环保除尘设备的发展及应用实践

环保除尘设备的发展及应用实践朱志允;赵文超;伊晓波;吴旭敏;刘超【摘要】通过简述铅酸蓄电池生产过程中使用的环保除尘设备的发展历程,详细对比环保除尘设备的工艺处理方式，提出如何寻求高效的环保除尘器，以及如何对环保除尘器进行选型.通过采用高效除尘器、车间岗位微负压、员工操作岗位送新风及车间作业区集中真空清扫系统等，可使铅酸蓄电池生产企业达到生产现场职业卫生防护要求和国家环保规定的各项运行指标.【期刊名称】《蓄电池》【年(卷)，期】2017(054)004【总页数】6页(P195-200)【关键词】铅酸蓄电池;环保;除尘器;风量;微负压;集中真空清扫【作者】朱志允;赵文超;伊晓波;吴旭敏;刘超【作者单位】超威电源有限公司，浙江长兴313100;超威电源有限公司，浙江长兴313100;沈阳蓄电池研究所，辽宁沈阳110178;江苏二环环保科技有限公司，江苏宜兴214242;超威电源有限公司，浙江长兴313100【正文语种】中文【中图分类】TM912.1铅酸蓄电池的制造是一种铅的深加工过程，生产过程中产生的铅尘、铅烟污染物必需经过有效地处置才能保证对环境的污染降低到最低程度。近年来，随着中国绿色经济发展战略的不断深化，铅酸蓄电池行业对环境保护的思想理念和认识程度在不断地提高，如何有效控制铅酸蓄电池生产过程中产生的铅烟、铅尘等含铅废物,降低企业环境成本和环境风险，实现铅酸蓄电池行业可持续地健康发展，成为业内人士所共同关注的课题。铅酸蓄电池生产过程中铅尘、铅烟的处置是一个系统工程，除尘设备的种类、除尘效率和稳定性以及车间相关辅助设施的合理配备都是保证铅尘、铅烟的处置系统有效性的重要组成部分。在铅酸蓄电池生产过程中使用的环保除尘设备主要有3类：铅烟净化器、铅尘除尘器、和膏专用湿式除尘器。1.1铅烟净化器铅烟净化器主要适用于极板铸板工序、组装铸焊焊接工序和铅零件铸造工位所产生的含铅烟气。这类除尘设备历经了3代：第1代铅烟净化器为PVC或PP塑料焊接制成的水膜除尘器。其结构简单，主要通过喷淋水来处理烟气。由于处理效率低，容易着火导致设备毁损，这一代铅烟净化器被淘汰了。第2代铅烟净化器是外壳为铁加工而成的水膜原理除尘器。其原理是利用水或含碱液体与含尘气体的反应来去除含铅烟气。当含铅尘粒经过塔内水雾喷淋与水膜或湿润的器壁相遇，经过多级条缝吸收、焦炭吸附、旋流导向分离后，烟气中的尘粒与洁净的空气就被分开了。由于处理效力不够高，现在这一代铅烟净化器也被淘汰了。第3代铅烟净化器为外卜壳由铁制的干式除尘器。目前应用时，主要采用阻火器+滤筒除尘器+高效过滤器的方式。由于其过滤效率高，得到了行业的认可。1.2铅尘除尘器铅尘除尘器主要适用于锯片、磨片、刷片、滚剪、称片、包片、入槽等工序产生的含颗粒铅尘烟气。这类除尘设备历经了6代：第1代除尘器为旋风除尘器，由进气管、排气管、圆筒体、圆锥体和灰斗组成［2］。由于结构简单，旋风除尘器易于制造、安装和维护管理，而且其设备投资和操作费用都比较低。由于过滤效率极低，旋风除尘器遭到淘汰［2］，但是后来又经常被用作除尘工序的预处理装置。通过旋风除尘器，可以去除掉大部分的大颗粒粉尘。旋风除尘器的工作原理见图1和图2。第2代除尘器为机械振打式除尘器。当含尘气体通过除尘器内部的滤袋时，除尘器通过机械振动，使粉尘从布袋上掉落而被收集［2］。机械振打式除尘器被淘汰的原因是清灰不干净，自动化程度低。机械振打式除尘器的结构见图3和图4。第3代除尘器为扁布袋除尘器。含尘气体切向进入上部机体时，大颗粒在高速离心力的作用下沿壁脱落，而细小的颗粒则被滤袋过滤捕捉［2］。当布袋除尘器滤袋过滤的阻力增大到布袋压力上限的时候，电气控制系统发出指令信号，启动反吹风机及反吹风旋臂传动机构对布袋逐个进行反吹动作，布滤袋因膨胀变形引起整体震动，从而使得除尘器滤袋表面的粉尘掉入除尘器下方集灰斗。由于其构造原因扁布袋除尘器的体积较大，因此超过30km/h的扁布袋除尘器不适合现代交通工具道路的运输，从而逐渐被淘汰。第4代除尘器为脉冲布袋除尘器及滤筒除尘器。