淺談除塵裝置在碳弧氣刨中的應用

朱永榮

摘 要：文章結合鍋爐生產中碳弧氣刨清根時產生大量干式粉塵的情況，介紹了頂吸式除塵系統的優缺點，同時針對粉塵、煙塵流動方向的不確定性，自行研發了擋渣屏風、單側吸灰罩及滾輪架水槽等裝置，通過多種除塵裝置的靈活組合，有效地改善了操作工的作業環境，達到高效、環保的目的。

關鍵詞：除塵系統；濾筒除塵器；擋渣屏風；單側吸灰罩；滾輪架水槽

1 概述

碳弧氣刨，是利用石墨棒或碳棒與工件間產生的熱電弧將金屬熔化，同時用壓縮空氣將這些熔化金屬吹掉，從而在金屬上刨削出溝槽的一種熱加工工藝。在焊接生產中，主要用來刨槽、清除焊縫缺陷和背面清根。碳弧氣刨有以下特點：（1）清除焊縫缺陷時，在電弧下可清楚地觀察到缺陷的形狀和深度；（2）靈活性大，可進行全方位操作；（3）加工工藝方便可行；（4）其缺點是生產現場會產生大量的煙霧、粉塵污染和弧光輻射。鍋爐制造過程中采用碳弧氣刨對焊縫進行清根時，吹洗過程中會產生大量的細渣及煙塵，污染車間環境，對人體造成較大的危害，因此必須采取有效的除塵和通風裝置，改善作業環境。

2 除塵系統的應用

2.1 筒節碳弧氣刨除塵系統

碳弧氣刨吹出的物質俗稱為渣，主要是氧化鐵和碳化鐵等化合物，有時會粘在刨槽的兩側而形成粘渣，一般利用較大壓力的壓縮空氣可將粘渣吹散到空氣中。

在鍋筒筒節縱縫外側焊接前需采用碳弧氣刨進行清根，由于在吹洗中會產生大量的氧化鐵及煙塵污染車間的環境并對人體造成危害，因此公司外購了一套濾筒除塵器系統用于治理碳弧氣刨吹洗過程中產生的煙塵和粉塵，該系統適用于鍋筒筒節直徑范圍為700～3200mm，筒節最大長度2800mm，碳弧氣刨操作高度約600～1200mm，針對碳弧氣刨產生的粉塵和煙塵則采用頂吸式除塵系統。該除塵系統包括濾筒煙塵除塵器、吸氣臂和延伸臂、其他配套設備等。

2.2 濾筒除塵器

設備外形結構如圖1所示。

（1）濾筒除塵器工作原理

濾筒除塵器是整個除塵系統的核心設備，采用干式粉塵凈化濾筒煙塵除塵器，其工作原理為：含塵氣流通過吸氣口進入主機，撞擊在入口處的導流板上，被減速的同時改變流向，形成一個下沉氣流，大的粉塵顆粒落入集灰器。含塵氣體在風機抽吸作用下經濾筒過濾，粉塵顆粒被分離出來，附著在濾筒表面形成塵餅。通過濾筒內置反吹機構實現壓縮空氣脈沖反吹，使粉塵落入集灰斗。過濾后的潔凈空氣從排風口排出，可直接排放到室外，也可在車間循環。

（2）濾筒除塵器的組成

濾筒除塵器的核心部件為采用PTEE聚酯覆膜濾料制成的高效濾筒，相對于普通濾筒除了過濾精度的提升，還能承受較高的過濾速度，提高工作效率，增強了清灰效果，延長使用壽命。

除塵器還配備了PLC自動脈沖噴吹清灰裝置：運行一段時間以后，細微的煙塵吸附在濾材表面，使得濾材的透氣性降低。當系統壓差超過某一設定值時，壓差傳感器輸出的壓差信號將激發脈沖發生器，脈沖發生器啟動脈沖噴吹閥，潔凈的壓縮空氣由閥門噴出，引射氣流對濾筒進行脈沖反吹；濾材表面吸附的微塵在氣流作用下從濾筒覆膜表面脫落，落入下部的粉塵收集器中。由于過濾精度高，過濾后的空氣粉塵含量遠遠低于國家排放標準，可直接通過系統出風口在室外排放，也可以使凈化后的空氣直接室內循環。

2.3 吸氣臂和延伸臂

考慮到鍋筒長度一般都比較長，碳弧氣刨的工作范圍比較大，因此在除塵系統的柔性吸氣臂上增加了延伸臂，有效增大了1.5～4.5米的工作半徑，解決了因工作位置距離太遠需要懸臂來安裝吸氣臂的問題。

