除尘器

影响热切割除尘系统的因素

作者:广州新瑞环保    来源:www.xinruiep.com    发布时间:2017-11-28 13:44:11

等离子和激光切割是柔性金属制造的基础工艺。他们生产的粉尘颗粒极其细小,会带来多种不利于机械和员工健康的风险。

热切割会产生必须被过滤的粉尘。在切割过程中材料会产生渣、烟雾和细小的粉尘颗粒。渣通常落到工作台底部,烟尘和细小的颗粒在切割台上方升起,除非集尘系统产生足够的向下气流,否则很难吸收这些粉尘。颗粒的大小可以从亚微米到几十微米,控制它们需要选择和安装适当的过滤系统。

除尘系统设计取决于切割环境和工艺参数。大的等离子体工作台与小型激光工作台有不同的气流要求。等离子切割产生不同于激光切割的粒径范围。即使相关的功能,如自动化材料加载系统,由于增加了切割时间,也会影响系统设计。这些设计要求与材料类型和厚度、切口宽度和部件嵌套一样多。

从本质上讲,设计良好的集尘系统应该将整个切割工作范围转变为有效的烟雾捕集系统。

安全设计

对于环境和操作原因来说,正确进行除尘是非常重要的。近年来,美国职业安全和健康管理局(OSHA)已经明显降低了不锈钢等富铬金属切割后的许多粉尘(包括锰和六价铬)的允许暴露限值。美国环保署继续关注的不仅是2.5微米或更小的颗粒物的减少,还包括镉,铬,铅,锰和镍等其他金属化合物,这些金属化合物都是在各种金属加工和精加工操作中生产的。

用于控制热切割烟雾和空气可能含有热火花。如果没有消除火花,它们可以在整个集尘系统中传送。因此,控制点火源对于避免火灾造成的破坏和干扰至关重要。另外,如果过滤后的空气返回到生产区域,二次过滤器可以再次过滤,确保返回的空气清洁安全。

当粉尘颗粒分子不兼容时,工厂也必须考虑捕获不同材料颗粒的风险。这可以包括来自不同金属的颗粒作为例子,其中金属和金属氧化物代表铝热反应的可能性。燃烧风险影响过滤器系统布局和设计决策。美国国家消防协会(NFPA)发布了几个标准,可以用来帮助减轻与可燃金属粉尘有关的许多风险。

吸风罩(烟罩)

有效的灰尘收集始于高效捕捉和控制微粒的烟罩。系统性能依赖于吸风罩才能实现过滤功能。购买最昂贵的除尘器和安装高效过滤器,如果吸风罩只能捕获一半的灰尘和烟雾,整体除尘效率也不会50%以上。

当热切割时,切割台就是一个吸风罩。吸风罩必须连续抽取一致的空气量才能捕获污染物。如果没有,灰尘和烟雾就会逃逸。

表面加载与深度加载

纤维介质表面积才是有效的过滤面积,而不是除尘器面积。因此设计一个过滤器应该包括大量的纤维介质,以增加数量级的过滤纤维表面积。

用一层纳米纤维替代基本的传统过滤介质将可以提供从热切割捕获粉尘颗粒最佳的过滤性能。当对粉尘颗粒进行处理时,这层纳米纤维显着提高了过滤的效率。纳米纤维还可以防止细微颗粒深入到过滤纤维内部,迫使颗粒在介质表面积聚(见下图)。这创建了一个非常有效的表面过滤器。

过滤介质

图片显示了涂覆基材的过滤器纳米纤维介质。这样可以防止颗粒进入过滤器的深处,使脉冲清洁有效地延长过滤器的使用寿命。

在脉冲清洁过滤器时,表面过滤显示了其优点。大多数经过脉冲清洁的集尘器都配有压缩空气和隔膜阀装置。当先导电磁阀通电时,隔膜阀允许压缩空气作为“脉冲”,迫使颗粒离开过滤器表面。有效的脉冲清洗将过滤介质上的灰尘带入灰斗。

表面加载过滤器阻止介质表面的颗粒易于脉冲清洗,延长过滤器的使用寿命并降低能耗(见下图)。如果颗粒没有停留在表面上,则粉尘会深入到过滤介质。如果不是脉冲清洁则不可能排出这些深入内部的粉尘颗粒。这又缩短了过滤器的使用寿命并增加了能源消耗。

过滤介质2

表面加载介质允许更有效的过滤器清洁。

粉尘负荷

热切割产生的粉尘量或粉尘负载会影响所需采集器的尺寸,因为较高的粉尘负载会增加粉尘收集器的工作量。在给定的时间段内,激光切割可能比等离子切割产生更少的灰尘。尽管从激光切割和等离子体处理中捕集烟雾所需的气流可能是相同的,但由于不同的灰尘负载,集尘器尺寸可能不同。