脉冲布袋（滤筒）除尘器原理是，当含尘气体进入布袋（滤筒）除尘器后，在滤粉尘在通过滤布（滤筒）纤维时因惯性与滤袋纤维碰撞而被阻拦。按照清灰的方法不同，布袋（滤筒）式除尘器可分为脉冲式、声波式、气环反吹式、震荡式，及复合式。其中，脉冲式布袋（滤筒）式除尘器的清灰效果好，铅酸蓄电池行业一般采用的是该种形式。其原理为：当设备阻力达到脉冲控制仪设定的上限值时，脉冲阀瞬时放出高压压缩空气，经文氏管诱导出数倍的二次空气被高速射入相应的滤袋（滤筒）中，在高压气体的作用下滤袋（滤筒）急剧膨胀，附在滤袋（滤筒）上的粉尘自行脱落掉入灰斗中。脉冲式布袋（滤筒）式除尘器的结构见图5。第5代除尘器为脉冲布袋（滤筒）除尘器+水幕除尘器的二级净化处理工艺的组合除尘器。为了提高除尘器的除尘效率，通常在干式除尘器后面增加水幕除尘器。一般水幕除尘器是由PP或PVC塑料焊制成的填料洗涤塔。水幕除尘器的主要作用原理是依据尘粒与水和水滴的碰撞和凝聚，见图6。水幕除尘器的缺点是，所使用的含碱喷淋水需要定期排放到污水站处理。第6代除尘器为斜插式（垂直式）滤筒除尘器+高效过滤器的双级净化处理工艺的二级干式除尘器，其结构见图7。在风机风动力的作用下，含尘气体从除尘器所安装的滤筒底部（不直接接触滤筒）进入除尘器箱体，由于气体从管道进入除尘器箱体，空间急剧放大，气流速度减缓，大颗粒粉尘成抛物线状自然沉降；含有细小粉尘的气流，穿过滤筒，在滤筒滤料的拦截作用下，绝大部分粉尘（约占99%）被拦截在滤料外表面；相对洁净的空气由滤筒内部向上爬升，经过高效过滤器（HEPA）时，气流中的细微粒子再次被精度更高的HEPA滤料所拦截。经过高效过滤器的深度过滤，除尘效率可以达99.99%以上。1.3和膏专用湿式除尘器和膏专用湿式除尘器主要适用于和膏工序产生的含酸雾、铅尘等混合类气体。第1代和膏除尘器为铁制外卜壳的冲击式水膜除尘器。因为外卜壳是由金属铁制成的，不耐腐蚀，所以冲击式水膜除尘器被淘汰了。第2代和膏除尘器是外壳为PVC或PP塑料焊制成型的湿式填料除尘器。湿式除尘器实际上是塑料材质的填料洗涤塔。里面的填料通常有3类：PP材质的塑料多面空心球或鲍耳环、玻璃珠、焦炭。由于塑料具有良好的耐酸性，填料具有较大的表面积，湿式填料除尘器的过滤效率高于冲击式除尘器的，而且维护方便，因此被广泛使用。面临日益严重的行业环保问题，我们需要寻求合适的高效率除尘器。2.1判定除尘器质量好坏的主要指标是什么？判定除尘器质量好坏的主要指标有：除尘器排口铅排放浓度、处理风量、过滤面积、过滤风速和过滤箱体密闭性以及负荷适应性等几个方面。2.2什么是高效过滤器？高效过滤器主要用于捕集0.5pm以下的颗粒灰尘及各种悬浮物，作为各种过滤系统的末端。高效过滤器是采用超细玻璃纤维纸作滤料，由胶板纸、铝箔板等材料折叠起来作分割板，用新型聚氨酯密封胶密封，并以镀锌板、不锈钢板、铝合金型材为框架制成的过滤器。在框架内部填充了玻璃纤维或是PTFE膜等高端过滤材料。滤料的孔径小于烟气颗粒物的粒径，可起到拦截捕集的作用。市场上的高效过滤器净化级别通常为：H12、H13、H14；超高效过滤器的净化级别通常为：U15、U16、U17。超高效过滤器一般应用在医疗、电子等对空气有极端苛刻要求的手术室、无尘室。2.3怎么理解除尘器的过滤效率可达99.995%?这是一个误区。首先，就除尘器的箱体气密性而言，在高压大风量的前提下过滤效率是达不到99.995%的；其次，实际上我们所说的如此高的过滤效率是指除尘器里面安装的高效或超高效过滤器的过滤效率。这些比黄金纯度还高的数据，也仅是过滤器厂家提供的一个参考值。达到99.995%以上过滤效率的过滤器的使用条件也是相当苛刻的，而且过滤效率的高低也是相对而言的。以净化级别为H14的HEPA高效过滤器为例，经过滤料面的风速必须小于2m/s；而以净化级别为U15的ULPA超高效过滤器为例，经过滤料面的风速就必须小于1.5m/s。一旦风速过快，过滤器的效率就会降低，如U15的超高效过滤器在风速大于2m/s的前提下，净化效率就降低到H14级别以下。2.4如何选择除尘器？