Решение по аспирации деревообработки и мебельного производства

Для создания нормальных и безопасных условий труда, предотвращения выделения пыли от оборудования в производственном помещении, а также для транспортирования различных сыпучих материалов, применяются системы аспирации и пневмотранспорта. Эти системы имеют санитарно-гигиеническое, экологическое и технологическое назначения, а также позволяют обеспечить взрыво-пожаробезопасность.

Качество обработки на деревообрабатывающих производствах возможно только в том случае, если система аспирации - пылеудаления является качественной и надежной. Работа любого деревообрабатывающего станка сопровождается выделением большого количества древесных отходов (стружка, опилки, пыль), поэтому система аспирации - непременный атрибут деревообрабатывающих производств.

Грамотно спроектированная аспирационная система позволяет:
• вернуть очищенный теплый воздух обратно в цех, что существенно снизит затраты на отопление;
• очистить цех от пыли;
• производить более качественную продукцию.

Знакомство с системами аспирации

Латинское слово «аspiratio» – «аспирация» означает "вдыхание" и в данном случае характеризует принцип действия инженерных систем, состоящий в очистке воздуха от технологического оборудования.

В деревообрабатывающей промышленности установки для пылеотсоса стружки от станков начали применяться еще в начале прошлого века, и к двадцатым годам были распространены уже довольно широко. Условия их работы, а следовательно, и требования предъявляемые к ним, характеризовались следующими основными моментами:
• парк деревообрабатывающих станков, применявшихся в производстве, изменялся очень медленно;
• фракционный состав древесных отходов характеризовался относительно небольшим содержанием пыли, что было связано как с невысокими скоростями резания, так и с использованием в качестве обрабатываемого материала в основном натуральной древесины;
• производственные корпуса большинства предприятий имели небольшие размеры;
• технологические процессы, а следовательно, и технологические планировки и состав оборудования цехов изменялись незначительно в течение довольно продолжительного времени;
• вопросам охраны окружающей природной среды от загрязнения вредными выбросами промышленных предприятий и экономии топливно-энергетических ресурсов не придавалось особого значения.

В настоящее время условия работы аспирационных систем - систем пылеудаления значительно изменились, это связано со следующими причинами:
• появился ряд новых видов производств, таких, как производство древесностружечных, древесноволокнистых, цементностружечных плит;
• наблюдается быстрое обновление парка технологического оборудования, выпускаемого станкостроительными предприятиями; увеличением размеров производственных корпусов;
• увеличением объема измельченных отходов деревообработки и удельного содержания в них пылевидных частиц за счет повышения скоростей резания и применения плитных материалов;
• частой сменой технологических процессов и оборудования в пределах производственных помещений; ужесточением требований, связанных с охраной окружающей природной среды, а также экономным использованием энергетических, сырьевых и материальных ресурсов.

В связи с тем, что удаление из воздушного потока крупных частиц (стружки, опилок и пр.) не представляет собой сложной задачи, основной функцией современных систем аспирации является эффективное и надежное обеспыливание, очистка воздуха от пыли в рабочей зоне производственных помещений и охрана атмосферного воздуха от загрязнения пылевыми выбросами с минимальными капитальными и эксплуатационными затратами.

Классификация систем аспирации деревообрабатывающих производств

По характеру циркуляции воздуха

Системы аспирации делятся на прямоточные и рециркуляционные.
Прямоточные системы аспирации - это системы, в которых аспирационный воздух забирается из объема производственного помещения и после очистки воздуха от пыли в пылеулавливающих агрегатах выбрасывается в атмосферу.

Рециркуляционные системы - это системы, в которых аспирационный воздух после очистки в пылеулавливающих агрегатах не выбрасывается в атмосферу, а полностью или частично возвращается в производственное помещение, что позволяет значительно сократить потери тепла в зимний период, а следовательно, уменьшить затраты на отопление. Это особенно важно в районах с продолжительной, холодной зимой (Северо-Западный регион, республики Карелия, Коми, регионы Сибири и др.).

По характеру гидравлического режима

Системы аспирации делятся на системы с постоянной производительностью и системы с переменной производительностью.

По характеру связи с технологическим оборудованием

Системы аспирации делятся на централизованные и автономные.

