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1、除尘工程手册第三章 尘源泉控制与集气吸尘罩设计集气吸尘罩是除尘系统的重要部分，是除尘工程设计的重要环节。集气吸尘罩 的使用效果越好意味着越能满足生产和环保的要求。本章主要介绍常用集气吸尘罩 的设计和排气量的计算，还介绍无罩尘源控制方法。第一节 集气吸尘罩分尖和工作机理一、集气吸尘罩分类集气吸尘罩因生产工艺条件和操作方式的不同，形式很多，按集气吸尘罩的作 用和构造，主要分为四类；密闭罩、半密闭罩、外部罩和吹吸罩。具体分类如图 3-1 所示。二、集气吸尘机理 集气吸尘罩罩口气流运动方式有两种：一种是吸气口气流和吸入流，一种是吹 气口气流的吹出流动。对集气吸尘罩多数的情况是吸气口吸入气流。1、吸入口

2、气流 一个敞开的管口是最简单的吸气口，当吸气口口服气时，在吸气口附近形成负 压，周围空气从四面八方流向吸气口，形成吸入气流或汇流。当吸气口面积较小时， 可视为“点汇”。形成以吸气口为中心的径向线，和以吸气口为球心的速球面。如图 3-2（a）所示。由于通过每个等速面的吸气量相等，假定点汇的吸气量为 Q，等速面的半径分别为 r1和平 r 2，相应的气流速度为 1和 2 ，则有22Q 4 r12v1 4 r12v2 （3-1）式中 Q气体流量， m3/s;v1、v2球面 1 和 2 上的气流速度， m/sr1、r2球面 1和球面 2的半径， m。3-2)r1、r2 (r2 /r1)2由式（ 3-2）

3、可见，点汇外某一点的流速与该点至吸气口距离的平方成反比。因 此设计集气吸尘罩时，应尽量减少罩口逞能污染源的距离，以提高捕集效率。若在吸气口的四周加上档板，如图 3-2（b）所示，吸气范围减少一半，其等速 面为半球面，则吸气口听吸气量为22Q 2 r1 v1 2 r1 v2 （ 3-3）式中符号同前。比较式（ 3-1）和式（ 3-3）可以看出，在同样距离上造成同样的吸气速度时，吸 气口吵设挡板的吸气量比加设档板时大 1 倍。因此在设计外部集气罩时，应尽量减 少吸气范围，以便增强控制效果。实际上，吸气口有一定大小，气体流动也有阻力。形成吸气区气体流动的行事 面不是球面而是椭球面。根据试验数据，绘制

4、了吸气区内气流流线和速度分布，直 观地表示了吸气速度和相对距离的关系， 如图 3-3、图 3-4及图 3-5所示。图3-3、3-4 中的横坐标是 x/ d （ x为某点距吸气口的距离， d 为吸气口直径），等速面的速度值 是以吸气口流速 v0的百分数表示的。图 3-5绘出了侧边比为 1:2的矩形吸气口吸入气 流的等速线，图中数值表示中心轴离吸气口的距离以及在该点气流与吸气口以速 v0的百分比。根据试验结果，吸气口气流速度分布具有以下特点。1在吸气口附近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处已接近为球面。因此，当 x/d 1时可近似当作

5、点 汇，吸气量 Q可按式（ 3-1）、式（ 3-2）计算。当x/d =1时，该点气流速度已大约降至吸气口以速的 7.5。如图 3-3所示。当 x/d 1时，根据气流衰减规律则不同。2对于结构一定的吸气口，不论吸气口风速大小如何，其等速面形状大致相同。 而吸气口结构形式不同，其气流衰减规律则不同。2、吹出气流运动规律空气从孔口吹出，在空间形成一股气流称为吹出气流或射流。据空间界壁对射 流的约束条件， 射流可分为自由射流 （吹向无限空间） 和受限射流 （吹向有限空间）； 按射流内部温度的变化情况可分为等温射流和非等温射流；在设计热设备上方集气 吸尘罩和吹吸式集气吸尘罩时，均要应用空气射流的基本理论

