常稱為微粒)的控制技術(shù)，并提出了許多相應(yīng)的技術(shù)措施。在美國(guó)1992年潔凈空氣法中明確提出對(duì)小于lO微米的粉塵(PM10)進(jìn)行分類。其達(dá)標(biāo)區(qū)與非達(dá)標(biāo)區(qū)是按PM10劃分的。在非達(dá)標(biāo)區(qū)內(nèi)，中等程度的要求在1994年底前達(dá)標(biāo)，再嚴(yán)重的要求在2001年底達(dá)標(biāo)。
毒性粉塵對(duì)人體危害最大，1990年前NESHAPS僅對(duì)7種有毒污物染規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)，其中包括:汞、被、石棉、砷等。但在1990的潔凈空氣法中提出了189種有毒污染物(其中許多是固態(tài)粉塵)，涉及到許多工業(yè)部門，例如燃煤鍋爐的排放物中就有37種之多。1988年美國(guó)這些有毒污染物排放的總量超過(guò)24億磅。
目前對(duì)這些毒物尚未制定標(biāo)準(zhǔn)，潔凈空氣法要求分期分批在10年內(nèi)完成對(duì)這些毒物的標(biāo)準(zhǔn)制定工作，而在未制定前要求降低90%，對(duì)粉塵要求降低96% 。
德國(guó)對(duì)某些毒物制定了標(biāo)準(zhǔn)，1986年的TA一Lnft標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定第I級(jí)的毒物:Hg, Cd,Ti的總量要小于0.2mg/m^3，第I級(jí)Ag,Co, Ni, Se, T。的總量要小于1. Omg/m3，第.級(jí)Pb, Sb, Cr,Co,Cu,Mn,V,Sn的總量要小于5mg/m'，但是新近頒布的標(biāo)準(zhǔn)17BLmSch V有所提高，規(guī)定Cd,Ti總量小于0. 05mg/m';Sb,As,小于0. 5mg/m3，并且對(duì)DioXius及呋喃的總量規(guī)定為0. OOOOOO1mg/m'。
我國(guó)的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工作區(qū)內(nèi)不同毒性的粉塵有著不同的標(biāo)準(zhǔn)，但是在排放標(biāo)準(zhǔn)中尚未得到反映，只是根據(jù)不同工業(yè)、不同工藝規(guī)定了具體的排放標(biāo)準(zhǔn)。
（3）除塵設(shè)備的市場(chǎng)不斷擴(kuò)大
據(jù)美國(guó)R. W. Meilvaine報(bào)道，1992年全世界的電除塵器及袋式除塵器的市場(chǎng)如表所示。
1992年除塵器的市場(chǎng)(百萬(wàn)美圓)
美國(guó)歐洲/非洲 亞洲 總計(jì)
電除塵器 600 6001200 2400
袋式除塵器 800 700700 2200
合計(jì) 1400 1300 1900 4600
這兩類除塵器的銷售總和為46億美元。兩者的市場(chǎng)相差不大。但是電除塵器在亞洲的市場(chǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于美國(guó)和歐洲，而袋式除塵器則在美國(guó)占首位。
美國(guó)1993年粉塵控制設(shè)備的市場(chǎng)為1.53X 10^9，美元，略高于氣體處理設(shè)備1.456X10^9美元，其中的一個(gè)原因是電廠的煙氣脫硫設(shè)備減少。在空氣污染控制設(shè)備中，電站占第一位，其次是化工，造紙占第3位，石油精煉占第4位，再其次是冶金、水泥、礦山等。
