除尘器的设计

1、 八八 除尘系统的设除尘系统的设计计 一个完整的除尘系统应由集气罩、管道、一个完整的除尘系统应由集气罩、管道、除尘设备、风机和排气管组成。因此，除尘除尘设备、风机和排气管组成。因此，除尘系统的设计主要包括：集气罩的形式选择和系统的设计主要包括：集气罩的形式选择和设计、除尘器的设计或选型、管道选择和阻设计、除尘器的设计或选型、管道选择和阻力计算、风机的选型计算、基建和施工安装力计算、风机的选型计算、基建和施工安装设计。有时还包括收集下来的粉体处理和除设计。有时还包括收集下来的粉体处理和除尘设备的防爆等。尘设备的防爆等。图图 8.1 点汇气流分布点汇气流分布8.1集气罩的设计集气罩的设计集气罩用来

2、控制开放性污染源向空气中扩散和飞扬的汇风装置。它是控制集气罩用来控制开放性污染源向空气中扩散和飞扬的汇风装置。它是控制生产车间空气污染的常用方法。生产车间空气污染的常用方法。8.1.1罩口气流分布的基本理论罩口气流分布的基本理论 集气罩的功能是汇集污染气体。但有时为了增强控制效果和减少抽风量，集气罩的功能是汇集污染气体。但有时为了增强控制效果和减少抽风量，会采取吹、吸气相结合的方式。对于吸气是汇流，对于吹气是射流。会采取吹、吸气相结合的方式。对于吸气是汇流，对于吹气是射流。一个敞开的吸气管口，当面积较小时，可看成一个敞开的吸气管口，当面积较小时，可看成“点汇点汇”。假定流动无阻力，。假定流动无

3、阻力，吸气口外的流线是以吸气口为中心的径向线，等速面是以吸气口为球心的球吸气口外的流线是以吸气口为中心的径向线，等速面是以吸气口为球心的球面。如图面。如图8.1所示。所示。1r2r1v2v 在图在图8.1a中，因通过每个等速面中，因通过每个等速面的流量相等，设点汇的流量为的流量相等，设点汇的流量为Q，等速面半径分别为等速面半径分别为 和和 ，相应，相应的速度为的速度为 和和 ，由连续性方程，由连续性方程22212144vrvrQ（8.1） 于是，速度比与半径比的关系为于是，速度比与半径比的关系为21221rrvv（8.2） 0d5 . 0/0dx5 . 0/0dx 由此可见，点汇外某点的速度该

4、点至吸气口距离的平方成反比。吸由此可见，点汇外某点的速度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，因此在设计集气罩时，应尽量减少罩口到污染气口外气流速度衰减很快，因此在设计集气罩时，应尽量减少罩口到污染源间的距离。如果吸气口的四周加上挡板，如图源间的距离。如果吸气口的四周加上挡板，如图8.1b所示，其等速面为半所示，其等速面为半球面。由连续性方程可知，在相同的吸气量情况下，点汇外的速度提高一球面。由连续性方程可知，在相同的吸气量情况下，点汇外的速度提高一倍。因此，在设计集气罩时，应尽量减少吸气范围，以增强控制效果。倍。因此，在设计集气罩时，应尽量减少吸气范围，以增强控制效果。 实

5、际上，吸气口总是有一定大小，空气流动也是有阻力的。所以，实际上，吸气口总是有一定大小，空气流动也是有阻力的。所以，吸气区内空气流动的等速面不是球面而是椭球面。设罩口直径为吸气区内空气流动的等速面不是球面而是椭球面。设罩口直径为 ，某点，某点离罩口距离为离罩口距离为x，则式（，则式（8.1）只能适用于的）只能适用于的 情况。对于情况。对于时，流速分布可按下列经验公式计算。时，流速分布可按下列经验公式计算。 圆形罩口轴线上的流速为圆形罩口轴线上的流速为4 . 1007 . 71/1Axvvx（8.3） 矩形罩口轴线上的流速为矩形罩口轴线上的流速为4 . 1034. 00007 . 71/1Axba

6、vvx（8.4） 0vxvxx0A0d00,ba式中式中 罩口平均速度，罩口平均速度，m/s； 距罩口距离为距罩口距离为 处的流速，处的流速，m/s； 罩口断面积，罩口断面积，m2; 圆形罩口直径，圆形罩口直径，m； 矩形罩口长边和短边，矩形罩口长边和短边，m； 吸气区某点到罩口距离，吸气区某点到罩口距离，m。图图 8.2 射流结构示意图射流结构示意图 空气从孔口吹出，在空间形成一股气流称为射流。按射流所在空间的固空气从孔口吹出，在空间形成一股气流称为射流。按射流所在空间的固体边壁对射流的约束条件，射流分为自由射流和受限射流；按射流内部温体边壁对射流的约束条件，射流分为自由射流和受限射流；按射

7、流内部温度的变化情况分为等温射流和非等温射流；按射流管口的形状分为圆射流、度的变化情况分为等温射流和非等温射流；按射流管口的形状分为圆射流、矩形射流和扁射流（长短边之比大于矩形射流和扁射流（长短边之比大于10：1）。等温自由圆射流是常见的）。等温自由圆射流是常见的一种流型。射流形成过程如图一种流型。射流形成过程如图8.2所示。假设管口速度均匀，从管口吹出所示。假设管口速度均匀，从管口吹出的射流范围不断扩大，其边界是圆锥面。圆锥的顶点称极点，圆锥的半顶的射流范围不断扩大，其边界是圆锥面。圆锥的顶点称极点，圆锥的半顶角角称射流的扩散角。射流中保持原出口速度称射流的扩散角。射流中保持原出口速度v0的

8、部分（图中的的部分（图中的AOD锥体）锥体）称射流核心。射流核心消失的断面称射流核心。射流核心消失的断面BOE称过渡断面，管口段面至过渡断称过渡断面，管口段面至过渡断面称起始段。过渡段以后称主体段。射流起始段在工程设计中意义不大，面称起始段。过渡段以后称主体段。射流起始段在工程设计中意义不大，在集气罩设计中常用到的是圆射流和扁射流主体段的流动参数。在集气罩设计中常用到的是圆射流和扁射流主体段的流动参数。 等温自由圆射流一般具有以下特征：等温自由圆射流一般具有以下特征： （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）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，射

