塵源泉控制與集氣吸塵罩設(shè)計(jì)

第三章　塵源泉控制與集氣吸塵罩設(shè)計(jì)

集氣吸塵罩是除塵系統(tǒng)的重要部分，是除塵工程設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。集氣吸塵罩的使用效果越好意味著越能滿足生產(chǎn)和環(huán)保的要求。本章主要介紹常用集氣吸塵罩的設(shè)計(jì)和排氣量的計(jì)算，還介紹無(wú)罩塵源控制方法。

第一節(jié)　集氣吸塵罩分尖和工作機(jī)理

一、集氣吸塵罩分類(lèi)

集氣吸塵罩因生產(chǎn)工藝條件和操作方式的不同，形式很多，按集氣吸塵罩的作用和構(gòu)造，主要分為四類(lèi)；密閉罩、半密閉罩、外部罩和吹吸罩。具體分類(lèi)如圖3-1所示。

二、集氣吸塵機(jī)理

集氣吸塵罩罩口氣流運(yùn)動(dòng)方式有兩種：一種是吸氣口氣流和吸入流，一種是吹氣口氣流的吹出流動(dòng)。對(duì)集氣吸塵罩多數(shù)的情況是吸氣口吸入氣流。

1、吸入口氣流

一個(gè)敞開(kāi)的管口是最簡(jiǎn)單的吸氣口，當(dāng)吸氣口口服氣時(shí)，在吸氣口附近形成負(fù)壓，周?chē)諝鈴乃拿姘朔搅飨蛭鼩饪冢纬晌霘饬骰騾R流。當(dāng)吸氣口面積較小時(shí)，可視為“點(diǎn)匯”。形成以吸氣口為中心的徑向線，和以吸氣口為球心的速球面。如圖3-2（a）所示。

由于通過(guò)每個(gè)等速面的吸氣量相等，假定點(diǎn)匯的吸氣量為Q，等速面的半徑分別為r₁和平r₂，相應(yīng)的氣流速度為 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->和 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->，則有

<!--[if !vml]--> <!--[endif]-->                   （3-1）

式中Q——?dú)怏w流量，m³/s;

<!--[if !vml]--> <!--[endif]-->——球面1和2上的氣流速度，m/s

<!--[if !vml]--> <!--[endif]-->——球面1和球面2的半徑，m。

<!--[if !vml]--> <!--[endif]-->                      （3-2）

由式（3-2）可見(jiàn)，點(diǎn)匯外某一點(diǎn)的流速與該點(diǎn)至吸氣口距離的平方成反比。因此設(shè)計(jì)集氣吸塵罩時(shí)，應(yīng)盡量減少罩口逞能污染源的距離，以提高捕集效率。

若在吸氣口的四周加上檔板，如圖3-2（b）所示，吸氣范圍減少一半，其等速面為半球面，則吸氣口聽(tīng)吸氣量為

<!--[if !vml]--> <!--[endif]-->                   （3-3）

式中符號(hào)同前。

比較式（3-1）和式（3-3）可以看出，在同樣距離上造成同樣的吸氣速度時(shí)，吸氣口吵設(shè)擋板的吸氣量比加設(shè)檔板時(shí)大1倍。因此在設(shè)計(jì)外部集氣罩時(shí)，應(yīng)盡量減少吸氣范圍，以便增強(qiáng)控制效果。

實(shí)際上，吸氣口有一定大小，氣體流動(dòng)也有阻力。形成吸氣區(qū)氣體流動(dòng)的行事面不是球面而是橢球面。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制了吸氣區(qū)內(nèi)氣流流線和速度分布，直觀地表示了吸氣速度和相對(duì)距離的關(guān)系，如圖3-3、圖3-4及圖3-5所示。圖3-3、3-4中的橫坐標(biāo)是 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->（ <!--[if !vml]--><!--[endif]-->為某點(diǎn)距吸氣口的距離， <!--[if !vml]--><!--[endif]-->為吸氣口直徑），等速面的速度值是以吸氣口流速 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->的百分?jǐn)?shù)表示的。圖3-5繪出了側(cè)邊比為1:2的矩形吸氣口吸入氣流的等速線，圖中數(shù)值表示中心軸離吸氣口的距離以及在該點(diǎn)氣流與吸氣口以速 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->的百分比。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，吸氣口氣流速度分布具有以下特點(diǎn)。

