CN108557517B - 一种转运点粉尘抑制装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转运点粉尘抑制的装置与方法，该装置设置在上、下级皮带的转运处，包括落料管、超声烟雾喷嘴、抑尘罩、折流板、回流管、密封件和挡尘帘；发明了诱导气流的计算方法，提出了用于计算不同工况和装置的诱导气流大小的公式，为超声烟雾喷嘴的雾滴粒径和喷雾量等参数的合理设置提供指导，达到降低抑尘能耗的目的。本发明利用超声波产雾来加湿落料管的空间，配合折流板、挡尘帘的阻流效果，回流管的泄压作用，使气流中携带的粉尘受重力作用而沉降，并借助诱导气流本身的动能来提高雾、尘结合几率，改善除尘效果。它适用于对物料含湿量没有特别要求的散装物料带式输送转运过程的粉尘控制，如煤炭、铁矿石、建筑采石、烧结、沙石装卸等带式输送过程的抑尘。

Description

一种转运点粉尘抑制装置与方法

技术领域

本发明涉及一种转运点粉尘抑制的装置与方法，它适用于对物料含湿量没有特别要求的散装物料带式输送转运过程的粉尘控制，如煤炭、铁矿石、建筑采石、烧结、沙石装卸等带式输送过程的抑尘。

背景技术

皮带输运广泛应用于散装物料的短距离运输，转运过程常伴随粉尘的弥散，污染了生产环境，也威胁的操作人员身体健康。转运点处的物料在下落过程中势能不断转化为动能，速度不断增加，颗粒物料在上下表面间形成压力差，驱动颗粒物料表面的气流跟随颗粒运动，当颗粒物料数量较大时，一部分空气被颗粒物料包围，形成物料与空气的混合流；另一部分气流则处于颗粒料流核心区域之外，受颗粒流的曳力作用形成有序流动。当物料撞击底部皮带时，其夹带的空气从料流中迅速析出，分散在空气中形成絮乱的复杂气流，该气流使吸附的细小颗粒瞬间弥散出来。气流和物料是一个伴生过程，物料下落必然产生气流，气流跟随物料形成定向流动，粉尘也跟随着一起流动，在速度降为零的瞬间必然出现严重的粉尘弥散。这个过程十分复杂，对于粉尘弥散最关键的夹带气流是降低粉尘弥散的技术关键。

目前国内外对转运点抑尘的方式主要有密封罩集尘后净化和喷雾降尘两大类方式。其中集尘罩集尘后净化通常使用大风量、大吸力的风机将转运点产生的粉尘连同周围的空气一起吸入除尘设备中，除尘设备则常有静电除尘、袋式除尘、旋风除尘等多种形式，对于这一类净化设备而言，净化工艺环节较多、设备投入较大、运行和维护成本都较高。而喷雾降尘是一种就地处理方式，通过在转运物料上或转运点喷淋雾滴来降低转运过程的粉尘的产生，这种抑尘方式简单，操作简单，但需要对物料加湿，有一定的应用局限；目前该类抑尘方式的较好案例是干雾除尘，主要是将转运点密闭起来，然后用超声波起雾器产生水雾，直接加湿起尘点，使粉尘与水雾接触而捕获，在浓度较高的产尘环节具有良好的抑尘效果，但是由于落料过程中产生的诱导气流对微细雾滴有极大的扰动，如果加以有效利用则可以帮助抑尘，如果不考虑诱导气流的影响，反而会对该种方式的抑尘效果带来副作用。目前，干雾抑尘的案例中还没有考虑诱导气流的影响，使得密封过程和抑尘技术存在较大的技术缺陷。

