尘源泉控制与集气吸尘罩设计

第三章　尘源泉控制与集气吸尘罩设计

集气吸尘罩是除尘系统的重要部分，是除尘工程设计的重要环节。集气吸尘罩的使用效果越好意味着越能满足生产和环保的要求。本章主要介绍常用集气吸尘罩的设计和排气量的计算，还介绍无罩尘源控制方法。

第一节　集气吸尘罩分尖和工作机理

一、集气吸尘罩分类

集气吸尘罩因生产工艺条件和操作方式的不同，形式很多，按集气吸尘罩的作用和构造，主要分为四类；密闭罩、半密闭罩、外部罩和吹吸罩。具体分类如图3-1所示。

二、集气吸尘机理

集气吸尘罩罩口气流运动方式有两种：一种是吸气口气流和吸入流，一种是吹气口气流的吹出流动。对集气吸尘罩多数的情况是吸气口吸入气流。

1、吸入口气流

一个敞开的管口是最简单的吸气口，当吸气口口服气时，在吸气口附近形成负压，周围空气从四面八方流向吸气口，形成吸入气流或汇流。当吸气口面积较小时，可视为“点汇”。形成以吸气口为中心的径向线，和以吸气口为球心的速球面。如图3-2（a）所示。

由于通过每个等速面的吸气量相等，假定点汇的吸气量为Q，等速面的半径分别为r₁和平r₂，相应的气流速度为 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->和 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->，则有

<!--[if !vml]--> <!--[endif]-->                   （3-1）

式中Q——气体流量，m³/s;

<!--[if !vml]--> <!--[endif]-->——球面1和2上的气流速度，m/s

<!--[if !vml]--> <!--[endif]-->——球面1和球面2的半径，m。

<!--[if !vml]--> <!--[endif]-->                      （3-2）

由式（3-2）可见，点汇外某一点的流速与该点至吸气口距离的平方成反比。因此设计集气吸尘罩时，应尽量减少罩口逞能污染源的距离，以提高捕集效率。

若在吸气口的四周加上档板，如图3-2（b）所示，吸气范围减少一半，其等速面为半球面，则吸气口听吸气量为

<!--[if !vml]--> <!--[endif]-->                   （3-3）

式中符号同前。

比较式（3-1）和式（3-3）可以看出，在同样距离上造成同样的吸气速度时，吸气口吵设挡板的吸气量比加设档板时大1倍。因此在设计外部集气罩时，应尽量减少吸气范围，以便增强控制效果。

实际上，吸气口有一定大小，气体流动也有阻力。形成吸气区气体流动的行事面不是球面而是椭球面。根据试验数据，绘制了吸气区内气流流线和速度分布，直观地表示了吸气速度和相对距离的关系，如图3-3、图3-4及图3-5所示。图3-3、3-4中的横坐标是 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->（ <!--[if !vml]--><!--[endif]-->为某点距吸气口的距离， <!--[if !vml]--><!--[endif]-->为吸气口直径），等速面的速度值是以吸气口流速 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->的百分数表示的。图3-5绘出了侧边比为1:2的矩形吸气口吸入气流的等速线，图中数值表示中心轴离吸气口的距离以及在该点气流与吸气口以速 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->的百分比。

根据试验结果，吸气口气流速度分布具有以下特点。

㈠

①在吸气口附近等速面近似与吸气口平行，随离吸气口距离 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->的增大，逐渐变成椭圆面，而在1倍吸气口直径 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->处已接近为球面。因此，当 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->＞1时可近似当作点汇，吸气量Q可按式（3-1）、式（3-2）计算。

当 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->=1时，该点气流速度已大约降至吸气口以速的7.5％。如图3-3所示。当 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->＜1时，根据气流衰减规律则不同。

②对于结构一定的吸气口，不论吸气口风速大小如何，其等速面形状大致相同。而吸气口结构形式不同，其气流衰减规律则不同。

2、吹出气流运动规律

空气从孔口吹出，在空间形成一股气流称为吹出气流或射流。据空间界壁对射流的约束条件，射流可分为自由射流（吹向无限空间）和受限射流（吹向有限空间）；按射流内部温度的变化情况可分为等温射流和非等温射流；在设计热设备上方集气吸尘罩和吹吸式集气吸尘罩时，均要应用空气射流的基本理论。

等温圆射流是自由射流中的常见流型。其结构图3-6所示。圆锥的顶点称为极点，圆锥的半顶角 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->称为射流的扩散角。射流内的轴线速度保持不变半等于吹出速度 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->的一段，称为射流核心段（图3-6的AOD锥体）。由吹气口核心被冲散的这一段称为流起始面对。以起始段的端点O为顶点，吹气口为底边的锥体中，射流的基本性质（速度、温度、浓度等）均保持其原有特性。射流核心消失的断面BOE称为过渡断面。过渡断面以后称为射流基本段，射流起始段是比较短的，在工程设计中实际意义不大，在集气吸尘罩设计中常用到的等温圆射流和扁射流基本段的参数计算公式列于表3-1中。

