净化系统的设计

1、v教学内容教学内容v1.净化系统的组成及系统设计的基本内容净化系统的组成及系统设计的基本内容v2.集气罩设计集气罩设计v3.管道系统设计管道系统设计v教学要求教学要求v1.了解净化系统组成及系统设计的基本内容；了解净化系统组成及系统设计的基本内容； v2.了解集气罩的基本类型、特点及的性能参数；了解集气罩的基本类型、特点及的性能参数；v3. 掌握管道系统的设计方法。掌握管道系统的设计方法。 图图13-1 局部排气净化系统示意图局部排气净化系统示意图 1、集气罩；2、风管；3、净化设备；4、通风机；5、排气管v (1) 集气罩集气罩: :集气罩是用来捕集污染空气的，其性能对净集气罩是用来捕集污染

2、空气的，其性能对净化系统化系统 的技术经济指标有直接的影响。由于污染源设备结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。构和生产操作工艺的不同、集气罩的形式是多种多样的。 v(2)(2)风管风管: :在净化系统中用以输送气流的管道称为风管，通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。过风管使系统的设备和部件连成一个整体。v(3)(3)净化设备净化设备: :为了防止大气污染为了防止大气污染 ，当排气中污染物含量超，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，达到排放标过排放标准时，必须采用净化

3、设备进行处理，达到排放标准后准后 ，才能排人大气。，才能排人大气。 v(4)(4)通风机通风机 : :通风机是系统中气体流动的动力。为了防止通通风机是系统中气体流动的动力。为了防止通风机风机 的磨损和腐蚀的磨损和腐蚀 ，通常把风机设在净化装备的后面。，通常把风机设在净化装备的后面。 v(5)(5)烟烟 囱囱: : 烟囱是净化系统的排气装置。由于净化后烟囱是净化系统的排气装置。由于净化后 的烟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、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稀释，并最终沉降到地面。为了保证污染物的地面浓度. .

4、设计的基本内容：设计的基本内容：包括污染物的包括污染物的捕集装置捕集装置、净化设备净化设备、管道系统管道系统及及排放烟囱排放烟囱设计四个部分。设计四个部分。1、捕集装置设计：集气罩，、捕集装置设计：集气罩，主要包括集气罩结构形式、主要包括集气罩结构形式、安装位置以及性能参数确定等内容。安装位置以及性能参数确定等内容。2、净化设备的选择或设计、净化设备的选择或设计(1)选择依据选择依据a.污染物的种类与性质；污染物的种类与性质； b.处理量；处理量； c.净化效率；净化效率； d.净化系统的环境、经济及社会效益。净化系统的环境、经济及社会效益。 2、净化系统的选择或设计、净化系统的选择或设计(2

5、)一般程序一般程序 a.工程调查；工程调查； b.确定净化程度确定净化程度 c.选择合理的净化工艺；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；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。确定净化系统运行参数和技术经济指标。 (3)(3)除尘系统与装置的选择除尘系统与装置的选择(4)(4)吸收系统与装置的选择吸收系统与装置的选择(5)(5)吸附系统与吸附装置的选择吸附系统与吸附装置的选择(6)(6)净化装置的费用：设备投资费、运行费用净化装置的费用：设备投资费、运行费用3.管道系统的设计：管道系统的设计：包括管道布置、管道内气

6、体流速确定、管径选包括管道布置、管道内气体流速确定、管径选择、压力损失计算及通风机选择等内容。择、压力损失计算及通风机选择等内容。4.排放烟囱设计：排放烟囱设计：结构尺寸及工艺参数的设计（排气管高度、出口结构尺寸及工艺参数的设计（排气管高度、出口直径、排气速度等）的设计直径、排气速度等）的设计一一 吸气罩的作用：吸气罩的作用： 是烟气净化系统污染源的收集装置，可将粉尘及气体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。扩散，造成污染。二、集气罩的集气机理二、集气罩的集气机理 吸入气流吸入

7、气流 吹出气流吹出气流1 吸入气流：吸入气流：速度分布速度分布: 等速面的形式确定其分布等速面的形式确定其分布规律规律理论气流分布：理论气流分布：无挡板：将吸气口近似视为一个点汇，无挡板：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，假设等速面是以该点为中心的球面，假设点汇吸风量为点汇吸风量为Q，等速面的半径为，等速面的半径为r1、r2，相应气流速度为，相应气流速度为u1、u2，由于通，由于通过每个等速面的风量相等。过每个等速面的风量相等。则有：则有： Q = 4r12u1 = 4r22u2 于是：于是： u1/u2 = (r2/r1)2 由上式可见：由上式可见：点汇流外某一点的流速与

8、该点至吸气口距离的平方点汇流外某一点的流速与该点至吸气口距离的平方成反比。吸气口外气流速度衰减很快，应尽量减少罩口至污染源的成反比。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。距离。有挡板：有挡板：如果吸气口设在墙上，其吸气量为如果吸气口设在墙上，其吸气量为 Q = 2r Q = 2r1 12 2u u1 1 = 2r = 2r2 22 2u u2 2比较以上两式，可见：吸气速度相同时，同一距离上比较以上两式，可见：吸气速度相同时，同一距离上 Q （悬空设置的吸气口）（悬空设置的吸气口）= 2 Q（有一面阻挡的吸气口）（有一面阻挡的吸气口） 吸风量相同时，同一距离上吸风量相同时，同

