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第九章 集气罩

  大气污染控制工程讲义137 第九章 集气罩 第一节 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—生产实际中应用较多1.局部排气净化系统的概念:控制空气污染物在车间内外扩散的局部通风方法,简单地说,就是在局部 污染源设置集气罩,把污染空气捕集起来经净化后排至室外,这是生产车间控制空气污染的最有效、最常 用的方法。 2.局部排气净化系统的基本组成: 集气罩:用以捕集污染空气的。其性能对净化系统的技术经济指标和净化效果有直接影响。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。 风管(通风管道):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,即整个净化系统连成一体。 净化设备:是净化系统的核心部分,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,才能排入大气。 通风机:由于气体在流动过程中存在压力损失,通风机为系统中流体提供动力,以保证气体的流动速度, 是系统中气体流动的动力装置.为了防止通风机的磨损和腐蚀,通常把风机设在净化设备后面。 烟囱: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。为了保证污染物的地面浓度不超过大气环境质量标准,烟囱必须具有一定高度。 3、局部排气净化系统特点:所需的风量小,效果好,能耗少; 当生产条件受到限制,不可能采取局部排风方式,或采用了局部排风方式,生产场所内的污染物浓度 仍达不到有关排放标准时,可采用全面通风方式(即对整个污染车间,用新鲜的空气进行全面换气,把污 染物稀释到允许浓度以下)。 特点:风量大,设备庞大,能耗高 局部排气净化系统设计的基本内容1.捕集装置的设计 污染物的捕集装置通常称为集气罩。设计内容主要包括集气罩结构形式.安装位置以及性能参数(排 风量、压力损失)确定等内容. 2.输送管道没计 管道系统设计主要包括管道布置.管道内气体流速确定.管径选择.压力损失计算以 及通风机选择(风量、风压)等内容。 3.净化设备选择或设计 净化设备的选择或设计一般按以下程序进行:(1)工程调查。L 认真收集有关资料、全向考虑影响设备 性能的各种因素;(2)根据排放标准和生产要求.计算需要达到的净化效率;(3)根据污染物性质和操 作条件确定净化方法(吸收.吸附或除尘等)和净化流程(几级处理,是否预冷.调湿以及吸收剂或吸附 剂选择等)。在此基础上,决定净化设备的选择范围;(4)对设备的技术指标和经济指标进行全面比较, 选定最适宜的净化装置;(5)确定净化设备的型号规格及运行参数。设汁满足其排放浓度达到当地排放 标准的要求。 4.排放烟囱设计 烟囱的设计如第三章介绍,主要内容包括结构尺寸及工艺参数(烟囱高度.出口直径,喷出速度等)的 设计。 大气污染控制工程讲义 138 第二节 集气罩的集气机理 一、吸入气流的运动规律 吸气口吸气时,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“点汇流” 假定:流动没有阻力,在吸气口外气流流动的流线是以吸气口为中心的径向线, 等速面是以吸气口为球心的球面。 (1)通过每个等速面的吸气量相等为Q,等速面的半径分别为r 结论:a点汇外某一点的流速与该点的至吸气口距离的平方成反比; 结论:a若v1=v1′,则Q′=1/2QQ=2Q′。在同样的距离上造成同样的吸气速度,即达到同样的控制效果 时,吸气口不设档板的吸气量比加档板时大一倍。 若Q=Q′,则v1′=2v1。在吸气量相同的情况下,在相同的距离上,有挡板的吸气口的吸气速度比无挡板的大一倍。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。 (3)实际中吸气口总是有一定的大小的,气体流动也是有阻力的,所以,吸气区气体流动的等速面不是 球面而是椭球面。P507 图13—3,图13—4 及图13—5 绘制了吸气区内气流流线和速度分布,直观的表示 了吸气速度和相对距离的关系。 (4)吸气口气流速度分布具有以下特点: 在吸气口附近的等速面近似与吸气口平行,随离吸气口距离x的增大,逐渐变成椭圆面.而在 倍吸气口直径d 处已接近为球面。因此,当x/d