我國(guó)的除塵設(shè)備自80年代以來(lái)也得到很大發(fā)展，全國(guó)生產(chǎn)各類除塵設(shè)備的制造廠約900多家，發(fā)展較快的是電除塵器和袋式除塵器。以電除塵器為例，70年代我們只有1-2個(gè)廠生產(chǎn)電除塵器，而目前電除塵器的生產(chǎn)廠已達(dá)136個(gè)，其中年產(chǎn)值超干萬(wàn)元的20多家。全行業(yè)產(chǎn)值近10億元。到1992年為止已制造電除塵器2800余臺(tái)，特別在電力工業(yè)中1979年全國(guó)僅18臺(tái)電除塵器，占火電廠鍋爐容量的4.8%,而到1989年10年間發(fā)展到165臺(tái)，占29. 96 0 o，目前在200MW及以上的大型發(fā)電機(jī)組已經(jīng)全部采用高效電除塵器。
（4）結(jié)合氣體凈化設(shè)備發(fā)展除塵設(shè)備
由于對(duì)環(huán)境要求的提高，對(duì)有害氣體如SO,, NO:等也要求控制。在國(guó)外發(fā)展較快的一種形式是在噴霧吸收有害氣體的同時(shí)，用電除塵器或袋式除塵器回收其中的固體顆粒，這樣除塵設(shè)備成為氣體凈化系統(tǒng)中的重要組成之一。
近年來(lái)，意大利、日本以及我國(guó)的許多單位，都在開展用脈沖供電的電除塵器來(lái)同時(shí)清除煙氣中的so，并取得了較好的效果。
（5）發(fā)展高效除塵器
由于各國(guó)排放標(biāo)準(zhǔn)日趨提高，特別是對(duì)微?？刂频囊笤絹?lái)越嚴(yán)，致使高效除塵設(shè)備得到特別迅速的發(fā)展，同時(shí)也促進(jìn)了高效除塵器的研究和開發(fā)，其中最為突出的是電除塵器和袋式除塵器。
在發(fā)展高效除塵器的同時(shí)，也出現(xiàn)了多種用不同機(jī)理組合的除塵設(shè)備，如電一袋式除塵器等，但此類除塵器無(wú)論在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外都沒有得到大量應(yīng)用。
1.3 焊煙凈化器的分類
根據(jù)工作原理的不同，焊煙凈化器可分為靜電式焊煙凈化器和機(jī)械式焊煙凈化器。
根據(jù)安裝方式的不同，焊煙凈化器可分為臥式焊煙凈化器和移動(dòng)式焊煙凈化器。
根據(jù)吸氣臂的數(shù)量，焊煙凈化器可分為單臂焊煙凈化器和雙臂焊煙凈化器。
焊煙凈化器的焊煙凈化器的清灰方式有手動(dòng)清灰和脈沖自動(dòng)清灰，比較方便工人作業(yè)。
第二章 焊煙凈化設(shè)備原理方案擬定
2.1 除塵原理
含塵氣體進(jìn)入除塵器灰斗后，由于氣流斷面突然擴(kuò)大及氣流分布板作用，氣流中一部分粗大顆粒在動(dòng)和慣性力作用下沉降在灰斗；粒度細(xì)、密度小的塵粒進(jìn)入濾塵室后，通過(guò)布朗擴(kuò)散和篩濾等組合效應(yīng)，使粉塵沉積在濾料表面上，凈化后的氣體進(jìn)入凈氣室由排氣管經(jīng)風(fēng)機(jī)排出。
隨著濾袋表面粉塵不斷增加，除塵器進(jìn)出口壓差也隨之上升。當(dāng)除塵器阻力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出清灰指令，清灰系統(tǒng)開始工作。首先電磁閥接到信號(hào)后立即開啟，使小膜片上部氣室的壓縮空氣被排放，由于小膜片兩端受力的改變，使被小膜片關(guān)閉的排氣通道開啟，大膜片上部氣室的壓縮空氣由此通道排出，大膜片兩端受力改變，使大膜片動(dòng)作，將關(guān)閉的輸出口打開，氣包內(nèi)的壓縮空氣經(jīng)由輸出管和噴吹管噴入袋內(nèi)，實(shí)現(xiàn)清灰。當(dāng)控制信號(hào)停止后，電磁閥關(guān)閉，小膜片、大膜片相繼復(fù)位，噴吹停止。