9、一距离上 u（有一面阻挡的吸气口）（有一面阻挡的吸气口）= 2 u（悬空（悬空设置的吸气口）设置的吸气口）因此，因此，在设计外部集气罩时，应尽量量减少吸气范围，以增强控制在设计外部集气罩时，应尽量量减少吸气范围，以增强控制效果。效果。实际气流分布：实际气流分布： 它的等速面不是球形而是椭球面它的等速面不是球形而是椭球面。根据实验结果，吸气口气流速根据实验结果，吸气口气流速度分布具有以下特点：度分布具有以下特点：A）在吸气口附近的等速面近似与吸气口平行，随离在吸气口附近的等速面近似与吸气口平行，随离吸气口距离吸气口距离X X的增大，逐渐变成椭圆面，而在的增大，逐渐变成椭圆面，而在1 1倍吸气口倍

10、吸气口直径直径d d处已接近为球面处已接近为球面。因此，当因此，当x/d 1时，时，可近似当作点汇；可近似当作点汇； 当当 x/d1时，时，应根据有关气流衰减公式计算应根据有关气流衰减公式计算。B）吸气口气流速度衰减较快。当）吸气口气流速度衰减较快。当x/d =1时该点气流速时该点气流速度已大约降至吸气口流速的度已大约降至吸气口流速的7.5%。C)对于结构一定的吸气口，不论吸气口风速大小，其等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。而吸气口结构形式不同，其气流衰速面形状大致相同。而吸气口结构形式不同，其气流衰减规律则不同。减规律则不同。v2 吹出气流吹出气流v即：即：空

11、气从孔口吹出，在空间形成的气流称为吹出空气从孔口吹出，在空间形成的气流称为吹出气流或射流。气流或射流。v常见的射流为：常见的射流为：自由射流中的等温圆射流。管口速自由射流中的等温圆射流。管口速度假设是完全均匀的。度假设是完全均匀的。M M为射流极点，射流中保持原为射流极点，射流中保持原出口速度的部分称为出口速度的部分称为射流核心射流核心，速度小于的部分些，速度小于的部分些称为称为射流主体射流主体，射流核心消失的断面，射流核心消失的断面BOEBOE称为过渡断称为过渡断面，出口断面至过渡面称为起始段，过渡断面以后面，出口断面至过渡面称为起始段，过渡断面以后称称为主体段为主体段。其射流结构示意图如下

12、图：其射流结构示意图如下图：v射流边缘有卷吸周围空气的作用，这主要是由于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。紊流动量交换引起的。v由于射流边缘的卷吸作用，射流断面不断扩大，由于射流边缘的卷吸作用，射流断面不断扩大，射流质量不断增加。射流边界面呈圆锥面，圆锥半射流质量不断增加。射流边界面呈圆锥面，圆锥半顶角顶角 称为射流扩散角称为射流扩散角，如图所示。射流扩散角，如图所示。射流扩散角 为为v式中式中 紊流系数；紊流系数；v 是射流管口的形状系数是射流管口的形状系数( (由实验确定由实验确定) )。v圆射流：圆射流： =0.08 =0.08， =3.4=3.4；v扁射流扁

13、射流( (条缝射流条缝射流) )： =0.110.12 =0.110.12， =2.4=2.44。射流核心区呈锥形不断缩小。射流核心区呈锥形不断缩小。核心段以后，射流速度逐渐下降。各断面的速度值核心段以后，射流速度逐渐下降。各断面的速度值虽然不同，但速度分布是相似的，可用下述半经验公虽然不同，但速度分布是相似的，可用下述半经验公式描述式描述 式式中中 射流距中心射流距中心y y处和中心处的速度；处和中心处的速度； R R射流断面半径。射流断面半径。射流中的静压与周围静止空气的压强相同。射流中的静压与周围静止空气的压强相同。射流各断面的动量相等。射流各断面的动量相等。v3 吸入流动与射流流动的差

14、异吸入流动与射流流动的差异v吸入流动与射流的差异主要有两点：吸入流动与射流的差异主要有两点：v一是射流由于有卷吸作用，沿射流前进方向流量不一是射流由于有卷吸作用，沿射流前进方向流量不断增加，射流呈锥形。吸入流动作用区内的等速面断增加，射流呈锥形。吸入流动作用区内的等速面为椭球面，通过各等速面的流量相等，并等于吸入为椭球面，通过各等速面的流量相等，并等于吸入口的流量。口的流量。v二是射流轴线上的速度基本上与射程成反比，而吸二是射流轴线上的速度基本上与射程成反比，而吸气区内空气速度与距吸气口距离的平方成反比。所气区内空气速度与距吸气口距离的平方成反比。所以吸气口的能量衰减得更快，其作用范围较小。以

15、吸气口的能量衰减得更快，其作用范围较小。4 吹吸气流吹吸气流即：两股气流组合而成的合成气流。即：两股气流组合而成的合成气流。 在集气罩设计中，利用吹出气流和吸入气流联合在集气罩设计中，利用吹出气流和吸入气流联合作用来提高所需作用来提高所需“控制风速控制风速”的形成，称为吹吸式的形成，称为吹吸式集气罩。集气罩。（1 1）按罩口气流流动方式分为：）按罩口气流流动方式分为： 吸气式吸气式 吹吸式吹吸式（2 2）按集气罩与污染源的相对位置及适用范围分为：）按集气罩与污染源的相对位置及适用范围分为：密闭罩密闭罩 排气柜排气柜 外部集气罩外部集气罩 接受式集气罩接受式集气罩1 1、密闭罩、密闭罩定义：将污

