CN102886184B

CN102886184B - 焊接烟尘净化装置

Info

Publication number: CN102886184B
Application number: CN201210312054.2A
Authority: CN
Inventors: 祁贵生; 焦纬洲; 刘有智; 袁志国; 栗秀萍; 申红艳; 刘文丽
Original assignee: North University of China
Current assignee: North University of China
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2032-08-29
Also published as: CN102886184A

Abstract

本发明属于焊接附属装置的技术领域，具体是一种焊接烟尘净化工艺及装置，解决了现有除尘方法不适于电焊烟尘治理的问题。装置包括与焊枪集成为一体的若干并联的集气罩，集气罩与旋转填料床连接，集气罩为伞形结构，焊枪的上部、下部或者侧部设置有连接机构与集气罩连接。方法，集气罩内的气速为0.3-2.5m/s，集气罩管路的气速为10-25m/s，吸收液为水，含尘气体和吸收液的气液比为200-2000m³/m³。本发明的有益效果：工艺流程简单，除尘率达99%以上，便于携带，占地面积小、操作费用低，能耗小、便于移动、操作简单。

Description

焊接烟尘净化装置

技术领域

本发明属于焊接附属装置的技术领域，具体涉及一种焊接烟尘净化工艺及装置。

背景技术

在现代工业领域中，金属材料的焊接是最基础的结构件加工工序之一。然而在焊接技术飞速发展的同时，焊接烟尘对环境和焊工带来的危害却尚未引起足够的重视。在焊接过程中,产生大量的电焊烟尘,污染作业环境,在通风不良的情况下,烟尘浓度通常超出国家标准数倍,可引起电焊工尘肺、锰中毒、呼吸道炎症、神经衰弱症等多种职业危害。因此,电焊烟尘治理成为当前职业卫生、环保工作中的当务之急。焊接烟尘是由金属物质在过热条件下产生的蒸气经氧化和冷凝而形成的。其主要成分有Fe₂O₃、SiO₂、TiO₂、MnO、CaO、MgO、Na₂O、K₂O、CaF₂、KF、NaF等等。从公开的文献和专利报道来看，对于现代工业厂房，具有工艺设备布置密集，焊接工位多，空间有限等特点，常用的除尘方法有静电除尘方式阻力小、净化效率高,可保证排放浓度达标。但由于一次投资较大,一般用于对排放浓度要求高的场所; 布袋过滤除尘方式,一次投资比静电方式少,净化效率高,但因阻力大,运行费用稍高, 装置占地面积大、可移动性差和能耗高等缺点，特别是布袋破损后,更换布袋既脏、耗资又多,同时电焊烟尘粘度大,不易清灰,因而一般是用于电焊发烟量小的场合;洗涤除尘方式,阻力大,运行费用高;填料层过滤除尘方式,这种方式一次投资少,系统阻力小,过滤器拆装清洗方便,适用于排气含尘量小的场合, 但净化效率低。

发明内容

本发明为了解决现有常用的除尘方法不适用于电焊烟尘治理的问题，提供了一种焊接烟尘净化工艺及装置。本发明利用超重力装置作为主要吸收设备，利用超重力旋转填料床的特点，使得净化烟尘简化且吸收效率高。不仅能有效脱除焊接烟尘，而且工艺流程具有成套性、组合性、小型化、移动方便，占地面积小等优点。从而达到净化空气，改善焊接工人作业环境的目的。

本发明采用如下的技术方案实现：

一种焊接烟尘净化装置，其特征在于包括与焊枪集成为一体的若干并联的集气罩，若干集气罩的出气口通过集气罩管路与旋转填料床的气体进口连接，集气罩管路上设置引风机，旋转填料床的液体进口通过液泵连接液体储槽，气体进口设置于旋转填料床的底部，与液体进口连接的液体分布器沿旋转填料床填料转子的中心轴线方向设置；所述的集气罩为伞形结构，伞形结构包括上、中、下连为一体的三部分，上部为与气体进口连接的管路部分，中部为台形部分，下部为环形部分，各部分之间结构满足：1/2环形部分的直径D≤尘源距离罩口的距离d≤2环形部分的直径D；1/4环形部分的直径D≤环形部分裙边高度L≤1/2环形部分的直径D；30°≤台形部分与环形部分的角度α≤60°；焊枪的上部、下部或者侧部设置有连接机构与集气罩连接，集气罩的形式包括下吸式吸气罩、侧吸罩以及上吸罩，下吸式吸气罩罩口在焊点的下面；焊接小型工件的焊接工作台采用固定式侧吸罩；上吸罩，用于焊点固定的工位, 罩口还可作成转动的形式，焊枪的上部的连接机构为可转动连接机构；所述的焊接烟尘净化装置整体设置于可移动运输小车上。