6、。等温圆射流是自由射流中的常见流型。 其结构图 3-6 所示。圆锥的顶点称为极点， 圆锥的半顶角 a 称为射流的扩散角。射流内的轴线速度保持不变半等于吹出速度 v0的一段，称为射流核心段（图 3-6 的 AOD 锥体）。由吹气口核心被冲散的这一段称 为流起始面对。以起始段的端点 O 为顶点，吹气口为底边的锥体中，射流的基本性 质（速度、温度、浓度等）均保持其原有特性。射流核心消失的断面 BOE 称为过渡 断面。过渡断面以后称为射流基本段，射流起始段是比较短的，在工程设计中实际 意义不大，在集气吸尘罩设计中常用到的等温圆射流和扁射流基本段的参数计算公 式列于表 3-1 中。第二节 集气吸尘罩设计

7、一、集气吸尘罩设计原则 改善排放粉尘有害物的工艺和工作环境，尽量减少粉尘排放及危害。 吸尘罩尽量靠近污染源并将其围罩起来。形式有密闭型、围罩型等。如果碍 操作，可以将其安装在侧面，可采用风量较小的槽形式桌面型。3决定吸尘罩安装的位置和排气方向。研究粉尘发生机理，考虑飞散方向、速 度和临界点，用吸尘罩口患难夫妻准飞散方向。如果采用侧型或上盖型吸尘罩，要 使操作人员无法进入污染源与吸尘罩之间的开口处。比空气密度大的气体可在下方 吸引（见图 3-9）4决定开口周围的环境条件。一个侧面封闭的吸尘罩比开口四周全部自由开放 的吸尘罩效果好。因此，应在不影响操作的情况下将四周围起来，尽量少吸入未污 染的空气

8、。5防止吸尘罩周围的紊流。如果捕集点周围的紊流对控制风速有影响，就不能 提供更大的控制风速，有时这会使吸尘罩丧失正常的作用。6吹吸式（推挽式）利用喷出的力量将污染气体排出。 决定控制风速。为使有害物从飞散界限的最远点流进吸尘罩开口处，而需要的最小风速被称为控制风速。二、密闭集气吸尘罩1.密闭罩的设计注意事项(1)密闭罩的设计注意事项 密闭罩上通过物料的孔口设弹性材料制作的遮尘帘。2密闭罩应尽可能避免直接连接在振动或往复运动的设备机体上。 胶带机受料点采用托辊时，因受物料冲击会使胶带局部下陷，在胶带和密闭 拦板之间形成缝隙，造成粉尘外逸。因此，受料点下的托辊密度应加大或改用托板。密闭罩上受物料撞

9、击和磨损的部分，必须用坚固的材料制作。(2)密闭罩的设置应不妨碍操作和便于检修 根据工艺操作要求，设置必要的操作孔、检修门和观察孔，门孔应严密，关 闭灵活。2密闭罩上需要拆卸部分的结构应便于拆卸和安装。(3)应注意罩内气流运动特点 正确选择密闭罩形式和排风点位置，以合理地组织内气流，使罩内保持负压。 密闭罩需有一定的空间，以绘冲气注以，减小正压。3操作孔、检修门应逸开气流速度较高的地点。2.密闭罩的基本形式(1)局部密闭罩 将设备产尘地点局部密闭， 工艺设备露在外面密闭罩。 其容积 较小，适用于产尘气流速度较小，瞬时增压不大，且集中、连续扬尘的地点，如胶 带机受料点、磨机的受料口等。见图 3-

10、10。(2)整体密闭罩 将产生粉尘的设备地点大部密闭，设备的传动部分留在外面的 密闭罩、其物点是密闭罩本身为独立整体，易于密闭。通过罩上的观察孔可对设备 进行监视，设备传动部分的维修。可在罩外进行。这种密闭方式适用于具有振动的 设备或产尘气流速度较大的产尘地点，如振动筛等。见图 3-11。(3)大容积密闭罩 一将产生粉尘的设备或地点进行全部封闭的密闭罩。 它的物 点是罩内容积大，可以缓冲含尘气流，减小局部正压。通过罩上的观察孔能监视设 备的运行，维修设备可在罩内进行。这种密闭方式适用于多点产尘、阵发性产生和 产尘气流速度大的设备或地点，如多交料点的胶带机转 点等。见图 3-12。3.密闭罩计算

