第13章 集气罩

排风量的确定



原则是要保证罩内各点都处于负压，保证从罩 子开口及不严格缝隙处均匀地吸入一部分室内 空气。 适当的排风量应保证密闭罩内的负压不小于512Pa。 开口或缝隙处空气吸入速度v0计算： m3/h
Q = F0v0
一般取v0=0.5-1.5m/s

二、排气柜
排气柜可使产生有害烟尘的操作在柜内进行。
§2 集气罩的集气原理
集气罩罩口气流运动方式两种，一种是吸气口的吸 入流动；另一种是吹气口的吹出流动。 一、吸入气流 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。
点汇流，假定没有阻力； 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。 Q=4π r12v1= 4π r22v2 v1/v2=(r2/r1)2 Q=2π r12v1= 2π r22v2
结论：罩子四周加边后，减少了无效气流的吸 入，排风量可节省25%。
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）产生或 诱导出来的污染气流的一种排气罩。
a-热源上部伞形接受罩；b-砂轮机接受罩
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。
五、吹吸式排气罩和空气幕
§4 集气罩性能参数及计算
一、排风量的确定 1.排风量的测定方法 3 集气罩排风量Q(m /s) ，可以通过实测罩口的平均吸气速度v0 (m/s) 和罩口面积A0(m2)确定。 Q= v0 A0 (m3/s) 通过实测连接罩口上的平均吸气速度v (m/s) ，气流动压Pd(Pa) 或静压PS(Pa)及其管道断面积A(m2)按下式确定。 Q= vA =A[(2/ρ) Pd]1/2 (m3/S) Q=φA[(2/ρ) PS]1/2 (m3/S) 式中: ρ—气体密度，kg/m3 φ--集气罩的流量系数;φ=(Pd / |Ps|)1/2
1. 结构形式 a、下部排风柜式罩 适用于通风柜内无发热体，产生的有害气体密度比空气大的情 况。 b、上部排风柜式罩 适用于通风柜内有发热体，产生的有害气体密度比空气小的 情况。 c、联合排风柜式罩 当通风柜内既有发热体，又产生密度不等的有害气体时，应 采用联合排风柜式罩，即在柜内上下部均设置排气点。 2. 布置要求：尽量避开门窗和其它进风口。

同。

射流卷吸周围空气示意图
三、吸入气流与吹出气流
（1）吹出气流由于卷吸作用，沿射流方向流量不断 增加，射流呈锥形；吸入气流的等速面为椭球面，通 过各等速面的流量相等，并等于吸入口的流量。 （2）射流线上的速度基本上与射程成反比，而吸气 区内气流速度与距吸气口的距离的平方成反比。所以, 吸气口能量衰减很快，其作用范围较小。
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 特点：体积小，材料消耗少，操作与检修方便； 适用：产尘点固定、产尘气流速度较小且连续产尘的地 点。
主体段
α
极点
扩散角
射流核心段
过渡断面
a：湍流系数
等温自由射流特征

射流边缘有卷吸周围空气的作用，这主要是由于湍流动量
交换引起的。

由于射流边缘卷吸作用，射流断面不断扩大，扩散角约为 15-20度。射流流量随射流长度增加而加大。 射流核心段呈锥形不断缩小。 核心段以后，射流速度逐渐下降， 射流各断面的速度不 射流中的静压与周围静止空气的压强相同。 射流各断面动量相等。
第十三章 集 气 罩
§1 净化系统组成及系统设计内容
废气排放控制系统
清灰孔、冷却装置、余热利用装置、管道补偿器、防爆装置、阀门、消音装置、支架等
净化设备选择的程序： 1. 工程调查 2. 根据排放标准和要求，计算达到的要求 3. 根据污染物性质和操作条件确定净化方法和 流程 4. 对设备的技术指标和经济指标进行全面的比 较，选定 5. 确定净化设备的型号规格及运行参数。
1.工作原理 当外部吸气罩与污染源的距离较大时，可以在外部吸气 罩的对面设置一吸气口，从而形成一层空气幕阻止污染物 的散逸，同时也诱导污染气流一起向排气罩流动。
2.特点 采用气幕抑制污染物扩散，具有气量小，抗干扰能力强，不 影响工艺操作、效果好的特点。
槽子吹吸式排气罩
3.空气幕及其应用 a.作用：可有效地抑制污染物扩散。 b.应用： （1）当接受罩悬挂较高时，用吹气射流阻挡横向气流 （2）采用气幕控制破碎机料坑的扬尘 （3）采用气幕控制整个车间的污染源。
解：采用四周无边的侧吸罩，取C=1， 则
π ⎡ 2 2⎤ Q = ⎢10 × (0.2 ) + (0.25) ⎥ × 0.5 = 0.225m3 / s 4 ⎣ ⎦
采用四周有边的侧吸罩，取C=0.75 则
π ⎡ 2 2⎤ Q = 0.75 × ⎢10 × (0.2 ) + (0.25) ⎥ × 0.5 = 0.169m3 / s 4 ⎣ ⎦

