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除塵工程設計手冊(1)
2017-06-29
第三章 塵源泉控制與集氣吸塵罩設計 集氣吸塵罩是除塵系統的重要部分，是除塵工程設計的重要環節。集氣吸塵罩的使用效果越好意味著越能滿足生產和環保的要求。本章主要介紹常用集氣吸塵罩的設計和排氣量的計算，還介紹無罩塵源控制方法。 第一節 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，相應的氣流速度為和，則有（3-1）式中Q——氣體流量，m3/s;——球面1和2上的氣流速度，m/s——球面1和球面2的半徑，m。 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。因此設計集氣吸塵罩時，應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，吸氣口吵設擋板的吸氣量比加設檔板時大1倍。因此在設計外部集氣罩時，應盡量減少吸氣范圍，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。形成吸氣區氣體流動的行事面不是球面而是橢球面。根據試驗數據，繪制了吸氣區內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（為某點距吸氣口的距離，為吸氣口直徑），等速面的速度值是以吸氣口流速的百分數表示的。圖3-5繪出了側邊比為1:2的矩形吸氣口吸入氣流的等速線，圖中數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的百分比根據試驗結果，吸氣口氣流速度分布具有以下特點。 2、吹出氣流運動規律 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）；按射流內部溫度的變化情況可分為等溫射流和非等溫射流；在設計熱設備上方集氣吸塵罩和吹吸式集氣吸塵罩時，均要應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。其結構圖3-6所示。圓錐的頂點稱為極點，圓錐的半頂角稱為射流的擴散角。射流內的軸線速度保持不變半等于吹出速度的一段，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（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，在工程設計中實際意義不大，在集氣吸塵罩設計中常用到的等溫圓射流和扁射流基本段的參數計算公式列于表3-1中。 第二節 集氣吸塵罩設計 一、集氣吸塵罩設計原則 ①改善排放粉塵有害物的工藝和工作環境，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決定開口周圍的環境條件。一個側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.密閉罩的設計注意事項 (1) 密閉罩的設計注意事項 ①密閉罩上通過物料的孔口設彈性材料制作的遮塵簾。 ②密閉罩應盡可能避免直接連接在振動或往復運動的設備機體上。 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) 密閉罩的設置應不妨礙操作和便于檢修 ①根據工藝操作要求，設置必要的操作孔、檢修門和觀察孔，門孔應嚴密，關閉靈活。 ②密閉罩上需要拆卸部分的結構應便于拆卸和安裝。 (3) 應注意罩內氣流運動特點 ①正確選擇密閉罩形式和排風點位置，以合理地組織內氣流，使罩內保持負壓。 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 將設備產塵地點局部密閉，工藝設備露在外面密閉罩。其容積較小，適用于產塵氣流速度較小，瞬時增壓不大，且集中、連續揚塵的地點，如膠帶機受料點、磨機的受料口等。見圖3-10。 (2) 整體密閉罩 將產生粉塵的設備地點大部密閉，設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備進行監視，設備傳動部分的維修。