车间气体净化系统中集气罩设计.docx

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车间气体净化系统中集气罩设计

1总论……………………………………………………………..…..3

1.1大气污染概述………………………………………………..…3

1.2设计任务……………………………………………………….3

1.2.1设计题目…………………………………………………3

1.2.2设计原始资料……………………………………………3

1.2.3设计内容以及要求………………………………………4

2集气罩的设计………………………………………………………4

2.1集气罩的集气机理……………………………………………...4

2.1.1吸入气流…………………..……………………...............4

2.1.2吹出气流……….………………………………………….5

2.1.3吹吸气流………………………………………..…………6

2.2集气罩的类型……………………………………………..…….6

2.3吹吸式排气罩的应用注意事项………………………..…….…8

2.4集气罩的设计方法………………………………………………9

3集气罩计算以及造型……………………………………………….9

3.1集气罩性能参数及计算……………………………………......9

3.1.1排风量的确定…………………………………………......9

3.1.2排风量的计算………………………………………..........10

3.1.3压力损失的确定………………………………………….10

4设计计算及选型…………..………………………………………...11

4.1集气罩尺寸设计…………………………………………………11

4.2集气罩排风量设计计算……………….……………………....13

4.3集气罩压力损失的确定……………………………………….13

设计小结…………………………………………………………….13

参考文献…………………………………………………………….14

某车间气体净化系统中集气罩设计

1总论

1.1大气污染概述

1995年全国燃煤排放的烟尘总量为1478万吨，其中火电厂和工业锅炉排放量占70%以上。

在火电厂排放中，地方电厂由于基本上使用的是低效除尘器，吨煤排放烟尘是国家电厂的5~10倍，其排放量占到电厂总排放量的65%。

1995年全国工业粉尘排放量约为639万吨.其中.钢铁生产排尘占总量的15%，水泥生产排尘占总量的70%。

在水泥生产排尘中，地方水泥厂排尘占到80%，成为工业12尘的主要排放源。

近年来，乡镇工业发展迅速口1996年全国乡镇工业污染源调查结果表明，1995年全国乡镇工业二氧化硫、烟尘和工业粉尘排放量分别占当年全国工业二氧化硫、烟尘和工业粉尘排放莹的28.2%、54.2%和68.3%。

乡镇工业污染物排放已成为我国环境污染的重要因素。

1.2设计任务

1.2.1设计题目

某金属冶炼车间除尘系统的集气罩设计

1.2.2设计原始资料

气体中颗粒物占15.0%，允许的排风速度最大1.0m/s；车间有2个，相距10m。

烟气粘度：

2.4×10－5pa.s

烟气温度：

20℃

允许罩内最大负压：

25Pa；

允许压力损失：

1000pa

烟气密度：

1.18kg/m3

烟气真密度：

2.2g/cm3

空气过剩系数：

a=1.4

烟尘浓度排放标准（标准状况下）：

200㎎/L

环境温度：

-7℃

当地气压：

100KPa

净化系统布置场地在车间北侧20-25米以内

1.2.3设计内容以及要求

根据烟气性质，选择设计合适的集气罩，计算出集气罩的排风量、压力降

并确定排风速度，完成除尘、风机、烟囱的位置及管道布置，最后按照工程制图要求绘制一张集气罩和系统A3图。

2集气罩的设计

2.1集气罩的集气机理

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人流动，一种是吹气口气流的吹出流动。

2.1.1吸入气流

吸入机理：

吸气口吸气时，在吸气口附近形成负压，周围的空气从四面八方流向吸气口，形成吸入气流或汇流。

实际情况吸口气流分布特点：

1.外部吸气罩罩口气流流动规律

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，假设点汇吸风量为Q，

等速面的半径为r1、r2，相应气流速度为u1、u2，由于通过每个等速面的风量相等，则有

Q=4πr12u1=4πr22u222

于是：

u1/u2=（r2/r1）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。

图2-1

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=2πr12u1=2πr22u22（

比较两式，可见：

（1）吸气速度相同时，同一距离上Q（悬空设置的吸气口）=2Q（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）=2u（悬空设置的吸气口）

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。

2.1.2吹出气流

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2-2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。

图2-2

2.1.3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。

图2-3

2.2集气罩的类型

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，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。

●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。

（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。

图2-4

●排气柜

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

（2）.布置要求：

尽量避开门窗和其它进风口。

●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

●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。

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。

类型:

a.低悬罩（罩口高度<1.5A1/2）

b.高悬罩（罩口高度>1.5A1/2）A-热设备的水平投影面积。

图2-5

2.3吹吸式排气罩的应用注意事项

（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。

2.4集气罩的设计原则

集气罩的设计主要包括结构形式以及性能参数计算，集气罩设计得合理使用较小的排风量就可以有效地控制污染物扩散。

反之用很大的排风量也不一定能达到预期的效果，因此设计的书画应该注意一下几点：

（1）集气罩尽可能包围或靠近污染源，使污染物的扩散限制在最小的围内，尽可能减小吸气范围，防止横向气流的干扰，减小排风量。

（2）在保证控制污染的条件下，尽量减少集气罩的开口面积，使风量最小。

（3）集气罩的吸气气流不允许通过人的呼吸区在进入集气罩内，设计时要充分考虑操作人员的位置和活动范围。

（4）集气罩的备置应与生产工艺协调一致，力求不影响工艺操作和设备检修。

（5）集气罩应力求结构简单，坚固耐用而造价低，并便于制作安装和拆卸维修。

（6）要尽可能避免或减弱干扰气流如堂风、逆风气流等对吸气气流的影响。

3.集气罩计算以及造型

3.1集气罩性能参数及计算

3.1.1排风量的确定

1.排风量的测定方法

集气罩排风量Q（m3/s），可以通过实测罩口的平均吸气速度ν0（m/s）和罩口面积A0（m2）确定。

Q=ν0A0（m3/s）

也可以通过实测连接罩口上的平均吸气速度ν（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=νA=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

3.1.2排风量的计算

（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。

图3-1

2）流量比法

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）linit

K---为流量比

KV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.

