目前，大氣污染防治引起社會各界的廣泛關注，尤其是VOCs污染治理；集氣罩主要是進行污染氣體的捕集，由于設備污染源和生產操作工藝的不同，相應集氣罩的形式是多種多樣的。合理的設計和正確的使用對凈化系統技術經濟指標有直接影響。集氣罩：是廢氣凈化系統污染源的收集裝置，可將粉塵及氣體污染源導入凈化系統，同時防止其向生產車間及大氣擴散，造成污染。本文(第一部分)從凈化系統的組成及系統設計的基本內容、集氣罩的集氣機理、集氣罩的基本類型、集氣罩性能參數及計算、集氣罩設計的方法等方面內容，全方位分析集氣罩與管道系統的設計知識。

集氣罩與管道系統的設計

主要內容

●凈化系統的組成及系統設計的基本內容

●集氣罩的集氣機理

●集氣罩的基本類型

●集氣罩性能參數及計算

●集氣罩設計的方法

●廢氣凈化系統設計（第二部分）

1凈化系統的組成及系統設計的基本內容

局部排氣凈化系統的組成

(1)集氣罩:集氣罩是用來捕集污染空氣的，其性能對凈化系統的技術經濟指標有直接的影響。由于污染源設備結構和生產操作工藝的不同、集氣罩的形式是多種多樣的。

(2)風管:在凈化系統中用以輸送氣流的管道稱為風管，通過風管使系統的設備和部件連成一個整體。

(3)凈化設備:為了防止大氣污染，當排氣中污染物含量超過排放標準時，必須采用凈化設備進行處理，達到排放標準后，才能排人大氣。

(4)通風機:通風機是系統中氣體流動的動力。為了防止通風機的磨損和腐蝕，通常把風機設在凈化裝備的后面。

(5)煙囪:煙囪是凈化系統的排氣裝置。由于凈化后的煙氣中仍含有一定量的污染物。這些污染物在大氣中擴散、稀釋，并最終沉降到地面。

局部排氣凈化系統設計的基本內容

1、捕集裝置設計（結構、安裝、性能）

2、凈化系統的選擇或設計

(1)選擇依據

a.污染物的種類與性質；

b.處理量；

c.凈化效率；

d.凈化系統的環境、經濟及社會效益。

(2)一般程序

a.工程調查；

b.確定凈化程度；

c.選擇合理的凈化工藝；

d.選擇適當的凈化裝置，確定合理的凈化系統配置；

e.確定凈化系統運行參數和技術經濟指標。

(3)除塵系統與裝置的選擇

(4)吸收系統與裝置的選擇

(5)吸附系統與吸附裝置的選擇

(6)凈化裝置的費用

設備投資費、運行費用、總費用

3.管道系統的設計

4.排放煙囪設計

集氣罩的集氣機理集氣罩氣流流動的基本理論

集氣罩匯集污染物，是一種流體動力學捕集，因此要對集氣罩合理設計，必須要了解吸氣罩罩口的氣流流動規律。

集氣罩口氣流流動方式有兩種:一種是吸氣口氣流的吸人流動，一種是吹氣口氣流的吹出流動。

吸入氣流

1.外部吸氣罩罩口氣流流動規律

a.速度分布:等速面的形式確定其分布規律

將吸氣口近似視為一個點匯，等速面是以該點為中心的球面（見圖13-2a），假設點匯吸風量為Q，等速面的半徑為r1、r2，相應氣流速度為u1、u2，由于通過每個等速面的風量相等，則有

Q=4πr12u1=4πr22u2(13--1)

于是：u1/u2=(r2/r1)2(13--2)

表明吸氣口外氣流速度衰減很快，應盡量減少罩口至污染源的距離。

2.罩口的設置位置對氣流分布的影響

如果吸氣口設在墻上，如圖13—2b所示,吸氣范圍減少一半,其等速面為半球面,則吸氣口的吸氣量為

Q=2πr12u1=2πr22u2(13--3)

比較式(13-1)(13-3)，可見：

（1）吸氣速度相同時，同一距離上Q（懸空設置的吸氣口）=2Q（有一面阻擋的吸氣口）

（2）吸風量相同時，同一距離上u（有一面阻擋的吸氣口）=2u（懸空設置的吸氣口）

3.吸風罩的形式對氣流速度分布的影響

有邊的吸風口比無邊的吸風口流速衰減慢，實際等速面為橢圓形。

吹出氣流

空氣從管口噴出，在空間形成的一股氣流稱為空氣射流.

