内蒙科大大气污染控制工程教案第11章集气罩与风管的设计

1第十一章集气罩与风管的设计在车间局部污染源设置集气罩将污染气流捕集起来并经净化装置净化后排放，这是控制车间空气污染最常用、最有效的方法。整个排气净化系统由以下几部分组成：集气罩：用以捕集污染气流，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：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。净化设备：核心净化部件；通风机：系统中气体流动的动力设备，为了防止通风机的磨损和腐蚀，通常把风机设在净化设备的后面；烟囱：净化系统的排气装置；11.1集气罩的类型及性能参数计算目的要求：了解集气罩的类型，掌握集气罩性能参数的计算；重点：集气罩性能参数的计算；授课方式：讲授、自学集气罩作为污染物的捕集装置，设计内容主要包括集气罩结构形式、安装位置和性能参数确定等内容。一、集气罩的基本类型按照罩口气流流动方式将集气罩分为两大类：吸气式集气罩和吹吸式集气罩。按照集气罩与污染源的相对位置及适合范围，还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。1、密闭罩密闭罩是将污染源的局部或整体密闭起来的一种集气罩。其作用原理是使污染物的扩散控制在一个很小的密闭空间内，仅在必须留出的罩上开口缝隙处吸入污染气流，使罩内保持一定负压，达到防止污染物外逸的目的。在设计中优先考虑选用。按密闭罩的围挡范围和结构特点，2可将其分为局部密闭罩、整体密闭罩和大容积密闭罩。2、排气柜也称箱式集气罩。其捕集机理和密闭罩相类似，将有害气体发生源围挡在柜状空间内，在罩上开有较大的操作孔，操作时，通过孔口吸入的气流来控制污染物的外逸。3、外部集气罩外部集气罩依靠罩口外吸入气流的运动而实现捕集污染物。外部集气罩型式多样，按集气罩与污染源的相对位置可将其分为四类：上部集气罩、下部集气罩、侧吸罩和槽边集气罩。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，而且容易受到室内横向气流的影响，致使捕集效率降低。4、接受式集气罩接受式集气罩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。5、吹吸式集气罩当外部集气罩与污染源距离较大，单纯依靠罩口的抽吸作用往往控制不了污染物的扩散，则可以在外部集气罩的对面设置吹气口，将污染气流吹向外部集气罩的吸气口，以提高控制效果。一般把这类依靠吹吸气流的综合作用来控制污染气流的集气方式成为吸吹式集气罩。二、集气罩性能参数及计算1、排风量的确定（1）排风量的测定方法集气罩排风量Q（m3/s），可以通过实测罩口上的平均吸气速度0v（m/s）和罩口面积0A（m2）确定。00QvA（m3/s）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dp（Pa）或气体静压sp（Pa）及其管道断面积A（m2）。3(2)dQAvAp或(2)sQAAp在实际中，测定平均速度v或平均动压dp比较麻烦，则可以测定连接直管中的气流静压确定排风量，一般称之为静压法。（2）排风量计算方法A、控制速度法所谓控制速度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。控制点距离罩口的距离称为控制距离。计算集气罩排风量时，首先应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0A；其次根据控制要求安装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。工程设计中，当确定控制速度xv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0v，在已知罩口面积0A时，即可求得集气罩的排风量。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的设计。B、流量比法流量比法的基本思路是，把集气罩的排风量Q3看作是污染气流量Q1和从罩口周围吸入的空气量Q2之和，即3121211(1)(1)QQQQQQQK比值21QQK称为流量比。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。这种依据Kv值计算集气罩排风量的设计方法称为流量比法。设计时考虑增加适当的安全系数，计算方法如下：431(1)QQmKv2、压力损失的确定集气罩的压力损失p一般表示为压力损失系数与连接直管中动压dp之乘积的形式，及22dppv由于集气罩罩口处于大气中，所以该处的全压等于零。