CN114392627A - 一种基于安全高效设计的湿法一体机及其评价方法 - Google Patents

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汪圣华
朱建淼
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Abstract

本发明公开了一种基于安全高效设计的湿法一体机及其评价方法，属于金属粉尘收集技术领域，包括机器总体框架、抛磨***模块、除尘***模块、供水过滤***和监测***模块，通过设备内部风流组织，最大程度上提高作为环保设备的除尘效率，同时建立了相关关键安全监测参数的评价方法，***的安全参数在线监测不仅满足***的本质安全要求，为后期企业与政府的信息参数对接提供了极大地便利；通过对反应产生的氢气的在线监测、温度监测以及水位水压监测等手段来完善设备的本身安全性，通过设计不同除尘区域、多级除尘方式提高了设备除尘的高效率和可靠性。

Description

一种基于安全高效设计的湿法一体机及其评价方法
技术领域
本发明涉及金属粉尘收集和安全生产技术领域，具体涉及一种基于关键安全参数在线监测和粉尘捕集效率高效设计的湿法一体机及其评价方法。
背景技术
金属铝镁锌等加工制造行业存在大量的抛光打磨场景，生产过程中会产生大量的微纳米级粉尘颗粒，对环境造成影响的同时，此类金属粉尘大多具有可燃爆性和其他反应性，不恰当的粉尘收集方式也可能会导致粉尘***事故以及可能的次生气体类***事故。目前对于可燃爆金属类粉尘的收集方式一般包括干式集中式除尘设备、湿法集中式除尘装置以及湿法一体机。从目前应用情况来看，因为金属粉尘具有较低的点火能和着火温度，具有较高的敏感性，因此干式集中式除尘设备基本已经不适用收集金属粉尘，具有较大的***风险性；对于湿法集中式除尘装置来说，由于存在较长的收集管道需要进行隔爆、火花熄灭等防爆处理，其技术难度较大可靠性较低，同时集中除尘后端内部会容易形成半干不湿的粉尘沉积，容易积热自燃或者反应生成氢气，发生火灾***的风险性也较大；对于湿法一体机，由于其具有分散捕集、湿法除尘的特点，同时其安装、使用、维护、清理非常方便，设备中难以形成***条件，本质安全水平要明显的高于上述两种集中式除尘***，但是目前存在的部分湿法一体机存在很多弊端，存在较大的风险性，具体来说主要包括下面几个方面。
一是产品设计与制造缺乏标准规范，没有相应的技术依据、量化指标和方法去验收，例如粉尘的捕捉效率、循环水以及噪声等指标没有具体的实验检测方法和数据支撑，造成了虽然出厂文件中相关参数值较高，但是与实际运行不符。这方面主要包括高效湿法除尘方式设计、设备风流组织方式模拟以及各类设计指标与出厂实际的对照等几个方面内容；二是设备缺乏***的安全监控措施，例如大多数设备不具备氢气检测装置，或者测试方式不准确，导致检测设备寿命极低，同时在热量积累监测等方面存在较大缺陷，没有经过计算和设计，同时目前国家对于涉尘企业相关除尘设备的实时在线监测参数提出了一定的要求，现有产品基本达不到国家对于行业相关重点参数在线化数字化的要求，相关环保厂商对于安全要求理解较为浅薄。这里面主要包括设备本安型***检测方法设计以及符合国家对于此类工艺和设备参数在线化监测的要求。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于安全高效设计的湿法一体机及其评价方法，提高了除尘效率和除尘的安全性。
