078细纱车间防治煤灰纱污染的通风设计

细纱车间防治煤灰纱污染的通风设计东华大学沈恒根王迎辉张威摘要煤灰纱是长期困扰棉纺织工厂生产质量的一大生产难题，本文以煤灰纱的防治为目的，分析了煤灰纱的尘源特性、形成原因及影响因素，就目前细纱车间的通风状况，热压、风压对空气渗透的影响以及通风系统设计中存在的问题进行了探讨。基于保持细纱车间微正压这一防治煤灰纱的前题，根据有害物在有限空间内质量平衡方程，分析了车间机械送风量、排风量与压力分布的关系，以及车间气流组织的合理设置，对细纱车间通风系统偏正压设计进行了探讨。关键词煤灰纱成因通风系统微正压气流组织1前言“煤灰纱”，又称“黑灰纱”，是纺织生产环境尘污染引起的主要问题。当大气环境恶化后，空气中的烟尘随被污染的空气进入细纱车间，与高速运转的纱线相互摩擦产生静电，烟尘被吸附在纱线上产生煤灰纱。煤灰纱严重影响了纺织产品的质量，高发期给纺织企业带来较大的经济损失，是长期困绕纺织企业的一大生产难题。形成煤灰纱的尘源，一部分是车间外环境尘源，另一部分是车间内环境尘源，这些颗粒主要为油烟和炭黑颗粒，其表面积很大（100000～1100000cm2/g）,粒径很小（油烟粒径0.03μm～1.0μm，碳黑粒径0.01μm～0.2μm）[1]，且憎水、粘附性强、色泽黑，当粘附于白纱上在后加工处理中很难洗去，形成疵点或斑条。煤灰纱的形成受室外气象条件、大气污染程度及灰尘的相对尺度、纱线品种、纺织工艺静电的产生等因素的影响。车间内部压力状态是一个重要影响因素。当车间工艺排风与补风不合理使车间内呈负压状态时，在车间内外压差下会导致渗透风，带入大量室外尘，即使新风经有效过滤仍会带入车间大量室外尘。同时，不合理的气流组织会造成车间局部涡区，使灰尘聚集无法被循环风带走。因此细纱车间应保持微正压，以防止未经处理的空气从维护结构的缝隙进入车间对空气造成污染，并合理组织气流，这是防治“煤灰纱”的前提，也是车间稳定生产的重要保证。2目前细纱车间的通风状况2.1细纱车间的机械通风细纱车间采用机械通风的方式进行全面通风。车间既有有组织的机械进风和机械排风，又有由于压差造成的无组织新风的渗入和渗出。它们都会影响到车间的通风状况，进而对车间的压力分布产生影响。2.2压差所造成的无组织新风的渗透无组织新风主要是指由于车间内外静压差（内负外正）而引起的局部渗透风。细纱车间的维护结构上存在着很多的缝隙，在热压、风压以及室内外大气压力共同作用下，就会有空气从这些部位渗入或渗出车间[2]。热压的产生是由于细纱车间内外存在温差，在重力作用下由空气的密度差和气柱的高度产生的压差。风压是当室外气流与细纱车间相遇时，气流受阻而绕流通过使车间四周的室外气流静压力的升高或降低。如图1所示[3]。迎风面形成正压，侧面和背风面形成负压，其它表面的风压受其形状影响有正有负，空气就会从压力较高的孔隙进入室内，从压力较低的孔隙流向室外，从而形成风压作用下的空气的渗透。风图1锯齿厂房四周的气流分布1传统空调通风系统风量平衡计算方法认为进排风温度相等，风平衡按体积进行计算，这与实际情况大多不相符，从而使车间呈负压状态，导致室外无组织新风的渗入。通过细纱车间门、窗等缝隙渗透的空气量可用下式表示：bLlPα=Δm3/s(1)式中：－门、窗等两侧的有效作用压差，PΔnPPPwΔ=−，2/Nm；nwPP，－为车间内外空气的压力，2/Nm；l－门、窗缝隙的长度，m；α、b－与门、窗气密程度有关的系数。门、窗两侧的有效作用压差是热压、风压以及室内外大气压力共同作用的结果[2]。如果PΔ0，外界未经处理的空气就会把微细的油烟和碳黑颗粒等带进细纱车间，使细纱车间的空气受到污染。当0时，就会有空气从细纱车间维护结构的缝隙渗出。PΔ2.3车间送风的气流组织不合理纺织车间多采用均匀送风方式，回风口设在空调室一侧墙上进行集中回风。对于较小空间尚能适用，对于较大车间就存在问题。