機械工廠等離子噴涂粉塵凈化處理

張亞甜 張雷 張旸 閆旌 何杰

（首都航天機械公司 北京100076）

1 概況

1.1 等離子噴涂概念

等離子噴涂是熱噴涂技術中應用廣泛的一項工藝技術，該技術是通過等離子弧焰流將金屬或非金屬粉末加熱成熔化或半熔化狀態，同時高速噴射并沉積到預處理后的工件表面上，形成一種具有特殊性能的涂層[1]。等離子涂層光滑平整，操作過程中可精確控制厚度。該技術應用范圍十分廣泛，應用領域包括航空、船舶和部分機械加工等行業[2、3]。

1.2 等離子噴涂粉塵的產生和危害

等離子噴涂噴出的粉粒速度可達180m/s～600m/s，其中有大量的粉塵會逸散在操作環境中，形成的粉塵具有溫度高、顆粒細等特點[1]。噴涂材料一般選用氧化鋯粉、鎢粉等陶瓷粉末，對人體有致纖維化、致敏等作用，特別是粒徑小于5μm的粉塵對人體機體危害更大，因此，噴涂過程中產生的粉塵收集處理不當，將危害操作者身體健康，污染大氣環境。

1.3 等離子噴涂工作現狀

目前，噴涂工房內有兩個噴涂工位，分別用于大工件和小零件的等離子噴涂工作。現場安裝有兩套布袋凈化裝置，處理風量分別為4500m3/h和3000m3/h，由于設計風量偏低及布袋損壞嚴重，致使操作現場粉塵彌漫。

2 粉塵凈化處理方案

無機性金屬類粉塵常用的凈化處理方法主要有機械除塵法、過濾式除塵法和洗滌除塵法等[4]。機械除塵器宜用于處理密度較大、顆粒粒徑大于50μm的粉塵，通常作為高效除塵器的預除塵；過濾式除塵法宜用于處理風量大和濃度波動較大的含塵氣體，對粒徑0.1μm～0.5μm塵粒的除塵效率在90%左右，對粒徑1μm以上塵粒的除塵效率達99%以上；濕式除塵法適用于捕集粒徑1μm以上的親水性塵粒，除塵效率高，但能耗高，會產生二次污染。

根據等離子噴涂產生粉塵粒徑小且溫度高的特點，兩個噴涂工位分別配置凈化處理系統，噴涂粉塵經粉塵收集柜收集后先通過旋風除塵器進行預處理，再進入脈沖噴吹濾筒除塵器進行二級處理。兩套等離子噴涂除塵凈化系統設計方案如圖1所示。

2.1 粉塵收集柜的設計

大工件由于形狀復雜需要上下調整噴槍位置，故設置1套噴涂工作臺，將工件放置在工作臺上進行作業。噴涂時產生的粉塵采用移動式工作柜收集，可根據工件大小，移動工作柜與工作臺的相對位置，使工件距工作柜上吸風口的距離盡可能小，提高粉塵的收集效率；移動式工作柜立面吸風口做0.5m短管，用波紋軟管與排風主管道連接，工作柜立面吸風口直徑300mm，斷面設計風速為0.8m/s,移動式工作柜采用3mm厚鋼板制作，柜體尺寸為2300mm×1500mm×1800mm。改造原有小工件工位的固定密閉式粉塵收集工作柜,用于零件噴涂時粉塵的收集，斷面設計風速為0.5m/s，柜體尺寸為1500mm×1200mm×1400mm。柜體均經除銹處理后表面刷防銹漆和調和漆。

圖1 等離子噴涂除塵系統

2.2 風機和風管的設計

根據工作柜吸風口斷面風速，確定廢氣風量。其中大工件噴涂選用一臺4-72-6C型號風機,風量14000m3/h，排氣筒直徑600mm；零件噴涂選用一臺CCFJ-1型號風機,風量4500m3/h；排氣筒直徑450mm、排氣筒高度15m,風管采用5mm厚鋼板，表面刷調和漆。

2.3 凈化處理單元的設計

對于細小顆粒除塵效果的好壞取決于除塵工藝和過濾材料的選擇，根據等離子噴涂粉塵的特點，本設計采用旋風除塵+濾芯除塵兩級凈化處理工藝。濾芯清灰采用壓縮空氣脈沖反吹方式，除塵器單元體各濾芯相對應的外表面各裝置壓縮空氣脈沖器，脈沖器定時對除塵器單元體內各濾芯表面進行脈沖清灰。

濾芯材質的選擇是設計濾芯除塵器的關鍵[5]。本設計采用膜覆合聚酯濾筒。膜覆合聚酯濾筒是選用PTFE樹脂作原料，采用特殊工藝制成的具有立體網狀結構的微孔膜，具有空隙率高、耐高溫、摩擦系數低、不粘性好以及表面不易被粉塵顆粒撕拉和磨損刮傷等特點；同規格尺寸濾筒的過濾面積為布袋濾筒的5倍以上；濾筒濾料內外側安裝保護網，采用自動螺旋鑄膠機打膠固定技術安裝固定，保證濾筒的處理風量和過濾面積均勻，同時便于電磁脈沖閥反吹清灰；濾筒的安裝采用橫插斜放安裝方式，便于安裝拆卸；濾筒與滑板連接處采用低硬度高強度的發泡密封膠圈密封，避免粉塵泄露，保證除塵凈化效率；兩套凈化處理系統分別選用6根350mm×1230mm膜覆合聚酯濾筒，過濾速度4～5m/min；濾筒除塵器外形尺寸2100mm×1500mm×4500mm。電控系統中設計了短路保護、超載保護等功能及可靠的設備接地保護系統。

3 運行效果分析

改造前的顆粒物排放濃度在600mg/m3左右，而改造后的除塵凈化系統顆粒物排放濃度均為2mg/m3～3.5mg/m3，除塵率達到99%以上，車間室內操作環境也得到明顯改善,且兩個離子噴涂工位粉塵排放濃度均遠遠小于《大氣污染物綜合排放標準》（DB11/501-2007）中的排放限值（30mg/m3）。

4 結語

本工程集粉塵收集、粉塵凈化處理為一體，具有處理系統布置緊湊、設備占地面積小、系統運行穩定、清灰與設備維護方便等特點，工程實施后，大大改善了職工操作環境，實現了粉塵的達標排放。

[1]姚培,何謀海.等離子噴涂技術發展現狀及應用[J].工程技術，2013，10：324.

[2]鄭學斌,謝有桃.熱噴涂生物陶瓷涂層的研究進展[J].無機材料學報，2013，01：12-20.

[3]馬建龍,李國祿,王海斗.等離子噴涂納米Al2O3-TiO2[J].材料導報A：綜述篇，2013,27（5）：137-141.

[4]郝吉明,馬廣大.大氣污染控制工程[M].高等教育出版社,2002,8.

[5]張一幟,陳海焱,覃金珠.濾筒除塵器及應用現狀[J].能源與環境,2009,5：47-49.