某金屬冶煉車間除塵系統(tǒng)中的集氣罩設(shè)計(jì)

1、 10 1緒論 1.1集氣罩 12集氣罩的基本形式 1.3集氣罩性能參數(shù)及計(jì)算 錯誤！未定義書簽 錯誤！未定義書簽 錯誤！未定義書簽 錯誤！未定義書簽 錯誤！未定義書簽 錯誤！未定義書簽 錯誤！未定義書簽 錯誤！未定義書簽 錯誤！未定義書簽 錯誤！未定義書簽 錯誤！未定義書簽 2集氣罩的設(shè)計(jì)目的及原始資料 錯誤！未定義書簽 2.1集氣罩設(shè)計(jì)目的 錯誤！未定義書簽 2.2集氣罩設(shè)計(jì)原則 錯誤！未定義書簽 2.3集氣罩氣流流動的基本理論 錯誤！未定義書簽 2.3.1吸入氣流 錯誤！未定義書簽 錯誤！未定義書簽 錯誤！未定義書簽 2.4集氣罩設(shè)計(jì)原始資料 錯誤！未定義書簽 3集氣罩類型的選擇 錯誤！

2、未定義書簽 4集氣罩設(shè)計(jì)計(jì)算 錯誤！未定義書簽 4.1.排風(fēng)量及排風(fēng)速度的確定 錯誤！未定義書簽 42壓力損失的確定 錯誤！未定義書簽 5.課程設(shè)計(jì)小結(jié) 錯誤！未定義書簽 參考文獻(xiàn) 錯誤！未定義書簽 某金屬冶煉車間除塵系統(tǒng)中的集氣罩設(shè)計(jì) 1緒論 空氣污染物在車間的擴(kuò)散機(jī)理是污染物依附于氣流運(yùn)動而擴(kuò)散的。對于生產(chǎn)過程散 發(fā)到車間空氣中的污染物，只要控制住室內(nèi)二次氣流的運(yùn)動，就可以控制污染物的擴(kuò)散和 飛揚(yáng)，從而達(dá)到改善車間內(nèi)外空氣環(huán)境質(zhì)量的目的。這就是采用局部拍其他分方法控制空 氣污染物擴(kuò)散的依據(jù)?？刂瓶諝馕廴疚镌谲囬g內(nèi)外擴(kuò)散的局部通風(fēng)方法，簡單地說，就是 在局部污染源設(shè)置集氣罩，把污染空氣搜集起

3、來并經(jīng)凈化后排至室外，這是生產(chǎn)車間控制 污染的最有效、最常用的方法。 1.1集氣罩 集氣罩是煙氣凈化系統(tǒng)污染源的收集裝置，可將粉塵及氣體污染源導(dǎo)入凈化系統(tǒng)，同時(shí)防止其向生 產(chǎn)車間及大氣擴(kuò)散，造成污染。其性能對凈化系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有直接的影響。由于污染源設(shè)備結(jié) 構(gòu)和生產(chǎn)操作工藝的不同、集氣罩的形式是多種多樣的。 1.2.集氣罩的基本形式 根據(jù)罩口氣流流動方式可將集氣罩分為兩大類：吸氣式集氣罩和吹吸式集氣罩。利用 吸氣氣流捕集污染空氣的集氣罩稱為吸氣式集氣罩，而吹吸式集氣罩則是利用吹吸氣流來 控制污染物擴(kuò)散的裝置。按集氣罩與污染源的相對位置及圍擋情況，可將吸氣式集氣罩分 為密閉罩、排氣柜、外部集

4、氣罩、接受式集氣罩等。 定義：將污染源的局部或整體密閉起來，在罩內(nèi)保持一定負(fù)壓，可防止污染物的任意擴(kuò)散。 特點(diǎn)：所需排風(fēng)量最小，控制效果最好，且不受室內(nèi)氣流干擾，設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)先選用。 結(jié)構(gòu)形式：局部密閉罩、整體密閉罩、大容積密閉罩 局部密閉罩 特點(diǎn)：體積小，材料消耗少，操作與檢修方便； 適用：產(chǎn)塵點(diǎn)固定、產(chǎn)塵氣流速度較小且連續(xù)產(chǎn)塵的地點(diǎn)。 整體密閉罩 特點(diǎn)：容積大，密閉性好。 適用：多點(diǎn)塵源、攜氣流速大或有振動的產(chǎn)塵設(shè)備。 大容積密閉罩 特點(diǎn)：容積大，可緩沖 產(chǎn)塵氣流，減少局部正壓，設(shè)備檢修可在罩內(nèi)進(jìn)行。 適用：多點(diǎn)源、陣發(fā)性、氣流速度大的設(shè)備和污染源。 排氣柜也稱箱式集氣罩。操作時(shí)，通過孔口吸

