馮志明，張 濤，牛志杰

（中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，從而帶動了鑄造產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)能快速提升。但是傳統(tǒng)的鑄造產(chǎn)業(yè)存在著自動化水平低、高能耗、高污染、工人工作環(huán)境差等嚴(yán)重問題[1]。隨著人們環(huán)保意識的逐漸加強，鑄造工廠的設(shè)計中應(yīng)用了大量的環(huán)保措施，取得了很好的效果[2]。

根據(jù)我國《鑄造防塵技術(shù)規(guī)程》的要求，鑄造車間在產(chǎn)生粉塵的工藝設(shè)備上均要設(shè)置通風(fēng)除塵設(shè)施，但是實際工程中仍然會有一些粉塵和有害物質(zhì)溢散到車間里，車間內(nèi)的空氣品質(zhì)和衛(wèi)生環(huán)境不能得到有效保障。另外鑄造車間為熱加工車間，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的輻射熱，車間內(nèi)溫度較高，工人的工作環(huán)境比較惡劣。

1 項目簡介

本文針對某綠色鑄造工廠的鑄造車間設(shè)計了集中除塵系統(tǒng)、車間通風(fēng)、崗位送風(fēng)相結(jié)合的通風(fēng)空調(diào)設(shè)計方案，取得了很好的環(huán)保效果，改善了鑄造車間內(nèi)空氣品質(zhì)和工人的舒適性，打造綠色化工廠。

該工廠位于江蘇省南通市，鑄造車間總建筑面積19660.85m2，該車間內(nèi)布置三條（1#、2#、3#）垂直擠壓造型線，每條線主要有熔化、造型、制芯、砂處理等工藝過程組成，總規(guī)模為年產(chǎn)鑄件6.5 萬噸，工廠采用自動化、信息化、智能化的先進生產(chǎn)工藝，從源頭上減少污染源的產(chǎn)生。

2 通風(fēng)空調(diào)設(shè)計方案介紹

2.1 鑄造車間粉塵和煙氣污染源分布

鑄造生產(chǎn)過程中散發(fā)工業(yè)粉塵和鑄造煙塵的工序主要有造型、制芯、混砂、砂處理、電爐熔化、澆鑄、振動落砂、拋丸清理等過程[3]。

鑄造車間粉塵污染源主要分布詳見表1[2，4]。

表1 鑄造車間粉塵污染源

2.2 除塵系統(tǒng)設(shè)計方案

2.2.1 電爐除塵系統(tǒng)

每條線有4 套（兩用兩備）5t/h 中頻無芯感應(yīng)電爐，每條線單獨設(shè)置一套除塵系統(tǒng)。中頻無芯感應(yīng)熔煉電爐的除塵采用爐蓋排煙罩的形式，為了避免與鐵水輸送系統(tǒng)干涉，除塵風(fēng)管布置在地溝內(nèi)，與每臺電爐連接的排風(fēng)支管上設(shè)置與電爐聯(lián)動的電動風(fēng)閥，另外在鐵水輸送線側(cè)上方設(shè)置排煙罩，用于收集鐵水輸送過程的煙塵，除塵器采用袋式除塵器[4]，產(chǎn)生的煙塵通過除塵系統(tǒng)處理后達(dá)標(biāo)排放。

圖1 電爐除塵系統(tǒng)原理圖

單個爐蓋排煙罩的排風(fēng)量根據(jù)電爐的公稱容量選取[4]，鐵水輸送吸塵罩根據(jù)鐵水輸送路徑設(shè)置，鐵水輸送吸塵罩的排風(fēng)量根據(jù)罩面平均風(fēng)速υ0選取，υ0=2.0m/s，每套除塵系統(tǒng)風(fēng)量約120000m3/h，除塵器選用袋式除塵器，電爐爐蓋排煙溫度比較高，直接進入袋式除塵器會燒壞布袋[5]，系統(tǒng)將鐵水輸送吸塵罩和電爐排煙罩合并后，可以有效降低進入除塵器的煙氣溫度，保證除塵器安全運行。具體流程詳見圖1。

2.2.2 修包區(qū)除塵系統(tǒng)

鑄造車間設(shè)獨立的修包區(qū)，區(qū)域內(nèi)設(shè)置4 個風(fēng)鎬打包工位（3 用1 備），由于修包區(qū)從功能和使用時間上相對獨立，在修包區(qū)單獨設(shè)置一套除塵系統(tǒng)，修包工位吸塵罩的排風(fēng)量根據(jù)罩面平均風(fēng)速υ0選取，υ0=2.0m/s，除塵器采用袋式除塵器，除塵系統(tǒng)風(fēng)量約40000m3/h，產(chǎn)生的煙塵通過除塵系統(tǒng)處理后達(dá)標(biāo)排放。具體流程詳見圖2。

