,2009,.10,扬州大学环境科学与工程学院,1,*,扬州大学环境科学与工程学院,13 JANVIER 2006,*,扬州大学环境科学与工程学院,13 JANVIER 2006,*,扬州大学环境科学与工程学院,13 JANVIER 2006,*,扬州大学环境科学与工程学院,13 JANVIER 2006,*,扬州大学环境科学与工程学院,13 JANVIER 2006,*,扬州大学环境科学与工程学院,13 JANVIER 2006,*,扬州大学环境科学与工程学院,13 JANVIER 2006,*,扬州大学环境科学与工程学院,13 JANVIER 2006,*,第一章,气体净化系统的设计,第一章,主要内容,净化系统的组成及系统设计的基本内容,集气罩的集气机理,集气罩的基本类型,集气罩性能参数及计算,集气罩设计的方法,废气净化系统设计,主要内容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,局部排气净化系统示意图,1,、集气罩；,2,、排风管；,3,、净化设备；,4,、风机；,5,、烟囱；,3,1.1,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,:,集气罩是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。,4,4,(4),通风机,:,通风机是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。,5,5,5,局部排气净化系统设计的基本内容,1,、捕集装置设计（结构、安装、性能）,2,、净化系统的选择或设计,(1),选择依据,污染物的种类与性质；处理量；净化效率；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；,6,局部排气净化系统设计的基本内容 1、捕集装置设计（结构、安装,局部排气净化系统设计的基本内容,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.,管道系统的设计,4.,排放烟囱设计,7,局部排气净化系统设计的基本内容 c.选择合理的净化工艺,1.2,集气罩的集气机理,集气罩气流流动的基本理论,集气罩汇集污染物，是一种流体动力学捕集 ，因此要对集气罩合理设计，必须要了解吸气罩罩口的气流流动规律。,集气罩口气流流动方式有两种,:,一种是吸气口气流的吸入流动，一种是吹气口气流的吹出流动。,8,1.2 集气罩的集气机理集气罩气流流动的基本理论 8,图,13-2,点汇气流流动情况,1.,外部吸气罩罩口气流流动规律,a.,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,a,）,，假设点汇吸风量为,Q,，,等速面的半径为,r,1,、,r,2,，相应气流速度为,u,1,、,u,2,，由于通过每个等速面的风量相等，则有,Q = 4r,1,2,u,1,= 4r,2,2,u,2,(1),于是：,u,1,/u,2,= (r,2,/r,1,),2,(2),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。,集气罩的集气机理,一、吸入气流,9,图13-2点汇气流流动情况1.外部吸气罩罩口气流流动规律集气,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,b,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=2r,1,2,u,1,=2r,2,2,u,2,(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）,吸入气流,集气罩的集气机理,2.罩口的设置位置对气流分布的影响吸入气流集气罩的集气机理,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，实际等速面为椭圆形。,3.吸风罩的形式对气流速度分布的影响,二、吹出气流,集气罩的集气机理,12,空气从管口喷出，在空间形成的一股气流称为空气射流,.,(1),空气射流的一般特性。如图所示，这是等温圆射流的示意图。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,v,。的部分称为射流核心，速度小于,v,。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。,二、吹出气流集气罩的集气机理12空气从管口喷出，在空间形成的,第一章-气体净化系统的设计课件,13,等温自由圆射流的一般特性为,:,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。,由于射流边缘的卷吸作用，射流断面不断扩大，射流量随射流长度增加而增大。,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。,吹出气流,集气罩的集气机理,14,等温自由圆射流的一般特性为: 吹出气流集气罩的集气机理,等温圆射流和扁射流主体参数计算公式,集气罩的集气机理,15,等温圆射流和扁射流主体参数计算公式集气罩的集气机理15,三、吸入气流与吹出气流,集气罩的集气机理,16,三、吸入气流与吹出气流集气罩的集气机理16,（,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。