集气罩与管道系统的设计

大气污染控制工程
第十三讲 集气罩与废气净化系统设计
集气罩与管道系统的设计
主要内容
净化系统的组成及系统设计的基本内容 集气罩的集气机理 集气罩的基本类型 集气罩性能参数及计算 集气罩设计的方法 废气净化系统设计
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净化系统的组成及系统设计的基本内容
局部排气净化系统的组成
局部排气净化系统示意图 1、集气罩；2、排风管；3、净化设备；4、风机；5、烟囱；
Q=φA【 (2/ρ ) PS】1/2 (m3/S) 式中: ρ —气体密度,kg/m3 φ--集气罩的流量系数
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集气罩性能参数及计算
2.排风量的计算 （1）控制速度法
指在罩口前污染物扩散方向的任意点上均能使污 染物吸入气流流入罩内并将其捕集所必须的最小吸气 速度。
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集气罩性能参数及计算
2.排风量的计算 （2）流量比法
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图13-2点汇气流流动情况
集气罩的集气机理
吸入气流
2.罩口的设置位置对气流分布的影响 如果吸气口设在墙上，如图13—2b所示,吸气范围减少一半,其等速面 为半球面,则吸气口的吸气量为 Q=2π r12u1=2π r22u2 (13--3) 比较式(13-1)(13-3)，可见： （1）吸气速度相同时，同一距离上Q （悬空设置的吸气口）= 2 Q （有一面阻挡的吸气口） （2）吸风量相同时，同一距离上 u（有一面阻挡的吸气口）= 2 u （悬空设置的吸气口） 3.吸风罩的形式对气流速度分布的影响 有边的吸风口比无边的吸风口流速衰减慢，实际等速面为椭圆形。
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废气净化系统的设计
1) 污染源控制方案的确定
设计工作的第一个重要环节，对污染控制系统的合 理性、有效性和经济性起决定性作用。 污染源控制方案的确定特别要注意与工艺密切配备 ，协同进行，才能选出最佳控制方案。 对复杂的项目，要从工艺和污染控制两方面进行专 题研究和设计。 对有污染物散发的设备，要重点进行集气罩的设计 和计算。 最后要得出废气量、污染物和其他重要组分的含量 、废气的温度和压强等参数。
形式：
（1）按罩口气流流动方式分为：吸气式和吹吸式； （2）按集气罩与污染源的相对位置及适用范围，可将 吸气式集气罩分为： 密闭罩、排气柜、外部集气罩、接受 式集气罩等。
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集气罩的基本类型
密闭罩
定义：将污染源的局部或整体密闭起来，在罩内保持一定负压，可防
止污染物的任意扩散。
特点：所需排风量最小，控制效果最好，且不受室内气流干扰，设计 中应优先选用。
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集气罩的基本类型
吹吸式排气罩及空气幕
2.特点： 采用气幕抑制污染物扩散，具有气量小，抗干扰能力强，不影响工艺操 作、效果好的特点。 3.吹吸式排气罩的设计计算 a.适用：在槽、台宽度较大（≥2m）的工作槽上，采用此类排气罩控 制污染物的扩散，效果较佳。 b.设计时注意事项 （1）防止吹气射流产生弯曲； （2）条缝口宽度速度； （3）吹气罩排气量； （4）吹气口高度。
接受式排气罩
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a-热源上部伞形接受罩；b-砂轮机接受罩
集气罩的基本类型
吹吸式排气罩及空气幕
1.吹吸式排气罩的工作原理 当外部吸气罩与污染源的距离较大时，可以在外部吸气 罩的对面设置一吹气口，从而形成一层空气幕阻止污染物 的散逸，同时也诱导污染气流一起向排气罩流动。 吹吸式排气罩的工作情况
槽子吹吸式排气罩
大容积密闭罩
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半密闭罩
集气罩的基本类型
密闭罩
4.布置要求 a.设置必要的观察窗、操作门和检修门； b.罩内应保持一定的均衡负压，避免烟尘逸出； c.尽量避开扬尘中心,防止大量物料随气流带至罩口被吸走； d.处理热物料时，应考虑热压对气流运动的影响，通常适当加大密闭罩容积， 吸风点设于罩子顶部最高点。
结构形式：局部密闭罩、 整体密闭罩、大容积密闭罩
1.局部密闭罩 特点：体积小，材料消耗少，操作与检修方便；
适用：产尘点固定、产尘气流速度较小且连续产尘的地点。
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集气罩的基本类型
密闭罩
2.整体密闭罩 特点：容积大，密闭性好。 适用：多点尘源、携气流速大或有振动的产尘设备。 3.大容积密闭罩 特点：容积大，可缓冲产尘气流，减少局部正压，设备检修可在罩 内进行。 适用：多点源、阵发性、气流速度大的设备和污染源。
