集气罩及管道设计.

1、1集集 气气 罩罩 及及 管管 道道 设设 计计 2主要内容主要内容l通风排气系统设计的基本内容通风排气系统设计的基本内容 通风排气系统的分类通风排气系统的分类 局部排气系统局部排气系统 全面通风系统全面通风系统 事故排气系统事故排气系统l集气罩的设计集气罩的设计 集气罩罩口气流运动的规律集气罩罩口气流运动的规律 集气罩的基本形式集气罩的基本形式 集气罩的主要性能集气罩的主要性能 集气罩的设计方法集气罩的设计方法 l管道系统的设计管道系统的设计 管道内气体流动的压力损失和压力分布管道内气体流动的压力损失和压力分布 管道计算管道计算 管道布置与部件管道布置与部件 管道的保温及防爆措施管道的保温及

2、防爆措施 38.1 通风排气系统设计的基本内容通风排气系统设计的基本内容 用通风的方法改善车间空气环境，简单地说，就是在局部地点或整个车用通风的方法改善车间空气环境，简单地说，就是在局部地点或整个车间把不符合卫生标准的污浊空气排至室外，把新鲜空气或经过净化符合间把不符合卫生标准的污浊空气排至室外，把新鲜空气或经过净化符合卫生标准要求的空气送入室内。前者称为卫生标准要求的空气送入室内。前者称为排风排风，后者称为，后者称为进风进风。 防止工业有害物污染室内空气在有效的方法是：在有害物产生地点直接防止工业有害物污染室内空气在有效的方法是：在有害物产生地点直接把它们捕集起来，经过净化处理，排至室外。这

3、种通风方法称为把它们捕集起来，经过净化处理，排至室外。这种通风方法称为局部排局部排风风。局部排风系统需要的风量小、效果好，设计时要优先考虑。局部排风系统需要的风量小、效果好，设计时要优先考虑。 如果受如果受生产条件限制，有害物排放源不固定等原因，不能采用局部排风，或者生产条件限制，有害物排放源不固定等原因，不能采用局部排风，或者采用局部排风后，室内有害物浓度仍超过卫生标准，在这种情况下可以采用局部排风后，室内有害物浓度仍超过卫生标准，在这种情况下可以采用采用全面通风全面通风。全面通风是对整个车间进行通风换气。全面通风是对整个车间进行通风换气。本章只简单介绍全面通风的一般原理，详细讨论局部排风系

4、统的有关组本章只简单介绍全面通风的一般原理，详细讨论局部排风系统的有关组成部分的结构和通风排气系统的设计计算问题。成部分的结构和通风排气系统的设计计算问题。 48.1.1 通风排气系统的分类通风排气系统的分类 按照通风排气量的大小来划分，有局部排气系统、全面排气系统和事故排按照通风排气量的大小来划分，有局部排气系统、全面排气系统和事故排气系统三种。它们的处理风量依次递增。按照通风动力的不同，可以分为气系统三种。它们的处理风量依次递增。按照通风动力的不同，可以分为机械通风机械通风和和自然通风自然通风二种。二种。8.1.2 局部排气系统局部排气系统空气污染物能够在车间内扩散，原因是污染物可以依附于

5、气流运动而扩散。空气污染物能够在车间内扩散，原因是污染物可以依附于气流运动而扩散。对于生产过程散发到车间空气中的污染物，只要控制住室内二次气流的运对于生产过程散发到车间空气中的污染物，只要控制住室内二次气流的运动，就可以控制污染物的扩散和飞扬，从而达到改善车间内外空气环境质动，就可以控制污染物的扩散和飞扬，从而达到改善车间内外空气环境质量的目的。这就是采用局部排气通风方法控制污染物扩散的依据。量的目的。这就是采用局部排气通风方法控制污染物扩散的依据。控制空气污染物在车间内外扩散的局部通风方法，简单地说，就是在局部控制空气污染物在车间内外扩散的局部通风方法，简单地说，就是在局部污染源设置集气罩，

6、把污染空气捕集起来并经净化后排至室外，这是生产污染源设置集气罩，把污染空气捕集起来并经净化后排至室外，这是生产车间控制空气污染的最有效、最常用的方法。车间控制空气污染的最有效、最常用的方法。5 图图81 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；集气罩；2风管；风管；3净化设备；净化设备；4风机；风机；5烟囱烟囱6（1）局部排气净化系统的组成）局部排气净化系统的组成 局部排气净化系统由集气罩、风管、净化设备、通风机和烟囱五个部分局部排气净化系统由集气罩、风管、净化设备、通风机和烟囱五个部分组成。组成。 集气罩集气罩 集气罩是用以捕集污染气流的。其性能对净化系统的技术经济指标有直集

7、气罩是用以捕集污染气流的。其性能对净化系统的技术经济指标有直接影响。由于污染源设备结构和生产操作工艺的不同，集气罩的形式是接影响。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。多种多样的。 风管风管 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。部件连成一个整体。 7 净化设备净化设备 为了防止大气污染，当排气中污染物含量超过排放标准时，必须采用净化设为了防止大气污染，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，达到排放标准后，才能排人大气。备进行处理，达到排放标

8、准后，才能排人大气。 通风机通风机 通风机是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，通常通风机是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后面。把风机设在净化设备后面。 烟囱烟囱 烟囱是净化系统的排气装置。由于净化后烟气中仍含有一定量的污染物，这烟囱是净化系统的排气装置。由于净化后烟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、悬浮或沉降到地面。为了保证污染物的地面些污染物在大气中扩散、稀释、悬浮或沉降到地面。为了保证污染物的地面浓度不超过环境空气质量标准，烟囱必须具有一定高度。浓度不超过环境空气质量标准，烟囱必须具有一定高度。l为了满

