机械工厂等离子喷涂粉尘净化处理

张亚甜 张雷 张旸 闫旌 何杰

（首都航天机械公司 北京100076）

1 概况

1.1 等离子喷涂概念

等离子喷涂是热喷涂技术中应用广泛的一项工艺技术，该技术是通过等离子弧焰流将金属或非金属粉末加热成熔化或半熔化状态，同时高速喷射并沉积到预处理后的工件表面上，形成一种具有特殊性能的涂层[1]。等离子涂层光滑平整，操作过程中可精确控制厚度。该技术应用范围十分广泛，应用领域包括航空、船舶和部分机械加工等行业[2、3]。

1.2 等离子喷涂粉尘的产生和危害

等离子喷涂喷出的粉粒速度可达180m/s～600m/s，其中有大量的粉尘会逸散在操作环境中，形成的粉尘具有温度高、颗粒细等特点[1]。喷涂材料一般选用氧化锆粉、钨粉等陶瓷粉末，对人体有致纤维化、致敏等作用，特别是粒径小于5μm的粉尘对人体机体危害更大，因此，喷涂过程中产生的粉尘收集处理不当，将危害操作者身体健康，污染大气环境。

1.3 等离子喷涂工作现状

目前，喷涂工房内有两个喷涂工位，分别用于大工件和小零件的等离子喷涂工作。现场安装有两套布袋净化装置，处理风量分别为4500m3/h和3000m3/h，由于设计风量偏低及布袋损坏严重，致使操作现场粉尘弥漫。

2 粉尘净化处理方案

无机性金属类粉尘常用的净化处理方法主要有机械除尘法、过滤式除尘法和洗涤除尘法等[4]。机械除尘器宜用于处理密度较大、颗粒粒径大于50μm的粉尘，通常作为高效除尘器的预除尘；过滤式除尘法宜用于处理风量大和浓度波动较大的含尘气体，对粒径0.1μm～0.5μm尘粒的除尘效率在90%左右，对粒径1μm以上尘粒的除尘效率达99%以上；湿式除尘法适用于捕集粒径1μm以上的亲水性尘粒，除尘效率高，但能耗高，会产生二次污染。

根据等离子喷涂产生粉尘粒径小且温度高的特点，两个喷涂工位分别配置净化处理系统，喷涂粉尘经粉尘收集柜收集后先通过旋风除尘器进行预处理，再进入脉冲喷吹滤筒除尘器进行二级处理。两套等离子喷涂除尘净化系统设计方案如图1所示。

2.1 粉尘收集柜的设计

大工件由于形状复杂需要上下调整喷枪位置，故设置1套喷涂工作台，将工件放置在工作台上进行作业。喷涂时产生的粉尘采用移动式工作柜收集，可根据工件大小，移动工作柜与工作台的相对位置，使工件距工作柜上吸风口的距离尽可能小，提高粉尘的收集效率；移动式工作柜立面吸风口做0.5m短管，用波纹软管与排风主管道连接，工作柜立面吸风口直径300mm，断面设计风速为0.8m/s,移动式工作柜采用3mm厚钢板制作，柜体尺寸为2300mm×1500mm×1800mm。改造原有小工件工位的固定密闭式粉尘收集工作柜,用于零件喷涂时粉尘的收集，断面设计风速为0.5m/s，柜体尺寸为1500mm×1200mm×1400mm。柜体均经除锈处理后表面刷防锈漆和调和漆。

图1 等离子喷涂除尘系统

2.2 风机和风管的设计

根据工作柜吸风口断面风速，确定废气风量。其中大工件喷涂选用一台4-72-6C型号风机,风量14000m3/h，排气筒直径600mm；零件喷涂选用一台CCFJ-1型号风机,风量4500m3/h；排气筒直径450mm、排气筒高度15m,风管采用5mm厚钢板，表面刷调和漆。

2.3 净化处理单元的设计

对于细小颗粒除尘效果的好坏取决于除尘工艺和过滤材料的选择，根据等离子喷涂粉尘的特点，本设计采用旋风除尘+滤芯除尘两级净化处理工艺。滤芯清灰采用压缩空气脉冲反吹方式，除尘器单元体各滤芯相对应的外表面各装置压缩空气脉冲器，脉冲器定时对除尘器单元体内各滤芯表面进行脉冲清灰。

滤芯材质的选择是设计滤芯除尘器的关键[5]。本设计采用膜覆合聚酯滤筒。膜覆合聚酯滤筒是选用PTFE树脂作原料，采用特殊工艺制成的具有立体网状结构的微孔膜，具有空隙率高、耐高温、摩擦系数低、不粘性好以及表面不易被粉尘颗粒撕拉和磨损刮伤等特点；同规格尺寸滤筒的过滤面积为布袋滤筒的5倍以上；滤筒滤料内外侧安装保护网，采用自动螺旋铸胶机打胶固定技术安装固定，保证滤筒的处理风量和过滤面积均匀，同时便于电磁脉冲阀反吹清灰；滤筒的安装采用横插斜放安装方式，便于安装拆卸；滤筒与滑板连接处采用低硬度高强度的发泡密封胶圈密封，避免粉尘泄露，保证除尘净化效率；两套净化处理系统分别选用6根350mm×1230mm膜覆合聚酯滤筒，过滤速度4～5m/min；滤筒除尘器外形尺寸2100mm×1500mm×4500mm。电控系统中设计了短路保护、超载保护等功能及可靠的设备接地保护系统。

3 运行效果分析

改造前的颗粒物排放浓度在600mg/m3左右，而改造后的除尘净化系统颗粒物排放浓度均为2mg/m3～3.5mg/m3，除尘率达到99%以上，车间室内操作环境也得到明显改善,且两个离子喷涂工位粉尘排放浓度均远远小于《大气污染物综合排放标准》（DB11/501-2007）中的排放限值（30mg/m3）。

4 结语

本工程集粉尘收集、粉尘净化处理为一体，具有处理系统布置紧凑、设备占地面积小、系统运行稳定、清灰与设备维护方便等特点，工程实施后，大大改善了职工操作环境，实现了粉尘的达标排放。

[1]姚培,何谋海.等离子喷涂技术发展现状及应用[J].工程技术，2013，10：324.

[2]郑学斌,谢有桃.热喷涂生物陶瓷涂层的研究进展[J].无机材料学报，2013，01：12-20.

[3]马建龙,李国禄,王海斗.等离子喷涂纳米Al2O3-TiO2[J].材料导报A：综述篇，2013,27（5）：137-141.

[4]郝吉明,马广大.大气污染控制工程[M].高等教育出版社,2002,8.

[5]张一帜,陈海焱,覃金珠.滤筒除尘器及应用现状[J].能源与环境,2009,5：47-49.