本发明的技术方案如下：一种基于安全高效设计的湿法一体机，包括机器总体框架、抛磨***模块、除尘***模块、供水过滤***和监测***模块，所述机器总体框架内设有抛磨***模块、除尘***模块、供水过滤***和监测***模块，所述抛磨***模块通过吸尘口与除尘***模块相连接，所述除尘***模块的下方设有供水过滤***，所述除尘***模块包括水洗除尘区和多级除尘区。
所述抛磨***模块包括防尘罩、抛磨轮、抛磨电机和抛磨砂带，抛磨电机设置在基座上，抛磨电机与抛磨轮相连接，抛磨轮上设有抛磨砂带，抛磨轮的上方设有防尘罩。
所述抛磨轮的后侧设有大颗粒粉尘挡板，大颗粒粉尘挡板为弧形，大颗粒粉尘挡板的一侧设有水槽，大颗粒粉尘挡板上设有溢流孔，溢流孔与水槽相连通。
所述水洗除尘区内设有第一层级粉尘过滤挡板和第一层级水喷淋头，所述第一层级粉尘挡板的下部设有开口，水洗除尘区通过开口与多级除尘区相连，多级除尘区底部靠近前端水池处设有涡流发生装置。
所述涡流发生装置包括弧形板、叶片和小型电机，小型电机与叶片相连接，叶片设置在弧形板内侧。
所述多级除尘区内设有水雾喷头，第二层级水喷淋头和第二层级除尘挡板，第二层级水喷淋头和第二层级除尘挡板位于多级除尘区的中部，多级除尘区的顶部设有第三层级过滤层，第三层级过滤层的上方设有负压吸风风机，第三层级过滤层与负压吸风风机之间设有水汽凝结装置，负压吸风风机与排放口相连接。
所述供水过滤***包括前端水池、后端水池、水循环泵、水流导流板和刮板，所述前端水池通过联通开口与后端水池相连接，前端水池的底部设有水流导流板，水流导流板从抛光打磨区域通过联通开口延伸至后端水池中，水流导流板上方设有刮板，后端水池内设置有水循环泵。
所述监测***模块包括氢气监测装置、水位水压监测器、温度监测器和在线监测连锁报警器，氢气监测装置和温度监测器设置在除尘***模块的多级除尘区的上部侧壁上，氢气监测装置与无线发射设备相连接，无线发射设备与在线监测连锁报警器无线连接，所述水位水压监测器设置在后端水池内。
所述氢气监测装置包括冷凝器、干燥器、气体混合室、监测器和抽气装置，冷凝器与干燥器相连接，干燥器与气体混合室相连接，气体混合室与监测器相连接，监测器与抽气装置相连接。
所述机器总体框架固定在基座上，基座下部设有移动轮和铰链固定件，机器总体框架上设有操作面板，观察口和检测口。
本发明设备可以通过分级除尘的方式，通过设备内部风流组织，最大程度上提高作为环保设备的除尘效率，并通过提供相关的评价方法来进行设备可靠性、可追溯性的效率对比，并通过关键参数例如风压水压水浊度等指标参数的变化来精准控制设备的维护和水量水压调节的精准性；此外基于设备安全性的考虑，建立了相关关键安全监测参数的评价方法，同时***的安全参数在线监测，不仅满足***的本质安全要求，同时与国家对于相关涉燃爆粉尘行业的监管要求相统一，为后期企业与政府的信息参数对接提供了极大地便利。
附图说明
图1为本发明专利的结构示意图；
图2为图1中A部分的局部放大图（氢气监测装置）；
图3位图1中B部分局部放大图（涡流发生装置）；
图4为氢气报警分级的评价方法的流程图；