9、足系统正常运行的需要，应针对处理污染物的特性，完成局部排气系为了满足系统正常运行的需要，应针对处理污染物的特性，完成局部排气系统上述五个组成部分的设计。统上述五个组成部分的设计。8（2）局部排气净化系统的设计）局部排气净化系统的设计 集气罩设计集气罩设计 集气罩设计内容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集气罩设计内容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。本章后面将要详细介绍。容。本章后面将要详细介绍。输送管道系统设计输送管道系统设计 输送管道系统设计主要包括管道布置、管内气体流速确定、管径选择、压力输送管道系统设计主要包括管道布置、管内气体流速确定、管径选择

10、、压力损失计算及通风机选择等内容。本章后面将要详细介绍。损失计算及通风机选择等内容。本章后面将要详细介绍。净化设备选择或设计净化设备选择或设计 各种净化设备选择或设计在本课程的前面已经介绍过了，概括起来一般按以各种净化设备选择或设计在本课程的前面已经介绍过了，概括起来一般按以下程序进行：下程序进行： 工程调查、认真收集有关资料、全面考虑影响设备性能的各种因素；工程调查、认真收集有关资料、全面考虑影响设备性能的各种因素；9 根据排放标准和生产要求，计算需要达到的净化效率；根据排放标准和生产要求，计算需要达到的净化效率； 根据污染物性质和操作条件确定净化方法和决定净化设备根据污染物性质和操作条件确

11、定净化方法和决定净化设备的选择范围；的选择范围； 对设备的技术指标和经济指标进行全面比较，选定最适宜对设备的技术指标和经济指标进行全面比较，选定最适宜的净化装置；的净化装置； 确定净化设备的型号规格及运行参数。确定净化设备的型号规格及运行参数。排放烟囱设计排放烟囱设计 排放烟囱设计如第四章所介绍，主要内容包括结构尺寸及工艺排放烟囱设计如第四章所介绍，主要内容包括结构尺寸及工艺参数参数(烟囱高度、出口直径、喷出速度等烟囱高度、出口直径、喷出速度等)设计。设计。108.1.3 全面通风系统全面通风系统n全面通风也称稀释通风，它一方面用清洁空气稀释室内空气中的有害物全面通风也称稀释通风，它一方面用清

12、洁空气稀释室内空气中的有害物浓度，同时不断地把污染空气排至室外，使室内空气中有害物浓度不超浓度，同时不断地把污染空气排至室外，使室内空气中有害物浓度不超过卫生标准的规定。过卫生标准的规定。n全面通风的效果不仅与通风量有关，而且与通风气流的组织有关。合理全面通风的效果不仅与通风量有关，而且与通风气流的组织有关。合理地组织气流很重要。地组织气流很重要。方案一方案一方案二方案二：人的工作位置：人的工作位置：有害物质发生位置：有害物质发生位置11（1） 全面通风量的确定全面通风量的确定室内有害物浓度随通风时间的变化规律室内有害物浓度随通风时间的变化规律 通过理论推导，可以求得通风量一定时，任意时刻室内

13、的有害物浓度的计算通过理论推导，可以求得通风量一定时，任意时刻室内的有害物浓度的计算公式。（工业通风公式。（工业通风 孙一坚主编，中国建筑工业出版社）孙一坚主编，中国建筑工业出版社） 室内有害物浓度随通风时间的变化按指数规律增加或减少。室内有害物浓度随通风时间的变化按指数规律增加或减少。稳定状态下全面通风量的计算公式稳定状态下全面通风量的计算公式 稳定状态下全面通风量可根据有害物的容许浓度、消除余热、消除余湿等三稳定状态下全面通风量可根据有害物的容许浓度、消除余热、消除余湿等三个公式进行计算，个公式进行计算， 容许浓度的计算容许浓度的计算公式为：公式为： 式中：式中：Q需要的全面通风量需要的全

14、面通风量,m3/s； q有害物散发量，有害物散发量，g/s； Cu排放时有害物浓度，排放时有害物浓度，mg/m3； C0通风流体的本底浓度，通风流体的本底浓度，mg/m3。0CCqQu12 消除余热的计算消除余热的计算公式为：公式为： 式中：式中：Q需要的全面通风量需要的全面通风量,m3/s； R室内余热量，室内余热量，KJ/s； tP排放空气温度，排放空气温度，； t0进入空气温度，进入空气温度，； Cp空气的质量比热，其值为空气的质量比热，其值为1.01KJ/Kg 消除余湿的计算消除余湿的计算公式为：公式为： 式中：式中：Q需要的全面通风量需要的全面通风量,m3/s； W余湿量，余湿量，g

15、/s； dP排放空气的含湿量，排放空气的含湿量，g/Kg干空气；干空气； d 进入空气的含湿量，进入空气的含湿量，g/Kg干空气。干空气。0ttCRQPPddWQP13安全系数安全系数 实际上，室内有害物浓度的分布及通风气流是不可能非常均匀的；混合过程实际上，室内有害物浓度的分布及通风气流是不可能非常均匀的；混合过程也不可能在瞬时完成；即使室内平均有害物浓度符合卫生标准，有害物源附也不可能在瞬时完成；即使室内平均有害物浓度符合卫生标准，有害物源附近空气中的有害物浓度仍然会比室内平均浓度高得多。为了保证有害物源附近空气中的有害物浓度仍然会比室内平均浓度高得多。为了保证有害物源附近工人呼吸带的有害

