吸塵罩在礦山實(shí)際生產(chǎn)中的研究和設(shè)計(jì)

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(fēng)除塵設(shè)施中重要的組成部分之一，其形狀與安裝的高度、罩口風(fēng)速及吸塵罩的排風(fēng)量對(duì)通風(fēng)除塵系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)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(lái)的粉塵加以捕集，經(jīng)過(guò)管道送至凈化裝置，達(dá)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(shè)置在污染源的上方或附近，而且罩體應(yīng)該有足夠的嚴(yán)密性，罩內(nèi)應(yīng)維持一定的負(fù)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(shí)要防止因抽氣量大造成大顆粒粉狀物揚(yáng)起。

1 吸塵罩存在的主要問(wèn)題

在廣西高峰礦業(yè)有限責(zé)任公司的破碎系統(tǒng)中，膠帶輸送機(jī)的卸料點(diǎn)均采用了設(shè)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(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，吸塵罩罩口附近有較多礦塵從膠帶進(jìn)口、吸塵罩擋板與地面間的縫隙向外擴(kuò)散，導(dǎo)致吸塵罩四周礦塵濃度較大。經(jīng)檢測(cè)，吸塵罩四周礦塵平均濃度為3 mg/m3。這是由于吸塵罩的設(shè)計(jì)不合理，需要重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(jī)理，綜合考慮擴(kuò)散方向和速度；

(3) 需要根據(jù)塵源周?chē)沫h(huán)境狀況，在不影響操作的基礎(chǔ)上把吸塵罩四周?chē)饋?lái)，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(fēng)速。

當(dāng)?shù)V料從0.8 m的膠帶上落下時(shí)，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(yùn)動(dòng)使礦塵有向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，礦塵不易向上擴(kuò)散。因此，控制點(diǎn)應(yīng)在0.6 m高的平面上，且離罩口中心最遠(yuǎn)的點(diǎn)。吸塵罩罩口與控制點(diǎn)的距離為0.94 m；罩口的高度H為0.6 m，為邊長(zhǎng)的0.6倍，而最佳的罩口高度應(yīng)為邊長(zhǎng)的0.3倍。

圖1 吸塵罩安裝及尺寸

2 吸塵罩罩口氣流運(yùn)動(dòng)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(jìn)口附近的運(yùn)移規(guī)律。

礦塵顆粒在空氣中是不斷運(yùn)動(dòng)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(duì)礦塵顆粒的阻力；

(3) 空氣對(duì)礦塵顆粒的浮力；

(4) 礦塵顆粒受到的靜電力、風(fēng)力及機(jī)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(yùn)動(dòng)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(dāng)?shù)V塵粒徑小于0.1 μm時(shí)，后兩種力才能對(duì)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(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)可以忽略不計(jì)。

假設(shè)吸塵罩罩口處在一個(gè)無(wú)限邊界的空間中，此時(shí)罩口尺寸遠(yuǎn)小于空間尺寸，所以吸塵罩罩口可簡(jiǎn)化為一點(diǎn)。則吸塵罩罩口吸氣就類(lèi)似于點(diǎn)匯吸氣。在半徑為r的球面的表面積為4πr2，每個(gè)點(diǎn)的速度(V)大小都相等，這個(gè)圓面為一個(gè)等速面。風(fēng)量等于單位面積與通過(guò)該面上風(fēng)速的乘積，即Q=FV=4πr2V。

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

(1) 對(duì)于點(diǎn)源抽風(fēng)，可以認(rèn)為從各方面吸取的空氣量均相同，但實(shí)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(yīng)該接近球面。

(2) 對(duì)于給定的罩子形狀，不管罩口風(fēng)速大小如何，等速面的形狀大致相同。在膠帶輸送機(jī)卸料點(diǎn)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(jì)算控制風(fēng)速

足夠的排風(fēng)量實(shí)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(fēng)管中，表1為常見(jiàn)的控制風(fēng)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(fēng)流的影響，故取d=15 μm進(jìn)行計(jì)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(fēng)速必須大于0.3795 m/s，碎系統(tǒng)屬于間斷性生產(chǎn)，膠帶運(yùn)輸速度僅為1 m/s,所以礦塵是以較低速度散發(fā)的，沒(méi)有其它擾動(dòng)氣流由表1可知控制風(fēng)速應(yīng)在0.25～0.5之間。，綜合實(shí)際取V=0.4 m/s。

表1 常見(jiàn)的控制風(fēng)速

4 吸塵罩罩口形狀與高度設(shè)計(jì)

吹風(fēng)口和吸風(fēng)口造成的氣流運(yùn)動(dòng)特性是完全不同的。吹風(fēng)口在流體力學(xué)中稱(chēng)為射流，吸風(fēng)口稱(chēng)為匯流。研究發(fā)現(xiàn)，在離吹風(fēng)口20倍處，速度仍保持出口速度的10%；而在離吸風(fēng)口僅1倍處，速度就已經(jīng)降到吸風(fēng)口速度的10%。這表明，從吹風(fēng)口吹出的射流可作用到很遠(yuǎn)的地方，而吸風(fēng)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(fēng)帶走礦塵罩口相當(dāng)于吸風(fēng)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(zhǎng)邊尺寸的0.3倍時(shí)，容易取得最佳吸塵效果。

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

罩口最佳形狀為圓形，其次為方形。在實(shí)際應(yīng)用中，還需要根據(jù)塵源的實(shí)際情況選擇,如果塵源為圓形，則罩口形狀應(yīng)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(zhǎng)、寬 m；

A、B—罩口的長(zhǎng)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(yùn)輸機(jī)卸料點(diǎn)特點(diǎn)及操作要求，確定吸塵罩形狀、罩口調(diào)度和尺寸，并計(jì)算罩口面積。所以吸塵罩可設(shè)三面擋板留一面作膠帶入口擋板應(yīng)該設(shè)置觀察門(mén)。該破碎系統(tǒng)膠帶寬為0.8 m，所以膠帶機(jī)卸料點(diǎn)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(shè)計(jì)吸塵罩罩口時(shí)尺寸要大于塵源尺寸，這里考慮礦料下落時(shí)可能有飛濺現(xiàn)象，所以吸塵罩要比塵源外擴(kuò)10 cm，則方形吸塵罩罩口邊長(zhǎng)L=1 m,罩口面積為1 m2。確定罩口幾何中心與塵源控制風(fēng)速點(diǎn)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(yùn)動(dòng)規(guī)律，在對(duì)塵源和實(shí)際操作情況進(jìn)行充分觀察和分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)礦塵特性，計(jì)算具體塵源要求的控制風(fēng)速，并根據(jù)膠帶機(jī)卸料點(diǎn)特點(diǎn)及操作要求，確定罩口與塵源的相對(duì)位置和吸塵罩罩口尺寸，新設(shè)計(jì)制作的新通風(fēng)除塵設(shè)施滿足了生產(chǎn)環(huán)境的要求。

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