基地建设目标和总体思路第12章净化系统管道设计

马德刚第12章净化系统管道设计流动气体能量方程•伯努利方程：whgvpzgvpz2222222111气体流动压力损失•沿程压力损失RL：比压损，Pa／mR：水力半径，m（流体流经管道的截面积A与管道湿周X之比，即：R=A/X）242lLvpllRR气体流动压力损失•局部压力损失22WuP气体流动压力损失•空气流动总阻力()lwppp《全国通用通风管道计算表》流动气体的压力变化流动气体的压力变化1.管道系统的总压力损失等于各串连部分压力损失之和。2.风机的全压等于管道系统的总压力损失（包括出口处的动压）。3.风机吸入段的全压和静压均为负值。如吸入段管道发生损坏，会使管道外的气体渗入管道内。4.风机压出段的全压和静压一般均为正值。若压出段管道发生损坏，会使管道内的气体逸出。图中断面6出现负压是一个特例，在过程中如果没有特殊需要，应尽量加以避免。5.当管道的断面增大时，气体的流速会减少，这时气体的动压会转换为静压，反之亦然。风量、压力测量•风量：风速法，压力损失法，流量计等•风速：动压法，转杯/转轮，热球风速仪•压力：倾斜微压计，U形管，压力计等局部排气罩的设计•局部排气罩的基本形式–密闭罩–排气柜–外部排气罩–接受式排气罩–吹吸式排气罩密闭罩局部密闭罩整体密闭罩大容积密闭罩密闭罩密闭罩风管排气柜排气柜外部排气罩接受式排气罩吹吸式排气罩局部排气罩设计要点•对散发粉尘或有害气体的工艺流程与设备应采取密闭措施，尽量采用密闭罩。确定密闭罩的吸气口位、结构和风速时，应使罩内负压均匀，防止污染物外逸，对于散发粉尘和挥发性的污染源，应避免过多负压。•当不能或不便采用密闭罩时，可根据工艺操作要求和技术经济条件选择适宜的其他开敞式集气罩。集气罩应尽可能包围或靠近有害污染源，使污染物局限在较小空间内。并尽可能减少吸气范围，便于捕集和控制污染物。•吸气点的排风量应按防止粉尘或有害气体扩散到周围环境空间的原则确定，集气罩的吸气应尽可能利用污染气流的运动作用。局部排气罩设计要点•已被污染的吸入气流不允许通过人的呼吸区。设计时要充分考虑操作人员的位置和活动范围。•集气罩的配置应与生产工艺协调一致，力求不影响工艺操作。在保证功能的前提下，应力求结构简单、造价低廉，便于安装和维护管理。•防止集气罩周围的紊流，应尽可能避免或减弱干扰气流、穿堂风和送风气流等对吸气气流的影响。气体管道的设计•目的–确定管道断面尺寸–计算管道系统的总压力损失，选择适当风机气体管道系统的设计要点•净化管道系统的形式–就地式–分散式–集中式气体管道系统的设计要点•管道系统的划分–可采用统一系统：同一生产线上同时产生的污染物便于统一集中回收处理的；污染物性质相同的；污染物性质不同，但生产设备同时运转且相对集中，并且允许不同污染物混合或污染物无回收价值的。–不可采用统一系统：污染物混合后会引起燃烧或爆炸危险，或形成毒性更大的污染物的；污染气流混合后会引起管道内结露和堵塞的；因粉尘或气体性质不同，会影响回收或净化效率的；排风量大的收集点位于风机附近，不宜与远处风量小的收集点合为一个系统的；＋＋生产设备操作制度不一致情况不宜合为一个系统。净化系统管道的布置原则•管道敷设分明装和暗设，应尽量明装，以便检修；•管道应尽量集中成列，平行敷设，尽量沿墙或柱敷设；•管道与梁、柱、墙、设备及管道之间应留有足够距离，以满足施工、运行、检修和热胀冷缩的要求。一般间距不应小于100～150mm，管道通过人行横道时，与地面净距不得小于2m，横过公路时不应小于4.5m，横过铁路时于轨面净距不得小于6m；•对于给水和供汽管道，水平敷设时应有一定的坡度，以便于放气、放水、疏水和防止积尘；•捕集含有剧毒、易燃、易爆物质的管道系统，其正压段一般不应穿过其他房间。穿过其他房间时，该段管道上不易设法兰或阀门。管道系统计算步骤•绘制系统平面图、高程图、轴测图。•选择最不利管路进行管段编号，确定长度和风量。•确定管道内气体的流速。•根据风量和流速确定断面尺寸。•计算最不利管路压力损失。•对于并联管路进行平衡校核(10%)（如何平衡？）•选择风机（考虑余量安全系数），确定电机功率。