可在罩外進行。這種密閉方式適用于具有振動的設備或產塵氣流速度較大的產塵地點，如振動篩等。見圖3-11。 (3) 大容積密閉罩 一將產生粉塵的設備或地點進行全部封閉的密閉罩。它的物點是罩內容積大，可以緩沖含塵氣流，減小局部正壓。通過罩上的觀察孔能監視設備的運行，維修設備可在罩內進行。這種密閉方式適用于多點產塵、陣發性產生和產塵氣流速度大的設備或地點，如多交料點的膠帶機轉 點等。見圖3-12。 3.密閉罩計算 將產塵發生源密閉后，還必須從密閉罩內抽吸一定量的空氣，使罩內維持一定的負壓，以防污染物逸出罩外污染車間環境。 為了保持罩內造成一定的負壓，必須內部刊物 罩內進氣和排氣量的總平衡。其排氣量Ｑ3等于被吸入罩內的空氣量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) 按產生污染物氣體與縫隙面積計算排風量 其計算式如下： 4.密閉罩的結構 密閉罩的結構 密閉罩的材料和結構形式應堅固耐用，嚴密性好，卸折方便。由小型型鋼和薄鋼板等組成的凹槽蓋板適合于做成裝配式結構。對于較小的密閉罩可全部采用凹槽蓋板；對大型密閉罩為便于生產設備的檢修，可局部采用凹槽蓋板。 凹槽蓋板密閉罩由許多裝配單元組成，各單元的幾何形狀（矩形、梯形、弧形等）按實際需要決定，每個單元的邊長不宜超過1.5m。每個單元由凹槽框架、密閉蓋、壓緊裝置和密封填料等構件組成，如圖3-13所示。 ①凹槽寬度在加工誤差允許范圍內，要使蓋板自由嵌入凹槽，但不宜過寬，凹槽最小寬度可按表3-2選取。
②凹槽密封填料，應采用彈性好、耐用、價廉的材料，一般可用硅橡膠海綿、無石棉橡膠繩、泡沫塑料等。硅橡膠海綿壓縮率不超過60％，耐溫70～80℃以上，1kg可處理40×17mm的縫隙8～9m。填料可用膠粘在凹槽內。 ③壓緊裝置如圖3-14所示，它有四咱不同形式的聯結，可根據實際需要加以組合。圖中（a）為密閉蓋可整個拆除的聯結裝置；（b）為密閉蓋打開后，一端仍聯在凹槽框架上的聯結裝置；（c）為啟閉不很頻繁的大密閉蓋的壓緊裝置；（d）為經常啟閉或小密閉蓋的壓緊裝置。 ④凹槽密閉蓋板可按表3-3中所列材料采用。
(2) 提高密閉罩嚴密性的措施 ①氈封軸孔。對密閉罩上穿過設備傳動軸的孔洞，可用毛氈進行密封，如圖3-15所示。 ②砂封蓋板。知用于封蓋水平面上需要經常打開的孔洞，如圖3-16所示。 ③柔性連接。振動或往復移動的部件與固定部件之間，可用柔性材料進行封閉，如圖3-17所示，一般采用掛膠的帆布或皮革、人造革等材料。當設備運轉要求柔性連接件有較大幅度的伸縮時，連接件可做成手風琴箱形。 三、柜式集氣吸塵罩 1.柜式集氣吸塵罩設計注意事項 ①柜式罩排風效果與工作口截面上風速的均勻性有關。設計要求柜口風速不小于平均風速的80％；當柜內同時產生熱量時，為防止含塵氣體由工作口上緣逸出，應在柜上抽氣；當柜內無熱量產生時，可在下部抽風。此時工作口截面上的任何一點風速不宜大于平均風速的10％，下部排風口緊靠工人臺面。 ②柜式罩安裝活動拉門，但不得使拉門將孔口完成關閉。圖3-18為常用的幾種柜式罩的形式。 ③柜式罩一般設在車間內或試驗室，罩口氣流容易受到環境的干擾，通常按推薦入口速度的計算出的排風量，再乘以1.1的安全系數。 ④柜式罩不宜設在來往頻繁的地段，窗口或門的附近。防止橫向氣流干擾。當不可能設置單獨排風系統時，每個系統連接的柜式罩不應過多。最好單獨設置排風系統，避免互相影響。 2.柜式罩排風量的計算 四、外部集氣吸塵罩 當有害物源不能密閉或圍擋起來時，可以設置外部集氣吸塵罩，它是利用罩口的吸氣作用將距吸氣口有一定距離的有害物吸入罩內。實際的罩口趴有一定的面積，為了了解吸氣的氣流流動規律，可以假想罩口為一個吸氣點，即點匯吸氣口，然后推廣到實際罩口（圓形或矩形）的吸氣氣流流動規律。根據這些規律就可以確定外部罩的排風量。 外部罩結構簡單，制造方便，可分為上吸式和側吸式兩類。由于吸氣罩的形狀大都和傘相似，所以這類罩簡稱傘形罩。 采用傘形罩時，應考慮工藝設備的安裝高度，室內橫向氣流的干擾因素，必要時也可采取圍檔、回轉、升降及其他改進措施。 1.外部集氣吸塵罩的設計注意事項 ①在不妨礙工藝操作的前提下，罩口應盡可能靠近污染物發生源。盡可能避免橫向氣流干擾。 ②在排風罩口四周增設法蘭邊，可使排風量減少。在一般情況下，法蘭邊寬度為150～200mm。 |