11、将产尘发生源密闭后，还必须从密闭罩内抽吸一定量的空气，使罩内维持一定 的负压，以防污染物逸出罩外污染车间环境。为了保持罩内造成一定的负压，必须内部刊物 罩内进气和排气量的总平衡。其 排气量 3等于被吸入罩内的空气量 1和污染源气体量 2，即3= 1+ 2，但是， 理论上计算 1 和2 是困难的，一般是按经验公式或计算表格来计算密闭罩的排风 量。计算法如下：（1） 按产生污染物气体与缝隙面积计算排风量 其计算式如下：3 3600Kv A Q2 （3-11）式中 K 安全系数，一般取 K=1.05 1.1；v 通过缝隙或孔口的速度，一般取 1 4m/s；A 密闭罩开启孔及缝隙的总面积， m2；2、

12、 3污染源气量和总排气量， m/h 。（2） 按截面风速计算排风量 此法常用于大容积密闭罩。一般吸气口设在密闭室 的上口部，其计算式如下：=3600Av （3-12）式中 所需排风量， m3/h；密闭罩截面积， m2；v 垂直于密闭罩面的平均风速，一般取 0.250.5m/s。（3） 按换气次数计算法计算排风量 该方法计算较简单，关键是换气次数确定， 换气次数的多少视有害物质的浓度、罩内工作情况（能见度等）而定，一般有能见 度要求时换气次数应增多，否则可少。其计算式如下： 3600 v （3-13）式中 排风量， m3/h；n 换气次数，当 20m3时，取 n=7；密闭罩容积， m3；4.密闭

13、罩的结构密闭罩的结构密闭罩的材料和结构形式应坚固耐用，严密性好，卸折方便。由小型型钢和薄钢板等组成的凹槽盖板适合于做成装配式结构。对于较小的密闭罩可全部采用凹槽 盖板；对大型密闭罩为便于生产设备的检修，可局部采用凹槽盖板。 凹槽盖板密闭罩由许多装配单元组成，各单元的几何形状（矩形、梯形、弧形 等）按实际需要决定，每个单元的边长不宜超过 1.5m。每个单元由凹槽框架、密闭 盖、压紧装置和密封填料等构件组成，如图 3-13 所示。1凹槽宽度在加工误差允许范围内，要使盖板自由嵌入凹槽，但不宜过宽，凹 槽最小宽度可按表 3-2 选取。表 3-2 凹槽宽度密闭盖长边尺寸 /mm凹槽最小宽度 /mm密闭盖

14、长边尺寸 /mm凹槽最小宽度 /mm 150040凹槽密封填料，应采用弹性好、耐用、价廉的材料，一般可用硅橡胶海绵、 无石棉橡胶绳、泡沫塑料等。硅橡胶海绵压缩率不超过 60，耐温 7080以上， 1kg 可处理 4017mm 的缝隙 89m。填料可用胶粘在凹槽内。3压紧装置如图 3-14 所示，它有四咱不同形式的联结，可根据实际需要加以组 合。图中（ a）为密闭盖可整个拆除的联结装置； （b）为密闭盖打开后，一端仍联在 凹槽框架上的联结装置； （c）为启闭不很频繁的大密闭盖的压紧装置； （ d）为经常 启闭或小密闭盖的压紧装置。凹槽密闭盖板可按表 3-3 中所列材料采用。表 3-3 凹槽盖板用

15、料选择密闭盖长边尺寸/mm平密闭盖弧形密闭盖凹曹角钢盖板角钢填料厚度 /mm凹槽角钢盖板角板填料厚度 /mm170045440417150017004544041740440417120015003043041730430417100012003043041030430417500100025325310253253105002532531025325310（2） 提高密闭罩严密性的措施1毡封轴孔。对密闭罩上穿过设备传动轴的孔洞， 可用毛毡进行密封， 如图 3-15所示。2砂封盖板。知用于封盖水平面上需要经常打开的孔洞，如图 3-16 所示。3柔性连接。振动或往复移动的部件与固定部件之间，可用