9、流流引起的，射流流量随长度的增加而增大。量随长度的增加而增大。 （2）由于射流边缘的卷吸作用，射流断面不断扩大。射流扩散角）由于射流边缘的卷吸作用，射流断面不断扩大。射流扩散角为为atan（8.5） a 式中式中 紊流系数；紊流系数； 射流管口形状系数。射流管口形状系数。圆射流圆射流a0.08，3.4；扁射流；扁射流a0.110.12，2.44。（3）流核心区呈锥形不断缩小。）流核心区呈锥形不断缩小。（4）核心段后，射流速度逐渐下降。各断面的速度虽不同，但其无）核心段后，射流速度逐渐下降。各断面的速度虽不同，但其无因因 次速度分布相似。射流中的静压与周围静止空气的压力相同。次速度分布相似。射流

10、中的静压与周围静止空气的压力相同。（5）射流各断面的动量相等，则有）射流各断面的动量相等，则有drrvvRR2020202（8.6） 0R0vv式中式中 气体密度，气体密度，kg/m3； 圆射流口半径，圆射流口半径，m; 射流口平均速度，射流口平均速度，m/s； 离射流口任意点离射流口任意点x的流速，的流速，m/s。 射流参数的计算公式见表射流参数的计算公式见表8.1。由表中公式看出，圆射流速度与射程。由表中公式看出，圆射流速度与射程1次方成正比，扁射流与射程的次方成正比，扁射流与射程的1/2次成反比。而在吸入流动时，集气罩口次成反比。而在吸入流动时，集气罩口外的空气速度与罩口距离的平方成反比

11、。因此，射流具有对空气更远的外的空气速度与罩口距离的平方成反比。因此，射流具有对空气更远的影响（控制）距离。影响（控制）距离。 8.1.2集气罩的基本形式集气罩的基本形式 集气罩按流动方式分两类：吸气罩和吹吸罩。吸气罩按密闭情况集气罩按流动方式分两类：吸气罩和吹吸罩。吸气罩按密闭情况和相对位置分为密闭罩、半密闭罩和外部集气罩。和相对位置分为密闭罩、半密闭罩和外部集气罩。 8.1.2.1密闭罩密闭罩 密闭罩是将污染源的局部或整体密闭起来的一种集气罩。其作用是将密闭罩是将污染源的局部或整体密闭起来的一种集气罩。其作用是将污染物的扩散限制在一个很小的密闭空间内密闭罩是将污染源的局部或污染物的扩散限制

12、在一个很小的密闭空间内密闭罩是将污染源的局部或整体密闭起来的一种集气罩。其作用是将污染物的扩散限制在一个很小整体密闭起来的一种集气罩。其作用是将污染物的扩散限制在一个很小的密闭空间内，仅在适当的位置留出必要的缝隙以便吸入空气，使罩内的密闭空间内，仅在适当的位置留出必要的缝隙以便吸入空气，使罩内保持负压，防止污染物外逸。和其他类型的集气罩相比，抽风量最小，保持负压，防止污染物外逸。和其他类型的集气罩相比，抽风量最小，控制效果最好。所以，在设计中应考虑优先选用。按密闭罩的结构特点，控制效果最好。所以，在设计中应考虑优先选用。按密闭罩的结构特点，可将其分为局部密闭罩、整体密闭罩和大容积密闭罩。如图可

13、将其分为局部密闭罩、整体密闭罩和大容积密闭罩。如图8.3所示。所示。图图 8.3 密闭罩形式密闭罩形式a局部密闭罩；局部密闭罩；b整体密闭罩；整体密闭罩；c大容积密闭罩大容积密闭罩 局部密闭罩是对局部产尘点进局部密闭罩是对局部产尘点进行密闭，产尘设备及传动装置留在行密闭，产尘设备及传动装置留在罩外，便于观察和检修。罩的容积罩外，便于观察和检修。罩的容积小，抽风量少，经济性好。适用于小，抽风量少，经济性好。适用于污染气流速度小，且连续散发的地污染气流速度小，且连续散发的地点。点。 整体密闭罩是对产尘设备大部分或全部密闭，只有传动部分留在罩外。整体密闭罩是对产尘设备大部分或全部密闭，只有传动部分留

14、在罩外。适用于有振动或气流速度较高的设备。适用于有振动或气流速度较高的设备。 大容积密闭罩是将污染设备或地点全部密闭起来的密闭罩，又称密闭大容积密闭罩是将污染设备或地点全部密闭起来的密闭罩，又称密闭小室。特点是容积大，适用于多点、阵发性、污染气流速度大和设备检小室。特点是容积大，适用于多点、阵发性、污染气流速度大和设备检修频繁的场合。它的缺点是占地面积大，材料消耗多。修频繁的场合。它的缺点是占地面积大，材料消耗多。8.1.2.2 半密闭罩半密闭罩 有些生产工艺需要人在设备旁边进行操作，可采用半密闭罩，罩的一面有些生产工艺需要人在设备旁边进行操作，可采用半密闭罩，罩的一面全部敞开。半密闭罩又称通

15、风柜。图全部敞开。半密闭罩又称通风柜。图8.4a所示是小型通风柜，适用于化学所示是小型通风柜，适用于化学图图 8.4 柜式半密闭罩柜式半密闭罩 实验室、小零件喷漆等。图实验室、小零件喷漆等。图8.4b所示是大型所示是大型的室内通风柜，操作人员在柜内工作，主要的室内通风柜，操作人员在柜内工作，主要用于大件喷漆、粉料装袋等。通风柜上工作用于大件喷漆、粉料装袋等。通风柜上工作孔的速度分部对气流的控制效果有很大影响，孔的速度分部对气流的控制效果有很大影响，速度分布不均匀，污染气流会从速度低的部速度分布不均匀，污染气流会从速度低的部位逸入室内。工作孔上部的吸入速度为平均流速的位逸入室内。工作孔上部的吸入

