車間氣體凈化系統(tǒng)中集氣罩設(shè)計

1、第14頁共14頁目錄1 總論.31.1大氣污染概述.31.2 設(shè)計任務(wù).3 1.2.1 設(shè)計題目3 1.2.2 設(shè)計原始資料3 1.2.3 設(shè)計內(nèi)容以及要求42 集氣罩的設(shè)計42.1集氣罩的集氣機(jī)理.4 2.1.1吸入氣流. 4 2.1.2吹出氣流.52.1.3吹吸氣流.62.2集氣罩的類型.62.3吹吸式排氣罩的應(yīng)用注意事項.82.4集氣罩的設(shè)計方法93 集氣罩計算以及造型.9 3.1 集氣罩性能參數(shù)及計算.9 3.1.1排風(fēng)量的確定.9 3.1.2排風(fēng)量的計算.103.1.3 壓力損失的確定.104 設(shè)計計算及選型.114.1集氣罩尺寸設(shè)計114.2集氣罩排風(fēng)量設(shè)計計算.134.3 集氣罩

2、壓力損失的確定.13 設(shè)計小結(jié).13 參考文獻(xiàn).14某車間氣體凈化系統(tǒng)中集氣罩設(shè)計1 總論1.1大氣污染概述1995年全國燃煤排放的煙塵總量為1478萬噸，其中火電廠和工業(yè)鍋爐排放量占70%以上。在火電廠排放中，地方電廠由于基本上使用的是低效除塵器，噸煤排放煙塵是國家電廠的510倍，其排放量占到電廠總排放量的65%。1995年全國工業(yè)粉塵排放量約為639萬噸.其中.鋼鐵生產(chǎn)排塵占總量的15%，水泥生產(chǎn)排塵占總量的70%。在水泥生產(chǎn)排塵中，地方水泥廠排塵占到80%，成為工業(yè)12塵的主要排放源。近年來，鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)發(fā)展迅速口1996年全國鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)污染源調(diào)查結(jié)果表明，1995年全國鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)二氧化硫、煙塵

3、和工業(yè)粉塵排放量分別占當(dāng)年全國工業(yè)二氧化硫、煙塵和工業(yè)粉塵排放瑩的28.2%、54.2%和68.3%。鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)污染物排放已成為我國環(huán)境污染的重要因素。1.2設(shè)計任務(wù)1.2.1設(shè)計題目某金屬冶煉車間除塵系統(tǒng)的集氣罩設(shè)計1.2.2設(shè)計原始資料氣體中顆粒物占15.0%，允許的排風(fēng)速度最大1.0m/s；車間有2個，相距10m。煙氣粘度：2.4×105pa.s煙氣溫度：20允許罩內(nèi)最大負(fù)壓：25Pa；允許壓力損失：1000pa煙氣密度：1.18kg/m3煙氣真密度：2.2g/cm3空氣過剩系數(shù)：a=1.4煙塵濃度排放標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）：200/L環(huán)境溫度：-7當(dāng)?shù)貧鈮海?00KPa凈化系統(tǒng)布置

4、場地在車間北側(cè)20-25米以內(nèi)1.2.3設(shè)計內(nèi)容以及要求根據(jù)煙氣性質(zhì)，選擇設(shè)計合適的集氣罩，計算出集氣罩的排風(fēng)量、壓力降 并確定排風(fēng)速度，完成除塵、風(fēng)機(jī)、煙囪的位置及管道布置，最后按照工程制圖要求繪制一張集氣罩和系統(tǒng)A3 圖。2集氣罩的設(shè)計2.1集氣罩的集氣機(jī)理集氣罩匯集污染物，是一種流體動力學(xué)捕集 ，因此要對集氣罩合理設(shè)計，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人流動，一種是吹氣口氣流的吹出流動。 2.1.1 吸入氣流吸入機(jī)理：吸氣口吸氣時，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。實際情況吸口氣流分布特點：1

5、.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點匯，等速面是以該點為中心的球面，假設(shè)點匯吸風(fēng)量為Q，等速面的半徑為r1、r2，相應(yīng)氣流速度為u1、u2，由于通過每個等速面的風(fēng)量相等，則有 Q = 4r12u1 = 4r22u222 于是： u1/u2 = (r2/r1)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。 圖2-12.罩口的設(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=2r12u1=2r22u2 2 (比較兩式，可見： （1）吸氣速度相同時，同一距離上Q

6、（懸空設(shè)置的吸氣口）= 2 Q （有一面阻擋的吸氣口） （2）吸風(fēng)量相同時，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）3.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，實際等速面為橢圓形。 2.1.2吹出氣流空氣從管口噴出，在空間形成的一股氣流稱為空氣射流. (1)空氣射流的一般特性。如圖2-2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，射流中保持原出口速度 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。 圖2-22

