复杂环境工况下废气粉尘综合治理系统研究

张新锦

(中国铁路昆明局集团有限公司，云南 昆明 650011)

1 概述

铁路机车车辆检维修作业是铁路安全运营管理中的重要内容，机车车辆检修工人职业健康的防护，对于保障铁路职工健康，以及机车车辆运行的安全、可靠具有重要意义[1-2]。近年来，借鉴其他行业的技术，铁路除尘及废气净化研究逐渐得到开展和应用[3-9]。

根据现场实际，结合采用消化、吸收、再创新，第一、第二流水线采用集中式烟雾废气静电除尘装置处理车间的焊接烟雾和废气，第三、第四流水线采用集中式烟雾粉尘滤筒除尘装置处理车间的焊接烟雾及打磨粉尘。

2 集中式烟雾废气静电除尘

2.1 静电除尘

(1)静电除尘基本结构。静电除尘器由阳极系统、阴极系统、阴阳极振打装置、保温箱、气体均布装置、壳体、灰斗及排输灰装置等组成。阳极系统由极板排、振打砧及防摆装置构成。阴极系统由阴极框架、阴极砧梁、阴极吊挂系统、防摆装置等组成。

(2)静电除尘基本原理。静电烟尘净化根据高压电离和静电吸附原理，通过高压直流不均匀电场使空气电离并荷电粉尘颗粒后使之沉积于集尘装置之上，然后将洁净空气排出并采取相应措施对尘粒进行回收处理。静电除尘的过程是复杂的物理过程，涉及应用物理、机械、电子、流体力学等多个领域。简单概括为以下4个过程：气体电离、尘粒荷电、荷电尘粒从烟气中分离、 整打清灰。

2.2 昆北车辆段集中式烟雾废气静电除尘

2.2.1 工艺流程

烟雾废气等污染物在风机负压状态下通过吸尘罩收集，经过管道输送，进入净化处理系统，通过风机后从烟囱出口达标排放。集中式烟雾废气静电除尘工艺流程如图1所示，治理平面布置如图2所示。

图1 烟雾废气静电除尘工艺流程

图2 烟雾废气静电除尘工艺与治理平面布置图

2.2.2 基本原理

张满春是要下决心全力营救沈小小的。他突然想起柴房的檐下有一个碗口大的马蜂窝。他乘人不备偷偷溜到了柴房，爬上了房顶抓了好几只大马蜂。随后又搭上了一根木头，顺着这根木头他就爬上了二楼，溜进了沈小小的闺房。

静电除尘采用高压静电将气体中的烟尘进行分离，用于处理大风量的高低温烟气，适用于捕集电阻率在1×104～5×1010Ω·cm范围内的粉尘，净化效率达99.5%。工作时含尘气体从净化器的入风口进入，通过一个足以使气体电离的静电场，产生大量的正负离子和电子并使粉尘荷电，荷电粉尘在电场力作用下向集尘极运动并在集尘板上沉积，从而达到粉尘和气体分离的目的。集中式烟雾废气静电除尘基本原理如图3所示。

图3 集中式烟雾废气静电除尘基本原理

由图3可知，具体除尘如下： ①吸入污染的空气；②前置过滤器过滤吸入空气中的大型颗粒，通过稳定风速过滤大型颗粒而提高整体净化效率；③放电极使粒子带有阴性电极，提供静电场；④集尘板运用同极相斥、异极相吸的原理，使带电的粒子吸附在集尘板的极板上；⑤活性炭滤网(油性可选)去除最后的剩余物质及异味；⑥排出净化后的洁净空气，含粉尘气体在离心风机的作用下，通过吸风口经输送管道收集后进入收集净化器中。

2.2.3 系统构成

(1)构成。集中式烟雾废气静电除尘装置主要由鲍尔环、前滤、精滤、放电极、集尘板、活性碳箱(油性介质选用)、接触弹簧等组成，如图4所示。

(2)控制。集中式烟雾废气静电除尘装置采用PLC控制、显示屏、变频器等控制系统，各污染物进入口装有风量控制阀和风压传感器，通过PLC控制器对各路风压和风量进行控制，保证各路风压恒定(±5%)；同时，根据风机开启量自动调节电机频率以节约能源。集中式烟雾废气静电除尘装置PLC控制系统如图5所示。

1入风口；2鲍尔环；3前滤；4精滤；5放电极；6集尘板；7活性炭箱；8出风口；9接接触弹簧图4 集中式烟雾废气静电除尘系统构成

图5 集中式烟雾废气静电除尘装置PLC控制系统

(3)管道。主管道风管采用201不锈钢风管，布置在车间1号流水线侧沿墙铺设，离地3.8 m处；主管道用吸音棉包裹以降低管道内部气流产生的噪声；主管道风管装有压力传感器传输各路风压值至主机控制系统。14路分支管路为直径200 mm的管道并与吸尘罩连接，吸尘罩同时用钢丝绳与行车梁底部连接固定，每支路安装有手动、电动一体式风阀控制各路风量。

(4)风机。根据负荷要求调节风机使用频率，配备37 kW风机，风机与设备主体之间采用软连接，风机配有减震设施。

(5)万向柔性臂。万向柔性臂由SS304不锈钢骨架、防阻燃和耐高温材料等组成，吸气罩口可以随柔性臂360度旋转，使用须方便灵活。无论操作者位于柔性臂的任何方位，都能将吸气罩放置到最佳位置。

