13.第十三章_集气罩解析

第十三章集气罩本章内容1.净化系统的组成及系统设计的主要内容2.集气罩的集气机理3.集气罩的类型和设计原则4.冷过程集气罩的设计和计算5.其他类型集气罩的设计方法第一节净化系统的组成及系统设计的主要内容一.净化系统1.组成•集气罩•风管•净化设备•风机•烟囱•辅助设施2.除尘器的配置1）单级2）多级：综合考虑技术和经济因素第一级：重力降尘室，惯性除尘器，旋风除尘器，重力喷雾塔第二级：袋式除尘器，文丘里洗涤除尘器，电除尘器3．系统布置形式1）就地式：直接坐落在产尘设备上或附近2）分散式：几个相邻产尘点合为一个系统3）集中式：全车间或全厂为一个系统净化系统二.局部排气系统设计的基本内容1.集气罩：结构形式、安装位置、性能参数2.净化设备选择和设计：经济、合理、成熟、达标3.管道系统设计：管道布置、流速确定、管径选择、压力损失计算、通风机选择4.排放烟囱：结构尺寸、工艺参数（烟囱高度、出口直径、排气速度）净化系统第二节集气罩的集气机理一.吸入气流：1.点汇流的流动情况吸气口面积很小；流动没有阻力通过各等速面的流量相等，并且等于吸气口的流量点汇流外某一点的流速与该点至吸气口距离平方成反比。尽量减少罩口到污染源的距离。若吸气口四周加挡板，吸气范围减少一半，有利于增强控制效果22112244Qrvrv吸气流谱图四周无边圆形吸气口速度分布图四周有边圆形吸气口速度分布图宽长比为1：2的矩形吸气口的速度分布2.吸气口气流分布的基本特点：在吸气口附近的等速面近似与吸气口平行，随距吸气口距离的x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。吸气口气流速度衰减较快。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；吸气口结构形式不同，则其气流衰减规律不同。集气罩的集气机理二.吹出气流（射流）1.喷嘴形式：圆形、矩形、扁矩形（长短边比大于10）2..分类：按孔口形状：圆射流、矩形射流、扁射流（条缝射流）按空间界壁对射流的约束条件：自由射流、受限射流按射流温度与周围空气温度是否相等：等温射流、非等温射流按射流产生的动力来源：机械射流、热射流集气罩的集气机理3.一般特性圆射流可向上下左右扩散；扁射流只向条缝吹出口两侧方向扩散；方形吹出口及长宽接近1的矩形风口喷出的矩形射流，在距离大于10倍吹出口直径后，射流断面几乎成为圆形。由于热浮力的作用，非等温射流的轴线将产生弯曲。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。集气罩的集气机理吹气口半径R0、圆射流断面半径R、极点m、扩散角α、射流核心段、射流起始段长度S0、轴心速度Vm、断面流量Qx、断面平均速度Vx。用扁矩形吹气口半高度b0代替R0，上图也可表示扁射流的结构4.等温圆射流结构示意图集气罩的集气机理三.吸入气流与吹出气流的差异集气罩的集气机理吸入气流与吹出气流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。射流轴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气流口的距离平方成反比。吸气口能量衰减快，其作用范围较小。吹出气流的控制能力大；吸入气流有利于接受。利用吹出气流把污染物输送到吸气口，或利用吹出气流阻挡、控制污染物的扩散四.吹吸气流吹吸气流的形状以抵抗侧风和侧压能力大，动力消耗小综合评价，C图流动形式好。第三节.集气罩的类型和设计原则类型密闭罩排气柜外部集气罩接受式集气罩吹吸式集气罩一.密闭罩1.局部密闭罩适于污染气流速度较小，且连续散发2.整体密闭罩一般适用于有振动，且气流速度较大3.大容积密闭罩适用于多点、阵发性、污染气流速度大集气罩的类型二.排气柜a排气点设于下部的排气柜b排气点设于上部的排气柜c上下均设排气点的排气柜集气罩的类型三.