16、物浓度控制在容许值以下，实际所需的全面通风量要比近工人呼吸带的有害物浓度控制在容许值以下，实际所需的全面通风量要比公式的计算值大得多。因此需要引入一个安全系数公式的计算值大得多。因此需要引入一个安全系数K。 即全面通风量的计算应为：即全面通风量的计算应为： 式中符号含义同前。式中符号含义同前。 安全系数安全系数K要考虑多方面的因素，如有害物的毒性，有害物源的分布及其散要考虑多方面的因素，如有害物的毒性，有害物源的分布及其散发的不均匀性，室内气流组织及通风的有效性等。按经验在发的不均匀性，室内气流组织及通风的有效性等。按经验在310范围内，范围内，国外文献资料建议，进行全面通风时国外文献资料建议

17、，进行全面通风时K值应不小于值应不小于6。 0CCqKQu14 (2) 全面通风量计算的原则全面通风量计算的原则 同时散发数种有害物时，全面通风量应分别计算稀释到卫生标准浓度以下的同时散发数种有害物时，全面通风量应分别计算稀释到卫生标准浓度以下的各有害物所需的风量，然后取最大值。各有害物所需的风量，然后取最大值。 当散发到室内的有害物量无法具体计算时，全面通风量可按类似房间换气次当散发到室内的有害物量无法具体计算时，全面通风量可按类似房间换气次数值进行计算，换气次数就是全面通风量与房间体积的比值，（次数值进行计算，换气次数就是全面通风量与房间体积的比值，（次/h），各），各种房间的换气次数，可

18、从有关的资料中查得。种房间的换气次数，可从有关的资料中查得。 (3)全面通风量计算的特殊规定全面通风量计算的特殊规定 根据卫生标准的规定，当数种溶剂（苯及其同系物或醇类、醋酸类）的蒸气，根据卫生标准的规定，当数种溶剂（苯及其同系物或醇类、醋酸类）的蒸气，或者数种刺激性气体（三氧化二硫、三氧化硫或氟化氢及其盐类等），同时或者数种刺激性气体（三氧化二硫、三氧化硫或氟化氢及其盐类等），同时在室内散发时，由于它们对人体的作用是相同的，全面通风量应按各种气体在室内散发时，由于它们对人体的作用是相同的，全面通风量应按各种气体分别稀释到卫生标准浓度以下所需的风量的总和计算。分别稀释到卫生标准浓度以下所需的风

19、量的总和计算。 15 (4) 送排风方式送排风方式 气流组织形式气流组织形式 全面通风的效果与通风房间气流组织有关，一般房间气流组织的形式有：上全面通风的效果与通风房间气流组织有关，一般房间气流组织的形式有：上送下排、下送上排和中间送上下排等多种形式。设计时，要根据有害物源的送下排、下送上排和中间送上下排等多种形式。设计时，要根据有害物源的布置、操作位置、有害物的性质以及浓度分布等情况才能决定。布置、操作位置、有害物的性质以及浓度分布等情况才能决定。 选择气流组织形式的原则选择气流组织形式的原则 排风口尽量靠近有害源或者有害物质浓度高的区域；排风口尽量靠近有害源或者有害物质浓度高的区域； 送风

20、口尽量靠近操作地点；送风口尽量靠近操作地点； 尽量使进风气流均匀分布，减少涡流，避免有害物质在局部地区积聚。尽量使进风气流均匀分布，减少涡流，避免有害物质在局部地区积聚。 工程设计中通常采用的气流组织形式工程设计中通常采用的气流组织形式 如果散发的有害气体温度比周围空气高，采用下进上排方式；如果散发的有害气体温度比周围空气高，采用下进上排方式； 没有热气流，散发的有害气体密度比周围空气小，采用下进上排方式；没有热气流，散发的有害气体密度比周围空气小，采用下进上排方式； 散发的有害气体密度比周围空气大，采用下、上排中间进风方式；散发的有害气体密度比周围空气大，采用下、上排中间进风方式；168.1

21、.4 事故通风事故通风 当生产设备发生偶然事故或者故障时，会突然散发大量有害气体或者有爆炸当生产设备发生偶然事故或者故障时，会突然散发大量有害气体或者有爆炸性气体，这样的生产车间应该设置事故排风，以备急需时使用。性气体，这样的生产车间应该设置事故排风，以备急需时使用。（1）事故通风量的确定）事故通风量的确定 事故排风所必须的换气量应由事故通风系统和经常使用的排风系统共同保证。事故排风所必须的换气量应由事故通风系统和经常使用的排风系统共同保证。当有害气体的最高容许浓度大于当有害气体的最高容许浓度大于5mg/m3时，换气次数不应小于：时，换气次数不应小于：车间高度在车间高度在6m及及6m以下，以下

22、，8次次/h；车间高度在车间高度在6m以上，以上，5次次/h。当有害气体的最高容许浓度小于或等于当有害气体的最高容许浓度小于或等于5mg/m3时，应在上述的换气次数的基时，应在上述的换气次数的基础上乘以础上乘以1.5。17（2）设置事故通风的注意事项）设置事故通风的注意事项事故排风排出的气体不设专门的进风系统去加以补偿；事故排风排出的气体不设专门的进风系统去加以补偿；排出的气体一般不进行净化或其它处理；排出的气体一般不进行净化或其它处理；排出剧毒的有害物时，排放高度应该大于排出剧毒的有害物时，排放高度应该大于15m，并采取，并采取必要的化学处理措施；必要的化学处理措施；事故通风设施必须设置在有

