浅谈除尘装置在碳弧气刨中的应用

朱永荣

摘 要：文章结合锅炉生产中碳弧气刨清根时产生大量干式粉尘的情况，介绍了顶吸式除尘系统的优缺点，同时针对粉尘、烟尘流动方向的不确定性，自行研发了挡渣屏风、单侧吸灰罩及滚轮架水槽等装置，通过多种除尘装置的灵活组合，有效地改善了操作工的作业环境，达到高效、环保的目的。

关键词：除尘系统；滤筒除尘器；挡渣屏风；单侧吸灰罩；滚轮架水槽

1 概述

碳弧气刨，是利用石墨棒或碳棒与工件间产生的热电弧将金属熔化，同时用压缩空气将这些熔化金属吹掉，从而在金属上刨削出沟槽的一种热加工工艺。在焊接生产中，主要用来刨槽、清除焊缝缺陷和背面清根。碳弧气刨有以下特点：（1）清除焊缝缺陷时，在电弧下可清楚地观察到缺陷的形状和深度；（2）灵活性大，可进行全方位操作；（3）加工工艺方便可行；（4）其缺点是生产现场会产生大量的烟雾、粉尘污染和弧光辐射。锅炉制造过程中采用碳弧气刨对焊缝进行清根时，吹洗过程中会产生大量的细渣及烟尘，污染车间环境，对人体造成较大的危害，因此必须采取有效的除尘和通风装置，改善作业环境。

2 除尘系统的应用

2.1 筒节碳弧气刨除尘系统

碳弧气刨吹出的物质俗称为渣，主要是氧化铁和碳化铁等化合物，有时会粘在刨槽的两侧而形成粘渣，一般利用较大压力的压缩空气可将粘渣吹散到空气中。

在锅筒筒节纵缝外侧焊接前需采用碳弧气刨进行清根，由于在吹洗中会产生大量的氧化铁及烟尘污染车间的环境并对人体造成危害，因此公司外购了一套滤筒除尘器系统用于治理碳弧气刨吹洗过程中产生的烟尘和粉尘，该系统适用于锅筒筒节直径范围为700～3200mm，筒节最大长度2800mm，碳弧气刨操作高度约600～1200mm，针对碳弧气刨产生的粉尘和烟尘则采用顶吸式除尘系统。该除尘系统包括滤筒烟尘除尘器、吸气臂和延伸臂、其他配套设备等。

2.2 滤筒除尘器

设备外形结构如图1所示。

（1）濾筒除尘器工作原理

滤筒除尘器是整个除尘系统的核心设备，采用干式粉尘净化滤筒烟尘除尘器，其工作原理为：含尘气流通过吸气口进入主机，撞击在入口处的导流板上，被减速的同时改变流向，形成一个下沉气流，大的粉尘颗粒落入集灰器。含尘气体在风机抽吸作用下经滤筒过滤，粉尘颗粒被分离出来，附着在滤筒表面形成尘饼。通过滤筒内置反吹机构实现压缩空气脉冲反吹，使粉尘落入集灰斗。过滤后的洁净空气从排风口排出，可直接排放到室外，也可在车间循环。

（2）滤筒除尘器的组成

滤筒除尘器的核心部件为采用PTEE聚酯覆膜滤料制成的高效滤筒，相对于普通滤筒除了过滤精度的提升，还能承受较高的过滤速度，提高工作效率，增强了清灰效果，延长使用寿命。

除尘器还配备了PLC自动脉冲喷吹清灰装置：运行一段时间以后，细微的烟尘吸附在滤材表面，使得滤材的透气性降低。当系统压差超过某一设定值时，压差传感器输出的压差信号将激发脉冲发生器，脉冲发生器启动脉冲喷吹阀，洁净的压缩空气由阀门喷出，引射气流对滤筒进行脉冲反吹；滤材表面吸附的微尘在气流作用下从滤筒覆膜表面脱落，落入下部的粉尘收集器中。由于过滤精度高，过滤后的空气粉尘含量远远低于国家排放标准，可直接通过系统出风口在室外排放，也可以使净化后的空气直接室内循环。

2.3 吸气臂和延伸臂

考虑到锅筒长度一般都比较长，碳弧气刨的工作范围比较大，因此在除尘系统的柔性吸气臂上增加了延伸臂，有效增大了1.5～4.5米的工作半径，解决了因工作位置距离太远需要悬臂来安装吸气臂的问题。

2.4 其他配套设备

碳弧气刨会产生大量火花，火花会烧穿布袋或出现火灾隐患，所以除尘系统配备了火花捕捉器，火花一旦进入管道就将其过滤掉，消除火花对除尘系统的危害；除尘系统动力通风机设有隔音箱，出风口位置设有消声设施，使得设备运行的噪音控制在标准范围内；除尘器的过滤筒采用竖装，更有利于脉冲清灰，不仅使含尘气流过滤顺畅而且降低了除尘器阻力，降低了运行及维护成本；为了保证良好的吸尘效果，除尘净化器的处理风量超过6000m3/h，顶吸罩口尺寸均不小于长0.6m×宽0.4m。