К централизованным относятся системы аспирации, к которым подключено несколько рабочих органов деревообрабатывающего оборудования с независимым включением и выключением. Эти рабочие органы могут принадлежать как нескольким единицам технологического оборудования, так и одной, но в любом случае одновременность их работы не является обязательной. Таким образом, централизованные системы всегда имеют принципиальную возможность быть выполненными как системы с переменной производительностью.

К автономным системам аспирации относятся системы, обслуживающие один или несколько рабочих органов технологического оборудования, включаемых и выключаемых одновременно. Как правило, это рабочие органы одной единицы оборудования. В таких системах по условиям технологии всегда требуется отсасывать одинаковый объем воздуха, а следовательно, автономные системы не могут быть системами с переменной производительностью.

Внутри каждого класса системы аспирации могут иметь неограниченное число вариантов, отличающихся друг от друга конструктивными особенностями и оборудованием. Выбор того или иного класса систем определяется технологическими и технико-экономическими соображениями. Основным показателем, характеризующим работу пылеулавливающих агрегатов в конкретных условиях их применения, является степень очистки от пыли, которая зависит как от качества пылеулавливающих агрегатов, так и от производительности (м3 воздуха в час), которая, в свою очередь, напрямую зависит от скорости воздушного потока.

Основное требование к системам аспирации по качеству очистки воздуха выполняют пылеулавливающие агрегаты, которые отличаются по конструктивному исполнению.

Циклон

Аппарат, в котором отделение твердых частиц от воздуха осуществляется за счет использования центробежной силы, развивающейся при вращательно-поступательном движении материаловоздушного потока и прижимающей частицы к стенке циклона. При этом частицы теряют кинетическую энергию потока и под воздействием силы тяжести опускаются в направлении выгрузного отверстия. До конца прошлого века циклоны были наиболее распространены в деревообрабатывающих производствах, это было связано с простотой их изготовления и обслуживания, а также небольшими капитальными затратами. Однако их существенные недостатки (ограниченные возможности очистки от пыли, не отвечающие современным требованиям; необходимость их монтажа вне производственных помещений, что приводит к удалению теплого воздуха из помещений) значительно сузили область их применения в настоящее время.

Фильтр очистки воздуха от пыли

Пылеуловитель, процесс очистки в котором осуществляется за счет фильтрации или осаждения твердых частиц, взвешенных в воздушном потоке, на поверхности или в объеме пористых сред.

В настоящее время в деревообрабатывающих производствах индустриально развитых стран фильтры очистки воздуха являются основным видом пылеулавливающего оборудования аспирационных систем. Их конструкция и материалы позволяют очищать воздух аспирационных систем от пыли до величины пылесодержания менее 1 мг/м3, т. е. ниже величины предельно допустимого санитарными нормами пылесодержания для приточного воздуха, что позволяет в большинстве случаев возвращать в холодное время года очищенный воздух в помещения и экономить за счет этого на расходах на отопление.

Пылеуловитель большой производительности

Деревообрабатывающие предприятия с большим грузооборотом имеют возможность выпускать широкий ассортимент продукции большими партиями и оперативно перестраивать технологический процесс на выпуск новых видов продукции, пользующихся на данный момент времени повышенным спросом.

Операции деревообработки связаны с образованием различных видов древесных отходов. Причем на больших предприятиях, периодически меняющих ассортимент выпускаемой продукции, процентный состав отходов производства постоянно меняется в зависимости от вида исходного сырья и состава технологических операций производства продукции. В зависимости от вида обработки древесины отходы делят на три группы:
• стружка;
• опилки;
• шлифовальная пыль.

Стружка имеет форму пластинки или спиральной ленты толщиной 0,15-1,5 мм, длиной до 500 мм, шириной 1-100 мм. Минимальный размер входного патрубка аспирационной установки, принимающей отходы от группы фрезерных и строгальных станков, должен быть не менее 150 мм. Содержание пылевых частиц размером менее 500 мкм в отходах от этих станков составляет 12,5%. Формула фракционного состава пылевых частиц 69-26-5 (69% частиц размером 500-250 мкм, 26% - размером 250-100 мкм, 5% менее 100 мкм). Преобладают частицы вытянутой формы, часть из них с изломами.