16、柔性材料进行封闭， 如图 3-17 所示，一般采用挂胶的帆布或皮革、人造革等材料。当设备运转要求柔性 连接件有较大幅度的伸缩时，连接件可做成手风琴箱形。三、柜式集气吸尘罩1.柜式集气吸尘罩设计注意事项1柜式罩排风效果与工作口截面上风速的均匀性有关。设计要求柜口风速不小 于平均风速的 80；当柜内同时产生热量时，为防止含尘气体由工作口上缘逸出， 应在柜上抽气；当柜内无热量产生时，可在下部抽风。此时工作口截面上的任何一 点风速不宜大于平均风速的 10，下部排风口紧靠工人台面。2柜式罩安装活动拉门，但不得使拉门将孔口完成关闭。图 3-18 为常用的几种 柜式罩的形式。3柜式罩一般设在车间内或试验室，

17、罩口气流容易受到环境的干扰，通常按推 荐入口速度的计算出的排风量，再乘以 1.1 的安全系数。4柜式罩不宜设在来往频繁的地段，窗口或门的附近。防止横向气流干扰。当 不可能设置单独排风系统时，每个系统连接的柜式罩不应过多。最好单独设置排风 系统，避免互相影响。2.柜式罩排风量的计算=3600v A VB (3-14)式中 排量量， m3/h；v 工作口截面处平均吸气速度(表 3-4)，m/s；泄漏安全系数，一般取 1.051.10，若有活动设备，经常需拆卸时，可 取 1.5 2.0；A 工作口、观察孔及其他也口的总面积， m2；VB 产生的有害物容积， m3。3.柜式罩的排风形式(1) 下部排风

18、柜式罩 当通风柜内无发热体，且产生的有害气体密度比空气大， 可选用下部排风通风柜，见图 3-19。(2) 上部排风柜式罩 当通风柜内产生有害气体密度比空气小， 或通风柜内有发 热体时，可选用上部排风通风柜，见图 3-20(3)上、下联合排风柜式罩 当通风柜内既有发热体， 又产生密度大小不等的有 害气体时，应在柜内上、下部均设置排气点，并装设调节阀，以便调节上、下部排 风量的比例，可选用上、下联合排风柜。上、下联合排风柜具有使用灵活的物点， 但其结构较复杂。图 3-21(a)所示具有上、下排风口中，采用固定导风板，使 1/3 的 风量由上部排风口排走， 2/3的风量由下部排风口排走。 图 3-2

19、1(b)所示具有固定的导 风板，有三条排风狭缝，上、中、下各 1 条，各自设有风量调节板，可按不同的工 艺操作情况进行调节，并使操作口风速保持均匀。一般各排风条缝口听最大开启面 积相等，且为柜后垂直风道截面积的一半。排风条缝口处的风速一般取 57.5m/s。四、外部集气吸尘罩 当有害物源不能密闭或围挡起来时，可以设置外部集气吸尘罩，它是利用罩口 的吸气作用将距吸气口有一定距离的有害物吸入罩内。 实际的罩口趴有一定的面积， 为了了解吸气的气流流动规律，可以假想罩口为一个吸气点，即点汇吸气口，然后 推广到实际罩口(圆形或矩形)的吸气气流流动规律。根据这些规律就可以确定外 部罩的排风量。外部罩结构简

20、单，制造方便，可分为上吸式和侧吸式两类。由于吸气罩的形状 大都和伞相似，所以这类罩简称伞形罩。采用伞形罩时，应考虑工艺设备的安装高度，室内横向气流的干扰因素，必要 时也可采取围档、回转、升降及其他改进措施。1.外部集气吸尘罩的设计注意事项 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。尽可能避免 横向气流干扰。2在排风罩口四周增设法兰边，可使排风量减少。在一般情况下，法兰边宽度 为 150 200mm。3集气吸尘罩的扩张角 a 对罩口的速度分布及罩内压力损失有较大影响。表 3-5 是在不同 a角下( vc / v0 )的变化， vc 是罩口听中心速度， v0是罩口的平均速度，在 a

21、=30 60时，压力损失最小设计外部集气吸尘所时，其扩张角 a 应小于(或等 于) 60。表 3-5 不同 角下的速度比a/（）vc /v0a/（）vc /v0301.07601.33401.13902.04当罩口尺寸较大，难以满足上述要求时，应采取适当的措施。例如把一个大 排风罩分隔成若干个小排风罩；在罩内设挡板；在罩口中设条缝口中，要求条缝口 处风速在 10m/s 以上，而静压箱内风速不超过条缝的速度的 1/2；在罩口设气流分布 板。以便确保集气吸尘罩的效果。5各种排风口听局部阴力系统数在表 3-6 中列出。2.外部集气吸尘罩的排风量 有了外部罩的几何尺寸及罩口喇嘛芬布就可以很方便地球得外

