第10章 集气罩及管道设计1

Q=A0v0
(m3/s)
罩内气流流速小于0.25～0.37m/s
罩内气流进入排风管前的风速不>2～3m/s。
考虑到排风带走物料和保证控制效果
密闭罩的吸入速度不<0.5～1.5m/s
极细粉尘，吸入速度控制在0.4～0.6m/s
2、参考设计手册
设备型号、规格、密闭罩形式 推荐数据
排气柜
排气柜是在密闭罩上开有较大的操作孔，通过操作孔吸 人大量的气流来控制污染物的外逸。 特点：控制污染效果好，排气量比密闭罩大，比外部集 气罩小。
捕集装置的设计
包括集气罩结构形式、安装位置以及性能参数确定
净化设备的设计
工程调查→净化效率→净化设备的选择范围→最适宜的净化 装置→型号规格及运行参数
输送管道设计
管道的布置、管道内气流流速确定、管径的选择、压力损失 计算以及通风机的选择
烟囱设计
烟囱的结构尺寸及工艺参数的设计
第2节 集气罩的捕集机理
局部密闭罩 整体密闭罩 大容积密闭罩
局部密闭罩
局部密闭罩的特点：
❖容积比较小，工艺设备大部分露在局部密闭罩的
外部，只在设备的产尘(气)点设置局部密闭罩。
❖设备检修和操作方便
适用范围： 一般适用于污染 气流速度较小， 且连续散发的地 点。
整体密闭罩
特点： ❖容积大， ❖密闭罩本身基本上成为独立整体，密闭性好。
好的集气罩设计应能保护操作工人的呼吸基本不受污染物 的影响，又能使他们靠近操作区域工作，同时还要尽可能 减少所抽的气体体积流量。
集气罩的结构形式
按罩口气流流动方式分：
吸气式集气罩、吹吸式集气罩
按集气罩与污染源的相对位置及适合范围分：
密闭罩 半密闭集气罩 外部集气罩 接受式集气罩
密闭罩
原理：罩子把污染源局部或整体密闭 形成一定的负压 罩外的空气经罩上的空隙流入罩内 特点： 所需排气量最小； 控制效果最好； 不受车间内横向气流的干扰。在设计中优先选用
利用吹出气流作为动力，把污染物输送到吸气口再捕 集；或利用吹出气流阻挡、控制污染物的扩散。
吹吸气流
吹吸气流：吹出气流和吸入气流的组合 吹吸式集气罩：利用吹出气流和吸入气流联合 作用来提高所需“控制风速”
第3节 集气罩的结构形式及主要性能
对集气罩的要求
❖车间卫生要求 ❖安全要求 ❖生产工艺要求 ❖环境标准
β-安全系数，一般情况下介于1.05～ 1.10。
外部集气罩
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: 上部集气罩、下部集气罩、侧集罩和槽边吸气罩
上部集气罩
对于热设备，其污染气流都是由下向上运动的，采用上 部集气罩最为有利。所以，它多用于热设备。由于工艺 操作上的原因，冷设备也有采用上部集气罩的。 上部集气罩可分为热设备上部集气罩和冷设备上部集气 罩。 罩子边有挡板和无挡板。
Ax-最不利控制点的等速面积；等速面积取决于罩口形式。
圆形和矩形外部吸气罩风量计 算
外部吸气罩的设计计算-
条缝罩:宽长比<0.2的矩形侧吸罩 气流流速按实测流场所归纳的经验公式计算：
0 /x CxL / A0
具体见pp525 图13-24
冷过程上部集气罩
气流由侧面流入罩内 为避免横向气流的干扰，要求H尽可能<=0.3L 排风量：
x/d0≥1 “点汇” x/d0<1 “经验公式” （2）吸气口气流速度衰减较快 x/d0=1， 该点的气流速度已经降至吸风口流速的7.5%左右。 （3）对于结构一定的吸风口，不论吸风口风速大小如何，其等 速面形状大致相同；而吸风口结构形式不同，其气流衰减规律则 不同。
例1
无边圆形吸风罩口直径d0=150mm，吸风口平均流速 v0=2m/s。尘源在吸入速度为0.5m/s的作用下才会吸入 吸风口得以控制。试问吸风口离开尘源距离x=150mm 时，尘粒能否被吸入？ 解：利用吸气流谱图，查出相对距离x=d0时，轴心流 速vx=7.5%v0
吹出气流流动的基本规律
等温自由射流运动的特性
1、卷吸作用：湍流动量交换 2、射流范围不断扩大
射流流量随射流长度增加而增大 3、射流核心呈锥形不断缩小