图中：1-机器总体框架；2-抛磨***模块；3-除尘***模块；4-监测***模块；5-供水过滤***；6-前端水池；7-后端水池；8-水洗除尘区；9-多级除尘区；10-溢流孔；11-干燥器；12-气体混合室；13-移动轮；14-铰链固定件；15-观察口和检查口；16-防尘罩；17-抛磨电机；18-抛磨轮；19-抛磨砂带；20-基座；21-大颗粒粉尘挡板；22-吸尘口；23-第一层级粉尘过滤挡板；24-第一层级水喷淋头；25-涡流发生装置；26-第二层级除尘挡板；27、第二层级水喷淋头；28-第三层级过滤层；29-负压吸风风机；30-水汽凝结装置；31-排放口；32-氢气监测装置；33-水位水压监测器；34-温度监测器；35-操作面板；36-在线监测连锁报警器；37-水流导流板；38-水循环泵；39-污泥过滤装置；40-联通开口；41-抽气装置；42-冷凝器；43-监测器；44-无线发射设备；45-刮板；46-弧形板；47-小型电机；48-叶片；49-水雾喷头；50-水槽。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于安全高效设计的湿法一体机，包括机器总体框架1、抛磨***模块2、除尘***模块3、供水过滤***5和监测***模块4，所述机器总体框架1内设有抛磨***模块2、除尘***模块3、供水过滤***5和监测***模块4，所述抛磨***模块2通过吸尘口22与除尘***模块3相连接，所述除尘***模块3的下方设有供水过滤***5，所述除尘***模块3包括水洗除尘区8和多级除尘区9。所述机器总体框架1固定在基座20上，基座20下部设有移动轮13和铰链固定件14，便于设备的移动和固定。机器总体框架1上设有操作面板35，观察口和检测口15。
所述抛磨***模块2包括防尘罩16、大颗粒粉尘挡板21、抛磨轮18、抛磨电机17和抛磨砂带19，抛磨电机17设置在基座20上，抛磨电机17与抛磨轮18相连接，抛磨轮18上设有抛磨砂带19，抛磨轮18的上方设有防尘罩16，防尘罩16主要为了防护飞出的粉尘颗粒伤害操作人员。所述抛磨轮18的后侧设有大颗粒粉尘挡板21，大颗粒粉尘挡板21为弧形，用于阻挡产生的大颗粒粉尘进入下方的过滤水池区域。大颗粒粉尘挡板21的一侧设有水槽50，大颗粒粉尘挡板21上设有溢流孔10，溢流孔10与水槽50相连通。
经过抛磨***模块2的粉尘在惯性和后端负压吸风风机29形成的风流作用下，首先与安装在抛磨***顶部延伸到下部的大颗粒粉尘挡板21相碰撞，大颗粒粉尘挡板21经过空气流体模拟设计成弧形，可以最大程度上吻合惯性条件下粉尘颗粒与挡板的充分接触并沿着挡板落入底部的供水过滤***5，同时挡板上侧的水槽50通过溢流孔10溢出水流，将可能沉积的表面粉尘冲入下方的前端水池6。未落入前端水池6的较小较轻的粉尘颗粒可以通过大颗粒粉尘挡板21下部的吸尘口22进入后端的水洗除尘区8。
所述水洗除尘区8内设有第一层级粉尘过滤挡板23和第一层级水喷淋头24，第一层级粉尘水喷淋头24安装在水洗除尘区8的悬架上，包括多个喷头主要通过连续的水喷淋冲击第一层级粉尘过滤挡板23。第一层级粉尘挡板23的下部设有开口，水洗除尘区8通过开口与多级除尘区9相连。通过第一层级水喷淋头24将大部分粉尘冲入下方的前端水池6内，同时第一层级粉尘过滤挡板23下部开口，经过水洗除尘的气流进入后端的多级除尘区9。所述多级除尘区9内设有水雾喷头49，第二层级水喷淋头27和第二层级除尘挡板26，多级除尘区9底部靠近前端水池6处设有涡流发生装置25，第二层级水喷淋头27和第二层级除尘挡板26位于多级除尘区9的中部，包括多个可以水平垂直等多角度喷射水雾的喷头。多级除尘区9的顶部设有第三层级过滤层28，第三层级过滤层由先进的PVC过滤材料组成。第三层级过滤层28的上方设有负压吸风风机29，负压吸风风机29与排放口31相连接。