发明内容

本发明是针对物料含湿量没有特别要求的散装物料带式输送转运过程，诱导气流的存在会干扰干雾抑尘系统的密闭效果的技术问题，而提出的一种利用诱导气流和微细水雾协同抑尘的新方法，具体为一中转运点粉尘抑制装置与方法。利用诱导气流和水雾协同抑尘，来提高雾、尘的结合几率，强化抑尘效果，并借助半经验公式进行诱导气流大小的计算，合理设置喷嘴的喷雾流量和雾滴粒径等参数，达到高效混合、能耗最低的目的。此外，在抑尘罩内增加折流板和回流管，并改进密封件和挡尘帘的结构，优化抑尘系统。

本发明所采用的技术方案是：一种转运点粉尘抑制装置，设置在上、下级皮带的转运处，包括落料管、超声烟雾喷嘴、抑尘罩、折流板、回流管、密封件和挡尘帘；所述抑尘罩设置为上抑尘罩和下抑尘罩，其中上抑尘罩设置在上级皮带运行方向的尾部，下抑尘罩设置在下级皮带运行方向的前部；所述落料管设置上抑尘罩和下抑尘罩之间，且相对于下级皮带的运行方向倾斜设置；所述超声烟雾喷嘴设置在上抑尘罩内；所述落料管的中部和下抑尘罩的尾部之间连接回流管；所述下抑尘罩内沿皮带运行方向设置折流板，且下抑尘罩的前端和尾部与下级皮带之间设置挡尘帘，两侧设置密封件。

所述落料管顺下级皮带运行方向倾斜60-75°，是提供物料下落的通道，直径大约在0.1-0.2m之间，落料管侧壁的摩擦使落料到达管底的速度较竖直下落管降低，产尘量也相应减小；此外，管底物料存在水平方向的分速度，这样可以缩小落料接触下层皮带瞬间的速度差，减弱速度差带来的翻滚扬尘现象，物料本身存在水平方向的初速度也减少了下层皮带运行的电能。

所述超声烟雾喷嘴安装上抑尘罩体上，使气流刚进入罩体内就携带着雾滴跟随物料一起运动，有效避免了气流卷携着粉尘随着下落高度的增大而发生的扩散现象，雾滴与粉尘在气流的助力下充分结合。

所述抑尘罩的作用是将气流限制在一定范围内，防止粉尘外溢，尺寸根据现场转运的高度、皮带机的尺寸进行设计，其中下抑尘罩为长方体形状，其长宽高的比例关系为2：1:1，材质为不锈钢，其前端和尾端的上部设置挡板，挡板与皮带之间安装挡尘帘。位于尾部的挡板与皮带之间形成拱形出料通道。

所述挡尘帘设计成层叠式结构，封闭含尘气流逃逸的间隙，撞击到挡尘帘的含尘气流沿相反方向折回，继续撞击折流板，动能降低，使一部分粉尘脱落，一部分粉尘附着在折流板上，此装置防止了边壁空隙跑尘现象的发生。挡尘帘顶部通过铆钉与挡板固定，帘体的底部与皮带的顶面相接触。

所述密封件应用于抑尘罩的侧壁与皮带机的接触部位，密封件包括三部分，最里层为不锈钢挡板，所述挡板与抑尘罩滑配合连接，阻碍物料外漏；中间层为橡胶密封垫，对含尘气流进行阻碍；最外层为滚珠状压紧件，借助皮带机的结构压紧密封件，可以对密封件长时间工作产生的磨损进行补偿，保证密封效果。

所述折流板焊接在下抑尘罩的侧壁，沿皮带运行方向间隔15cm左右上下错落排布，分布在罩体上半个空间区域，占罩体高度的2/3，与罩体等宽。主要作用是对含尘气流进行阻碍，使气流速度降低，携带颗粒物的能力下降。含尘气流与折流板撞击，动能减少，部分粉尘脱离气流回落到皮带机上，剩余部分粉尘在借助气流的动能附着在折流板上，积累到一定程度后会在重力作用下自然脱落到皮带机上，随着主物料一起被运输。在气流反复的循环流动中，动能大量消耗，粉尘也几乎完全沉落。

