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1     焊煙特性及危害
　　隨著(zhù)我國汽車(chē)工業(yè)高速發(fā)展，汽車(chē)工廠(chǎng)焊接煙塵對工作環(huán)境造成的污染日趨嚴重。焊接煙塵的主要化學(xué)成分為Fez O.j , SiO.j , MnO, Ca()以及組成油煙的高分子化合物如烷烴、醛、酮、雜環(huán)化合物等，具有分散度大、沉積慢、易飄浮在空氣中等特點(diǎn)，不僅危害工作者的身心健康，還會(huì )進(jìn)入設備內部，造成設備損壞，影響正常生產(chǎn)。
　　據歐洲權威環(huán)保部門(mén)德國社會(huì )意外保險職業(yè)安全與健康研究所的檢測結果，焊接產(chǎn)生的煙塵顆粒的直徑在0.1^-1 }m之間，能通過(guò)人體上呼吸道進(jìn)入肺泡，沉積在肺部(沉積率達50%以上)，引起呼吸道疾病甚至肺癌等。其中，0. 1^-0. 4 }m直徑的顆粒占總煙塵的98.900。焊接煙塵顆粒檢測結果見(jiàn)表1

　?。病〖惺胶笩焹艋鲀艋到y
　?。玻薄≡?br /> 　　引入置換通風(fēng)技術(shù)將新風(fēng)直接送入工作區，在室內熱源引起的豎直溫度梯度作用下，新風(fēng)隨對流氣流形成向上流動(dòng)的主導氣流。因新風(fēng)送風(fēng)動(dòng)量很小，對室內主導氣流影響極其微弱。隨著(zhù)新風(fēng)的向下擴散，工作區得到較好的空氣品質(zhì)、舒適性及較高的通風(fēng)效率。
　　汽車(chē)工廠(chǎng)焊接車(chē)間在高度方向上具有穩定的溫度梯度，可以將新風(fēng)以較低的風(fēng)速和溫差直接送入工作區。低溫的新風(fēng)在重力作用下下沉到地面后慢慢擴散，在地面上形成一層清潔空氣層。室內污染源所產(chǎn)生的熱氣流受浮力的作用上升，并不斷地卷吸周?chē)諝?，通過(guò)熱氣流上升的卷吸作用、后續新風(fēng)的推動(dòng)作用，以及設置在車(chē)間上部的排風(fēng)口的抽吸作用，使得地面上方的潔凈空氣緩緩向上移動(dòng)，形成向上的均勻氣流，工作區的污濁空氣逐漸被新風(fēng)或潔凈空氣置換。整體通風(fēng)除塵原理見(jiàn)圖１。