水汽凝结装置30设置于负压吸风风机29的下部第三层级过滤层28的上部，水汽凝结装置30用于剩余水雾的凝结，避免水雾进入负压吸风风机29。经过水洗除尘区8的粉尘气流通过第一层级粉尘过滤挡板底部进入多级除尘区9的涡流发生装置25。如图3所示，所述涡流发生装置25包括弧形板46、叶片48和小型电机47，小型电机47与叶片48相连接，叶片48设置在弧形板46内侧。在小型电机带47动的叶片48旋转状态下，粉尘气流可以进一步进行水洗，涡流发生装置25可以允许气流和水流都可以通过，保证了后端负压吸风风机29形成的气流通道顺畅，经过此气流水洗过程，将进入多级除尘区的粉尘洗入下方的前端水池6中；此后气流与多级除尘区的第二层级除尘挡板26接触，经过撞击带有粉尘的水汽形成水滴或者水流沿着第二层级除尘挡板26掉入下方的前端水池6中，同时第二层级水喷淋头27会有间隔的对向第二层级除尘挡板26的下部和多级除尘区壁面喷洒，冲掉可能粘在壁面的粉尘，在负压吸风风机29作用下，气流继续通过第三层级过滤层28和水汽凝结装置30，主要进行汽水分离，经过汽水分离的气流通过负压吸风风机29经过排气口31排到外部环境中。
所述供水过滤***5包括前端水池6、后端水池7、水循环泵38、水流导流板37和刮板45，所述前端水池6通过联通开口40与后端水池7相连接，前端水池6的底部设有水流导流板37，水流导流板37从抛光打磨区域通过联通开口延伸至后端水池7中，坡度逐渐降低，水流导流板37上方设有刮板45，刮板45会根据水池的浑浊度将沉积在底部的污泥逐渐刮到后端水池7中。后端水池7分为上下两层，中间通过39污泥过滤装置进行分割，水循环泵38放置于上层，通过循环水泵38的抽吸力，将底部沉积粉尘的水进行过滤，污泥留在底部，清水置于上部，同时通过导水管将干净的水送至设备各喷淋装置和水槽部位。
所述监测***模块4包括氢气监测装置32、水位水压监测器33、温度监测器34和在线监测连锁报警器36，氢气监测装置32和温度监测器34设置在除尘***模块3的多级除尘区9的上部侧壁上，氢气监测装置32与无线发射设备44相连接，无线发射设备44与在线监测连锁报警器36无线连接，所述水位水压监测器33设置在后端水池7内。
考虑到设备内部可能的恶劣环境，氢气监测主要采用主动抽吸方式进行，既能保证监测装置的寿命，又能通过过滤装置屏蔽掉水汽等干扰因素，保证了氢气测试的准确度，同时无线发射装置的存在可以实时将数据发送出来，起到多重多层级监测的作用，氢气监测装置的数据实时显示在操作面板位置，并在超过一定的危险等级状态下通过在线监测连锁报警器36发出报警信号，同时与设备的开关机连锁，设备内多处容易形成氢气积累的空间进行了氢气监测设置；水位水压监测主要为了保证水槽以及水池内水位；温度监测主要为了保证可能发生的累积潮湿粉尘发热。
如图2所示，所述氢气监测装置32包括冷凝器42、干燥器11、气体混合室12、监测器43和抽气装置41，冷凝器42与干燥器11相连接，干燥器11与气体混合室12相连接，气体混合室12与监测器43相连接，所述监测器43与抽气装置41相连接。
同时本发明专利还提供了有关设备除尘效率和漏风率、捕尘效率、循环水污浊程度以及氢气和温度报警分级的评价方法。
其中设备的除尘效率和漏风率评价方法过程为首先启动设备和发尘装置，待运行稳定后，分别采集罩口面和排气口面中心的粉尘并测定浓度𝑐in和𝑐out，以及流量Qin和Qout，按下式n=（𝑐inQin- 𝑐outQout）/ 𝑐inQin计算除尘效率。按照式e=（Qin-Qout）/ Qin计算评价漏风率。