23、害物散发的地点，其控制措事故通风设施必须设置在有害物散发的地点，其控制措施（如风机开关等）应分布安装在室内和室外便于操作施（如风机开关等）应分布安装在室内和室外便于操作的位置。的位置。 188.2 集集 气气 罩罩 n在生产车间设置集气罩的目的就是要通过集气罩罩口来控制污染气流的运在生产车间设置集气罩的目的就是要通过集气罩罩口来控制污染气流的运动，来控制工业有害物在室内的扩散和传播。集气罩的性能对局部排气系动，来控制工业有害物在室内的扩散和传播。集气罩的性能对局部排气系统的技术经济指标有直接影响。统的技术经济指标有直接影响。n设计完善的集气罩能在不影响生产工艺和生产操作的前提下，用较小的排设计

24、完善的集气罩能在不影响生产工艺和生产操作的前提下，用较小的排气量获得最佳的效果，保证工作区有害物浓度不超过卫生标准的规定。气量获得最佳的效果，保证工作区有害物浓度不超过卫生标准的规定。n本节主要介绍集气罩罩口的气流运动规律和集气罩的设计计算方法。本节主要介绍集气罩罩口的气流运动规律和集气罩的设计计算方法。8.2.1 集气罩罩口气流运动的规律集气罩罩口气流运动的规律集气罩罩口气流的运动状态直接影响集气罩的性能，集气罩罩口气流运动集气罩罩口气流的运动状态直接影响集气罩的性能，集气罩罩口气流运动的规律是集气罩设计必须了解的基础知识之一。的规律是集气罩设计必须了解的基础知识之一。研究集气罩罩口气流运动

25、的规律对于有效捕集污染物是十分重要的。集气研究集气罩罩口气流运动的规律对于有效捕集污染物是十分重要的。集气罩罩口气流运动方式有两种：一种是吸气口气流的吸入流动；另一种是吹罩罩口气流运动方式有两种：一种是吸气口气流的吸入流动；另一种是吹气口气流的吹出流动。气口气流的吹出流动。 19（1） 吸入气流吸入气流汇流与点汇汇流与点汇 当吸气口吸气时，在吸气口附近形成负压，周围当吸气口吸气时，在吸气口附近形成负压，周围空气从四面八方流向吸气口，形成吸入气流或空气从四面八方流向吸气口，形成吸入气流或汇流。当吸气口面积很小时可视为点汇汇流。当吸气口面积很小时可视为点汇等速面等速面 吸气口外速度相等的点的集合，

26、或者吸气口外速吸气口外速度相等的点的集合，或者吸气口外速度相等的点形成的空间曲面。度相等的点形成的空间曲面。 根据物质不灭定律，通过每个等速面的吸气量相根据物质不灭定律，通过每个等速面的吸气量相等，都等于等速面的面积乘以该等速面上的气等，都等于等速面的面积乘以该等速面上的气流速度。流速度。 图图82 点汇气流流动情况点汇气流流动情况 20 吸气口气流速度分布图吸气口气流速度分布图 图图 83 图图84 四周无边圆形吸气口的速度分布图四周无边圆形吸气口的速度分布图 四周有边圆形吸气口的速度分布图四周有边圆形吸气口的速度分布图21吸气口气流速度分布的特点吸气口气流速度分布的特点 吸气口气流速度分布

27、具有以下三个特点：吸气口气流速度分布具有以下三个特点： 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倍吸气口直径倍吸气口直径d处已接近为处已接近为球面；球面； 吸气口气流速度衰减较快，当吸气口气流速度衰减较快，当Xd1时，该点气流速度大时，该点气流速度大约降至吸气口流速的约降至吸气口流速的7.5； 对于结构一定的吸气口，不论吸气口风速大小如何，其等速对于结构一定的吸气口，不论吸气口风速大小如何，其等速面形状大致相同。而吸气口结构形式不同，其气流衰减规律也面形状大致相同。而吸气

28、口结构形式不同，其气流衰减规律也不同。不同。 22（2）吹出气流）吹出气流 空气从吹气口吹出时，在空间形成的一股气流称为吹出气流或空气从吹气口吹出时，在空间形成的一股气流称为吹出气流或射流。射流。吹出气流的类型吹出气流的类型 吹出口可以是圆形、矩形和扁矩形。吹出口可以是圆形、矩形和扁矩形。 按吹出口形状可以将射流分为圆射流和扁射流；按吹出口形状可以将射流分为圆射流和扁射流； 根据空间界壁对射流的约束条件，射流可分为自由射流和受限根据空间界壁对射流的约束条件，射流可分为自由射流和受限射流；射流； 按射流内部温度的变化情况可分为等温射流和非等温射流。按射流内部温度的变化情况可分为等温射流和非等温射

29、流。23等温圆射流等温圆射流 等温圆射流又称等温自由射流，等温自由射流是自由射流中的常见流型。等温圆射流又称等温自由射流，等温自由射流是自由射流中的常见流型。其结构如图其结构如图85。 极点极点 边境面是圆锥面边境面是圆锥面 射流核心段射流核心段 射流起始段射流起始段 过渡断面过渡断面 射流基本段射流基本段 图图85 射流结构示意图射流结构示意图 在集气罩设计中常用到的等温圆射流和扁射流的设计参数计算公式列于在集气罩设计中常用到的等温圆射流和扁射流的设计参数计算公式列于教材教材P509510的表的表13-1中。中。24等温自由射流特征等温自由射流特征 射流边缘有卷吸周围空气的作用，这主要是由于