第二节　集气吸尘罩设计

一、集气吸尘罩设计原则

①改善排放粉尘有害物的工艺和工作环境，尽量减少粉尘排放及危害。

②吸尘罩尽量靠近污染源并将其围罩起来。形式有密闭型、围罩型等。如果碍操作，可以将其安装在侧面，可采用风量较小的槽形式桌面型。

③决定吸尘罩安装的位置和排气方向。研究粉尘发生机理，考虑飞散方向、速度和临界点，用吸尘罩口患难夫妻准飞散方向。如果采用侧型或上盖型吸尘罩，要使操作人员无法进入污染源与吸尘罩之间的开口处。比空气密度大的气体可在下方吸引（见图3-9）

④决定开口周围的环境条件。一个侧面封闭的吸尘罩比开口四周全部自由开放的吸尘罩效果好。因此，应在不影响操作的情况下将四周围起来，尽量少吸入未污染的空气。

⑤防止吸尘罩周围的紊流。如果捕集点周围的紊流对控制风速有影响，就不能提供更大的控制风速，有时这会使吸尘罩丧失正常的作用。

⑥吹吸式（推挽式）利用喷出的力量将污染气体排出。

⑦决定控制风速。为使有害物从飞散界限的最远点流进吸尘罩开口处，而需要的最小风速被称为控制风速。

二、密闭集气吸尘罩

1.密闭罩的设计注意事项

(1) 密闭罩的设计注意事项

①密闭罩上通过物料的孔口设弹性材料制作的遮尘帘。

②密闭罩应尽可能避免直接连接在振动或往复运动的设备机体上。

③胶带机受料点采用托辊时，因受物料冲击会使胶带局部下陷，在胶带和密闭拦板之间形成缝隙，造成粉尘外逸。因此，受料点下的托辊密度应加大或改用托板。

④密闭罩上受物料撞击和磨损的部分，必须用坚固的材料制作。

(2) 密闭罩的设置应不妨碍操作和便于检修

①根据工艺操作要求，设置必要的操作孔、检修门和观察孔，门孔应严密，关闭灵活。

②密闭罩上需要拆卸部分的结构应便于拆卸和安装。

(3) 应注意罩内气流运动特点

①正确选择密闭罩形式和排风点位置，以合理地组织内气流，使罩内保持负压。

②密闭罩需有一定的空间，以绘冲气注以，减小正压。

③操作孔、检修门应逸开气流速度较高的地点。

2.密闭罩的基本形式

(1) 局部密闭罩　将设备产尘地点局部密闭，工艺设备露在外面密闭罩。其容积较小，适用于产尘气流速度较小，瞬时增压不大，且集中、连续扬尘的地点，如胶带机受料点、磨机的受料口等。见图3-10。

(2) 整体密闭罩 将产生粉尘的设备地点大部密闭，设备的传动部分留在外面的密闭罩、其物点是密闭罩本身为独立整体，易于密闭。通过罩上的观察孔可对设备进行监视，设备传动部分的维修。可在罩外进行。这种密闭方式适用于具有振动的设备或产尘气流速度较大的产尘地点，如振动筛等。见图3-11。

(3) 大容积密闭罩　一将产生粉尘的设备或地点进行全部封闭的密闭罩。它的物点是罩内容积大，可以缓冲含尘气流，减小局部正压。通过罩上的观察孔能监视设备的运行，维修设备可在罩内进行。这种密闭方式适用于多点产尘、阵发性产生和产尘气流速度大的设备或地点，如多交料点的胶带机转 点等。见图3-12。

3.密闭罩计算

将产尘发生源密闭后，还必须从密闭罩内抽吸一定量的空气，使罩内维持一定的负压，以防污染物逸出罩外污染车间环境。

为了保持罩内造成一定的负压，必须内部刊物 罩内进气和排气量的总平衡。其排气量Ｑ₃等于被吸入罩内的空气量Ｑ₁和污染源气体量Ｑ₂，即Ｑ₃= Ｑ₁+ Ｑ₂，但是，理论上计算Ｑ₁和Ｑ₂是困难的，一般是按经验公式或计算表格来计算密闭罩的排风量。计算法如下：

(1) 按产生污染物气体与缝隙面积计算排风量　其计算式如下：

　　　　　　　　　　　　Ｑ₃＝3600K <!--[if !vml]--><!--[endif]-->Q₂                    （3-11）

式中  K——安全系数，一般取<span lang="EN-US" style="font-size:12.0pt;line-he