对于扁射流，x/2b0＝2.5以前为核心段 4、射流各断面动量相等
R
Q00 R0202 2y 2dy
0
5、射流中的静压分布与周围静止空气的压强相同 6、射流各断面速度分布的相似性
适用范围： 适用于有振动且气流较 大的设备，及全面散发 污染物的污染源。
大容积密闭罩
特点： 罩内容积大，可以缓冲污染气流，减小局部正压，设 备检修可在罩内进行。
适用范围： 多点、阵发性、污染 气流速度大的设备或 地点。如多交料点的 皮带运输机转运点及 振动筛 。
Baidu Nhomakorabea
密闭罩的布置要求
尽可能将污染源密闭，罩壁设置观察窗、检修孔，
Q KPHx
槽边集气罩的设计
槽边集气罩的结构形式
吸气范围大，排风量大
E>=250 高截面 E<250 低截面
截面高度增加，减少了吸气范围， 排风量减少，气流速度分布均匀
槽边集气罩的布置
槽边集气罩的布置分为单侧和双侧
槽宽B 700 mm 单侧 B 700mm 双侧
周边式槽边集气罩
槽边集气罩的设计
A、排气口设在柜顶（图a）
B、排气口在操作口对面
（图b）
C、在对面和顶部同时设置 排气口
排气柜的设计
布置要求：尽量避开门窗和其它进风口。
排气量计算：
式中：
Q =u0A0β
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，取较大值； A0-操作口的面积；
通风机 为气体流动提供动力
排气筒 充分利用大气扩散稀释能力减轻污染
局部排气净化系统的设计原则
了解排放源烟气组成、含量、温度与湿度等 了解烟气污染物特征 合理配置净化装置
基本原则:净化装置以较低的投资和运行费用， 获得较高的污染物去除率，既能有效地回收烟气中的 有效组分，又不致造成二次污染。
局部排气系统设计的内容
则 vx=0.075×2=0.15m/s 此时，vx<0.5m/s，尘粒不能被吸入集气罩内。由分 析可知，只有距离吸风口75mm以内的尘粒才能被吸入。 因此，实际操作中吸风口应尽量靠近产尘点。
吹出气流流动的基本规律
▪射流：空气从孔口中吹出，在空间形成的气流。 ▪等温圆形射流 ▪等温扁射流
▪等温圆射流和扁射流参数计算公式 pp.590表13－1
下部集气罩
当污染源向下方抛射污染物时，或由于工艺操作上的限 制在上部或在侧面不容许设置集气罩时，才采用下部集 气罩。
侧吸罩与槽边集气罩
外部集气罩设计计算
设计的注意事项：
在不可能采用密闭罩时采用外部吸气罩，因为外部 吸气罩风量大，且易受横向气流干扰 摸清污染源、二次气流源及其方向和速度，以便尽 量减少风量并有效抑制二次气流 罩口外形尺寸应以有效控制污染源及不影响操作为 原则，并尽可能接近污染源。 连接罩子的吸风管应尽量置于粉尘散发中心
▪吸入气流的运动规律 ▪吹出气流的运动规律 ▪吸吹气流的运动规律
吸入气流流动的基本规律
点汇流
吸气口附近为负压 、口较小
通过每个等速面的空气量相等（吸风口的流量 ）
4πr12v1=4πr22v2 =Q
( ) v1
r2 2
v2
r1
集气罩尽量靠近污染源，以提高捕集效率。
吸气范围减少一半， 2πr12v1=2πr22v2 =Q
A0-罩口面积，m2；
C-系数，与外部吸气罩的结构、形状和布置情况有关。
外部集气罩的设计计算 —吸风量的计
算（续）
外部吸气罩吸风量公式
Q = u0 A0 于是： Q C(10 x2 A0 )ux 亦可采用下述吸风量公式
式中：
Q = ux Ax
ux-最不利控制点的吸捕速度；吸捕速度取决于尘化情况 和二次气流强弱。
外部集气罩的设计计算 — 气流速度
吸捕速度为克服各种背向、横向气流，使罩前任意一 点的污染物均能吸入罩内的速度。 罩口速度是使被吸捕的污染物进入罩内所应具有的罩 口截面速度。 空腔速度是罩腔或抽气室内的气流速度。 缝口速度指条缝罩开缝处具有的气流速度。
为使缝口速度均匀，空腔速度应小于缝口速度的1/2。 管道速度是连接管的截面风速。 运载速度是将吸进罩内的尘粒输送走的最低速度。
第10章 净化系统的设计
