气体净化系统的设计

气体净化系统的设计第一页，共八十五页，2022年，8月28日主要内容净化系统的组成及系统设计的基本内容集气罩的集气机理集气罩的基本类型集气罩性能参数及计算集气罩设计的方法废气净化系统设计第二页，共八十五页，2022年，8月28日一、局部排气净化系统的组成

局部排气净化系统示意图

1、集气罩；2、排风管；3、净化设备；4、风机；5、烟囱；31.1净化系统的组成及系统设计的基本内容第三页，共八十五页，2022年，8月28日(1)

集气罩:集气罩是用来捕集污染空气的，其性能对净化系统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。(2)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。(3)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，必须采用净化设备进行处理，达到排放标准后，才能排人大气。4第四页，共八十五页，2022年，8月28日(4)通风机:通风机是系统中气体流动的动力。为了防止通风机的磨损和腐蚀，通常把风机设在净化装备的后面。(5)烟囱:烟囱是净化系统的排气装置。由于净化后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、稀释，并最终沉降到地面。5第五页，共八十五页，2022年，8月28日局部排气净化系统设计的基本内容

1、捕集装置设计（结构、安装、性能）2、净化系统的选择或设计(1)选择依据污染物的种类与性质；处理量；净化效率；净化系统的环境、经济及社会效益。(2)一般程序

a.工程调查；

b.确定净化程度；6第六页，共八十五页，2022年，8月28日局部排气净化系统设计的基本内容c.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；

e.确定净化系统运行参数和技术经济指标。

3.管道系统的设计4.排放烟囱设计7第七页，共八十五页，2022年，8月28日1.2集气罩的集气机理集气罩气流流动的基本理论集气罩汇集污染物，是一种流体动力学捕集，因此要对集气罩合理设计，必须要了解吸气罩罩口的气流流动规律。集气罩口气流流动方式有两种:一种是吸气口气流的吸入流动，一种是吹气口气流的吹出流动。8第八页，共八十五页，2022年，8月28日图13-2点汇气流流动情况1.外部吸气罩罩口气流流动规律a.速度分布:等速面的形式确定其分布规律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（见图a），假设点汇吸风量为Q，等速面的半径为r1、r2，相应气流速度为u1、u2，由于通过每个等速面的风量相等，则有

Q=4πr12u1=4πr22u2(1)于是：u1/u2=(r2/r1)2(2)

表明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。集气罩的集气机理一、吸入气流9第九页，共八十五页，2022年，8月28日

2.罩口的设置位置对气流分布的影响如果吸气口设在墙上，如图b所示,吸气范围减少一半,其等速面为半球面,则吸气口的吸气量为

Q=2πr12u1=2πr22u2(3)比较式(13-1)(13-3)，可见：（1）吸气速度相同时，同一距离上Q（悬空设置的吸气口）=2Q（有一面阻挡的吸气口）（2）吸风量相同时，同一距离上u（有一面阻挡的吸气口）=2u（悬空设置的吸气口）吸入气流集气罩的集气机理第十页，共八十五页，2022年，8月28日3.吸风罩的形式对气流速度分布的影响有边的吸风口比无边的吸风口流速衰减慢，实际等速面为椭圆形。第十一页，共八十五页，2022年，8月28日二、吹出气流集气罩的集气机理12空气从管口喷出，在空间形成的一股气流称为空气射流.(1)空气射流的一般特性。如图所示，这是等温圆射流的示意图。管口速度假设是完全均匀的。M为射流极点，射流中保持原出口速度v。的部分称为射流核心，速度小于v。的部分称为射流主体，射流核心消失的断面BOE称为过渡断面，出口断面至过渡面称为起始段，过渡断面以后称为主体段。

第十二页，共八十五页，2022年，8月28日第十三页，共八十五页，2022年，8月28日等温自由圆射流的一般特性为: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引起的。②由于射流边缘的卷吸作用，射流断面不断扩大，射流量随射流长度增加而增大。③射流核心段呈锥形不断缩小。④核心段以后，射流速度逐渐下降。⑤射流中的静压与周围静止空气的压强相同。⑥射流各断面动量相等。吹出气流集气罩的集气机理14第十四页，共八十五页，2022年，8月28日等温圆射流和扁射流主体参数计算公式集气罩的集气机理15第十五页，共八十五页，2022年，8月28日三、吸入气流与吹出气流集气罩的集气机理16第十六页，共八十五页，2022年，8月28日（1）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；吸入气流的等速面为椭球面,通过各等速面的流量相等,并等于吸入口的流量。（2）射流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。集气罩的集气机理17第十七页，共八十五页，2022年，8月28日18集气罩的集气机理四、吹吸气流吹吸气流是两股气流组合而成的合成气流。在集气罩设计中，利用吹出气流与吸入气流联合作用来提高所需“控制风速”的形成，称为吹吸式集气罩。第十八页，共八十五页，2022年，8月28日第十九页，共八十五页，2022年，8月28日集气罩：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扩散，造成污染。形式：（1）按罩口气流流动方式分为：吸气式和吹吸式；（2）按集气罩与污染源的相对位置及适用范围，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。1.3集气罩的基本类型20第二十页，共八十五页，2022年，8月28日集气罩的基本类型一、密闭罩

