第四章-集气罩

§4集气罩内容介绍：净化系统的组成及基本内容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集气罩设计方法一、净化系统的组成及基本内容图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、风机；5、烟囱；（一）局部排气净化系统的组成局部排气净化系统各部分的作用(1)集气罩:集气罩是用来捕集污染空气(2)风管:在净化系统中用以输送气流的管道(3)净化设备:当排气中污染物含量超过排放标准时，净化设备进行处理，达标后排放。(4)风机:为气体流动提供动力(5)烟囱:排气装置一、净化系统的组成及基本内容1.集气罩：结构形式、安装位置、性能参数确定2.净化设备选择和设计：经济、合理、成熟、达标3.管道系统设计：管道布置、流速确定、管径选择、压力损失计算、通风机选择4.排放烟囱：结构尺寸、工艺参数（烟囱高度、出口直径、排气速度）（二）局部排气系统设计的基本内容（二）局部排气系统设计的基本内容设计集气罩位置时，通常需要注意一下问题：安装机器罩的地点，应尽量保持罩内负压均匀，避免含尘气流从罩内逸出或将粉料吸出。一般在处理或输送热物料时，应在密闭装置的顶部设置集气罩；或在给料与受料点的上、下位置设置抽风吸气罩。集气罩不宜靠近敞开的孔洞（如操作孔、观察孔、出料口等），以免吸入罩外空气，加大除尘器工作量。以集气罩的位置不影响操作和检修为原则。与罩连接的一段管道最好垂直敷设，以免进入物料造成管道堵塞。二、集气罩的集气机理一.吸入气流：1.点汇流的流动情况吸气口面积很小；流动没有阻力通过各等速面（球面）的流量相等，并且等于吸气口的流量点汇流外某一点的流速与该点至吸气口距离平方成反比。尽量减少罩口到污染源的距离。22112244Qrvrv二、集气罩的集气机理若吸气口四周加挡板，吸气范围减少一半，有利于增强控制效果在吸气量相同的情况下，在相同距离上，有挡板的吸气口的吸气速度比无挡板的大一倍。设计外部集气罩时，应尽量减少吸气范围22112222Qrvrv吸气流谱图四周无边圆形吸气口速度分布图四周有边圆形吸气口速度分布图宽长比为1：2的矩形吸气口的速度分布2.吸气口气流分布的基本特点：在吸气口附近的等速面近似与吸气口平行，随距吸气口距离的x增大，逐渐变成椭圆面，而在1倍吸气口直径d处已接近为球面。吸气口气流速度衰减较快。对于结构一定的吸气口，不论吸气口风速大小，其等速面形状大致相同；吸气口结构形式不同，则其气流衰减规律不同。三、集气罩的集气机理二.吹出气流（射流）1.喷嘴形式：圆形、矩形、扁矩形（长短边比大于10）2..分类：按孔口形状：圆射流、矩形射流、扁射流（条缝射流）按空间界壁对射流的约束条件：自由射流、受限射流按射流温度与周围空气温度是否相等：等温射流、非等温射流按射流产生的动力来源：机械射流、热射流3.一般特性圆射流可向上下左右扩散；扁射流只向条缝吹出口两侧方向扩散；方形吹出口及长宽接近1的矩形风口喷出的矩形射流，在距离大于10倍吹出口直径后，射流断面几乎成为圆形。由于热浮力的作用，非等温射流的轴线将产生弯曲。射流温度高于室内空气温度时，轴线向上弯曲，反之轴线向下弯曲。等温圆射流和等温扁射流是自由射流中的常见流型吹气口半径R0、圆射流断面半径R、极点m、扩散角α、射流核心段、射流起始段长度S0、轴心速度Vm、断面流量Qx、断面平均速度Vx。用扁矩形吹气口半高度b0代替R0，上图也可表示扁射流的结构4.等温圆射流结构示意图三.吸入气流与吹出气流三、吸入气流与吹出气流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。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气流口的距离平方成反比。吸气口能量衰减快，其作用范围较小。吹出气流的控制能力大；吸入气流有利于接受。利用吹出气流把污染物输送到吸气口，或利用吹出气流阻挡、控制污染物的扩散四.吹吸气流吹吸气流的形状以抵抗侧风和侧压能力大，动力消耗小综合评价，C图流动形式好。在集气罩设计中，利用吹出和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。三、集气罩的基本类型类型密闭罩排气柜外部集气罩接受式集气罩吹吸式集气罩（一）密闭罩密闭罩定义：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。1.局部密闭罩特点：容积比较小，占地面与消耗材料少，操作与检修方便不宜用于进料携尘气流速度大或阵发性尘源的情况适于产尘点固定、污染气流速度较小、连续产尘且连续散发的地点。2.整体密闭罩特点容积大、密闭性好。罩体本身基本上成为独立的整体，容易做到严密。通过罩上的观察孔可对设备进行监视，设备传动部分的维修可在罩外进行。一般适用于有振动，且气流速度较大（一）密闭罩（一）密闭罩3.大容积密闭罩特点：罩内容积大，可以缓冲含尘气流，并利用罩内循环气流消除或减少局部正压。通过罩上的观察孔能监视设备的运行，维修设备可在罩内进行。适用于多点、阵发性、污染气流速度大密闭罩的特点：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。（二）排气柜排气柜：使产生有害烟尘的操作在柜内进行。特点：控制效果好、排放量比密闭罩大，比其他型式的集气罩小。（二）排气柜（二）排气柜a排气点设于下部的排气柜操作口气流分布较均匀，有害气体外逸的可能性较小。适用于通风柜内无发热体，且产生的有害气体密度比空气大的情况。下部排风柜式罩工作口截面上的任何一点风速不宜大于平均风速的10%，且排风口应紧靠工作台面。b排气点设于上部的排气柜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。适用于通风柜内有发热体，或产生的有害气体密度比空气小的情况。