一种焊接烟气净化方法，包括如下工艺步骤：在焊接开始之前，将引风机打开，通过阀门调节气速，集气罩内的气速为0.3-2.5m/s，集气罩管路的气速为10-25m/s，开始焊接，在引风机的作用下，集气罩管路内形成负压，将捕获的焊接含尘气体送入旋转填料床气体进口；吸收液在液泵的作用下，沿管路进入旋转填料床液体进口；含尘气体沿轴向通过填料层，吸收液沿径向通过填料层，气液在旋转填料中发生传质，含尘气体中的尘粒被液体捕集，净化后气体从旋转填料层排出，所述的吸收液为水，含尘气体和吸收液的气液比为200-2000m³/m³。

本发明相对现有技术具有如下有益效果：

1、本发明集气罩和焊枪的优化适应结构，配合旋转填料床对焊接烟尘进行处理，极大地提高了除尘率，达99%以上，处理后的气体几乎无烟尘，其中将集气罩与焊枪集成于一体便于携带；

2、工艺流程简单；

3、整个工艺占地面积小、操作费用低，能耗小、便于移动、操作简单等优点；

4、整个过程所用的液体均可循环使用和处理，不产生废液和废物，不会发生二次污染。

附图说明

图1是焊接除尘净化设备的示意图，

图2为集气罩的结构示意图，

图中：1-集气罩；2-焊枪；3-阀门；4-电机；5-调速机；6-旋转填料床；7-液体分布器；8-转轴；9-填料转子；10-气体进口；11-气体出口；12-液体进口；13-液体出口；14-液体储槽；15-液泵；16-引风机，D-环形部分的直径，d-尘源距离罩口的距离，L-环形部分裙边高度，α-台形部分与环形部分的角度。

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

一种焊接烟尘净化装置，其特征在于包括与焊枪2集成为一体的若干并联的集气罩1，若干集气罩1的出气口通过集气罩管路与旋转填料床6的气体进口10连接，集气罩管路上设置引风机16，旋转填料床的液体进口12通过液泵15连接液体储槽14，气体进口11设置于旋转填料床6的底部，与液体进口12连接的液体分布器7沿旋转填料床填料转子9的中心轴线方向设置；所述的集气罩1为伞形结构，伞形结构包括上、中、下连为一体的三部分，上部为与气体进口连接的管路部分，中部为台形部分，下部为环形部分，各部分之间结构满足：1/2环形部分的直径D≤尘源距离罩口的距离d≤2环形部分的直径D；1/4环形部分的直径D≤环形部分裙边高度L≤1/2环形部分的直径D；30°≤台形部分与环形部分的角度α≤60°；焊枪的上部、下部或者侧部设置有连接机构与集气罩连接。上部的连接机构为可转动连接机构。

集气罩1与焊枪2通过管路集成一体，通过阀门3调节气体流量，使其气速达到适宜值，在引风机16的作用下，将集气罩1收集的气体引至旋转填料床6气体进口10；液体由液体储槽14通过液泵15输送至旋转填料床6液体进口12，液体通过液体分布器7均匀喷洒在填料内缘上；填料转子9在电机4的驱动下通过转轴8高速旋转，填料转子的转速可以通过调速机5进行调节；气体通过气体进口管沿轴向通过填料层，液体在高速旋转填料的作用下沿径向通过填料层，气液在旋转填料中发生传质，气体中的尘粒被液体捕集，完成整个过程。气体从气体出口管排出11，液体在离心力的作用下由填料内缘甩向外缘汇集经液体出口管13离开旋转填料床6进入液体储槽14，整个过程所用的液体可循环使用和处理。

本发明的焊接烟尘的净化设备，由于采用了结构比较简单，体积小的旋转填料床。使得整个系统设计紧凑，操作简便，使用与维护成本低，占地面积小，操作弹性大。可大幅度降低处理成本。

通风除尘措施设计原则：通风除尘措施是治理焊接烟尘污染的主要手段，其通风方式有局部通风、全面通风。

局部通风措施是在焊接作业点设置集气罩，不待烟尘扩散，就将其带走，这种方式既节省风量，效果又好，工人呼吸带不受污染。全面通风是借助于风机或自然风压，使空气在室内有组织的流动，从而降低车间的烟尘浓度，其效果的好坏，关键在于合理地组织气流，一般全面通风方式使用风量较大，耗能较多，特别是寒冷地区，通风热耗问题比较突出。本专利根据二者的特点，选择局部通风。