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。

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。第二十一页，共八十五页，2022年，8月28日集气罩的基本类型结构形式：局部密闭罩、整体密闭罩、大容积密闭罩

1.局部密闭罩特点：体积小，材料消耗少，操作与检修方便适用：产尘点固定、产尘气流速度较小且连续产尘的地点。第二十二页，共八十五页，2022年，8月28日局部密闭罩第二十三页，共八十五页，2022年，8月28日整体密闭罩242.整体密闭罩特点：容积大，密闭性好。适用：多点尘源、携气流速大或有振动的产尘设备。第二十四页，共八十五页，2022年，8月28日大容积密闭罩253.大容积密闭罩

特点：容积大，可缓冲产尘气流，减少局部正压，设备检修可在罩内进行。适用：多点源、阵发性、气流速度大的设备和污染源。第二十五页，共八十五页，2022年，8月28日4.布置要求a.设置必要的观察窗、操作门和检修门；b.罩内应保持一定的均衡负压，避免烟尘逸出；c.尽量避开扬尘中心,防止大量物料随气流带至罩口被吸走；d.处理热物料时，应考虑热压对气流运动的影响，通常适当加大密闭罩容积，吸风点设于罩子顶部最高点。第二十六页，共八十五页，2022年，8月28日1.结构形式

a、排气口在操作口对面

操作口气流分布较均匀，有害气体外逸的可能性较小。

b、排气口设在柜顶

操作口上部形成较大进气流速，而下部进气流速较小，气柜内易形成涡流，可能造成有害气体外逸

c、在对面和顶部同时设置排气口排气柜——箱式集气罩排气柜可使产生有害烟尘的操作在柜内进行。

第二十七页，共八十五页，2022年，8月28日28排气柜——箱式集气罩排气柜可使产生有害烟尘的操作在柜内进行。

特点：控制效果好，排风量比密闭罩大，而小于其他型式集气罩第二十八页，共八十五页，2022年，8月28日29排气柜排气点位置第二十九页，共八十五页，2022年，8月28日30三、外部吸(集、排)气罩定义: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。特点: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。常见形式:顶吸罩、侧面吸罩、底吸罩、槽边吸气罩

外部吸气罩a-顶吸罩；b-底吸罩；c-侧吸罩；d-槽边集气罩第三十页，共八十五页，2022年，8月28日上部集气罩下部集气罩第三十一页，共八十五页，2022年，8月28日侧吸罩槽边集气罩第三十二页，共八十五页，2022年，8月28日四、接受式排气罩

1.定义：接受由生产过程（如热过程、机械运动过程）产生或诱导出来的污染气流的一种排气罩。2.特点：罩口外的气流运动不是由于罩子的抽吸作用，而是由于生产本身过程产生。3.类型:a.低悬罩（罩口高度<1.5A1/2）

b.高悬罩（罩口高度>1.5A1/2）A-热设备的水平投影面积。

33第三十三页，共八十五页，2022年，8月28日第三十四页，共八十五页，2022年，8月28日五、吹吸式排气罩及空气幕

1.吹吸式排气罩的工作原理当外部吸气罩与污染源的距离较大时，可以在外部吸气罩的对面设置一吹气口，从而形成一层空气幕阻止污染物的散逸，同时也诱导污染气流一起向排气罩流动。35第三十五页，共八十五页，2022年，8月28日吹吸式集气罩第三十六页，共八十五页，2022年，8月28日372.特点：采用气幕抑制污染物扩散，具有气量小，抗干扰能力强，不影响工艺操作、效果好的特点。

3.吹吸式排气罩的设计计算a.适用：在槽、台宽度较大（≥2m）的工作槽上，采用此类排气罩控制污染物的扩散，效果较佳。b.设计时注意事项（1）防止吹气射流产生弯曲；（2）条缝口宽度速度；（3）吹气罩排气量；（4）吹气口高度。第三十七页，共八十五页，2022年，8月28日4.气幕及其应用a.作用：可有效地抑制污染物扩散。b.应用：（1）当接受罩悬挂较高时，用吹气射流阻挡横向气流（2）采用气幕控制破碎机料坑的扬尘（3）采用气幕控制整个车间的污染源。