　　焊接過(guò)程中產(chǎn)生的大量熱量使周?chē)諝鉁囟壬?、密度減小，熱空氣卷吸周?chē)目諝?，形成主導氣流流向?chē)間上部。焊接煙塵由于粒徑極小，會(huì )跟隨煙羽運動(dòng)。焊接剛開(kāi)始進(jìn)行時(shí)，煙羽相當微弱，很容易受到周?chē)鷼饬鞯母蓴_，煙羽的半徑較大。當煙羽上升到一定高度后，其溫度降低至周?chē)諝獾臏囟?，無(wú)法繼續上升，而向四周水平散開(kāi)并形成分層。在這兩個(gè)區域，空氣溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng)有非常明顯的不同特性，下部單向流動(dòng)區存在豎直溫度梯度和濃度梯度，而上部湍流混合區溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng)則比較均勻，分別接近排風(fēng)的溫度和污染物濃度。
　　集中式焊煙凈化器凈化系統的原理就是利用較低風(fēng)速將潔凈空氣直接送入工作區下部，保證工作人員始終處在清潔的環(huán)境中，上部污濁空氣通過(guò)高效聚四氟乙烯覆膜過(guò)濾處理后逐漸被排出，焊接煙霧中９９。９７％粒徑大于０。１μｍ的微粒被過(guò)濾掉。因煙塵經(jīng)過(guò)濾處理后能達到室內排放標準，室內空氣可以循環(huán)使用，避免直接排放造成室內冷量／熱量的浪費。該方式僅針對工作區域而非整個(gè)廠(chǎng)房，為利用低品位冷（熱）源以及節省空調運行費用提供了可能，不僅解決了煙塵凈化及大氣污染問(wèn)題，同時(shí)回收了排風(fēng)攜帶的能量。
　?。?。２　設計方案
　　氣流組織設計在集中式焊煙凈化器凈化系統設計中至關(guān)重要。應根據焊接廠(chǎng)房生產(chǎn)線(xiàn)的內部條件、功能，供冷和供暖系統方案，可供選擇的風(fēng)口形式等綜合確定氣流組織形式。廠(chǎng)房宜采用下部送風(fēng)，上部排風(fēng)（回風(fēng)）的置換通風(fēng)方式，在每跨兩側柱子２。０～２。５ｍ高處（特殊情況除外）設置送風(fēng)口，出風(fēng)風(fēng)速控制在０。５ｍ／ｓ以?xún)?；在?chē)間上部?jì)蓚人惋L(fēng)口中間設置排（回）風(fēng)口，排（回）風(fēng)口盡可能布置在室內熱力分層或煙氣穩定層高度位置。
　　新回風(fēng)比例：當干球溫度在０ ℃以下時(shí)，新風(fēng)補充量為２０％（排除車(chē)間焊煙異味），８０％為回風(fēng)，以節約能源（熱量）；當干球溫度在０～１５ ℃之間時(shí)，可采用４０％的新風(fēng)、６０％的回風(fēng)，以減少能源用量；當干球溫度為１５～３０℃時(shí)，采用１００％的新風(fēng)，關(guān)閉冷熱源供應，節省能源；當干球溫度超過(guò)３０℃時(shí)，新風(fēng)補充量為２０％（排除車(chē)間焊煙異味），８０％為回風(fēng)，以節約能源（冷量）。
　?。场∮嬎銠C模擬驗證與優(yōu)化
　?。?。１　計算機模擬流程（見(jiàn)圖２）

　?。?。２　焊煙形成與治理模擬分析
　　對不同通風(fēng)方式下焊接車(chē)間的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)及污染物濃度場(chǎng)分別進(jìn)行了夏季、冬季、過(guò)渡季工況的數值模擬研究?；谟邢摅w積法求解Ｎ－Ｓ方程，計算速度、溫度、壓力、濃度、流向分布；計算自然擴散和強制排風(fēng)狀態(tài)下的有害煙塵（粉塵）及氣體流向和濃度分布，進(jìn)而對焊煙狀態(tài)進(jìn)行模擬和分析。對不同形狀自然或者擾動(dòng)工況下的氣流狀態(tài)進(jìn)行分析，得到仿真氣流中污染氣體、污染粉塵的擴散、分布規律，從而給出排煙技術(shù)的驗證、優(yōu)化方案。
　　根據不同的焊裝工藝、輸送工藝建立相應的模型，對不同工況狀態(tài)下的自然氣流狀態(tài)，進(jìn)行焊煙治理后的氣流組織狀態(tài)，在機械化輸送、工件裝配、人員操作、公用設備對氣流組織有干擾情況下的氣流狀態(tài)進(jìn)行計算機流體擴散狀態(tài)、空氣溫度場(chǎng)、空氣
　　基于焊裝廠(chǎng)房焊煙分析系統建立以下模塊：
　?。保S(chǎng)房模塊。構造廠(chǎng)房、鋼結構、吊軌等建筑結構外形信息和數學(xué)模塊。
　?。玻┖笝C模塊。構造不同型號的焊機外形尺寸或三維數學(xué)模塊、焊煙參數（包括保護氣、有害氣體排放量）模塊、焊機外殼工作溫度等參數模塊。
　?。常┖笝C排風(fēng)模塊。ＣＦＤ－ＡＣＥ＋（美國某公司開(kāi)發(fā)的ＣＦＤ及多物理場(chǎng)求解器）系統內置多種排風(fēng)口、風(fēng)罩和風(fēng)機模塊，該模塊放置在廠(chǎng)房模塊中，可任意調用。
　?。矗┉h(huán)境模塊。系統內置多種環(huán)境模塊，包括地域（風(fēng)向、溫度、濕度差異）、季節（溫度、濕度差異）、人工干預（供暖、制冷）幾個(gè)部分。
　?。担﹥?yōu)化模塊。在模塊的任意排列組合條件下，對有害氣體含量上限、溫度上限，排風(fēng)口數量、位置，風(fēng)機數量、位置、排風(fēng)量等進(jìn)行優(yōu)化，在內置的多種優(yōu)化算法指導下得出符合要求的廠(chǎng)房設計參數。
　　通過(guò)對焊接工藝煙塵和煙羽特點(diǎn)的分析，結合焊接車(chē)間的特點(diǎn)，利用ＣＦＤ－ＡＣＥ＋模擬了不同室內空氣狀況，不同空氣溫度場(chǎng)、空氣動(dòng)力場(chǎng)和具有不同“影響源”（各種工藝設備、通風(fēng)設備）的封閉式焊接車(chē)間，對整體通風(fēng)除塵與常規通風(fēng)方式進(jìn)行了優(yōu)劣驗證。結果如圖４，５所示，由圖可見(jiàn)，常規通風(fēng)方式局部渦旋嚴重，導致焊煙聚集，難以排出；而整體通風(fēng)除塵方式焊煙隨上升氣流迅速擴散排出。
　　在常規通風(fēng)模式下，車(chē)間內焊接煙塵大部分都能排出，但煙塵濃度超標區域較大，半徑超過(guò)３ｍ，超標區域集中在ＣＯ
　?。埠笝C處，如圖６所示，圖中黃色區域為煙塵濃度超標區域。