3 除尘系统的改进

在实际应用中，由于车间范围大，粉尘、烟尘流动方向的不确定性，我们发现顶吸式除尘治理方案实施效果并不理想，尤其是氧化铁粘渣四处飞溅，给现场清理带来困难；同时吸气臂和延伸臂中间弯头多，削弱了其吸收效果。为了改善操作环境，我们在上述除尘系统的基础上进行了探索和改进，自行研发了挡灰屏风、单侧吸灰罩、滚轮架水槽等多种除尘装置，与除尘系统配合使用后效果颇佳。

3.1 挡灰屏风

生产中，顶吸式除尘方案对挑缝时的焊缝上部吸尘效果明显，但两侧氧化渣飞溅较多，为此我们研发了挡灰屏风。

挡灰屏风采用槽钢等型材制作框架，三面围合。连接面板上覆盖硅酸铝针刺毯，毯质轻软且不易松散，具有耐高温性能，采用不锈钢压条固定。表层加焊钢丝网，屏风下部设置水箱，可用于屏风上下落灰尘的吸附。部分大颗粒粉尘撞击钢丝网后下落至水箱中，小颗粒粉尘既可被硅酸铝针刺毯吸附，也可滑落入水箱。挡灰屏风外形尺寸为长4.1米×宽3米，厚度0.4米，在筒节纵缝挑缝时可有效地挡住粉末的飞溅，在生产现场可放置在固定场所。挡灰屏风也存在不少缺点：空间占地大，生产运输、物品放置存有诸多不便，且大颗粒粘渣触碰钢丝网有部分反弹，烟尘吸附效果不佳等。

3.2 单侧吸灰罩

为了减小挡灰屏风的占地面积，更加快捷地应用于生产，自行研发了单侧吸灰罩，外形结构如图2所示。采用模块式设计，可根据筒节大小、场地要求灵活组合，满足不同的需要。

安装时采用一侧机械通风，同侧方向采用侧吸式吸灰罩，即依靠轴流式风机产生的换气压力来吸烟、除尘。吸灰罩外形尺寸为长2.1米×宽2米，采用内凹式结构，粉尘可在外力气流作用下汇入折板表面脱落，部分进入风机导入方圆接管后烟罩，部分沿折板下侧落地收集。为确保安全，在轴流式风机前侧安装钢丝网罩体。在角钢圈顶端可加设一排喷雾状水流，使粉尘烟尘在进入吸灰罩时，大颗粒粉尘可依靠自重先行掉落，使粉尘通过风机时气流顺畅，降低叶片阻力。

单侧吸灰罩为独立吸尘系统，直接放置在车间内，占地面积小，可随碳弧气刨设备位置的移动灵活安装，安装时需确保地面平整、各部位连接牢固。吸灰罩装置操作简单，烟尘清理方便快捷，操作人员只需控制电源总开关即可。

3.3 滚轮架水槽

锅筒筒体一般比较长，由多个筒节组成，筒节之间用环缝连接。当气刨环缝时，可对放置筒体的滚轮架四周设置长方形水槽箱，规格长×宽×高为：10米×2.8米×0.25米，有利于粉末的下落收集，改善作业环境，其方法简单可行。

3.4 多种除尘装置组合

结合滤筒除尘器、挡灰屏风、单侧吸灰罩等除尘装置的不同特点，我们对碳弧气刨除尘采用组合式除尘方案。锅筒筒节横向放置在挑缝区域，挑缝操作方向由北往南，顶部采用滤筒除尘器顶吸式除尘方案，采用活动臂软管连接，由主机导出两条吸尘通道，仅布置两个弯头，同时加大螺纹导管直径，增强顶吸功效；筒节北侧通道旁布置挡灰屏风，南侧布置单侧吸灰罩，并借助机械通风，使粉尘向南侧汇集；根据挡灰效果及生产现场要求，在东西方向也可增放单侧吸灰罩。通过多种除尘装置的合理组合，使车间的各项排放指标都能达到职业卫生检测标准。

4 结束语

锅炉制造中，金属的打磨和抛光、焊接、切割等都会产生大量的固体颗粒物以及各类烟尘、粉尘，而各类专业净化器也已得到广泛应用，不断改善着车间的操作环境，创新研发或合理选择空气净化设备对每个企业来说都是非常重要的。

参考文献

[1]王美均，施金铜，陈全.浅谈除尘装置在锅炉生产中的应用[J].特种设备安全技术，2016，6.