  1 时可近似当作点汇,吸气量Q 可按式(9—1),(9—2)计算。 时,应根据有关气衰减公式计算。x——某点至吸气口距离;d——吸气口直径 所示,当x/d=1时,该点气流速度已大约降至吸气口流速的7.5%。 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。 二、吹气气流的运动规律 (1)定义: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 (2)分类:a 按孔口形状:圆形(圆射流),矩形(矩形射流)和扁矩形(扁射流)(长短边之比大于10: 1)L/w

  10;按射流孔口形状:圆射流,矩形射流和扁射流(条缝射流) 据射流产生的动力:机械射流和热射流.(3)等温自由射流的特征: 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。大气污染控制工程讲义 139 由于射流边缘的卷吸作用,射流断面不断扩大,其扩散角约为15 射流核心段呈锥形不断缩小。对于扁射流,距吹气口的距离x、与吹气口高度2b =2.5以前 为核心段.核心段轴线上射流速度保持吹气口上的平均速度v 2.5),射流速度逐渐下降。射流各断面的速度值虽不同,但其无因次速度分布相似。 吸入气流与吹出气流的区别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圆球面,通 过各等速面的流量相等,并等于吸入口的流量。 2.射流轴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。 四、吹吸气流的运动规律 吹吸气流是两股气流组合而成的合成气流 第三节 集气罩的基本形式 集气罩的基本形式1.按罩口气流流动方式: 吸气式集气罩:利用吸气气流捕集污染空气的装置。 吹吸式集气罩:利用吹吸气流控制污染物扩散的装置。 2.按集气罩与污染源的相对位置及适用范围 密闭罩 排气柜 外部集气罩 接受式集气罩 吹吸式吸气罩 密闭罩1.定义;密闭罩是将污染源的局部或整体密闭起来的一种集气罩。其作用原理是将产生有害物质的发生 源密闭后,使污染物的扩散限制在一个很小的密闭空间内,还必须从密闭罩内抽吸一定量的空 气,使罩内保持一定负压,达到防止污染物外逸的目的. 为了保证罩内造成一定负压,满足密闭罩内进气和排气量的平衡,必须从罩上开口缝隙处吸入 若干室内空气,故排气量Q=吸入罩内室内空气量Q 2.特点:排风量最小,控制效果最好,且不受室内横向气流的干扰,设计时优先选用。3.分类:按密闭罩的围挡范围和结构特点,分为三类 a.局部密闭罩:仅将产生有害物质的地点局部密闭起来进行吸气的密闭罩。 特点:容积小,工艺设备露在罩外,便于观察、操作、设备检修。 适用:产尘点固定,污染气流速度不大的污染源。 对气流速度较大或运转设备本身产生较大诱导气流情况不宜采用。 大气污染控制工程讲义 140 b.整体密闭罩:把产生有害物质的设备和地点全部或大部分密闭起来,仅把设备需要经常观察或 检修维护的部分留在罩外。如:设备传动部分。 特点:容积较大,密闭罩本身为独立整体,容易做到严密。 适用:具有振动的设备或输送有害物质气流速度较大的发生源。6up c.大容积密闭罩:又叫密闭小室。是不仅将产生有害物质的工艺设备或地点密闭起来,而且是在 较大的范围内密闭起来的罩子。 特点:容积大,设备检修可在室内进行。 