環(huán)保設備教案-1第一章氣體凈化系統(tǒng)設計

第一章氣體凈化系統(tǒng)的設計【課時安排】§1.1集氣罩的設計4學時§1.2氣體輸送管網的設計2學時總計6學時【掌握內容】吸入氣流的運動規(guī)律吹氣氣流的運動規(guī)律吸入氣流與吹出氣流的差別管道內氣體流動的壓力損失的計算流速當量直徑計算法凈化系統(tǒng)的管道系統(tǒng)設計【熟習內容】局部排氣凈化系統(tǒng)的構成和設計的基本內容各樣集氣罩的特色表示各樣集氣罩性能的參數(shù)及計算常用集氣罩設計計算管道部署的原則管道系統(tǒng)的區(qū)分【教課難點】吸入氣流的運動規(guī)律吹氣氣流的運動規(guī)律管道系統(tǒng)設計計算【教課要點】吸入氣流和吹氣氣流的運動規(guī)律【教課目的】掌握常用集氣罩的選擇和設計計算掌握凈化系統(tǒng)的管道系統(tǒng)設計；合理選擇凈化妝置?！窘陶n內容】§1.1集氣罩的設計【講課時間】4學時【教課手段】講堂講解【教課過程】一局部排氣凈化系統(tǒng)的構成1．局部排氣凈化系統(tǒng)的觀點：控制空氣污染物在車間內外擴散的局部通風方法，簡單地說，就是在局部污染源設置集氣罩，把污染空氣捕集起來經凈化后排至室外，這是生產車間控制空氣污染的最有效、最常用的方法。2．局部排氣凈化系統(tǒng)的基本構成：①集氣罩：用以捕集污染空氣的。

