рабочий цех

расходный

сварочный

материал

электричество

вода

воздух

Твердые отходы

(пыль, аэрозоли, металлическая стружка)

загрязнение воды(взвеси, конденсаты оксидов металлов)

энергетические

загрязнения (ультрафиолетовое, инфракрасное, ионизирующее

излучения, шум, ультразвук,

вибрации, э/м поля)

Расчет концентраций загрязняющих веществ в отходящих газах

Объем ОГ можно определить исходя из количества работающих в данном цехе и норм вентиляции на одного работающего. Число работающих – 59 человек. Норма поступающего воздуха равна 60 м³ на одного человека в час. Отсюда суточный объем отходящего воздуха:

V =59·60=3540 м³ /ч,

Расчет концентраций вредного газа:

Концентрация C=a/V, где а – выброс вредного вещества (кг/ч) При расходе 1 кг электродов в процессе ручной электродуговой сварки образуется до 40 г пыли; 2г фтористого водорода; 1,5 г оксида углерода и азота; С_пыли=400*40/3540=4,520 (г/м³);

С_CO=400*1,5/3540=0,1694 (г/м³);

С_NO2=400*1,5/3540=0,1694 (г/м³);

С_HF=400*2/3540=0,226 (г/м³)

При полуавтоматической сварке сталей в среде CO₂ общая масса выделяемых вредных веществ меньше в 2 раза;

С_пыли=60*20/3540=0,3389 (г/м³);

С_CO=60*0,75/3540 = 0,0127 (г/м³);

С_NO2= 60*0,75/3540=0,0127 (г/м³);

С_HF=60*1/3540=0,017 (г/м³)

При полуавтоматической сварке алюминиевых сплавов в инертных газах общая масса выделяемых вредных веществ меньше в 2 раза;

С_пыли=60*20/3540=0,3389 (г/м³);

С_CO=60*0,75/3540 = 0,0127 (г/м³);

С_NO2= 60*0,75/3540=0,0127 (г/м³);

С_HF=60*1/3540=0,017 (г/м³)

При автоматической сварке стали под флюсом общая масса выделяемых вредных веществ меньше в 4 раз;

С_пыли=90*10/3540=0,2542 (г/м³);

С_CO=90*0,375/3540 = 0,009 (г/м³);

С_NO2= 90*0,375/3540=0,009 (г/м³);

С_HF=90*0,5/3540=0,0127 (г/м³)

Расчет выбросов сварочного цеха

Способ сварки	Ручная сварка	Полуавтома тическая в инертных газах	Автома тическая сварка под флюсом	ПДК
Спыли (мг)	4520*103	338,9	254,2	0,05
СHF (мг)	226	12,7	12,7	0,02
CCO (мг)	169,4	17,0	9	0,04
CNO2 (мг)	169,4	17,0	9	0,04

Концентрация выбранных веществ превышает ПДК во много раз. Воздух цеха требует очистки, перед выбросом в атмосферу

Методы очистки воздуха от пыли

К методам очистки воздуха от пыли относят сухие и мокрые методы.

К сухим механическим пылеуловителям относят аппараты, в ко­торых использованы различные механизмы осаждения: гравита­ционный (пылеосадительные камеры), инерционный (изменение направления течения газа) и центробежный (циклоны, пылеуловители). Эти устройства часто применяют для предварительной очистки газов.

Сухая механическая газоочистка – разделение газового потока на чистый газ и частицу пыли.

Пылеосадительные камеры. Аппарат – это пустотелый прямоугольный короб, в нижней части которого имеется бункер для сбора пыли. Скорость газа в камерах составляет 0,2-11,5 м/с, гидравличе­ское сопротивление 50 - 1150 Па. Предназначены для улавливания крупных частиц размером не менее 50 мкм. Степень очистки газа - 40÷50%.

Инерционные пылеуловители. При резком изменении направ­ления движения газового потока частицы пыли под воздействи­ем инерционной силы выпадают в бун­кер. Эф­фективность их аппаратов небольшая.

Жалюзийные аппараты. Эти аппараты имеют жалюзийную решетку, состоящую из рядов пластин или колец. Очищаемый газ, проходя через решетку, делает резкие повороты. Применяют для улавли­вания пыли с размером частиц >20 мкм. Недостаток - износ пластин при высокой концентрации пыли.

