塵源泉控制與集氣吸塵罩設(shè)計

第三章　塵源泉控制與集氣吸塵罩設(shè)計

集氣吸塵罩是除塵系統(tǒng)的重要部分，是除塵工程設(shè)計的重要環(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)計和排氣量的計算，還介紹無罩塵源控制方法。

第一節(jié)　集氣吸塵罩分尖和工作機理

一、集氣吸塵罩分類

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；密閉罩、半密閉罩、外部罩和吹吸罩。具體分類如圖3-1所示。

二、集氣吸塵機理

集氣吸塵罩罩口氣流運動方式有兩種：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。對集氣吸塵罩多數(shù)的情況是吸氣口吸入氣流。

1、吸入口氣流

一個敞開的管口是最簡單的吸氣口，當吸氣口口服氣時，在吸氣口附近形成負壓，周圍空氣從四面八方流向吸氣口，形成吸入氣流或匯流。當吸氣口面積較小時，可視為“點匯”。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。

由于通過每個等速面的吸氣量相等，假定點匯的吸氣量為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——氣體流量，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，點匯外某一點的流速與該點至吸氣口距離的平方成反比。因此設(shè)計集氣吸塵罩時，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，則吸氣口聽吸氣量為

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

式中符號同前。

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，吸氣口吵設(shè)擋板的吸氣量比加設(shè)檔板時大1倍。因此在設(shè)計外部集氣罩時，應(yīng)盡量減少吸氣范圍，以便增強控制效果。

實際上，吸氣口有一定大小，氣體流動也有阻力。形成吸氣區(qū)氣體流動的行事面不是球面而是橢球面。根據(jù)試驗數(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中的橫坐標是 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->（ <!--[if !vml]--><!--[endif]-->為某點距吸氣口的距離， <!--[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]-->的百分數(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氣流與吸氣口以速 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->的百分比。

根據(jù)試驗結(jié)果，吸氣口氣流速度分布具有以下特點。

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 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->＞1時可近似當作點匯，吸氣量Q可按式（3-1）、式（3-2）計算。

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

②對于結(jié)構(gòu)一定的吸氣口，不論吸氣口風速大小如何，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、吹出氣流運動規(guī)律

空氣從孔口吹出，在空間形成一股氣流稱為吹出氣流或射流。據(jù)空間界壁對射流的約束條件，射流可分為自由射流（吹向無限空間）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)計熱設(shè)備上方集氣吸塵罩和吹吸式集氣吸塵罩時，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流型。其結(jié)構(gòu)圖3-6所示。圓錐的頂點稱為極點，圓錐的半頂角 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->稱為射流的擴散角。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為流起始面對。以起始段的端點O為頂點，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稱為過渡斷面。過渡斷面以后稱為射流基本段，射流起始段是比較短的，在工程設(shè)計中實際意義不大，在集氣吸塵罩設(shè)計中常用到的等溫圓射流和扁射流基本段的參數(shù)計算公式列于表3-1中。

第二節(jié)　集氣吸塵罩設(shè)計

一、集氣吸塵罩設(shè)計原則

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。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)生機理，考慮飛散方向、速度和臨界點，用吸塵罩口患難夫妻準飛散方向。如果采用側(cè)型或上蓋型吸塵罩，要使操作人員無法進入污染源與吸塵罩之間的開口處。比空氣密度大的氣體可在下方吸引（見圖3-9）

④決定開口周圍的環(huán)境條件。一個側(cè)面封閉的吸塵罩比開口四周全部自由開放的吸塵罩效果好。因此，應(yīng)在不影響操作的情況下將四周圍起來，盡量少吸入未污染的空氣。

⑤防止吸塵罩周圍的紊流。如果捕集點周圍的紊流對控制風速有影響，就不能提供更大的控制風速，有時這會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決定控制風速。為使有害物從飛散界限的最遠點流進吸塵罩開口處，而需要的最小風速被稱為控制風速。

二、密閉集氣吸塵罩

1.密閉罩的設(shè)計注意事項

(1) 密閉罩的設(shè)計注意事項

①密閉罩上通過物料的孔口設(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或往復運動的設(shè)備機體上。

③膠帶機受料點采用托輥時，因受物料沖擊會使膠帶局部下陷，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、檢修門和觀察孔，門孔應(yīng)嚴密，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)氣流運動特點

①正確選擇密閉罩形式和排風點位置，以合理地組織內(nèi)氣流，使罩內(nèi)保持負壓。

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、檢修門應(yīng)逸開氣流速度較高的地點。

2.密閉罩的基本形式

(1) 局部密閉罩　將設(shè)備產(chǎn)塵地點局部密閉，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，瞬時增壓不大，且集中、連續(xù)揚塵的地點，如膠帶機受料點、磨機的受料口等。見圖3-10。

(2) 整體密閉罩 將產(chǎn)生粉塵的設(shè)備地點大部密閉，設(shè)備的傳動部分留在外面的密閉罩、其物點是密閉罩本身為獨立整體，易于密閉。通過罩上的觀察孔可對設(shè)備進行監(jiān)視，設(shè)備傳動部分的維修。可在罩外進行。這種密閉方式適用于具有振動的設(shè)備或產(chǎn)塵氣流速度較大的產(chǎn)塵地點，如振動篩等。見圖3-11。

(3) 大容積密閉罩　一將產(chǎn)生粉塵的設(shè)備或地點進行全部封閉的密閉罩。它的物點是罩內(nèi)容積大，可以緩沖含塵氣流，減小局部正壓。通過罩上的觀察孔能監(jiān)視設(shè)備的運行，維修設(shè)備可在罩內(nèi)進行。這種密閉方式適用于多點產(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，如多交料點的膠帶機轉(zhuǎn) 點等。見圖3-12。

3.密閉罩計算

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)維持一定的負壓，以防污染物逸出罩外污染車間環(huán)境。

為了保持罩內(nèi)造成一定的負壓，必須內(nèi)部刊物 罩內(nèi)進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，理論上計算Ｑ₁和Ｑ₂是困難的，一般是按經(jīng)驗公式或計算表格來計算密閉罩的排風量。計算法如下：

(1) 按產(chǎn)生污染物氣體與縫隙面積計算排風量　其計算式如下：

　　　　　　　　　　　　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