5、入的氣流來控制污染物外逸。其捕集機(jī)理和密閉罩相 似，即將有害氣體發(fā)生源圍擋在柜狀空間內(nèi)，可視為開有較大孔口的密閉罩。其特點(diǎn)是控制效果好， 排風(fēng)量比密閉罩大，而小于其他形式集氣罩。 排氣柜可使產(chǎn)生有害煙塵的操作在柜內(nèi)進(jìn)行。 結(jié)構(gòu)形式： A、排氣口在操作口對面，操作口氣流分布較均勻，有害氣體外逸的可能性較小。 B、 排氣口設(shè)在柜頂，操作口上部形成較大進(jìn)氣流速，而下部進(jìn)氣流速較小，氣柜內(nèi)易形成渦流，可能 造成有害氣體外逸 C、在對面和頂部同時(shí)設(shè)置排氣口 外部集氣罩依靠罩口外吸入氣流的運(yùn)動而實(shí)現(xiàn)捕集污染物的目的。外部集氣罩的形式多樣，按照集 氣罩與污染源的相對位置可將其分為四類：上部集氣罩、下部集氣罩

6、、側(cè)吸罩和槽遍集氣罩。 接受式集氣罩即沿污染氣流流線方向設(shè)置集氣罩口，污染氣流便可借助自身的流動能量進(jìn)入罩口。 定義：接受由生產(chǎn)過程（如熱過程、機(jī)械運(yùn)動過程）中產(chǎn)生或誘導(dǎo)出來的污染氣流的一種排氣罩。 特點(diǎn)：罩口外的 氣流運(yùn)動不是由于罩子的抽吸作用，而是由于生產(chǎn)本身過程產(chǎn)生。 類型：a低懸罩（罩口高度 1.5A1/2） b.高懸罩（罩口高度1.5A1/2） 當(dāng)外部集氣罩與污染源距離較大時(shí)，單純依靠罩口的抽吸作用往往控制不了污染物的擴(kuò)散，則可以 在外部集氣罩的對面設(shè)置吹氣口，將污染物氣流吹向外部集氣罩的吸氣口，以提高控制效果。一般把 這類依靠吹吸氣流的綜合作用來控制污染氣流擴(kuò)散的集氣方式稱為吹吸式

7、集氣罩。由于吹出氣流的速 度衰減得慢，以及氣幕的作用，使室內(nèi)空氣混入量大為減少，所以達(dá)到同樣的控制效果時(shí)，要比單純 采用外部集氣罩節(jié)約風(fēng)量，且不易受室內(nèi)橫向氣流的干擾。 1.3集氣罩性能參數(shù)及計(jì)算 集氣罩性能是反映集氣罩捕集污染物的能力及經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。一般指排氣 量、壓力損失、尺寸和材料消耗等。排氣量可用罩口上的平均吸氣速度和罩口面積之積確 定，也可按聯(lián)接集氣罩的直管段中的平均流速和斷面積之積確定。目前多采用基于捕集速 度的計(jì)算公式確定排氣量。壓力損失一般表示成壓損系數(shù)為常數(shù)。集氣罩尺寸一般按經(jīng)驗(yàn) 確定，在有關(guān)的設(shè)計(jì)手冊中可查出各種集氣罩的參考尺寸，以供選用。排氣罩的罩口尺寸 不應(yīng)小于

8、罩子所在的污染物擴(kuò)散的斷面面積。 表示集氣罩性能的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為排風(fēng)量和壓力損失，現(xiàn)對期確定方法作簡要介 紹。 a.排風(fēng)量的測定方法：集氣罩排風(fēng)量qv（ m3/s），可以通過實(shí)測罩口上的平均吸氣速度 2 v（m/s）和罩口面積Ao（m ）確定： qv = A0V0 （ m3/s） 也可以通過實(shí)測連接集氣罩直管中的平均速度v（m/s）,氣流動壓Pd（ Pa）或氣體靜 2 壓Ps (Pa),及其管道斷面積A(m )按下式確定： qv = Av b.排風(fēng)量計(jì)算方法：在工程設(shè)計(jì)中，常用控制速度法來計(jì)算集氣罩的排風(fēng)量。 所謂控制速度系指在罩口前污染物擴(kuò)散方向的任意點(diǎn)上均能使污染物隨吸入氣流流 入罩內(nèi)