Циклоны. Циклонные аппараты наиболее распространены в промышленности. Достоинства циклонов:

- от­сутствие движущихся частей в аппарате;

- надежность работы при температурах газов вплоть до 500 °С;

- возможность улавливания абразивных мате­риалов (внутренние поверхности циклонов защищены специаль­ными покрытиями;

- улавливание пыли в сухом виде;

- постоянное гидравлическое сопротивление аппарата;

- успеш­ная работа при высоких давлениях газов;

- простота изготов­ления;

- сохранение высокой эффективности очи­стки

Недостатки:

- высо­кое гидравлическое сопротивление: 1250—1500 Па;

- плохое улавливание частиц размером <5 мкм;

- невозможность ис­пользования для очистки от липких загрязнений.

Циклоны бывают со спиральным, тангенциальным, винтооб­разным и осевым подводом.

Групповые циклоны. При больших расходах очищаемых га­зов применяют групповую компоновку аппаратов. Это позволя­ет не увеличивать диаметр циклона.

Батарейные циклоны - объединение большого числа малых циклонов в группу. Снижение диаметра цик­лона преследует цель увеличения эффективности очистки. Элементы батарейных циклонов имеют диаметр 100, 150 или 250 мм. Оптимальная скорость газов в элементе лежит в пределах 3,5 - 4,75 м/с, а для прямоточных циклон­ных элементов 11 - 13 м/с.

Вихревые пылеуловители. Основным отличием вихревых пы­леуловителей от циклонов является наличие вспомогательного закручивающего газового потока.

Фильтры. В основе работы пористых фильтров лежит процесс фильтрации газа через слой пористого материала (ткань, войлок). Твердые частицы задерживаются, а газ полностью проходит сквозь него. В фильтрах частицы накапливаются в порах или образуют слой на поверхности материала. По мере накоп­ления пыли пористость материала уменьшается, а сопротивление возраста­ет. Поэтому время от времени возникает необходимость удаления пыли и очистки фильтра.

Существуют следующие механизмы осаж­дения частиц на препятствиях: касание (зацепление), отсеивание (отсев, ситовой эффект), инерционный захват, гравитационное и диффузионное осаждение, электростатическое взаимодействие.

Эффект зацепления. Частицы пыли, взвешенные в воздушной среде, задерживаются в узких извилистых каналах и порах при прохождении воздушно-газового потока через фильтровальные материалы.

Фильтрующие перегородки подразделяются на:

- гибкие пористые перегородки: ткань, войлок, картон, поролон и др.;

- полужесткие порис­тые перегородки: напр., стружка;

- жесткие пористые перегородки: напр., керамика, метал­лические сетки.

Фильтры разделяют на три класса:

фильтры тонкой очистки (степень очистки >99%) Фильтры применяют для улавливания особо токсичных мелких частиц;

воздушные фильтры - используют в системах приточ­ной вентиляции

промышленные фильтры (тканевые, зернистые) применяются для очистки промышленных газов.

Недостатки фильтров:

- достаточно высокая стоимость очистки;

- сложность конструкции;

- большой расход электроэнергии;

- сложность в эксплуатации.

Тканевые фильтры. В качестве фильтрующих материалов используют обычные ткани и войлоки.

К тканям предъявляются следующие требования:

- высо­кая пылеемкость при фильтрации;

- сохранение высокой воздухопроницаемости;

- высокая механическая прочность;

- способность к легкому удалению на­копленной пыли;

- низкая стоимость

Ткань регенерируют путем продувки в обратном направлении или механи­ческого встряхивания.

Волокнистые фильтры. Фильтрующий элемент состоит из одного или нескольких слоев волокон. Это фильтры объемного действия. Рассчитаны на улавливание и накапливание частиц по всей глубине слоя. Толщина фильтрующего слоя составляет от 0,1 мм (бумага) до 2 м (многослойные фильтры).

Волокнистые фильтры подразделяются на:

- сухие: тонковолокнистые, электростатические, глубокие;

- мокрые: сеточные, самоочищающиеся, с периодическим или непрерывным орошением.

Волокнистые фильтры тонкой очистки. Фильтры применяют для очистки радиоактив­ных аэрозолей. Улавливание частиц в фильтрах тонкой очистки происходит за счет броуновской диффузии и эффекта касания. Регенерация отработанных фильтров неэффективна. Срок службы до 3 лет. После этого фильтр заменяют на новый.

Комбинированные фильтры. В одном корпусе размещают фильтры грубой очистки и фильтр тонкой очистки.

Глубокие фильтры. Это фильтры многослойные. Толщина слоя может достигать до 2 м. Многослойные фильтры рассчитаны на работу в течение 10—20 лет. После этого их закапывают в землю.