其性能對凈化系統(tǒng)的技術經濟指標有直接影響。

因為污染源設施構造和生產操作工藝的不一樣，集氣罩的形式是多種多樣的。②風管：在凈化系統(tǒng)頂用以輸送氣流的管道稱為風管，經過風管使系統(tǒng)的設施和零件連成一個整體。③凈化設施：為了防備大氣污染，當排氣中污染物含量超出排放標準時，一定采納凈化設施進行辦理，達到排放標準后，才能排入大氣。④通風機：通風機是系統(tǒng)中氣體流動的動力．為了防備通風機的磨損和腐化，往常把風機設在凈化設施后邊．⑤煙囪：凈化系統(tǒng)的排氣裝置．因為凈化后的煙氣中仍含有必定量的污染物，這些污染物在大氣中擴散、稀釋，并最后沉降到地面。為了保證污染物的地面濃度不超出大氣環(huán)境質量標準，煙囪一定擁有必定高度。1、集氣罩；2、排風管；3、凈化設施；4、風機；5、煙囪；二局部排氣凈化系統(tǒng)設計的基本內容1．捕集裝置的設計污傘物的捕集裝置往常稱為集氣罩。設計內容主要包含集氣罩構造形式．安裝地點以及性能參數(shù)確立等內容．2．輸送管道沒計管道系統(tǒng)設計主要包含管道部署．管道內氣體流速確立．管徑選擇．壓力損失計算以及通風機選擇等內容。3．凈化設施選擇或設計凈化設施的選擇或設計一般按以下程序進行：(1)工程檢查。L仔細采集相關資料、全向考慮影響設施性能的各樣要素；(2)依據排放標準和生產要求．計算需要達到的凈化效率；(3)依據污染物性質和操作條件確立凈化方法(汲?。交虺龎m等)和凈化流程(幾級辦理，能否預冷．調濕以及汲取劑或吸附劑選擇等)。在此基礎上，決定凈化設施的選擇范圍；(4)對設施的技術指標和經濟指標進行全面比較，選定最適合的凈化妝置；確立凈化設施的型號規(guī)格及運轉參數(shù)。設汁知足其排放濃度達到當?shù)嘏欧艠藴实囊蟆?．排放煙囪設計主要內容包含構造尺寸及工藝參數(shù)(煙囪高度．出口直徑，噴出速度等)的設計。三集氣罩的基本形式1．按罩口氣流流動方式：吸氣式集氣罩吹吸式集氣罩2．按集氣罩與污染源的相對地點及合用范圍①密閉罩定義；密閉罩是將污染源的局部或整體密閉起來的一種集氣罩。其作用原理是使污染物的擴散限制在一個很小的密閉空間內，僅在一定留出的罩上張口空隙處J吸入若干室內空氣，使罩內保持必定負壓，達到防備污染物外逸的目的．特色：排風量最小，控制成效最好，且不受室內橫向氣流的擾亂設計中應優(yōu)先考慮采納。分類：按密閉罩的圍擋范圍和構造特色，分為局部密閉罩：特色：體積小，資料耗費少，操作與檢修方便；合用：產塵點固定、產塵氣流速度較小且連續(xù)產塵的地址。整體密閉罩：特色：容積大，密閉性好。合用：多點塵源、攜氣流速大或有振動的產塵設施。大容積密閉罩：特色：容積大，可緩沖產塵氣流，減少局部正壓，設施檢修可在罩內進行。合用：多點源、陣發(fā)性、氣流速度大的設施和污染源。②排氣柜定義；排氣柜也稱箱式集氣罩。因為生產工藝操作的需要，在罩上有較大的操作孔。操作時，經過孔口吸入的氣流來控制污染物外逸。其捕集機理和密閉罩相同，可視為開有較大孔口的密閉罩?；瘜W實驗室的通風柜和小零件噴漆箱就是排氣柜的典型代表。特色：控制成效好，排風量比密閉罩大，而小于其余形式集氣罩分類：用于熱污染源的排氣柜，吸氣管應設在上部，使吸入氣流于熱射流方向一致用于冷污染源的排氣柜，吸氣管可設在冷設施的側面或上部③外面集氣罩定義；因為工藝條件的限制，有時沒法對污染源進行密閉，則只好在其鄰近設置外面集氣罩。外面集氣罩依賴罩口外吸入氣流的運動而實現(xiàn)捕集污染物。特色：因為外面集氣罩吸氣方向與污染氣流運動方向常常不一致，一般需要較狂風量才能控制污染氣流的擴散，并且簡單受室內橫向氣流擾亂，以致捕集效率降低分類：按集氣罩與污染源的相對地點可將其分為四類：上部集氣罩下部集氣罩側吸罩槽邊集氣罩外面吸氣罩a-頂吸罩；b-底吸罩；c-側吸罩；d-槽邊集氣罩④接受式集氣罩定義；接受式集氣罩即沿污染氣流流線方向設置吸氣罩口，污染氣流即可借助自己的流動能量進入罩口接受式排氣罩a-熱源上部傘形接受罩；b-砂輪機接受罩⑤吹吸式集氣罩定義；當外面集氣罩與污染源距離較大，純真依賴罩口的抽吸作用常常控制不了污染物的擴散，則能夠在外面集氣罩的對面設置吹氣口，將污染氣流吹向外面集氣罩的吸氣口，以提升控制成效，一般把這種依賴吹吸氣流的綜合作用來控制污染氣流擴散的集氣方式稱為吹吸式集氣罩特色：因為吹出氣流的速度衰減的慢，以及氣幕的作用，使室內空氣混入量大為減少，所以達到相同的控制成效時，要比純真采納外面集氣罩節(jié)儉風量，且不易受室內橫向氣流的于擾。槽子吹吸式排氣罩四集氣罩的特征（一）排風量1．排風量的測定方法：（1）實質測定罩口上的均勻吸氣速度v0和罩口面積A0來確立Q=v0*A0（m3/s）（2）測定連結集氣罩直管中的均勻速度V、氣流動壓Pd（或氣流靜壓Ps）、管道斷面面積A2PdQAVA或2PsQA2．排風量計算方法a控制速度法：指在罩口前污染物擴散方向的隨意點上均能使污染物隨吸入氣流流入罩內并將其力捕集所一定的最小吸氣速度。吸氣氣流有效作用范圍內的最遠點稱為控制點?？刂泣c距罩口的距離稱為控制距離。采納控制速度法計算集氣罩的排風量，要點在于確立控制速度vx和集氣罩口的速度散布曲線或氣流速度衰減公式?？刂扑俣确ㄒ话愫嫌糜谖廴疚锇l(fā)生量較小的冷過程。流量比法：為了正確地計箅集氣罩的排風量，日本學者研究了集氣罩罩口上同時有污染氣流和吸氣氣流的氣流運動規(guī)律，提出了按罩口污染氣流與吸氣氣流的流線合成來求取排風量的流量比法。（二）壓力損失確實定PPd