d.选择适当的净化装置，确定合理的净化系统配置； e.确定净化系统运行参数和技术经济指标。 (3)除尘系统与装置的选择 (4)吸收系统与装置的选择 (5)吸附系统与吸附装置的选择 (6)净化装置的费用 设备投资费、运行费用、总费用
3.管道系统的设计
4.排放烟囱设计
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集气罩的集气机理
集气罩气流流动的基本理论
2. 布置要求：尽量避开门窗和其它进风口。
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集气罩的基本类型
排气柜
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集气罩的基本类型
外部吸(集、排)气罩
定义: 通过罩的抽吸作用，在污染源附近把污染物全部吸收起来的集气罩。 特点:结构简单，制造方便；但所需排风量较大，且易受室内横向气流的干 扰，捕集效率较低。 常见形式:顶吸罩、侧面吸罩、底吸罩、槽边吸气罩
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废气净化系统的设计
废气净化系统的设计过程可分为：
• 基础调查阶段 • 技术设计阶段
• 总结并提供成果阶段
• 后助工作
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源自文库
废气净化系统的设计
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废气净化系统的设计
1、基础调查
在接受设计任务后，应首先编制设计工作计划，确 定设计内容和技术要求、技术关键、进度安排、人员配 备、要求工艺和土建等方面提供的资料、向工艺和其他 工种提出的要求与提供的资料等。 工艺调查 污染源调查 背景情况调查 技术经济条件调查 类比调查
局部密闭罩
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整体密闭罩
集气罩的基本类型
排气柜
排气柜可使产生有害烟尘的操作在柜内进行。
1. 结构形式
a、排气口在操作口对面
操作口气流分布较均匀，有害气体外逸的可能性较小。 b、排气口设在柜顶 操作口上部形成较大进气流速，而下部进气流速较小， 气柜内易形成涡流，可能造成有害气体外逸
c、在对面和顶部同时设置排气口
把集气罩排风量Q3看作是污染气流量Q1和从罩口周围吸 入室内空气量Q2之和,即
Q3=Q1+Q2=Q1(1+Q2/Q1)=Q1(1+K) KV=(Q2/Q1)linit K---为流量比 KV通过实验研究求出,与污染物发生量无关,只与污染源和 集气罩的相对尺寸有关.
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集气罩性能参数及计算
二、压力损失的确定
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废气净化系统的设计
2、技术设计
在完成基础调查后，进行技术设计。 根据工程的重要性、工程量的大小和复杂性，可采用二 阶段(设计扩大初步设计和施工图)，或三阶段设计，(初 步设计、技术设计和施工图)方式进行。 设计工作主要包括： 污染源控制方案的确定和污染物散发排放计算 废气净化方案的选定， 净化设备的选型(或设计)计算 技术经济分析 设备、管道布置和计算 设计图绘制 工程概(预)算及设计文件编制。
外部吸气罩 a-顶吸罩；b-底吸罩；c-侧吸罩；d-槽边集气罩
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集气罩的基本类型
接受式排气罩
1.定义：接受由生产过程（如热过程、机械运动过程） 产生或诱导出来的污染气流的一种排气罩。 2.特点：罩口外的气流运动不是由于罩子的抽吸作用，而是由于生产 本身过程产生。 3.类型: a.低悬罩（罩口高度<1.5A1/2） b.高悬罩（罩口高度>1.5A1/2）A-热设备的水平投影面积。
p

2
2
由于集气罩罩口处于大气中,所以该处的全压等 于零.因而集气罩的压力损失写为 △P=0－P=－ (Pd+Ps)=|Ps|－Pd φ=（ Pd / |Ps| ）1/2 φ=1/（ 1＋ξ ）1/2
Φ ---流量系数 ξ ---压力损失系数
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集气罩的设计方法
原则： a.集气罩应尽可能将污染源包围起来，使污染物 的扩散限制在最小的范围内，以便防止横向气 流的干扰，减少排气量。 b.集气罩的吸气方向尽可能与污染气流运动方向 一致，充分利用污染气流的初始动能。 c.在保证控制污染的条件下，尽量减少集气罩的 开口面积，以减少排风量； d.集气罩的吸气气流不允许经过人的呼吸区再进 入罩内； e.集气罩的结构不应妨碍人工操作和设备检修。
集气罩汇集污染物，是一种流体动力学捕
集 ，因此要对集气罩合理设计，必须要了解 吸气罩罩口的气流流动规律。 集气罩口气流流动方式有两种 :一种是吸 气口气流的吸人流动，一种是吹气口气流的吹
出流动。
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集气罩的集气机理
吸入气流