捕尘效率评价过程是首先称取质量𝒎0的试验粉尘以小于1mm厚度平铺于平板，然后启动湿法一体机待运行稳定后，将试验粉尘至于罩口面中心位置，最后待一定时间后收集罩口下部及其周围1米范围内的粉尘称重𝒎，采用式r=（m0-m）/m0计算评价捕尘效率。
循环水污浊程度采用污泥浓度进行评价，其过程为湿法一体机运行过程中，用量筒取循环水池中一定体积V的污水，经500目筛子过滤，并称得滤网上滤渣质量m，按照式C=m/V计算泥浆浓度来评价循环水污浊程度。
如图4所示，氢气报警分级的评价方法主要为所述温度和气体的粉尘产生速率综合算法为：环境温度为t环 ，可能存在粉尘并反应积热的壁面温度为t样，设k1＝(t样-t环) /60；通过抽取的方式利用氢气测试传感器测试金属粉尘遇水产生的氢气量，每隔五分钟进行一次测试，设前后相近四次测试的氢气浓度分别为a1、a2、a3、a4，那么相同时间间隔内氢气的产生速率为s1＝a2 -a1、s2＝a3-a1、s3＝a4-a1，那么氢气产生速率的变化率为k2＝(s3 -s2)/(s2 -s1)；基于上述表述，判断某种状态下金属粉尘自燃倾向性大小，按照以下综合判据：当k1≥1时，判断金属粉尘与水反应速度很快，需要立即进行设备连锁关闭并发出报警信号；当0.5≤k1＜1且k2≥2时，判断金属粉尘与水反应速度较快，需要立即进行设备连锁关闭并第一时间发出声光报警信号；当0.5≤k1＜1，1≤k2＜2时，判断金属粉尘反应速度快，需在第一时间发出声光报警，等待人工处理；当0.5≤k1＜1，k2＜1时，判断活泼金属粉尘与水反应速度较慢，只需要无线定时发送数据，密切关注；当k2≥3，判断金属粉尘与水反应速度很快，需要立即进行设备连锁关闭并发出报警信号；当k1＜0.5，2≤k2＜3，判断金属粉尘与水反应速度较快，需要立即进行设备连锁关闭并第一时间发出声光报警信号；当k1＜0.5，1≤k2＜2，判断活泼金属粉尘与水反应速度较慢，只需要无线定时发送数据，密切关注；当k1＜0.5，k2＜1时，判断活泼金属粉尘与水反应速度较慢，只需要定时在屏幕上进行实时展示，并且持续关注。
本发明设备可以通过分级除尘的方式，通过设备内部风流组织，最大程度上提高作为环保设备的除尘效率，并通过提供相关的评价方法来进行设备可靠性、可追溯性的效率对比，并通过关键参数例如风压水压水浊度等指标参数的变化来精准控制设备的维护和水量水压调节的精准性；此外基于设备安全性的考虑，建立了相关关键安全监测参数的评价方法，同时***的安全参数在线监测，不仅满足***的本质安全要求，同时与国家对于相关涉燃爆粉尘行业的监管要求相统一，为后期企业与政府的信息参数对接提供了极大地便利。

Claims (10)

1.一种基于安全高效设计的湿法一体机，包括机器总体框架（1）、抛磨***模块（2）、除尘***模块（3）、供水过滤***（5）和监测***模块（4），其特征在于：所述机器总体框架（1）内设有抛磨***模块（2）、除尘***模块（3）、供水过滤***（5）和监测***模块（4），所述抛磨***模块（2）通过吸尘口（22）与除尘***模块（3）相连接，所述除尘***模块（3）的下方设有供水过滤***（5），所述除尘***模块（3）包括水洗除尘区（8）和多级除尘区（9）。
2.如权利要求1所述的一种基于安全高效设计的湿法一体机，其特征在于：所述抛磨***模块（2）包括防尘罩（16）、抛磨轮（18）、抛磨电机（17）和抛磨砂带（19），抛磨电机（17）设置在基座（20）上，抛磨电机（17）与抛磨轮（18）相连接，抛磨轮（18）上设有抛磨砂带（19），抛磨轮（18）的上方设有防尘罩（16）。