16、速度为平均流速的150，而下部仅，而下部仅为平均流速的为平均流速的60。有害气体会从下部逸出。为改善这种情况，应把吸。有害气体会从下部逸出。为改善这种情况，应把吸气口设在通风柜的下部，如图气口设在通风柜的下部，如图8.5所示。所示。8.1.2.3外部集气罩外部集气罩 由于工艺条件的限制，无法对污染源进行密闭时，只能在污染源由于工艺条件的限制，无法对污染源进行密闭时，只能在污染源附近设置集气罩。依靠罩口外吸气流的运动，把污染物吸入罩内，这类附近设置集气罩。依靠罩口外吸气流的运动，把污染物吸入罩内，这类集气罩称外部集气罩。外部集气罩的形式多种多样，按外部集气罩和污集气罩称外部集气罩。外部集气罩的形

17、式多种多样，按外部集气罩和污染源的相对位置分上部集气罩、下部集气罩和侧吸罩染源的相对位置分上部集气罩、下部集气罩和侧吸罩3类。类。 图图 8.5 下部吸气冷过程通风柜下部吸气冷过程通风柜 图图 8.6 吸气式集气罩吸气式集气罩a槽子吹吸式集气罩；槽子吹吸式集气罩；b吹吸式通风柜吹吸式通风柜8.1.2.4吹吸式集气罩吹吸式集气罩 在外部集气罩的对面设置一排或条缝形吹气口，它和外部集气罩结合在外部集气罩的对面设置一排或条缝形吹气口，它和外部集气罩结合起来称为吹吸式集气罩，如图起来称为吹吸式集气罩，如图8.6所示。喷吹气流形成一道气幕，把污染物所示。喷吹气流形成一道气幕，把污染物限制在一个很小的空间

18、内，使之不外逸。同时还诱导污染气流向集气罩运动。限制在一个很小的空间内，使之不外逸。同时还诱导污染气流向集气罩运动。由于空气幕的作用，使室内空气混入量大大减少，又由于射流的速度衰减较由于空气幕的作用，使室内空气混入量大大减少，又由于射流的速度衰减较慢，因此控制距离远、耗风量少。此外，它还有抗衡向气流干扰和不影响工慢，因此控制距离远、耗风量少。此外，它还有抗衡向气流干扰和不影响工艺操作等优点。因此，在控制大面积污染源方面，近年来在国内外得到了较艺操作等优点。因此，在控制大面积污染源方面，近年来在国内外得到了较多的应用。多的应用。8.1.3集气罩的设计集气罩的设计8.1.3.1控制风速的概念控制风

19、速的概念 集气罩设计的内容主要是集气罩形式的选择、集气量的确定和压力损集气罩设计的内容主要是集气罩形式的选择、集气量的确定和压力损失的计算。集气罩形式很多，如果结合污染源的散发情况和生产工艺要失的计算。集气罩形式很多，如果结合污染源的散发情况和生产工艺要求，总是可以选择比较理想的集气罩。集气罩的选择以密闭或半密闭罩求，总是可以选择比较理想的集气罩。集气罩的选择以密闭或半密闭罩优先。但是，由于工艺条件的限制，很多情况下要采用外部集气罩。优先。但是，由于工艺条件的限制，很多情况下要采用外部集气罩。 目前国内多采用控制风速法确定外部集气罩的集气量。从污染源散目前国内多采用控制风速法确定外部集气罩的集

20、气量。从污染源散发的污染物具有一定的飞扬速度，飞扬速度减小到零的位置称为控制点，发的污染物具有一定的飞扬速度，飞扬速度减小到零的位置称为控制点，如图如图8.7所示。控制点到罩口的距离所示。控制点到罩口的距离x称为控制距离，为使距罩口最远点称为控制距离，为使距罩口最远点的污染物能随气流进入罩内所必须的最小的吸入速度称为控制风速的污染物能随气流进入罩内所必须的最小的吸入速度称为控制风速vx 。 在设计中，当已知控制风速在设计中，当已知控制风速vx ,可根据罩口外的气流衰减规律求得罩可根据罩口外的气流衰减规律求得罩口上的气流速度口上的气流速度v0，若知道罩口面积，若知道罩口面积A0，便可求集气量。控

21、制风速，便可求集气量。控制风速vx的大小是根据经验确定的，见表的大小是根据经验确定的，见表8.2。表表 8.2 污染物控制风速污染物控制风速控制风速1/xvm s污染物的产生情况举 例以轻微的速度放散到相当平静的空气中蒸汽的蒸发。气体或烟气在敞口容器中外逸0.250.5以轻微的速度放散到尚属平静的空气中喷气室内喷漆；连续地倾倒有尘屑的干物料到容器中；焊接0.51.0以较大的速度放散出来，或放散到空气运动较迅速的区域翻砂、脱模、高速（大于1m/s）皮带运输机的转运点、混合、装袋或装箱1.02.5以高速放散出来，或放散到空气运动较迅速的区域磨床；重破碎；在岩石表面工作2.510 8.1.3.2集气

22、量的确定集气量的确定 在集气罩设计前，须先通过现场操作情况和污染源散发情况的观在集气罩设计前，须先通过现场操作情况和污染源散发情况的观察和测定，以确定罩形、罩口尺寸和控制点至罩口的控制距离察和测定，以确定罩形、罩口尺寸和控制点至罩口的控制距离x以及控制以及控制风速风速vx，便可根据罩口外的气流衰减规律求得罩口上的气流速度，便可根据罩口外的气流衰减规律求得罩口上的气流速度v0，由，由v0和罩口面积和罩口面积A0便可求得集气量便可求得集气量Q。控制风速。控制风速vx的值与污染源情况和周的值与污染源情况和周围气流运动情况有关，一般应通过实测，如果缺乏现场实测数据，可参围气流运动情况有关，一般应通过实