圖2 修包區(qū)除塵系統(tǒng)原理圖

2.2.3 球化與澆注除塵系統(tǒng)

球化站、扒渣、孕育劑加入裝置、澆注工位共用一套除塵系統(tǒng)，每條線單獨設(shè)置一套除塵系統(tǒng)，球化站、扒渣和澆注機上方采用頂吸罩，孕育劑加入裝置采用側(cè)吸罩，罩面平均風(fēng)速υ0取2.0m/s，球化、倒包過程中產(chǎn)生的煙塵通過除塵系統(tǒng)收集處理后達(dá)標(biāo)排放。除塵器采用袋式除塵器，每套除塵系統(tǒng)風(fēng)量約65000m3/h。具體流程詳見圖3。

2.2.4 澆注段、冷卻段及落砂除塵系統(tǒng)

鑄型澆注后通過造型線的自動鑄型輸送機、同步皮帶輸送機進行輸送冷卻，造型線落砂采用振動輸送機+落砂冷卻滾筒的方式，落砂后的鑄件直接轉(zhuǎn)卸到鱗板上輸送到清理工部，每條線的澆注冷卻段（即同步皮帶上方）和振動輸送機、落砂冷卻滾筒、回程皮帶（地坑內(nèi)）設(shè)置吸塵罩，澆注冷卻段吸塵罩罩面平均風(fēng)速υ0取1.5m/s，振動輸送機、落砂冷卻滾筒、回程皮帶吸塵罩罩面平均風(fēng)速υ0取3.0m/s，每條線單獨設(shè)置一套除塵系統(tǒng)，將這些過程中產(chǎn)生的煙塵通過除塵系統(tǒng)處理后達(dá)標(biāo)排放。除塵器采用袋式除塵器，每套除塵系統(tǒng)風(fēng)量約110000m3/h。煙氣中含少量水蒸氣，為防止水蒸氣凝結(jié)，對除塵系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，采用燃燒器為除塵風(fēng)管送熱風(fēng)并對除塵器本體及進風(fēng)管采用超細(xì)玻璃綿保溫，具體流程詳見圖4。

圖3 球化與澆注除塵系統(tǒng)原理圖

2.2.5 制芯工部除塵及VOCs 凈化系統(tǒng)

制芯工部設(shè)有6 臺制芯機，為3 條生產(chǎn)線生產(chǎn)所需的砂芯，會產(chǎn)生細(xì)沙粉塵、揮發(fā)性有機氣體VOCs（包括甲醛、酚類等）。污染源發(fā)生位置在制芯機出口和砂芯存放臺，因此在每臺制芯機出口和砂芯存放臺設(shè)置吸塵罩，吸塵罩罩面平均風(fēng)速υ0取1.5m/s，制芯工部設(shè)置一套除塵及VOCs 凈化系統(tǒng)，將制芯過程中產(chǎn)生的粉塵和VOCs 集中收集處理后達(dá)標(biāo)排放。除塵及VOCs 凈化系統(tǒng)約45000m3/h。具體流程詳見圖5。

2.2.6 砂處理工部

砂處理工部設(shè)置在單獨的房間內(nèi)，除塵系統(tǒng)由砂處理工藝設(shè)備商集成設(shè)計，砂處理工部設(shè)有兩套除塵系統(tǒng)，總處理風(fēng)量為130000m3/h。

2.3 車間通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計方案

雖然車間在每個污染源散發(fā)的位置或者區(qū)域都設(shè)置了相應(yīng)的除塵系統(tǒng)，但是由于受到生產(chǎn)工藝和輸送線的限制，大多數(shù)的吸塵罩不是全封閉的，仍然會有一些粉塵和有害物質(zhì)溢散到車間里，另外鑄造車間生產(chǎn)過程會有大量的熱量散發(fā)到車間內(nèi)，因此車間采用以自然通風(fēng)為主，局部區(qū)域加強通風(fēng)的設(shè)計方案。在車間屋面設(shè)通風(fēng)天窗，自然通風(fēng)條件良好；對熔化工部爐前區(qū)、球化區(qū)、澆注區(qū)、制芯區(qū)、烤包區(qū)、落砂滾筒區(qū)等區(qū)域的上部屋面設(shè)置屋頂排風(fēng)機，加強局部區(qū)域通風(fēng)，排除溢散出來的煙塵和余熱。