v22ξ——壓力損失系數(shù)Pd——連結直管中的動壓五集氣罩的設計集氣罩設計的基本要求：①集氣罩應盡可能將污染源包圍起來，使污染物的擴散限制在最小的范圍內，以便防備橫向氣流的擾亂，減少排肚量。②集氣罩的吸氣方向盡可能與污染氣流運動方向一致，充分利用污染氣流的初始動能。③在保證控制污染的條件下，盡量減少集氣罩的張口面積，以減少排風量；④集氣罩的吸氣氣流不一樣意經過人的呼吸區(qū)再進入罩內；⑤集氣罩的構造不該阻礙人工操作和設施檢修。（一）密閉罩的設計1．部署要求設置必需的察看窗、操作門和檢修門；罩內應保持必定的均衡負壓，防止煙塵逸出；盡量避開揚塵中心,防備大批物料隨氣流帶至罩口被吸走；辦理熱物料時，應試慮熱壓對氣流運動的影響，往常適合加大密閉罩容積，吸風點設于罩子頂部最高點。2．密閉罩的排肚量計算影響密閉罩排肚量的要素：罩子構造、罩內氣流狀況、工藝設施的種類、操作狀況等排肚量Q:①按張口或空隙處空氣的吸入速度計算：Q=F0V0V0—張口或空隙處空氣的吸入速度，一般取0.5～1.5m/s2F0—張口或空隙的總面積，m②按經驗公式或數(shù)據確立Q（對砂輪機和拋光機）Q=KD—每毫米輪徑的排風量D—輪徑，mm③對常有設施，依據設施型號、規(guī)格，常依據經驗數(shù)據和相關手冊來確立。（二）.排氣柜的設計排氣柜可使產生有害煙塵的操作在柜內進行1．構造形式A排氣口在操作口對面（見圖13-7a）操作口氣流散布較均勻，有害氣體外逸的可能性較小。B排氣口設在柜頂（見圖13-7b）操作口上部形成較大進氣流速，而下部進氣流速較小，造成有害氣體外逸