通过集中式烟雾废气静电除尘装置，烟雾废气由吸尘罩通过各管道进入通风管道内，分别进入上下除尘室，通过鲍尔环将风分配均匀后，经过过滤装置进入静电环境内，由于腔内的高压放电形成电场，将烟雾吸附净化，后通过活性炭吸附异味气体，经过2级的净化处理后气体由风机引向烟囱高空排放，装置净化效率达85%～96%。

3 集中式烟雾粉尘滤筒除尘

3.1 滤筒除尘

(1)基本结构。滤筒除尘主要有3个部分，即箱体、滤筒、清灰系统。箱体是整个除尘器的外壳，包括气箱和灰斗，气箱主要提供所需的除尘空间，有利于流场的合理分布；灰斗则是收集过滤下来的物料。滤筒是由外层、内层和中间层构成，内层和外层均为金属网(或硬质塑料网)，中间为褶型滤料。

(2)基本原理。滤筒除尘的工作原理是含尘气体通过除尘罩、风管及进风口被吸入箱体内，当气流断面突然扩大及气流分布的共同影响下，气流中的一部分颗粒粒径较大的粉尘会在重力和惯性力作用下，不经滤筒而直接降落到灰斗内；粒度细、密度小的粉尘随气流进入滤筒后，在布朗扩散和筛滤等组合效应的影响下，被滤料阻挡在滤筒外，在风机的作用下，洁净气体由出风管排出。

3.2 昆北车辆段集中式烟雾粉尘滤筒除尘

3.2.1 工艺流程

烟雾粉尘等污染物在风机负压状态下通过吸尘罩收集，经过管道输送，进入净化处理系统，通过风机后从烟囱出口达标排放(见图6)。

图6 集中式烟雾粉尘滤筒除尘装置示意图

图7 集中式烟雾粉尘滤筒除尘装置PLC控制系统

3.2.2 基本原理

颗粒污染物实现气溶胶两项分离，将粉尘阻隔在过滤器外表面，净化后的气体经静压箱通过离心通风机排出，由于污染物颗粒与载气分子大小悬殊，作用在其上的外力差异实现气固或气液分离，从而达到收集净化的目的。同时，脉冲反向喷吹定期使之在自洁过滤器内低风阻下运行。

3.2.3 系统构成

(1)控制。设备采用PLC控制、显示屏、变频器等控制系统，各污染物进入口装有风量控制阀和风压传感器，通过PLC控制器对各路风压和风量进行控制，保证各路风压恒定(±5%)，同时根据客户使用数量的改变，根据风机开启量自动调节电机频率。集中式烟雾粉尘滤筒除尘装置PLC控制系统如图7所示。

(2)传感器。在各污染物入口处装有风量控制阀和风压传感器，通过PLC控制器对各路风压和风量进行控制。

(3)风管。主管道风管采用圆形201不锈钢风管，布置在车间4号流水线侧沿立柱铺设，主管道由设备处分支向两边分布，离地4.3 m处，6路分支管路为直径200 mm的万向柔性臂，各管路采用吸音棉包裹以降低管道的流体声。

(4)万向柔性臂。万向柔性臂由SS304不锈钢骨架、防阻燃和耐高温材料等组成，表面光滑无棱角，悬挂系统采用万向吸尘臂结构，管内全不锈钢。

通过集中式烟雾粉尘滤筒除尘装置，含尘气体由吸尘口进入吸尘管道，经吸尘管道进入除尘器进风口，进风口位于灰斗上部，气体中部分大颗粒粉尘受惯性力和重力作用被分离出来，直接落入灰斗底部。含尘气体通过灰斗后进入中部箱体的滤筒过滤区，气体穿过滤筒，粉尘被阻留在滤筒外表面，净化后的气体经滤筒腔进入上箱体后，再由出风口排出，装置净化效率达85%～96%。

4 烟尘检测效果

经过前述治理措施后，对比粉尘治理前后效果进行和t检验，进行分析。检测数据如表1所示。

从表1可知，电焊岗位1的电焊烟尘，在治理前平均浓度为4.39 mg/m3，最高浓度为6.35 mg/m3，已超过国家标准限值(4 mg/m3)，治理后的平均浓度为0.58 mg/m3，最高浓度为1.25 mg/m3，符合国家标准限值，平均浓度下降86.8%，治理效果明显。

表1 烟尘检测数据表

电焊岗位2的电焊烟尘，在治理前平均浓度为5.09 mg/m3，最高浓度为6.90 mg/m3，已超过国家标准限值(4 mg/m3)，治理后的平均浓度为0.60 mg/m3，最高浓度为1.06 mg/m3，符合国家标准限值，平均浓度下降88.2%，治理效果明显。

手持打磨岗位粉尘，在治理前平均浓度为10.01 mg/m3，最高浓度为14.96 mg/m3，已超过国家标准限值(8 mg/m3)，治理后的平均浓度为2.0 mg/m3，最高浓度为3.68 mg/m3，符合国家标准限值，平均浓度下降80.0%，治理效果明显。

在线抛丸吹灰岗位、钩缓除锈岗位粉尘虽未超过国家职业卫生标准(8 mg/m3)，但治理后平均浓度分别下降75.3%和83.4%，治理效果明显。

5 结束语

废气粉尘综合治理系统投用以来，与钩缓车间各条流水线配合较好，能够满足固定工位的污染治理，具备了对厂房内移动叉车设备尾气治理的效果。系统降低了现场焊接烟雾、粉尘污染，改善作业环境，确保作业人员的身心健康。装置操作简单、使用方便，性能可靠，使用成本较低，具有较好的推广使用前景。