所述回流管的直径为落料管的一半，其顶端连接于落料管的中部，底端连接在下抑尘罩的尾端的上部。携带大量空气的物料在到达底层皮带机的瞬间，空气快速释放形成很大正压，会带动周围粉尘迅速扩散，而且影响密封，设置回流管作为气流流通的通道，释放压力，防止过大的压力带动粉尘外溢。

一种利用所述转运点粉尘抑制装置进行粉尘抑制的方法，具体步骤包括：步骤1)计算诱导气流量：

其中Q表示诱导气流量；μ为气流粘度；D为落料管直径；ρ_g和ρ_p分别为气体和物料密度；m_p为物料质量流量；d_p为物料粒度，h为物料下落高度；g为重力加速度；K,a是与装置结构和物料特性参数有关的经验常数；

步骤2)根据计算出来的诱导气流量来估测喷雾量，喷雾量和雾滴粒径决定除尘的强度和时间，喷雾量的大小由水流量确定，建立出水流量与诱导气流量之间的关系模型：q＝kQ，根据不同的作业现场确定不同的k值；雾滴粒径决定除尘的效果，粒径大小由喷嘴孔径确定，孔径越小产生的雾滴粒径越小,粉尘由于黏附而被捕集的机会越大，另外，由于惯性碰撞效率与诱导气流速度成正比、与液滴的粒径成反比，因此，雾滴需要根据具体作业场合的诱导气流量大小Q和粉尘粒径d来确定最佳直径d_c，具体的关系模型：d_c≈d。

步骤3)诱导气流和雾滴高效混合的方法，该方法包括超声喷嘴参数设定和折流板的阻流作用；

首先根据计算出来的诱导气流量的大小来调节喷嘴的雾滴粒径和雾化量参数；实践证明，在一定范围内，雾滴颗粒越小，雾滴与粉尘颗粒相互吸附、聚集而沉降的概率越大，所以雾滴粒径的选择很关键，粒径太大会造成粉尘逃逸，粒径太小沉降速度太慢，最佳粒径应该与作业现场的粉尘粒径相当，才能让含尘气流与雾滴高效混合，增强除尘效果，本发明的雾滴粒度需控制在100μm以下；

另外，利用罩体中的折流板让含尘气流受到阻碍，产生涡流，含尘气流在罩体中的流动空间增大，流动时间增加，粉尘与雾滴的接触时间延长，混合更加充分；含尘气流与折流板发生撞击，借助气流的动能将粉尘附着在折流板上，积累到一定程度后在重力作用下沉降。

本发明的有益效果：

(1)发明了诱导气流的计算方法，提出了用于计算不同工况和装置的诱导气流大小的公式，为超声烟雾喷嘴的雾滴粒径和喷雾量等参数的合理设置提供指导，达到降低抑尘能耗的目的。

(2)本发明利用超声波产雾来加湿落料管的空间，配合折流板、挡尘帘的阻流效果，回流管的泄压作用，使气流中携带的粉尘受重力作用而沉降，并借助诱导气流本身的动能来提高雾、尘结合几率，改善除尘效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明左视示意图。

图3为本发明右视示意图。

图中，1.上级皮带，2.下级皮带，3.上抑尘罩，4.下抑尘罩，5.落料管，6.回流管，7.折流板，8.挡尘帘，9.密封件，9-1.不锈钢挡板,9-2.橡胶密封垫,9-3.滚珠状压紧件,10.超声烟雾喷嘴。

具体实施方式

如附图1所示，一种转运点粉尘抑制装置，设置在上、下级皮带1、2的转运处，包括落料管5、超声烟雾喷嘴10、抑尘罩、折流板7、回流管6、密封件9和挡尘帘8；所述抑尘罩设置为上抑尘罩3和下抑尘罩4，其中上抑尘罩3设置在上级皮带1运行方向的尾部，下抑尘罩4设置在下级皮带2运行方向的前部；所述落料管5设置上抑尘罩3和下抑尘罩4之间，且相对于下级皮带2的运行方向倾斜设置；所述超声烟雾喷嘴10设置在上抑尘罩3内；所述落料管5的中部和下抑尘罩4的尾部之间连接回流管6；所述下抑尘罩4内沿皮带运行方向设置折流板7，且下抑尘罩4的前端和尾部与下级皮带2之间设置挡尘帘8，两侧设置密封件9。