c上下均设排气点的排气柜（联合排气柜）当柜内既有发热体，又产生密度不等的有害气体时，应采用联合排风柜式罩。（三）外部集气罩通过集气罩的抽吸作用，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。（三）外部集气罩（三）外部集气罩a上部集气罩b下部集气罩c侧吸罩d槽边集气罩（四）接受式集气罩定义：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。接受式排气罩a-热源上部伞形接受罩；b-砂轮机接受罩（四）接受式集气罩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。（五）吹吸式集气罩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。（五）吹吸式集气罩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。四、集气罩的性能参数及计算主要技术经济指标为排放量和压力损失。（一）排放量的确定（1）排放量的测定方法集气罩排放量Q（m3/s),可以通过实测罩口上的平均吸气速度v0（m/s)和罩口面积A0（m2）确定：也可以通过实测连接集气罩直管中的平均速度v（m/s），气流动压pd（Pa）或气体静压ps（Pa）及其管道断面积A（m2）：或ρ—气体密度，kg/m3;φ—集气罩的流量系数,φ=(pd/ps)1/2。300(/)QAvms3=(2/)(/)dQAvpms3(2/)(/)sQApms在实际中，测定平均速度v或平均动压pd比较麻烦，则可测定连接直管中的中的气流静压确定排风量，一般称之为静压法。四、集气罩的性能参数及计算四、集气罩的性能参数及计算（2）排风量计算方法在工程设计中常用控制速度法和流量比法来计算集气罩的排放量。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随吸入气流流入罩内并将其捕集所必须的最小吸气速度。吸气气流有效作用范围内的最远点称为控制点。控制点距罩口的距离称为控制距离。四、集气罩的性能参数及计算①控制速度法（续)首先根据工艺设备及操作要求，确定集气罩形状及尺寸，由此可确定罩口面积A0；其次根据控制要求安排罩口与污染源相对位置，确定罩口几何中心与控制点的距离x。在工程设计中，当确定控制速度vx后即可根据不同型式集气罩罩口的气流衰减规律求得罩口上气流速度v0，在已知罩口A0时，求得集气罩排放量。四、集气罩的性能参数及计算控制速度法的关键在于确定控制速度vx和集气罩结构、安设位置及周围气流运动情况，一般通过现场实测确定。当污染源的污染物发生量较大时，采取该法求排放量，则在边缘控制点上的实际控制风速往往小于设计值，污染物即可能逸入室内。为了提高控制效果，工程中往往采取加大vx的近似处理方法。控制速度法一般适用于污染物发生量较小的冷过程的外部集气罩设计。四、集气罩的性能参数及计算②流量比法为了准确地计算集气罩的排放量，日本学者研究了集气罩罩口上同时有污染气流和吸气气流的气流运动规律，提出了按罩口污染气流与吸气气流的流线合成来求取排风量的流量比法。基本思路是：把集气罩的排放量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）K称为流量比。K值越大，污染物越不易逸出罩外，但集气罩排风量Q3也随之增大。四、集气罩的性能参数及计算考虑到设计的合理性，把能保证污染物不溢出罩外的最小K值称为临界流量比或极限流量比，用Kv表示。Kv=（Q2/Q1)limitKv值是决定集气罩控制效果的主要因素，其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。Kv都是在特定条件下通过实验求得的，使用时应注意这些公式的适用范围。四、集气罩的性能参数及计算（二）压力损失的确定△p=ξpd=ξρv2/2（Pa）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也可表示为：△p=0-p=-（pd+ps）p、pd、ps—集气罩连接直管中测试断面的气体全压、动压、静压，Pa；V—连接直管中气流速度，m/s。四、集气罩的性能参数及计算只要测出连接直管中测试断面的动压和静压，便可求得集气罩的流量系数φ值φ=(pd/ps)1/2φ=1/(1+ξ)1/2对于结构形状一定的集气罩，φ和ξ均为常数。五、集气罩的设计方法集气罩设计时应注意以下事项：（1）集气罩应尽可能将污染源包围起来，使污染物扩散限制在最小范围内，以防止横向气流影响，减少排风量；（2）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；（3）尽量减少密闭集气罩的开口面积，以减少排风量；（4）集气罩的吸气气流不允许先经过工人的呼吸区再进入罩内；五、集气罩的设计方法（5）防止集气罩周围的紊流，应尽可能避免或减弱干扰气流、穿堂风和送风气流等对吸气气流的影响。（6）集气罩的配置应与生产工艺协调一致，力求不影响工艺操作。在保证功能的前提下，应力求结构简单、造价低廉，便于安装和维护管理。（7）集气罩的结构不应妨碍工人操作和设备检修。五、集气罩的设计方法集气罩的设计程序是，一般先确定集气罩的结构尺寸和安装位置，再确定排气量和压力损失。设计的总原则是经济、合理、方便、美观。（一）密闭罩的设计密闭罩布置应考虑的因素：（1）密闭罩的形式、形状与尺寸、材料关系到能否对含尘气体进行有效收集（2）密闭罩的位置应考虑到安装和生产操作及维修的方便，要以不妨碍工人的生产操作为原则进行合适的选择。（3）保持罩内均匀负压对于正点多、罩腔内气流不易流通的密闭罩，或容积大、长度又长的密闭罩，则需要设置两个或以上的吸风点。（一）密闭罩的设计（4）吸气罩的朝向和罩口位置吸气罩的罩口应避开产尘中心和粉尘浓度高的位置，避免吸走较多的物料。罩口的平均速度按物料的种类、粗细及距扬尘点的远近来选取。（5）考虑热气流的影响