某大型表面處理廠房暖通設(shè)計(jì)方案

鄺 琳

(中國(guó)航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京 100120)

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某大型表面處理廠房暖通設(shè)計(jì)方案

鄺 琳

(中國(guó)航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京 100120)

以寒冷地區(qū)某大型表面處理廠房工程為例，介紹了該廠房的通風(fēng)凈化設(shè)計(jì)方案，對(duì)比分析了干法與濕法兩種廢氣凈化方式的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)了通風(fēng)系統(tǒng)及進(jìn)風(fēng)加熱系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)，旨在提高廠房的環(huán)境質(zhì)量。

廠房，通風(fēng)系統(tǒng)，凈化方式，排風(fēng)罩

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)工業(yè)金屬材料的性能要求不斷提高，尤其是針對(duì)某些特殊場(chǎng)合以及特定工藝，如航天、汽車、精密儀器、模具等，單一材料和傳統(tǒng)工藝已難以滿足要求。這些都大大地促進(jìn)了金屬材料的表面強(qiáng)化、表面改性技術(shù)的發(fā)展。故近年來表面處理廠房越來越多，對(duì)設(shè)計(jì)的要求也越來越高。在眾多表面處理技術(shù)中，電化學(xué)處理技術(shù)和化學(xué)處理技術(shù)應(yīng)用的最為廣泛且技術(shù)也較成熟。電化學(xué)處理技術(shù)包括電鍍和陽極氧化，化學(xué)處理技術(shù)包括化學(xué)轉(zhuǎn)化膜和化學(xué)鍍層。表面處理廠房主要散發(fā)的污染物來源于各種工藝處理槽，常見的電鍍有鍍鋅、鍍鎳、鍍鉻、鍍銅、鍍銀、鍍鎘等，所有這些電鍍過程都會(huì)不可避免地產(chǎn)生一些污染氣體，比如HCl，NaCN，H2SO4,CrO3,NaOH等。故表面處理廠房暖通設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于工藝槽的局部排風(fēng)設(shè)計(jì)，好的設(shè)計(jì)可以及時(shí)排走生產(chǎn)中散發(fā)的污染物，改善生產(chǎn)人員的工作環(huán)境，避免了廠房的腐蝕現(xiàn)象。由于大量的排風(fēng)勢(shì)必要求相應(yīng)的補(bǔ)風(fēng)，故在寒冷地區(qū)進(jìn)風(fēng)加熱設(shè)計(jì)也尤為關(guān)鍵。下面著重介紹某位于寒冷地區(qū)的大型表面處理廠房的局部排風(fēng)凈化系統(tǒng)及進(jìn)風(fēng)加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 廠房簡(jiǎn)介

本廠房位于北方寒冷地區(qū)，建筑面積約2萬m2，廠房高度約為20 m，是目前為止我國(guó)較為大型的表面處理廠房。其中包括：電鍍生產(chǎn)線、電鑄生產(chǎn)線、化銑生產(chǎn)線、氧化生產(chǎn)線、酸洗生產(chǎn)線、發(fā)藍(lán)、磷化生產(chǎn)線。暖通設(shè)計(jì)包括各生產(chǎn)線的通風(fēng)凈化設(shè)計(jì)、進(jìn)風(fēng)加熱設(shè)計(jì)、生產(chǎn)供熱設(shè)計(jì)及供暖設(shè)計(jì)。

2 通風(fēng)凈化設(shè)計(jì)

2.1 污染物排放的限制

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值化學(xué)有害因素》(2007年)中給出了車間空氣中污染物的最高容許濃度，見表1。

表面處理廠房需設(shè)計(jì)有效的局部及全室通風(fēng)系統(tǒng)，以便保障人員工作場(chǎng)所有害物低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 通風(fēng)方式的選擇

根據(jù)氣流作用范圍的不同可將通風(fēng)分為全面通風(fēng)和局部通風(fēng)。相比于全面通風(fēng)，采用局部排風(fēng)方式不僅效果好而且更加經(jīng)濟(jì)，通常能在較小的排風(fēng)量下獲得較理想的污染物控制效果，即，在滿足衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下達(dá)到節(jié)能的目的。由于表面處理車間污染物發(fā)生源比較固定，一般均可采用局部排風(fēng)的方式來控制污染物的擴(kuò)散蔓延。

