某大型表面處理廠房暖通設計方案

鄺 琳

(中國航空規劃設計研究總院有限公司，北京 100120)

?

某大型表面處理廠房暖通設計方案

鄺 琳

(中國航空規劃設計研究總院有限公司，北京 100120)

以寒冷地區某大型表面處理廠房工程為例，介紹了該廠房的通風凈化設計方案，對比分析了干法與濕法兩種廢氣凈化方式的優缺點，總結了通風系統及進風加熱系統在設計中的注意事項，旨在提高廠房的環境質量。

廠房，通風系統，凈化方式，排風罩

隨著科學技術的發展，對工業金屬材料的性能要求不斷提高，尤其是針對某些特殊場合以及特定工藝，如航天、汽車、精密儀器、模具等，單一材料和傳統工藝已難以滿足要求。這些都大大地促進了金屬材料的表面強化、表面改性技術的發展。故近年來表面處理廠房越來越多，對設計的要求也越來越高。在眾多表面處理技術中，電化學處理技術和化學處理技術應用的最為廣泛且技術也較成熟。電化學處理技術包括電鍍和陽極氧化，化學處理技術包括化學轉化膜和化學鍍層。表面處理廠房主要散發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不可避免地產生一些污染氣體，比如HCl，NaCN，H2SO4,CrO3,NaOH等。故表面處理廠房暖通設計的關鍵在于工藝槽的局部排風設計，好的設計可以及時排走生產中散發的污染物，改善生產人員的工作環境，避免了廠房的腐蝕現象。由于大量的排風勢必要求相應的補風，故在寒冷地區進風加熱設計也尤為關鍵。下面著重介紹某位于寒冷地區的大型表面處理廠房的局部排風凈化系統及進風加熱系統設計。

1 廠房簡介

本廠房位于北方寒冷地區，建筑面積約2萬m2，廠房高度約為20 m，是目前為止我國較為大型的表面處理廠房。其中包括：電鍍生產線、電鑄生產線、化銑生產線、氧化生產線、酸洗生產線、發藍、磷化生產線。暖通設計包括各生產線的通風凈化設計、進風加熱設計、生產供熱設計及供暖設計。

2 通風凈化設計

2.1 污染物排放的限制

國家標準《工作場所有害因素職業接觸限值化學有害因素》(2007年)中給出了車間空氣中污染物的最高容許濃度，見表1。

表面處理廠房需設計有效的局部及全室通風系統，以便保障人員工作場所有害物低于國家標準。

2.2 通風方式的選擇

根據氣流作用范圍的不同可將通風分為全面通風和局部通風。相比于全面通風，采用局部排風方式不僅效果好而且更加經濟，通常能在較小的排風量下獲得較理想的污染物控制效果，即，在滿足衛生標準要求的前提下達到節能的目的。由于表面處理車間污染物發生源比較固定，一般均可采用局部排風的方式來控制污染物的擴散蔓延。

表1 工作場所空氣中某些化學物質最高容許濃度 mg/m3

不同的通風形式和排風量大小會對流場以及污染物擴散造成不同的影響，不僅會影響到通風效果，而且會對通風系統運行的經濟性和工作人員的舒適性造成一定的影響。從經濟性的角度，一個設計良好的通風系統應該盡量利用小的風量達到使用要求。目前工藝車間常用的槽邊排風罩有單側、雙側、環形以及吹吸式四種形式。由于環形排風罩的布置對生產人員的操作會造成一定的不便，因此根據槽寬的不同采用單側、雙側以及吹吸式排風更為普遍。根據《實用供熱空調設計手冊》[1]，當槽寬B<500 mm時，宜采用單側排風；當槽寬500 mm≤B≤800 mm時，宜采用雙側排風；當槽寬900 mm≤B≤1 200 mm時，必須采用雙側排風；當槽寬B>1 200 mm時，可采用吹吸式排風罩。本廠房通過技術經濟比較采用了雙側平口條縫排風罩的形式。

2.3 局部排風罩排風量計算方法

不同排風罩形式所對應的排風量計算方法有所不同，雖然國內外關于槽邊排風罩排風量的計算方法多種多樣，但是目前被普遍認可的兩種方法是控制風速法和流量比法。局部排風罩排風量的計算方法普遍采用控制風速法。

控制風速是指在保證槽內污染物不會逸出時槽邊緣控制點的吸入速度，即，當排風罩抽吸時，為保證有害物全部吸入罩內，必須在距離吸氣口最遠的有害物散發點(控制點)上造成適當的空氣流動，該風速是能夠克服污染源擴散力后再考慮適當安全系數的風速。