Зернистые фильтры. Достоинства: доступность материала, возмож-ность работать при высоких t°-ах и в условиях агрессивной среды, выдерживать боль­шие механические нагрузки и перепады давлений.

Различают насадочные и жесткие зернистые фильтры.

Насадочные (насыпные) фильтры. Фильт­рующие элементы (гранулы, куски и т.д.) не связа­ны друг с другом. В качестве насадки использует­ся песок, шлак, крошка резины, графит и др.

Выбор материала зависит от требуемой термической и химической стойкости, механической прочности и доступности.

Зернистые жесткие фильтры. В этих фильтрах зер­на прочно связаны друг с другом в результате спекания или прес­сования. К ним относятся: пористая керамика, пористые металлы, пористые пластмассы. Фильтры устойчивы к высокой темпера­туре, коррозии и механическим нагрузкам и применяются для фильтрования сжатых газов.

Недостатки зернистых фильтров: высо­кая стоимость, большое гидравлическое сопротивление и труд­ности регенерации.

Выбор метода очитки

Выбор метода и аппарата для улавливания аэрозолей в первую очередь зависит от их дисперсного состава

Размер частиц мкм	Аппараты
20-1000	Циклоны
20-100	Скрубберы
0,9-100	Тканевые фильтры
0,05-100	Волокнистые фильтры
0,01-10	Электрофильтры

Так как размер частиц не превышает 10мкм выбранный метод очистки - очистка с помощью электрофильтров

Принцип действия и технические характеристики

выбранного электрофильтра

Электрическая очистка — один из наиболее совершенных видов очистки газов от взвешенных в них частиц пыли и тумана. Этот процесс основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицам примесей и осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах.

Сила тока зависит от числа ионов и напряжения между электродами. При увеличении напряжения в движение между электродами вовлекается все большее число ионов и сила тока растет до тех пор, пока в движении не окажутся все ионы, имеющиеся в газе.

При некотором достаточно большом напряжении движущиеся ионы и электроны настолько ускоряются, что, сталкиваясь с молекулами газа, ионизируют их, превращая нейтральные молекулы в положительные ионы и электроны. Образовавшиеся новые ионы и электроны ускоряются электрическим полем и, в свою очередь, ионизируют новые молекулы газа. Этот процесс, названный ударной ионизацией газа, протекает устойчиво лишь в неоднородном электрическом поле, характерном для цилиндрического конденсатора (рис. 2).

Рис.2 . Схема расположения электродов в электрофильтре В зазоре между коронирующим 1 и осади-тельным 2 электродами создается электрическое поле убывающей напряженности с силовыми линиями 3, направленными от осадительного к коронирующему электроду или наоборот. Напряжение к электродам подается от выпрямителя 4.

Коронирующий разряд возникает обычно при высоких напряжениях, достигающих 50 кВ и более. Аэрозольные частицы, поступающие в зону между коронирующим и осадительным электродами, адсорбируют на своей поверхности ионы, приобретая электрический заряд, и получают тем самым ускорение, направленное в сторону электрода с зарядом противоположного знака. Необходимо отметить, что частицы, поступающие в электрофильтр, обычно уже имеют небольшой заряд, полученный за счет трения о стенки трубопроводов и оборудования. Этот заряд (трубозаряд) не превышает 5% заряда, получаемого частицей при коронном разряде.

Движение заряженных частиц к осадительному электроду происходит под действием аэродинамических сил, силы взаимодействия электрического поля и заряда частицы, силы тяжести и силы давления электрического ветра.

Таким образом, отрицательно заряженные аэрозольные частицы движутся к осадительному электроду под действием аэродинамических и электрических сил, а положительно заряженные частицы оседают на отрицательном коронирующем электроде. Ввиду того, что объем внешней зоны коронного разряда во много раз больше объема внутренней, большинство частиц пыли получает заряд отрицательного знака. Поэтому основная масса пыли осаждается на положительном осадительном электроде и лишь относительно небольшая — на отрицательном коронирующем электроде.

Удаление уловленной пыли с электродов – механическое, периодическим встряхиванием их ударами молотков.

Р ис.3. Электрофильтр УГМ-2-3,5

1 - газораспределительная решетка, 2 - механизм встряхивания коронирующих электродов, 3 - корпус, 4 - осадительный электрод, 5 - коронирующий электрод, 6 - люк, 7 - механизм встряхивания осадительных электродов, 8 - защитная коробка для подвода тока