❖1.净化系统的组成与设计内容 ❖2.集气罩的捕集机理 ❖3.集气罩的结构形式 ❖4.集气罩的主要性能参数及计算 ❖5.集气罩的设计
第1节 净化系统的组成与设计内容
局部排气净化系统的组成
集气罩（局部排风罩） 捕集污染气体的捕集装置
风管 连接系统各组成部分的管道
净化装置 净化污染空气
外部集气罩设计计算
只要条件允许，罩口均应有边，边宽与罩口直径或 边长相等，但不宜小于150mm。 伞形吊罩对热污染源效果较好，但当操作人员必须 在热污染源上方作业或污染物可能通过操作人员的呼 吸区时，则不宜采用。 罩子的吸风量根据所需吸捕速度等速面积来确定。 吸捕速度应大于最不利控制点（距罩口最远的污染点） 的横穿或背向气流速度。吸捕速度不能小于0.75m/s。
通常适当加大密闭罩容积，吸风点设于罩子顶部最 高点。
密闭罩的设计－密闭罩排风量的 确定
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 m3/s
式中 Q——密闭罩的排风量，m3/s； Q1——物料诱导带入密闭罩的空气量， m3/s ； Q2——罩不严密处吸入空气量， m3/s ； Q3——设备运转鼓入空气量，m3/s； Q4——物料膨胀和蒸发增加的空气量，m3/s； Q=Q1+Q2 m3/s
Q1指物料下落时所诱导的空气。与物料的流量、下落高度差、溜槽 形状及倾斜角、物料大小和形状等因素有关。 Q2与罩的严密性有关，确定不严密处面积困难，近似估算 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。
密闭罩的设计－密闭罩排风量的 确定
密闭罩的设计－密闭罩排风量的 确定
1、吸入速度v0计算
吸入气流与吹出气流的比较
流量
吸入气流 通过等速面呈椭球面，等流量且等于吸入口的流量； 射流由于卷吸作用，沿射流前进方向流量不断增加，射流作用 区呈锥形。
速度衰减规律不同
射流各断面动量相等，吹出气流在较远处能保持其能量密度。 吹出气流 输送能力强 x=20d 10%v 吸入气流 控制能力强 x=d 10%v
四周有边园形吸气口的速度分布图
四周有边圆形吸气口的速度分布图
宽长比为1:2的矩形吸气口的速度分布图
宽长比为1：2的矩形吸气口的速度分布图
吸入气流流动的基本规律
吸气口气流速度特点
（1）在吸气口附近的等速面近似与吸气口平行，随离吸气口距 离x的增大，逐渐变成椭圆面，而在一倍吸气口直径d处已接近为 球面。 点源吸气，可认为从各方面吸气量均相等
条缝式槽边集气罩罩口形式
等高条缝式槽边集气罩风速均匀性
等高条缝槽边集气罩条缝口气流速度分布不易均匀。
风速分布均匀性和条缝口面积f与吸气管截面F之比有 关，f/F愈小，速度分布愈均匀
f / F 0.3,可近似认为均匀 f / F 0.3时，为了保证条缝口速度分布均匀，最好采用楔形条缝
形条缝口高度的确定 pp528 表13-5
缝式槽边集气罩排放量的计算
尽量减少吸气范围，可增强控制效果。
吸入气流流动的基本规律
吸气口气流速度特点
实际上集气罩口面积较大，吸气口等速面近视与吸气 口平行，随与吸气口X↗逐渐变为椭球面（球面） 吸气流谱 气流流线 速度分布图 吸气速度和相对位置的关系 图1、2和3
四周无边园形吸气口的速度分布图
四周无边圆形吸气口的速度分布图
但要小并且严密，避开气流正压较高部位。
罩内保持一定均匀负压 避免污染物从罩上的
缝隙处外逸，合理组织罩内气流
吸风点的位置的选择 不宜设在物料集中地点
和飞溅区内，尽量避开扬尘中心，防止大量物料随 气流带至罩口被吸走；
密闭罩做成装配式 可拆卸 活动的结构形式。 处理热物料时，应考虑热压对气流运动的影响，
管道速度应大于最大尘粒的运载速度。
外部集气罩的设计计算 —吸风量的计
算
罩口为圆形或矩形（宽长比B/L≥0.2），沿罩子轴线 的气流速度衰减公式为
u0 C(10x2 A0)
ux
A0
u0-罩口气流速度，m/s； ux-控制点的控制速度；
u0
C(10x2 A0
A0 )
ux
x-罩口到控制点的距离， m；