16、染源的局部或整体密闭起来，在罩内保持定义：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。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。气流干扰，设计中应优先选用。结构形式：局部密闭罩、结构形式：局部密闭罩、 整体密闭罩、大容积密闭罩整体密闭罩、大容积密闭罩 （1）局部密闭罩）局部密闭罩 特点：体积小，材料消耗特点：体积小，材料消耗少，操作与检修方便；少，操作与检修方便； 适用：产尘点固定、产尘适用：产尘点固定、产尘气流速度较小且连续产尘的气流速度较小且连续产尘

17、的地点。地点。（3）大容积密闭罩）大容积密闭罩 特点：容积大，可缓冲产尘气特点：容积大，可缓冲产尘气流，减少局部正压，设备检修流，减少局部正压，设备检修可在罩内进行。可在罩内进行。适用：多点源、阵发性、气流适用：多点源、阵发性、气流速度大的设备和污染源。速度大的设备和污染源。（2）整体密闭罩）整体密闭罩 特点：容积大，密闭性好。特点：容积大，密闭性好。 适用：多点尘源、携气流速适用：多点尘源、携气流速大或有振动的产尘设备。大或有振动的产尘设备。定义定义: : 通过罩的抽吸作用，在污染源附近把污染物全部吸通过罩的抽吸作用，在污染源附近把污染物全部吸收起来的集气罩。收起来的集气罩。特点特点: :结

18、构简单，制造方便；但所需排风量较大，且易受结构简单，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。室内横向气流的干扰，捕集效率较低。常见形式常见形式: :顶吸罩、侧面吸罩、底吸罩、槽边吸气罩顶吸罩、侧面吸罩、底吸罩、槽边吸气罩 （1）吹吸式排气罩的工作原理）吹吸式排气罩的工作原理当外部吸气罩与污染源的距离当外部吸气罩与污染源的距离较大时，可以在外部吸气较大时，可以在外部吸气罩的对面设置一吸气口，从而罩的对面设置一吸气口，从而形成一层空气幕阻止污染物形成一层空气幕阻止污染物的散逸，同时也诱导污染气流的散逸，同时也诱导污染气流一起向排气罩流动。一起向排气罩流动。1.排风量的确

19、定排风量的确定（1）排风量的测定方法）排风量的测定方法集气罩排风量集气罩排风量qv(m3/S) ，可以通过实测罩口的平均吸气速度，可以通过实测罩口的平均吸气速度0 (m/S) 和罩口和罩口面积面积A0（m2）确定。）确定。 qv= 0 A0 (m3/S) 也可以通过实测连接罩口直管上的平均吸气速度也可以通过实测连接罩口直管上的平均吸气速度 (m/S) ，气流动压，气流动压Pd(Pa)或或静压静压PS(Pa)及其管道断面积及其管道断面积A （m2）按下式确定）按下式确定。 Q= A =A(2/) Pd1/2 (m3/s) Q=A(2/) PS1/2 (m3/s)式中式中: 气体密度气体密度,kg

20、/m,kg/m3 3 -集气罩的流量系数集气罩的流量系数1.排风量的确定排风量的确定v（2）排风量的计算方法：控制速度法、流量比法）排风量的计算方法：控制速度法、流量比法控制速度法控制速度法控制速度控制速度-指在罩前污染物扩散方向的任意点上均能指在罩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集气罩内，并将其捕集所使污染物随吸入气流流入集气罩内，并将其捕集所必须的最小吸气速度。必须的最小吸气速度。控制点控制点-吸气气流有效作用范围内的最远点称为控制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。点。控制点距罩口的距离称为控制距离。v计算集气罩排风量时：计算集气

21、罩排风量时：v首先根据工艺设备及操作要求，确定集气罩的形状首先根据工艺设备及操作要求，确定集气罩的形状及尺寸，由此确定其罩口面积及尺寸，由此确定其罩口面积 ；v 其次根据控制要求安排罩口与污染物相对位置，其次根据控制要求安排罩口与污染物相对位置，确定罩口几何中心与控制点距离确定罩口几何中心与控制点距离 。v 确定控制速度确定控制速度 ，根据不同集气罩罩口的气流衰减，根据不同集气罩罩口的气流衰减规律求得罩口上气流速度规律求得罩口上气流速度 ，由公式，由公式 即可。即可。v控制速度法的关键在于确定控制速度，控制速度与控制速度法的关键在于确定控制速度，控制速度与集气罩的结构、安装位置、室内气流情况等

22、有关。集气罩的结构、安装位置、室内气流情况等有关。v适用条件：适用条件：v一般适用于污染物发生量较小的冷过程的外部集气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。罩设计。v流量比法流量比法v流量比法是把集气罩的排风量流量比法是把集气罩的排风量Q看作是污染物发生看作是污染物发生量量Q1和吸入室内空气量和吸入室内空气量Q2之和之和v即：即： Q=Q1+Q2v =Q1(1+Q2/Q1)v =Q1(1+K)从上式中可以看出：（流量比）从上式中可以看出：（流量比）K Q2 Q vK值太大，虽然能将污染物捕集干净，但风量大耗能值太大，虽然能将污染物捕集干净，但风量大耗能多。多。v临界流量比：临界流