22、部罩的排风量。排风量可用下式计算；=v0F （3-15）式中 吸气罩的排风量， m3/h；v0 罩口中的吸气平均速度， m/s；2F罩口面积， m2。吸尘罩的结构、吸入气流速度分布、罩口力损失的变化，都会影响排风量：表 3-7所列为不同结构形式是排风量计算公式。从表 3-7 可看出，计算排风量的关审确定 x和vx，见图 3-22 所示。 x为控制点 至罩口听距离。控制点是指有污染源至罩口最远的点这里 vx 称为控制风速，也就是食品卫生粉尘能被全部及入罩内，在控制点上必须具有的吸入速度。控制风速可通 过现场实测确定，如果缺少实际数据，可参考表 3-8 选取。表 3-8 控制点的控制风速 vx污染

23、物放散情况举例最小控制风速/（m s-1）以很微的速度放散到相当平静的空气中槽内液体的蒸发； 气体或烟从敞口容器中0.25 0.5外逸以较低的速度放散到尚属平静的空气中喷漆室内喷漆； 断续地倾倒有尘屑的干物0.51.0料到容器中；焊接以相当大的速度放散出来，或是放散到空在小喷漆室内用高压力喷漆； 快速装袋或1.02.5气运动迅速的区域装桶；往运输器上给料以高速散发出来，或是放散到空气运动很磨削；重破碎；滚筒清理2.510迅速的区域4.冷过程伞形罩 冷过程伞形罩的尺寸和安装形式如图 3-27 所示。为了避免横向气流的影响，罩 口尽可能靠近尘源， 通常罩口距尘源的距离 H以小于或等于 0.3A为宜

24、（A 为罩口噬 边尺寸）。为了保证排气效果，罩口尺寸应大于尘源的平面投影尺寸：A= a +0.8H （3-32）B= b +0.8H （3-33）D=d +0.8H （3-34）式中 a、b 有尘物源泉长、宽， m；A 、B罩口的长、宽， m； H罩口距尘物源的距离， m； d 圆形尘源直径， m ； D罩口直径， m。为了保证罩口中吸气均匀， 伞形罩的开口通常为 90 120。为了减小吸气范 围，减少吸气量， 伞形罩四周应尽可能设挡板 （见图 3-28），挡板可以在罩口听一边、 两边及三边上设置，挡板越多，吸气范围越小，排气效果越好。对于图 3-27 所示的伞形罩推荐采用下式计算=KCH v

25、0 （3-35）式中 排风量， m3/s；C尘源的周长， m，当罩口有挡板时， C 为未设挡板部分的有尘源的周长； v0 罩口中平均流速， m/s，按表 3-9选用；K 取决于伞形罩几何尺寸的系数，通常取 K=1.4。表 3-9 开口面流速罩子形式断面流速 /（ ms-1）罩子形式断面流速 /（m s-1）未设挡板1.0 1.27两面挡板0.76 0.9一面挡板0.9 1.0三面挡板0.50.765.热过伞形罩热过程伞形罩根据罩口距污染源的高度的大小可分为两类，当高度等于或大于1.5 F （F 为热源水平投影面积）时，称作高悬罩。当高度小于 1.5 F 或小于 1m 时，称为低悬罩。(1)高悬

26、伞形罩的设计计算 热过程伞形罩排除的是热气流， 热气流以射流方向 上流动，在向上流动过程中不断地卷入周围空气，流量越来越大，射流断面也越来 越大，形成圆锥体，该圆锥体的锥顶称为假想热点源。图 3-29 所示为高悬伞形罩的 工作示意图。图中 d 表示圆形热源的直径。如果是矩形热源泉， d 为边长或宽，“O” 点即为假想热点源。热点源“ O”至罩口距离为( H Z)处的热射流直径 Dc 为：五、吹吸式集气吸尘罩1.吹吸式集气吸尘罩的形式 吹吸罩需要考虑到吸气口吸气速度衰减很快，而吹气气流形成的气幕作用的距 离较长的特点，在槽面的一侧设喷口喷出所，而另一侧为吸气口中，吸入喷出的所 以及被气幕卷入的周