9、并將其捕集所必須的最小吸氣速度。吸氣氣流有效作用范圍內(nèi)的最遠(yuǎn)點(diǎn)稱為控制 點(diǎn)?？刂泣c(diǎn)距罩口的距離稱為控制距離。 計(jì)算集氣罩的排風(fēng)量時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)備及操作要求，確定集氣罩形狀及尺寸， 2 由此可確定罩口面積Ao(m )；其次根據(jù)控制要求安排罩口與污染源相對位置，確定罩口 幾何中心與控制點(diǎn)的距離x。 當(dāng)確定控制速度Vx后即可根據(jù)不同形式集氣罩罩口的氣流衰減規(guī)律求得罩口上氣流 速度Vo,在已知罩口面積Ao時(shí)，即可求得集氣罩的排風(fēng)量。采用控制速度法計(jì)算集氣罩 的排風(fēng)量，關(guān)鍵在于確定控制速度 Vx和集氣罩結(jié)構(gòu)、安設(shè)位置及周圍氣流運(yùn)動情況，一 般通過現(xiàn)場實(shí)測確定。在工程設(shè)計(jì)中，針對不同類型的集氣罩，可

10、參考相關(guān)設(shè)計(jì)手冊，采 用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算集氣罩排風(fēng)量。 集氣罩的壓力損失 P一般表示為壓力損失系數(shù)E與連接直管中動壓 Pd之乘積的 形式，即： P = E pd = E p v2/2( Pa) 由于集氣罩罩口處于大氣中，所以該處的全壓等于零。因而集氣罩的壓力損失亦可寫 為： P = 0 - P = - (Pd + Ps)= | Ps | - Pd 式中：P、Pc、Ps 集氣罩連接直管中測試斷面的氣體全壓、動壓、靜壓，Pa； v連接直管中氣流速度，m/s。 2集氣罩的設(shè)計(jì)目的及原始資料 2.1集氣罩設(shè)計(jì)目的 1. 課程設(shè)計(jì)的目的在于進(jìn)一步鞏固和加深課程理論知識，并能結(jié)合實(shí)踐，學(xué)以致用。 2. 工程設(shè)

11、計(jì)的基本方法、步驟，技術(shù)資料的查找與應(yīng)用。 3. 基本計(jì)算方法及繪圖能力的訓(xùn)練。 4. 綜合運(yùn)用本課程及其有關(guān)課程的理論知識解決本工程中的實(shí)際問題。 5. 熟悉、貫徹國家環(huán)境保護(hù)法規(guī)及其它有關(guān)政策。 2.2集氣罩設(shè)計(jì)原則 對散發(fā)粉塵或有害氣體的工藝流程與設(shè)備應(yīng)采取密閉措施，盡量采用密閉罩。確定密 閉罩的吸氣日位、結(jié)構(gòu)和風(fēng)速時(shí)，應(yīng)使罩內(nèi)負(fù)壓均勻，防止污染物外逸，對于散發(fā)粉塵 和揮發(fā)性的污染源，應(yīng)避免過多負(fù)壓。 當(dāng)不能或不便采用密閉罩時(shí)，可根據(jù)工藝操作要求和技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件選擇適宜的其他開 敞式集氣罩。集氣罩應(yīng)盡可能包圍或靠近有害污染源，使污染物局限在較小空間內(nèi)，并 盡可能減少吸氣范圍，便于捕集和控制

12、污染物。 吸氣點(diǎn)的排風(fēng)量應(yīng)按防止粉塵或有害氣體擴(kuò)散到周圍環(huán)境空間的原則確定，集氣罩的 吸氣應(yīng)盡可能利用污染氣流的運(yùn)動作用。 已被污染的吸入氣流不允許通過人的呼吸區(qū)，設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮操作人員的位置和活 動范圍。 集氣罩的配置應(yīng)與生產(chǎn)工藝協(xié)調(diào)一致，力求不影響工藝操作。在保證功能的前提下， 應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉，便于安裝和維護(hù)管理。 防止集氣罩周圍的紊流，應(yīng)盡可能避免或減弱干擾氣流、穿堂風(fēng)和送風(fēng)氣流等對吸氣 氣流的影響。 2.3集氣罩氣流流動的基本理論 集氣罩匯集污染物，是一種流體動力學(xué)捕集，因此要對集氣罩合理設(shè)計(jì)，必須要了 解吸氣罩罩口的氣流流動規(guī)律。集氣罩口氣流流動方式有兩種：一種是吸氣口氣