本发明局部集气罩的设置原则:(1)尽可能靠近焊接作业点,对流动性较大的焊接作业,最好做成可移动罩口,作业时将集气罩与焊枪连成一体便于移动，可随焊接点一起移动,以提高烟尘的捕集效果。 (2)在保证捕集效果的情况下,节省风量。

本发明局部集气罩的形式:局部吸气罩是通过罩口的抽吸作用,在距离吸气口最远的有害物散发点(即控制点)上造成适当的空气流动,从而把有害物吸入罩内。针对不同的作业方式、工件尺寸即焊接工艺,可分别采取不同形式的吸气罩。(1)下吸式吸气罩:不影响工人操作,罩口正好在焊点的下面,而且距焊点很近,因此,焊烟刚产生即被下吸罩有效捕集。(2)侧吸罩:焊接小型工件的焊接工作台,一般多采用固定式侧吸罩。只要吸风量和罩面风速设计合理,即可保证工作台的最不利点风速大于控制风速,散发的烟尘被有效的控制。(3)上吸罩:主要用于焊点固定的工位,并使罩口尽可能靠近焊点,以提高捕集烟尘的效果。同时为了检查工件情况,罩口还可作成转动的形式,检查时,可将罩口移至一边,使操作者更感方便。

焊接除尘净化工艺，包括如下工艺步骤：

1、在焊接之前，启动引风机，通过阀门调节气体管路气速，在引风机的作用下，与集气罩连接的气体管路形成负压，将捕获的焊接烟尘气体通过管路进入旋转填料床进气口；

2、吸收液在离心泵的作用下，沿管路进入旋转填料床进液口；

3、含烟尘气体进入旋转填料床的内腔时,与来流的液体在离心力的作用下发生传质，由于机械旋转碰撞作用和液体捕获作用及填料本身对含尘气体的过滤作用,尘粒被捕集;其含烟尘气体中的固体颗粒、液滴、固液结合物等在旋转填料中被捕获，液体在离心力作用下被甩离填料层进入储液槽；

4、净化后气体从旋转填料层排出；

所述的集气罩的气速为0.3-2.5m/s；

所述的集气罩管路的气速为10-25m/s；

所述的吸收剂为水；

所述的工艺中的气液比为200-2000m³/m³；

所述的工艺中的除尘在于旋转的填料对液体有一个强大的切应力,使液体被割成一片片极薄的液膜和细小的液滴,同时气体和粉尘的通道因填料旋转而不断改变方向,为大幅度地捕获粉尘微粒提供了良好场所，在强大的离心力场中液体对填料层具有“清洗”作用,使得填料不被堵塞,保持高效率的除尘效果。

焊接除尘工艺的设备，包括一个旋转填料床和集气罩，焊枪与集气罩连接形成一体设备，集气罩与引风机通过气体管路连接，引风机引来的含尘气体通过管路进入旋转填料床气体进口，液体储槽中的吸收液通过液泵进入旋转填料床进液口。含尘气体与吸收液在旋转填料床中吸收后，吸收液通过管路由排液口排出进入液体储槽。在强大离心力的作用下填料内缘甩向外缘汇集经液体出口管离开旋转填料床进入液体储槽，吸收液在全过程可以循环使用。

实施例1：

对T422钛钙型低碳钢电焊条产生的烟尘进行净化，测试焊接烟尘所含物质的含量分别为MnO₂含量为0.63mg/m³、TiO₂含量为0.2mg/m³、粉尘含量为8.35 mg/m³、烟尘平均粒径为0.3μm，工艺生产中对十台电焊产生的烟尘进行净化，十台集气罩采用并联，集气罩连接在焊枪的正上方，试验选用水为吸收剂。集气罩尺寸比例为：尘源距离罩口的距离d=1/2环形部分的直径D；环形部分裙边高度L=1/2环形部分的直径D；台形部分与环形部分的角度α=60°。

首先开启引风机，通过调节阀门使集气罩收集气体速度为1.0m/s，气体管路气速为15m/s，总气体流量为500m³/h，然后开启旋转填料床，通过变频器调节旋转填料床转子转速为1000r/min，待旋转填料床稳定后(约两分钟)，启动输液泵，通过调节液量至250L/h，气液比为2000，烟尘气体在压力梯度的作用下，轴向通过高速旋转填料层；吸收液在离心泵的作用下，沿管路进入旋转床进液口，通过进液口进入液体分布器，液体在液体分布器的作用下，均匀喷向填料层内侧，液体被高速旋转填料所产生的巨大剪切力撕成液丝、液膜和液滴等。在此过程中，气体中的尘粒被液体捕集，完成整个捕集过程。待整个工艺系统稳定后，即可对气体进出口进行检测，MnO₂的吸收率为98%、TiO₂含量为99%、粉尘含量为97.6%，达到了国家排放标准，保障了工人的工作环境。试验过程中旋转填料床高度仅为1.0m，内径80mm，外径240 mm，体现了该设备体积小、传质效率高等优点。