㈠

①在吸氣口附近等速面近似與吸氣口平行，隨離吸氣口距離 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->的增大，逐漸變成橢圓面，而在1倍吸氣口直徑 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->處已接近為球面。因此，當(dāng) <!--[if !vml]--><!--[endif]-->＞1時(shí)可近似當(dāng)作點(diǎn)匯，吸氣量Q可按式（3-1）、式（3-2）計(jì)算。

當(dāng) <!--[if !vml]--><!--[endif]-->=1時(shí)，該點(diǎn)氣流速度已大約降至吸氣口以速的7.5％。如圖3-3所示。當(dāng) <!--[if !vml]--><!--[endif]-->＜1時(shí)，根據(jù)氣流衰減規(guī)律則不同。

②對(duì)于結(jié)構(gòu)一定的吸氣口，不論吸氣口風(fēng)速大小如何，其等速面形狀大致相同。而吸氣口結(jié)構(gòu)形式不同，其氣流衰減規(guī)律則不同。

2、吹出氣流運(yùn)動(dòng)規(guī)律

空氣從孔口吹出，在空間形成一股氣流稱(chēng)為吹出氣流或射流。據(jù)空間界壁對(duì)射流的約束條件，射流可分為自由射流（吹向無(wú)限空間）和受限射流（吹向有限空間）；按射流內(nèi)部溫度的變化情況可分為等溫射流和非等溫射流；在設(shè)計(jì)熱設(shè)備上方集氣吸塵罩和吹吸式集氣吸塵罩時(shí)，均要應(yīng)用空氣射流的基本理論。

等溫圓射流是自由射流中的常見(jiàn)流型。其結(jié)構(gòu)圖3-6所示。圓錐的頂點(diǎn)稱(chēng)為極點(diǎn)，圓錐的半頂角 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->稱(chēng)為射流的擴(kuò)散角。射流內(nèi)的軸線速度保持不變半等于吹出速度 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->的一段，稱(chēng)為射流核心段（圖3-6的AOD錐體）。由吹氣口核心被沖散的這一段稱(chēng)為流起始面對(duì)。以起始段的端點(diǎn)O為頂點(diǎn)，吹氣口為底邊的錐體中，射流的基本性質(zhì)（速度、溫度、濃度等）均保持其原有特性。射流核心消失的斷面BOE稱(chēng)為過(guò)渡斷面。過(guò)渡斷面以后稱(chēng)為射流基本段，射流起始段是比較短的，在工程設(shè)計(jì)中實(shí)際意義不大，在集氣吸塵罩設(shè)計(jì)中常用到的等溫圓射流和扁射流基本段的參數(shù)計(jì)算公式列于表3-1中。

第二節(jié)　集氣吸塵罩設(shè)計(jì)

一、集氣吸塵罩設(shè)計(jì)原則

①改善排放粉塵有害物的工藝和工作環(huán)境，盡量減少粉塵排放及危害。

②吸塵罩盡量靠近污染源并將其圍罩起來(lái)。形式有密閉型、圍罩型等。如果礙操作，可以將其安裝在側(cè)面，可采用風(fēng)量較小的槽形式桌面型。

③決定吸塵罩安裝的位置和排氣方向。研究粉塵發(fā)生機(jī)理，考慮飛散方向、速度和臨界點(diǎn)，用吸塵罩口患難夫妻準(zhǔn)飛散方向。如果采用側(cè)型或上蓋型吸塵罩，要使操作人員無(wú)法進(jìn)入污染源與吸塵罩之間的開(kāi)口處。比空氣密度大的氣體可在下方吸引（見(jiàn)圖3-9）

④決定開(kāi)口周?chē)沫h(huán)境條件。一個(gè)側(cè)面封閉的吸塵罩比開(kāi)口四周全部自由開(kāi)放的吸塵罩效果好。因此，應(yīng)在不影響操作的情況下將四周?chē)饋?lái)，盡量少吸入未污染的空氣。

⑤防止吸塵罩周?chē)奈闪?。如果捕集點(diǎn)周?chē)奈闪鲗?duì)控制風(fēng)速有影響，就不能提供更大的控制風(fēng)速，有時(shí)這會(huì)使吸塵罩喪失正常的作用。

⑥吹吸式（推挽式）利用噴出的力量將污染氣體排出。

⑦決定控制風(fēng)速。為使有害物從飛散界限的最遠(yuǎn)點(diǎn)流進(jìn)吸塵罩開(kāi)口處，而需要的最小風(fēng)速被稱(chēng)為控制風(fēng)速。