27、围空气和槽面污染气体。这种吹吸气流共同作用的集气罩称为 吹吸罩。图 3-30 所示为吹吸罩的形式及其槽面上气流速度分布的情况。由图可以看 出，在吹吸气流的共同作用下，气幕将整个槽面均覆盖，从而控制了污染气流不致 外溢到室内空气中去。由于吹吸罩具有风量小，控制污染效果好，抗干扰能力强， 不影响工艺操作等特点。在环境工程中得到广泛的应用。吹吸式集气吸尘罩除了图 3-30 所示的气幕式形式外，还有旋风式，如图 3-31所示。2.吹吸罩的计算 吹吸罩设计计算的目的是确定吹量量、吸风量、吹风口高度、吹出气流速度以 及吸风口度和吸入气流速度。通常采用的方法是速度控制法，只要保持吸风口前吹 气射流末端的平均

28、速度不小于一定的数值( 0.751.0m/s)，就能对槽内散发的有污 染物进行有效的控制。气幕式吹吸罩计算的主要步骤如下。六、屋顶集气吸尘罩1.屋顶集气吸尘罩的形式 屋顶集尘罩是布置在车间顶部的一种大型集尘罩，它不仅抽出了烟气，而且还 兼有自然换气的作用。下面介绍几种不同形式的屋顶集尘罩。(1) 顶部集尘罩方式 见图 3-32(a)在含尘气体排放源泉及吊车上方屋顶部位设 置，直接抽出工艺过程中产生的烟气，捕集效率较高。(2)屋顶密闭方式 见图 3-32(b) 将厂房顶部视为烟囱贮留烟气，并组织排放，可 以减少处理风量。但如果贮留与抽气量不平衡，就会出现烟气回流现象，使作业环境恶化。(3)天窗开

29、闭型屋顶密闭共用方式 见图 3-32(c) 在天窗部倍增设排气罩， 烟气量 少时只使用天窗自然换气，当烟气量骤增时启用排气罩，可保持作业区环境良好， 很适用于处理阵发性烟气，但维护工作量大。(4)顶部集尘罩及屋顶密闭共用方式 见图 3-32(d)为以上 3种形式的组合。 捕集 效率高，作业环境好，处理风量大，但设备费用高。(5)屋顶电除尘方式 见图 3-32(e)在厂房屋顶装设除尘器，将捕集的烟气，除了 车间内各种热源泉产生的上升烟气外，还应包括周围的诱导空气，因此处理风量较 大，一般比原始烟气量大 34 倍。其排烟量的大小，一般都通过测定和模拟实验的 方法来确定排烟量。公式的取得也都是通过对

30、模型实验进行连续的测定，制成图， 找出规律，而后推算出来的。因此，这些公式的应用具有很大的局限性。图 3-33 是已建成的电炉车间屋顶集尘罩的排烟量与炉容量的关系图。平均每吨钢烟气发生为3100m /min. 还有一些设计者对污染源比较分散的车间，按厂房换气量，估算屋顶集尘罩的 排风量。根据笔者经验，用这种方法估算排风量，厂房的换气次数至少是 5 次h，否则会使车间内部污染加重。屋顶集气吸尘罩原理上，是高悬罩的一个特例，只是罩口较大较高而已，所以 屋顶罩还可用计算高悬罩的方法进行设计计算高悬罩(见图 3-29)。屋顶罩罩口的热射流截面直径( Dc)第三节 生产设备排风量 生产设备排风量因生产设备工艺、规格、用途不同差异很大，它对集气吸尘罩 的设计和运行却有较大影响。因此把设计计算和经验结合起来确定排风量更具实际 意义。本节主要介绍燃烧过程排烟量和一些生产设备的经验排风量数据。一、燃料燃烧过程排烟量 燃料燃烧过程排烟量指工业锅炉、采暖锅炉、燃料燃烧窑炉等使用的煤、油、 气等燃料在燃烧过程产生的烟气量。燃料燃烧过程使用的燃料一般不与物料接触，燃料燃烧产生的