因此集气罩的压力损失也可写为：0()dssdpppppp只要测出连接直管中测试断面的动压dp和静压sp，便可求得集气罩的流量系数值dspp由此可得流量系数和压力损失系数的关系11因此，二者只要已知其中一个便可以求出另一个，对结构形状一定的集气罩，和值皆为常数。11.2集气罩的设计方法目的要求：了解集气罩的设计方法；重点：无授课方式：讲授、自学一、集气罩设计的注意事项集气罩设计内容主要包括结构型式设计和性能参数计算。上节已介绍了集气罩性能参数的基本计算方法，本节将进一步介绍各类集气罩的具体设计方法。设计时应注意以下几点：1、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5便防止横向气流干扰，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量；3、尽量减少集气罩的开口面积，以减少排风量；4、集气罩的吸气气流不允许先经过人工的呼吸区再进入罩内；5、集气罩的结构不应妨碍人工操作和设备检修。二、各种集气罩的设计11.3管道系统压力损失计算目的要求：掌握管道系统压力损失的计算；重点：掌握管道系统压力损失的计算；授课方式：讲授、自学一、管道内气体流动的压力损失管道内气体流动的压力损失有两种：摩擦压力损失（沿程压力损失）和局部压力损失。二者之和即为管道系统总压力损失。1、摩擦压力损失根据流体力学的原理，气体流经断面不变的直管时，摩擦压力损失计算：242LmsvpllRR242msvRR值可以采用克里布洛克公式计算，工程设计中采用查表的方法获得。2、局部压力损失局部压力损失mp一般用动压头的倍数表示，即22mpv各种管件的局部压损系数在有关设计手册中可以查到。6二、管道系统压力损失计算管道系统压力损失计算的目的是确定管道断面尺寸和系统的压力损失，并由系统的总风量和总压力损失选择适当的风机和电机。管道计算的常用方法是流速控制法，也称比摩阻法，即以管道内气流速度作为控制因素，据此计算管道断面尺寸。用流速控制法进行管道计算，通常按以下步骤进行：（1）确定各抽风点位置和风量、净化装置、风机和其他部件的型号规格、风管材料等；（2）根据现场实际情况布置管道，绘制管道系统轴测图，进行管段编号，标注长度和风量。管段长度一般按两管件中心线间距离计算，不扣除管件（如三通、弯头）本身长度；（3）确定管道内的气体流速。表14-2所列为除尘管道内最低气流速度，可供设计参考。（4）根据系统各管段的风量和选择的流速确定各管段的断面尺寸。确定管道断面尺寸时，应尽量采用“计算表”中所列的全国通用通风管道的统一规格，以利于工业化加工制作；（5）风管断面尺寸确定后，按管内实际流速计算压损。（6）对并联管道进行压力平衡计算。（7）计算管道系统的总压力损失。（8）根据系统的总风量、总压损选择通风机和电动机。三、管道计算实例11.4管道系统布置、保温及防腐目的要求：了解管道系统的布置，保温及防腐措施；重点：无；授课方式：讲授、自学一、管道系统布置管道系统的布置主要包括系统划分、管网配置和管道布置等内容。1、系统划分系统划分应充分考虑管道输送气体（粉尘）的性质、操作制度、相7互距离、回收处理等因素，以确保管道系统的正常运转。2、管网布置管网布置的一个重要问题就是要实现各支管间的压力平衡，以保证各吸气点达到设计风量，实现控制污染物扩散的效果。为保证多分支管系统管网中各支管间压力平衡，通常用的管网布置有以下三种方式：（1）干管配管方式（2）个别配管方式（3）环状配管方式3、管道布置管道布置应从系统总体布局出发，既要考虑系统的技术经济合理性，又要与总图、工艺、土建等有关专业密切配合，统一规划，力求简单、紧凑，缩短管线，减少占地和空间，节省投资，不影响工艺操作、调节和维修。（1）管道布置一般原则：（2）除尘管道布置原则：二、管道和部件1、管道材料和连接（1）管道材料（2）管道断面形状选择当管径较小，管内流速高时，大都采用圆形管道，例如除尘系统。但有关试验资料证明，输送高温烟气时，矩形管道的强度要比圆形管道高。而且，当管道断面尺寸大时，为了充分利用建筑空间，有时也采用矩形管道。（3）管道连接管道系统大都采用焊接或法兰连接。（4）排气筒设置2、管道系统部件三、管道系统的保温、防腐和防爆1、管道系统的保温8管道系统设计中，为减少输送过程中的热量损耗或防止烟气结露而影响系统正常运行，则需对管道与设备进行保温。管道系统保温设计的主要内容包括保温材料选择，保温层厚度计算和保温层结构设计；2、管道系统防腐管道系统防腐是涉及系统正常运行和使用寿命的重要问题，尤其是含有腐蚀性气体的管道系统。管道系统防腐主要采用防腐涂料和防腐材料。选用防腐方法时，应考虑材料来源、现场加工条件及施工能力，经济技术比较后确定的。3、管道系统防爆当管道输送介质中含有可燃气体或易燃易爆粉尘时，管道系统设计时应采取防爆措施。本章小结：