所述落料管5顺下级皮带2运行方向倾斜60-75°，是提供物料下落的通道，直径大约在0.1-0.2m之间，落料管5侧壁的摩擦使落料到达管底的速度较竖直下落管降低，产尘量也相应减小；此外，管底物料存在水平方向的分速度，这样可以缩小落料接触下层皮带2瞬间的速度差，减弱速度差带来的翻滚扬尘现象，物料本身存在水平方向的初速度也减少了下层皮带2运行的电能。

所述超声烟雾喷嘴10安装上抑尘罩3体上，使气流刚进入罩体内就携带着雾滴跟随物料一起运动，有效避免了气流卷携着粉尘随着下落高度的增大而发生的扩散现象，雾滴与粉尘在气流的助力下充分结合。

所述抑尘罩的作用是将气流限制在一定范围内，防止粉尘外溢，尺寸根据现场转运的高度、皮带机的尺寸进行设计，其中下抑尘罩4为长方体形状，其长宽高的比例关系为2：1:1，材质为不锈钢，其前端和尾端的上部设置挡板，挡板与皮带之间安装挡尘帘8。位于尾部的挡板与皮带之间形成拱形出料通道。

所述挡尘帘8设计成层叠式结构，封闭含尘气流逃逸的间隙，撞击到挡尘帘8的含尘气流沿相反方向折回，继续撞击折流板7，动能降低，使一部分粉尘脱落，一部分粉尘附着在折流板7上，此装置防止了边壁空隙跑尘现象的发生。挡尘帘8顶部通过铆钉与挡板固定，帘体的底部与皮带的顶面相接触。

所述密封件9应用于下抑尘罩4的侧壁与皮带机的接触部位，密封件9包括三部分，最里层为不锈钢挡板9-1，所述不锈钢挡板9-1与下抑尘罩4滑配合连接，阻碍物料外漏；中间层为橡胶密封垫9-2，对含尘气流进行阻碍；最外层为滚珠状压紧件9-3，借助皮带机的结构压紧密封件9，可以对密封件9长时间工作产生的磨损进行补偿，保证密封效果。

所述折流板7焊接在下抑尘罩4的侧壁，沿皮带运行方向间隔15cm左右上下错落排布，分布在罩体上半个空间区域，占罩体高度的2/3，与罩体等宽。主要作用是对含尘气流进行阻碍，使气流速度降低，携带颗粒物的能力下降。含尘气流与折流板7撞击，动能减少，部分粉尘脱离气流回落到皮带机上，剩余部分粉尘在借助气流的动能附着在折流板7上，积累到一定程度后会在重力作用下自然脱落到皮带机上，随着主物料一起被运输。在气流反复的循环流动中，动能大量消耗，粉尘也几乎完全沉落。

所述回流管6的直径为落料管5的一半，其顶端连接于落料管5的中部，底端连接在下抑尘罩4的尾端的上部。携带大量空气的物料在到达底层皮带机的瞬间，空气快速释放形成很大正压，会带动周围粉尘迅速扩散，而且影响密封，设置回流管6作为气流流通的通道，释放压力，防止过大的压力带动粉尘外溢。

实施例

将一烧结返矿转运点作为研究对象，该转运点上下层皮带的运行速度均为1.35m/s，输送烧结矿流量为3.88-14.78kg/s,物料密度为3.856g/cm³,物料最大粒度为8mm，落料高度0.9m，该转运颗粒物产生的粉尘粒度在7.37～124.04μm范围内。下面对本发明作具体的阐述。