30、湍流动量交换引起的。射流边缘有卷吸周围空气的作用，这主要是由于湍流动量交换引起的。 由于射流边缘的卷吸作用，射流断面不断扩大，其扩散角由于射流边缘的卷吸作用，射流断面不断扩大，其扩散角约为约为1520。射流流量随射流长度增加而增大。射流流量随射流长度增加而增大。 射流核心段呈锥形不断缩小。对于扁射流，射流核心段呈锥形不断缩小。对于扁射流，x/2b0=2.5以前为核心段。以前为核心段。 核心段以后，射流速度逐渐下降。射流各断面的速度值虽不同，但其无因次核心段以后，射流速度逐渐下降。射流各断面的速度值虽不同，但其无因次速度分布相似。速度分布相似。 射流中的静压与周围静止空气的压强相同。射流中的静压

31、与周围静止空气的压强相同。 射流各断面动量相等。射流各断面动量相等。 射流主体段的断面速度分布不是均匀的。射流主体段的断面速度分布不是均匀的。25图图86 吹出气流与吸人气流吹出气流与吸人气流 26吸入气流与吹出气流主要差异吸入气流与吹出气流主要差异 吸入气流与吹出气流的差异主要有以下两点：吸入气流与吹出气流的差异主要有以下两点： 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；吸入气体的等速面为椭球面，通过各等速面的流量相等，并等于吸入口的流量。体的等速面为椭球面，通过各等速面的流量相等，并等于吸入口的流量。 射流轴线

32、上的速度基本上与射程成反比，而吸气区内气流速度与距吸气口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吸气口的距离的平方成反比。所以吸气口能量衰减很快，其作用范围较小。的距离的平方成反比。所以吸气口能量衰减很快，其作用范围较小。 吹出气流在较远处仍能保持其能量密度，吸入气流则在离吸气口不远处其吹出气流在较远处仍能保持其能量密度，吸入气流则在离吸气口不远处其能量密度就急剧下降。能量密度就急剧下降。总之，吸入气流和吹出气流的流动特性是不同的。这亦表明，吹出气流的总之，吸入气流和吹出气流的流动特性是不同的。这亦表明，吹出气流的控制能力大，而吸入气流则有利于接受。控制能力大，而吸入气流则有

33、利于接受。因此，可以利用吹出气流作为动力，把污染物输送到吸气口再捕集，或者因此，可以利用吹出气流作为动力，把污染物输送到吸气口再捕集，或者利用吹出气流阻挡、控制污染物的扩散，这种把吹气和吸气结合起来的集利用吹出气流阻挡、控制污染物的扩散，这种把吹气和吸气结合起来的集气方式称为吹吸气流。气方式称为吹吸气流。 27 吹吸气流吹吸气流 吹吸气流是两股气流组合而成的合成气流，其流动状况随吹气口和吸气吹吸气流是两股气流组合而成的合成气流，其流动状况随吹气口和吸气口的尺寸比以及流量比的不同而变化。口的尺寸比以及流量比的不同而变化。 三种基本形式的吹吸气流的断面形状如图三种基本形式的吹吸气流的断面形状如图8

34、7。图图87 吹吸气流的形状吹吸气流的形状 注：注： HD130，一般一般215； v1、v3较小为较小为好，好，v10.2 ms； F3较小为好；较小为好； F1=D1较好；较好； 采用经济设采用经济设计方式，使计方式，使Q3或或(Q1+Q3)最小。最小。 28图中图中H表示吹气口和吸气口的距离；表示吹气口和吸气口的距离；D1、D3、F1、F3分别表示吹气口、吸气分别表示吹气口、吸气口的尺寸及其法兰边宽度；口的尺寸及其法兰边宽度；Q1、Q2、Q3分别表示吹气口的吹气量、吸入的室分别表示吹气口的吹气量、吸入的室内空气量和吸气口的总排风量；内空气量和吸气口的总排风量；v1、v3 分别为吹气口和吸

35、气口的气流速度。分别为吹气口和吸气口的气流速度。如果把图如果把图87a、b、c简单地看作三个木制品，若从横向箭头方向去推，简单地看作三个木制品，若从横向箭头方向去推，a立立即倒下，即倒下，b、c则难以推倒。吹吸气流的情况亦则难以推倒。吹吸气流的情况亦 基本相同，吹气口宽度大，抵基本相同，吹气口宽度大，抵抗以箭头表示的侧风、侧压的能力就大。所以现在抗以箭头表示的侧风、侧压的能力就大。所以现在 已把已把HD1 30定为吹定为吹吸式集气罩的设计基准值。吸式集气罩的设计基准值。从图从图87还可以看出，当吹气量还可以看出，当吹气量Q1一定时，图一定时，图87a的吹气口宽度的吹气口宽度D1a小，吹小，吹气

36、速度气速度v1a比比b、c大，动力消耗大，而且噪声、振动也大。当排风量大，动力消耗大，而且噪声、振动也大。当排风量Q3一定时，一定时，图图87b的吸气口宽度的吸气口宽度D3b小，吸入速度小，吸入速度v3b比比a、c大，动力消耗大，亦不理想。大，动力消耗大，亦不理想。综上所述，从抵抗侧风、侧压能力大，动力消耗小等各方面要求综合评价，综上所述，从抵抗侧风、侧压能力大，动力消耗小等各方面要求综合评价，图图87(c)的流动形式较好。的流动形式较好。298.2.2 集气罩的基本类型集气罩的基本类型 集气罩的形式和分类名目繁多，归结起来，吸气式集气罩可分为：集气罩的形式和分类名目繁多，归结起来，吸气式集气