23、量比： 能保证污染物不溢出罩外的最小流能保证污染物不溢出罩外的最小流量比量比 。vKV=(Q2/Q1)limitvKV值是决定集气罩控制效果的主要因素。这种依据值是决定集气罩控制效果的主要因素。这种依据 KV 值计算集气值计算集气罩排风量的设计方法称为流量比法。罩排风量的设计方法称为流量比法。v工程设计中采用的工程设计中采用的 计算公式需要通过实验研究求出。计算公式需要通过实验研究求出。v实验结果表明：实验结果表明： KV与污染物的发生量无关，只与污染源和集气罩的与污染物的发生量无关，只与污染源和集气罩的相对尺寸有关。相对尺寸有关。2.压力损失的确定压力损失的确定 由于集气罩罩口处于大气中，所

24、以该处的全压等于零，因而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集气罩的压力损失写为 P=0P= (Pd+Ps)=|Ps|Pd =（ Pd / |Ps| ）1/2 =1/（ 1 ）1/2 -流量系数流量系数 -压力损失系数压力损失系数22p对结构形状一定的集气罩， 值为常数集气罩的流量系数和压损系数表集气罩设计内容：结构形式设计及性能参数计算。集气罩设计内容：结构形式设计及性能参数计算。集气罩设计原则（重点）集气罩设计原则（重点） 1.对散发粉尘或有害气体的工艺流程与设备应采取密闭措对散发粉尘或有害气体的工艺流程与设备应采取密闭措施，尽量采用密闭罩。确定密闭罩的

25、吸气位置、结构和施，尽量采用密闭罩。确定密闭罩的吸气位置、结构和风速时，应使罩内负压均匀，防止污染物外逸，对于散风速时，应使罩内负压均匀，防止污染物外逸，对于散发粉尘和挥发性的污染源，应避免过多负压。发粉尘和挥发性的污染源，应避免过多负压。 2.当不能或不便采用密闭罩时，可根据工艺操作要求和技当不能或不便采用密闭罩时，可根据工艺操作要求和技术经济条件选择适宜的其他开敞式集气罩。集气罩应尽术经济条件选择适宜的其他开敞式集气罩。集气罩应尽可能包围或靠近有害污染源，使污染物局限在较小空间可能包围或靠近有害污染源，使污染物局限在较小空间内，并尽可能减少吸气范围，便于捕集和控制污染物。内，并尽可能减少吸

26、气范围，便于捕集和控制污染物。五、集气罩的设计方法五、集气罩的设计方法3.吸气点的排风量应按防止粉尘或有害气体扩散到周围环境空间的原则确定，集气罩的吸气应尽可能利用污染气流的运动作用。 4.已被污染的吸入气流不允许通过人的呼吸区，设计时要充分考虑操作人员的位置和活动范围。 5.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。 6.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。二二 密闭罩的设计密闭罩的设计1 密闭罩的布置要求 尽可能将污染源密闭，以隔断污染气流与室内的联系，防尽可能将

27、污染源密闭，以隔断污染气流与室内的联系，防止污染物随室内气流扩散。罩上的观察孔和检修孔应尽量小止污染物随室内气流扩散。罩上的观察孔和检修孔应尽量小些，并躲开气流正压较高的位置。些，并躲开气流正压较高的位置。密闭罩内应保持一定的均匀负压，避免污染物从罩上缝隙外密闭罩内应保持一定的均匀负压，避免污染物从罩上缝隙外逸，为此需合理地组织罩内气流和正确地选择吸风点的位置。逸，为此需合理地组织罩内气流和正确地选择吸风点的位置。吸风点位置不宜设在物料集中地点和飞溅区内，避免把大量吸风点位置不宜设在物料集中地点和飞溅区内，避免把大量物料吸入净化系统。处理热物料时，吸风点宜设在罩子顶部，物料吸入净化系统。处理热

28、物料时，吸风点宜设在罩子顶部，同时适当加大罩子容积。同时适当加大罩子容积。设计密闭罩，应不妨碍工艺生产操作和方便检修。设计密闭罩，应不妨碍工艺生产操作和方便检修。2 密闭罩排风量的确定 决定密闭罩排风量的原则： 要保证罩内各点都处于负压， 保证从罩子开口及不严密缝隙处均匀地吸入一部分室内空气。 一般来说要求保证密闭罩内的负压不小于510Pa。 按开口或缝隙处空气的吸入速度0计算： 00FQ 考虑到减少因排风带走过多的物料并保证控制效果，一般取sm/5 . 15 . 00。 按经验公式或数据确定排风量： 某些特定的污染设备， 已根据工程实践总结出一些经验公式。 如： 砂轮机和抛光机的排风量可按下

29、式计算： KDQ 式中：K每毫米轮径的排风量，对砂轮取K=2，对毡轮取K=4，对布轮取K=6； D轮径 某些污染设备可根据其型号、 规格、 密闭罩形式直接从有关手册中查出所推荐的排风量。 三三 外部集气罩的设计外部集气罩的设计 1 外部集气罩排风量确定(多用控制速度法计算外部集气罩的排风量) 工程设计步骤： 先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、罩口尺寸和控制点至罩口的控制距离x以及控制速度x。 通过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0。 根据罩口面积0A按00AQ 求排风量。 圆形或矩形侧吸罩 条缝罩 冷过程上部集气罩 2 外部集气罩设计应注意的问