7、.1.3吹吸氣流 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。 圖2-32.2集氣罩的類型集氣罩：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)，同時防止其向生產(chǎn)車間及大氣擴(kuò)散，造成污染。 形式： （1）按罩口氣流流動方式分為：吸氣式和吹吸式； （2）按集氣罩與污染源的相對位置及適用范圍，可將吸氣式集氣罩分為： 密閉罩、排氣柜、外部集氣罩、接受式集氣罩等。 l 密閉罩定義：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：所需排風(fēng)量最小，控制效果最好，且不受

8、室內(nèi)氣流干擾，設(shè)計中應(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 （1）.局部密閉罩 特點：體積小，材料消耗少，操作與檢修方便； 適用：產(chǎn)塵點固定、產(chǎn)塵氣流速度較小且連續(xù)產(chǎn)塵的地點。（2）.整體密閉罩 特點：容積大，密閉性好。 適用：多點塵源、攜氣流速大或有振動的產(chǎn)塵設(shè)備。（3）.大容積密閉罩 特點：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：多點源、陣發(fā)性、氣流速度大的設(shè)備和污染源。 圖2-4l 排氣柜排氣柜可使產(chǎn)生有害煙塵的操作在柜內(nèi)進(jìn)行。（1）. 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

9、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、在對面和頂部同時設(shè)置排氣口（2）. 布置要求：盡量避開門窗和其它進(jìn)風(fēng)口。l 外部吸(集、排)氣罩定義: 通過罩的抽吸作用，在污染源附近把污染物全部吸收起來的集氣罩。特點:結(jié)構(gòu)簡單，制造方便；但所需排風(fēng)量較大，且易受室內(nèi)橫向氣流的干擾，捕集效率較低。常見形式:頂吸罩、側(cè)面吸罩、底吸罩、槽邊吸氣罩  l 接受式排氣罩 .定義：接受由生產(chǎn)過程（如熱過程、機(jī)械運(yùn)動過程）產(chǎn)生或誘導(dǎo)出來的污染氣流的一種排氣罩。特點：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&

10、lt;1.5A1/2） b.高懸罩（罩口高度>1.5A1/2）A-熱設(shè)備的水平投影面積。 圖2-52.3吹吸式排氣罩的應(yīng)用注意事項（1）當(dāng)接受罩懸掛較高時，用吹氣射流阻擋橫向氣流（2）采用氣幕控制破碎機(jī)料坑的揚(yáng)塵（3）采用氣幕控制整個車間的污染源。 2.4集氣罩的設(shè)計原則集氣罩的設(shè)計主要包括結(jié)構(gòu)形式以及性能參數(shù)計算，集氣罩設(shè)計得合理使用較小的排風(fēng)量就可以有效地控制污染物擴(kuò)散。反之用很大的排風(fēng)量也不一定能達(dá)到預(yù)期的效果，因此設(shè)計的書畫應(yīng)該注意一下幾點： (1)集氣罩盡可能包圍或靠近污染源，使污染物的擴(kuò)散限制在最小的圍內(nèi)，盡可能減小吸氣范圍，防止橫向氣流的干擾，減小排風(fēng)量。 (2)在保證控制

11、污染的條件下，盡量減少集氣罩的開口面積，使風(fēng)量最小。 (3)集氣罩的吸氣氣流不允許通過人的呼吸區(qū)在進(jìn)入集氣罩內(nèi)，設(shè)計時要充分考慮操作人員的位置和活動范圍。 (4)集氣罩的備置應(yīng)與生產(chǎn)工藝協(xié)調(diào)一致，力求不影響工藝操作和設(shè)備檢修。 (5)集氣罩應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用而造價低，并便于制作安裝和拆卸維修。 (6)要盡可能避免或減弱干擾氣流如堂風(fēng)、逆風(fēng)氣流等對吸氣氣流的影響。 3.集氣罩計算以及造型3.1集氣罩性能參數(shù)及計算3.1.1排風(fēng)量的確定 1.排風(fēng)量的測定方法 集氣罩排風(fēng)量Q(m3/s) ，可以通過實測罩口的平均吸氣速度0 (m/s) 和罩口面積A0（m2）確定。 Q= 0 A 0 (m3/s

12、) 也可以通過實測連接罩口上的平均吸氣速度 (m/s) ，氣流動壓Pd(Pa)或靜壓PS(Pa)及其管道斷面積A （m2）按下式確定。 Q= A =A【 (2/) Pd】1/2 (m3/s) Q=A【 (2/) PS】1/2 (m3/s)式中: 氣體密度,kg/m3 -集氣罩的流量系數(shù)3.1.2 排風(fēng)量的計算（1）控制速度法指在罩口前污染物擴(kuò)散方向的任意點上均能使污染物吸入氣流流入罩內(nèi)并將其捕集所必須的最小吸氣速度。圖3-12）流量比法把集氣罩排風(fēng)量Q3看作是污染氣流量Q1和從罩口周圍吸入室內(nèi)空氣量Q2之和,即 Q3=Q1+Q2=Q1(1+Q2/Q1)=Q1(1+K) Kv=(Q2/Q1)li

