1.本发明涉及环境保护技术领域，尤其涉及一种涂装车间粉尘或有机废气污染物排放治理模型与优化方法。
背景技术：2.船舶涂装作业作为造船业三大工艺技术之一，贯穿了造船的全过程，也是造船业产生污染物的主要环节。
3.涂装作业包括喷砂和喷漆两个主要过程，在喷砂车间进行喷砂作业时，喷砂工艺产生的颗粒物来源于多个过程：钢板表面的锈蚀、油污灰尘，经过磨料的高速击打形成不同粒径的颗粒，大粒径的颗粒慢慢沉降集中收集，小颗粒的颗粒随气流飘移形成粉尘；在喷漆间进行喷漆作业时会产生大量有机废气排放。
4.资料显示，喷砂除锈粒径≤2μm的粉尘占75.5％，粒径为2～52μm的粉尘占18.9％，上述粉尘颗粒是pm2.5、pm10重要组成物之一；涂装作业产生的颗粒物和有机废气排放，不但污染空气，也污染水源，损害自然环境与人体健康。
技术实现要素：5.本发明的目的是提供一种涂装车间粉尘或有机废气污染物排放治理模型与优化方法，解决现有治理方法存在的能源浪费、治理成本高、效率低下的问题。
6.为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
7.一种涂装车间粉尘或有机废气污染物排放治理模型与优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.步骤s1、根据涂装车间中微纳米粉尘污染物或有机废气污染物的空间分布规律，建立收集污染物速度场三维分布云图，分析空间分布规律对粉尘或有机废气收集率的影响；
9.步骤s2、针对涂装车间粉尘或有机废气收集的流道，分析流道内的气固两相流流场特征和微细颗粒物的沉积行为；
10.步骤s3、基于流场仿真分析，进一步分析集气通风系统中，集风口与排风口的对称或非对称布置方式对涂装车间污染物治理效率的影响，为风机选型及其工作和控制模式进行设计指导。
11.进一步地，所述步骤s1包括，通过选取2～4个涂装车间，对粉尘或有机废气排放源进行现场勘测。
12.进一步地，所述步骤s1中的现场勘测包括，
13.步骤s11、选取6～12个不同点位的粉尘颗粒物或有机废气样品，进行采集，
14.步骤s12、将采集的样品送样至实验室，进行检测，
15.步骤s13、获得涂装粉尘中的颗粒物或有机废气分布和物化组成分布规律；
16.进一步地，采集点位的位置为作业工人活动区域距离加工工件1～2米处，采集点位的高度为1～2米。
17.进一步地，所述步骤s2中，分析流道内的气固两相流流场特征和微细颗粒物的沉积行为具体包括，
18.根据流体力学欧拉-拉格朗日理论建模，对涂装车间通风收集管内的颗粒物或有机废气壁面沉积，以及涂装车间内的粉尘或有机废气流场进行仿真计算，
19.欧拉-拉格朗日方程式如下：
[0020][0021]
进一步地，分析高度为1.5～2.5米的涂装车间呼吸层的微纳米粉尘或有机废气浓度分布云图。
[0022]
进一步地，所述步骤s2还包括，分析涂装车间气流组织对微纳米粉尘或有机废气扩散的影响，提出优化通风方式和通风流量的设计方案。
[0023]
进一步地，所述设计方案包括，调整进风口和排风口的设计，采用顶进、侧进、底排设计方案，所述设计方案为，在涂装车间顶部前端均匀设置一列若干个进风口，涂装车间顶部两侧设置两列若干个进风口，涂装车间尾端的底部均匀设置若干个回风口。
[0024]
进一步地，所述设计方案具体包括，将6个进风口排成一列均匀设置在涂装车间顶部的前端，将20个进风口均匀排成2列设置在涂装车间顶部的两侧，将8个回风口均匀设置在涂装车间尾端的底部中心标高处。
[0025]
本发明通过流体力学的仿真计算，为集尘、通风的风口及流量提出设计关键参数，为涂装车间现场除尘及有机废气收集处理系统的布置实施工作提供指导，有助于实现提升涂装车间的污染物治理效率和节能减排。
附图说明
[0026]
图1为本发明涂装车间粉尘监测采样点分布示意图；
[0027]
图2为本发明实施例一的示意图；
[0028]
图3为本发明实施例二的示意图；
[0029]
图4为本发明实施例三的示意图；。
具体实施方式
[0030]
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031]
本发明公开了一种涂装车间粉尘或有机废气污染物排放治理模型与优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0032]
