吸尘罩在矿山实际生产中的研究和设计

覃玉飞

(广西冶金研究院， 广西 南宁 530023)

吸尘罩是矿山破碎系统通风除尘设施中重要的组成部分之一，其形状与安装的高度、罩口风速及吸尘罩的排风量对通风除尘系统的技术经济指标及净化效果有直接影响。性能良好的吸尘罩能有效地将污染源散发出来的粉尘加以捕集，经过管道送至净化装置，达到安全环保的要求。为了有效地捕集污染物，一般将吸尘罩就近设置在污染源的上方或附近，而且罩体应该有足够的严密性，罩内应维持一定的负压，并选择最佳的抽气量，保持气口处足够的吸气速度，使污染物从罩内经抽气口排出，同时要防止因抽气量大造成大颗粒粉状物扬起。

1 吸尘罩存在的主要问题

在广西高峰矿业有限责任公司的破碎系统中，胶带输送机的卸料点均采用了设有挡板的吸尘罩。原有吸尘罩的安装及尺寸如图1所示。经现场观察发现，吸尘罩罩口附近有较多矿尘从胶带进口、吸尘罩挡板与地面间的缝隙向外扩散，导致吸尘罩四周矿尘浓度较大。经检测，吸尘罩四周矿尘平均浓度为3 mg/m3。这是由于吸尘罩的设计不合理，需要重新进行设计，以满足生产环境的需要。

吸尘罩需要满足的要求：

(1) 用尽可能小的吸尘罩收到尽可能好的收尘效果；

(2) 需要根据矿尘产生的机理，综合考虑扩散方向和速度；

(3) 需要根据尘源周围的环境状况，在不影响操作的基础上把吸尘罩四周围起来，尽可能减少外部空气的吸入；

(4) 要有合理的罩口高度和罩口风速。

当矿料从0.8 m的胶带上落下时，左右部分矿尘主要在0.8 m高度以下产生。在0.6 m高度以下，物料向下运动使矿尘有向下运动的趋势，矿尘不易向上扩散。因此，控制点应在0.6 m高的平面上，且离罩口中心最远的点。吸尘罩罩口与控制点的距离为0.94 m；罩口的高度H为0.6 m，为边长的0.6倍，而最佳的罩口高度应为边长的0.3倍。

图1 吸尘罩安装及尺寸

2 吸尘罩罩口气流运动规律

为了使吸尘罩收尘效果更好，必须掌握矿尘在吸尘罩进口附近的运移规律。

矿尘颗粒在空气中是不断运动的，尘粒受到以下6种力的作用：

(1) 矿尘颗粒自身的重力；

(2) 空气对矿尘颗粒的阻力；

(3) 空气对矿尘颗粒的浮力；

(4) 矿尘颗粒受到的静电力、风力及机械力等外力；

(5) 矿尘颗粒间的相互作用力；

(6) 矿尘颗粒做布朗运动产生的力；

在静止的空气中，尘粒主要受到重力、阻力和浮力的作用；当矿尘粒径小于0.1 μm时，后两种力才能对尘粒发生比较明显的作用。而且后两种力与前四种力相比是很小的，研究矿尘运动规律时可以忽略不计。

假设吸尘罩罩口处在一个无限边界的空间中，此时罩口尺寸远小于空间尺寸，所以吸尘罩罩口可简化为一点。则吸尘罩罩口吸气就类似于点汇吸气。在半径为r的球面的表面积为4πr2，每个点的速度(V)大小都相等，这个圆面为一个等速面。风量等于单位面积与通过该面上风速的乘积，即Q=FV=4πr2V。

根据守恒原理，吸尘罩外某一点的气流速度与该点到吸气口距离的平方成反比，即该点到吸气口距离越小则气流速度越大。所以设计吸气口时应注意要尽量靠近散尘点，同时要设法减少吸气范围。速度分布具有以下特点：

