第12章废气净化系统

第12章废气净化系统废气净化系统•——废气净化系统是指利用粉尘或气态污染物治理工艺及设备把废气中的污染物质分离出来或转化为无害物质的整个过程体系。12.1废气净化系统的组成及设计内容12.1.1废气净化系统的组成如图12-1所示，一个完整的废气净化系统包括：废气收集装置、输送管道、净化设备、风机、排气筒（烟囱）。相应地，废气净化系统的设计内容也就是对上述五个部分的设计。•12.1.2废气净化系统的设计•1.废气收集装置（集气罩）的设计：•——包括集气罩的结构形式、尺寸、安装装置等。有组织的排放源多数情况下不存在吸气罩设计。•2.管道设计：•——包括管径大小、管道压力损失计算及管道布置。•3.净化设备设计：•——为待处理的污染物设计、选择净化装置，将污染物从气流中分离出来或转化成无害物质。•4.风机选择：•——根据整个系统的阻力损失及要处理的废气量，选择相应的风机。•5.排气筒（烟囱）设计：•——主要包括排气筒的结构尺寸、高度、出口直径等。•12.1.3废气净化系统的设计程序•三个阶段：•基础资料调查、技术设计、施工图设计。•1.基础资料调查•（1）生产工艺调查•（2）污染源调查•（3）背景资料调查•（4）技术经济资料调查•2.技术设计•根据调查掌握的资料，确定污染物的排放参数，确定废气净化方案，净化设备的设计计算，管道、风机的设计选型，整个净化系统的技术经济分析，设计图绘制，工程概算。•净化方案的选定原则：•（1）确保治理的污染物达标排放，不造成二次污染；•（2）工程投资及系统运转费用尽可能低；•（3）操作简单、维修方便。•净化方案确定后就可以进行工程设计计算，同时对管道、风机进行计算选型，然后编制设计文件，并作经济技术分析。•设计图主要包括工艺图和设备的装配图，并以此作出工程概算。••3.施工图设计•包括：净化系统的平面图、立面图、轴测图、设备的总装备、零部件加工图。12.2集气罩设计•12.2.1集气罩气流流动的基本理论•12.2.2集气罩的基本形式•1.密闭集气罩•密闭罩是用罩子把污染源局部或整体密闭起来，使污染物的扩散被限制在一个较小的密闭空间内，通过动力设备的抽气，使罩内保持一定的负压，以达到防止污染物外逸的目的。密闭罩按其特点分为：•（1）局部密闭罩（图12-4）•（2）整体密闭罩（图12-5）•（3）大容积密闭罩（图12-6）•2.半密闭罩•半密闭罩是在密闭罩上开有较大的操作孔，通过操作孔吸入大量的气流来控制污染物的外逸。半密闭罩多呈柜形和箱形，所以又称排气柜或通气柜。•对于用于热源的排气柜（图12-7（a）），吸气口应设在上部，使吸入气流与热对流一致。•用于冷源的排气柜，吸气口可设在侧面（图12-7（b）），也可设在上面。•3.外部集气罩•依靠罩口外吸气流的运动，把污染物全部吸入罩内，这样的气罩通称为外部集气罩。可分为：•上部集气罩（图12-8）、•下部集气罩（图12-9）、•侧集罩（图12-10）•4.吹吸式集气罩•在外部集气罩的对面设置一排喷气嘴或条缝形吹气口，它的外部集气罩结合起来称为吹吸式集气罩。如图12-11所示。•在控制大面积污染源时，采用吹吸式集气罩是比较理想的。12.2.3集气罩的设计•1.集气罩设计的一般方法•设计时应该注意以下几点：•（1）集气罩应可能将污染源包围起来，或靠近污染源，使污染物的扩散限制在最小的范围内，防止或减少横向气流的干扰，以便在获得足够的集气速度情况下减少集气量。•（2）集气罩的集气方向应尽可能与污染气流的运动方向一致，充分利用污染气流的动能。•（3）在保证控制污染的条件下，尽量减少集气罩的开口面积，使其集气量最小。•（4）外部集气罩的轴线应与污染物散发的轴线相重合；罩口面积与风管断面积之比最大为16：1；喇叭罩长度宜取风管直径的三倍，以保证罩口均匀集气。如不能均匀集气时，可设多个集气口，或在集气罩内设分隔板、挡板等。•（5）不允许集气罩的气流先经过人的呼吸区再进入罩内。气流流程不应有障碍物。•（6）集气罩的结构应不防碍工人操作和设备检修。•集气罩的设计程序一般是：先确定集气罩的结构尺寸和安装位置，再确定集气量，最后计算压力损失。•2.集气罩的集气量•（1）控制速度法。从污染源散发出的污染物具有某一扩散速度，扩散速度减小到零的位置称为控制点（零点）。集气罩在控制点所造成的能吸走污染物的最小气流速度vx称为控制速度，控制速度的大小是根据经验确定的。•根据对集气口周围的流场研究，得到吸入口的平均速度与控制速度的关系，通过吸入口速度和吸入口断面积可以得到集气罩的集气量。•（2）流量比法。•（3）集气罩的压力损失•集气罩的压力损失一般表示为压力损失系数与直管中动压之乘积，对结构形状一定的集气罩，压力损失系数为常数。12.3管道系统的设计•管道的设计主要包括管径的选取和管道压力损失计算。•12.3.1管径的选取•在已知废气流量V和管内流体流速的情况下，管径由下式确定：vVd4流速过大，则压力损失大，动力消耗高，运转费用高；流速过小，管道断面增大，材料消耗大，投资高，同时在除尘时，还容易造成管内积灰。各种管道内各种流体的流速范围见表15-4。•12.3.2管道压力损失的计算•管道压力损失主要包括流体流动时的摩擦损失和局部阻力损失。•1．摩擦压力损失•流体流过直管段时，摩擦压力损失可按下式计算llRvRlP242242vRRl式中l——管道长度，m；Rl——单位长度管道的摩擦压力损失，简称比压损，Pa/m；λ——摩擦压损系数；v——管道内流体的平均流速，m/s；R——管道的水力半径，m。12.4风机和泵的选择•通风机的选择主要是根据净化系统的总风量和总压损来确定。•选择通风机的风量应按下式计算VKV)1(10式中：V0、V——分别是通风机和管道系统的总风量，m3/h；K1——考虑系统漏风所采用的安全系数，一般管道系统取0.05-0.1，除尘管道系统取0.1-0.15•选择通风机的风压按下式计算002020)1()1(TTPKPKP式中ΔP0——净化系统的总压力损失，Pa；K2——考虑管道系统压损计算误差等所采用的安全系数，一般管道系统取0.1-0.15，除尘管道系统取0.15-0.2；，P0，T0是通风性能表中给出的空气密度、压力、温度。一般P0=101325Pa，对于通风机，T0=20℃，ρ0=1.2kg/m3；对于引风机，T0=200℃，ρ0=0.745kg/m3；ρ，P，T是运行工况下的气体密度、压力和温度。计算出V0和后，可按通风机产品样本给出的性能曲线或表格，选择所需通风机的型号。•12.4.2电动机的选择•式中•Ne——电动机功率，kw；•K——电动机备用系数，对于通风机，电动机功率为（2-5）kW时取1.2，大于25kW时取1.3；对于引风机取1.3；•η1——通风机全压效率，可从通风机样本中查得，一般为0.5-0.7；•η2——机械传动效率，对于直联传动为1，联轴器直接传动为0.98，三角皮带传动（滚动轴承）为0.95。210010003600KPVNe所需电动机的功率可按下式计算