30、题 为提高集气罩的控制效果，减少无效气流的吸入，罩口应加设法兰边。 为保证罩口吸气速度均匀，集气罩的扩张角不应大于 60。 四四 槽边集气罩的设计槽边集气罩的设计 它是外部集气罩的一种特殊形式，专门用于各种工业槽的污染控制。如电镀、酸洗等。 1 槽边集气罩的结构形式： 平口式和条缝式两种。 五五 热源上部接受式集气罩的设计热源上部接受式集气罩的设计 1 按受式集气罩的特点：直接接受生产过程产生或诱导出来的污染气流，其排风量取决于接受的污染气流量。 在设计时， 首先应确定污染气流量的大小，并考虑横向气流干扰等影响，适当加大接受罩的罩口尺寸和排风量。 2 热源上部的热射流有两种形式： 一是生产设备

31、本身散发的热气流，如炼钢电炉。 （现场实测或有关经验公式计算） 一是高温设备表面对流散热时形成的热射流（对流气流） 3 热射流流量计算 热射流在上升过程中，由于不断混入周围空气，其流量和横断面积会不断增大。若热源的水平投影面积用 A 表示，则： 当热射流上升高度AH5 . 1（或mH1）时： 因上升高度较小，混入的空气量较少，可近似认为热射流的流量和横断面积基本不变。我们也把它称为“低悬罩” 。 其热射流起始流量：3120)(381. 0qHAQ q热源水平表面对流散热量，kW； Atq25. 10025. 0 t热源水平表面与周围空气温度差，K。 当热射流上升高度AH5 . 1时： 其流量和

32、横断面会显著增大，我们把它称为“高悬罩” 。其热射流不同上升高度上的流量、流速及其断面直径可按下式计算： 315 . 121007. 8qZQZ 88. 045. 0ZDZ 3129. 051. 0qZZ 式中：ZQ计算断面上热射流流量； ZD计算断面上热射流横断面断面直径； Z计算断面上热射流平均流速。 注意：当热源具有一定的尺寸时，必须先用外延法求得热射流极点。 热射流极点位于热射流轴线上，在热源下面02d处，热射流的大致界线的确定方法是自极点引两条经过热源两侧边缘的辐射线。此时：02dHZ 4 热源上部接受罩的设计 在工程设计中，考虑到横向气流的影响，接受罩的断面尺寸应大于罩口断面上热射

33、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。 对于低悬罩：罩口每边尺寸需比热设备尺寸增加 150200mm, 0FQQ 对于高悬罩： 罩口尺寸：HDDZ8 . 0 FQQZ 式中：Q考虑横向气流影响的接受罩排风量； F考虑横向气流影响，罩口扩大面积减去热射流的断面积； 罩口扩大面积上空气的吸入速度，通常取 0.50.75sm/。 六六 吹吸式集气罩的设计吹吸式集气罩的设计 1 吹吸罩的计算方法： 一类是从射流理论出发而提出的控制速度法； 一类是依据吹吸气流的联合作用而提出的各种计算方法，如临界断面法等。 临界断面：吹吸气流的控制能力必然随离吹吸口距离增加而逐渐减弱，随靠近吸气口又逐渐

34、增强， 所以吹吸气口之间必然存在一个射流和汇流控制能力皆最弱的断面。吹吸气流的临界断面一般发生在8 . 06 . 0/Hx之间。 从污染控制外逸的角度出发： 临界断面上的气流速度（临界速度L）应取为 12sm/或更大些，并且要大于污染物的扩散速度。 为防止吹气口堵塞，吹气口宽度应大于 5mm，而吸气口宽度一般应大于 50mm。设计槽边吹吸罩时，为防止液面波动，吹气口气流速度应限制在 10sm/以下。 2 临界断面法设计： 临界断面位置：KHx 吹气口吹风量：12111/LHLKQ 吹 气 口宽度：2111)/(LHKD 吸气口排风量：LHLKQ323 吸 气 口宽度：HKD33 式中：H吹气口

35、至吸气口的距离 1L、1D吹气口长度、宽度 3L、3D吸气口长度、宽度 1 吹气口气流平均速度，一般取 810sm/ K、1K、2K、3K系数，由表 13-6 查得，表中数值是在湍流系数2 . 0的条件下得出的。 教学内容教学内容v管道系统压力损失计算：重点掌握管道系统压力损失计算，根管道系统压力损失计算：重点掌握管道系统压力损失计算，根据除尘系统的压力损失选择电机和风机据除尘系统的压力损失选择电机和风机v管道系统布置及部件管道系统布置及部件v管道系统保温、防腐和防爆管道系统保温、防腐和防爆一、管道系统压力损失计算一、管道系统压力损失计算1.管道内气体流动的压力损失管道内气体流动的压力损失v沿

36、程压力损失沿程压力损失（或摩擦压力损失）：由于气体本（或摩擦压力损失）：由于气体本身的粘滞性及其与管道壁内的摩擦所产生的压力身的粘滞性及其与管道壁内的摩擦所产生的压力损失；损失；v局部压力损失局部压力损失：气体流过管道系统中某些局部构：气体流过管道系统中某些局部构件时，由于流速大小和方向的改变形成涡流而产件时，由于流速大小和方向的改变形成涡流而产生的压力损失。生的压力损失。（1） 沿程压力损失沿程压力损失（或摩擦压力损失）：（或摩擦压力损失）：vRm 单位长度管道的摩擦压力损失，单位长度管道的摩擦压力损失，Pa/m；vl 直管段长度，直管段长度，m；v 摩擦压损系数；摩擦压损系数； vv 管道