步骤s1、根据涂装车间中微纳米粉尘污染物或有机废气污染物的空间分布规律，建立收集污染物速度场三维分布云图，分析空间分布规律对粉尘或有机废气收集率的影响；
[0033]
步骤s2、针对涂装车间粉尘或有机废气收集的流道，分析流道内的气固两相流流场特征和微细颗粒物的沉积行为；
[0034]
步骤s3、基于流场仿真分析，进一步分析集气通风系统中，集风口与排风口的对称或非对称布置方式对涂装车间污染物治理效率的影响，为风机选型及其工作和控制模式进行设计指导。
[0035]
步骤s1包括，通过选取2～4个涂装车间，对粉尘或有机废气排放源进行现场勘测。
[0036]
步骤s1中的现场勘测包括以下步骤，
[0037]
步骤s11、选取6～12个不同点位的粉尘颗粒物或有机废气样品，进行采集，
[0038]
步骤s12、将采集的样品送样至实验室，进行检测，
[0039]
步骤s13、获得涂装粉尘中的颗粒物或有机废气分布和物化组成分布规律；
[0040]
步骤s11中，采集点位的位置为作业工人活动区域距离加工工件1～2米处，采集点位的高度为1～2米。
[0041]
步骤s2中，分析流道内的气固两相流流场特征和微细颗粒物的沉积行为具体包括，根据流体力学欧拉-拉格朗日理论建模，对涂装车间通风收集管内的颗粒物或有机废气壁面沉积，以及涂装车间内的粉尘或有机废气流场进行仿真计算，
[0042]
欧拉-拉格朗日方程式如下：
[0043][0044]
f，是χ，y，y
χ
的函数，可使用链式法则进行求导，欧拉-拉格朗日方程的左侧相当于χ，y，y
χ
，y
χχ
(y
χχ
指y对χ的二阶导数)的非线性函数。
[0045]
在步骤s2中，完成以上理论建模后，分析高度为1.5～2.5米的涂装车间呼吸层的微纳米粉尘或有机废气浓度分布云图。
[0046]
在步骤s2中，对涂装车间粉尘或有机废气排放治理模型优化，通过研究涂装车间气流组织对微纳米粉尘或有机废气扩散的影响，探究优化通风方式和通风流量，提出优化设计方案，实现在最优的能耗下，对涂装车间内呼吸层微纳米粉尘或有机废气污染的快速去除。
[0047]
通过对比目前造船涂装车间采用的气流组织方式，在未增加涂装车间的通风风量的基础上，合理调整进风、排风风口的设计，具体为，顶进+侧进、底排方案，实现在最低能耗条件下对微纳米粉尘或有机废气的快速有效去除。
[0048]
设计方案具体包括，6个进风口排成1列均匀分布在涂装车间顶部前端，风口尺寸均为φ750mm；20只进风口均匀排成2列各自分布在涂装车间顶部两端，风口尺寸均为φ340mm；回风口均匀布置在涂装车间尾端的底侧2.5m中心标高处，总计8个回风口。
[0049]
实例一
[0050]
参见图2，一喷砂车间尺寸为30米长，20米宽，15米高，处理工件尺寸为10米长，10米宽，5米高，采用顶部进风顶部排风的方式，对该布置方式进行建模，对呼吸层采用6个点进行监测分析，通风前粉尘平均浓度为80mg/m3，通风处理后粉尘平均浓度为72mg/m3，粉尘处理效率为10％。
[0051]
一喷漆车间尺寸为30米长，20米宽，15米高，处理工件尺寸为10米长，10米宽，5米高，采用顶部进风顶部排风的方式，对该布置方式进行建模，对呼吸层采用6个点进行监测分析，通风前有机废气平均浓度为400mg/m3，通风处理后粉尘平均浓度为360mg/m3，粉尘处理效率为10％。
[0052]
实例二
[0053]
参见图3，一喷砂车间尺寸为30米长，20米宽，15米高，处理工件尺寸为10米长，10米宽，5米高，采用顶部进风侧壁排风的方式，对该布置方式进行建模，对呼吸层采用6个点进行监测分析，通风前粉尘平均浓度为80mg/m3，通风处理后粉尘平均浓度为50/m3，粉尘处理效率为37.5％。
[0054]
一喷漆车间尺寸为30米长，20米宽，15米高，处理工件尺寸为10米长，10米宽，5米高，采用顶部进风、侧壁排风的方式，对该布置方式进行建模，对呼吸层采用6个点进行监测分析，通风前有机废气平均浓度为400mg/m3，通风处理后粉尘平均浓度为250/m3，粉尘处理效率为37.5％。
[0055]
实例三
[0056]
参见图4，一喷砂车间尺寸为30米长，20米宽，15米高，处理工件尺寸为10米长，10米宽，5米高，采用顶部进风底部排风的方式，对该布置方式进行建模，对呼吸层采用6个点进行监测分析，通风前粉尘平均浓度为80mg/m3，通风处理后粉尘平均浓度为10m3，粉尘处理效率为87.5％。