2.4 其他配套設備

碳弧氣刨會產生大量火花，火花會燒穿布袋或出現火災隱患，所以除塵系統配備了火花捕捉器，火花一旦進入管道就將其過濾掉，消除火花對除塵系統的危害；除塵系統動力通風機設有隔音箱，出風口位置設有消聲設施，使得設備運行的噪音控制在標準范圍內；除塵器的過濾筒采用豎裝，更有利于脈沖清灰，不僅使含塵氣流過濾順暢而且降低了除塵器阻力，降低了運行及維護成本；為了保證良好的吸塵效果，除塵凈化器的處理風量超過6000m3/h，頂吸罩口尺寸均不小于長0.6m×寬0.4m。

3 除塵系統的改進

在實際應用中，由于車間范圍大，粉塵、煙塵流動方向的不確定性，我們發現頂吸式除塵治理方案實施效果并不理想，尤其是氧化鐵粘渣四處飛濺，給現場清理帶來困難；同時吸氣臂和延伸臂中間彎頭多，削弱了其吸收效果。為了改善操作環境，我們在上述除塵系統的基礎上進行了探索和改進，自行研發了擋灰屏風、單側吸灰罩、滾輪架水槽等多種除塵裝置，與除塵系統配合使用后效果頗佳。

3.1 擋灰屏風

生產中，頂吸式除塵方案對挑縫時的焊縫上部吸塵效果明顯，但兩側氧化渣飛濺較多，為此我們研發了擋灰屏風。

擋灰屏風采用槽鋼等型材制作框架，三面圍合。連接面板上覆蓋硅酸鋁針刺毯，毯質輕軟且不易松散，具有耐高溫性能，采用不銹鋼壓條固定。表層加焊鋼絲網，屏風下部設置水箱，可用于屏風上下落灰塵的吸附。部分大顆粒粉塵撞擊鋼絲網后下落至水箱中，小顆粒粉塵既可被硅酸鋁針刺毯吸附，也可滑落入水箱。擋灰屏風外形尺寸為長4.1米×寬3米，厚度0.4米，在筒節縱縫挑縫時可有效地擋住粉末的飛濺，在生產現場可放置在固定場所。擋灰屏風也存在不少缺點：空間占地大，生產運輸、物品放置存有諸多不便，且大顆粒粘渣觸碰鋼絲網有部分反彈，煙塵吸附效果不佳等。

3.2 單側吸灰罩

為了減小擋灰屏風的占地面積，更加快捷地應用于生產，自行研發了單側吸灰罩，外形結構如圖2所示。采用模塊式設計，可根據筒節大小、場地要求靈活組合，滿足不同的需要。

安裝時采用一側機械通風，同側方向采用側吸式吸灰罩，即依靠軸流式風機產生的換氣壓力來吸煙、除塵。吸灰罩外形尺寸為長2.1米×寬2米，采用內凹式結構，粉塵可在外力氣流作用下匯入折板表面脫落，部分進入風機導入方圓接管后煙罩，部分沿折板下側落地收集。為確保安全，在軸流式風機前側安裝鋼絲網罩體。在角鋼圈頂端可加設一排噴霧狀水流，使粉塵煙塵在進入吸灰罩時，大顆粒粉塵可依靠自重先行掉落，使粉塵通過風機時氣流順暢，降低葉片阻力。

單側吸灰罩為獨立吸塵系統，直接放置在車間內，占地面積小，可隨碳弧氣刨設備位置的移動靈活安裝，安裝時需確保地面平整、各部位連接牢固。吸灰罩裝置操作簡單，煙塵清理方便快捷，操作人員只需控制電源總開關即可。

3.3 滾輪架水槽

鍋筒筒體一般比較長，由多個筒節組成，筒節之間用環縫連接。當氣刨環縫時，可對放置筒體的滾輪架四周設置長方形水槽箱，規格長×寬×高為：10米×2.8米×0.25米，有利于粉末的下落收集，改善作業環境，其方法簡單可行。

3.4 多種除塵裝置組合

結合濾筒除塵器、擋灰屏風、單側吸灰罩等除塵裝置的不同特點，我們對碳弧氣刨除塵采用組合式除塵方案。鍋筒筒節橫向放置在挑縫區域，挑縫操作方向由北往南，頂部采用濾筒除塵器頂吸式除塵方案，采用活動臂軟管連接，由主機導出兩條吸塵通道，僅布置兩個彎頭，同時加大螺紋導管直徑，增強頂吸功效；筒節北側通道旁布置擋灰屏風，南側布置單側吸灰罩，并借助機械通風，使粉塵向南側匯集；根據擋灰效果及生產現場要求，在東西方向也可增放單側吸灰罩。通過多種除塵裝置的合理組合，使車間的各項排放指標都能達到職業衛生檢測標準。

4 結束語

鍋爐制造中，金屬的打磨和拋光、焊接、切割等都會產生大量的固體顆粒物以及各類煙塵、粉塵，而各類專業凈化器也已得到廣泛應用，不斷改善著車間的操作環境，創新研發或合理選擇空氣凈化設備對每個企業來說都是非常重要的。

參考文獻

[1]王美均，施金銅，陳全.淺談除塵裝置在鍋爐生產中的應用[J].特種設備安全技術，2016，6.