37、内气体的平均流速，管道内气体的平均流速，m/s；v 管道内气体的密度，管道内气体的密度，kg/m3；vRs 管道的水力半径，管道的水力半径，m。它是指流体流经直管段时，流体。它是指流体流经直管段时，流体 v 的断面积的断面积A（m2）与润湿周长与润湿周长x（m）之比，即：之比，即： 2()42LmSpll RPaR 2(/)42mSRPa mR /sRA xv对于气体充满直径为对于气体充满直径为d 的圆形管道的水力半径：的圆形管道的水力半径：v则有：则有：22/4/4sdRdd22mRd v对于圆形管道：对于圆形管道：v途径一：途径一：其中： Re 气体流动状态（准数）；K粗糙度（可查表）。v

38、途径二：途径二：可根据已知的流量，选择适当的流速，从全国通风管道计算表直接查得管道直径d 和/d 值或Rm值。1/lg(/3.712.51/Re)Kd v对于矩形管道：对于矩形管道：v途径一：途径一：矩形管道流速当量直径矩形管道流速当量直径 dv，按照圆形管道再查计算表，得到/d 值或Rm值。v途径二：途径二：用计算表直接计算：矩形风管压损计算表2/()vdab ab（2） 局部压力损失：局部压力损失：v局部压力损失一般用动压头的倍数表示，即局部压力损失一般用动压头的倍数表示，即v 局部压损系数（通过试验确定）；局部压损系数（通过试验确定）；v 异形管件处管道断面平均流速，异形管件处管道断面平

39、均流速，m/s。 2/2mpv目的目的：确定管道断面尺寸和系统的压力损失，：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并由系统的总风量和总压力损失选择适当的风机和电机。风机和电机。v方法方法：流速控制法（又称比摩阻法）：流速控制法（又称比摩阻法）一般情况下管道系统的设计步骤如下一般情况下管道系统的设计步骤如下:根据生产工艺确定吸风点及风量，选择净化装置，进根据生产工艺确定吸风点及风量，选择净化装置，进行管道配置，选择管道材料等。行管道配置，选择管道材料等。按净化装置及管道配置情况，绘制管道系统轴测图，按净化装置及管道配置情况，绘制管道系统轴测图，并进行管段编号，标

40、注长度和流量。管长度一般按两管并进行管段编号，标注长度和流量。管长度一般按两管件中心线之间的距离计算，不扣除管件件中心线之间的距离计算，不扣除管件(如三通、弯头如三通、弯头)本身的长度。本身的长度。选择管内流体流速。选择管内流体流速。根据各管段内的流量和流速计算确定管段截面尺寸。根据各管段内的流量和流速计算确定管段截面尺寸。v计算管路阻损，确定最大阻损管路。计算管路阻损，确定最大阻损管路。v对并联管路进行阻损平衡计算，两分支管段的阻对并联管路进行阻损平衡计算，两分支管段的阻损差应满足以下要求：除尘系统小于损差应满足以下要求：除尘系统小于10，其他通，其他通风系统小于风系统小于15，否则要进行管

41、径调整或增设调压，否则要进行管径调整或增设调压装置。装置。v计算系统总阻损计算系统总阻损(按系统中最大阻损环路计算阻损按系统中最大阻损环路计算阻损值值)，求出总风量与总阻损。，求出总风量与总阻损。选择风机与电动机。 通通风风机机的的风风量量可可按按下下式式计计算算 QKQ)1 (10 式中：0Q 通风机风量，hm /3； Q 管道系统的总风量，hm /3； 1K 考虑系统漏风时的安全系数， 一般管道取00.1， 除尘管道系统取0.10.15。 其其 风风 压压 按按 下下 式式 计计 算算 ： PTTPPKPKP002020)1()1( 式 中 0P 通 风 机 风 压 ，aP； P 管 道

42、系 统 的 总 阻 力 损 失 ，aP； 2K 安 全 系 数 ， 一 般 管 道 取 0.1 0.15， 除 尘 管 道 取 0.15 0.20； 0P 、0T 、0 通 风 机 性 能 表 中 给 出 的 空 气 压 力 、温 度 、密 度 ，0P =101326Pa，对 于 通风 机0T =293K，0=1.2kg/m3， 对 于 引 风 机0T =473K，0=0.745kg/m3； P 、 T 、 运 行 工 况 下 进 入 风 机 时 的 气 体 压 力 、 温 度 和 密 度 。 计 算 出0Q 和0P便 可 按 通 风 机 产 品 样 本 给 出 的 性 能 曲 线 或 表 格

43、 选 择 所 需 风 机 。 电电机机的的选选择择 电机功率的选择按下式进行： 210010003600KPQNe 式中：eN 电机功率，kW； K电动机备用系数， 对通风机取1.2， 对大于5kW的取1.3， 对引风机取1.3。 1通风机全压效率，一般取0.50.7； 2机械传动效率，一般直联传动取为1，联轴器直联传动取0.98，三角皮带传动取0.95。 例例13-1某有色冶炼车间除尘系统：系统内的气体平均某有色冶炼车间除尘系统：系统内的气体平均温度为温度为20，钢板管道的粗糙度，钢板管道的粗糙度k=0.15mm，气体含，气体含尘浓度为尘浓度为10g/m3，所选除尘器的压力损失为，所选除尘器