23、测，如果缺乏现场实测数据，可参考表考表8.2确定。由于罩形和安装形式多种多样，不同罩形的罩口外气流分确定。由于罩形和安装形式多种多样，不同罩形的罩口外气流分布相差很大，所以无法用统一的公式确定控制距离和罩口风速。下面仅布相差很大，所以无法用统一的公式确定控制距离和罩口风速。下面仅介绍几种典型的集气罩的气流速度衰减公式和抽风量计算公式。介绍几种典型的集气罩的气流速度衰减公式和抽风量计算公式。 圆形和矩形侧吸罩圆形和矩形侧吸罩 对于罩口为圆形或矩形（宽长比对于罩口为圆形或矩形（宽长比W/L0.2）的侧吸罩，沿罩口轴线）的侧吸罩，沿罩口轴线的气流速度衰减公式为的气流速度衰减公式为0020/10/AA

24、xCvvx（8.7） 式中式中 C与集气罩的结构形状和设置情况有关的系数。前面无障碍、与集气罩的结构形状和设置情况有关的系数。前面无障碍、周无边的侧吸罩取周无边的侧吸罩取C=1（图（图8.8）；在平整的操作台上的侧吸罩取）；在平整的操作台上的侧吸罩取C0.75；前面无障碍，有边的侧吸罩取；前面无障碍，有边的侧吸罩取C0.75。图图 8.8 侧吸罩侧吸罩式（式（8.7）仅适用于控制距离）仅适用于控制距离x1.5d（吸其口直径或矩形罩口当量直（吸其口直径或矩形罩口当量直径）的情况。径）的情况。当当x1.5d时，实际的速度衰减值要比计算值大。因此，一般把时，实际的速度衰减值要比计算值大。因此，一般把

25、x1.5d作为侧吸罩的设计基准。显然，由式（作为侧吸罩的设计基准。显然，由式（8.7）和连续性方程易）和连续性方程易得吸气量得吸气量0210AxCQ（8.8） 0A式中式中 Q 流量，流量，m3/s; x 离罩口距离，离罩口距离，m； 罩口面积，罩口面积，m2。冷过程上部集气罩冷过程上部集气罩图图 8.9 冷过程上部集气罩冷过程上部集气罩 在污染设备上方设置集气罩，由于前面有在污染设备上方设置集气罩，由于前面有障碍，气流只能从侧面流入罩内，如图障碍，气流只能从侧面流入罩内，如图8.9所所示。为避免横向气流干扰，应尽可能使罩口至污染源距离示。为避免横向气流干扰，应尽可能使罩口至污染源距离H不大于

26、不大于0.3L，L为罩口边长，其吸风量为罩口边长，其吸风量Q按下式计算按下式计算 xKPHvQ （8.9） 式中式中 P罩口敞口面周长，罩口敞口面周长，m； H罩口至污染源距离，罩口至污染源距离，m； K考虑沿高度速度分布不均匀的安全系数，通常取考虑沿高度速度分布不均匀的安全系数，通常取K1.4 为减少横向气流的影响，最好靠墙布置，或在罩口四周加活动挡板。为使罩为减少横向气流的影响，最好靠墙布置，或在罩口四周加活动挡板。为使罩口吸气速度均匀，集气罩的扩张角不应大于口吸气速度均匀，集气罩的扩张角不应大于60。图图 8.10 圆形和矩形侧吸罩的罩口改进圆形和矩形侧吸罩的罩口改进 由罩口外气流分布特

27、征可知，罩口加法兰边，可减少无效气流的由罩口外气流分布特征可知，罩口加法兰边，可减少无效气流的吸入量。基于这一原理，圆形或矩形侧吸罩的罩口还可以改进成如图吸入量。基于这一原理，圆形或矩形侧吸罩的罩口还可以改进成如图8.10所示的形式，以进一步提高集气效果，减少污染物外逸的可能性，所示的形式，以进一步提高集气效果，减少污染物外逸的可能性，同时提高进气均匀性。同时提高进气均匀性。 热源上部接受式集气罩热源上部接受式集气罩 有些生产过程或设备本身会产生或诱导一定的气体流动，带动有有些生产过程或设备本身会产生或诱导一定的气体流动，带动有害气体一起运动，如高温热源的对流气流、砂轮旋转的诱导气流等。对害气

28、体一起运动，如高温热源的对流气流、砂轮旋转的诱导气流等。对于这种情况，应尽可能把集气罩设在污染气流的前方，让它直接进入罩于这种情况，应尽可能把集气罩设在污染气流的前方，让它直接进入罩内。这类集气罩称接受罩。内。这类集气罩称接受罩。 热源上部的热射流主要有两种形式，热源上部的热射流主要有两种形式，一种是设备本身散发的热气流，如炼钢一种是设备本身散发的热气流，如炼钢电炉炉顶散发的热烟气；一种是高温设电炉炉顶散发的热烟气；一种是高温设备表面对流散热时形成的热射流。对于备表面对流散热时形成的热射流。对于前者必须实测确定。这里主要介绍热源前者必须实测确定。这里主要介绍热源上部热射流的流量计算方法。上部热

29、射流的流量计算方法。SH5 . 1mH10Q 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。若不断增大。若 热热 源源 的水平投影面积用的水平投影面积用 F 表表 示，当热示，当热 射射 流流 上上 升升 高高度度 ，或，或 时，称低悬罩。因上升高度较小，混入空气量较时，称低悬罩。因上升高度较小，混入空气量较少，可近似认为热射流的流量和横断面积少，可近似认为热射流的流量和横断面积S基本不变，其热射流起始流基本不变，其热射流起始流量量 可按下式计算可按下式计算3/120403. 0qHSQ （8.10） 0Q 式

