（合肥学院，安徽合肥230601）
摘要：目前国家不断细化和完善针对大气排放、作业环境和职业卫生防护等的控制标准，持续推动焊接烟尘治理技术进步和烟尘净化产业的发展。
关键词：焊接烟尘；静电除尘；治理
前言
我国焊接烟尘治理研究起步相对较晚，但在充分借鉴国外相关技术成果基础上，已经逐步形成适合我国国情，以改进焊接材料、优化焊接工艺、全面换风为辅、点源治理为主的总体设计思想。首先，不同焊接工艺产生的污染物种类和发尘速度有很大区别，同等条件下应采取隐弧焊代替明弧焊、气体保护焊替代焊条电弧焊等工艺措施，从发生源头降低焊接烟尘的污染；其次，在确保产品工艺质量前提下，应优先选用机械化、自动化程度高的焊接装备，并在力求提高焊接参数稳定性的同时实现烟尘净化装置的一体化设计和应用；通过采用整体换风、混合送风、分层送风和侧送侧吸等针对厂房的总体治理和针对焊接烟尘发生点源直接进行捕捉、收集、净化、排放的作业区局部治理相结合的方式进行综合治理。
1静电烟尘净化器
1.1静电烟尘净化的基本原理
静电烟尘净化利用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予以处理。众所周知，由于辐射和摩擦等原因，空气中含有少量自由离子，但只依靠这些自由离子并不能使含尘空气中的尘粒充分荷电。因此，若要利用静电使粉尘与空气分离须具备两个基本条件，一是存在使粉尘荷电的电场；二是存在使荷电尘粒分离的电场。
一般静电除尘器采用荷电电场和分离电场合一的方法，将放电极接至高压直流电源负极成为电晕极，集尘板接地成为正极集尘极。当含有粉尘颗粒的气体通过高压电场时，放电极发生电晕放电，气体首先被电离，此时带负电的气体离子在电场力作用下向正极集尘极运动，在运动中与粉尘颗粒相碰并使尘粒荷以负电，荷电后的尘粒在电场力作用下，以一定的“驱进速度”亦向正极运动，最终到达后放出所带的电子附着沉积于集尘极上，当尘埃积聚到一定程度，受到重力作用或外力振打落下聚集到沉降槽内，定期进行回收处理。
1.2静电除尘器的应用与发展
与其他类型除尘设备相比，电除尘器具有能源消耗小、烟气处理量大、除尘效率高和运行成本低等诸多优点，广泛应用于建材、冶金、水泥、电站、锅炉以及化工、轻工等行业。例如，在粉尘排放标准要求较高（出口排放浓度一般控制在20～30 mg/m3）的欧美、日本等发达国家和地区，电除尘器的应用高达80%以上。我国在电除尘技术领域虽然起步较晚，但是发展很快，特别是随着宏观经济调整和产业结构转型，科技、能源和环保产业迅猛发展，为电除尘器的广泛应用奠定坚实的市场基础。
此外，传统电除尘技术应用得到推广的同时，很多高等院校和科研院所开展磁增强雾化电晕放电烟气净化、极板敷涂防腐涂料对静电收尘性能影响等大量基础理论研究，尤其是在脉冲供电，开关电源等核心技术的产品研发方面取得了突破性进展，高频电源技术陆续被列入《国家重大产业技术开发专项》（2008）、《国家重点节能技术推广目录》（2009）、《当前国家鼓励发展环保产业设备（产品）目录》（2010），电除尘技术科研技术和产业结构正在发生重大变革。目前，我国电除尘技术应用领域已经达到世界先进水平，电除尘加工生产和使用数量均名列世界第一，部分产品出口至世界上数十个国家和地区。
2高频静电焊烟净化器研制
2.1功能需求分析
研究发现，当焊接过程中产生的高温蒸气逸出电弧区后，迅速氧化和冷凝生成粒径为0.01～0.2μm的带有静电和磁性的球状“一次粒子”。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆一次粒子在分散于空气的过程中，同时以两种形式发生不同程度的凝并，一种形式是融合过程，即多个一次粒子融合成一个粒径约为1μm的呈絮状或碎片状的“二次粒子”；另一种形式是聚合过程，即几十至成百个一次烟尘粒子聚集在一起，成为结合力不强、较为蓬松的链式或网状结构。进一步分析得出结论，尽管焊接烟尘的粒径分布一般在0.01～5μm，但其中90%以上是0.01～1.25μm粒度范围内的粉尘，即“可呼吸性粉尘”。按照结构原理，烟尘净化装置可分为机械式、滤筒式和静电式等类型。由于焊接烟尘不仅粒径小，而且粘性大、附着力强，滤袋和滤筒式等普通除尘装置难以独立实现理想的净化效果，常与前端滤网预除尘、后端活性炭过滤等设备联机并用，导致机体外形尺寸较大，并且存在后期粉尘清理、设备维护困难等问题。