44、的压力损失为981Pa。集气罩集气罩1和和2的局部压损系数分别为的局部压损系数分别为0.12、0.19，集气，集气罩排风量分别为罩排风量分别为4950m3/h、3120m3/h。要求确定。要求确定该系统的管道直径和压力损失，并选择通风机。该系统的管道直径和压力损失，并选择通风机。(1) 确定各抽风点（集气罩）位置和风量，净化装置、风确定各抽风点（集气罩）位置和风量，净化装置、风机和其他部件的位置以及型号规格，风管材料等；机和其他部件的位置以及型号规格，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，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；

45、进行管段编号，标注长度和风量；(3) 确定管道内的气体流速；确定管道内的气体流速；(4)根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；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；v对于圆形管道：对于圆形管道： vqv体积流量，体积流量，m3/h；vqm质量流量，质量流量，kg/h；v对于除尘管道：对于除尘管道：v输送细粉尘，输送细粉尘，d80mm；v输送较粗粉尘，输送较粗粉尘，d100mm；v输送粗粉尘，输送粗粉尘，d130mm； vqdv8 .18mqd88. 1或或(mm)(5)风管断面尺寸确定后，按管内实际流速计算压损；风管断面尺寸确定后，按管内实际流速计算压损； 计算

46、环路：最不利环路计算环路：最不利环路计算内容：沿程压力损失计算内容：沿程压力损失+局部压力损失局部压力损失(5)风管断面尺寸确定后，按管内实际流速计算压损；风管断面尺寸确定后，按管内实际流速计算压损； (5)风管断面尺寸确定后，按管内实际流速计算压损；风管断面尺寸确定后，按管内实际流速计算压损； (5)风管断面尺寸确定后，按管内实际流速计算压损；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；对并联管道进行压力平衡计算； v两支分管段的压力差应满足以下要求：除尘系统应小于两支分管段的压力差应满足以下要求：除尘系统应小于10%，其他通风系统应小于其他通风系统应小于

47、15%，否则就要进行调整，调整管径平衡，否则就要进行调整，调整管径平衡压力，可按下式计算：压力，可按下式计算： v 调整后的管径，调整后的管径，mm；v 调整前的管径，调整前的管径，mm；v 管径调整前的压力损失，管径调整前的压力损失，Pa；v 压力平衡基准值，压力平衡基准值，Pa。 225. 02112)(ppdd2d1d1p2p(6)对并联管道进行压力平衡计算；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（主系统）；计算管道系统的总压力损失（主系统）；(7)计算管道系统的总压力损失（主系统）；计算管道系统的总压力损失（主系统）；(8)根根据系统的总风量，总压损选择通风机和电

48、动机；据系统的总风量，总压损选择通风机和电动机；v选择通风机的风量：选择通风机的风量：vQ 管道计算的总风量，管道计算的总风量，m3/h；vK1考虑系统漏风所附加的安全系数。一般管道考虑系统漏风所附加的安全系数。一般管道取取K=0.1；除尘管道取；除尘管道取K=0.10.5。 QKQ)1 (10v选择通风机的风压：选择通风机的风压：v 管道计算的总压力损失，管道计算的总压力损失，Pa；vK2 考虑管道计算误差及系统漏风等因素所采用的安全系数。考虑管道计算误差及系统漏风等因素所采用的安全系数。 一般管道取一般管道取K=0.10.15，除尘管道取，除尘管道取K=0.150.2；v 通风机性能表中给

49、出的标准状态的空气密度，压力，温通风机性能表中给出的标准状态的空气密度，压力，温 度。一般说，度。一般说， =101.3kPa，对于通风机：，对于通风机： ， 对于引风机：对于引风机： ；v 运行工况下进入风机时的气体密度，压力和温度。运行工况下进入风机时的气体密度，压力和温度。v计算出计算出Q0和和 后，即可按通风机产品样本结合的性能曲线或表格选后，即可按通风机产品样本结合的性能曲线或表格选择所需通风机的型号规格。择所需通风机的型号规格。pTTppKpKp002020)1 ()1 (p000,Tp0p300/2 . 1,20mkgt300/745. 0,200mkgtTp,0pv所需电动机的

50、功率可按下式计算：所需电动机的功率可按下式计算： vK 电动机备用系数。对于通风机，电机功率为电动机备用系数。对于通风机，电机功率为25kW时取时取 1.2，大于，大于5kW时取时取1.15；对于引风机取；对于引风机取1.3。v 通风机全压效率，可由通风机样本查的，一般为通风机全压效率，可由通风机样本查的，一般为0.50.7；v 机械传动效率，对于直联传动为机械传动效率，对于直联传动为1，联轴器传动为，联轴器传动为0.98， 皮带传动为皮带传动为0.95。 21600106 . 3KpQNe12(8)根根据系统的总风量，总压损选择通风机和电动机；据系统的总风量，总压损选择通风机和电动机；1.