外部集气罩a上部集气罩b下部集气罩c侧吸罩d槽边集气罩集气罩的类型四.接受式集气罩a热源上方接受罩b砂轮机接受罩本身产生诱导气流，并带动污染物一起运动集气罩的类型五.吹吸式集气罩集气罩的类型集气罩的类型集气罩的类型集气罩的类型集气罩的类型六.集气罩的设计原则集气罩应尽可能将污染源包围起来，使污染物扩散限制在最小范围内，以防止横向气流影响，减少排风量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；尽量减少密闭集气罩的开口面积，以减少排风量；集气罩的吸气气流不允许先经过工人的呼吸区再进入罩内；集气罩的结构不应妨碍工人操作和设备检修一般伞形罩的罩口面积一般不应小于有害物扩散区的水平面积，侧吸罩的罩口长度不应小于有害物扩散区的边长，当有害物扩散区很宽时，则可做成多个侧吸罩集气罩的设计原则伞形罩和侧吸罩上的排风管，应尽量设置在有害物扩散区的中心，罩口面积与排风管面积之比最大可为16：1，喇叭形侧吸罩的长度应为管道直径的3倍，以保证侧吸罩吸风均匀；侧吸罩的罩口一般均应有边，以防止罩口背后的气流形成涡流，从而减少罩口有效面积；边宽应与罩口直径或边长相等，但不应超过150mm。（有边罩口的排风量可较无边罩口减少20－30％）在保证气流分布均匀和不妨碍操作的情况下，侧吸罩的罩口面积应尽量加大，以降低罩口速度和压力损失，扩大排风罩的吸气区域；为保证排风罩的排风均匀，可以采用多个吸风口、加挡板、加条缝、加分层板、采用条缝口等措施。伞形罩的截面和形状应尽可能与有害物扩散区的水平投影相似；伞形罩的开口角度宜等于或小于90º，最大不应大于120º。为减小伞形罩的高度，对边长较长的矩形伞形罩，可将长边分段设置，使其分割成多个小罩；伞形罩应设罩裙（垂直边），罩裙高度为排除热气体或潮湿性气体时，应在伞形罩罩裙内部设置檐沟，并设置有连接排水管的接口20.25hA集气罩的设计原则第四节冷过程集气罩的设计和计算一．冷气流上部伞形罩的外形尺寸h：罩口距产尘源的距离根据实际设备需要确定为避免横向气流干扰，要求其距离污染源高度h尽可能小于0.3倍的罩口长边尺寸Lh2：罩口边h2≥0.25h1：由角度和L确定圆锥夹角一般≤600L：罩口长L＝a+(2×0.4)hB：罩口宽B＝b+(2×0.4)ha、b为产尘源的长和宽A60°伞形罩设计计算二.污染源的控制速度1.控制速度：罩口前污染物扩散方向的任意点上，均能使污染物随吸入气流流入罩内，并将其捕集所必须的最小吸气速度。2.控制点及控制距离伞形罩设计计算2.控制速度选择原则按有害物散发条件选择控制速度按周围气流情况及有害气体的危害性选择控制速度对于某些特定作业的吸入速度按有害物危害性及排气罩形式选择控制速度因外界干扰气流影响对控制速度增加修正伞形罩设计计算污染物产生状况举例控制速度/ms-1以轻微的速度放散到相当平静的空气中蒸汽的蒸发，气体或烟从敞口容器中外逸0.25～0.5以轻微的速度放散到尚属平静的空气中喷漆室内喷漆，断续的倾倒有尘屑的干物料到容器中，焊接0.5～1.0以相当大的速度放散出来，或放散到空气运动迅速的区域翻砂、脱模、高速皮带运输机的转运点、混合、装袋或装箱1.0～2.5以高速放散出来，或放散到空气运动迅速的区域磨床，重破碎机，在岩石表面工作，砂轮机，喷砂，热落砂机2.5～103.按有害物散发条件选择控制速度伞形罩设计计算3.按周围气流情况及有害气体的危害性选择控制速度控制速度（m/s）周围气流运动情况危害性小时危害性大时无气流或容易安装挡板的地方0.20～0.250.25～0.30中等程度气流的地方0.25～0.300.30～0.35较强气流或不安挡板的地方0.35～0.400.35～0.50强气流的地方0.51.0非常强气流的地方1.02.5伞形罩设计计算三.流量Q的计算（m3/s）P：罩口周长，mh：罩口至污染源距离，mVx:污染源控制速度，m/sK：考虑沿高度速度分布不均匀的安全系数，通常取1.4。