37、罩可分为：p 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。其作用原理是使污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限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染物的扩散限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若干室内空气，使罩内保持一定负压，达到防止污染物外逸的目的。吸入若干室内空气，使罩内保持一定负压，达到防止污染物外逸的目的。 密闭罩的特点是，与其他类型集气罩相比，所需排风量最小，控制效果最好，密闭罩的特点是，与其他类型集气罩相比，所需排风量最小，控制效果最好，且不受室内横向气流的干扰。所以，在设计中应优

38、先考虑选用。且不受室内横向气流的干扰。所以，在设计中应优先考虑选用。一般来说，密闭罩多用于粉尘发生源，常称为防尘密闭罩。一般来说，密闭罩多用于粉尘发生源，常称为防尘密闭罩。按密闭罩的围挡范围和结构特点，可将其分为局部密闭罩按密闭罩的围挡范围和结构特点，可将其分为局部密闭罩(图图88)、整体密闭、整体密闭罩罩(图图89)和大容积密闭罩和大容积密闭罩(图图810)三种。三种。 30 图图88 局部密闭罩局部密闭罩图图89 整体密闭罩整体密闭罩 图图810 大容积密闭罩大容积密闭罩31p排气柜排气柜排气柜也称箱式集气罩。排气柜也称箱式集气罩。由于生产工艺操作的需要，在罩上开有较大的操作孔。操作时，通

39、过孔口吸由于生产工艺操作的需要，在罩上开有较大的操作孔。操作时，通过孔口吸人的气流来控制污染物外逸。其捕集机理和密闭罩相类似，即将有害气体发人的气流来控制污染物外逸。其捕集机理和密闭罩相类似，即将有害气体发生源围挡在柜状空间内，可视为开有较大孔口的密闭罩。化学实验室的通风生源围挡在柜状空间内，可视为开有较大孔口的密闭罩。化学实验室的通风柜和小零件喷漆箱就是排气柜的典型代表。柜和小零件喷漆箱就是排气柜的典型代表。排气柜的特点是控制效果好，排风量比密闭罩大，而小于其他型式集气罩。排气柜的特点是控制效果好，排风量比密闭罩大，而小于其他型式集气罩。排气框排气点位置，对于有效地排除有害气体，不使之从操作

40、口泄出有着重排气框排气点位置，对于有效地排除有害气体，不使之从操作口泄出有着重要影响。要影响。用于冷污染源或产生有害气体密度较大的场合，排气点宜设在排气柜的下部用于冷污染源或产生有害气体密度较大的场合，排气点宜设在排气柜的下部(图图811a)；用于热污染源或产生有害气体密度较小的场合，排气点宜设在；用于热污染源或产生有害气体密度较小的场合，排气点宜设在排气柜的上部排气柜的上部(图图811b)；对于排气柜内产热不稳定的场合，为适应各种不；对于排气柜内产热不稳定的场合，为适应各种不同工艺和操作情况，应在柜内空间的上、下部均设置排气点，并装设调节阀，同工艺和操作情况，应在柜内空间的上、下部均设置排气

41、点，并装设调节阀，以便调节上、下部排风量的比例以便调节上、下部排风量的比例(图图811c)。 32图图811 排气柜排气柜 a排气点设于下部的排气柜；排气点设于下部的排气柜；b排气点设于上部的排气柜；排气点设于上部的排气柜；c上下部均设排气点的排气柜上下部均设排气点的排气柜33p外部集气罩外部集气罩外部集气罩依靠罩口外吸人气流的运动而实现捕集污染物。外部集气罩型式外部集气罩依靠罩口外吸人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、侧吸罩多样，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、侧吸罩和槽边集气罩，见图和槽边集气罩，见图

42、812。由于外部集气罩吸气方向与污染气流运动方向往往不一致，一般需要较大由于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 风风量才能控制污染气流的扩散，而且容易受室内横向气流的干扰，致使捕集效量才能控制污染气流的扩散，而且容易受室内横向气流的干扰，致使捕集效率降低。率降低。图图8-12 外部集气罩外部集气罩a上部集气罩；上部集气罩； b下部集气罩；下部集气罩； c侧吸罩；侧吸罩；d槽边集气罩槽边集气罩 34p接受集气罩接受集气罩 有些生产过程或设备本身会产生或诱导气流运动，并带动污染物一起运动，有些生产过程或设备本身会产生或诱导气流运动，并带动污染物一起运动， 如由于加热或惯性

43、作用形成的污染气流，接受式集气罩即沿污染气流流线方如由于加热或惯性作用形成的污染气流，接受式集气罩即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. 图图813a为热源上部的伞形接受罩，图为热源上部的伞形接受罩，图813b为捕集砂轮磨削时抛出的磨屑为捕集砂轮磨削时抛出的磨屑及粉尘的接受式集气罩。及粉尘的接受式集气罩。 图图813 接受式集气罩接受式集气罩 35p吹吸式集气罩吹吸式集气罩 当外部集气罩与污染源距离较大，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单纯依靠罩口的抽吸作用往往控制不了污染物的

44、扩散，则可以在外部不了污染物的扩散，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吸气流的综合作用来控制污染气流扩散的集气方式称为吹吸式集气罩扩散的集气方式称为吹吸式集气罩(图图8-14)。由于吹出气流的速度衰。由于吹出气流的速度衰减得慢，以及气幕的作用，使室内减得慢，以及气幕的作用，使室内空气混入量大为减少，所以达到同空气混入量大为减少，所以达到同样的控制效果时，要比单纯采用外样的控制效果时，要比单纯采用外部集气罩节约