3.如权利要求2所述的一种基于安全高效设计的湿法一体机，其特征在于：所述抛磨轮（18）的后侧设有大颗粒粉尘挡板（21），大颗粒粉尘挡板（21）为弧形，大颗粒粉尘挡板（21）的一侧设有水槽（50），大颗粒粉尘挡板（21）上设有溢流孔（10），溢流孔（10）与水槽（50）相连通。
4.如权利要求1所述的一种基于安全高效设计的湿法一体机，其特征在于：所述水洗除尘区（8）内设有第一层级粉尘过滤挡板（23）和第一层级水喷淋头（24），第一层级粉尘挡板（23）的下部设有开口，水洗除尘区（8）通过开口与多级除尘区（9）相连，多级除尘区（9）底部靠近前端水池（6）处设有涡流发生装置（25）。
5.如权利要求4所述的一种基于安全高效设计的湿法一体机，其特征在于：所述涡流发生装置（25）包括弧形板（46）、叶片（48）和小型电机（47），小型电机（47）与叶片（48）相连接，叶片（48）设置在弧形板（46）内侧。
6.如权利要求4所述的一种基于安全高效设计的湿法一体机，其特征在于：所述多级除尘区（9）内设有水雾喷头（49）、第二层级水喷淋头（27）和第二层级除尘挡板（26），第二层级水喷淋头（27）和第二层级除尘挡板（26）位于多级除尘区（9）的中部，多级除尘区（9）的顶部设有第三层级过滤层（28），第三层级过滤层（28）的上方设有负压吸风风机（29），第三层级过滤层（28）与负压吸风风机（29）之间设有水汽凝结装置（30），负压吸风风机（29）与排放口（31）相连接。
7.如权利要求1所述的一种基于安全高效设计的湿法一体机，其特征在于：所述供水过滤***（5）包括前端水池（6）、后端水池（7）、水循环泵（38）、水流导流板（37）和刮板（45），所述前端水池（6）通过联通开口（40）与后端水池（7）相连接，前端水池（6）的底部设有水流导流板（37），水流导流板（37）从抛光打磨区域通过联通开口延伸至后端水池（7）中，水流导流板（37）上方设有刮板（45），后端水池（7）内设置有水循环泵（38）。
8.如权利要求1所述的一种基于安全高效设计的湿法一体机，其特征在于：所述监测***模块（4）包括氢气监测装置（32）、水位水压监测器（33）、温度监测器（34）和在线监测连锁报警器（36），氢气监测装置（32）和温度监测器（34）设置在除尘***模块（3）的多级除尘区（9）的上部侧壁上，氢气监测装置（32）与无线发射设备（44）相连接，无线发射设备（44）与在线监测连锁报警器（36）无线连接，所述水位水压监测器（33）设置在后端水池（7）内。
9.如权利要求8所述的一种基于安全高效设计的湿法一体机，其特征在于：所述氢气监测装置（32）包括冷凝器（42）、干燥器（11）、气体混合室（12）、监测器（43）和抽气装置（41），冷凝器（42）与干燥器（11）相连接，干燥器（11）与气体混合室（12）相连接，气体混合室（12）与监测器（43）相连接，所述监测器（43）与抽气装置（41）相连接。
10.如权利要求1所述的一种基于安全高效设计的湿法一体机，其特征在于：所述机器总体框架（1）固定在基座（20）上，基座（20）下部设有移动轮（13）和铰链固定件（14），机器总体框架（1）上设有操作面板（35），观察口和检测口（15）。
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