表1 工作場(chǎng)所空氣中某些化學(xué)物質(zhì)最高容許濃度 mg/m3

不同的通風(fēng)形式和排風(fēng)量大小會(huì)對(duì)流場(chǎng)以及污染物擴(kuò)散造成不同的影響，不僅會(huì)影響到通風(fēng)效果，而且會(huì)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和工作人員的舒適性造成一定的影響。從經(jīng)濟(jì)性的角度，一個(gè)設(shè)計(jì)良好的通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)該盡量利用小的風(fēng)量達(dá)到使用要求。目前工藝車間常用的槽邊排風(fēng)罩有單側(cè)、雙側(cè)、環(huán)形以及吹吸式四種形式。由于環(huán)形排風(fēng)罩的布置對(duì)生產(chǎn)人員的操作會(huì)造成一定的不便，因此根據(jù)槽寬的不同采用單側(cè)、雙側(cè)以及吹吸式排風(fēng)更為普遍。根據(jù)《實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》[1]，當(dāng)槽寬B<500 mm時(shí)，宜采用單側(cè)排風(fēng)；當(dāng)槽寬500 mm≤B≤800 mm時(shí)，宜采用雙側(cè)排風(fēng)；當(dāng)槽寬900 mm≤B≤1 200 mm時(shí)，必須采用雙側(cè)排風(fēng)；當(dāng)槽寬B>1 200 mm時(shí)，可采用吹吸式排風(fēng)罩。本廠房通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較采用了雙側(cè)平口條縫排風(fēng)罩的形式。

2.3 局部排風(fēng)罩排風(fēng)量計(jì)算方法

不同排風(fēng)罩形式所對(duì)應(yīng)的排風(fēng)量計(jì)算方法有所不同，雖然國(guó)內(nèi)外關(guān)于槽邊排風(fēng)罩排風(fēng)量的計(jì)算方法多種多樣，但是目前被普遍認(rèn)可的兩種方法是控制風(fēng)速法和流量比法。局部排風(fēng)罩排風(fēng)量的計(jì)算方法普遍采用控制風(fēng)速法。

控制風(fēng)速是指在保證槽內(nèi)污染物不會(huì)逸出時(shí)槽邊緣控制點(diǎn)的吸入速度，即，當(dāng)排風(fēng)罩抽吸時(shí)，為保證有害物全部吸入罩內(nèi)，必須在距離吸氣口最遠(yuǎn)的有害物散發(fā)點(diǎn)(控制點(diǎn))上造成適當(dāng)?shù)目諝饬鲃?dòng)，該風(fēng)速是能夠克服污染源擴(kuò)散力后再考慮適當(dāng)安全系數(shù)的風(fēng)速。

控制風(fēng)速是影響污染物捕集效果和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的重要參數(shù)?？刂骑L(fēng)速選得過小，污染物外溢，不僅污染環(huán)境，還有可能對(duì)操作人員造成傷害；選得過大，必然增大風(fēng)量，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性較差。控制風(fēng)速與污染源的性質(zhì)以及周圍氣流的狀況有關(guān)，一般通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得。孫一堅(jiān)[2]根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)，給出了不同鍍槽、不同溶液濃度、不同溶液溫度及不同電流密度條件下，各個(gè)控制風(fēng)速的推薦值。

鍍槽邊緣控制點(diǎn)的吸入速度見表2。

表2 鍍槽邊緣控制點(diǎn)的吸入速度vx(節(jié)選)

該表面處理廠房規(guī)模較大，共分為三個(gè)生產(chǎn)區(qū)，20余套生產(chǎn)線。根據(jù)不同使用情況及產(chǎn)生的廢氣種類分別設(shè)置了26套局部排風(fēng)系統(tǒng)，分別處理含酸、堿、鉻及氫氰酸廢氣。經(jīng)計(jì)算單臺(tái)排風(fēng)量30 000 m3/h～100 000 m3/h不等,總風(fēng)量為1 100 000 m3/h。

工藝生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢氣由槽邊排風(fēng)罩收集，相同污染物的廢氣就近自成系統(tǒng)，經(jīng)管道接至凈化塔進(jìn)化，凈化后的空氣由風(fēng)機(jī)抽出，高空排放至大氣中。

3 廢氣種類及凈化方式的選擇

目前廢氣處理主要分為兩大類：干法凈化法及濕法凈化法。

3.1 濕式凈化法

濕式凈化主要是指通過含堿溶液吸收中和廢氣中的有害物，以便達(dá)到凈化空氣的目的。含酸廢氣由凈化塔底部進(jìn)入，經(jīng)濾料層與由上而下的中和液充分接觸，發(fā)生中和反應(yīng)，最后凈化后的空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)排入大氣中。

酸洗廢氣凈化流程見圖1。

3.2 干式凈化法

干式凈化主要是指通過DBS吸附劑吸附廢氣中的硫酸、硝酸、鹽酸、氫氟酸等有害物的處理廢氣的方式。廢氣由進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入干式凈化箱，通過吸附段的吸附劑吸附凈化，凈化后達(dá)標(biāo)的空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)排入大氣。

SDG裝置工作流程見圖2。

3.3 干、濕式凈化方式的比較

以處理廢氣風(fēng)量10 000 m3/h為例，通過經(jīng)濟(jì)比較濕式凈化系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用約為2.5萬元(包括水消耗、堿液消耗、污水處理費(fèi)用、備件更換及人工費(fèi)用)。干式凈化系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用約為2.0萬元(包括吸附劑費(fèi)用、吸附劑更換費(fèi)用)。干式凈化系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用較低。