第三十八页，共八十五页，2022年，8月28日391.4集气罩性能参数及计算一、排风量的确定

1.排风量的测定方法

集气罩排风量Q(m3/S)，可以通过实测罩口的平均吸气速度ν0(m/S)和罩口面积S0（m2）确定。

Q=ν0S0(m3/S)第三十九页，共八十五页，2022年，8月28日40也可以通过实测连接罩口上的平均吸气速度ν(m/S)，气流动压Pd(Pa)或静压PS(Pa)及其管道断面积S（m2）按下式确定。

Q=ν

S

=S[(2/ρ)

Pd]1/2(m3/S)Q=φS[(2/ρ)

PS]1/2(m3/S)式中:ρ—气体密度,kg/m3

φ--集气罩的流量系数第四十页，共八十五页，2022年，8月28日流量系数测定第四十一页，共八十五页，2022年，8月28日42集气罩性能参数及计算2.排风量的计算方法（1）控制速度法指在罩口前污染物扩散方向的任意点上均能使污染物吸入气流流入罩内并将其捕集所必须的最小吸气速度。第四十二页，共八十五页，2022年，8月28日第四十三页，共八十五页，2022年，8月28日第四十四页，共八十五页，2022年，8月28日第四十五页，共八十五页，2022年，8月28日46（2）流量比法把集气罩排风量Q看作是污染气流量Q1和从罩口周围吸入室内空气量Q2之和,即

Q=Q1+Q2=Q1(1+Q2/Q1)=Q1(1+K)Km=(Q2/Q1)minKm---为流量比Km通过实验研究求出,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.2.排风量的计算第四十六页，共八十五页，2022年，8月28日上部伞形Km值的确定第四十七页，共八十五页，2022年，8月28日第四十八页，共八十五页，2022年，8月28日Km=[1.4(H/E)1.5+0.3][0.4(F3/E)-3.4+0.1](E/L1+1)第四十九页，共八十五页，2022年，8月28日侧吸罩Km值的确定第五十页，共八十五页，2022年，8月28日Km=[1.5(F3/E)-1.4+2.5][(E/L1)1.7+0.2]×[(H/E)1.5+0.2][0.3(U/E)2.0+1.0]第五十一页，共八十五页，2022年，8月28日当污染气流与周围空气有一定温差时，Km值会相应增大，当△t<200摄氏度时，按下式计算：Km(△t)=Km(△t=0)+0.0012△t式中：△t——污染气流与周围空气的温差，℃Q=Q1[1+mkm]m—考虑干扰气流影响的安全系数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，则第五十二页，共八十五页，2022年，8月28日流量比法的安全系数第五十三页，共八十五页，2022年，8月28日例1-1有一振动筛如图所示，振动筛的长为800mm，宽为650mm，粉状物料用手工投向筛上时，粉尘的散发速度为v=0.5m/s，周围干扰气流速度为v0’=0.3m/s，在该处设计侧吸罩，试确定其排放量第五十四页，共八十五页，2022年，8月28日应用流量比法应注意以下事项注意应用范围，临界流量比Km的计算式都是在特定条件下通过实验求得的流量比法以污染气体发生量为基础进行计算，应根据实测的发散速度和发散面积计算确定。如果无法确切计算出污染气体发生量，建议仍按控制速度法计算周围空气对排放量影响很大，应尽可能减弱周围气流的干扰第五十五页，共八十五页，2022年，8月28日

△P---压力损失Pd---气流动压，PaP---气流密度，kg/m2v---气流速度，m/s

φ---流量系数

ξ---压力损失系数二、压力损失的确定（1）第五十六页，共八十五页，2022年，8月28日△P=0－P=－(Pd+Ps)=|Ps|－Pd

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（3）由式子（1）-（3）可得流量系数和压力损失系数的关系为：（2）对形状一定的集气罩，φ、ξ为常数第五十七页，共八十五页，2022年，8月28日根据现场测定，已知某外部集气罩连接管直径D=200mm，连接管中的静压Ps=-55Pa，并已知该罩的流量系数φ=0.82，罩口尺寸A×B=500mm×600mm，假定气体密度ρ=1.2kg/m3，试确定：（1）该集气罩的排风量（2）集气罩罩口吸气速度；（3）集气罩的压力损失。作业2第五十八页，共八十五页，2022年，8月28日1.5集气罩的设计方法原则：a.集气罩应尽可能将污染源包围起来，使污染物的扩散限制在最小的范围内，以便防止横向气流的干扰，减少排气量。b.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能。c.在保证控制污染的条件下，尽量减少集气罩的开口面积，以减少排风量；d.集气罩的吸气气流不允许经过人的呼吸区再进入罩内；e.集气罩的结构不应妨碍人工操作和设备检修。