[0057]
一喷漆车间尺寸为30米长，20米宽，15米高，处理工件尺寸为10米长，10米宽，5米高，采用顶部进风、底部排风的方式，对该布置方式进行建模，对呼吸层采用6个点进行监测分析，通风前有机废气平均浓度为400mg/m3，通风处理后粉尘平均浓度为50m3，粉尘处理效率为87.5％。
[0058]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
技术特征：1.一种涂装车间粉尘或有机废气污染物排放治理模型与优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1、根据涂装车间中微纳米粉尘污染物或有机废气污染物的空间分布规律，建立收集污染物速度场三维分布云图，分析空间分布规律对粉尘或有机废气收集率的影响；步骤s2、针对涂装车间粉尘或有机废气收集的流道，分析流道内的气固两相流流场特征和微细颗粒物的沉积行为；步骤s3、基于流场仿真分析，进一步分析集气通风系统中，集风口与排风口的对称或非对称布置方式对涂装车间污染物治理效率的影响，为风机选型及其工作和控制模式进行设计指导。2.根据权利要求1所述的涂装车间粉尘或有机废气排放治理模型与优化方法，其特征在于，所述步骤s1包括，通过选取2～4个涂装车间，对粉尘或有机废气排放源进行现场勘测。3.根据权利要求2所述的涂装车间粉尘或有机废气排放治理模型与优化方法，其特征在于，所述步骤s1中的现场勘测包括，步骤s11、选取6～12个不同点位的粉尘颗粒物或有机废气样品，进行采集，步骤s12、将采集的样品送样至实验室，进行检测，步骤s13、获得涂装粉尘中的颗粒物或有机废气分布和物化组成分布规律。4.根据权利要求3所述的涂装车间粉尘或有机废气排放治理模型与优化方法，其特征在于，采集点位的位置为作业工人活动区域距离加工工件1～2米处，采集点位的高度为1～2米。5.根据权利要求1所述的涂装车间粉尘或有机废气排放治理模型与优化方法，其特征在于，所述步骤s2中，分析流道内的气固两相流流场特征和微细颗粒物的沉积行为具体包括，根据流体力学欧拉-拉格朗日理论建模，对涂装车间通风收集管内的颗粒物或有机废气壁面沉积，以及涂装车间内的粉尘或有机废气流场进行仿真计算，欧拉-拉格朗日方程式如下：6.根据权利要求5所述的涂装车间粉尘或有机废气排放治理模型与优化方法，其特征在于，所述步骤s2中，分析高度为1.5～2.5米的涂装车间呼吸层的微纳米粉尘或有机废气浓度分布云图。7.根据权利要求1所述的涂装车间粉尘或有机废气排放治理模型与优化方法，其特征在于，所述步骤s2还包括，分析涂装车间气流组织对微纳米粉尘或有机废气扩散的影响，提出优化通风方式和通风流量的设计方案。8.根据权利要求7所述的涂装车间粉尘或有机废气排放治理模型与优化方法，其特征在于，所述设计方案包括，调整进风口和排风口的设计，采用顶进、侧进、底排设计方案，所述设计方案为，在涂装车间顶部前端均匀设置一列若干个进风口，涂装车间顶部两侧设置两列若干个进风口，涂装车间尾端的底部均匀设置若干个回风口。9.根据权利要求8所述的涂装车间粉尘或有机废气排放治理模型与优化方法，其特征在于，所述设计方案具体包括，将6个进风口排成一列均匀设置在涂装车间顶部的前端，将
20个进风口均匀排成2列设置在涂装车间顶部的两侧，将8个回风口均匀设置在涂装车间尾端的底部中心标高处。
技术总结本发明提供一种涂装车间粉尘或有机废气污染物排放治理模型与优化方法，包括：步骤S1、根据涂装车间中微纳米粉尘污染物或有机废气污染物的空间分布规律，建立收集污染物速度场三维分布云图，分析空间分布规律对粉尘或有机废气收集率的影响；步骤S2、针对涂装车间粉尘或有机废气收集的流道，分析流道内的气固两相流流场特征和微细颗粒物的沉积行为；步骤S3、基于流场仿真分析，分析集气通风系统中，集风口与排风口的对称或非对称布置方式对涂装车间污染物治理效率的影响，为风机选型及其工作和控制模式进行设计指导；本发明通过流体力学的仿真计算，为集尘、通风的风口及流量提出设计关键参数，有助于提升涂装车间的污染物治理效率和节能减排。效率和节能减排。效率和节能减排。
技术研发人员：苏娟娟 于津伟 李高进 董浩 牟治国 芦帅 胡运涛 孟雨祥 谢单 李海洋
受保护的技术使用者：上海船舶工艺研究所（中国船舶工业集团公司第十一研究所）
技术研发日：2022.06.17
技术公布日：2022/11/1