1.外部吸气罩罩口气流流动规律 a.速度分布: 等速面的形式确定其分布规律 将吸气口近似视为一个点汇，等速面是 以该点为中心的球面（见图13-2a） ，假设 点汇吸风量为Q， 等速面的半径为r1、r2，相应气流速度为u1、 u2，由于通过每个等速面的风量相等，则有 Q = 4π r12u1 = 4π r22u2 (13--1) 于是： u1/u2 = (r2/r1)2 (13--2) 表明吸气口外气流速度衰减很快，应尽 量减少罩口至污染源的距离。
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局部排气净化系统设计的基本内容
1、捕集装置设计（结构、安装、性能） 2、净化系统的选择或设计 (1)选择依据 a.污染物的种类与性质；
b.处理量；
c.净化效率； d.净化系统的环境、经济及社会效益。
(2)一般程序
a.工程调查； b.确定净化程度；
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局部排气净化系统设计的基本内容
c.选择合理的净化工艺；
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净化系统的组成及系统设计的基本内容
(1) 集气罩:集气罩是用来捕集污染空气的，其性能对净化系统 的技术经济指标有直接的影响。由于污染源设备结构和生产操作 工艺的不同、集气罩的形式是多种多样的。
(2)风管:在净化系统中用以输送气流的管道称为风管，通过风管 使系统的设备和部件连成一个整体。
(3)净化设备:为了防止大气污染 ，当排气中污染物含量超过排 放标准时，必须采用净化设备进行处理，达到排放标准后 ，才 能排人大气。 (4)通风机 :通风机是系统中气体流动的动力。为了防止通风机 的磨损和腐蚀 ，通常把风机设在净化装备的后面。 (5)烟 囱: 烟囱是净化系统的排气装置。由于净化后 的烟气 中 仍含有一定量的污染物。这些污染物在大气中扩散、稀释，并最 终沉降到地面。
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集气罩的基本类型
吹吸式排气罩及空气幕
4.气幕及其应用 a.作用：可有效地抑制污染物扩散。 b.应用： （1）当接受罩悬挂较高时，用吹气射流阻挡横向气流 （2）采用气幕控制破碎机料坑的扬尘 （3）采用气幕控制整个车间的污染源。
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集气罩性能参数及计算
一、排风量的确定 1.排风量的测定方法 集气罩排风量Q(m3/S) ，可以通过实测罩口的平均吸气速度ν0 (m/S) 和罩口面积A0（m2）确定。 Q= ν0 A0 (m3/S) 也可以通过实测连接罩口上的平均吸气速度ν (m/S) ，气流动压 Pd(Pa)或静压PS(Pa)及其管道断面积A （m2）按下式确定。 Q= ν A =A【 (2/ρ ) Pd】1/2 (m3/S)
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集气罩的集气机理
吹吸气流
吹吸气流是两股气流组合而成的合成气流。 在集气罩设计中， 利用吹出气流与吸入气流联合作用来提高所需“控制风速”的形成 ，称为吹吸式集气罩。
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集气罩的基本类型
集气罩：是烟气净化系统污染源的收集装置，可将粉尘 及气体污染源导入净化系统，同时防止其向生产车间及大气 扩散，造成污染。
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集气罩的集气机理
等温圆射流和扁射流主体参数计算公式
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集气罩的集气机理
吸入气流与吹出气流
（1）吹出气流由于卷吸作用,沿射流方向流量不断增加,射流呈锥形； 吸入气流的等速面为椭球面,通过各等速面的流量相等,并等于吸入 口的流量。 （2）射流线上的速度基本上与射程成反比,而吸气区内气流速度与距 吸气口的距离的平方成反比。所以,吸气口能量衰减很快,其作用范 围较小。
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集气罩的集气机理
吹出气流
等温自由圆射流的一般特性为:
①射流边缘有卷吸周围空气的作用，这主要是 由于
紊流动量交换引起的。 ②由于射流边缘的卷吸作用，射流断面不断扩大， 射流量随射流长度增加而增大。 ③射流核心段呈锥形不断缩小。
④核心段以后，射流速度逐渐下降。
⑤射流中的静压与周围静止空气的压强相同。 ⑥射流各断面动量相等。
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集气罩的集气机理
吹出气流
空气从管口喷出，在空间形成的一股气流称为空气射流. (1)空气射流的一般特性。如图 13一6所示，这是等温圆射流的示 意图。管口速度假设是完全均匀的。M 为射流极点，射流中保持原 出口速度 v。的部分称为射流核心，速度小于v。的部分称为射流 主体，射流核心消失的断面 BOE称为过渡断面，出口断面至过渡面 称为起始段，过渡断面以后称为主体段。