高浓度粉尘在除尘输送管路内的流动规律与沉积特性

摘要

采石场破碎、筛分、粉磨工序会产生大量高浓度粉尘，对环境以及工人健康构成重大威胁。采石场产尘点较多，一般采用集中式除尘系统输送、处理粉尘。由于该系统结构复杂，管网压力容易失衡，如果管内风速较低，粉尘会沉积到管壁，严重时甚至堵塞管道，影响除尘系统运行。加大管内通风速度可以有效降低管道内粉尘沉积，但提高风速不仅增加了除尘系统能耗，而且加大了粉尘颗粒对管道以及除尘系统的磨损。因此需要研究粉尘颗粒在除尘管道不同结构部件内流动与沉积规律，寻找能将粉尘带走的最合适风速、易沉积的部位以及最优的局部构件，为除尘系统风速优化、局部构件结构优化和重点清扫点位的确定提供指导。
　　理论分析了粉尘在除尘管道内运动规律，沉降方式以及影响管道内粉尘沉积的主要因素；对除尘管道近壁区层流边界层附近粉尘颗粒再次悬浮问题进行了讨论，推导了悬浮粒径的计算公式。
　　设计了三个分别由直管、弯头、三通构成的管道系统，选用具有针对性的10μm、50μm和100μm三种粒径碳酸钙粉尘，在不同风速下进行沉积实验。
　　在直管内10μm、50μm和100μm三种粒径粉尘最合适通风速度分别为18m/s、20m/s和不低于20m/s。10μm粒径粉尘沉降主要受紊流扩散，重力沉降影响较弱，各壁面沉积量差值不大；50μm粒径粉尘受重力沉降影响加大，湍流扩散作用减弱，底部沉积量远大于侧壁和顶部；100μm粒径粉尘主要受重力沉降作用，沉积集中在管道底部，侧壁和顶部几乎不会发生沉积。
　　弯头会加大上游直管外侧壁和底部沉积量，弯头下游沉积量明显低于系统一直管段。弯头内10μm粒径粉尘主要沉积在弯头的内侧，50μm和100μm粒径粉尘沉积主要发生在弯头的外侧。弯头曲率半径增加，弯头内侧沉积量降低；外侧沉积量少量增加；弯头上游沉积量降低，弯头下游沉积量依然维持较低水平。如果条件允许，建议除尘管道弯头结构选用较大曲率半径R=1.5D弯头。
　　三通管内沉积点主要分布在G点和H点。支管角度以及支管气流速度加大，三种粒径粉尘在G点和H点沉积量均加大。建议在现场条件允许的情况下，除尘管道系统选用低角度的30°三通管，支管风速不易高于总管风速。