30、中式中 射流初始流量，射流初始流量，m3/s； S热源的水平投影面积，热源的水平投影面积，m2； q热源水平面对流散热量，热源水平面对流散热量，kJ/s； H罩口离热源水平面的距离，罩口离热源水平面的距离，m。热源水平面对流散热量热源水平面对流散热量q可按下式计算可按下式计算360098. 825. 1STq（8.11） T式中式中 热源水平表面与周围空气温度差，热源水平表面与周围空气温度差，K。图图 8.11 热源上部件受罩热源上部件受罩SH5 . 1 当热射流上升高度当热射流上升高度 时，称高悬罩。时，称高悬罩。热射流的流量和横断面积会显著增大，则热射流在热射流的流量和横断面积会显著增大，

31、则热射流在不同上升高度上的流量、流速及热射流断面直径按不同上升高度上的流量、流速及热射流断面直径按下列公式计算（几何尺寸参看图下列公式计算（几何尺寸参看图8.11）3/15 . 121007. 8qzQz88. 045. 0zdz3/129. 051. 0qzvz（8.12） （8.13） （8.14） zQzvzdz02dHz式中式中 计算断面上热射流的流量；计算断面上热射流的流量； 计算断面上热射流横断面直径；计算断面上热射流横断面直径； 计算断面上热射流平均速度；计算断面上热射流平均速度； 极点至罩口距离，极点至罩口距离，m，如图，如图8.11所示。所示。 上述公式是把热源近似为点热源来

32、考虑的。当热源具有一定尺寸上述公式是把热源近似为点热源来考虑的。当热源具有一定尺寸时，可用外延法近似求得热射流极点，如图时，可用外延法近似求得热射流极点，如图8.11所示。于是，在上述公所示。于是，在上述公式中，式中， 。 在工程设计中，考虑横向气流的影响，接受罩的吸风量应大于罩在工程设计中，考虑横向气流的影响，接受罩的吸风量应大于罩口断面上的热射流流量，同时，接受罩的断面尺寸应大于罩口上热射口断面上的热射流流量，同时，接受罩的断面尺寸应大于罩口上热射流的尺寸。流的尺寸。对低悬罩，实际流量为对低悬罩，实际流量为SvQQ0（8.15） QSvv 式中式中 考虑横向气流影响的接受罩吸风量，考虑横向

33、气流影响的接受罩吸风量，m3/s； 考虑横向气流影响罩口扩大的面积，即实际罩口考虑横向气流影响罩口扩大的面积，即实际罩口 面积减去热射流断面积；面积减去热射流断面积； 罩口扩大的面积上气体吸入速度，罩口扩大的面积上气体吸入速度， 通常取通常取 0.50.75m/s。低悬罩的罩口尺寸按下式确定低悬罩的罩口尺寸按下式确定HdD8 . 0HAA8 . 01HBB8 . 01圆形：圆形： （8.16）矩形：矩形： （8.17）式中式中 D 罩口直径，罩口直径，m； A1、B1 分别为罩口的长和宽，分别为罩口的长和宽，m； d 热源水平投影直径，热源水平投影直径，m； A、B 热源水平投影尺寸，热源水平

34、投影尺寸，m。对高悬罩，实际流量为对高悬罩，实际流量为SvQQZ（8.18） 高悬罩罩口尺寸按下式确定高悬罩罩口尺寸按下式确定HdDz8 . 0（8.19） zd式中式中 热射流横断面直径，热射流横断面直径，m。 槽边集气罩槽边集气罩 槽边集气罩是外部集气罩的一种特殊形式，专门用于各种工业槽槽边集气罩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。目前常用的槽边集气罩有两种形式：平口式如图的污染控制。目前常用的槽边集气罩有两种形式：平口式如图8.12所示所示和条缝式，如图和条缝式，如图8.13所示。平口式槽边集气罩因吸气口不设法兰，吸气所示。平口式槽边集气罩因吸气口不设法兰，吸气范围

35、和吸气量大。但当靠墙布置时，如同设置了法兰边，吸气范围减少范围和吸气量大。但当靠墙布置时，如同设置了法兰边，吸气范围减少1/3，也相应减少了吸气量。条缝式的结构特点是截面高度，也相应减少了吸气量。条缝式的结构特点是截面高度E较大，较大，E250mm称高截面，称高截面，E250mm称低截面。增大截面高度，如同设置了称低截面。增大截面高度，如同设置了法兰边，可以减少吸气范围。因此，其排风量比平口小些。条缝口应保法兰边，可以减少吸气范围。因此，其排风量比平口小些。条缝口应保持较高的吸气速度，一般采用持较高的吸气速度，一般采用710m/s。条缝式槽边集气罩广泛用于电。条缝式槽边集气罩广泛用于电镀车间的

36、自动生产线上。镀车间的自动生产线上。图图 8.12 平口式双侧槽边集气罩平口式双侧槽边集气罩 图图 8.13 条缝式槽边集气罩条缝式槽边集气罩 条缝式槽边集气罩的布置可分为单侧和双条缝式槽边集气罩的布置可分为单侧和双侧两种，单侧适用于槽宽侧两种，单侧适用于槽宽B700mm，B700mm时用双侧。条缝式槽边集气罩有时还时用双侧。条缝式槽边集气罩有时还可按图可按图8.14的形式布置，称为周边型槽边集的形式布置，称为周边型槽边集气罩。气罩。图图 8.14 周边型槽边集气罩周边型槽边集气罩 条缝口上的速度分布是否均匀，对条缝式槽边集气罩的控制效果有条缝口上的速度分布是否均匀，对条缝式槽边集气罩的控制效

37、果有很大的影响，设计时采取如下措施：很大的影响，设计时采取如下措施： 很小条缝口面积（很小条缝口面积（f）和横断面积）和横断面积(S)之比，即通过增大条缝口阻力，之比，即通过增大条缝口阻力，促使速度均匀分布。促使速度均匀分布。f/S愈小，速度分别愈均匀。愈小，速度分别愈均匀。f/S0.3时可近似认为是时可近似认为是均匀的。均匀的。 槽长大于槽长大于1500mm时，可沿槽长方向分设时，可沿槽长方向分设2个或个或3个条缝集气罩。个条缝集气罩。采用图采用图8.15所示的楔形条缝口。楔形条缝的高度可近似按表所示的楔形条缝口。楔形条缝的高度可近似按表8.3确定。确定。图图 8.15 楔形条缝槽边集气罩楔