圖2-1 除塵原理
2.2 過(guò)濾器材的選擇
目前市面主要的過(guò)濾器材有濾袋式過(guò)濾器和濾筒式過(guò)濾器：
圖1 濾筒式過(guò)濾器和濾袋式過(guò)濾器
（1）濾料對(duì)比
濾袋濾料：是三維網(wǎng)狀滌綸針刺氈。延伸率達(dá)20%，主要靠纖維纖度阻當(dāng)粉塵，建立一次粉餅層后提高過(guò)濾精度，隨著清灰脈沖氣流使三維壯結(jié)構(gòu)松弛，粉塵易進(jìn)入濾料內(nèi)部。濾料與粉塵易吸潮。濾料厚度為2.5毫米。實(shí)際為深層過(guò)濾。
濾筒濾料：用細(xì)紗連續(xù)長(zhǎng)纖維紡粘聚酯熱軋無(wú)紡布做基布，涂覆高分子微孔塑料燒結(jié)膜，延伸率達(dá)0.5-2%，主要依靠濾料表面的微孔膜來(lái)阻擋粉塵顆粒進(jìn)入濾料的內(nèi)部。燒結(jié)膜濾料具有防水性能布易吸潮。濾料厚度為0.5毫米。起到表面過(guò)濾。
（2）過(guò)濾元件結(jié)構(gòu)對(duì)比
濾袋結(jié)構(gòu)：圓柱形濾料展開是平面的，為實(shí)際面積。列如直徑150mm*2000mm的面積是1平方。濾袋形狀有圓袋和扁袋，安裝時(shí)需要另加籠架支撐，安裝更換麻煩。
濾筒結(jié)構(gòu)：圓柱形濾料展開是波浪型。（類似汽車濾芯，濾料硬挺可打摺波紋狀，增加過(guò)濾面積）實(shí)際面積大。列如：150mm*2000mm的過(guò)濾面積是4—5平方，是濾袋面積的4—5倍，濾筒形狀有園柱型和方型。
安裝時(shí)不需要另加籠架，安裝更換方便。
（3）清灰與過(guò)濾精度及阻力
濾袋除塵：以往的濾袋除塵器過(guò)濾風(fēng)速設(shè)計(jì)的偏高，在1.5—2.5m/min，有于迎面速度過(guò)高粉塵極易進(jìn)入濾料內(nèi)部，造成清灰困難，阻力高常在1200Pa—2000 Pa 濾速高阻力大，且濾料松弛易造成濾料透粉，排放超標(biāo)。特別在含濕糊袋的工況超速高阻力易造成濾袋破損。一般過(guò)濾精度大于5微米99.9%。
濾筒除塵：濾筒式除塵器過(guò)濾風(fēng)速常設(shè)計(jì)在0.85 m/min以下（根據(jù)粉塵的細(xì)度定）。迎面風(fēng)速低、表面的高分子燒結(jié)膜、延伸率低。在清灰時(shí)粉塵難以進(jìn)入濾料內(nèi)部，清灰頻率低，阻力上升的慢。阻力常在800-900Pa.。過(guò)濾精度大于1微米99.9%。
（4）除塵器的鋼耗與占地對(duì)比
濾袋除塵：由于單個(gè)濾袋過(guò)濾面積小使袋式除塵器殼體外形大，每平方濾料耗鋼量在20.5公斤。
濾筒除塵：由于單個(gè)濾筒的過(guò)濾面積大，使得濾筒式除塵器殼體外形較小，每平方濾料耗鋼量在8.5公斤。耗鋼量是濾袋除塵器的35—40%。占地面積是濾袋除塵器的60%。有于小的鋼耗節(jié)約了制造周期和安裝周期，獲得了低的制造成本，投資是濾袋式除塵器的80—85%。給除塵器使用企業(yè)節(jié)約了生產(chǎn)場(chǎng)地的空間。使除塵器使用企業(yè)獲得了更大的利益。
綜合以上比較，本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的焊煙凈化設(shè)備要求能移動(dòng)，因此，要求結(jié)構(gòu)更緊湊，重量更輕；因此，采用濾筒式過(guò)濾器材更合理。