2.4.1气密性无论是激光切割工艺还是传统的手工切割工艺，对于除尘器而言，最终目标还是要除尘器的气密性好。否则，除尘器漏气会影响除尘的效率。2.4.2滤料的选择及过滤面积由于蓄电池行业的环保设备一直属于非标产品，各个厂家对于滤料的材质及其过滤面积的设定各有千秋，导致市场上环保设备没有标准可依。因此，我们不能被型号迷了眼，光从除尘器的型号上来判定除尘器是不够的，要揭开现象，看本质。对于脉冲除尘器，市场上通常为DMC型，为了突出个性，往往有一些厂家在DMC前面加上厂标。布袋的尺寸也有直径、长短的区分，因此对于除尘器的选型，我们一定要强调过滤面积的大小。根据滤袋的外观尺寸，经过数学公式计算，就能得出过滤面积的大小。无论是DMC120型还是DMC240型，只要它们的过滤面积相同，滤料材质相同，两个除尘器基本上就是等效的。对于滤筒除尘器，即使两个滤筒的外观尺寸是一样的，但是由于滤材不一样，过滤面积就相差很大。以常规直径320mm，高度660mm的滤筒为例，如果是采用纳米级材质的纸质滤筒，通常过滤面积可达21m2，如果是采用PTFE覆膜滤料，一般过滤面积只有9m2。因此，只有以同等材质的滤料为前提，根据滤料面积的大小，才能判定除尘器的过滤效率。2.4.3除尘器的选型目前铅酸蓄电池生产单位所采用的高效除尘器大部分为斜插式滤筒干式除尘器或垂直式滤筒干式除尘器。斜插式滤筒干式除尘器具有占地面积小，而垂直式滤筒干式除尘器占地面积大。如果增加二级高效过滤器，则可以做成分体式结构，或上下箱体连接的结构。目前主流的斜插式干式除尘器及垂直式干式除尘器，已经将滤筒箱体和高效过滤器箱体做到了上下箱体拼装一体式的整体单元，并实现了快速模块式拼装的先进工艺。以常规额定风量为40km/h的除尘器为例，除尘器为上过滤器下滤筒的一体式箱体，都采用PTFE覆膜滤料和H14@4000风量的过滤器，斜插式与垂直式结构的比较结果见表1。通过表1对比，斜插式滤筒干式除尘器的制造成本比垂直式滤筒干式除尘器的低。而垂直式滤筒干式除尘器也具有自己的优点：因为过滤面积更大，所以除尘过滤效果更好；滤筒采用垂直放置方式，所以除尘器的清灰效果更好；相对于斜插滤筒干式除尘器而言滤筒的寿命更长。为保证环保设备的有效运行，应该在生产车间内配备以下相应的设施：3.1岗位微负压设计由于在车间内不可避免地会存在门窗、洞口及缝隙，这些开放体系会对负压的形成产生非常不利的影响。因此，为营造车间岗位微负压环境，在整个厂房设计时我们按照封闭式生产的模式，根据各个生产模块的功能和特点，进行分区密闭，即将整个车间分解为板栅铸造、铅粉制造、分刷板、称板和电池组装5个相对独立、密闭的生产功能区块。在每个功能区块，通过精细化加工、组装，尽量减少缝隙和门窗，以提高密闭性，同时设置独立的送排风系统。在每个功能区块中，除通过有组织排放（包括各岗位排气）之外，无其他排气手段，排风系统的总强制排风量必需大于该功能区块的需风量。同时，为减少排风过程中空气扰动对车间内铅粉铅尘沉淀的影响［1］，除工艺所需的情况之外，排风扇的抽风口均被设置在车间底部。送风系统的送风量需根据该功能区块的密闭状态来进行估算，一般应小于该功能区块的设计需风量。为保证微负压的存在，整个系统中还需设置一套稳压排风系统以稳定室内外卜压差。稳压排风系统的最大抽风量可按照总强制排风量的10%~20%来设计（具体取值视各个功能区块的密闭性好坏而定）。同时，采用压力传感控制电机频率来控制室内负压。3.2车间岗位送风、真空清扫系统的设立为保证车间操作岗位的微负压环境，整个车间的设计要尽量采用封闭式生产模式。因此，为保证车间作业环境安全舒适，保证室内空气中氧所占体积分数在18%以上（室外视为21%）［3］,就需要在员工操作工位安装独立的岗位送风系统（见图8），用于解决员工对于空气温湿度、氧气、洁净空气的需求。理论上，洁净空气从送风口被均流送出，在员工操作面略后上方扩散，在经过员工呼吸带后，经除尘器进风口水平排出，形成均流气流层。依据实际的操作经验，车间内部粉尘浓度增大的主要原因是设备的清扫维护和产品的物流流动造成的