集气罩

1.外部吸气罩罩口气流流动规律 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 13-2a）， 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 u1/u2 = (r2/r1)2 (13-2) 于通过每个等速面的风量相等，则有 Q = 4πr12u1= 4πr22u2 (13-1) 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。 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 13-2b 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 (13-3) 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）= 2 Q （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）= 2 u（悬空设置的吸气口） 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，实际等速面不是球面而是椭球面。 根据试验结果，吸气口气流速度分布具有以下特点： ①在吸气口附近的等速面近似与吸气口平行，随离吸气口 u 距离 x 的增大，逐渐变成椭圆面，而在 1 倍吸气口直径 d 处已接近为球面。因此，当 f／J＞1 时，可近似当作点汇，吸气量 Q 可按式(13-1)、(13-3) 计算。当 x/d＜1 时，应根据有关气流衰减公式计算。 ②吸气口气流速度衰减较快。如图 13-3 所示，当 x/d＝l 时，该点气流速度已大约降至吸气口流速的 7.5%。 ③对于结构一定的吸气口，不论吸气口风速大小，其等速面形状大致相同。而吸气口结构形式不同， 其气流衰减规律则不同。
第三节 集气罩的基本类型
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， 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。
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（见图 13-14）
四、接受式排气罩
定义：接受由生产过程（如热过程、机械运动过程）中产生或诱导出来的污染气流的一种排气罩(图 13-15)。 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。
在设计热设备上方集气罩和吹吸式集气罩时，均要应用空气射流的基本理论。 等温圆射流和等温扁射流是自由射流中的常见流型。等温圆射流结构示意如图 13-6 所示。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 v0 的部分称为射流核心，速度小于 v0 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。 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出于射流边缘的卷吸作用，射流断面不断扩大，其扩散角 α 约为 15o~20o。射流流量随射流长度增 加而增大。 ③射流核心段呈锥形不断缩小。对于扁射流，x/2b0＝2.5 以前为核心段。 ④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。 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。根据动量方程式，单位时间通过射流各断面的动量应相等。对于圆射流， 单位时间内喷吹口的动量应为 ρQ0v0＝ρπR02vo2。射流主体段的断面速度分布是不均匀的，任取对称于轴 心的微环面积 2πydy(图 13-7)，单位时间内通过微环面积的质量为 ρ(2πydy)v，动量为 ρ(2πydy)v2。因此， R 整个断面的动量为 2 yv 2 dy ，于是
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。
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（见图 13-3） (1)特点：体积小，材料消耗少，操作与检修方便； (2)适用：产尘点固定、产尘气流速度较小且连续产尘的地点。 2.整体密闭罩（见图 13-4） (1)特点：容积大，密闭性好。 (2)适用：多点尘源、携气流速大或有振动的产尘设备。 3.大容积密闭罩 （见图 13-5） (1)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。 (2)适用：多点源、阵发性、气流速度大的设备和污染源。 4.布置要求 (1)设置必要的观察窗、操作门和检修门；(2)罩内应保持一定的均衡负压，避免烟尘逸出；(3)尽量避开 扬尘中心，防止大量物料随气流带至罩口被吸走；(4)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。 5.密闭罩的排气量计算 影响密闭罩排气量的因素：罩子结构、罩内气流情况、工艺设备的种类、操作情况等。 密闭罩排气量 Q :Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5-Q6 m3/s （13.1） 式中：Q1-被运动物料带入罩内 的诱导空气量；Q2-由罩密闭不严处吸入的空气量；Q3-由化学反应，受热膨胀，水分蒸发等产生的气体 量；Q4-由于设备运转而鼓入罩内的空气量；Q5-被压实的物料所排挤出的空气量；Q6-随物料排出所带走 的烟气量。 理论上计算很困难，实际中常根据经验数据和有关手册来确定。
1.排风量的测定方法 集气罩排风量 Q(m3/s)，可以通过实测罩口上的平均吸气速度 v0(m/s)和罩口面积 A0(m2)确定。 Q＝A0v0 面积 A(m2)按下式确定(参看图 13-17)： (m3/s) (13-6) 或 (m3/s) (13-7) (m3/s) (13-5) 也可以通过实测连接集气罩直管中的平均速度 v(m/s) ，气流动压 pd(Pa)或气体静压 ps(Pa)及其管道断
第二节 集气罩的集气机理 一、吸入气流
一个敞开的管口是最简单的吸气口。当吸气管吸气时，在吸气管口附近形成负压，周围空气从四面 八方流向吸气口。当吸气口面积较小时，可视为“点汇”。假定流动没有阻力，在吸气口外气流流动的 流线是以吸气口为中心的径向线，等速面是以吸气点为球心的球面。如图 13-2 所示。
二、吹出气流
空气从管口喷出，在空间形成的一股气流称为出口气流或射流。 按孔口形状可以将射流分为圆射流、矩形射流和扁射流(条缝射流)；按空间界壁对射流的约束条件， 射流可分为自由射流(吹向无限空间)和受限射流(吹向有限空间)；按射流温度与周围空气温度是否相等， 可分为等温射流和非等温射流；按射流产生的动力，还可将射流分为机械射流和热射流。圆射流可向上 下左右扩散，扁射流只能向条缝吹出口两侧方向扩散，方形吹出口及长宽比接近 l 的矩形风口喷出的矩形 射流，在距离大于 10 倍吹出口直径(面积的平方根)后，射流断面几乎成为圆形。非等温射流，内于热浮 力的作用，射流轴线将产生弯曲。射流温度高于室内空气温度时，轴线向上弯曲，反之轴线向下弯曲，
二.排气柜
排气柜可使产生有害烟尘的操作在柜内进行。 1.结构形式 A、排气口在操作口对面（见图 13-7a） B、排气口设在柜顶（见图 13-7b） 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 2.布置要求 尽量避开门窗和其它进风口。 3.排气柜的排气量计算 排气柜的排气量可按下式计算： Q =u0A0β 值；A0-操作口的面积；β-安全系数，一般情况下介于 1.05～1.10。 （13.3） 式中：Q -排气量；u0-操作口的平均吸气速度，一般选用 0.5～1.5m/s，对危害性大的烟气，取较大 操作口气流分布较均匀，有害气体外逸的可能性较小。 操作口上部形成较大进气流速，而下部进气流速较小， 气柜
二、局部排气净化系统设计的基本内容
(1)捕集装置设计：集气罩结构形式、安装位置以及性能参数确定等。 (2)净化系统的选择或设计 ①选择依据 a.污染物的种类与性质；b.处理量；c.净化效率；d.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；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除尘系统与装置的选择；④吸收系统与装置的选择；⑤吸附系统与吸附装置的选择 ⑥净化装置的费用：设备投资费、运行费用、总费用 (3)管道系统的设计：管道布置、管道内气体流速的确定、管径选择、压力损失计算以及通风机选择 (4)排放烟囱设计：烟囱高度、出口直径、排气速度等
第十三章 集气罩
[教学目的] [教学重点] [教学难点] [课外作业] [学时分配] 4 学时 [教学内容] (1)净化系统的组成及系统设计的基本内容；(2)集气罩的集气机理；(3)集气罩的集气类型； (4)集气罩的性能参数和计算；(5)集气罩的设计方法。 通过本章的学习，使同学们了解集气罩的集气类型，理解和掌握集气罩的集气机理、集气罩 集气罩的集气机理及设计方法 集气罩的设计方法 课堂讲授
的设计方法。
[教学方法及手段]
第一节
净化系统的组成及系统设计的基本内容
一、局部排气净化系统的组成
(1)集气罩: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)通风机: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。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。