实施例2：

对J44型电焊条产生的烟尘进行净化，测试焊接烟尘所含物质的含量分别为Fe₂O₃含量为8.3mg/m³、CaO含量为3.2mg/m³、粉尘含量为6.35 mg/m³、烟尘平均粒径为0.4μm，工艺生产中对五台电焊产生的烟尘进行净化，五台集气罩采用并联，集气罩连接在焊枪的侧方，试验选用水为吸收剂。集气罩尺寸比例为：尘源距离罩口的距离d=2环形部分的直径D；环形部分裙边高度L=1/4环形部分的直径D；台形部分与环形部分的角度α=30°。

通过调节阀门使气体集气罩气速为0.3m/s，气体管路气速为10m/s，总气体流量为400m³/h，然后开启旋转填料床，通过变频器调节旋转填料床转子转速为1200r/min待旋转填料床稳定后(约两分钟)，启动输液泵，通过调节液量至2000L/h，气液比为200，其它工艺流程具体实施例1相同，待整个工艺系统稳定后，即可对气体进出口进行检测，Fe₂O₃的吸收率为99.5%、CaO含量为99%、粉尘含量为98.3%，达到了国家排放标准，保障了工人的工作条件。试验过程中旋转填料床高度仅为1.0m，内径80mm，外径240 mm，体现了该设备体积小、传质效率高等优点。

实施例3：

对507型电焊条产生的烟尘进行净化，测试焊接烟尘所含物质的含量分别为Fe₂O₃产生速度为83mg/min、SiO₂含量为22mg/ min、CaF₂30mg/min、烟尘平均粒径为0.35μm，工艺生产中对3台电焊产生的烟尘进行净化，3台集气罩采用并联，集气罩连接在焊枪的侧方，试验选用水为吸收剂。集气罩尺寸比例为：尘源距离罩口的距离d=环形部分的直径D；环形部分裙边高度L=1/3环形部分的直径D；台形部分与环形部分的角度α=45°。

通过调节阀门使气体集气罩气速为2.5m/s，气体管路气速为25m/s，总气体流量为800m³/h，然后开启旋转填料床，通过变频器调节旋转填料床转子转速为1100r/min,待旋转填料床稳定后(约两分钟)，启动输液泵，通过调节液量400L/h，气液比为2000，其它工艺流程具体实施例1相同，待整个工艺系统稳定后，即可对气体进出口进行检测，Fe₂O₃的吸收率为99.2%、SiO₂含量为98%、CaF₂为98.3%，达到了国家排放标准，保障了工人的工作条件。试验过程中旋转填料床高度仅为0.8m，内径70mm，外径200 mm。

Claims

1.一种焊接烟尘净化装置，其特征在于包括与焊枪（2）集成为一体的若干并联的集气罩（1），若干集气罩（1）的出气口通过集气罩管路与旋转填料床（6）的气体进口（10）连接，集气罩管路上设置引风机（16），旋转填料床的液体进口（12）通过液泵（15）连接液体储槽（14），气体进口（11）设置于旋转填料床（6）的底部，与液体进口（12）连接的液体分布器（7）沿旋转填料床填料转子（9）的中心轴线方向设置；所述的集气罩（1）为伞形结构，伞形结构包括上、中、下连为一体的三部分，上部为与气体进口连接的管路部分，中部为台形部分，下部为环形部分，各部分之间结构满足：1/2环形部分的直径（D）≤尘源距离罩口的距离（d）≤2环形部分的直径（D）；1/4环形部分的直径（D）≤环形部分裙边高度（L）≤1/2环形部分的直径（D）；30°≤台形部分与环形部分的角度（α）≤60°；焊枪的上部、下部或者侧部设置有连接机构与集气罩连接，集气罩的形式包括下吸式吸气罩、侧吸罩以及上吸罩，下吸式吸气罩罩口在焊点的下面；焊接小型工件的焊接工作台采用固定式侧吸罩；上吸罩，用于焊点固定的工位, 罩口还可作成转动的形式，焊枪的上部的连接机构为可转动连接机构；所述的焊接烟尘净化装置整体设置于可移动运输小车上。