楊大海 朱 帥

南通潤(rùn)邦重機(jī)有限公司

1 引言

抓斗式卸料會(huì)產(chǎn)生大量揚(yáng)塵，隨著國(guó)內(nèi)環(huán)保要求越來越高，抓斗式卸料必須配備防塵效果好的環(huán)保料斗[1]。加大除塵系統(tǒng)功率，雖能滿足除塵效果，但是會(huì)帶來設(shè)備成本增加、能耗及后期維護(hù)成本高的問題[2]，因此，配備合適的除塵系統(tǒng)、確定合適的除塵風(fēng)量是關(guān)鍵。以帶防塵簾的環(huán)保料斗為例，給出除塵風(fēng)量計(jì)算過程。

2 環(huán)保料斗工作原理

環(huán)保料斗的主要結(jié)構(gòu)由除塵器、風(fēng)簾管道、四面擋風(fēng)墻、落料格柵、料斗體等組成(見圖1)。

1.除塵器 2.風(fēng)簾管道 3.四面擋風(fēng)板 4.落料格柵 5.料斗體 6.物料 7.抓斗圖1 環(huán)保料斗的結(jié)構(gòu)

抓斗在四面擋風(fēng)板形成的空間內(nèi)打開，物料經(jīng)落料格柵滑下，推開可旋轉(zhuǎn)擋板，進(jìn)入料斗體內(nèi)部；可旋轉(zhuǎn)擋板靠自重自動(dòng)封閉，灰塵被封閉在斗體內(nèi)。經(jīng)除塵器過濾的空氣一部分直接排到大氣中，一部分從擋風(fēng)板頂部的風(fēng)幕管道排出，在擋風(fēng)板的兩側(cè)或四周形成一個(gè)吹向料斗內(nèi)部的風(fēng)幕，抑制了粉塵的外揚(yáng)，達(dá)到了很好的除塵效果。風(fēng)幕的作用在于使上部料斗結(jié)構(gòu)形成一個(gè)封閉結(jié)構(gòu)，避免外界環(huán)境風(fēng)的影響，同時(shí)避免抓斗卸料完成后離開斗口帶出一定量粉塵而形成的二次污染。風(fēng)幕的吹風(fēng)與除塵器吸風(fēng)也形成一個(gè)封閉的循環(huán)氣流，帶動(dòng)了下沉氣流的建立，保證了除塵效果。

3 風(fēng)量計(jì)算

在對(duì)除塵風(fēng)量計(jì)算之前，先對(duì)料斗工作的若干階段進(jìn)行分析(見表1)。

表1 料斗工作不同階段

3.1 階段1風(fēng)量計(jì)算

此時(shí)抓斗帶著物料下降，為保證斗內(nèi)負(fù)壓的狀態(tài)，需保證除塵器的吸風(fēng)量不小于抓斗下降帶來的氣流量。即：

Q吸≥Q0=B1B2v降

(1)

式中，Q吸為除塵器風(fēng)量，m3/s；Q0為抓斗下沉帶來的最大氣流量，m3/s；B1、B2為抓斗的外形尺寸，m；v降為抓斗下降的速度，m/s。

3.2 階段2風(fēng)量計(jì)算

該階段抓斗打開，物料下落時(shí)，為控制揚(yáng)塵量，需考慮3個(gè)風(fēng)量因素：①物料下落帶來的氣流量；②落料格柵處的下沉空氣量；③漏斗底部吸塵管的吸風(fēng)量。

3.2.1 物料下落帶來的氣流量

物料下落帶來的氣流量為：

(2)

式中，Q1為抓斗打開和物料下落帶來的氣流量，m3/s；V為抓斗的體積，m3；t開為抓斗打開的時(shí)間，s；t落為物料下落的時(shí)間，s。

3.2.2 落料格柵處的下沉空氣量

常規(guī)除塵料斗設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算落料格柵處下沉空氣量，即吸塵罩未封閉處的漏風(fēng)量，一般采用下式：

(3)

式中，Q2為除塵系統(tǒng)未封閉完全的漏風(fēng)量，m3/s；A1、A2為料斗的開口尺寸，m；v′為落料格柵處下沉氣流速度，m/s；θ為料斗斗壁傾角，度；μ為粉塵補(bǔ)集率；h為物料下落的高度，m；v′為一個(gè)理論結(jié)合經(jīng)驗(yàn)的數(shù)值，取值范圍在0.6～2.2 m/s。

由于本除塵料斗帶有風(fēng)幕裝置，能夠有效處理自由溢散的粉塵，故此處下沉空氣量?jī)H需同落料帶來的卷吸空氣流量相比[3]。由于具體的卷吸空氣流量公式太過復(fù)雜，且在除塵系統(tǒng)總風(fēng)量中的占比不大，故保證下沉氣流量Q2≥0.2 m2/s即可。

3.2.3 漏斗底部吸塵管的吸風(fēng)量

漏斗底部吸塵管的吸風(fēng)量為：

Q3=3 000～6 000 m3/h

(4)

考慮抓斗進(jìn)入漏斗及抓斗打開時(shí)，粉塵及卷吸氣流運(yùn)動(dòng)的不均勻性，階段2系統(tǒng)的吸風(fēng)量：

Q吸≥ρQ1+Q2+Q3

(5)

式中，ρ為修正系數(shù)，ρ=1～(t開+t落)/t開。

3.3 階段3風(fēng)量計(jì)算

物料撞擊格柵所產(chǎn)生的二次揚(yáng)塵，大部分被下沉氣流帶入斗體內(nèi)部，少部分在斗體上部溢散。因此需要保證風(fēng)幕口噴出的氣流到達(dá)斗體中間位置時(shí)，氣流速度不小于粉塵顆粒的自由懸浮速度[4-6]，使得抓斗離開時(shí)帶出的少量粉塵被風(fēng)幕攔截，即：

(6)

(7)

(8)

式中，vsp為風(fēng)幕口送出的氣流至抓斗中間位置時(shí)的速度，m/s；vt為粉塵自由懸浮速度，m/s；a為紊流系數(shù)(見表2)；S為風(fēng)幕口至料斗中心的距離，m；D0為風(fēng)幕口的當(dāng)量直徑，m；Ds為氣流的縱向作用范圍，m；μ為空氣動(dòng)力粘度，1.8×10-5kg/ms；d為粉塵的平均粒徑，m；ρa(bǔ)為空氣密度，kg/m3；ρs為粉塵真密度，kg/m3。

表2 紊流系數(shù)a值

3.4 除塵系統(tǒng)總風(fēng)量

綜上，為保證除塵系統(tǒng)能滿足料斗通常作業(yè)時(shí)的除塵需求，需滿足：

(9)

3.5 項(xiàng)目應(yīng)用

以“GEMMA”環(huán)保料斗為例，其斗口直徑為8 m×8 m，抓斗單次最大抓取量為16 t，根據(jù)以上理論進(jìn)行計(jì)算與設(shè)計(jì)，選用脈沖袋式除塵器，除塵系統(tǒng)的具體參數(shù)見表3。

表3 GEMMA環(huán)保料斗除塵器參數(shù)

4 結(jié)語

應(yīng)用以上理論和公式，對(duì)新型除塵料斗的除塵器風(fēng)量進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果作為除塵器選型的科學(xué)參考。相較傳統(tǒng)開式料斗除塵方案，通過自開閉防塵簾和風(fēng)幕的結(jié)合使用，除塵系統(tǒng)的除塵效果顯著提高，風(fēng)量需求大大減小，使用和維護(hù)成本均得以降低。