(1)空氣射流的一般特性。如圖13一6所示，這是等溫圓射流的示意圖。管口速度假設是完全均勻的。M為射流極點，射流中保持原出口速度v。的部分稱為射流核心，速度小于v。的部分稱為射流主體，射流核心消失的斷面BOE稱為過渡斷面，出口斷面至過渡面稱為起始段，過渡斷面以后稱為主體段。

等溫自由圓射流的一般特性為:

①射流邊緣有卷吸周圍空氣的作用，這主要是由于紊流動量交換引起的。

②由于射流邊緣的卷吸作用，射流斷面不斷擴大，射流量隨射流長度增加而增大。

③射流核心段呈錐形不斷縮小。

④核心段以后，射流速度逐漸下降。

⑤射流中的靜壓與周圍靜止空氣的壓強相同。

⑥射流各斷面動量相等。

等溫圓射流和扁射流主體參數計算公式

吸入氣流與吹出氣流

（1）吹出氣流由于卷吸作用,沿射流方向流量不斷增加,射流呈錐形；吸入氣流的等速面為橢球面,通過各等速面的流量相等,并等于吸入口的流量。

（2）射流線上的速度基本上與射程成反比,而吸氣區內氣流速度與距吸氣口的距離的平方成反比。所以,吸氣口能量衰減很快,其作用范圍較小。

吹吸氣流

吹吸氣流是兩股氣流組合而成的合成氣流。在集氣罩設計中，利用吹出氣流與吸入氣流聯合作用來提高所需“控制風速”的形成，稱為吹吸式集氣罩。

3集氣罩的基本類型

集氣罩：是煙氣凈化系統污染源的收集裝置，可將粉塵及氣體污染源導入凈化系統，同時防止其向生產車間及大氣擴散，造成污染。

形式：

（1）按罩口氣流流動方式分為：吸氣式和吹吸式；

（2）按集氣罩與污染源的相對位置及適用范圍，可將吸氣式集氣罩分為：密閉罩、排氣柜、外部集氣罩、接受式集氣罩等。

密閉罩

定義：將污染源的局部或整體密閉起來，在罩內保持一定負壓，可防止污染物的任意擴散。特點：所需排風量最小，控制效果最好，且不受室內氣流干擾，設計中應優先選用。

結構形式：局部密閉罩、整體密閉罩、大容積密閉罩

1.局部密閉罩

特點：體積小，材料消耗少，操作與檢修方便；

適用：產塵點固定、產塵氣流速度較小且連續產塵的地點。

2.整體密閉罩

特點：容積大，密閉性好。

適用：多點塵源、攜氣流速大或有振動的產塵設備。

3.大容積密閉罩

特點：容積大，可緩沖產塵氣流，減少局部正壓，設備檢修可在罩內進行。

適用：多點源、陣發性、氣流速度大的設備和污染源。

4.布置要求

a.設置必要的觀察窗、操作門和檢修門；

b.罩內應保持一定的均衡負壓，避免煙塵逸出；

c.盡量避開揚塵中心,防止大量物料隨氣流帶至罩口被吸走；

d.處理熱物料時，應考慮熱壓對氣流運動的影響，通常適當加大密閉罩容積，吸風點設于罩子頂部最高點。

排氣柜

排氣柜可使產生有害煙塵的操作在柜內進行。

1.結構形式

a、排氣口在操作口對面操作口氣流分布較均勻，有害氣體外逸的可能性較小。

b、排氣口設在柜頂操作口上部形成較大進氣流速，而下部進氣流速較小，氣柜內易形成渦流，可能造成有害氣體外逸

c、在對面和頂部同時設置排氣口

2.布置要求：盡量避開門窗和其它進風口。

外部吸(集、排)氣罩

定義:通過罩的抽吸作用，在污染源附近把污染物全部吸收起來的集氣罩。

特點:結構簡單，制造方便；但所需排風量較大，且易受室內橫向氣流的干擾，捕集效率較低。

常見形式:頂吸罩、側面吸罩、底吸罩、槽邊吸氣罩