Опилки по форме напоминают куб или параллелепипед, встречаются отщепы в виде игл. Продольный размер частиц 0,1-2,5 мм. Минимальный размер входного патрубка аспирационной установки, принимающей отходы от группы пильных станков, в основном определяется общей величиной нагрузки на установку, однако минимальный диаметр трубопровода во избежание закупорки должен быть не менее 100 мм. Содержание пыли в отходах пиления составляет 35%.

Формула фракционного состава пылевых частиц 72-23-5. Их форма весьма разнообразна. Поверхность частиц шероховата, они имеют резкие переходы от узкой части к расширению.

Шлифовальная пыль – это отходы, образующиеся в процессе шлифования древесины, пылевые фракции размером менее 500 мкм составляют 98% от их общего объема. Форма мелкодисперсных частиц пыли имеет сложную конфигурацию и частично определяется породой древесины. Шлифовальная пыль содержит абразивные включения. Формула фракционного состава шлифовальной пыли 26-40-34.

Плотность древесины, обрабатываемой на станках лесопильно-деревообрабатывающих предприятий в зависимости от ее породы и влажности составляет 400-1000 кг/м3. Относительная влажность древесины, обрабатываемой на мебельных предприятиях - 6-15%, в лесопильных цехах - до 50%. Влажность соответствующих отходов такая же. Сравнивая плотность измельченной и неизмельченной древесины, можно установить, что плотность древесной пыли почти в два раза больше, чем у неизмельченной древесины, и в зависимости от способа ее получения, породы древесины, фракционного состава колеблется в пределах от 1000 до 1800 кг/м3.

Отходы цельной древесины и древесная пыль относятся к категории нетоксичных материалов, так как даже при наличии абразивных включений содержание свободной двуокиси кремния в общем составе пыли не превышает 0,055%. Вредна пыль от шлифования ДСП (выделение токсичного формальдегида) или полирования лакированных деталей, а также пыль, выделяющаяся при шлифовании древесины тропических пород (тик, красное и розовое дерево, палисандр).

Мелкодисперсные пылевые частицы оказывают вредное воздействие на организм человека и вызывают различные заболевания, поэтому требования нормативных документов СЭС N 12.10005-88 "Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны" по выбросам загрязняющих веществ в атмосферу и воздух производственных помещений существенно ограничивают выбросы отходов производства в атмосферу.

Пожароопасность измельченной древесины зависит от ее влажности. Взрывоопасность отходов повышается с увеличением их дисперсности и снижением влажности. Температура воспламенения древесной пыли в зависимости от ее дисперсности составляет 240-250°С, температура воспламенения древесных опилок, которые относятся к IV классу порошков по взрыво- и пожароопасности - 275°С. Наиболее взрывоопасны аспирационные установки шлифовальных отделений.

Большой объем переработки и широкий ассортимент выпускаемой продукции подразумевают наличие на предприятии значительного станочного парка с большим объемом отходов весьма широкого фракционного состава. В крупных цехах предпочтительнее использовать централизованные системы аспирации, к которым подключено сразу несколько станков.
Наиболее оптимальным решением для автоматического улавливания отходов деревообработки и обеспыливания воздуха производственных помещений является применение рециркуляционных пылеулавливающих агрегатов (ПУА). Причем для крупных предприятий наиболее оптимально использование ПУА большой производительности - от 6000 м3/ч. Данные установки могут использоваться как для сбора отходов от нескольких станков, причем разность фракционных составов отходов не имеет значения, или для обслуживания станков, образующих при работе значительное количество отходов, таких как строгальные и шипорезные.

Основные компоненты аспирационных систем

Крышные фильтры предназначены для очистки загрязненного воздуха от пыли, удаленного от технологического оборудования, с помощью существующей системы аспирации и возврата его в помещение с целью сохранения тепла. Аспирационные насадки используются вместо уличных циклонов, не обеспечивающих степень очистки загрязненного воздуха, соответствующую последним требованиям СНиП. Устанавливаются на наружные бункеры вместо циклона и состоят из приемной камеры, в которую подается воздух из помещения, и блока фильтров, заключенного в камеру, из которой воздух подается обратно в помещение. Аспирационная установка состоит из следующих основных узлов:
• бункера для сбора удаленных отходов (опилок, стружки и т. п.);
• приемного короба с блоком фильтров, в котором сделано отверстие для подачи загрязненного воздуха;
• кожуха, предохраняющего фильтры от воздействия атмосферных осадков, в котором выполнено отверстие для подачи очищенного воздуха обратно в помещение.