(1)诱导气流的计算方法

通过实验得出的诱导气流半经验公式为：

其中K如下表所示：

根据公式计算出来的诱导气流量为0.0053～0.0685m³/s。

(2)转运点密闭装置

下抑尘罩4的实际尺寸为1.2m×0.6m×0.6m,落料管直径0.2m，倾斜60°。回流管6直径0.1m，拐角设计成圆角，减小气流的沿程阻力损失。设置六块折流板7交错排布，长、宽分别为1.2m、0.2m，厚度为0.5cm，采用不锈钢材质。挡尘帘8设计成层叠式，选用合成橡胶材质，布置在下抑尘罩两端的边壁底部，层叠排布，封闭含尘气流逃逸的间隙。密封件9设置在下抑尘罩4两侧的底部边壁，密封分为三部分，最里层阻碍物料外漏，采用不锈钢材质，不易损坏；中间层对含尘气流进行阻碍，采用橡胶材质；最外层为滚珠状压紧件，借助皮带机自身的结构压紧密封件，可以对密封件长时间的磨损进行补偿。

(3)诱导气流和雾滴高效混合的方法

该方法包括超声烟雾喷嘴10参数设定和折流板7的阻流作用。

超声烟雾喷嘴10安装到上层皮带机1尾的上抑尘罩3上，气流刚进入就携带着雾滴跟随物料一起运动，有效避免了气流卷携着粉尘随着下落高度的增大而发生的扩散现象，雾滴与粉尘在气流的助力下充分结合。以计算出来的诱导气流量为参考，利用水流量与诱导气流量之间的经验公式：q＝kQ(k∈[6,9])进行估算，设置喷嘴的各项参数如下：每个喷嘴的水流量设置为：0.6L/Min；喷嘴直径为0.2mm，雾滴粒径为≤10μm。

六块折流板7在上抑尘罩3体内交错排布，折流板7让含尘气流受到阻碍，产生涡流，含尘气流在罩体中的流动空间增大，流动时间增加，粉尘与雾滴的接触时间延长，混合更加充分。含尘气流与折流板7发生撞击，借助气流的动能将粉尘附着在折流板上，积累到一定程度后会在重力作用下沉降。

(4)整个装置的具体工作过程

①物料顺落料管5下落，落料管5侧壁的摩擦使落料到达管底的速度较竖直下落管降低，产尘量也相应减小；此外，管底物料存在水平方向的分速度，缩小了落料接触下层皮带2瞬间的速度差，减弱了速度差带来的翻滚扬尘现象，物料本身拥有水平方向的初速度也减少了下层皮带2运行的电能。

②物料流在下落过程中会携卷大量的空气跟随其一起运动，在超声烟雾喷嘴10的雾滴影响下，气流刚进入就携带着雾滴跟随物料一起运动，有效避免了气流卷携着粉尘随着下落高度的增大而发生的扩散现象，雾滴与粉尘在气流的助力下充分结合。一部分粉尘与雾滴结合后被捕获，一部分含尘气流和雾滴一起随物料下落，在接触下层皮带2的瞬间被释放，含尘气流在下抑尘罩4内无规则运动，撞击到折流板7和挡料帘8之后，与雾滴高效混合，并借助诱导气流的动能将粉尘附着在折流板7上，经过长时间的积累后，粉尘受重力作用脱落。

③最后，携带微量粉尘的气流通过回流管6流出，回到落料管5准备下一次循环。

Claims (7)