接受式排氣罩

1.定義：接受由生產過程（如熱過程、機械運動過程）

產生或誘導出來的污染氣流的一種排氣罩。

2.特點：罩口外的氣流運動不是由于罩子的抽吸作用，而是由于生產本身過程產生。

3.類型:a.低懸罩（罩口高度<1.5A1/2）

b.高懸罩（罩口高度>1.5A1/2）A-熱設備的水平投影面積。

吹吸式排氣罩及空氣幕

1.吹吸式排氣罩的工作原理

當外部吸氣罩與污染源的距離較大時，可以在外部吸氣

罩的對面設置一吹氣口，從而形成一層空氣幕阻止污染物

的散逸，同時也誘導污染氣流一起向排氣罩流動。

吹吸式排氣罩的工作情況

槽子吹吸式排氣罩

2.特點：采用氣幕抑制污染物擴散，具有氣量小，抗干擾能力強，不影響工藝操作、效果好的特點。

3.吹吸式排氣罩的設計計算

a.適用：在槽、臺寬度較大（≥2m）的工作槽上，采用此類排氣罩控制污染物的擴散，效果較佳。

b.設計時注意事項

（1）防止吹氣射流產生彎曲；

（2）條縫口寬度速度；

（3）吹氣罩排氣量；

（4）吹氣口高度。

4.氣幕及其應用

a.作用：可有效地抑制污染物擴散。

b.應用：

（1）當接受罩懸掛較高時，用吹氣射流阻擋橫向氣流

（2）采用氣幕控制破碎機料坑的揚塵

（3）采用氣幕控制整個車間的污染源。

4集氣罩性能參數及計算

一、排風量的確定

1.排風量的測定方法

集氣罩排風量Q(m3/S)，可以通過實測罩口的平均吸氣速度ν0(m/S)和罩口面積A0（m2）確定。

Q=ν0A0(m3/S)

也可以通過實測連接罩口上的平均吸氣速度ν(m/S)，氣流動壓Pd(Pa)或靜壓PS(Pa)及其管道斷面積A（m2）按下式確定。

Q=νA=A【(2/ρ)Pd】1/2(m3/S)

Q=φA【(2/ρ)PS】1/2(m3/S)

式中:ρ—氣體密度,kg/m3

φ--集氣罩的流量系數

2.排風量的計算

（1）控制速度法

指在罩口前污染物擴散方向的任意點上均能使污染物吸入氣流流入罩內并將其捕集所必須的最小吸氣速度。

（2）流量比法

把集氣罩排風量Q3看作是污染氣流量Q1和從罩口周圍吸入室內空氣量Q2之和,即

Q3=Q1+Q2=Q1(1+Q2/Q1)=Q1(1+K)

KV=(Q2/Q1)linit

K---為流量比

KV通過實驗研究求出,與污染物發生量無關,只與污染源和集氣罩的相對尺寸有關.

二、壓力損失的確定

由于集氣罩罩口處于大氣中,所以該處的全壓等于零.因而集氣罩的壓力損失寫為

△P=0－P=－(Pd+Ps)=|Ps|－Pd

φ=（Pd/|Ps|）1/2

φ=1/（1＋ξ）1/2

Φ---流量系數

ξ---壓力損失系數

5集氣罩的設計方法

原則：

a.集氣罩應盡可能將污染源包圍起來，使污染物的擴散限制在最小的范圍內，以便防止橫向氣流的干擾，減少排氣量。

b.集氣罩的吸氣方向盡可能與污染氣流運動方向一致，充分利用污染氣流的初始動能。

c.在保證控制污染的條件下，盡量減少集氣罩的開口面積，以減少排風量；

d.集氣罩的吸氣氣流不允許經過人的呼吸區再進入罩內；

e.集氣罩的結構不應妨礙人工操作和設備檢修。

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編輯：張偉