车间气流流场不均匀，存在较多的回旋涡区，造成车间局部负压，灰尘沉聚形成多灰区，“煤灰纱”多发生于此种情况。2.4循环风的处理质量不高回风的使用在纺织厂占有很重要的地位，在稳定车间温湿度降低冷热负荷方面起主导作用，在冬、夏两季用回风量接近总送风量的80~90％。目前纺织车间回风处理的典型方法为回风窗滤网或转笼滤尘器过滤加喷淋水洗涤后回用等。其处理对纤维尘考虑较多，但对粒径较小的灰尘和油尘无法过滤去除，这部分微粒仍循环进入车间。3细纱车间通风设计分析3.1细纱车间通风状况与压力分析考虑车间进排风温度差异，根据有害物在有限空间内质量平衡的计算方法[3]，建立细纱车间采用全面通风情况下的颗粒物质量平衡的关系式，对细纱车间的通风状况进行分析。设细纱车间的体积为fV（m3）,车间稳定生产每秒钟散发的颗粒物量为x0（g/s），那么在任何一个微小的时间间隔内，车间得到的颗粒物量与从车间排除的颗粒物量之差应等于细纱车间内增加（或减少）的颗粒物量。当车间处于负压状态时：112203fLydLydxdLydVdyττττ++−=（2）当车间各处均为正压时：11403fLydLydxdLydVdyττττ−+−=1（3）2L－分别为细纱车间的有组织进风量（机械送风量）和无组织进风量，；3/ms式中：L，3L，－分别为细纱车间的有组织排风量（机械排风量）和无组织排风量，；4L3/ms12y，，－分别为送入车间空气、外界空气和车间空气的颗粒物浓度，g/myy3；dy－dτ时间内车间内颗粒物浓度的变化，g/m3.s3.1.1细纱车间的机械送风量和压力分布的关系当车间生产稳定时，车间空气中的含尘浓度趋于稳定，即=0。则车间为负压时：dy21122030LyLyxLy++−=将2bLlPα=Δ代入上式，得013111bxya2LLlyyy=−−Δpy（4）当车间处于稳定生产状态时，y、y、、12y3L以x0为定值，对于固定的维护结构l、a和b均为定值。则上式可写为：1bLABp=−Δ（5）其中：A=0311xyLyy−,B=1aly2y。同理，车间为正压时：LA1bCp=+Δ（6）其中：A=0311xyLyy−，C=1alyy。因此，可得到压差与机械送风量PΔ1L的关系式：1,,0bb0ABpPL（7）ACpP⎧−ΔΔ〈⎪=⎨+ΔΔ〉⎪⎩其关系曲线，如图2所示。L1=A+CΔPPbL1=A-B│ΔP│b图2车间的机械送风量和压差的关系由此可见：(1)当△P＝0时，L1＝A，A即为细纱车间克服热压、风压等使车间内外压差等于零时的机械送风量。当L1＝0时，△P达到负压的最大值，车间的送风量即为渗入风量，也等于排风量。此时，未经处理进入细纱车间的空气量最大，对车间空气污染的程度最严重。目前，大部分细纱车间的通风状况在这两种状态之间。(2)随着机械送风量的增加，车间的压差由负压变为正压，通过维护结构的渗入风量逐渐减小，空气逐渐由渗入变为渗出，随空气进入细纱车间的颗粒物质量不断减少至零，减小了环境空气中的颗粒物对车间空气的污染程度。3.1.2细纱车间的机械排风量和压力分布的关系车间处于稳定生产状态时，在机械送风量和其它参数不变的条件下可得机械排风量和压差的关系：3,,0bbDEpPLDFpP⎧0+ΔΔ〈⎪=⎨−ΔΔ〉⎪⎩（8）其中：D=011xyLyy+，E=al2yy，F=al。其关系曲线如图3所示。3L3=D+E│ΔP│bL1=D-FΔPPb图3车间的机械排风量和压差的关系由此可见：(1)当△P0，机械送风量为定值时，加大机械排风量，会使△P的值变小，细纱车间向外渗出的空气量减少。当排风量增大到一定值时，△P＝0，渗透风量为零。(2)再增大机械排风量，会使△P0，随着排风量的增加△P的绝对值变大，由室外渗入车间的空气量增加，会加重对细纱车间空气的污染。