38、形条缝槽边集气罩表表 8.3 楔形条缝口高度的确定楔形条缝口高度的确定f / S0.51.0条缝末端高度 h11.3h01.4 h0条缝始端高度h20.7 h01.6 h0注：注：h0缝口平均高度，缝口平均高度，m条缝式槽边集气罩的排风量按下列公式计算：条缝式槽边集气罩的排风量按下列公式计算：高截面单侧排风量高截面单侧排风量 2 . 02ABABvQx（8.20） 低截面单侧排风量低截面单侧排风量 2 . 03ABABvQx（8.21） 高截面双侧排风量高截面双侧排风量 2 . 022ABABvQx（8.22） 低截面双侧排风量低截面双侧排风量 2 . 023ABABvQx（8.23） 高截面

39、周边排风量高截面周边排风量 257. 1DvQx （8.24） 低截面周边排风量低截面周边排风量 236. 2DvQx （8.25） xv 式中式中 A 槽长，槽长，m； B 槽宽，槽宽，m； D 圆槽直径，圆槽直径，m； 边缘控制点的控制风速，边缘控制点的控制风速，m/s。镀槽边。镀槽边 缘控制点的控制风速见文献缘控制点的控制风速见文献96附录附录5。吹吸式集气罩吹吸式集气罩 用吹吸式集气罩控制污染源的扩散，具有风量小、控制距离远、抗用吹吸式集气罩控制污染源的扩散，具有风量小、控制距离远、抗干扰性强和不影响工艺操作的特点。吹吸式集气罩是射流和汇流的组合，干扰性强和不影响工艺操作的特点。吹吸式

40、集气罩是射流和汇流的组合，其气流运动情况较复杂，目前国内外学者提出许多计算方法，但每种方其气流运动情况较复杂，目前国内外学者提出许多计算方法，但每种方法都有一定的假设条件和适用范围。下面介绍两种较有代表性的计算方法都有一定的假设条件和适用范围。下面介绍两种较有代表性的计算方法。法。 流量比法流量比法图图 8.16 吸气式集气罩示意图吸气式集气罩示意图1Q 日本学者林太郎把吸气式集气罩研究日本学者林太郎把吸气式集气罩研究中所应用的流量比概念扩展到吹吸式集气中所应用的流量比概念扩展到吹吸式集气罩，如图罩，如图8.16所示，吸风口的风量所示，吸风口的风量 为为kQQQQQQQaP102001 (8.

41、26) 0QPQ式中式中 吸风口吹风量，吸风口吹风量，m3/s； 污染气体量，污染气体量，m3/s；aQk002/QQQQQkaP 从周围吸入的空气量，从周围吸入的空气量，m3/s； 流量比，流量比， 。 1Q02/QQQkQkQk 在污染气流与吹出气流的接触过程中，污染气体分子会通过扩散和在污染气流与吹出气流的接触过程中，污染气体分子会通过扩散和边界层的局部涡流被卷入射流内部。因此，要使污染物不进入工作区，边界层的局部涡流被卷入射流内部。因此，要使污染物不进入工作区，必须把吹出气流从吸风口全部排除。在吹吸式集气罩运行过程中，随必须把吹出气流从吸风口全部排除。在吹吸式集气罩运行过程中，随 的逐

42、渐减少，被污染的吹出气流将由全部排除逐渐过渡到从罩口泄漏。的逐渐减少，被污染的吹出气流将由全部排除逐渐过渡到从罩口泄漏。即将发生泄漏时的即将发生泄漏时的 称为极限流量比，用称为极限流量比，用 表示。实验研究表明，表示。实验研究表明， 与罩的形状尺寸及污染气流的大小有关，通过实验结果整理，得出二与罩的形状尺寸及污染气流的大小有关，通过实验结果整理，得出二维吹吸式集气罩的维吹吸式集气罩的 计算式计算式18 . 551. 004. 013. 046. 025. 004 . 102 . 001 . 101 . 10bHvvbVbWbHkpQQk0bH式中式中 极限流量比；极限流量比； 吹风口高度，吹风

43、口高度，m； 吹、吸风口间距高度，吹、吸风口间距高度，m；WVpv0v 吸风口法兰边全高，吸风口法兰边全高，m； 吹风口法兰边全高，吹风口法兰边全高，m; 污染气流的流速，污染气流的流速，m/s； 吹风口出口流速，吹风口出口流速，m/s。01bb0bW0bV0bHQk上式适用于上式适用于0.5 10、2 50、1 80、0 30。对不同形式的工艺。对不同形式的工艺设备，吹吸式集气罩的设备，吹吸式集气罩的 计算式详见文献计算式详见文献96。 设计时应考虑一安全系数设计时应考虑一安全系数m，此时流量比为，此时流量比为QQDkabmkk0011 . 1（8.28） 0a 式中式中 吹风口高度，吹风口

44、高度，m。吹风量吹风量0000vbaQ （8.29） 吸风口排风量吸风口排风量DkQQ101（8.30） Dk式中式中 设计流量比。设计流量比。Lv2)临界断面法临界断面法 吹吸气流是由射流和汇流两股气流合成的，射流速度随吹气口距离增加吹吸气流是由射流和汇流两股气流合成的，射流速度随吹气口距离增加而逐渐减小，而汇流的速度随着对吸气口的靠近而迅速增加。因此，吹吸气口之而逐渐减小，而汇流的速度随着对吸气口的靠近而迅速增加。因此，吹吸气口之间必然存在一个射流和汇流控制能力均弱的界面，称此界面为临界断面，如图间必然存在一个射流和汇流控制能力均弱的界面，称此界面为临界断面，如图8.17所示。吹吸气流的临

