覃玉飛

(廣西冶金研究院， 廣西 南寧 530023)

吸塵罩是礦山破碎系統(tǒng)通風除塵設施中重要的組成部分之一，其形狀與安裝的高度、罩口風速及吸塵罩的排風量對通風除塵系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標及凈化效果有直接影響。性能良好的吸塵罩能有效地將污染源散發(fā)出來的粉塵加以捕集，經(jīng)過管道送至凈化裝置，達到安全環(huán)保的要求。為了有效地捕集污染物，一般將吸塵罩就近設置在污染源的上方或附近，而且罩體應該有足夠的嚴密性，罩內(nèi)應維持一定的負壓，并選擇最佳的抽氣量，保持氣口處足夠的吸氣速度，使污染物從罩內(nèi)經(jīng)抽氣口排出，同時要防止因抽氣量大造成大顆粒粉狀物揚起。

1 吸塵罩存在的主要問題

在廣西高峰礦業(yè)有限責任公司的破碎系統(tǒng)中，膠帶輸送機的卸料點均采用了設有擋板的吸塵罩。原有吸塵罩的安裝及尺寸如圖1所示。經(jīng)現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，吸塵罩罩口附近有較多礦塵從膠帶進口、吸塵罩擋板與地面間的縫隙向外擴散，導致吸塵罩四周礦塵濃度較大。經(jīng)檢測，吸塵罩四周礦塵平均濃度為3 mg/m3。這是由于吸塵罩的設計不合理，需要重新進行設計，以滿足生產(chǎn)環(huán)境的需要。

吸塵罩需要滿足的要求：

(1) 用盡可能小的吸塵罩收到盡可能好的收塵效果；

(2) 需要根據(jù)礦塵產(chǎn)生的機理，綜合考慮擴散方向和速度；

(3) 需要根據(jù)塵源周圍的環(huán)境狀況，在不影響操作的基礎上把吸塵罩四周圍起來，盡可能減少外部空氣的吸入；

(4) 要有合理的罩口高度和罩口風速。

當?shù)V料從0.8 m的膠帶上落下時，左右部分礦塵主要在0.8 m高度以下產(chǎn)生。在0.6 m高度以下，物料向下運動使礦塵有向下運動的趨勢，礦塵不易向上擴散。因此，控制點應在0.6 m高的平面上，且離罩口中心最遠的點。吸塵罩罩口與控制點的距離為0.94 m；罩口的高度H為0.6 m，為邊長的0.6倍，而最佳的罩口高度應為邊長的0.3倍。

圖1 吸塵罩安裝及尺寸

2 吸塵罩罩口氣流運動規(guī)律

為了使吸塵罩收塵效果更好，必須掌握礦塵在吸塵罩進口附近的運移規(guī)律。

礦塵顆粒在空氣中是不斷運動的，塵粒受到以下6種力的作用：

(1) 礦塵顆粒自身的重力；

(2) 空氣對礦塵顆粒的阻力；

(3) 空氣對礦塵顆粒的浮力；

(4) 礦塵顆粒受到的靜電力、風力及機械力等外力；

(5) 礦塵顆粒間的相互作用力；

(6) 礦塵顆粒做布朗運動產(chǎn)生的力；

在靜止的空氣中，塵粒主要受到重力、阻力和浮力的作用；當?shù)V塵粒徑小于0.1 μm時，后兩種力才能對塵粒發(fā)生比較明顯的作用。而且后兩種力與前四種力相比是很小的，研究礦塵運動規(guī)律時可以忽略不計。

假設吸塵罩罩口處在一個無限邊界的空間中，此時罩口尺寸遠小于空間尺寸，所以吸塵罩罩口可簡化為一點。則吸塵罩罩口吸氣就類似于點匯吸氣。在半徑為r的球面的表面積為4πr2，每個點的速度(V)大小都相等，這個圓面為一個等速面。風量等于單位面積與通過該面上風速的乘積，即Q=FV=4πr2V。

根據(jù)守恒原理，吸塵罩外某一點的氣流速度與該點到吸氣口距離的平方成反比，即該點到吸氣口距離越小則氣流速度越大。所以設計吸氣口時應注意要盡量靠近散塵點，同時要設法減少吸氣范圍。速度分布具有以下特點：