二、密閉集氣吸塵罩

1.密閉罩的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

(1) 密閉罩的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

①密閉罩上通過(guò)物料的孔口設(shè)彈性材料制作的遮塵簾。

②密閉罩應(yīng)盡可能避免直接連接在振動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)的設(shè)備機(jī)體上。

③膠帶機(jī)受料點(diǎn)采用托輥時(shí)，因受物料沖擊會(huì)使膠帶局部下陷，在膠帶和密閉攔板之間形成縫隙，造成粉塵外逸。因此，受料點(diǎn)下的托輥密度應(yīng)加大或改用托板。

④密閉罩上受物料撞擊和磨損的部分，必須用堅(jiān)固的材料制作。

(2) 密閉罩的設(shè)置應(yīng)不妨礙操作和便于檢修

①根據(jù)工藝操作要求，設(shè)置必要的操作孔、檢修門(mén)和觀察孔，門(mén)孔應(yīng)嚴(yán)密，關(guān)閉靈活。

②密閉罩上需要拆卸部分的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于拆卸和安裝。

(3) 應(yīng)注意罩內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)

①正確選擇密閉罩形式和排風(fēng)點(diǎn)位置，以合理地組織內(nèi)氣流，使罩內(nèi)保持負(fù)壓。

②密閉罩需有一定的空間，以繪沖氣注以，減小正壓。

③操作孔、檢修門(mén)應(yīng)逸開(kāi)氣流速度較高的地點(diǎn)。

2.密閉罩的基本形式

(1) 局部密閉罩　將設(shè)備產(chǎn)塵地點(diǎn)局部密閉，工藝設(shè)備露在外面密閉罩。其容積較小，適用于產(chǎn)塵氣流速度較小，瞬時(shí)增壓不大，且集中、連續(xù)揚(yáng)塵的地點(diǎn)，如膠帶機(jī)受料點(diǎn)、磨機(jī)的受料口等。見(jiàn)圖3-10。

(2) 整體密閉罩 將產(chǎn)生粉塵的設(shè)備地點(diǎn)大部密閉，設(shè)備的傳動(dòng)部分留在外面的密閉罩、其物點(diǎn)是密閉罩本身為獨(dú)立整體，易于密閉。通過(guò)罩上的觀察孔可對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視，設(shè)備傳動(dòng)部分的維修?？稍谡滞膺M(jìn)行。這種密閉方式適用于具有振動(dòng)的設(shè)備或產(chǎn)塵氣流速度較大的產(chǎn)塵地點(diǎn)，如振動(dòng)篩等。見(jiàn)圖3-11。

(3) 大容積密閉罩　一將產(chǎn)生粉塵的設(shè)備或地點(diǎn)進(jìn)行全部封閉的密閉罩。它的物點(diǎn)是罩內(nèi)容積大，可以緩沖含塵氣流，減小局部正壓。通過(guò)罩上的觀察孔能監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行，維修設(shè)備可在罩內(nèi)進(jìn)行。這種密閉方式適用于多點(diǎn)產(chǎn)塵、陣發(fā)性產(chǎn)生和產(chǎn)塵氣流速度大的設(shè)備或地點(diǎn)，如多交料點(diǎn)的膠帶機(jī)轉(zhuǎn) 點(diǎn)等。見(jiàn)圖3-12。

3.密閉罩計(jì)算

將產(chǎn)塵發(fā)生源密閉后，還必須從密閉罩內(nèi)抽吸一定量的空氣，使罩內(nèi)維持一定的負(fù)壓，以防污染物逸出罩外污染車(chē)間環(huán)境。

為了保持罩內(nèi)造成一定的負(fù)壓，必須內(nèi)部刊物 罩內(nèi)進(jìn)氣和排氣量的總平衡。其排氣量Ｑ₃等于被吸入罩內(nèi)的空氣量Ｑ₁和污染源氣體量Ｑ₂，即Ｑ₃= Ｑ₁+ Ｑ₂，但是，理論上計(jì)算Ｑ₁和Ｑ₂是困難的，一般是按經(jīng)驗(yàn)公式或計(jì)算表格來(lái)計(jì)算密閉罩的排風(fēng)量。計(jì)算法如下：

(1) 按產(chǎn)生污染物氣體與縫隙面積計(jì)算排風(fēng)量　其計(jì)算式如下：

　　　　　　　　　　　　Ｑ₃＝3600K <!--[if !vml]--><!--[endif]-->Q₂                    （3-11）

式中  K——安全系數(shù)，一般取<span lang="EN-US" style="font-size:12.0pt;line-he