Вакуумная аспирационная система предназначена для удаления стружки, опилок, пыли, получаемых в процессе обработки древесины, бумаги, пластика, стройматериалов, а также для удаления отходов при производстве пластиковых окон и дверей и т. п., для очистки (фильтрации) загрязненного воздуха и возврата его в помещение (степень очистки 99%).
Использование вакуумных систем аспирации позволяет сократить до 100% потери теплоэнергии, связанные с отказом от использования традиционной вытяжной вентиляции (типа циклон), путем замены полностью или частично. Кроме того, позволяет экономить до 40% электроэнергии за счет резкого сокращения затрат на приточную вентиляцию, подключения электродвигателя вакуумной системы к пусковой кнопке обслуживаемого станка (оборудования).

Фильтровальные рукава являются основным элементом рукавного фильтра. Непосредственно на них происходит процесс выделения твердой фазы (пыли) из очищаемого воздуха. В первую очередь, именно от рукавов зависит вся надежность и эффективность работы всего аппарата. Это наиболее изнашиваемый элемент фильтра, периодически требующий замены. Фильтровальные рукава различаются в зависимости от того, под разрежением или напором работает фильтр.

Системы аспирации (обеспыливающей вентиляции)

Предназначены для удаления запыленного воздуха из-под укрытий транспортно-технологического оборудования.
Для устранения пылевыделений используются системы аспирации с разветвленной сетью воздуховодов, с вертикальными коллекторами (аспирационными стояками), с барабанными проходными коллекторами.

Тип систем аспирации выбирается в зависимости от принятой компоновки технологического оборудования, подлежащего аспирации. Достижение качества обработки на мебельных и деревообрабатывающих производствах возможно только при надежно работающей системе аспирации. Использование в системах аспирации пылеуловителей, позволяющих вернуть очищенный воздух в цех, существенно снижает затраты на отопление.

Первоочередной задачей потенциального покупателя при выборе пылеулавливающего оборудования является определение технических требований к системе аспирации, слагающихся из следующих данных:
• время работы каждого станка или группы станков;
• диаметр и количество местных отсосов, скорость воздуха в отсосе;
• объем отходов и размер удаляемых частиц;
• наличие подвижных отсосов и величина перемещения;
• объем бункера для хранения отходов.

Далее постараемся описать выпускаемое оборудование, привести характеристики и область рационального применения для различных видов производств. Правильный выбор оборудования позволит при минимальных затратах избежать ошибок и серьезных проблем при эксплуатации.

Агрегаты для улавливания пыли и стружки ПУА, ПАУК

Рециркуляционные пылеулавливающие агрегаты ПУА, ПУАК предназначены для отсоса сухих, не слипающихся пылей и стружки. Вследствие небольшого напора эти пылеуловители устанавливаются на расстоянии не более трех метров от станков.

Способны обеспечить скорость всасывания в местном отсосе станка до 22 м/с, производительность от 1250 до 3900 м3/ч. Аппараты не оснащены механизмом регенерации фильтрующей поверхности. На аппаратах ПУА требуется периодически снимать и вытряхивать фильтровальный рукав (тем чаще, чем мельче улавливаемая пыль). Для мелкодисперсных пылей выпускаются аппараты ПУАК, в которых фильтрующий рукав заменен складчатым фильтроэлементом.

Такая замена позволяет увеличить поверхность фильтрации, пылеемкость и увеличить эффективность очистки воздуха от пыли. Регенерация фильтроэлементов осуществляется продувкой сжатым воздухом непосредственно на аппарате. Аппараты данного класса оптимально подходят для небольших производств или при неполной загрузке станков в течение смены.

