吸塵罩在礦山實際生產中的研究和設計

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的技術經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出來的粉塵加以捕集，經過管道送至凈化裝置，達到安全環保的要求。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，使污染物從罩內經抽氣口排出，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

在廣西高峰礦業有限責任公司的破碎系統中，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。經現場觀察發現，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，以滿足生產環境的需要。

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) 需要根據礦塵產生的機理，綜合考慮擴散方向和速度；

(3) 需要根據塵源周圍的環境狀況，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。

當礦料從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；當礦塵粒徑小于0.1 μm時，后兩種力才能對塵粒發生比較明顯的作用。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。

本破碎系統產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，碎系統屬于間斷性生產，膠帶運輸速度僅為1 m/s,所以礦塵是以較低速度散發的，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。研究發現，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

根據吸塵罩罩口氣流的運動規律，在對塵源和實際操作情況進行充分觀察和分析的基礎上，根據礦塵特性，計算具體塵源要求的控制風速，并根據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環境的要求。

參考文獻：

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