     在整體通風(fēng)除塵狀態(tài)下，車(chē)間內焊接煙塵處理效果較好，煙塵濃度超標區域較小，半徑不超過(guò)２ｍ，超標區域集中在ＣＯ２焊機處，如圖７所示，濃度超標區域（黃色區域）明顯減小。

　?。础?shí)際應用效果
　　廣州某合資汽車(chē)公司焊接廠(chǎng)房項目采用整體通風(fēng)除塵空調系統，系統流程如圖８所示。該焊接廠(chǎng)房建筑面積１１?。埃埃埃恚?，柱頂標高９。８ｍ。該車(chē)間主要用于車(chē)身焊接加工，有ＣＯ２焊機及電阻焊機約１５０臺，不均勻地分布在車(chē)間內。
　　設計方案：夏季室溫≤２９℃；３ｍ以下工作區粉塵質(zhì)量濃度≤４ｍｇ／ｍ３；引入適量新風(fēng)排除室內異味；對于產(chǎn)煙量較大的ＣＯ２焊機工位設置局部除塵系統。

　　兩年的實(shí)際運行表明完全達到了設計目標值，創(chuàng )造了良好的室內衛生環(huán)境。與此同時(shí)實(shí)現了冷熱源的循環(huán)利用，解決了將焊煙直接排至大氣造成的污染問(wèn)題，節能減排效果明顯。焊裝廠(chǎng)房通風(fēng)空調參數的設定與能源消耗密切相關(guān)，夏季車(chē)間溫度每降低１ ℃，就需多耗冷量約１０％，冬季車(chē)間溫度每提高１℃，需多耗熱量約５％～７％。整體通風(fēng)除塵空調系統能根據不同季節的氣候特點(diǎn)和車(chē)間溫濕度要求，合理控制回風(fēng)量和新風(fēng)量；在過(guò)渡季節，充分利用室外新風(fēng)的調節能力，大幅度地降低能源消耗，實(shí)現節能
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　　采用整體通風(fēng)除塵空調系統及合理的氣流組織設計，能夠有效地控制焊裝廠(chǎng)房的焊煙擴散，使焊接煙塵在送風(fēng)推動(dòng)和排風(fēng)口抽吸作用下緩慢上升，形成向上的單向流動(dòng)，既排除了廠(chǎng)房?jì)鹊暮附右源撕秆b車(chē)間為例，分析對比整體通風(fēng)除塵空調系統與常規通風(fēng)空調系統的投資與能耗，結果見(jiàn)表２。煙塵，滿(mǎn)足工作區的衛生標準，又實(shí)現了冷熱源的循環(huán)利用，節約了能源，解決了焊煙直接排至大氣的二次污染問(wèn)題。整體通風(fēng)除塵空調系統是汽車(chē)焊接煙塵治理及節能的重要技術(shù)措施，是通風(fēng)除塵系統設計的新嘗試，將對我國汽車(chē)工廠(chǎng)焊接廠(chǎng)房通風(fēng)除塵設計產(chǎn)生積極的影響，有著(zhù)廣闊的應用前景、可觀(guān)的經(jīng)濟效益和良好的社會(huì )效益。