45、风量，且不易受室内部集气罩节约风量，且不易受室内横向气流的干扰。横向气流的干扰。 图图814 吹吸式集气罩吹吸式集气罩 368.2.3 集气罩的主要性能集气罩的主要性能 表示集气罩性能优劣的主要技术经济指标为排风量和压力损失。表示集气罩性能优劣的主要技术经济指标为排风量和压力损失。（1 1）排风量的测定）排风量的测定 实测罩口上的平均吸气速度和罩口面积，实测罩口上的平均吸气速度和罩口面积，P517P517（2 2）排风量的计算方法）排风量的计算方法 在工程设计中，常用控制速度法和流量比法计算集气罩必须的排风量。在工程设计中，常用控制速度法和流量比法计算集气罩必须的排风量。n控制速度法控制速度法

46、 a. a. 控制速度，控制点和控制距离的定义控制速度，控制点和控制距离的定义 控制速度控制速度 在罩口前污染物扩散方向的任意点上均能使污染物随在罩口前污染物扩散方向的任意点上均能使污染物随吸人气流流人罩内并将其捕集所必须的最小吸气速度吸人气流流人罩内并将其捕集所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吸气气流有效作用范围内的最远点 控制距离控制距离 控制点距罩口的距离控制点距罩口的距离 37b. 根据控制速度求集气罩的排气量的计算思路根据控制速度求集气罩的排气量的计算思路计算集气罩排风量时，首先应根据工艺设备及操作要求，确定集气罩形状及计算集气罩排风量时，首先应根据工

47、艺设备及操作要求，确定集气罩形状及尺寸，由此可确定尺寸，由此可确定罩口面积罩口面积；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；的距离；在工程设计中，当确定控制速度后即可根据不同型式集气罩罩口的气流衰减在工程设计中，当确定控制速度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规律求得罩口上气流速度气流速度；罩口面积乘上气流速度即为罩口面积乘上气流速度即为集气罩排风量集气罩排风量图图815 控制速度法控制速度法 38c. 控制速度法的适用范围控制速度法的适用范围 控制速度法一般适用于污染物发生量

48、较小的冷过程的外部集气罩设计。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。 d. 控制速度法的关键控制速度法的关键 采用控制速度法计算集气罩的排风量，关键在于确定控制速度和集气罩结构、采用控制速度法计算集气罩的排风量，关键在于确定控制速度和集气罩结构、安设位置及周围气流运动情况，一般通过现场实测确定。如果缺乏现场实测安设位置及周围气流运动情况，一般通过现场实测确定。如果缺乏现场实测数据，设计时可参考表数据，设计时可参考表81、表、表82确定。确定。表表81 污染源的控制速度污染源的控制速度 39表表82 考虑周围气流情况及污染物危害性选择控制速度考虑周围气流情况及污染物危害性

49、选择控制速度 流量比法流量比法 基本思路是：把集气罩的排风量基本思路是：把集气罩的排风量Q Q3 3看作是污染气流量看作是污染气流量Q Q1 1和从罩口周围吸人室和从罩口周围吸人室内空气量内空气量Q Q2 2之和，之和， 即：即： Q Q3 3 = Q= Q1 1 + Q+ Q2 2 = Q= Q1 1(1 + Q(1 + Q2 2Q Q1 1) = Q) = Q1 1(1 + K ) (1 + K ) 比值比值 Q Q2 2Q Q1 1 = K = K 称为流量比。称为流量比。K K值越大，污染物越不易溢出罩外，但集气罩值越大，污染物越不易溢出罩外，但集气罩排风量排风量Q Q3 3也随之增大

50、。考虑到设计的经济合理性，把能保证污染物不溢出罩也随之增大。考虑到设计的经济合理性，把能保证污染物不溢出罩外的最小外的最小K K值称为临界流量比或极限流量比，用值称为临界流量比或极限流量比，用KvKv表示。表示。 KvKv = ( Q = ( Q2 2Q Q1 1 ) )limit 40 如上所述，如上所述，KvKv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KvKv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。工程设计中采用的工程设计中采用的KvKv计算公式需要通过实验研究求出。实验的研究结果表明，计算公式需要通过

51、实验研究求出。实验的研究结果表明，KvKv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。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。当污染气流与周围空气有一定温差时，当污染气流与周围空气有一定温差时，Kv值会相应增大，当值会相应增大，当t 200时，时，按下式计算：按下式计算： Kv ( t) = Kv ( t = o) 00012 t考虑到室内横向气流的影响，在设计时应增加适当的安全系数，则考虑到室内横向气流的影响，在设计时应增加适当的安全系数，则集气罩排集气罩排风量计算式风量计算式可写成如下形式：可写成如下形式： Q3=Q11mKv（ t） (m3/s) 式中：式中：m考

52、虑干扰气流影响的安全系数，按表考虑干扰气流影响的安全系数，按表 8 3确定。确定。 表表83 流量比法的安全系数流量比法的安全系数41（3）集气罩的压力损失）集气罩的压力损失 P5215228.24 集气罩的设计方法集气罩的设计方法（1）集气罩的设计原则）集气罩的设计原则 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，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，以便防止横向气流干扰，减少排风量。以便防止横向气流干扰，减少排风量。集气罩的吸气方向尽可能与污染流运动方向一致，充分利用污染气流动集气罩的吸气方向尽可能与污染流运动方向一致，充分利用污染气流动初始动能。