,集气罩的集气机理,17,（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,17,18,集气罩的集气机理,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,。,18集气罩的集气机理 四、吹吸气流,第一章-气体净化系统的设计课件,19,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，可将吸气式集气罩分为：,密闭罩,、,排气柜,、,外部集气罩,、,接受式集气罩,等。,1.3,集气罩的基本类型,20,集气罩：是烟气净化系统污染源的收集装置，可将粉尘,集气罩的基本类型,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。,集气罩的基本类型一、密闭罩定义：将污染源的局部或整体密闭起,集气罩的基本类型,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。,集气罩的基本类型结构形式：局部密闭罩、 整体密闭罩、大容积密,22,局部密闭罩,局部密闭罩,23,整体密闭罩,24,2.,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。,整体密闭罩242.整体密闭罩,大容积密闭罩,25,3.,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,。,大容积密闭罩253.大容积密闭罩,25,4.,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。,4.布置要求,1.,结构形式,a,、排气口在操作口对面操作口气流分布较均匀，有害气体外逸的可能性较小。,b,、排气口设在柜顶 操作口上部形成较大进气流速，而下部进气流速较小， 气柜内易形成涡流，可能造成有害气体外逸,c,、在对面和顶部同时设置排气口,排气柜,箱式集气罩,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操作口气流分布,28,排气柜,箱式集气罩,排气柜可使产生有害烟尘的操作在柜内进行。,特点：控制效果好，排风量比密闭罩大，而小于其他型式集气罩,28排气柜箱式集气罩特点：控制效果好，排风量比密闭罩大，,28,29,排气柜排气点位置,29排气柜排气点位置,30,三、,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,外部吸气罩,a-,顶吸罩；,b-,底吸罩；,c-,侧吸罩；,d-,槽边集气罩,30三、外部吸(集、排)气罩定义: 通过罩的抽吸作用，在污染,上部集气罩,下部集气罩,上部集气罩下部集气罩,31,侧吸罩,槽边集气罩,侧吸罩槽边集气罩,32,四、接受式排气罩,1.,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。,2.,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。,3.,类型,:,a.,低悬罩（罩口高度,1.5A1/2,）,A-,热设备的水平投影面积。,33,四、接受式排气罩 1.定义：接受由生产过程（如热过程、机械运,第一章-气体净化系统的设计课件,34,五、吹吸式排气罩及空气幕,1.,吹吸式排气罩的工作原理,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吹气口，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。,35,五、吹吸式排气罩及空气幕 1.吹吸式排气罩的工作原理35,吹吸式集气罩,吹吸式集气罩,36,37,2.,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。,3.,吹吸式排气罩的设计计算,a.,适用：在槽、台宽度较大（,2m,）的工作槽上，采用此类排气罩控制污染物的扩散，效果较佳。,b.,设计时注意事项,（,1,）防止吹气射流产生弯曲；,（,2,）条缝口宽度速度；,（,3,）吹气罩排气量；,（,4,）吹气口高度。,372.特点：采用气幕抑制污染物扩散，具有气量小，抗干扰能力,4.,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。,4.气幕及其应用,39,1.4,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,集气罩排风量,Q(m,3,/S),，可以通过实测罩口的平均吸气速度,0,(m/S),和罩口面积,S,0,（,m,2,）,确定,。,Q=,0,S,0,(m,3,/S),391.4集气罩性能参数及计算一、排风量的确定,40,也可以通过实测连接罩口上的平均吸气速度,(m/S),，气流动压,P,d,(Pa),或静压,P,S,(Pa),及其管道断面积,S,（,m,2,）,按下式确定。,Q=,S,=S(2/,),P,d,1/2,(m,3,/S),Q=,S(2/,),P,S,1/2,(m,3,/S),式中,:,气体密度,kg/m,3,-,集气罩的流量系数,40 也可以通过实测连接罩口上的平均吸气速度 (m/,40,流量系数测定,流量系数测定,41,42,集气罩性能参数及计算,2.,排风量的计算方法,（,1,）控制速度法,指在罩口前污染物扩散方向的任意点上均能使污染物吸入气流流入罩内并将其捕集所必须的最小吸气速度。,42集气罩性能参数及计算2.