3.1.3压力损失的确定

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

4设计计算及选型

4.1集气罩类型设计

选择原因：

根据所给数据和设计要求，本设计易采用外部集气罩的热过程上部集气罩（如下图所示原因），是由于车间空间体积较大，需要有较大的收量的集气罩。

对于外部集气罩的排风量的确定多采用控制速度法,同时考虑到气体扩散等因素，可适当的选择3-5个普通吹风机安装在车间以及污染源的周围，保证污染气体尽可能的被集气罩收集。

图4-1

图4-2

（1）控制点控制速度的确定

由题设条件，经查阅文献[2]，本设计取1m/s。

（2）集气罩排风量、尺寸的确定

根据此题假设H=1m，设罩口直径为1m,为保证罩口呼气速度均匀，集气罩的扩张角不应大于60°，本设计中取为60°。

罩口直径D=1m

罩下口面积S=π*（D/2）²=0.785（m²）

罩上口面积S=π*（d/2）²=0.049（m²）

集气罩高度h=（D-d）/2=375mm=0.375m

与集气罩相连的管道内的气流速度：

v1=15.98m/s

管道直径为：

250mmv0=1m/s

两个工作台的污染相同，因此，取相同的集气罩，流量等参数皆相同。

4.2集气罩排风量设计计算

集气罩的排风量Q（m3/s），Q1是烟气流量，Q2是空气流量。

可以通过实测罩口上的平均吸气速度v0（m/s）和罩口面积A0（m2）确定：

K=H/E=1/1=1

Q=Q1+Q2=Q1（1+K）=0.784m3/s

因为2个集气罩相同，所以集气罩总的排风量为1.568m3/s即：

5644.8m3/h;与集气罩相连的管道内的气流速度：

v1=Q/A=1.568/0.049=32m/s

检验：

Q=A0V0所以V0=1m/s,符合题意。

4.3集气罩压力损失的确定

集气罩的压力损失Δp一般表示为压力损失系数ξ与直管中的压力pd之乘积的形式即：

Δp=ξpd

此集气罩的压损系数取ξ=0.11

Δp=ξρv2/2（Pa）=0.11×1.18kg/m3×（15.98m/s）2/2=16.57Pa.

所以总的压力损失为2Δp=33.14Pa<1000Pa符合题意要求。

综合以上计算和要求可知，该集气罩设计合理，符合要求。

设计小结

这次设计根据所给资料，我们最终确定了集气罩的形状以及排风量和排风速度，单个集气罩采用外部上置式集气罩，下口直径为1m，上口直径为250mm，集气罩高度为375mm，距离污染源高度为1m，经计算，排风速度为1m/s，排风量最终确定为0.784m3/s，压力损失为16.57Pa，并且经过最终验证，我组得出的数据基本符合规定。

这次课程设计我们从遇到的难题到最终的解决过程，能够看出我们的成长过程。

最初，我们完全不理解课程设计所要求我们做的内容，然后我们从超星数字图书馆下载书籍，上网查找资料，然后把收集到的资料拿出来跟同学们商讨设计过程与步骤；最后记下大家都不会的问题去问老师。

这是一个看似简单的过程，但是过程中我们确实收获到了很多。

我是设计金属冶炼车间除尘系统的集气罩的，在设计过程中，我首先了解了集气罩的设计原则和集气罩的类型，其次我学会的集气罩的尺寸设计和排风量的计算，最终确定压力损失和验证设计的合理性。

在这些过程中，大部分未知的知识书上基本可以找到，唯一难的就是压力损失系数的确定，因为这个系数只能在专业的书上才能查到，为此我花了一下午的时间从超星图书馆上寻找这本书，最终将我们组的集气罩压损系数确定下来。

这算本次设计中最难忘的事情了。

最后我想说明一下，虽然我们最初对此设计一点儿都不了解，但是我们在规定的时间内完成了设计，这除了大家的共同努力还有老师的悉心教导，在大学里，你可能完全不懂一些知识，但是真的当你需要他时，你可以通过各种途径和自身的努力在短时间内学会它，因为人的潜力是无限的。

参考文献

[1]中华人们共和国国家标准。

环境空气质量标准GB3095—1996

[2]郝吉明，马广大.大气污染控制工程（第二版）[M].高等教育出版社,2002.

[3]周兴求，环保设备设计手册[M]，化学工业出版社，2007

[4]党小庆等编.大气污染控制工程技术与实践[M].化学工业出版社,2009.

[5]工业防尘手册编审委员会.工业防尘手册[M].北京:

劳动人事出版社,1989.