风机的选型与使用•风机的分类–按风机的作用原理分类：离心式，轴流式，贯流式。离心分前向、后向、径向•前向：压力系数高、效率低•后向：效率高、压力系数低•径向：不宜黏附粉尘–按风机的用途分类：一般用途，排尘风机，防爆风机，防腐风机，消防用排烟风机，屋顶风机，高温风机风机的选型与使用风机的性能参数：样本和产品铭牌上通常标出的性能参数是风机在标定状态下得出的数据。•对于通风机，是按大气压力101.325kPa，空气温度t=20℃，空气密度为1.2kg/m3；•对于电站锅炉引风机，大气压力101.325kPa，空气温度t=140℃，空气密度为0.85kg/m3；•对于工业锅炉引风机，大气压力B=101.325kPa，空气温度t=200℃，空气密度为0.745kg/m3。•当使用条件与标定条件不同时，应对各性能参数进行修正。在选择风机时，应注意风机性能参数的标定状态。风机性能参数的变化：通风机：锅炉引风机：0QQB2732000101.325273t1.2NNN0027320273101.3251.2Bpppt0QQ27320000101.3252730.75Bpppt27320000101.3252730.75BNNNt风机性能曲线系统工况调节问题：系统工况不满足设计值，从哪些角度考虑进行调节？风机联合使用风机的选型原则•了解国内风机的生产和产品质量情况，如风机品种、规格和特殊用途，以及产品质量、后续服务等情况综合考察。•根据输送气体性质不同，选择不同用途的风机。如输送易燃易爆气体的应选防爆型风机；输送煤粉的应选择煤粉风机；输送有腐蚀性气体的应选择防腐风机；在高温场合工作或输送高温气体的应选择高温风机；输送浓度较大的含尘气体应选用排尘风机等。•在风机样本给出的标定条件下，根据样本参数选择风机型号。风机选择应使工作点处在高效率区域，即不应低于风机最高效率的90％。同时还要注意风机工作的稳定性。当出现有两种以上的风机可供选择时，应优先考虑效率较高、机号较小、调节范围较大的一种。风机的选型原则•当风机配用的电机功率≤75kW时，可不设预启动装置。当排送高温烟气或空气而选择离心锅炉引风机时，应设预启动装置及调节装置，以防冷态运转时造成过载。•对有消声要求的通风系统，应首先考虑低噪声风机，例如效率高、叶轮圆周速度低的风机，且使其在最高效率点工作；还要采取相应的消声措施，如装设专用消声设备。风机和电机的减震措施，一般可采用减震基础，如弹簧减震器或橡胶减震器等。•在选择风机时，应尽量避免采用风机并联或串联工作。当风机联合工作时，应尽可能选择同型号同规格的风机并联或串联工作；当采用串联时，第一级风机到第二级风机之间应有一定的管路联结。高温烟气管道的设计•管道布置应力求平直畅通、管道短、附件少且管道的气密性要好；•高温烟气的热量应尽量充分利用；•经余热利用后的烟气温度一般仍很高，还应对管道进行保温处理，使管道壁面温度高于管内气体露点温度的10～20℃，以防止内壁结露，在有人工作的地方保温层外表面温度不得大于60℃，以避免烫伤；•高温烟气管道必须考虑管道热膨胀补偿问题；高温烟气管道的设计•水平烟道烟气流向应和水平烟道的坡度相反，接近烟囱的水平烟道的坡度一般不小于3％；•管道尽量采用地上敷设，但必须采用地下敷设时，管道底部应高于地下水位，并应考虑清灰、防水和排水措施；•在可能出现凝结水的管段及湿式除尘器后的管段和风机下方，应安装排水装置；•管道系统中必须采取防爆措施。高温烟气的冷却•烟气体积流量减小。降低高温烟气的温度，会使烟气体积明显减小，从而可以减小净化设备和风机的规格，降低设备投资。•高温烟气冷却有利于气体的吸收和吸附处理。•高温烟气冷却有利于回收高温烟气中的热量，可以节省能源。•高温烟气冷却可提高净化系统的安全性。高温烟气冷却形式•直接冷却–吸风直接冷却–喷雾直接冷却•间接冷却–间接自然风冷–间接机械风冷–间接水冷低温烟气加热•由于烟温过低，不利于烟气的抬升。•由于烟气中含湿量过高，会造成引风机腐蚀和扇叶沾灰，影响引风机的安全运行。•由于烟气中还含有少量的SO2，而此温度在烟气的露点以下，这样的烟气进入后续管道和烟囱，会对后续系统造成很大的腐蚀。低温烟气加热形式•热烟气间接加热•蒸汽加热•电加热