45、界断面一般处在所示。吹吸气流的临界断面一般处在x/H0.60.8之间，吸气口的控制作之间，吸气口的控制作用主要发生在临界断面之后。从控制污染物外逸的角度出发，临界断面的气流速用主要发生在临界断面之后。从控制污染物外逸的角度出发，临界断面的气流速度（称为临界速度度（称为临界速度 ）应取）应取12m/s或更大些，并且要大于污染物的扩散速度。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，吹气口高度应大于为防止吹气口堵塞，吹气口高度应大于5mm，而吸气口高度应大于，而吸气口高度应大于50mm，设，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计槽边吹吸罩时，为防止液面波动，吹气口气

46、流速度应限制在10m/s以下。以下。图图 8.17 临界断面法示意图临界断面法示意图由临界断面法设计吹吸罩的计算公式如下由临界断面法设计吹吸罩的计算公式如下临界断面位置临界断面位置 KHx （8.31） 吹气口吹风量吹气口吹风量 20000/vvHaKQL（8.32） 吸气口排风量吸气口排风量 LvHaKQ111（8.33） 吹气口高度吹气口高度 2000/vvHKbL（8.34） 吸气口高度吸气口高度 HKb21（8.35） H0a1aLv0v 式中式中 吹气口至吸气口距离，吹气口至吸气口距离，m； 吹气口宽度，吹气口宽度，m； 吸气口宽度，吸气口宽度，m； 临界速度，一般取临界速度，一般取

47、12m/s； 吹气口上气流平均速度，一般取吹气口上气流平均速度，一般取810m/s；K0K1K2K 、 、 、 系数，由表系数，由表8.4查取。表中数值是在紊流系数查取。表中数值是在紊流系数a0.2的的条件下得出的。条件下得出的。几种典型集气罩的设计排风量举例几种典型集气罩的设计排风量举例 由于生产工艺千差万别，所以集气罩的形式也多种多样。为便于实际由于生产工艺千差万别，所以集气罩的形式也多种多样。为便于实际应用，现将几种典型集气罩的设计排风量列于表应用，现将几种典型集气罩的设计排风量列于表8.5中。中。表表 8.4 临界断面法有关系数法临界断面法有关系数法K0K1K2K吸入气流夹角吸入气流夹

48、角扁平射流扁平射流两面扩张两面扩张3/20.8031.1620.7360.3040.7601.0730.6860.2835/60.7351.0220.6570.2722/30.7060.9550.6260.258/20.6720.8780.6200.107一面扩张一面扩张/20.7600.5370.3450.1423/20.8700.6600.4000.1650.8320.6140.3860.1588.2除尘系统的管道设计除尘系统的管道设计 除尘系统各组成部分离不开管道的连接。管道设计计算的目的是：在保除尘系统各组成部分离不开管道的连接。管道设计计算的目的是：在保证要求的风量分配前提下，合理地

49、确定管道布置和尺寸，使系统的初始投资和证要求的风量分配前提下，合理地确定管道布置和尺寸，使系统的初始投资和运行费用最省。除尘系统的管道设计的主要内容有管内气体流动的压力损失计运行费用最省。除尘系统的管道设计的主要内容有管内气体流动的压力损失计算、管道计算、风压平衡计算、除尘设备的选择设计和通风机选型计算等。算、管道计算、风压平衡计算、除尘设备的选择设计和通风机选型计算等。8.2.1管内气体流动的压力损失计算管内气体流动的压力损失计算 管内气体流动的压力损失（又称阻力）有两种。一种是由于空气本身的管内气体流动的压力损失（又称阻力）有两种。一种是由于空气本身的黏性及其与管壁间的摩擦而产生的压力损失

50、，称为摩擦压损或沿程压损；另一黏性及其与管壁间的摩擦而产生的压力损失，称为摩擦压损或沿程压损；另一种是气体流经管道中某些局部构件时，由于流速的大小和方向改变以及产生涡种是气体流经管道中某些局部构件时，由于流速的大小和方向改变以及产生涡流造成比较集中的能量损失，称为局部压损。流造成比较集中的能量损失，称为局部压损。根据第一章空气动力学的介绍，气流在直圆管中的摩擦压力损失为根据第一章空气动力学的介绍，气流在直圆管中的摩擦压力损失为22vdlPl（8.36） lPl式中式中 摩擦压力损失，摩擦压力损失，Pa； 压力损失系数；压力损失系数； 管长，管长，m； dv 管径，管径，m； 气体密度，气体密度

51、，kg/m3； 气流速度，气流速度，m/s。对于非圆形管道，式（对于非圆形管道，式（8.36）可写成）可写成242vRlPl（8.37） R 式中式中 管道水力半径，管道水力半径，m。它是指流体流经直管断面时，。它是指流体流经直管断面时，流体的断面积流体的断面积A与润湿周边与润湿周边x之比。其计算式为之比。其计算式为xAR/（8.38） mR圆形管道单位长度的压力损失，简称比压损圆形管道单位长度的压力损失，简称比压损 为为22vdRm（8.39） 式中，摩擦阻力（沿程阻力）系数式中，摩擦阻力（沿程阻力）系数 可按目前得到广泛采用的克里布洛可按目前得到广泛采用的克里布洛克（克（Colebrook

52、）公式计算）公式计算2/12/151. 27 . 3/lg21eRdk（8.40） 上式中的粗糙度上式中的粗糙度k按表按表1.3确定。确定。 在工程设计中，为了避免繁琐的计算，可根据式（在工程设计中，为了避免繁琐的计算，可根据式（8.39）和式（）和式（8.40）制成各）制成各种形式的计算表和线解图。这些图表很多都是在某些特定的条件下做出的，选用种形式的计算表和线解图。这些图表很多都是在某些特定的条件下做出的，选用时必须注意适用条件。其修正方法可参考文献时必须注意适用条件。其修正方法可参考文献99。为设计方便，这里直接给。为设计方便，这里直接给出常用管材的摩擦阻力系数出常用管材的摩擦阻力系数