第三章 動(dòng)力設(shè)計(jì)與計(jì)算
?3.1 過(guò)濾風(fēng)速及過(guò)濾面積計(jì)算
本焊煙凈化設(shè)備處理風(fēng)量:18立方/min
根據(jù)已知條件選擇過(guò)濾風(fēng)速
一般的過(guò)濾風(fēng)速的選擇范圍是在0.8~1.5m/min
此時(shí)根據(jù)除塵設(shè)備大小和濾帶選擇風(fēng)速,本設(shè)計(jì)選擇的是1m /min
根據(jù)過(guò)濾風(fēng)速和處理風(fēng)量計(jì)算過(guò)濾面積
公式為：S=Q/V
V---------過(guò)濾風(fēng)速
S---------過(guò)濾面積
Q---------處理風(fēng)量
計(jì)算后得S=Q/V=10/1=18平方米
3.2 濾筒個(gè)數(shù)計(jì)算
濾筒的過(guò)濾面積的選擇濾筒過(guò)濾面積是指濾筒上濾材展開的有效面積。當(dāng)我們把濾筒垂直布置時(shí)，濾筒越高對(duì)節(jié)約整體成本越有利。但濾筒過(guò)高，清灰會(huì)較困難，目前國(guó)際上一般最長(zhǎng)的濾筒也是2米。如果除塵器進(jìn)口粉塵濃度越高，濾材折疊數(shù)可選少一點(diǎn)，折寬選淺一點(diǎn)，即過(guò)濾面積少一點(diǎn)，這樣更有利于清灰。對(duì)于濾筒式除塵器過(guò)濾風(fēng)速一般為0.6～1.8m/min。最理想的過(guò)濾風(fēng)速為0.9m/min。當(dāng)粉塵濃度較高時(shí)，可以考慮選擇較低的過(guò)濾風(fēng)速，降低了過(guò)濾風(fēng)速有利于提高除塵器的過(guò)濾效率，延長(zhǎng)濾筒使用壽命，降低工作阻力，改善通風(fēng)性能。但除塵器造價(jià)有所提高，但在有些特殊情況下，濾筒除塵器的過(guò)濾風(fēng)速也可選到3m/min以上。
濾筒有效過(guò)濾面積計(jì)算公式：
A=L×2×N×M
A-過(guò)濾面積m2
L-濾材褶皺寬度m
N-濾材褶皺數(shù)量（個(gè)）
M-濾筒高度m
本次設(shè)計(jì)所選濾筒規(guī)格為為：350mm/250mm/660mm的濾筒，褶皺寬度為：0.04m，褶皺數(shù)為170個(gè)，N-濾材褶皺數(shù)量為2個(gè)
A=0.04×2×170×0.66=8.97M2
?所需濾筒個(gè)數(shù) K=S/A=18/8.97=2.0 取為2個(gè)。
3.3 氣流上升速度
??? 在除塵器內(nèi)部,濾袋低端含塵氣體能夠上升的實(shí)際速度,就是氣流上升速度。氣流上升速度的大小對(duì)濾袋被過(guò)濾的含塵氣體磨損及因脈沖清灰而脫離濾袋的粉塵隨氣流重新返回除塵布袋表面有重要影響。氣流上升速度是除塵器內(nèi)煙氣不應(yīng)超過(guò)的最大速度,達(dá)到和超過(guò)這個(gè)速度,煙氣中的顆粒物就會(huì)磨壞濾筒或帶走粉塵,甚至導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行阻力偏大。
除塵器氣流上升速度按下式計(jì)算:
?????????? Vk = Sa?Vc/S
? 式中 Vk———除塵器氣流上升速度,m/min;
???????? ?Sa———濾筒過(guò)濾面積,m2;
????????? Vc———過(guò)濾速度,m/min;
????????? S ———濾筒口的截面積,m2。
計(jì)算
Vk = Sa?Vc/S
=18×1/0.08
=112s/min