Могут комплектоваться различными типами гибких воздуховодов и коллекторами, позволяющими присоединить к одному агрегату до четырех местных отсосов.
Не рекомендуется: установка на непрерывно действующих производствах; на расстоянии, превышающем 3 м от станка; на станках со скоростью всасывания в местном отсосе свыше 22 м/с.

Малогабаритные рукавные фильтры

Малогабаритные рукавные фильтры предназначены для отсоса и очистки воздуха от любых сухих неслипающихся пылей. В стандартную комплектацию входят:
• вентилятор в шумоизолирующем корпусе;
• шумоглушитель;
• фильтровальная секция;
• механизм регенерации с электроприводом;
• пылесборный бункер на колесах с механизмом опрокидывания и захватами для подъемника;
• шкаф управления.

Малогабаритные рукавные фильтры выпускаются производительностью от 1500 до 6000 м3/ч.
Модели ФР-1,5; ФР-2,0; ФР-3,0 устанавливаются на расстоянии до 15 м от станков, обеспечивая при этом скорость всасывания до 27 м/с. На моделях ФР-3,0*; ФР-4,5; ФР-6,0 конструкция позволяет изменять число оборотов вентилятора и соответственно располагаемый напор. Установки можно использовать в качестве небольших центральных систем аспирации, обеспечивая скорость воздуха в местном отсосе до 35 м/с.

Фильтры ФР-3,0*; ФР-4,5; ФР-6,0 изготавливаются во внутреннем и наружном исполнении. Фильтры ФР-1,5; ФР-2,0; ФР-3,0 - только во внутреннем исполнении.
Поставка производится, как правило, в собранном виде. Все рукавные фильтры ФР при обслуживании требуют своевременного опорожнения бункера и периодического (как правило два раза в смену) включения механизма регенерации. На моделях ФР-3,0* - ФР-6,0 дополнительно требуется своевременная подтяжка ремней клиноременной передачи и при необходимости их замена.

Малогабаритные рукавные фильтры ФР-1,5 - ФР-6,0 оптимально подходят для небольших или децентрализованных, достаточно плотно загруженных производств, с небольшим количеством отходов. Возможна еще одна нестандартная область применения.

Например, на большом предприятии, с уже существующей аспирационной вентсистемой, дополнительно установлен станок, требующий увеличения производительности системы аспирации на 6000 м3/ч, в то время как увеличение более чем на 1000 м3/ч невозможно.

Рукавные фильтры для центральных систем аспирации

Для центральных систем аспирации выпускаются рукавные фильтры производительностью от 9000 до 20000 м3/ч.
Изготавливаются фильтры внутреннего и наружного исполнения. Фильтры внутреннего исполнения поставляются только в сборе.

В базовую комплектацию входят:
• фильтровальная секция;
• вентилятор в шумоизолирующем корпусе с электродвигателем на клиноременной передаче;
• механизм регенерации с электроприводом;
• пылесборный бункер, конструкция которого такая же, как у малогабаритных рукавных фильтров;
• шумоглушитель;
• шкаф управления;
• опорная рама и воздуховоды, соединяющие вентилятор с фильтром.

Бункер поставляется емкостью 1 м3 или 1,7 м3. Фильтры ФР-9; ФР-12 могут поставляться как с ручным включением регенерации, так и автоматическим. Фильтры ФР-16; ФР-20 - только с автоматической системой регенерации.

По желанию заказчика дополнительно может быть поставлен шлюзовой перегрузчик. Такая конструкция позволяет производить опорожнение бункера без остановки системы аспирации.

В такой же комплектации могут поставляться и фильтры наружного исполнения. Отличие состоит в утепленном корпусе и системе пожаротушения, устанавливаемой внутри. Кроме того фильтры ФР-9 - ФР-20 наружного исполнения поставляются и в другой комплектации, а именно:
• фильтровальная секция;
• фильтровальная секция с бункером емкостью до 12 м3.;
• фильтровальная секция с бункером и затвором с электроприводом.

Шкаф управления входит в любой комплект поставки. Дополнительно могут быть поставлены:
• вентилятор в шумоизолирующем корпусе;
• обратный клапан и огнепреградительный клапан во взрывозащищенном исполнении;
• разрывные мембраны при работе с пылью от шлифовальных станков;
• датчики температуры, датчики наполнения бункера и устройства сводообрушения.

