Системы аспирации деревообрабатывающих производств

Получение готовой продукции в виде мебели, окон, дверей, погонажных изделий и т.д. все больше набирает популярность. Все эти составляющие приводят к открытию большого числа новых и реконструкции уже существующих деревообрабатывающих предприятий – мебельных фабрик, столярных цехов и т.д. Места для расположения таких предприятий, как правило, выбирают в городах или пригородах, где и потребитель близко, и большое количество квалифицированных рабочих и специалистов на рынке труда. Согласно нормам «Общих санитарно-гигиенические требований к воздуху рабочей зоны» подобные предприятия обязаны устанавливать эффективные системы очистки воздуха от загрязнителей, образующихся в процессе производства продукции. Такими системами и являются аспирационные установки.

Развитие аспирационных систем

Латинское слово аspiratio означает вдыхание и в данном случае характеризует принцип действия инженерных систем, состоящий в отсасывании воздуха от технологического оборудования. Качественная обработка на деревообрабатывающих производствах возможна только в том случае, если система аспирации (пылеудаления) является эффективной и надежной.

В деревообрабатывающей промышленности установки для отсасывания 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 предъявляемые к ним требования характеризовались следующими основными моментами:

• парк деревообрабатывающих станков, применявшихся в производстве, изменялся очень медленно;
• фракционный состав 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 установок значительно изменились, это связано со следующими причинами:

• появился ряд новых видов производств, таких как производство древесностружечных, древесноволокнистых, цементно-стружечных 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.

Поскольку удаление из воздушного потока крупных фракций (стружек, опилок и пр.) не представляет собой сложной задачи, основной функцией современных аспирационных установок является эффективное и надежное обеспыливание воздуха в рабочей зоне производственных помещений и охрана атмосферного воздуха от загрязнения пылевыми выбросами с минимальными капитальными и эксплуатационными затратами.

На деревообрабатывающих производствах источники выделения пыли (частиц диаметром до 200 мкм) бывают двух видов.

К первому виду источников относится технологическое оборудование, при работе которого пыль, а также более крупные частицы образуются в качестве отходов механической обработки древесных и других материалов.

Ко второму виду источников относится технологическое оборудование, в том числе конвейеры, в которых измельченные материалы являются полуфабрикатами в технологических процессах, например в производстве древесностружечных плит, или конечным продуктом, например в производстве древесной муки.

Для источников первого вида задача предотвращения попадания пыли в производственные помещения решается путем отсоса воздуха от режущих органов станков с возможно более полным уносом измельченных отходов в момент их образования.

Для источников выделения пыли второго вида та же задача решается путем отсоса воздуха от технологического оборудования с минимальным уносом из него измельченного материала, то есть системы аспирации лишь поддерживают заданную величину разрежения в оборудовании.

Классификация систем

В настоящее время большинство деревообрабатывающих станков, как отечественного, так и импортного производства, изготавливаются без устройств, предназначенных специально для направления пыли и других измельченных отходов в системы аспирации, а паспорта старых станков не содержат аспирационных характеристик даже в тех случаях, когда эти устройства (пылеприемники) имеются.

В обиходе наиболее распространена следующая классификация систем аспирации деревообрабатывающих производств:

• по характеру циркуляции воздуха системы аспирации делятся на прямоточные и рециркуляционные. Прямоточные – это системы, в которых аспирационный воздух забирается из объема производственного помещения и после очистки в пылеулавливающих аппаратах выбрасывается в атмосферу. Рециркуляционные системы, в которых аспирационный воздух после очистки в пылеулавливающих аппаратах 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, 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.

Основные компоненты аспирационных систем

Основным показателем, характеризующим работу пылеулавливающих аппаратов в конкретных условиях их применения, является степень очистки, которая зависит как от качества пылеулавливающих аппаратов, так и от производительности, которая, в свою очередь, напрямую зависит от скорости воздушного потока.Все системы аспирации состоят из следующих основных частей:

- трубопроводные сети;
- вентиляторные машины;
- пылеулавливающие аппараты.

Трубопроводные сети состоят из системы ответвлений (отсосов) и магистральных отводящих коллекторов. Ответвления служат для подключения к аспирационным системам технологического оборудования. По системе ответвлений отсасываемый от технологического оборудования воздух, удаляющий отходы, подводится к сборным участкам трубопровода или к другим сборным элементам сети и далее направляется к пылеулавливающим аппаратам, которые служат для отделения твердых частиц от аспирационного воздуха. При этом решаются две задачи: сбор уловленного продукта для его дальнейшего использования и очистка аспирационного воздуха перед выбросом его в атмосферу или возвратом в производственное помещение. Движение материало-воздушной смеси в системах аспирации обеспечивается за счет разряжения, создаваемого работой вентиляторных машин.Основное требование к аспирационным установкам по качеству очистки воздуха выполняют пылеулавливающие аппараты, которые по конструктивному исполнению подразделяются на 2 вида:

• циклоны – аппараты, в которых отделение твердых частиц от воздуха осуществляется за счет использования центробежной силы, развивающейся при вращательно-поступательном движении материало-воздушного 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, 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;
• фильтры – пылеулавливающие аппараты, процесс очистки в которых 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 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, то есть ниже величины предельно допустимого санитарными нормами пылесодержания (6 мг/м3) 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. В качестве фильтрующего элемента используются: полотно иглопробивное термокрепленое фильтровальное и ткань фильтровальная суровая из полиэфирной пряжи – этот материал более предпочтителен в связи с его большим сроком службы и простотой в обслуживании.

Учитывая вышесказанное, в качестве наиболее предпочтительных можно рекомендовать аспирационные системы на основе автономных рециркуляционных пылеулавливающих агрегатов (ПУА) с фильтрами из полиэфирной пряжи и скоростью воздушного потока на входе от 18 м/с, которые в зависимости от требуемой производительности выпускаются в цеховом (1–9 тыс. м3/ч) и уличном (9–40 тыс. м3/ч) и могут работать как с единичными станками, так и с группами станков в системах цехового пневмотранспорта. Такой выбор имеет ряд значительных преимуществ, а именно:

• возврат теплого воздуха в производственные помещения, что позволяет значительно экономить на отоплении;
• возможность подключения каждого станка к системе очистки воздуха индивидуально и перемещения ПУА от станка к станку по необходимости; это дает возможность не менять систему аспирации цеха при появлении нового или модернизации имеющегося станка, а также экономить на питании аспирационной системы при работе только части работающего оборудования.По производительности ПУА можно условно подразделить на установки малой (до 2000 м3/ч), средней (от 2000 до 6000 м3/ч) и большой (более 6000 м3/ч) производительности. Для малых и средних предприятий, не имеющих больших производственных площадок и большого парка станков, лучше всего подходят ПУА малой и средней производительности, которые изготавливаются обычно во внутреннем исполнении. Они предназначены для обслуживания наиболее типичного для предприятий такого плана набора станков – круглопильных, прирезных, торцовочных, легких (столярных) ленточнопильных, фрезерных, фрезерно-шлифовальных, сверлильно-пазовальных и др.