铸造工厂多功能气体除尘、净化及粉尘智能输送系统的研制与应用

1 课题的提出

    铸造工厂是一个综合复杂生产运行系统，污染大，环境差，长期以来对铸造工厂环保的治理，是作为机械制造行业的一项重要的任务。造成这一现象的原因主要因为铸造工厂五大工部都是粉尘、有害气体的产生地。熔化工部，铁液熔炼过程中产生大量烟尘有害气体；制芯工部，砂芯产生的粉尘及树脂产生的臭气有害气体；浇注工部，在浇注时产生的烟尘、及高温释放产生的有害气体；后处理工部，抛丸、打磨产生的粉尘和挥发性有害气体；砂处理工部：型砂输送、回用、处理过程中产生的粉尘和生产线捅箱时蒸发的有害气体。本研制的设备主要为解决铸造工厂粉尘、有害气体的收集与处理。为建设绿色、环保的节能型铸造工厂作出了示范。

2 设备系统组成与工作原理

    2.1 整套设备系统组成

    本设备系统为一种新型多功能气体除尘净化设备，获得国家发明专利。其内容包括了新型除尘系统、复合式专用电离等离子、新研发的光解氧化系统和新式旋流雾化植物液洗涤净化吸收系统三个部分组成，系统布置如图1所示，废料输送由智能气力输送系统完成。除尘、除臭气体净化设备采用立体布置，三层框架结构：一层布置植物液洗涤吸收净化设备、电器控制系统和风机、粉尘自动输送系统；二层布置复合式电离等离子、UV光解，裂化、氧化设备；三层布置除尘、粉尘收集处理设备。

图1 系统布置图

    2.2 铸造过程粉尘和废气处理工艺

    经集尘罩捕集车间各粉尘源、废气源的粉尘和废气，进入除尘器设备，粉尘被截留在除尘器滤袋表面，吹灰机构能使滤袋膨胀收缩产生振动，被滤袋截留的粉尘进入灰室灰斗。有害尾废气则穿透滤袋经顺流器进入电离等离子、UV光解，裂解、光氧净化系统和植物洗涤喷淋反应吸收净化系统。该设计具有处理效果好，占地面积小，运行成本低、节能环保，自动化程度高，等优点。

    2.3 除尘设备

    含尘烟气由进气罩捕集进入除尘器，经过专用滤袋过滤后，气流进入净气室，并从下部风室排出，粉尘则滞留在过滤袋的外表面，落入灰斗。过滤后气体走向与过滤粉尘沉降方向一致，进入电离等离子设备进行催化裂解。

    为了使处理后的烟气含尘浓度达到并优于国家环保标准允许的废气排放浓度，优化设计了比较新颖的袋式顺流式除尘器。袋式顺流式除尘器特点：

    1）进气：采用顺流设计，顶部进气技术，该套系统设计时为了避免气流在除尘器内的扰动产生二次扬尘，对进入除尘器的气体进行了气流组织优化设计，使气流在除尘器箱体产生顺流，尽量减少气流的扰动。彻底解决了二次混流问题，有效提高了除尘效果，减轻了滤袋的负荷。

    2）粉尘、气体捕集器：根据不同的废气源和粉尘源，根据气体不同的流态及成份，设计成不同的捕集器，使废气、粉尘基本全部进入捕集器，并配以专门设计的气流均布板，使气流分布均匀，降低气流对滤袋的冲击，延长了滤袋寿命。滤袋根据不同气体成份采用新型的滤袋配置，使过滤效果达到最佳。

    3）除尘灰斗：采用专用料位信号控制，灰斗储存的粉尘到一定位置，料位传感器发出信号，气力输送系统进入自动输送工作状态。

    4）设备整套系统全部采用可编程序控制与等离子、UV光解、植物洗涤等设备联锁，实时监控。

    袋式顺流式除尘器设计打破了一般的传统设计，根据不同粉尘源、废气源采用不同的设计方法和创新的设计内容确保了除尘器处理粉尘效果。

    2.4 复合式新型专用电离等离子、新型UV光解联合设备

    电离低温等离子裂解设备，首先将来自除尘器的有害废气进入等离子催化裂解设备，将复杂的大分子链气体切割成小分子链，经等离子裂解后的废气再进入UV光解深度氧化处理，利用高能高臭氧紫外线光束照射裂解后的恶臭有害气体，使被裂解后的有害恶臭气体呈游离状态的污染物小分子，与臭氧分子氧化结合成小分子化合物，生成如CO₂、H₂O等。

    2.4.1 电离等离子工作原理

    在此设计中通过计算和试验验证，成功解决了将不同成份的有害气体，设计成不同的等离子放电裂解方式，对等离子电场和电极的结构设计打破了一般传统方式。按不同有害气体成份设计调节不同电极电压参数和调节电场的强弱，满足了对有害气体裂解及分子链的切割要求。能充分将进入电场设备的有害气体的大分子链进行裂解和切割成为小分子。完成了有害气体分子链的切割和裂解处理。

    2.4.2 低温电离等离子设备介绍

    电离等离子设备主要采用介质阻挡放电产生高能电子，装置示意图如图2所示。

图2 介质阻挡放电示意图

    介质阻挡放电等离子体技术具有以下优点：

    ①介质阻挡放电产生的低温等离子体中，电子能量高，几乎可以和所有的恶臭气体分子作用。

    ②反应快，不受气速限制。

    ③采用防腐蚀材料，电极与废气不直接接触，根本上解决了设备电腐蚀问题。

    ④只需用电，操作极为简单，无需派专职人员看守，基本不占用人工费。

    ⑤设备启动、停止十分迅速，随用随开，不受气温的影响。

    ⑥气体阻力小，设备结构紧凑，电极、介质设计创新，使用寿命长。

    2.4.3 低温等离子放电原理

    介质阻挡放电过程中，电子从电场中获得能量，通过碰撞将能量转化为污染物分子的内能或动能，这些获得能量的分子被激发或发生电离形成活性基团，同时空气中的氧气和水分在高能电子的作用下也可产生大量的新生态氢、臭氧和羟基氧等活性基团，这些活性基团相互碰撞后便引发了一系列复杂的物理、化学反应。从等离子体的活性基团组成可以看出，等离子体内部富含极高化学活性的粒子，如电子、离子、自由基和激发态分子等。废气中的污染物质与这些具有较高能量的活性基团发生反应，从而达到裂解改变分子链的目的。

    2.4.4 UV光解原理

    图3为UV光解原理图。UV光解是氧化处理的重要环节，直接影响着整个系统的净化效果。普通的UV光解灯管，只可以产生长波段、短波段两种紫外线。长波段的紫外线的主要作用是杀菌，短波段的紫外线的主要作用是产生臭氧。本设备的UV光解复合系统采用了特殊的紫外线灯管，研制了一种在185nm波长的情况下，产生高能量臭氧的UV光解灯管，提高了产生臭氧的发生效率，好于一般设备的臭氧化催化效果。

图3 UV光解原理图

    设备整体结构采用光分解+光触媒（催化剂）+活性氧强氧化净化三效合一的处理方式，三种处理方式又能相互作用提升效果，最终转化为CO₂和H₂O等物质，从而达到净化废气的目的。