高大厂房焊接烟尘治理解决方案
高大厂房焊接烟尘的治理一直是一个技术难题，通过分层送风技术可以有效地解决焊接烟尘的污染问题。
焊接烟尘的治理是一项国际性技术难题，其困难主要表现在以下几个方面：
1.焊接烟尘粒径小，其粒径在0.01~5μm，滤除困难；
2.焊接工位的多变性，使得焊接烟尘捕捉困难；
3.焊接烟尘热气流滞留特性，普通通风技术除尘困难；
4.焊烟除尘设备投资大，运行费用高，投入困难。
欧洲自20世纪20年代开始对焊接烟尘的危害进行研究，并立法对焊接烟尘进行治理。国内近10年来，已有越来越多的企业应用了焊烟治理设备，生产环境正得到逐步改善。但依然有很多焊接车间未采取任何治理措施，图1为某焊接车间的状况，污染十分严重，极大危害了员工的身体健康。
 图1 |
目前，对于焊接烟尘的治理普遍采用劳动保护方法和局部治理方法。
劳动保护方案是通过配备吸尘面罩的形式来保护劳动者健康，该方法保护对象局限于焊接工人，整个车间环境无法改善。
局部除尘方案是直接针对焊接烟尘高浓度排放区域进行治理。局部除尘设备由两部分组成：烟尘捕捉部分与烟尘过滤部分。局部除尘方法可以有效阻止无组织气流在空间内带动污染物扩散，并且消耗的空气量较少。对于焊接车间，有固定工作台的手工焊接，局部排风罩能将焊接烟尘基本上抽走，采用局部通风方式能够取得较好的治理效果。投资少、效果显著。但受现场布局、操作者习惯和设备运动空间限制大。
整体厂房焊接烟尘治理始于20世纪90年代的北欧，并在欧美国家得到快速推广，是焊接烟尘治理最有效的手段。
高大焊接厂房特征
高大焊接厂房具有以下共同特征：
1.跨距大，厂房高。跨距通常有18m、24m，甚至达30m，厂房高度通常高于10m，甚至达30m。
2.焊接工位多，焊接工件大，条形焊缝、环形焊缝多且长， 焊接烟尘量大。
3.辅助设备占用空间大，各种管线布满车间。
4.厂房内安装有天车，也有厂房装有双层天车，用于搬运物件。
5.春秋和夏季通常通过开门、开窗方式来排除焊接烟尘。北方地区车间送暖气，车间相对封闭。
高大厂房焊接烟尘治理要解决的主要问题
1.室内烟尘浓度过高对人体健康带来的危害
焊接烟气中的烟尘是一种十分复杂的物质，已在烟尘中发现的元素多达20种以上。
碳钢CO2/MAG焊过程中的有害烟尘主要有Fe2O3、SiO2、MnO等，铝合金MIG焊接过程中的主要烟尘成分为Al2O3颗粒，焊接过程中还会产生一些有害气体，如臭氧、氮氧化物、一氧化碳、氟化物及氯化物等。
工人长期在焊接烟尘环境下作业，如果没有适当的保护措施，将导致各种职业病，如尘肺、骨软化症、贫血症等。有害气体也会造成肺水肿、支气管炎、急性哮喘症、神经衰弱症及慢性呼吸道炎症等。
为此，国家对作业环境下污染物的浓度标准有一个严格的限制，在标准GBZ2-2002中规定了车间能综合粉尘浓度≤6mg/m3。
2.直接外排造成二次污染的问题
把焊接烟尘排至室外也许是焊接烟尘最简单的处理方法。但这种方法只是把污染物从室内转移到室外，并没有对烟尘进行治理，其结果是对环境造成二次污染。GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》中，规定了各种污染物排放浓度的标准。
3.直接排放造成的室内温度上升/下降、能量损失的问题
在有空调或供热的车间，如果采用直排方式，在冬季势必将室内的热量连同污染物一起排至室外，其结果是室内热能的大量损失。
4.焊接工艺要求
传统的混合送风的方式来排除焊接烟尘，其风量大、和风速高，对于CO2气体保护焊来说，当保护气体周围风速超过1m/s时，会吹走保护气体，从而影响焊接质量。
5.提高生产效率。
采用局部除尘时，操作工人经常需要移动吸气臂，以达到最有效的烟尘捕着效果，这样势必大大影响焊接工作效率。
高大厂房焊接烟尘治理方案
1.分层送风原理
与传统的混合送风治理焊接烟尘不同，本方案采用分层送风技术对焊接烟尘进行治理。
 图2 分层送风原理图 |
其原理如图2所示。