氣柜內易形成渦流，可能在對面和頂部同時設置排氣口2．部署要求：盡量避開門窗和其余進風口排氣柜的排肚量計算：=Q1+u0A0β式中：Q-排氣柜的排肚量；Q1—罩內工藝生產過程產生的污染氣體量；u0-操作口的最小均勻吸氣速度，一般采納0.5～1.5m/s，對危害性大的煙氣，取較大值；A0-操作口的面積；β-安全系數(shù)，一般狀況下介于1.05～1.10（三）外面集氣罩的設計①側吸罩：罩口為圓形或矩形（寬長比W/L≥0.2），沿罩子軸線的氣流速度衰減公式為u0C(10x2A0)uxA0u0C(10x2A0)uxA0式中：u0-罩口氣流速度，m/s；ux-控制點的控制速度；x-罩口到控制點的距離，m；A0-罩口面積，m2；C-系數(shù)，與外面吸氣罩的構造、形狀和部署狀況相關，取1或0.75②側吸罩為條縫罩（寬長比W/L<0.2）罩子軸線的氣流速度衰減公式為v0CXLvxA0QCXLvxL—條縫罩張口長度，mC—系數(shù)③冷過程上部集氣罩QKPHvxP—罩口敞開面周長H—罩口至污染源距離K—安全系數(shù)，K=1.4④槽邊集氣罩（四）.接受式排氣罩的設計a.低懸罩（罩口高度<1.5A1/2）A-熱設施的水平投影面積熱射流量=熱設施的水平投影面積上所產生的開端對流熱射流量，其計算式為：Q0.403(qHA2)1/3b.高掛罩（罩口高度>1.5A1/2）設熱設施水平投影面的直徑為d，則熱射流在距熱設施h處的斷面均勻流速、斷面直徑和氣流量可由經驗式計算實質排肚量計算式：Q′=Q+uzA式中：Q-罩口斷面上熱射流的流量；uz-罩口斷面上熱射流的均勻流速；-罩口的擴大面積（五）.吹吸式集氣罩合用：在槽、臺寬度較大（≥2m）的工作槽上，采納此類排氣罩控制污染物的擴散，成效較佳。設計時注意事項1）防備吹氣射流產生曲折；2）條縫口寬度速度；3）吹氣罩排肚量；4）吹氣口高度。Appendix：集氣罩的集氣機理一集氣罩的捕集機理集氣罩罩口氣流運動方式有兩種：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。1．吸入氣流的運動規(guī)律點狀吸氣口氣流運動狀況當吸氣口面積較小時，可視為“點匯流”假定：流動沒有阻力，在吸氣口外氣流流動的流線是以吸氣口為中心的徑向線，等速面是以吸氣口為球心的球面。（1）經過每個等速面的吸肚量相等為Q，等速面的半徑分別為r1和r2，相應的氣流速度為v1和v2，則有Q=4r12v1=4r22v2或v1/v2=（r2/r1）2結論：a點匯外某一點的流速與該點的至吸氣口距離的平方成反比;吸氣口吸入氣流速度衰減很快，設計集氣罩時，應盡量減少罩口到污染源的距離，以提升捕集效率。2）若在吸氣口的四周加上擋板，吸氣范圍減少一半，其等速面為半球面，則吸氣口的吸肚量為22Q=2r1v1=2r2v2結論：a在相同的距離上造成相同的吸氣速度，即達到相同的控制成效時，吸氣口不設檔板的吸肚量比加檔板時大一倍;在吸肚量相同的狀況下，在相同的距離上，有擋板的吸氣口的吸氣速度比無擋板的大一倍。所以，在設計外面集氣罩時，應盡量減少吸氣范圍，以便加強控制成效。3）實質中吸氣口老是有必定的大小的，氣體流動也是有阻力的，所以，吸氣區(qū)氣體流動的等速面不是球面而是橢球面。P507圖13—3，圖13—4及圖13—5繪制了吸氣區(qū)內氣流流線和速度散布，直觀的表示了吸氣速度和相對距離的關系。4）吸氣口氣流速度散布擁有以下特色：a在吸氣口鄰近的等速面近似與吸氣口平行，隨離吸氣口距離x的增大，漸漸變?yōu)闄E圓面．而在1倍吸氣口直徑d處已靠近為球面。所以，當x/d>1時可近似看作點匯，吸肚量Q可按式（9—1），（9—2）計算。當x／d<l時，應依據相關氣衰減公式計算。b吸氣口氣流速度衰減較快。如圖

9一

3所示，當

x/d=1

時，該點氣流速度已大概降至吸氣口流速的7.5%。關于構造必定的吸氣口，無論吸氣口風速大小怎樣，其等速面形狀大概相同。而吸氣口構造形式不一樣．其氣流衰減規(guī)律則不一樣。2．吹氣氣流的運動規(guī)律（1）定義：空氣從孔口吹出，在空間形成一股氣流稱為吹氣流或射流（2）分類：按孔口形狀：圓形，矩形和扁矩形（長短邊之比大于10：1）按射流孔口形狀：圓射流，矩形射流和扁射流(條縫射流)據空間界壁對射流的拘束條件：自由射流（吹向無窮空間）和受限射流；按射流內部溫度變化：等溫射流和非等溫射流；據射流產生的動力：機械射流和熱射流．（3）等溫自由射流的特色：射流邊沿有卷吸四周空氣的作用，這主假如因為紊流動量互換惹起的。b因為射流邊沿的卷吸作用，射流斷面不停擴大，其擴散角約為15o—20o。射流流量隨射流長度增添而增大。c射流核心段呈錐形不停減小。關于扁射流，距吹氣口的距離x、與吹氣口高度2bo的比值x/2bo=2.5從前為核心段．核心段軸線上射流速度保持吹氣口上的均勻速度v。0d核心段此后（扁射流x/2bo>2.5）,射流速度漸漸降落。射流各斷面的速度值雖不一樣，但其無因次速度散布相像。射流中的靜壓與四周靜止空氣的壓強相同．射流各斷面動量相等。二吸入氣流與吹出氣流的差別1．吹出氣流因為卷吸作用，沿射流方向流量不停增添，射流呈錐形；吸入氣流的等速面為橢圓球面，經過各等速面的流量相等，并等于吸進口的流量。2．射流軸線上的速度基本上與射程成反比，而吸氣區(qū)內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。三吹吸氣流的運動規(guī)律吹吸氣流是兩股氣流組合而成的合成氣流§1.2氣體輸送管網的設計【講課時間】2學時【教課手段】講堂講解【教課過程】一管道內氣體流動的壓力損失包含兩種：a摩擦壓力損失或沿程壓力損失：因為氣體自己的粘滯性及其與管壁間的摩擦而產生的壓力損失b局部壓力損失：氣體流經管道系統(tǒng)中某些局部構件時，因為流速大小和方向改變形成渦流而產生的壓力損失總壓力損失=沿程壓力損失＋局部壓力損失1．沿程壓力損失PlPLlv2lRm4Rs2此中Rv2m4Rs2式中Rm—單位長度管道的摩擦壓力損失，簡稱比壓損(或比摩阻)，Pa／m；l—直管段長度，m；入——摩擦壓損系數(shù)；v——管道內氣體的均勻流速；m／s；ρ——管道內氣體的密度，kg/m3；Rs——管道的水力半徑，m．它是指流體流徑直管段時，流體的斷面積A(m2)與濕潤周邊x(m)之比，即Rs=A/x(m)（1）圓形管道（流體為氣體）Rs=nd2／4／d=d／4m2/2(Pa／m)R=入/d*pv2）矩形管道：①流速當量直徑計算法：假定：矩形管道和某圓形管道的壓損系數(shù)相等，即入圓=入矩；圓形管道的流速與矩形管道的流速亦相等，即v圓=v矩；當圓形管道比壓損與矩形管道比壓損相等時，則該圓形管道的直徑就稱為此矩形管道的流速當量直徑，以dv表示由dv值，再由dv和矩形管道內的實質流速去查圓形管道的比壓損計算表，獲得的Rm值或入／