13、流的吸人 流動，一種是吹氣口氣流的吹出流動。 2.3.1吸入氣流 吸入機(jī)理：吸氣口吸氣時(shí)，在吸氣口附近形成負(fù)壓，周圍的空氣從四面八方流向吸氣 口，形成吸入氣流或匯流。 實(shí)際情況吸口氣流分布特點(diǎn)： a.外部吸氣罩罩口氣流流動規(guī)律 速度分布：等速面的形式確定其分布規(guī)律 將吸氣口近似視為一個(gè)點(diǎn)匯，等速面是以該點(diǎn)為中心的球面，假設(shè)點(diǎn)匯吸風(fēng)量為Q, 等速面的半徑為ri、2,相應(yīng)氣流速度為ui、U2,由于通過每個(gè)等速面的風(fēng)量相等，則有 Q = 4 n ri2ui = i/u 2 = 4 n r 22u22 于是： (r 2/r i)2 表明吸氣口外氣流速度衰減很快，應(yīng)盡量減少罩口至污染源的距離 b.罩口的

14、設(shè)置位置對氣流分布的影響 如果吸氣口設(shè)在墻上，如圖所示 ,吸氣范圍減少一半，其等速面為半球面，則吸氣口的吸氣量為 Q=2 nr u 1=2 nr U2 比較兩式，可見： 吸氣速度相同時(shí)，同一距離上 Q （懸空設(shè)置的吸氣口）- 2 Q（有一面阻擋的吸氣口） 吸風(fēng)量相同時(shí)，同一距離上 u （有一面阻擋的吸氣口）- 2 u （懸空設(shè)置的吸氣口） c.吸風(fēng)罩的形式對氣流速度分布的影響 有邊的吸風(fēng)口比無邊的吸風(fēng)口流速衰減慢實(shí)際等速面為橢圓形。 空氣從管口噴出，在空間形成的一股氣流稱為空氣射流 空氣射流的一般特性。如圖所示，這是等溫圓射流的示意圖。管口速度假設(shè)是完全均勻的。M為射 流極點(diǎn)，射流中保持原出口

15、速度v。的部分稱為射流核心，速度小于v。的部分稱為射流主體，射流核 心消失的斷面 BOE稱為過渡斷面，出口斷面至過渡面稱為起始段，過渡斷面以后稱為主體段。 吹吸氣流是兩股氣流組合而成的合成氣流。在集氣罩設(shè)計(jì)中，利用吹出氣流與吸 入氣流聯(lián)合作用來提高所需“控制風(fēng)速”的形成，稱為吹吸式集氣罩。 集氣罩匯集污染物，是一種流體動力學(xué)捕集，因此要對集氣罩合理設(shè)計(jì)，必須要了解 吸氣罩罩口的氣流流動規(guī)律。 集氣罩口氣流流動方式有兩種：一種是吸氣口氣流的吸入流動，一種是吹氣口氣流的吹出 流動。 a. 吹出氣流由于卷吸作用，沿射流方向流量不斷增加，射流呈錐形。吸入氣流的等速面為 橢球面，通過各等速面的流量相等，

16、并等于吸入口的流量。 b. 射流線上的速度基本上與射程成反比，而吸氣區(qū)內(nèi)氣流速度與距吸氣口的距離的平方成 反比。所以，吸氣口能量衰減很快，其作用范圍較小。 吹吸氣流的形狀 2.4集氣罩設(shè)計(jì)原始資料 氣體中顆粒物占8.0%,允許的排風(fēng)速度最大1.0m/s ;車間有3個(gè)，相距10m氣體中顆 粒物占 8.0%，顆粒粒徑范圍：0-1.5 ； 1.5-2.5 ； 2.5-3.0 ； 3.0-5.0 ； 5.0-6.0 ； 6.0-8.0。 分別為 80； 140； 160； 250； 200； 50 個(gè)。 煙氣粘度：2.4 x 10_5pa.s 煙氣溫度：25 E 允許罩內(nèi)最大負(fù)壓：25Pa； 允許壓力