(1) 對于點源抽風，可以認為從各方面吸取的空氣量均相同，但實際上由于罩口面積較大，在罩口附近的等速面近似與罩口平行；隨著距離增大在1倍罩口直徑處應該接近球面。

(2) 對于給定的罩子形狀，不管罩口風速大小如何，等速面的形狀大致相同。在膠帶輸送機卸料點處的吸塵罩罩口流線如圖2所示。

圖2 吸塵罩罩口流線

3 計算控制風速

足夠的排風量實際上就是要求在罩口附近產(chǎn)生最佳的空氣速度將礦塵帶入風管中，表1為常見的控制風速。

本破碎系統(tǒng)產(chǎn)生的礦塵大部分粒徑在2～20 μm之間。因粒徑大于15 μm的礦塵不易受風流的影響，故取d=15 μm進行計算。g=9.78 m/s2,γ塵=2820 kg/m3；γ氣=1.293 kg/m3。礦塵顆粒為不規(guī)則形顆粒K=2.96，代入：

所以控制風速必須大于0.3795 m/s，碎系統(tǒng)屬于間斷性生產(chǎn)，膠帶運輸速度僅為1 m/s,所以礦塵是以較低速度散發(fā)的，沒有其它擾動氣流由表1可知控制風速應在0.25～0.5之間。，綜合實際取V=0.4 m/s。

表1 常見的控制風速

4 吸塵罩罩口形狀與高度設計

吹風口和吸風口造成的氣流運動特性是完全不同的。吹風口在流體力學中稱為射流，吸風口稱為匯流。研究發(fā)現(xiàn)，在離吹風口20倍處，速度仍保持出口速度的10%；而在離吸風口僅1倍處，速度就已經(jīng)降到吸風口速度的10%。這表明，從吹風口吹出的射流可作用到很遠的地方，而吸風口只有在離塵源很近的范圍內(nèi)才有較好的除塵效果。吸塵罩是靠吸風帶走礦塵罩口相當于吸風口。要取得較好的除塵效果，罩口離塵源要近，即罩口高度要盡量低。罩口與塵源的距離在小于或等于罩口長邊尺寸的0.3倍時，容易取得最佳吸塵效果。

當吸塵罩四周無擋板時，罩口風速的分布與罩的擴張角有密切關(guān)系，擴張角(α)越小風速分布就越均勻。當α<60°中心風速非常接近平均風速；當α>60°時，罩口中心風速與平均風速(Vc)相差就越大，即罩口中心軸線風速變大，而罩子邊緣附近風速相對小很多。不同α下的速度比見表2。所以為了達到更好的除塵效果，通常情況下α<60°。當吸塵罩抽風時，吸氣速度的逐漸衰減現(xiàn)象隨著罩口邊長比不同而不同。邊長比較小的速度衰減較快，即罩口形狀越狹長，吸氣速度衰減越慢。

罩口最佳形狀為圓形，其次為方形。在實際應用中，還需要根據(jù)塵源的實際情況選擇,如果塵源為圓形，則罩口形狀應以圓形最佳；如果塵源為方形或近似方形則罩口形狀以方形最佳，具體參數(shù)可按下式選取。

A=a+0.8H

(1)

B=b+0.8H

(2)

D=d+0.8H

(3)

式中:a、b—塵源的長、寬 m；

A、B—罩口的長和寬 m;

H—罩口與塵源的距離 m；

d—圓形塵源直徑 m；

D—圓形罩口直徑 m.

根據(jù)膠帶運輸機卸料點特點及操作要求，確定吸塵罩形狀、罩口調(diào)度和尺寸，并計算罩口面積。所以吸塵罩可設三面擋板留一面作膠帶入口擋板應該設置觀察門。該破碎系統(tǒng)膠帶寬為0.8 m，所以膠帶機卸料點塵源寬為0.8 m；考慮下部溜槽的寬度可以確定塵源為方形，尺寸為0.8 m×0.8 m。

設計吸塵罩罩口時尺寸要大于塵源尺寸，這里考慮礦料下落時可能有飛濺現(xiàn)象，所以吸塵罩要比塵源外擴10 cm，則方形吸塵罩罩口邊長L=1 m,罩口面積為1 m2。確定罩口幾何中心與塵源控制風速點的距離為H=0.3，L=0.3 m。

表2 不同α下的速度比

5 小 結(jié)

根據(jù)吸塵罩罩口氣流的運動規(guī)律，在對塵源和實際操作情況進行充分觀察和分析的基礎上，根據(jù)礦塵特性，計算具體塵源要求的控制風速，并根據(jù)膠帶機卸料點特點及操作要求，確定罩口與塵源的相對位置和吸塵罩罩口尺寸，新設計制作的新通風除塵設施滿足了生產(chǎn)環(huán)境的要求。

參考文獻：

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