吸尘罩的设计原则

吸尘罩在除尘工程系统中处于前沿阵地,它主要借助于风机在罩口造成一定的吸气速度而有效地将生产过程中产生的粉尘和有害气体吸走,经过处理达到收尘净化的目的。要合理、经济地解决粉尘治理问题,正确地设计吸尘罩也是至关重要的。

1 吸尘罩的设计原则

吸尘罩的形式,根据产生尘源的设备、工作环境的要求不同,可以是多种多样的,但无论是哪种形式的吸尘罩在设计时都应该遵循通、近、顺、封、便的原则。

通:就是粉尘能畅通地被吸走。通常物料从高处落地时,会向四面散发,此时,粉尘的散发速度称为飞扬速度。物料落点处的粉尘飞扬速度最大。随着粉尘散发距离的增加,达到一定距离后,其散发速度为零。当粉尘散发速度较大时,不容易被捕集。而散发速度达到零时,粉尘被捕集就容易得多了。速度达到零点的那一点称为控制点,控制点到吸尘罩口的距离为x,尘源至吸尘罩口的距离为D,如图1所示。

图1 粉尘散发示意图

在实际工作中,为有效捕集粉尘,应根据尘源周围空气运动的速度、粉尘的有害程度,使吸尘罩在该处造成一个吸收速度(称为控制风速),见表1。要在尘源点造成一定的控制风速,必须有相应的罩口风速(罩口面风速)。对一定形式的吸尘罩,风量愈大,罩口风速愈大,控制风速也愈大,粉尘就容易被捕集。

表1 控制点的吸收速度〔1〕

有害物产生的情况吸收速度(m/s) 举例

以轻微的速度放散到相当平静的

空气中0.25～0.5

蒸汽的蒸发;气体或烟从敞口的容

器中外逸

以较低的速度放散到尚属平静的0.5～1.0 喷漆室的喷漆;断续倾倒有尘屑的

近:就是吸尘罩要尽量靠近尘源。

顺:在生产中,必须在顺着粉尘飞溅的方向设置罩口正面对着含尘气流的吸尘罩,使吸尘罩充分利用含尘气流的动能,以提高捕集效果。

封:就是在不影响操作和生产的前提下,吸尘罩应尽可能将尘源包围起来。这样有利于用较少的抽风量达到收尘效果。

便:就是吸尘罩的结构设计应便于操作,便于检修。

通、近、顺、封、便这五个方面是一个整体,不可分割,但也常常发生矛盾,尤其是近、顺、封与便更是常发生矛盾。当吸尘罩和尘源设置太近时,操作往往不方便。所以,设计过程也是正确处理这些矛盾的过程。

2 几种吸尘罩的设计问题

2.1 密闭罩的抽风量

仅仅将产生粉尘的设备或地点密闭起来,是不能完全解决粉尘危害的,还必须从罩内抽出

一定量的气体,使罩内产生一定的负压,以阻止粉尘外逸。

几种常见水泥厂设备负压值见表2。

表2 常用设备密闭罩中的最小负压值〔2〕

为了造成罩内负压,确定除尘抽风量时必须满足密闭罩内进、排风量的总平衡。在大多数情况下,其抽风量主要由两个方面组成:①运动物料带入的风量;②密闭罩漏气处吸收的风量。这两部分风量一般可按下面方法进行确定。

(1)按漏风面积计算风量

这种方法只适用于大容积密闭罩。

Q=3600β·V·ΣF(1)

(2)按发气量和漏风面积计算风量

这种方法只适用于有些设备本身在罩内产生大量气体,如:反击式破碎机等,这些气体量大大超过漏风量。

Q=3600β·V·ΣF+Q0 (2)

(3)按换气次数计算风量

这种方法计算简单,但确定换气次数较困难,一定要掌握好,否则不准确。

Q=60ns (3)

(4)按截面风速计算风量

为了避免因排风而使物料损失过多,常用这种方法计算大容积密闭罩或密闭室抽风量。在此情况下,一般抽风口设在密闭罩上部。

Q=3600f·V J(4)

(1)～(4)式中:

Q——抽风量,m3/h;

ΣF——密闭罩上开启孔口及漏风总面积,m2;

β——设计安全系数,一般按β=1.05～1.1;

V——通过漏风处或孔口的风速,m/s,一般按V=1～4m/s;

Q0——密闭罩内产生的气体,m3/h;

n——换气次数,次/min;

s——密闭罩总容积,m3;

f——密闭罩截面面积,m2;

V J———垂直于密闭罩的平均风速,m/s,一般按V J=0.25～0.5m/s。

2.2 敞口罩的风量计算

2.2.1 吸风口的气体运动规律

在吸风口处,气体在吸风口内负压的作用下,从周围向吸风口汇集,气流流线的密度自吸风口外向口内迅速增加,空气质点的流速也由外面向吸风口迅速提高,在入口断面处速度达到最大。在离吸风口一倍D处(D为吸风口直径),速度为吸风口内速度的10%左右。这一情况对正确认识和使用敞口吸尘罩十分重要。

2.2.2 吸风罩风量计算

(1)有边和无边圆形及无边矩形吸尘罩抽风量

Q=3600V′(10χ2+F) (5)

(2)有边矩形吸风口抽风量

Q=3600V′(F0.18χ1.5+CF)/C (6) (5)～(6)式中:

V′——轴线上距罩口x处的风速,m/s;

χ——从粉尘飞扬点到吸尘罩口的距离,m;

Q——抽风量,m3/h;

F——罩口面积,m2;

C——根据边长比而确定的校正系数,具体数值见表3。

(3)在其它情况下的风量计算见表4。

表3 边长比与校正系数的关系〔2〕

表4 几种吸尘罩风量计算〔2〕

注:L——罩口长度,m;V′——风速,m/s;W——罩口宽度,m;F——罩口面积,m2;P——工作台周

长,m;F′——框门面积,m2,其它同前。

(4)有上升热气流的吸尘罩抽风量

由于热源的存在,热空气带着粉尘上升,此时,吸尘罩常设计为伞形罩,这种伞形罩一般高悬在发热设备的上方(图2)。

图2 高悬罩工作原理图

当罩口高度h≤1.5或h＜1m时称为低悬罩，其诱导空气可以不计;对于h＞1.5的罩称为高悬罩。由于高悬罩h较大,因而诱导空气量较多,高度愈大,带入气体体积愈大,那么罩内抽风量也必须愈大。

应该特别注意的是,为了达到最佳的收尘效果,无论是高悬罩或低悬罩,在不影响人员操作的前提下,在有穿堂风的场合,应在罩边上吊挂挡风板,最好吊挂三面,至少应在来风方向挂一面挡风板,这是一个至关重要的问题。否则,即使罩子设计得十分合理、正确,也同样不能达到预期的收尘效果。