激光切割加载的灰尘量越少表明收集器的工作量越小,但颗粒直径的大小也起作用。过滤器上的较小灰尘颗粒倾向于结块在一起,颗粒之间具有较小的空隙空间,这又增加了将压降。如果没有考虑到这一点,集尘器可能会消耗更多的能源,需要更频繁的清洁。

热负荷

所有集尘系统都有温度限制,任何增加的热负荷可能需要不同的结构。在某些情况下,可能需要将较冷的空气排入系统,以使总空气温度保持在收集器的运行极限内。

不同工艺之间的热负荷和机罩设计也不同。例如,氧燃料切割会产生相对较低的粉尘负荷,但会产生显着的热量。在选择集尘器的结构材料,特别是过滤器时,必须考虑到这个额外的热负荷。等离子切割和激光切割通常产生较低的热负荷,但产生较重的灰尘负荷。

切割台设计也会影响热负荷。例如,结构切割线可以使用等离子炬来切割梁或板,火花和熔化的金属通过切割区下方的狭槽排出。这将比传统的开放式下行式切割台产生更高的热负荷。

自动化因素

自动化还改变了收集器尺寸的考虑。在手动切割中,操作员将零件从桌面上取下,然后装入新的切割件。在这个停机期间,集尘器可以在重负荷条件下“赶上”脉冲清洁。

自动化的材料处理可以在几分钟内完成成品切割,因此可以同时进行切割和部件切割。这个特点提高了车间的生产率,但是这使得集尘更加具有挑战性,因为集尘器的切割时间更短,“喘口气”的时间更少。这种自动化常常导致更高的灰尘和烟雾负荷,并且集尘器应该大小适应这些负载。

稳定压力

为了有效地捕捉切割过程中的烟雾和灰尘,风扇通过切割台向下吸入粉尘,形成气流模式(见下图)。当空气从切割区域通过管道,收集器,过滤介质时,风扇提供能量来克服粉尘重力和摩擦损失。

切割工作台

在这种干式热切割装置中,空气通过先前在薄片上切割的孔并流入侧导管,导向过滤系统。

合理的集尘系统应该不断地抽取风量(立方英尺每分钟,或CFM)。太多的空气会缩短过滤器的使用寿命,太少的空气会降低系统的捕获效率。克服系统阻力或静压所需的能量随着过滤器变脏而变化。

静态压力值通常以英寸水位计表示,这仅仅是每平方英寸一磅的分数 - 约27.7英寸的水约等于一个PSI。一个新的干净的过滤器开始有很小的气流阻力,往往不到一英寸,但随着时间的推移,过滤器积累的灰尘增加了几英寸的阻力。当电阻开始超过某个点时,就应该更换过滤器。在许多情况下,这可能是五六英寸,但在某些情况下,过滤器不被视为堵塞,直到其阻力达到更高的水平。

为了延长过滤介质的使用寿命,现代除尘器使用脉冲清洁过滤器。这种定期修复使这些系统能够连续运行而不需要连续更换过滤器。

空气量和系统设计

在正常操作下,由于在介质表面上形成的“滤饼”,集尘器达到稳定的“老化”状态,过滤器具有比新的高几英寸的相对阻力。随着时间的推移,一定程度的深度负载和其他动作会逐渐堵塞过滤介质,增长阻力会缓慢。最终,更换过滤器的成本效益将比在较高的风扇能量下继续运行更具成本效益。

为了确保过滤器在整个有效使用寿命期间的有效性能,风扇的尺寸一般为在过滤器“堵塞”的压降(即最高或“终端”压降)条件下提供所需的风量。

为确保过滤器的最佳使用寿命,除尘器必须有一个受控制的风量,以避免过多的空气通过系统。因此,灰尘收集系统通常在风扇上安装风门,以调节过滤器堵塞时的阻力变化。当过滤器的阻力相对较小时,阻尼器的部分关闭可确保风扇只吸取所需的风量。然而,阻尼器不是控制气流的唯一方法,可调速电动机可以调节风扇速度,因此可以调节性能,不仅可以控制气流,还可以节约能源。

控制灰尘和烟雾所需的风量越大,灰尘收集系统就越大。因此,许多大型的切割系统将被划分区域。这种方法仅需要在切割床下方的空间中进行分割成很小的区域,从而转化为更小的空气量,从而减小了灰尘收集系统。

最后,收集器风扇应该通过切割台产生足够的气流,以产生捕获上升烟雾所需的下降速度。空气流速通常需要达到150到250立方英尺以有效控制烟气,但是这个要求可能会增加,这取决于工作台的设计,尺寸和切割过程。

系统性能

许多变量影响了热切割过程中的粉尘控制系统的性能,包括管道,风机和过滤介质。设计良好的系统应该考虑所有的变量和因素。如果设计良好,系统应保持一致的向下气流速度,以在一系列过滤器和操作切割条件下有效地排除灰尘。

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