第五十九页，共八十五页，2022年，8月28日1.布置要求①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。②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，为此需要合理地组织罩内气流和正确地选择吸风点的位置。一、密闭罩的设计第六十页，共八十五页，2022年，8月28日③罩内吸风点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。处理物料时，吸风点宜设在罩子顶部，同时适当加大罩子容积。④罩内吸风点的吸气速度不宜太高,对块状物料，入口风速v≤2m／s,粒状物料v≤1m／s,粉状物料v≤0.7m／s。⑤集气罩的结构不应妨碍工人操作和设备检修。第六十一页，共八十五页，2022年，8月28日原则：保证罩内各点处于负压，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。避免污染气体从不严密处外逸。2、密闭罩排风量的确定排风量组成：①物料运动或设备运转带入罩内的诱导空气量。②孔口或不严密处吸入的空气量。第六十二页，共八十五页，2022年，8月28日计算：①按开口或缝隙处空气的吸入速度v0计算

Q1——运送物料携入密闭罩的空气量，m3∕hF0——开口或缝隙总面积，m2

；v0——开口或缝隙空气吸入速度，取0.5～1.5m/s。Q2=F0v0m3/s第六十三页，共八十五页，2022年，8月28日②按经验公式或数据确定排风量(m3∕s)K——每毫米轮径的排风量，对砂轮K=2；对毡轮K=4；对布轮K=6；D——轮径，mm③对常见的设备，Q可根据设备的型号、规格直接从设计手册查出。

3．密闭罩特点：排风量小，控制污染物效果好，不宜受室内气流干扰，设计时优先选用。第六十四页，共八十五页，2022年，8月28日二、外部集气罩的设计1、排风量确定—控制速度法工程设计中，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、罩口尺寸和控制点至罩口的控制距离x以及控制速度vx。若已经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v0。根据罩口面积S0按Q=S0v0求得排风量。第六十五页，共八十五页，2022年，8月28日第六十六页，共八十五页，2022年，8月28日（1）圆形或矩形侧吸罩：罩口为圆形或矩形(宽长比W/L≥0.2)

沿罩口轴线处气流速度衰减公式：C---与集气罩的结构形状和设置情况有关的系数；x——控制距离，m第六十七页，共八十五页，2022年，8月28日取C=1;侧吸罩前无障碍，四周无边（图a）取C=0.75；操作台上的侧吸罩（图b）取C=0.75；侧吸罩前无障碍，四周有边（图c）a.前面无障碍，四周无边的侧吸罩第六十八页，共八十五页，2022年，8月28日适用：上式只使适用于x≤1.5d（吸气口直径或矩形当量直径）情况。当x>1.5d时，实际速度衰减值要比计算值大。b.操作台上的侧吸罩c.前面无障碍有边的侧吸罩第六十九页，共八十五页，2022年，8月28日例1-2有一圆形的外部集气罩，罩口直径D=25cm，要在罩口轴线距离为0.2m处造成0.5m/s的吸气速度，试计算该集气罩的排风量。第七十页，共八十五页，2022年，8月28日（2）条缝罩（宽长比W/L<0.2的矩形侧吸罩）条缝罩罩口附近等速面不是球形面，不能按点汇流计算a.四周无边条缝罩b.四周有边条缝罩c.操作台上的条缝罩第七十一页，共八十五页，2022年，8月28日L——条缝罩开口长度，m；C——与条缝罩结构形式和设置情况有关的系数四周无边，C=3.7；四周有边，C=2.8；操作台上，C=2条缝罩沿罩口轴线处气流速度衰减公式和排风量计算公式如下：第七十二页，共八十五页，2022年，8月28日（3）

冷过程上部集气罩在污染设备上方设置集气罩，由于设备的限制，气流只能从侧面流入罩内，为避免横向气流干扰，要求H尽可能≤0.3L（罩口长边尺寸）第七十三页，共八十五页，2022年，8月28日P——罩口敞开面周长；H——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K=1.4排风量m3/s：第七十四页，共八十五页，2022年，8月28日2、外部集气罩设计应注意的问题（1）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。上部集气罩的吸入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。有活动挡板的伞形罩第七十五页，共八十五页，2022年，8月28日（2）为保证罩口吸气速度均匀，集气罩的扩张角α不应大于60度。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（图a），还可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b）a第七十六页，共八十五页，2022年，8月28日第七十七页，共八十五页，2022年，8月28日三、热源上部接受式集气罩的设计特点：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。第七十八页，共八十五页，2022年，8月28日热源上部接受罩右图表示设置在热源上部的接受罩及罩下热设备加热周围空气而产生的热