与之相比，静电式焊接烟尘净化器不仅噪音低、耗能少、性能稳定、净化效率高、占地面积小、安装维护简便，而且因其结构和性能特点，尤其适用于焊条电弧焊、气体保护焊等烟尘温度高、发烟速度快和烟气产生量大的作业场所。
2.2结构形式选配
根据设计结构形式，静电除尘器可概略分为以下几类：按粉尘清除方法分为干式和湿式，按气流流动方式分为立式和卧式，按集尘电极结构分为板式和管式，按电极布置形式分为单区和双区，按极间距宽窄分为常规极距和加宽极距等型式。干式除尘器适用于接尘湿度较小、接尘温度较高、含尘浓度较大、粉尘电阻率在104～1011Ω?cm范围内等工况环境，而当收尘为泥浆状态、接尘温度较低，且电阻率高于1011Ω?cm时，容易产生反电晕，则应考虑选择湿式除尘器。卧式除尘器虽然具有电场强度均匀、收尘效率较高等特点，但立式除尘器与之相比占地面积更小、管路配置更加方便。收尘电极为板状的板式除尘器清灰较方便、制造安装较容易，而管式除尘器则一般用作湿式静电除尘器。此外，与荷电和收尘分别在两个区域内进行的双区式相比，单区式收尘电场较长、烟尘重返气流后可再次荷电，除尘效率高，主要用于工业除尘；而宽极距电除尘器则更适用于高电阻率粉尘的捕集。
各类工场静电除尘设备的结构型式应依据其所需处理烟气的烟气量、温度、湿度、含尘浓度、粉尘集配及气体和粉尘的成分、理化性质、电阻率等具体条件进行科学分析、合理选配。因此，综合分析静电除尘器性能特点和焊接烟尘各项特征参数，确认选定本体结构为干式—立式—板式—单区—常规极距型式静电烟尘净化器。
2.3电气系统设计
长期以来，静电除尘器高压供电电源普遍采用工频可控硅电源。这种供电方式实现起来比较简单，但变压器体积大、原材料消耗多，初期投资成本高；设备占地面积大、结构复杂，安调运行维保专业性强；受传统工艺技术所限采用相位控制调压法、以晶闸管作为半控型器件，存在功率因数低、电网干扰强、响应速度慢、电压波动大等诸多不足。针对这些问题，研制开发高频电源近年成为国内外的研究热点，在完全满足烟气颗粒类污染物排放标准的前提下，因其高频升压变压器体积比工频变压器缩小很多，使整体装置占地面积大大减小；同时由于引入了高频开关技术，使除尘器自身功率损耗大大降低；加之在除尘效果、运行稳定性和生产维修成本等各项指标也都具有更为明显的优势。因此，高频静电除尘器不仅在火力发电、冶金建材等行业大型工频电源除尘器更新改造方面表现优异，而且在机械加工、装备制造等行业局部点源烟尘治理方面的开发应用方面潜力巨大。
高频高压供电电源是静电除尘器设计的核心组成部分，如大连某公司研制的高频高压静电式焊接烟尘净化器（图1），其高频高压供电电源由电源控制器、高压发生器（高频升压变压器）和高压静电场组成，电源控制器控制电源的启动和过电流的保护作用，高压发生器将输入交流电进行整流-逆变-升压-倍压整流后，向发生环节输送直流负高压，形成高压静电场。首先，由电源控制器将单相交流输入电压（220V、50Hz）工频电源转化成高频低压电源（25～30KHz、24 V），然后高压发生器将其转化成二组高频高压电源，其中一组（25～30KHz、12KV、600W）给离子箱电离段供电，使焊接烟气中的粉尘荷电；另外一组（25～30KHz、6KV、600 W）给离子箱集尘段供电，使带电粉尘吸附到集尘板上。在安全保护措施方面，控制电压采用24V安全电压，除设置检修连锁开关、箱体可靠接地外，在电源控制器中设置保险装置，当高频变压器高压侧异常时，变压器低压侧电流瞬间变大将保险管熔断，高压无法输出；另外，加装带有过流装置QF型空气开关，确保高压离子箱或风机出现故障瞬间切断电源。
3结语
焊接材料开发、焊接工艺选择、烟尘机理研究和治理方式应用是一项系统工程，而在焊接作业中的局部点源治理则是避免职业健康危害、杜绝废气排放污染的重要保障环节。高频高压静电焊接烟尘净化器以其小型化、低能耗和高效率的性能特点，与烟尘治理专业需求和环保产业发展方向高度契合，未来应用和推广前景十分广阔。
参考文献：
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[3]陈垠锟．高压静电除尘电源的设计与开发[D]．北京：华北电力大学，2012：1－73
论文作者:徐邦
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年8月下
论文发表时间:2016/8/30
标签：烟尘论文; 粉尘论文; 静电论文; 高压论文; 电场论文; 电源论文; 除尘器论文; 《建筑建材装饰》2015年8月下论文;