53、，见表，见表8.6。表表 8.6 管壁摩擦阻力系数管壁摩擦阻力系数 管道材料管道材料玻璃、黄铜、铜制新管新铜管（焊接）使用1年后的新管镀锌铜管薄钢板、很光滑的水泥管污秽铜管0.0230.040.090.10.020.080.120.10.20.750.9橡皮软管松木或桦木胶合板木管用水泥涂抹的管道水泥混砂砌砖管道混凝土涵道0.010.030.060.080.090.10.050.10.0450.20.0450.2局部压力损失在管道系统中通常占有很大比例，其计算是为局部压力损失在管道系统中通常占有很大比例，其计算是为22vPm（8.41） 式中式中 局部阻力系数；局部阻力系数； 其他符号意义同前

54、。其他符号意义同前。 局部阻力系数局部阻力系数 通常是通过实验确定的。实验时，先测出异型管件前后的全通常是通过实验确定的。实验时，先测出异型管件前后的全压差，再除以相应的动压，即可得压差，再除以相应的动压，即可得 值。各种管件的局部阻力系数在有关设计值。各种管件的局部阻力系数在有关设计手册中可以查到。图手册中可以查到。图8.18和表和表8.7、表、表8.8列出了部分管件的列出了部分管件的 值。值。8.2.2管道计算管道计算 管道计算的目的主要是确定管道直径和系统的压力损失，并由系统的总管道计算的目的主要是确定管道直径和系统的压力损失，并由系统的总风量和总压损选择适当的风机和电机。风量和总压损选

55、择适当的风机和电机。8.2.2.1管道选择计算管道选择计算 在已知管内流量和流速的前提下，管道内径可按下式计算在已知管内流量和流速的前提下，管道内径可按下式计算vQd/88. 1（8.42） 式中式中 d 管径，管径，m; Q 体积流量，体积流量，m3/s； v 管道内平均风速，管道内平均风速，m/s。 为防止粉尘堵塞管道，式（为防止粉尘堵塞管道，式（8.42）的管径）的管径d计算值不能小于表计算值不能小于表8.9所规定的所规定的最小管径。为避免粉尘在管道中的沉积，式（最小管径。为避免粉尘在管道中的沉积，式（8.42）中风速的选择应不低于表）中风速的选择应不低于表8.10所给出的最低风速。所给

56、出的最低风速。表表 8.9 除尘系统最小管径除尘系统最小管径粉尘种类最小管径微粒粉尘 80较粗粉尘 100可能含有大块物料的混合粉尘 200图图 8.18 合流三通局部阻力系合流三通局部阻力系数与流量比的关系数与流量比的关系表表 8.7 部分管道构件局部阻力系数表部分管道构件局部阻力系数表 表表 8.10 除尘系统管道内最低风速（除尘系统管道内最低风速（m/s）粉尘种类垂直管水平管粉尘种类垂直管水平管粉状粘土和砂1113干细粉1113耐火泥1417湿土（20%） 1518黏土1316铜、铁尘末1518重矿粉尘16181823水泥粉尘8121822轻矿粉尘1214石棉粉尘8121622煤灰101

57、2锯屑、刨屑1214铜、铁屑1923大块干木屑1415灰土砂尘1618大块湿木屑1820干微尘810氧化锌、铝烟尘7101214染料粉尘14161618谷物尘1012砂子、铸模土1720麻、短纤维尘812表表 8.11 除尘系统管道壁厚选取（除尘系统管道壁厚选取（mm）管径管壁厚度85001.525001500231500200035铸铁管1012 除尘风管的选材有多种，可采用热轧无缝钢管、不镀锌水煤气输送钢管、除尘风管的选材有多种，可采用热轧无缝钢管、不镀锌水煤气输送钢管、直缝电焊钢管、铸铁管等。若选用钢管，管壁厚度可按表直缝电焊钢管、铸铁管等。若选用钢管，管壁厚度可按表8.11确定。当有腐

58、蚀性确定。当有腐蚀性气体时，应考虑防腐，当粉尘粒径较大或磨损性较强时，应适当增加管壁厚度或气体时，应考虑防腐，当粉尘粒径较大或磨损性较强时，应适当增加管壁厚度或采取防磨措施。采取防磨措施。 管道的布置要尽量减少弯头的数目，以简化系统布局、减少阻力。弯头连管道的布置要尽量减少弯头的数目，以简化系统布局、减少阻力。弯头连接要求弯管有一定的曲率半径，除了空间受局限外，转弯半径一般取管道直径的接要求弯管有一定的曲率半径，除了空间受局限外，转弯半径一般取管道直径的1.52.5倍。对于矩形弯头，其宽度应大于厚度。弯头连接如图倍。对于矩形弯头，其宽度应大于厚度。弯头连接如图8.19所示。所示。 支管与主管的

59、连接（三通），应从上面或侧面接入，三通管的夹角最好为支管与主管的连接（三通），应从上面或侧面接入，三通管的夹角最好为30，最大不宜超过，最大不宜超过45。 直管的管径改变，应设渐扩管或减缩管，渐扩管或减缩管的长度应为管道直管的管径改变，应设渐扩管或减缩管，渐扩管或减缩管的长度应为管道直径差的直径差的5 倍以上。倍以上。8.2.2.2并联管道风压平衡计算并联管道风压平衡计算 对于并联管道，两支管的风量是按工艺要求确定的，若两支管的压差不等，对于并联管道，两支管的风量是按工艺要求确定的，若两支管的压差不等，当风机运行时，势必导致风量重新分配，使工作时的风量与设计风量发生偏差。当风机运行时，势必导致

60、风量重新分配，使工作时的风量与设计风量发生偏差。在满足设计风量的前提下，尽可能使两支管在满足设计风量的前提下，尽可能使两支管a和和b的压差接近或相等（压力损失平的压差接近或相等（压力损失平衡）。其压力差应满足：衡）。其压力差应满足：%10abappp（8.43） apbp 式中式中 支管支管a的压差，的压差，Pa; 支管支管b的压差，的压差，Pa。 否则，必须采用调整管径或设阀门的调阻方法。调整管径平衡压力，可按否则，必须采用调整管径或设阀门的调阻方法。调整管径平衡压力，可按下式计算下式计算 225. 02112ppdd（8.44） 2d1d1p2p 式中式中 调整前的管径，调整前的管径，m；