2.4 崗位送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計方案

在南方地區(qū)，鑄造車間傳統(tǒng)的夏季降溫措施，多采用水霧風(fēng)扇或工業(yè)壁扇的方式。傳統(tǒng)的車間降溫方式通過增強人體汗液或水霧蒸發(fā)量降低體感溫度，存在降溫效果有限、吹風(fēng)感強、局部濕熱等弊端，人員滿意度普遍偏低。但是在鑄造車間采用全室空調(diào)系統(tǒng)為全車間降溫，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置復(fù)雜、建設(shè)投資高、運行能源消耗大，因此在鑄造車間采用全室空調(diào)系統(tǒng)為全車間降溫既不經(jīng)濟也不現(xiàn)實。

鑄造車間具有空間大、密封性差、通風(fēng)量大，室內(nèi)空氣質(zhì)量差等特點，為了有效改善崗位工人的工作環(huán)境，崗位送風(fēng)系統(tǒng)是改善崗位工人工作環(huán)境的有效措施，能夠改善小范圍內(nèi)的空氣品質(zhì)，在工作地點或局部工作區(qū)形成獨立的小氣候，提高人員周圍環(huán)境質(zhì)量。崗位送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置簡單、調(diào)節(jié)靈活、能源消耗低[6]。崗位送風(fēng)系統(tǒng)為全新風(fēng)空調(diào)送風(fēng)，夏季送冷風(fēng)（送風(fēng)溫度22℃），過渡季節(jié)送室外自然風(fēng)，冬季根據(jù)實際需要送風(fēng)。崗位送風(fēng)系統(tǒng)在1#、2#、3#垂直造型線、制芯區(qū)，每個區(qū)域單獨設(shè)置一臺80000m3/h 風(fēng)量的組合式空調(diào)送風(fēng)機組，便于分線控制和使用。送風(fēng)干管沿車間鋼柱的一側(cè)布置，支管沿車間柱子向下接鼓形風(fēng)口，根據(jù)崗位工人的位置進行布置。鼓形風(fēng)口安裝高度為3.5m，可進行上下左右調(diào)節(jié)風(fēng)向及風(fēng)量，可根據(jù)工人的實際需要進行自主調(diào)節(jié)，使用方便，崗位送風(fēng)的風(fēng)口方向為送風(fēng)口—崗位工人—塵源，形成合理的氣流方向，這也是崗位送風(fēng)系統(tǒng)能否取得良好效果的關(guān)鍵[7]，具體設(shè)置詳見圖6。

圖4 澆注冷卻段及落砂除塵系統(tǒng)原理圖

圖5 制芯工部除塵及VOCs 凈化系統(tǒng)原理圖

圖6 崗位送風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)管和風(fēng)口安裝示意圖

崗位送風(fēng)系統(tǒng)同時也為車間排風(fēng)提供了機械補風(fēng)，從而使通風(fēng)除塵系統(tǒng)能夠有效地運行，形成了有利于污染物收集和排出的氣流組織，改善了車間的衛(wèi)生環(huán)境和工人的工作環(huán)境。

3 結(jié)語

本文對某綠色鑄造工廠的鑄造車間通風(fēng)空調(diào)設(shè)計方案進行分析和介紹，總結(jié)出以下設(shè)計經(jīng)驗：

（1）集中除塵系統(tǒng)、車間通風(fēng)、崗位送風(fēng)相結(jié)合的通風(fēng)空調(diào)設(shè)計方案，能夠取得很好的環(huán)保效果，有效改善鑄造車間內(nèi)空氣品質(zhì)和工人的舒適性。

（2）除塵系統(tǒng)要針對不同塵污染源的位置分布和散發(fā)特點，進行分系統(tǒng)設(shè)置，制定不同的除塵和凈化處理方案；除塵風(fēng)管要結(jié)合工藝生產(chǎn)設(shè)備和輸送系統(tǒng)進行布置，采用懸吊和地溝敷設(shè)相結(jié)合的布管方式，避免與工藝生產(chǎn)干涉。

（3）鑄造車間采用以自然通風(fēng)為主，局部區(qū)域加強通風(fēng)的設(shè)計方案，是一種有效而且節(jié)能的通風(fēng)方式，可排除車間余熱和溢散到車間煙塵，是除塵系統(tǒng)必要、必備的輔助措施。

（4）鑄造車間采用崗位送風(fēng)系統(tǒng)改善崗位工人工作環(huán)境，同時也為車間排風(fēng)提供了機械補風(fēng)，有利于車間通風(fēng)除塵系統(tǒng)的有效運行，形成了有利于污染物收集和排出的氣流組織，改善了車間的衛(wèi)生環(huán)境和工人的工作環(huán)境。