在有热源的车间，由于在高度上具有稳定的温度梯度，如果以较低的风速（v＜0.2~0.5m/s），较大的风量，将送风温差较小（Δt=2~4℃）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，并不断卷吸周围空气。这样，由于热气流上升时的卷吸作用，后续新风的推动作用和抽风口的抽吸作用，地板上方的新鲜空气缓缓向上移动，形成类似于向上的均匀流的流动，于是工作区的污浊空气被后续的新风所取代。当达到稳定时，室内空气在温度、浓度上便形成两个区域：上部混合区和下部单向流动的清洁区。
2.分层送风除尘系统组成
分层送风除尘系统主要由3大部分组成，即空气处理机组（含高效率筒除尘），送回风管系统、送风末端装置——送风筒以及控制系统（如图3）。
 图3 |
根据焊接工艺特征和除尘要求，除尘系统的空气处理部分有以下几种形式可供选择：
（1）对铝合金焊接厂房，对车间内湿度有严格要求，可以配备制冷机组，通过冷冻除湿使室内湿度满足要求。
（2）对一般碳钢焊接厂房，可以在空气处理机组内安装直接喷淋式制冷装置来减低车间温度，该方法投资少，效果显著。
（3）对北方冬季气温较低、车间有供暖设施的地区，在空气处理机组内设置新风加热器，使送入车间的新风不至于因温度太低而影响车间温度。
3.分层送风除尘系统的运行流程
车间内污染空气经回风机吸入到空气处理机组，经过滤筒式高效过滤器，将焊接烟尘滤除，再送入车间内（如图4）。为了保证车间内空气品质，需要补充一定量的新风进入车间，空气处理机组上设有新风调节阀，用于调节新风量。
 图4 空气处理机组 |
在冬季，控制20%新风量，新风与来自车间的80%的回风（20%的回风通过排风阀排至车间外）混合，再经过新风加热器后送至车间内，这样，避免污染物直接排放造成车间内的热能损失。
在春秋过渡季节，新风量取100%，利用全新风来带走车间内热负荷，污染空气100%排至车间外，既保证了舒适的温度，也保证了良好的空气品质。
4.关键部件
（1）送风筒
送风筒是实现分层送风的关键部件，它送风量大，送风速度低，送风距离远。较低的送风速度确保不会吹散气体保护焊的保护气体，从而保证了焊接质量。送风筒内装有调节阀，可根据车间内外温度、车间要求的温湿度及污染物的分布来调节送风方向，使之满足在任何送风温度下，均能实现推动焊接烟尘向车间移动。
（2） 滤筒
采用高效过滤筒作为过滤元件，该过滤筒选用的滤材不同于一般传统的滤材，其表面附有一层聚四氟乙烯薄膜。其极小的筛孔可阻挡大部分亚微米尘粒；亚微米尘粒在滤材的表面聚集并形成可渗透的挡尘饼，大部分尘粒被阻挡在滤材外表面而不能进入滤材内部，在压缩空气的吹扫下能及时有效地被清除。该滤材具有相当高的过滤效率，较传统滤材至少提高3~5倍以上；且使用寿命较传统滤材提高2倍以上。
（3）控制软件
为达到良好的分层送风除尘效果，系统内配有专有的控制软件，结合当地全年气象参数，实时采集处理车间内温湿度，控制送风筒的送风方向、新风量、制冷量、加热量，使系统保持在最佳节能运行状态。
分层送风治理焊接烟尘的优势
与局部焊接烟尘除尘设备相比，与传统的混合送风除尘系统相比，采用分层送风技术治理焊接烟尘有以下几大优势：
1.因为烟尘的收集不是直接针对产烟部位，所以除尘系统不受焊接工件大小的影响、不受焊接工位变化的影响；
2.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；
3.彻底解决烟尘净化问题，不会对大气造成二次污染；
4.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；
5.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；
6.除尘系统不受操作者使用习惯的影响，操作者在工作的过程中没有受到除尘系统的任何干扰，能极大地提高生产效率。
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