大气污染控制工程_集气罩净化系统

第13章集气罩教学内容:§1净化系统的组成及基本内容§2集气罩的集气机理§3集气罩的基本类型§4集气罩性能参数及计算§5集气罩设计的方法第13章集气罩1．教学要求要求了解集气罩的集气类型，理解和掌握集气罩的集气机理掌握集气罩的设计方法。2、教学重点重点集气罩的集气机理及设计方法3、教学难点集气罩的设计方法第13章集气罩空气污染物在车间的扩散机理是污染物依附于气流运动而扩散的。对于生产过程散发到车间空气中的污染物，只要控制住室内二次气流的运动，就可以控制污染物的扩散和飞扬，从而达到改善车间内外空气环境质量的目的。这就是采用局部排气通风方法控制空气污染物扩散的依据。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，把污染空气搜集起来并经净化后排至室外，这是生产车间控制污染的最有效、最常用的方法§1净化系统的组成及系统设计的基本内容一.局部排气净化系统的组成图13-1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；5、烟囱；一.局部排气净化系统的组成(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。为了保证污染物的地面浓度.二.局部排气净化系统设计的基本内容1、捕集装置设计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；二、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；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§2集气罩的集气机理集气罩气流流动的基本理论集气罩汇集污染物，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入流动，一种是吹气口气流的吹出流动。一.吸入气流一个敞开的管口是最简单的吸气口。当吸气管吸气时，在吸气管口附近形成负压，周围空气从四面八方流向吸气口。当吸气口面积较小时，可视为“点汇”。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，等速面是以吸气点为球心的球面。如图13一2所示。图13-2点汇气流流动情况一.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=4πr12u1=4πr22u2(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。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=2πr12u1=2πr22u2(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）=2Q（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）=2u（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。一.吸入气流二.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.(1)空气射流的一般特性。如图13一3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。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。MR0图射流结构示意图二.吹出气流表13—1等温圆射流和扁射流主体参数计算公式三、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。四、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，称为吸入式集气罩.§3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。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，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。§3集气罩的基本类型一.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。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。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。一.密闭罩大容积密闭罩半密闭罩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。一.密闭罩局部密闭罩整体密闭罩二.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2.布置要求：尽量避开门窗和其它进风口。三.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、槽边吸气罩图13--14外部吸气罩a-顶吸罩；b-底吸罩；c-侧吸罩；d-槽边集气罩四.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。(见补图13-3)补图13-3接受式排气罩a-热源上部伞形接受罩；b-砂轮机接受罩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。4.低悬罩:其热射流量=热设备的水平投影面积上所产生的起始对流热射流量。其计算式为：若热射流量是由生产设备本身产出的，其起始流量主要由实验测的。5.高悬罩：设热设备水平投影面的直径为d，则热射流在距热设备h处的断面平均流速、断面直径和气流量可由经验式计算。四.接受式排气罩6.设计计算—排气量计算接受罩悬挂越高，横向气流对热射流的影响越大。因此接受罩罩口面积需适当放大，相应地排气量应大于热射流量。7.低悬罩—实际罩口尺寸计算式8.高悬罩—实际罩口尺寸计算式9.实际排气量计算式：Q´=Q+uzΔA式中：Q-罩口断面上热射流的流量；uz-罩口断面上热射流的平均流速；ΔA-罩口的扩大面积四.接受式排气罩五.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吸气口，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图槽子吹吸式排气罩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。五.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。五.吹吸式排气罩及空气幕§4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=ν0A0(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=νA=A【(2/ρ)Pd】1/2(m3/S)Q=φA【(2/ρ)PS】1/2(m3/S)式中:ρ—气体密度,kg/m3φ--集气罩的流量系数§4集气罩性能参数及计算2.排风量的计算（1）控制速度法（2）流量比法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提高实验求出,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.§4集气罩性能参数及计算二、压力损失的确定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|－Pdφ=（Pd/|Ps|）1/2φ=1/（1＋ξ）1/2Φ---流量系数ξ---压力损失系数22p§5集气罩的设计方法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。§5集气罩的设计方法一、密闭罩1.结构形式局部密闭罩.整体密闭罩.大容积密闭罩2.布置要求(1)设置必要的观察窗.操作门和检修门(2)罩内应保持一定的均衡副压(3)尽量避开扬尘中心,防止大量物料随气流带至罩口被吸走.(4)处理热物料时,应考虑热压对气流运动的影响,常常适当加大密闭罩容积,吸风点设于罩子顶部最高点.3.密闭罩的排气量计算罩内风量Q可由下式获得:Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5-Q6实际中常根据经验数据和有关手册来确定.2.排气柜的排气量计算排气柜的排气量可按下式计算：Q=u0A0β式中：Q-排气量；u0-操作口的平均吸气速度，一般选用0.5～1.5m/s，对危害性大的烟气，取较大值；A0