排风量的计算方法,第一章-气体净化系统的设计课件,43,第一章-气体净化系统的设计课件,44,第一章-气体净化系统的设计课件,45,46,（,2,）流量比法,把集气罩排风量,Q,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,Q=Q,1,+Q,2,=Q,1,(1+Q,2,/Q,1,)=Q,1,(1+K),K,m,=(Q,2,/Q,1,),min,K,m,-,为流量比,K,m,通过实验研究求出,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,.,2.,排风量的计算,46（2）流量比法2.排风量的计算,上部伞形,K,m,值的确定,上部伞形Km值的确定,47,第一章-气体净化系统的设计课件,48,K,m,=1.4(H/E),1.5,+0.30.4(F,3,/E),-3.4,+ 0.1 (E/L,1,+1),Km=1.4(H/E)1.5+0.30.4(F3/E),49,侧吸罩,K,m,值的确定,侧吸罩Km值的确定,50,K,m,=1.5(F,3,/E),-1.4,+2.5(E/L,1,),1.7,+0.2,(H/E),1.5,+0.20.3(U/E),2.0,+1.0,Km=1.5(F3/E)-1.4+2.5(E/L1)1,51,当污染气流与周围空气有一定温差时，,K,m,值会相应增大，当,t 1.5d,时，实际速度衰减值要比计算值大。,b.,操作台上的侧吸罩,c.,前面无障碍有边的侧吸罩,适用：上式只使适用于x1.5d（吸气口直径或矩形当量直径）,69,例,1-2,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。,例1-2 有一圆形的外部集气罩，罩口直径D=25cm，要在,70,（,2,） 条缝罩（宽长比,W/L0.2,的矩形侧吸罩）,条缝罩罩口附近等速面不是球形面，不能按点汇流计算,a.,四周无边条缝罩,b.,四周有边条缝罩,c.,操作台上的条缝罩,（2） 条缝罩（宽长比W/L0.2的矩形侧吸罩）a. 四周,L,条缝罩开口长度，,m,；,C,与条缝罩结构形式和设置情况有关的系数,四周无边，,C=3.7,；四周有边，,C=2.8,；操作台上，,C=2,条缝罩沿罩口轴线处气流速度衰减公式和排风量计算公式如下：,L条缝罩开口长度，m； 条缝罩沿罩口轴线处气流,72,（,3,）,冷过程上部集气罩,在污染设备上方设置集气罩，由于设备的限制，气流只能从侧面流入罩内，为避免横向气流干扰，要求,H,尽可能,0.3L,（罩口长边尺寸）,（3） 冷过程上部集气罩,P,罩口敞开面周长；,H,罩口至污染源距离，,m,；,K,考虑沿高度速度分布不均匀的安全系数，通常取,K=1.4,排风量,m,3,/s,：,P罩口敞开面周长；排风量m3/s：,74,2,、外部集气罩设计应注意的问题,（,1,）为提高集气罩的控制效果，减少无效气流的吸入，罩口应加设法兰边。上部集气罩的吸入气流易受横向气流的影响，最好靠墙布置，或在罩口四周加设活动挡板。,有活动挡板的伞形罩,2、外部集气罩设计应注意的问题（1）为提高集气罩的控制效果，,75,（,2,）为保证罩口吸气速度均匀，集气罩的扩张角,不应大于,60,度。当污染源的平面尺寸较大时，为降低罩高度，可以将罩分割成几个小罩子（图,a,），还可在罩口加设挡板或气流分布板，以保证罩口气流速度分布均匀（图,b,）,a,（2）为保证罩口吸气速度均匀，集气罩的扩张角不应大于60度,76,第一章-气体净化系统的设计课件,77,三、热源上部接受式集气罩的设计,特点：直接接受生产过程产生或诱导出来的污染气流，其排风量取决于接受的污染气流量。,三、热源上部接受式集气罩的设计特点：直接接受生产过程产生或诱,热源上部接受罩,右图表示设置在热源上部的接受罩及罩下热设备加热周围空气而产生的热射流的一般形态。热射流在上升过程中，由于不断混入周围空气，其流量和横断面积会不断增大。,1,、热射流流量计算,热源上部接受罩右图表示设置在热源上部的接受罩及罩下热设备加热,79,1),热射流上升高度 （ 或,)-“,低悬罩”,近似认为热射流的流量和横断面积基本不变,热射流起始流量：,q,热源水平表面对流散热量，,Kw,，,q=0.0025,t,1.25,A(Kw),t,热源水平表面与周围空气温度差，,K,A,热源水平投影面积,H,热源水平面到罩口距离，,m,特点：排风量小,1)热射流上升高度 （ 或,例,1-3,某热源水平表面直径为,0.7,，热源表面与周围空气温度差为,130k,，拟在其上部,0.5m,处装设接受罩，试求射流上部,H=0.5m,处的流量。,例1-3 某热源水平表面直径为0.7，热源表面与周围空气,2),热射流上升高度,“,高悬罩”,流量和横断面积会不断增大,不同上升高度,Z,上的流量为：,流速：,横断面直径： ，,Z,由外延法求得的热射流极点至计算断面的有效距离,热源的当量直径，,m,H,热源至计算断面的距离，,m,特点：排风量大,2)热射流上升高度 “高悬罩”,例,1-4,，热源条件同例,1-3,，只是欲将罩高,H,升到,1.4m,处，试求罩口处热射流流量，横断面直径及平均流速。,例1-4，热源条件同例1-3，只是欲将罩高H升到1.4m处，,2,、热源上部接受罩的设计,设计时，接受罩的断面尺寸应大于罩口断面上热射流的尺寸，接受罩的排风量应大于罩口断面上的热射流流量。,1),低悬罩,罩口每边尺寸应比热设备尺寸增加,150,200mm,排风量：,罩口扩大面积上空气的吸入速度，,0.5-0.7m/s,罩口扩大面积,即罩口面积减去热射流的断面积,m,2,2、热源上部接受罩的设计,2),高悬罩,罩口尺寸： （,m,）,排风量： （,m,3,/s,）,例：某金属熔化炉,其平面尺寸为,600mm600mm,，炉内温度为,600,室内温度为,20,，拟在炉口上方,800mm,处设接受式集气罩,罩口扩大面积上空气的吸入速度为,0.5m/s,试确定该集气罩口尺寸及其排风量？,2)高悬罩,