d值即可作為矩形管道的

Rm或入／

d值②用“計算表”直接計算：上述的“計算表”已經考慮到了矩形風管和圓形風管的差別，并已在相應表中作了變換。使用時，可依據已知的流量和選用的流速在“計算表”中直接查出需要設計的管道尺寸和RL值。2．局部壓力損失Pm氣體流經管道系統(tǒng)中的異形管件(如閥門、彎頭、三通等)時，因為流動狀況發(fā)生忽然變化，所產生的能量損失稱為局部壓力損失。局部壓力損失在管道系統(tǒng)的總壓力損失中占有很大比重。局部壓力損失一般用動壓頭的倍數(shù)表示，即v2Pm(Pa)2式中ξ——局部壓損系數(shù)，相關設計手冊中能夠查到；v——異形管件處管道斷面均勻流速，m／s；局部壓損系數(shù)往常是經過實驗確立的。實驗時，先測出管件前后的全壓差(即該管件的局部壓力損失)，再除以相應的動壓pv2／2，即可求得ξ值。二管道計算步驟以下：1．第一確立各抽風點地點微風量，氣體凈化妝置、風機和其余零件的型號規(guī)格，風管資料等．2．依據現(xiàn)場實質狀況部署管道，繪制管道系統(tǒng)軸測圖，并進行管段編號，標明長度微風量。3．確立管道內的氣體流速．4．依據系統(tǒng)各管段的風量和選擇的流速確立各管段的斷面尺寸。輸送渺小顆粒粉塵(如篩分和研磨細粉)，d>=80mm；輸送較粗粉塵(如木屑)，d>=l00mm；輸送粗粉塵(有小塊物)，d>=130mm。5．風管斷面尺寸確立后，應按管內實質流速計算壓損．壓損計算應從最不利環(huán)路損最大的環(huán)路)開始。

(系統(tǒng)中壓6．對并聯(lián)管道進行壓力均衡計算。7．計算除塵系統(tǒng)的總壓力損失(即系統(tǒng)中最不利環(huán)路的總壓力損失)。8．由總風量Q、總壓損⊿P選擇通風機和電機例題：P16例1-2三管道系統(tǒng)部署1．管道部署的一般原則：管道部署應從系統(tǒng)整體布局出發(fā)，對全車間管線全盤問慮，一致規(guī)劃，力爭簡單，緊湊，縮短管線，減少占地和空間，節(jié)儉投資，方便安裝、調理和維修。2．區(qū)分系統(tǒng)的原則：凡發(fā)