13、nitK-為流量比KV通過實驗研究求出,與污染物發(fā)生量無關(guān),只與污染源和集氣罩的相對尺寸有關(guān).3.1.3 壓力損失的確定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寫為 P=0P= (PD+PS)=|PS|PD =（ PD / |PS| ）1/2=1/（ 1 ）1/2-流量系數(shù)-壓力損失系數(shù)4 設(shè)計計算及選型4.1集氣罩類型設(shè)計選擇原因：根據(jù)所給數(shù)據(jù)和設(shè)計要求，本設(shè)計易采用外部集氣罩的熱過程上部集氣罩（如下圖所示原因），是由于車間空間體積較大，需要有較大的收量的集氣罩。對于外部集氣罩的排風(fēng)量的確定多采用控制速度法,同時考慮到氣體擴(kuò)散等因素，可適當(dāng)?shù)倪x擇3-5個普通吹風(fēng)機(jī)

14、安裝在車間以及污染源的周圍，保證污染氣體盡可能的被集氣罩收集。圖4-1圖4-2（1）控制點控制速度的確定 由題設(shè)條件，經(jīng)查閱文獻(xiàn)2，本設(shè)計取1m/s。（2）集氣罩排風(fēng)量、尺寸的確定根據(jù)此題假設(shè)H=1m，設(shè)罩口直徑為1m,為保證罩口呼氣速度均勻，集氣罩的擴(kuò)張角不應(yīng)大于60°，本設(shè)計中取為60°。罩口直徑D=1m罩下口面積S=*（D/2）²=0.785(m²)罩上口面積S=*（d/2）²=0.049(m²)集氣罩高度h=（D-d）/2=375mm=0.375m與集氣罩相連的管道內(nèi)的氣流速度：v1=15.98m/s管道直徑為：250mm v

15、0=1m/s兩個工作臺的污染相同，因此，取相同的集氣罩，流量等參數(shù)皆相同。4.2集氣罩排風(fēng)量設(shè)計計算集氣罩的排風(fēng)量Q（m3/s），Q1是煙氣流量，Q2是空氣流量。可以通過實測罩口上的平均吸氣速度v0（m/s）和罩口面積A0(m2)確定：K=H/E=1/1=1Q=Q1+Q2=Q1（1+K）=0.784m3/s因為2個集氣罩相同，所以集氣罩總的排風(fēng)量為1.568m3/s 即：5644.8 m3/h;與集氣罩相連的管道內(nèi)的氣流速度：v1=Q/A=1.568/0.049=32m/s檢驗：Q=A0V0 所以V0=1m/s,符合題意。4.3集氣罩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)與直管

16、中的壓力pd之乘積的形式即：p=pd此集氣罩的壓損系數(shù)取=0.11p=v2/2 (Pa)=0.11×1.18kg/m3×(15.98m/s)2/2=16.57Pa.所以總的壓力損失為2p=33.14Pa<1000 Pa符合題意要求。綜合以上計算和要求可知，該集氣罩設(shè)計合理，符合要求。設(shè)計小結(jié) 這次設(shè)計根據(jù)所給資料，我們最終確定了集氣罩的形狀以及排風(fēng)量和排風(fēng)速度，單個集氣罩采用外部上置式集氣罩，下口直徑為1m，上口直徑為250mm，集氣罩高度為375mm，距離污染源高度為1m，經(jīng)計算，排風(fēng)速度為1m/s，排風(fēng)量最終確定為0.784m3/s，壓力損失為16.57Pa，并且

17、經(jīng)過最終驗證，我組得出的數(shù)據(jù)基本符合規(guī)定。這次課程設(shè)計我們從遇到的難題到最終的解決過程，能夠看出我們的成長過程。最初，我們完全不理解課程設(shè)計所要求我們做的內(nèi)容，然后我們從超星數(shù)字圖書館下載書籍，上網(wǎng)查找資料，然后把收集到的資料拿出來跟同學(xué)們商討設(shè)計過程與步驟；最后記下大家都不會的問題去問老師。這是一個看似簡單的過程，但是過程中我們確實收獲到了很多。我是設(shè)計金屬冶煉車間除塵系統(tǒng)的集氣罩的，在設(shè)計過程中，我首先了解了集氣罩的設(shè)計原則和集氣罩的類型，其次我學(xué)會的集氣罩的尺寸設(shè)計和排風(fēng)量的計算，最終確定壓力損失和驗證設(shè)計的合理性。在這些過程中，大部分未知的知識書上基本可以找到，唯一難的就是壓力損失系數(shù)的確定，因為這個系數(shù)只能在專業(yè)的書上才能查到，為此我花了一下午的時間從超星圖書館上尋找這本書，最終將我們組的集氣罩壓損系數(shù)確定下來。這算本次設(shè)計中最難忘的事情了。最后我想說明一下，雖然我們最初對此設(shè)計一點兒都不了解，但是我們在規(guī)定的時間內(nèi)完成了設(shè)計