(1) 对于点源抽风，可以认为从各方面吸取的空气量均相同，但实际上由于罩口面积较大，在罩口附近的等速面近似与罩口平行；随着距离增大在1倍罩口直径处应该接近球面。

(2) 对于给定的罩子形状，不管罩口风速大小如何，等速面的形状大致相同。在胶带输送机卸料点处的吸尘罩罩口流线如图2所示。

图2 吸尘罩罩口流线

3 计算控制风速

足够的排风量实际上就是要求在罩口附近产生最佳的空气速度将矿尘带入风管中，表1为常见的控制风速。

本破碎系统产生的矿尘大部分粒径在2～20 μm之间。因粒径大于15 μm的矿尘不易受风流的影响，故取d=15 μm进行计算。g=9.78 m/s2,γ尘=2820 kg/m3；γ气=1.293 kg/m3。矿尘颗粒为不规则形颗粒K=2.96，代入：

所以控制风速必须大于0.3795 m/s，碎系统属于间断性生产，胶带运输速度仅为1 m/s,所以矿尘是以较低速度散发的，没有其它扰动气流由表1可知控制风速应在0.25～0.5之间。，综合实际取V=0.4 m/s。

表1 常见的控制风速

4 吸尘罩罩口形状与高度设计

吹风口和吸风口造成的气流运动特性是完全不同的。吹风口在流体力学中称为射流，吸风口称为汇流。研究发现，在离吹风口20倍处，速度仍保持出口速度的10%；而在离吸风口仅1倍处，速度就已经降到吸风口速度的10%。这表明，从吹风口吹出的射流可作用到很远的地方，而吸风口只有在离尘源很近的范围内才有较好的除尘效果。吸尘罩是靠吸风带走矿尘罩口相当于吸风口。要取得较好的除尘效果，罩口离尘源要近，即罩口高度要尽量低。罩口与尘源的距离在小于或等于罩口长边尺寸的0.3倍时，容易取得最佳吸尘效果。

当吸尘罩四周无挡板时，罩口风速的分布与罩的扩张角有密切关系，扩张角(α)越小风速分布就越均匀。当α<60°中心风速非常接近平均风速；当α>60°时，罩口中心风速与平均风速(Vc)相差就越大，即罩口中心轴线风速变大，而罩子边缘附近风速相对小很多。不同α下的速度比见表2。所以为了达到更好的除尘效果，通常情况下α<60°。当吸尘罩抽风时，吸气速度的逐渐衰减现象随着罩口边长比不同而不同。边长比较小的速度衰减较快，即罩口形状越狭长，吸气速度衰减越慢。

罩口最佳形状为圆形，其次为方形。在实际应用中，还需要根据尘源的实际情况选择,如果尘源为圆形，则罩口形状应以圆形最佳；如果尘源为方形或近似方形则罩口形状以方形最佳，具体参数可按下式选取。

A=a+0.8H

(1)

B=b+0.8H

(2)

D=d+0.8H

(3)

式中:a、b—尘源的长、宽 m；

A、B—罩口的长和宽 m;

H—罩口与尘源的距离 m；

d—圆形尘源直径 m；

D—圆形罩口直径 m.

根据胶带运输机卸料点特点及操作要求，确定吸尘罩形状、罩口调度和尺寸，并计算罩口面积。所以吸尘罩可设三面挡板留一面作胶带入口挡板应该设置观察门。该破碎系统胶带宽为0.8 m，所以胶带机卸料点尘源宽为0.8 m；考虑下部溜槽的宽度可以确定尘源为方形，尺寸为0.8 m×0.8 m。

设计吸尘罩罩口时尺寸要大于尘源尺寸，这里考虑矿料下落时可能有飞溅现象，所以吸尘罩要比尘源外扩10 cm，则方形吸尘罩罩口边长L=1 m,罩口面积为1 m2。确定罩口几何中心与尘源控制风速点的距离为H=0.3，L=0.3 m。

表2 不同α下的速度比

5 小 结

根据吸尘罩罩口气流的运动规律，在对尘源和实际操作情况进行充分观察和分析的基础上，根据矿尘特性，计算具体尘源要求的控制风速，并根据胶带机卸料点特点及操作要求，确定罩口与尘源的相对位置和吸尘罩罩口尺寸，新设计制作的新通风除尘设施满足了生产环境的要求。

参考文献：

[1]金国淼.除尘设备设计[M].上海：上海科技技术出版社,1985.

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