1.一种转运点粉尘抑制装置，设置在上、下级皮带的转运处，其特征在于，包括落料管、超声烟雾喷嘴、抑尘罩、折流板、回流管、密封件和挡尘帘；所述抑尘罩设置为上抑尘罩和下抑尘罩，其中上抑尘罩设置在上级皮带运行方向的尾部，下抑尘罩设置在下级皮带运行方向的前部；所述落料管设置上抑尘罩和下抑尘罩之间，且相对于下级皮带的运行方向倾斜设置；所述超声烟雾喷嘴设置在上抑尘罩内；所述落料管的中部和下抑尘罩的尾部之间连接回流管；所述下抑尘罩内沿皮带运行方向设置折流板，且下抑尘罩的前端和尾部与下级皮带之间设置挡尘帘，两侧设置密封件，通过以上装置进行粉尘抑制的具体步骤包括：

步骤1)计算诱导气流量：

其中Q表示诱导气流量；μ为气流粘度；D为落料管直径；ρ_g和ρ_p分别为气体和物料密度；m_p为物料质量流量；d_p为物料粒度，h为物料下落高度；g为重力加速度；K,a是与装置结构和物料特性参数有关的经验常数；

步骤2)根据计算出来的诱导气流量估测喷雾量，喷雾量和雾滴粒径决定除尘的强度和时间，喷雾量的大小由水流量确定，建立出水流量与诱导气流量之间的关系模型：q＝kQ，根据不同的作业现场确定不同的k值；雾滴粒径决定除尘的效果，粒径大小由喷嘴孔径确定，孔径越小产生的雾滴粒径越小,粉尘由于黏附而被捕集的机会越大，另外，由于惯性碰撞效率与诱导气流速度成正比、与液滴的粒径成反比，因此，雾滴需要根据具体作业场合的诱导气流量大小Q和粉尘粒径d来确定最佳直径d_c，具体的关系模型：d_c≈d；

步骤3)诱导气流和雾滴高效混合的方法，该方法包括超声喷嘴参数设定和折流板的阻流作用；

首先根据计算出来的诱导气流量的大小来调节喷嘴的雾化量参数，根据具体的粉尘粒径大小调节雾滴粒径参数，让含尘气流与雾滴高效混合，增强除尘效果，雾滴粒度需控制在100μm以下；

另外，利用罩体中的折流板让含尘气流受到阻碍，产生涡流，含尘气流在罩体中的流动空间增大，流动时间增加，粉尘与雾滴的接触时间延长，混合更加充分；含尘气流与折流板发生撞击，借助气流的动能将粉尘附着在折流板上，积累到一定程度后在重力作用下沉降。

2.根据权利要求1所述的一种转运点粉尘抑制装置，其特征在于，所述落料管顺下级皮带运行方向倾斜60-75°，直径在0.1-0.2m之间。

3.根据权利要求1所述的一种转运点粉尘抑制装置，其特征在于，所述下抑尘罩为长方体形状，其长宽高的比例关系为2：1:1，材质为不锈钢，其前端和尾端的上部设置挡板，挡板与皮带之间安装挡尘帘，位于尾部的挡板与皮带之间形成拱形出料通道。

4.根据权利要求1所述的一种转运点粉尘抑制装置，其特征在于，所述挡尘帘设计成层叠式结构，挡尘帘顶部通过铆钉与挡板固定，帘体的底部与皮带的顶面相接触。

5.根据权利要求1所述的一种转运点粉尘抑制装置，其特征在于，所述密封件设于抑尘罩的侧壁与皮带机的接触部位，密封件包括三部分，最里层为不锈钢挡板，所述不锈钢挡板与抑尘罩滑配合连接，中间层为橡胶密封垫，最外层为滚珠状压紧件，借助皮带机的结构压紧密封件。

6.根据权利要求1所述的一种转运点粉尘抑制装置，其特征在于，所述折流板焊接在下抑尘罩的侧壁，沿皮带运行方向间隔15cm左右上下错落排布，分布在罩体上半个空间区域，占罩体高度的2/3，与罩体等宽。

7.根据权利要求1所述的一种转运点粉尘抑制装置，其特征在于，所述回流管的直径为落料管的一半，其顶端连接于落料管的中部，底端连接在下抑尘罩的尾端的上部。

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