53、初始动能。尽量减少集气罩的开口面积，以减少排风量。尽量减少集气罩的开口面积，以减少排风量。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。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。集气罩的结构不应妨碍工人操作和设备检修。集气罩的结构不应妨碍工人操作和设备检修。42（2）密闭罩设计）密闭罩设计密闭罩的布置要求密闭罩的布置要求 尽可能将污染源密闭，以隔断污染气流与室内气流的联系，防止污染物随室内尽可能将污染源密闭，以隔断污染气流与室内气流的联系，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些，并躲开气流正压较高的位置。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

54、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逸，为此需合理地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。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，避免把大量物料吸人净化系统。吸风点位置不宜设在物料集中地点和飞溅区内，避免把大量物料吸人净化系统。处理热物料时，吸风点宜设在罩子顶部，同时适当加大罩子容积。处理热物料时，吸风点宜设在罩子顶部，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。 密闭罩排风量的确定密闭罩排

55、风量的确定 P523 按开口或缝隙处空气的吸入速度计算按开口或缝隙处空气的吸入速度计算 按经验公式或数据确定排风量按经验公式或数据确定排风量 43（3）外部集气罩的设计外部集气罩的设计外部集气罩设计的方法和程序外部集气罩设计的方法和程序 目前国内多用控制流速法计算外部集气罩排风量。工程设计中，一般先目前国内多用控制流速法计算外部集气罩排风量。工程设计中，一般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距离以及控制速度。若已知外部集气罩罩口气流尺寸和控制点至罩口的距离以及控制速度。若已知外部集气

56、罩罩口气流速度衰减公式，即可计算出罩口的吸入速度，再根据罩口面积和罩口气速度衰减公式，即可计算出罩口的吸入速度，再根据罩口面积和罩口气流速度便可求得外部集气罩的排风量。流速度便可求得外部集气罩的排风量。圆形或矩形侧吸罩圆形或矩形侧吸罩 对于圆形或矩形侧吸罩，沿罩口轴线的气流速度衰减公式对于圆形或矩形侧吸罩，沿罩口轴线的气流速度衰减公式 P524 计算例题计算例题 P524 例例131冷过程上部集气罩冷过程上部集气罩 P52544外部集气罩设计应注意的问题外部集气罩设计应注意的问题 为提高集气罩的控制效果，减少无效气流的吸人，罩口应加设法兰边。上部为提高集气罩的控制效果，减少无效气流的吸人，罩口

57、应加设法兰边。上部集气罩的吸人气流易受横向气流的影响，最好靠墙布置，或在罩口四周加设集气罩的吸人气流易受横向气流的影响，最好靠墙布置，或在罩口四周加设活动挡板活动挡板(图图8 16)。 为保证罩口吸气速度均匀，集气罩的扩张角。不应大于为保证罩口吸气速度均匀，集气罩的扩张角。不应大于60o。当污染源的平面。当污染源的平面尺寸较大时，为降低罩高度，可以将罩分割成几个小罩子，尺寸较大时，为降低罩高度，可以将罩分割成几个小罩子， (图图8 17a)；还；还可以在罩口加设挡板或气流分布板，以保证罩口气流速度分布均匀可以在罩口加设挡板或气流分布板，以保证罩口气流速度分布均匀(图图8 17b)。 图图8 1

58、6设有活动挡板设有活动挡板的伞形罩的伞形罩 图图8 17保证罩口气流分布保证罩口气流分布均匀的技术措施均匀的技术措施 45（4）槽边集气罩的设计）槽边集气罩的设计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。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。它有二种基本形式：平口式和条缝式。它有二种基本形式：平口式和条缝式。平口式一般在吸气口不设法兰边，故吸气范围大，排风量亦大。但当槽靠墙平口式一般在吸气口不设法兰边，故吸气范围大，排风量亦大。但当槽靠墙布置时，如同设置了法兰边，减少了排风量。布置时，如同设置了法兰边，减少了排风量。 条缝式的结构特点是吸

59、气管截面高度条缝式的结构特点是吸气管截面高度E较大，较大，E250 mm的称为高截面，的称为高截面，E700 mm时用双侧。时用双侧。 条缝式槽边集气罩还可以按图条缝式槽边集气罩还可以按图820的形式布置，称为周边式槽边吸气罩的形式布置，称为周边式槽边吸气罩。图图820 周边型槽边集气罩周边型槽边集气罩 47各种类型的槽边集气罩的排风量计算公式各种类型的槽边集气罩的排风量计算公式 高截面单高截面单侧排风：侧排风： Q=2VxAB(BA)0.2 (m3s) 低截面单侧排风：低截面单侧排风： Q=3VxAB(BA) 0.2 (m3 s) 高截面双侧排风高截面双侧排风(总风量总风量)： Q=2 Vx

60、AB(B2A) 0.2 (m3 s) 低截面双侧排风低截面双侧排风(总风量总风量)： Q=2 VxAB(B2A) 0.2 (m3 s) 高截面周边环型排风：高截面周边环型排风： Q=1.57VxD2 (m3 s) 低截面周边环型排风：低截面周边环型排风： Q=2.36VxD2 (m3 s) 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； Vx控制速度，控制速度， (ms) 。48槽边集气罩局部阻力计算槽边集气罩局部阻力计算 槽边集气罩局部阻力槽边集气罩局部阻力P可按下式计算：可按下式计算： P = (Pa) 式中：式中： 集气罩局部阻力系数，一般取集气罩局部阻力