51、管道系统布置管道系统布置（1）系统划分）系统划分符合以下条件者，可以合为一个管道系统：符合以下条件者，可以合为一个管道系统： v污染物性质相同，生产设备同时运转，便于污染物统污染物性质相同，生产设备同时运转，便于污染物统一集中回收处理的场合。一集中回收处理的场合。v污染物性质不同，生产设备同时运转，但允许不同污污染物性质不同，生产设备同时运转，但允许不同污染物混合或污染物无回收价值的场合。染物混合或污染物无回收价值的场合。v尽可能将统一生产工序中同时操作的污染设备排风点尽可能将统一生产工序中同时操作的污染设备排风点合为一个系统。合为一个系统。1. 管道系统布置管道系统布置（1）系统划分）系统划

52、分凡发生以下几种情况之一者不能合为一个系统：凡发生以下几种情况之一者不能合为一个系统：v不同排风点的污染物混合后引起燃烧或爆炸危险，或不同排风点的污染物混合后引起燃烧或爆炸危险，或形成毒性更大的污染物的场合；形成毒性更大的污染物的场合；v不同温度和湿度的污染气流，混合后会引起管道内结不同温度和湿度的污染气流，混合后会引起管道内结露和堵塞的场合。露和堵塞的场合。1. 管道系统布置管道系统布置(2)管网配置管网配置a干管配管方式 b个别配管方式 c环状配管方式1. 管道系统布置管道系统布置(2)管网配置管网配置v(a) 干管配管形式，亦称集中式净化系统，与其他配置形式干管配管形式，亦称集中式净化系

53、统，与其他配置形式相比，具有配置紧凑，占地小；投资省，施工方便，应用较相比，具有配置紧凑，占地小；投资省，施工方便，应用较广的特点，但各支管间的压力平衡计算较繁琐，设计计算较广的特点，但各支管间的压力平衡计算较繁琐，设计计算较复杂。复杂。v(b)个别配置形式，也称分散式净化系统。它利用大截面干管个别配置形式，也称分散式净化系统。它利用大截面干管连接各支管，干管内流速一般为连接各支管，干管内流速一般为36 m / s.，由于流速低，由于流速低，具有初净化作用，但需设置清灰装置。具有初净化作用，但需设置清灰装置。v(c)环状配置方式，它对于多支管的复杂管网系统来说，较易环状配置方式，它对于多支管的

54、复杂管网系统来说，较易平衡支管间的压力。平衡支管间的压力。1. 管道系统布置管道系统布置(3)管道布置管道布置管道布置一般原则：管道布置一般原则：v宜采用成列、平行及明装，宜采用成列、平行及明装，v尽可能靠墙及柱子敷设，其中管径大及有保温层的管道应设于靠墙体的内侧。尽可能靠墙及柱子敷设，其中管径大及有保温层的管道应设于靠墙体的内侧。v管道与墙、梁、柱、设备及管道之间要保持一定距离管道与墙、梁、柱、设备及管道之间要保持一定距离v管道铺设，考虑到安装、施工、管理、维修及热胀冷缩诸因素管道铺设，考虑到安装、施工、管理、维修及热胀冷缩诸因素v管道通过人行横道时，与地面的净距不小于管道通过人行横道时，与

55、地面的净距不小于2m，横过公路时不小于，横过公路时不小于4.5m，横过铁路时与铁轨表，横过铁路时与铁轨表面净距不小于面净距不小于6m。v例如：保温管道外表与墙体间距不小于例如：保温管道外表与墙体间距不小于100200mm(大管径管道取大值大管径管道取大值)；非保温管道，按焊接；非保温管道，按焊接要求，管壁与墙体间距离一般不小于要求，管壁与墙体间距离一般不小于50200mm，管道与梁、柱、设备的间距可比距墙体的间距，管道与梁、柱、设备的间距可比距墙体的间距小小50mm，但不应有焊接接头；管道平行布置时，保温管道的外表面间距不小于，但不应有焊接接头；管道平行布置时，保温管道的外表面间距不小于100

56、200mm，一般管道不小于一般管道不小于150200mm；管道热胀冷缩后其间距不应小于；管道热胀冷缩后其间距不应小于25mm。v水平管道的敷设应有一定坡度，以便于放水、放气、疏水和防止积尘，一般坡度为水平管道的敷设应有一定坡度，以便于放水、放气、疏水和防止积尘，一般坡度为0.0020.005。对含固体结晶或粘度大的流体，坡度可酌情增大，但一般不超过对含固体结晶或粘度大的流体，坡度可酌情增大，但一般不超过0.005。v为便于检修、安装，以焊接为主要联接方式的管道中，应设置足够数量的法兰；以螺栓联接为主的为便于检修、安装，以焊接为主要联接方式的管道中，应设置足够数量的法兰；以螺栓联接为主的管道，应

57、设置足够数量的活接头管道，应设置足够数量的活接头(特别是阀门附近特别是阀门附近)；穿墙或楼板的管段不应有焊缝。；穿墙或楼板的管段不应有焊缝。v管道与阀件不宜直接支承在设备上，需单独设置支架与吊架；保温管的支架应有管托；管道的焊缝管道与阀件不宜直接支承在设备上，需单独设置支架与吊架；保温管的支架应有管托；管道的焊缝与支架的距离不小于管径，至少要大于与支架的距离不小于管径，至少要大于200mm；焊缝应在施工方便和受力较小的位置上。；焊缝应在施工方便和受力较小的位置上。1. 管道系统布置管道系统布置(3)管道布置管道布置除尘管道布置原则：除尘管道布置原则：v对于除尘系统的管道，在采用水平敷设时，应保证足够的流速，以防积尘。一般