3.2车间偏正压设计分析由全面通风的基本微分方程:200'(1)(0)()jfpfnLydxdLydVyyyyηττττττ−+−=⎧dy==⎪==⎩⎪⎨（9）积分得：20200(1)exp()(1)jfpjfppfLyxLyLLyxLyVητη−+−=−−+−（10）由质量风平衡条件：jjpptpLLKLρρ==则，任意时刻车间尘浓度为：0036001expexp36003600tjfxnyKYynVτ⎛⎞⎡⎤⎛⎞⎛=+−−+−⎜⎟⎜⎟⎜⎢⎥⎜⎟⎝⎠⎝⎠⎣⎦⎝⎠nτ⎞⎟（11）式中：---温度修正系数，有tK()()jptttK++=273273jY---进入车间的空气相当浓度，有()()()()()2222221jjjjjjjfYGGLLLyLyLLη=++=+−+jjn---换气次数，次/h。随时间的推移，使车间尘浓度呈下降趋势的条件为：对时间yτ的导数'0yτ，即换气次数为()003600tjfxnyKYV−考虑到渗透风量，使最终机械送风量应能够使车间内尘浓度达到某一低限值，从而减少甚至防止“煤灰纱”的发生。此外，通过对新风量的重新设计，实现车间偏正压，也防止了无组织渗透风的进入。车间通风补充新风量为：4()()02211fnjjjnfnppVxyLyyyyρρτ0fyηηρρ−=−−−−−（12）式中:jρ，pρ---分别为冬季室外和室内温度时空气密度，0ny---通风系统开动前室内空气的有害物浓度，g/m3；y---经过'τ时间后车间内尘浓度的设计值，g/m3；fη---新风过滤效率。3.3车间内气流组织分析车间的送排风方式是决定车间气流流场和温湿度场分布的主要因素，因此，必须分析车间中气流运动的规律，找出涡流区和灰区，使车间内气流能够将空间中悬浮尘引入排风和循环风。技术核心是对目前大部分纺织厂采用的均匀上送侧回方式所形成的流场进行分析，使送风口和排风口的合理布置与匹配。细纱车间可采用全面均匀排风，一般做成地沟形式的下排风，可有效降低车间空气含尘量及温度，使车间气流运动方向同各种灰尘的靠重力作用沉降方向一致，减少了已沉降灰尘的“二次飞扬”现象，同时对在空气中根本不能自由沉降的细小灰尘，也起到有利于沉降的作用，采用该方式排风，同时减少了含尘气流通过呼吸区的机率。或采用下送上排的置换通风形式。表1是某厂采用地排及不采用地排时空气含尘浓度的结果对比。表1地排对含尘浓度的影响车间名称采用地排方式时空气含尘浓度(mg/m3)不采用地排方式时空气含尘浓度(mg/m3)降低车间空气含尘浓度百分比(%)细纱车间2.192.5815.14结论通过以上分析，细纱车间保持微正压对防治“煤灰纱”是非常必要的，可采取以下相应的技术措施：（1）提高细纱车间维护结构的密封性能，以减少空气渗入，降低环境空气对车间空气造成的污染。（2）车间合理的送风量应为机械排风量和最不利条件下热压和风压渗透风量之和。需根据厂房围护结构的密闭情况和所在地的气候条件以及车间灰尘的散发情况来确定。机械送风量应大于机械排风量，一味加大送风量虽然可使细纱车间的正压得到保证，但增加了能耗。（3）在不加大新风量和加强对新风过滤的条件下，盲目加大车间空气的换气次数，反而会使车间负压状态加剧，空气渗透量增加，加重了车间空气的污染程度。因此，需要根据生产实际确定合理的机械排风量。（4）合理组织车间气流，减少或避免涡流区。采取以上几点措施即保证细纱车间的微正压及合理的气流组织只是防治“煤灰纱”的前提条件。但由于喷淋室对空气中微细颗粒物的净化效果差，车间仍会出现“煤灰纱”现象。采用过滤设备对环境空气中的颗粒物进行有效净化，提高空调系统新风的质量，才是防治“煤灰纱”的关键。在冬、夏两季尽量采用回风，并加强对新、回风的过滤。当车间外尘浓度超过或接近产生“煤灰纱”限度时开启新风过滤设备，同时体现新风和循环风的合理配比指标。参考文献：[1]许钟麟著.空气洁净技术原理.北京：科学出版社，2003[2]孙一坚.简明通风设计手册.北京：中国建筑工业出版社，1997[3]孙一坚.工业通风（第三版）.北京：中国建筑工业出版社，19945