XkPhVQ＝伞形罩设计计算四.设有活动挡板的伞形罩为提高效率，上部集气罩最好靠墙布置或在罩口四周加活动挡板伞形罩设计计算五.罩口气流分布均匀的措施为保证罩口吸气速度均匀:a-集气罩扩张角不应大于60°b-分成几个小罩可降低高度c-加挡板或气流分布板伞形罩设计计算第五节其他类型集气罩的设计方法一.密闭罩1.一般要求：尽可能将污染源密闭；密闭罩内应保持一定的均匀负压，避免污染物从罩上缝隙外逸；（负压一般不小于5－12Pa）吸风点位置不宜设在物料集中地点和飞溅区内，以避免把大量物料吸入到净化器中；处理热物料时，吸风点宜设在罩子顶部，同时时当加大罩子容积；设计密闭罩应不妨碍工艺生产操作和方便检修二.侧吸罩（圆形或矩形罩口）1.沿罩口轴线的气流速度衰减公式：C：与集气罩的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A0：罩口面积，m2V0：罩口吸入风速,m/s2.排风量计算公式（m3/s）：0020/)10(/AAxCvvxxvAxCQ)10(02密闭罩2.排风量的计算：组成：由运动物料带入的诱导空气、由开口或不严密缝隙吸入的空气计算：按开口或缝隙处空气的吸入速度v0和开口总面积F0计算（一般取v0＝0.5～1.5m/s）Q＝F0V0按经验公式或数据确定。从手册中查找。侧吸罩三.条缝罩（指宽长比W/L0.2的矩形侧吸罩）沿罩口轴线的气流速度衰减公式和排风量（m3/s）:x:污染源到罩口中心的距离，即控制距离，mL：条缝罩开口长度，mA0：条缝罩罩口面积，m2C:与条缝罩结构形式和设置情况有关的系数。四周无边条缝罩取C＝3.7；四周有边条缝罩取C=2.8；操作平台上的条缝罩取C＝2xxCxLvQACxLvv00//条缝罩四.槽边集气罩1.结构形式平口式：吸气范围大，排风量大条缝式：气流速度分布均匀，条缝吸气速度一般采用6～9m/s2.布置方式单侧：槽宽B≤700mm双侧:槽宽B700mm周边：见下图槽边集气罩的布置周边布置3.罩口形式槽边集气罩采用等高条缝，条缝口上气流速度不易均匀。其速度分布的均匀性和条缝面积f与吸气管截面F之比有关，f/F越小，速度分布越均匀。f/F≤0.3时，可近似认为是均匀的；f/F0.3时，最好采用楔形条缝。h0:条缝口平均高度f/F≤0.5≤1.0条缝末端高度h11.3h01.4h0条缝始端高度h20.7h00.6h0楔形条缝口高度的确定槽边集气罩4.条缝式槽边集气罩排风量计算高截面单侧排风：低截面单侧排风：高截面双侧排风（总风量）：低截面双侧排风（总风量）高截面周边环形排风低截面周边环形排风A:槽长，mB:槽宽，mD:圆槽直径，mVx:控制速度，m/s2.0)/(2ABABvQx2.0)/(3ABABvQx2.0)2/(2ABABvQx222.036.257.1)2/(3DvQDvQABABvQxxxA5.13/120)(381.0qHAQ1.低悬罩H•近似认为热射流流量和横断面积基本不变•热射流起始流量Q0为：（m3/s）q:热源水平表面对流散热量，kWH:罩口离热源水平面的距离，mA：热源水平面投影面积，m2Δt:热源水平表面与周围空气温度差，KAtq25.10025.0五.热源上部集气罩的设计和计算•计算断面的热射流流量Qz（m3/s）•计算断面上热射流横断面直径Dz（m）•计算断面上热射流平均流速vz（m/s）•极点至计算断面的有效距离Z(m)A5.13/15.121007.8qZQZ88.045.0ZDz3/129.051.0qZvz02dHZ2.高悬罩：H热源上部集气罩3.罩口尺寸及排风量尺寸低悬罩：每边尺寸比热设备尺寸增加150～200mm高悬罩：D＝Dz＋0.8H(m)排风量（m3/s）低悬罩：高悬罩：Q－考虑横向气流影响的接受罩排风量F’－考虑横向气流影响罩口扩大的面积，v’－罩口扩大面积上