适用:大面积散尘,检修频繁的设备;多点、污染气流速度大的设备或地点。 排气柜1.定义;排气柜也称箱式集气罩。由于生产工艺操作的需要,在罩上有较大的操作孔。操作时,通过孔 口吸入的气流来控制污染物外逸。 捕集机理:和密闭罩一样,可视为开有较大孔口的密闭罩,把污染源密闭在柜内。 举例:化学实验室的通风柜。 2.特点:控制效果好,排风量比密闭罩大,而小于其它形式集气罩 3.分类:按照排气点位置:排气点设于侧面、下部的排气柜:冷污染源或产生有害气体密度大的场合。 排气点设于下部的排气柜:热污染源或产生有害气体密度小的场合。 外部集气罩1.定义;由于工艺条件的限制,有时无法对污染源进行密闭,则只能在其附近设置外部集气罩。依靠罩 口的抽吸作用,在控制点处形成一定风速,排除有害物质。 2.特点: 结构简单,制造方便。 由于外部集气罩吸气方向与污染气流运动方向往往不一致,一般需要较大风量才能控制污染气流的扩散,故排风量大,而且容易受室内横向气流干扰,致使捕集效率降低 由于吸气罩与伞形状相似,又称伞形罩。3.分类:按集气罩与污染源的相对位置可将其分为四类: a.上部集气罩:位于污染源上部的吸气罩。 罩口又分为无边平口和有边平口(即带法兰边)两类。b.下部集气罩:位于污染源下部的吸气罩。 c.侧吸罩:设置在污染源侧面的排风罩,另外也分有边平口和无边平口两类。 d.槽边集气罩:是指由于生产工艺操作条件的限制,不允许将污染源严密的封闭起来,沿槽边 设置的平口或条缝式吸风口,有单侧、双侧和环形三种。 分类: 单侧槽边集气罩:工业镀槽宽度b<700mm 双侧槽边集气罩:工业镀槽宽度b>700mm 周边式槽边集气罩:工业镀槽宽度b>700mm 接受式集气罩定义;有些生产过程或设备本身会产生或诱导气流运动,并带动污染物一起运动。沿污染气流流线方向设 置吸气罩口,污染气流便可借助自身的流动能量进入罩口。 吹吸式集气罩定义:槽宽b>2m,槽边无突出部分和加工件不频繁时可设置带吹风装置的槽边集气罩。 从吹气口喷出的气流像一道“幕”(称为“气幕”)一样把污染物限制在一定空间内,使之不外逸, 大气污染控制工程讲义 141 同时也诱导气流一起向排气罩流动,由于喷吹气流速度衰减较慢,以及气幕的作用,使室内空气混 入量大为减少,故在到达同样控制效果时,要比其它排气罩大大节省风量,且不易受室内横向气流 第四节集气罩性能参数及计算 排风量的确定1.排风量的测定方法: (1)实际测定罩口上的平均吸气速度v )、管道断面面积A来确定 测定麻烦,常用静压法测定。2.排风量计算方法 控制速度法:控制速度:在罩口前污染物扩散方向的任意点上均能使污染物随吸入气流流入罩内并将其捕集所必须的 最小吸气速度。 控制点:吸气气流有效作用范围内的最远点为控制点。 控制距离x:控制点距罩口的距离称为控制距离。 方法:工程设计中,确定了控制速度 后,可根据不同型式集气罩口的气流衰减规律,求得罩口上的气流速度 方法:实测按表13-2 和表13-3 519适用:适用于污染物发生量较小的冷过程的外部集气罩设计。 外部罩周围的扰动气流对污染物的捕集有不良影响,因此在有干扰气流时,控制速度应适当加大。 干扰气流影响(m/s) 微弱(0~0.2) 弱(0.2~0.3) 一般(0.3~0.4) 强(0.4~0.6) 控制速度增加值(m/s) 0.2 0.3 0.5 1.0 流量比法:集气罩的排风量 大气污染控制工程讲义142 污染物的捕集效果越好。经济上考虑,把能保证污染物不溢出罩外的最小K 值称临界流量比,用 的计算式参看有关设计资料和专业书籍。若室内有横向气流的影响,在设计时应增加适当的安全系数。 mK) m——安全系数,查表13-4,P521m值很大,设计时应尽可能减弱横向气流的影响。 均为常数第五节 集气罩的设计 密闭罩的设计1.密闭罩的布置要求 罩内吸风点的吸气速度不宜太高,对块状物料,入口风速V2m/s,粒状物料V1m/s,粉状物料V0.7m/s。 2.排风量的确定 原则:保证罩内各点都处于负压,避免污染气体从不严密处外逸。 