Рукавные фильтры ФР-9 - ФР-20 используются для центральных систем аспирации. Фильтры внутреннего исполнения помогут также решить проблему увеличения количества очищаемого воздуха без существенных изменений уже существующей системы аспирации (аналогично приведенному выше примеру). Установка шлюзового перегрузчика позволяет производить выгрузку пыли в центральную систему сбора отходов (шнек, ленточный транспортер, пневмотранспорт).

Использование пылевого вентилятора в шумоизолирующем корпусе, шумоглушителя и шумоизоляции наружной поверхности воздуховодов позволяет довести уровень шума на расстоянии трех метров от вентилятора до 84 Дба, в то время как при установке стандартного пылевого вентилятора уровень шума достигает 110 Дба циркуляционную вентсистему в вытяжную, решая проблему снижения температуры в помещении.

Нештатные функции системы аспирации наружного исполнения

В зимнее время при большой высоте помещения или недостаточной теплоизоляции стен трудно обеспечить нормальную температуру внутри помещения стандартными системами отопления. При этом возникает необходимость монтажа системы воздушного отопления. Установка теплообменника на линии возврата очищенного воздуха в помещение позволяет получить систему воздушного отопления.

Дополнительные затраты при этом существенно ниже, чем монтаж автономной системы воздушного отопления. Установка дополнительного клапана, позволяющего в летнее время не возвращать очищенный воздух в помещение, превращает рециркуляционную вентсистему в вытяжную, решая проблему снижения температуры в помещении.
Рекомендации для небольших динамично развивающихся производств

Любая реконструкция или расширение действующего производства влечет за собой модернизацию системы аспирации. Как правило, использование старой системы аспирации невозможно. Этого можно избежать при использовании рукавных фильтров внутреннего исполнения. К каждому вновь устанавливаемому станку или группе станков устанавливается фильтр ФР внутреннего исполнения.

По мере накопления фильтров строится центральная система аспирации, присоединяемая к бункерам уже установленных рукавных фильтров. Производительность по воздуху такой центральной системы составляет не более 20% от суммарной производительности установленных рукавных фильтров, т. е. система не строится каждый раз заново, а постепенно "достраивается" с использованием ранее приобретенного оборудования.

При такой схеме аспирации возможна работа одного или нескольких аппаратов без включения всей системы. Очевидно, что такая система должна быть более экономичной.
По желанию заказчика фильтры поставляются в различной комплектации.

Системы пневмотранспорта

Системы пневмотранспорта используются не только для сбора и удаления отходов производства, но и для подачи сыпучих материалов в зону их дальнейшей переработки (зерна, древесной стружки, опилок и т.д.).

К системам пневмотранспорта предъявляются очень жесткие требования в части, касающейся их возможного забивания. Также крайне важна износостойкость воздуховодов пневмотранспорта. Накопление мелких частиц и образование затора в пневмотранспорте может привести к остановке работы всей системы аспирации.

Прямые участки воздуховодов пневмотранспорта должны быть строго прямошовными и соединяться бандажом. Все ответвления делаются с помощью тройников, а все закругления отводов выполняются с радиусом большим, чем четыре радиуса воздуховода.

Пневмотранспорт на местах изменения направления потока и других местах, где высока вероятность засорения устанавливаются специальные люки, позволяющие наблюдать, а при необходимости - очищать пневмотранспорт.

Система пневмотранспорта состоит из магистрали, подключенной к циклону-разгрузителю, который выгружает отходы в бункер или топливный склад. На пневотранспорт можно установить переключающий клапан, который позволяет производить выгрузку отходов в в нескольких местах:
• в бункер или топливный склад;
• в бункер или машину;
• машину или топливный склад;
• либо при наполнении одного бункера-накопителя - переключение потока в другой бункер-накопитель.

Проектирование систем аспирации и пневмопроводов - достаточно сложная инженерная задача, так как ошибка в расчётах может привести к нарушению санитарных условий предприятия или же аварии.

Монтажное проектирование включает в себя сбор исходных данных, расчет сетей воздуховодов, прорисовку планов и разрезов, а так же составление монтажной карты с ведомостью воздуховодов.