干式凈化器可同時(shí)凈化多種酸氣，對(duì)間歇性低濃度廢氣凈化效率高，滿足最嚴(yán)格環(huán)保規(guī)范要求；運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)量小；可適應(yīng)不同場(chǎng)地需求改變?cè)O(shè)備形狀；使用安全，吸附劑無二次污染；無水循環(huán)系統(tǒng)，在北方冬季無需做防凍處理，免維護(hù)，運(yùn)行成本低。由于干式凈化方式具有以上諸多優(yōu)越性，且本項(xiàng)目位于寒冷地區(qū)，防凍問題尤為關(guān)鍵，故本項(xiàng)目采用了干式凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

雖然干式凈化法具有很多優(yōu)越性，但干式凈化塔初投資設(shè)備費(fèi)用較高，對(duì)于南方地區(qū)的表面處理廠房，可根據(jù)具體情況，通過綜合經(jīng)濟(jì)比較后確定方案。

4 通風(fēng)系統(tǒng)中應(yīng)注意的問題

1)應(yīng)按鍍種及生產(chǎn)線劃分排風(fēng)系統(tǒng)。酸堿可以合為一個(gè)系統(tǒng)，嚴(yán)禁氰液槽與酸槽共用一個(gè)排風(fēng)系統(tǒng)，鉻酸應(yīng)獨(dú)立自成系統(tǒng)排放。

2)排風(fēng)系統(tǒng)采用變頻風(fēng)機(jī)。因工藝槽在生產(chǎn)時(shí)和待產(chǎn)時(shí)段散發(fā)的有害物濃度有很大差距，從節(jié)能考慮，排風(fēng)機(jī)應(yīng)考慮變頻設(shè)計(jì)或設(shè)置三擋或兩擋手動(dòng)開關(guān)。

3)排風(fēng)機(jī)應(yīng)與送風(fēng)機(jī)連鎖，以保證室內(nèi)為負(fù)壓，有害氣體不外泄。

4)局部排風(fēng)凈化系統(tǒng)應(yīng)防腐蝕。

5)凈化后的達(dá)標(biāo)的廢氣還應(yīng)高空排放，排放高度應(yīng)符合國(guó)家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)帽應(yīng)采用錐形風(fēng)帽。

5 進(jìn)風(fēng)加熱系統(tǒng)

該廠房共分為三個(gè)生產(chǎn)區(qū)，根據(jù)不同區(qū)域排風(fēng)系統(tǒng)的使用情況，分別在各個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)不同的生產(chǎn)線設(shè)置了進(jìn)風(fēng)加熱系統(tǒng)。分別處理含酸、堿、鉻及氫氰酸廢氣。經(jīng)計(jì)算單臺(tái)排風(fēng)量20 000 m3/～90 000 m3/h不等,總風(fēng)量為900 000 m3/h。

機(jī)組熱媒為蒸汽，冬季送熱風(fēng)，其他季節(jié)送風(fēng)為經(jīng)過過濾的室外自然風(fēng)。機(jī)組熱盤管的配置應(yīng)通過房間熱平衡計(jì)算確定，風(fēng)量一般為排風(fēng)量的70%～85%。機(jī)組設(shè)置冬季防凍保護(hù)措施。送風(fēng)機(jī)組根據(jù)排風(fēng)系統(tǒng)開啟的情況確定開啟的數(shù)量，以保證室內(nèi)為負(fù)壓。送風(fēng)風(fēng)口盡量布置在遠(yuǎn)工作槽區(qū)，避免對(duì)排風(fēng)氣流造成影響。

6 結(jié)語

對(duì)于表面處理廠房的暖通設(shè)計(jì)，局部通風(fēng)設(shè)計(jì)決定了最終的排風(fēng)效果，而排風(fēng)系統(tǒng)的劃分、排風(fēng)罩形式的選擇、排風(fēng)量計(jì)算對(duì)于排風(fēng)設(shè)計(jì)至關(guān)重要的。廢氣凈化在表面處理廠房設(shè)計(jì)中非常關(guān)鍵，合理的選擇凈化設(shè)備不僅直接影響了最終排放的效果，也直接關(guān)系到整體項(xiàng)目的投資及運(yùn)行費(fèi)用。對(duì)于寒冷及嚴(yán)寒地區(qū)，表面處理廠房進(jìn)風(fēng)加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是必不可少的，應(yīng)通過熱平衡及風(fēng)平衡計(jì)算確定。

[1] 陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

[2] 孫一堅(jiān)，沈恒根.工業(yè)通風(fēng)[M].第4版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

On heat-supply and ventilation design scheme of some large-scale surface treatment of workshops

Kuang Lin

(ChinaAviationPlanningandDesignInstituteCo.,Ltd,Beijing100120,China)

Taking the surface treatment of workshops as the example in cold region, the paper introduces the ventilation and purification design scheme of the workshop, compares and analyzes the advantages and disadvantages of the two wasted gas including the drying and wetting methods, and sums up the precautions of the ventilation system and heat system, so as to improve the environmental quality of the workshops.

workshop, ventilation system, purification approach, exhaust hood

1009-6825(2016)18-0112-03

2016-04-18

鄺 琳(1965- )，女，高級(jí)工程師

TU834.53

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