组成: 物料运动或设备运转带入罩内的诱导空气量。 孔口或不严密处吸入的空气量。计算: 按开口或缝隙处空气的吸入速度 大气污染控制工程讲义143 对常见的设备,Q可根据设备的型号、规格直接从设计手册查出。 3.特点:排风量小,控制污染物效果好,不宜受室内气流干扰,设计时优先选用。 二.外部集气罩——控制速度法 方法:通过对现场操作情况和污染物散发情况的观察和测定,确定罩型、罩口尺寸和控制点到罩口的控 制距离x 以及控制速度Vx,若已知外部集气罩罩口气流速度衰减公式,即可计算出罩口的吸入 速度Vo,由Q=Fo*Vo 得排风量Q。 C——系数,取C=1;侧吸罩前无障碍,四周无边。C=0.75;侧吸罩前无障碍,四周有边;操作台上的侧吸罩。 X——控制距离,m 适用:上式只使适用于x1.5d(吸气口直径或矩形当量直径) P524 例13-1 XLCV 冷过程上部集气罩气流从侧面流入罩内,为避免横向气流干扰,要求H0.3L(罩口长边尺寸) P——罩口敞开面周长;H——罩口至污染源距离,m;K——考虑沿高度速度分布不均匀的安全系数,取K=1.4 设计时应注意问题: (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。 大气污染控制工程讲义 144 三.槽边集气罩设计——外部集气罩一种 专门用于各种工业槽的污染控制 结构型式平口式:吸气范围大(不设法兰边),排气量大。 高截面:E250mmE——吸气管截面高度;等高条缝:速度分布不均匀 低截面:E<250mm楔形条缝:速度分布均匀 近似认为均匀,f——条缝口面积;F——吸气管截面积)特点:吸气范围小,排气量小,气流分布均匀。 布置形式:单侧:槽宽B700mm双侧:槽宽B>700mm 周边式槽边集气罩(条缝式) 3.条缝式槽边集气罩排风量计算: ——集气罩局部阻力系数,一般取=2.34 ——通过罩口的气流速度,m/s四.热源上部接受式排气罩的设计 1、热射流流量计算 热射流在上升过程中,不断混入周围空气,其流量和横断面积会不断增大。 〉热射流上升高度 近似认为热射流的流量和横断面积基本不变热射流起始流量: 大气污染控制工程讲义145 q——热源水平表面对流散热量,Kw, q=0.0025 1.25A(Kw) ——热源水平表面与周围空气温度差,KA——热源水平投影面积 H——热源水平面到罩口距离,m 特点:排风量小 〉热射流上升高度 高悬罩流量和横断面积会不断增大 不同上升高度Z 上的流量为: 1007 横断面直径:88 ——热源的当量直径,mH——热源至计算断面的距离,m 特点:排风量大 2、热源上部接受罩的设计 设计时,接受罩的断面尺寸应大于罩口断面上热射流的尺寸,接受罩的排风量应大于罩口断面上的 热射流流量。 罩口每边尺寸应比热设备尺寸增加150~200mm排风量: 〉高悬罩罩口尺寸: 例:某金属熔化炉,其平面尺寸为600mm600mm,炉内温度为 600,室内温度为 20,拟在炉口 上方800mm 处设接受式集气罩,罩口扩大面积上空气的吸入速度为0.5m/s,试确定该集气罩口尺寸及其排 风量? 五.吹吸式集气罩的设计 主要是克服外部集气罩所需排风量大,易受气流干扰而提出的。 利用外部罩控制有害物扩散时,由于流向罩口的空气速度衰减很快,所以要在较远的控制点造成必要 的吸入速度,需要的排风量就很大,而且易受干扰气流的影响,为此采用一侧吸气,一侧同时吹 气,形成吹吸罩以提高控制污染物的效果。 计算方法:控制速度法;临界断面法。大气污染控制工程讲义 146 临界断面法:吹出气流随离吹出口距离增加速度逐渐减小,吸入气流随离吸入口距离越近速度急剧增 加。(必须在吹吸气口之间存在控制能力皆弱的断面,即临界断面) 临界断面位置: ,X——从吹出口一侧算起临界断面前,吹出气流即射流按射流规律扩展 临界断面后,吸入气流按吸入气流规律变化 临界断面上,气流速度称为临界速度V =1~2m/s吹气口吹风量:

2020-12-03 14:26