控制風速是影響污染物捕集效果和系統經濟性的重要參數。控制風速選得過小，污染物外溢，不僅污染環境，還有可能對操作人員造成傷害；選得過大，必然增大風量，導致經濟性較差?？刂骑L速與污染源的性質以及周圍氣流的狀況有關，一般通過實驗測得。孫一堅[2]根據大量實驗，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，各個控制風速的推薦值。

鍍槽邊緣控制點的吸入速度見表2。

表2 鍍槽邊緣控制點的吸入速度vx(節選)

該表面處理廠房規模較大，共分為三個生產區，20余套生產線。根據不同使用情況及產生的廢氣種類分別設置了26套局部排風系統，分別處理含酸、堿、鉻及氫氰酸廢氣。經計算單臺排風量30 000 m3/h～100 000 m3/h不等,總風量為1 100 000 m3/h。

工藝生產中產生的廢氣由槽邊排風罩收集，相同污染物的廢氣就近自成系統，經管道接至凈化塔進化，凈化后的空氣由風機抽出，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，以便達到凈化空氣的目的。含酸廢氣由凈化塔底部進入，經濾料層與由上而下的中和液充分接觸，發生中和反應，最后凈化后的空氣經風機排入大氣中。

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。廢氣由進風口進入干式凈化箱，通過吸附段的吸附劑吸附凈化，凈化后達標的空氣經風機排入大氣。

SDG裝置工作流程見圖2。

3.3 干、濕式凈化方式的比較

以處理廢氣風量10 000 m3/h為例，通過經濟比較濕式凈化系統年運行費用約為2.5萬元(包括水消耗、堿液消耗、污水處理費用、備件更換及人工費用)。干式凈化系統年運行費用約為2.0萬元(包括吸附劑費用、吸附劑更換費用)。干式凈化系統運行費用較低。

干式凈化器可同時凈化多種酸氣，對間歇性低濃度廢氣凈化效率高，滿足最嚴格環保規范要求；運行穩定，維護量小；可適應不同場地需求改變設備形狀；使用安全，吸附劑無二次污染；無水循環系統，在北方冬季無需做防凍處理，免維護，運行成本低。由于干式凈化方式具有以上諸多優越性，且本項目位于寒冷地區，防凍問題尤為關鍵，故本項目采用了干式凈化系統的設計。

雖然干式凈化法具有很多優越性，但干式凈化塔初投資設備費用較高，對于南方地區的表面處理廠房，可根據具體情況，通過綜合經濟比較后確定方案。

4 通風系統中應注意的問題

1)應按鍍種及生產線劃分排風系統。酸堿可以合為一個系統，嚴禁氰液槽與酸槽共用一個排風系統，鉻酸應獨立自成系統排放。

2)排風系統采用變頻風機。因工藝槽在生產時和待產時段散發的有害物濃度有很大差距，從節能考慮，排風機應考慮變頻設計或設置三擋或兩擋手動開關。

3)排風機應與送風機連鎖，以保證室內為負壓，有害氣體不外泄。

4)局部排風凈化系統應防腐蝕。

5)凈化后的達標的廢氣還應高空排放，排放高度應符合國家相應標準，風帽應采用錐形風帽。

5 進風加熱系統

該廠房共分為三個生產區，根據不同區域排風系統的使用情況，分別在各個區域對應不同的生產線設置了進風加熱系統。分別處理含酸、堿、鉻及氫氰酸廢氣。經計算單臺排風量20 000 m3/～90 000 m3/h不等,總風量為900 000 m3/h。

機組熱媒為蒸汽，冬季送熱風，其他季節送風為經過過濾的室外自然風。機組熱盤管的配置應通過房間熱平衡計算確定，風量一般為排風量的70%～85%。機組設置冬季防凍保護措施。送風機組根據排風系統開啟的情況確定開啟的數量，以保證室內為負壓。送風風口盡量布置在遠工作槽區，避免對排風氣流造成影響。

6 結語

對于表面處理廠房的暖通設計，局部通風設計決定了最終的排風效果，而排風系統的劃分、排風罩形式的選擇、排風量計算對于排風設計至關重要的。廢氣凈化在表面處理廠房設計中非常關鍵，合理的選擇凈化設備不僅直接影響了最終排放的效果，也直接關系到整體項目的投資及運行費用。對于寒冷及嚴寒地區，表面處理廠房進風加熱系統的設計是必不可少的，應通過熱平衡及風平衡計算確定。

[1] 陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2007.

[2] 孫一堅，沈恒根.工業通風[M].第4版.北京：中國建筑工業出版社，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，高級工程師

TU834.53

A