二、压力损失的确定
Δp = ξ
ρυ 2
2

由于集气罩罩口处于大气中,所以该处的全压等于零. 因而集气罩的压力损失写为 △P=0-P=-(Pd+Ps)=|Ps|-Pd φ=（ Pd / |Ps| ）1/2 φ=1/（ 1+ξ ）1/2
Φ---流量系数 ξ---压力损失系数
§5 集气罩的设计方法

对于结构一定的吸气口，无论吸气口风速大 小，其等速面形状大致相同。而吸气口结构形 式不同，其气流衰减规律不同。
二、吹出气流 气体从孔口吹出，在空间形成的气流称为吹出气 流，或射流。 按孔口的几何形状射流分为：圆射流、矩形射流和 扁矩形射流； 按空间壁面对射流的约束条件，分自由射流和受限 射流； 按气体温度与周围空气温度是否相等，分等温和非 等温射流； 按射流产生的动力，分为机械射流和热射流。
设计时应注意： a.集气罩应尽可能将污染源包围起来，使污染物的扩散限制 在最小的范围内，以便防止横向气流的干扰，减少排气 量。 b. 集气罩的吸气方向尽可能与污染气流运动方向一致，充分 利用污染气流的初始动能。 c. 在保证控制污染的条件下，尽量减少集气罩的开口面积， 以减少排风量。 d.集气罩的吸气气流不允许经过人的呼吸区再进入罩内。 e.集气罩的结构不应妨碍人工操作和设备检修。
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
外部集气罩设计注意问题

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ


在不妨碍工艺操作的前提下，罩口应尽可能靠近 污染物发生源，以减少横向气流的干扰； 为提高集气罩控制效果，减少无效气流吸入，罩 口应加设法兰边； 为保证罩口吸气速度均匀，集气罩的扩张角α不 应大于60度；

当罩口尺寸较大，难以满足上述要求时，应采取 适当措施，以确保集气罩的集气效果。包括：

把大排风罩分隔成若干个小排风罩； 在罩内设挡板； 在罩口上设条缝口； 在罩口设气流分布板。
排风量的确定

多用控制速度法计算 x小于等于1.5d 圆形或矩形(宽长比大于0.2)侧吸罩
2
v0 / v x = C (10 x + A0 ) / A0
例：

根据现场测定，某外部集气罩连接管直 径D=400mm，实测罩口吸气速度为 1m/s，罩口面积为1m2，假定气体密度为 1.2kg/m3，试确定管中的动压为多少？
答案：Pd=38Pa
2.排风量的计算 （1）控制速度法
适用于污染物发生量较小的冷过程外部集气罩设计。
（2）流量比法 按罩口污染气流与吸气气流的流线合成准确求取排风量。 把集气罩排风量Q3看作是污染气流量Q1和从罩口周围吸 入室内空气量Q2之和,即 Q3=Q1+Q2=Q1(1+Q2/Q1)=Q1(1+K) KV=(Q2/Q1)limit K--为流量比 KV –临界流量比，实验求出，与污染物发生量无关，只 与污染源和集气罩的相对尺寸有关。
吸气口不是点，气流运动有阻力，实际为椭球面
吸入气流速度分布的特点： 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 1倍吸气口直径d处已经接近为球面。当x/d>1 时，可近似当作汇点。当x/d<1时，应根据有关 气流衰减公式计算。 吸气口气流速度衰减较快。x/d=1, 7.5%
四、吹吸气流 • 吹吸气流是两股气流组合而成的合成气流。 • 在集气罩设计中，利用吹出气流与吸入气流 联合作用来提高所需“控制风速”的形成，称为 吹吸式集气罩。
§3 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。
C：与集气罩结构形状和设置情况有关的系数。前面无障 碍，四周无边的侧吸罩取C=1；操作台上的侧吸罩取 C=0.75；前面无障碍，有边的侧吸罩取C=0.75。 x：控制距离，m。
Q = C (10 x + A0 )v x
2
m3/s
C=1
C=0.75
题13-1

有一圆形的外部集气罩，罩口直径 D=25cm，要在罩口轴线距离为0.2m处造 成0.5m/s的吸气速度，试计算该集气罩的 排风量。
2.整体密闭罩 特点：容积大，密闭性好。 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 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。 适用：多点源、阵发性、气流速度大的设备和污染源。
局部密闭罩
整体密闭罩
大容积密闭罩
半密闭罩
4.布置要求 a.设置必要的观察窗、操作门和检修门； b.罩内应保持一定的均衡负压，避免烟尘逸出； c.尽量避开扬尘中心,防止大量物料随气流带至罩口被吸 走； d.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。