17、損失：1000pa 煙氣密度：1.18kg/m3 煙氣真密度：2.2g/cm3 排放標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)：200 mg/L 環(huán)境溫度：-5 C 當(dāng)?shù)貧鈮海?00KPa 凈化系統(tǒng)布置場地在車間北側(cè) 20-25米以內(nèi) 冶煉爐爐口長度及寬度：1.5m及1.3m 3集氣罩類型的選擇 題目要求是設(shè)計(jì)某金屬冶煉車間除塵系統(tǒng)中的集氣罩。在金屬冶煉車間無法對污染源 進(jìn)行密閉，則只能在其附近設(shè)置外部集氣罩。集氣罩可在污染源的上部，故可以選擇上部 集氣罩，綜合考慮選定傘形集氣罩。除塵系統(tǒng)外部傘形集氣罩的作用原理是利用罩口的吸 氣作用將距吸氣口一定距離的有害物吸入罩內(nèi)，其形狀大都和傘形相似，故稱傘形罩，適 于有害物源

18、不能密閉或圍擋起來的情況。根據(jù)局部阻力系數(shù)表可知，下部為矩形的傘形罩 的壓力損失系數(shù)E罩0.12，a為40 設(shè)罩口長a=2m寬b=1m 4集氣罩設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1.排風(fēng)量及排風(fēng)速度的確定 集氣罩排風(fēng)量qv ( m3/s),可以通過實(shí)測罩口上的平均吸氣速度 v(m/s)和罩口面 2 積A0(m )確定： qv = A0vo ( m3/s) 也可以通過實(shí)測連接集氣罩直管中的平均速度v(m/s),氣流動壓Pd (Pa)或氣體靜 2 壓Ps (Pa),及其管道斷面積A(m )按下式確定： qv = Av 設(shè)罩口上的平均吸氣速度v0(m/s)為0.7 m/s. 由題意,A = ab = 2x1 (m2)

19、則 qv = A0v0 = 2x1x0.7( m3/s)= 1.4( m3/s)= 5040( m3/h) 設(shè)其管道半徑r =0.15m 則 2 qv = A0v0 = Av = 3.14x r v = 3.14x 0.152 v=14( m3/s) 計(jì)算得 v =19.8 m/s 4.2.壓力損失的確定 集氣罩的壓力損失 P一般表示為壓力損失系數(shù)E與連接直管中動壓 Pd之乘積的 形式，即： P = E Pd = E p v2/2( Pa) 其中，煙氣密度 p =1.18 kg/m3 由局部壓力系數(shù)表可得，矩形傘形罩的壓力損失系數(shù)E為0.12 , a為40。 則 p = E p v2/2 =

20、0.12 X 1.18 X 19.82/2 ( Pa ) =27.76 Pa 車間有三個(gè)，則需要三個(gè)集氣罩，則 總壓損失 p總=3 p = 3 X 27.76 Pa = 83.3 Pa 5.課程設(shè)計(jì)小結(jié) 通過此次課程設(shè)計(jì)，我不僅僅是對大氣污染控制工程這門課程有了更加深入的 理解，對其它課程例如上學(xué)期學(xué)過的環(huán)境工程原理也是有了進(jìn)一步的感悟，進(jìn)一步鞏 固和加深了課程理論知識，并能結(jié)合實(shí)踐，學(xué)以致用。當(dāng)我們在單純地學(xué)習(xí)某些課本上的 知識時(shí)，我們有時(shí)候很難以理解，總是在一些方面一頭霧水。但是通過實(shí)踐，課堂中的困 惑便一一解開了，還真是實(shí)踐出真知啊。 胡適麒、陳迎東和我是一個(gè)小組，當(dāng)我們拿到題目“某金屬冶煉車間除塵系統(tǒng)中的設(shè) 計(jì)”時(shí)，我們是相當(dāng)困惑的，不知道該做些什么工作，找不到入手的地方。通過幾次上機(jī)， 我們咨詢了老師，同時(shí)我們?nèi)齻€(gè)人也做了討論，先各自回去把課本上的相關(guān)知識系統(tǒng)地仔 細(xì)研究一遍，又去圖書館借了相關(guān)方面的書，繼而把題目進(jìn)行分工，其中我負(fù)責(zé)集氣罩 的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)進(jìn)展到初步有型的時(shí)候，我們?nèi)齻€(gè)去二食集體計(jì)算設(shè)計(jì)了一下午，大體上完 成了設(shè)計(jì)