除尘工程设计手册.doc
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1、第三章 尘源泉把握与集气吸尘罩设计集气吸尘罩是除尘系统的重要局部,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,还介绍无罩尘源把握方法。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淌。对集气吸尘罩多数的状况是吸气口吸入气流。1、吸入口气流一个放开的管口是最简洁
2、的吸气口,当吸气口口服气时,在吸气口四周形成负 压,四周空气从四周八方流向吸气口,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3-2a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12别为 r 和平 r ,相应的气流速度为n和n,则有1231Q = 4pr 2 v= 4pr 2 v3-11112式中 Q气体流量,m3/s;v 、v12球面 1 和 2 上的气流速度,m/sr 、r 球面 1 和球面 2 的半径,m。12r 、r= (r / r )23-21221由式3-2可见,点汇外某一点的流
3、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,应尽量削减罩口逞能污染源的距离,以提高捕集效率。假设在吸气口的四周加上档板,如图 3-2b所示,吸气范围削减一半,其等速面为半球面,则吸气口听吸气量为Q = 2pr 2 v= 2pr 2 v3-3式中符号同前。1112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,应尽量削减吸气范围,以便增加把握效果。实际上,吸气口有肯定大小,气体流淌也有阻力。形成吸气区气体流淌的行事面不是球面而是椭球面。依据试验数据,绘制了吸气区内气流流线和速度分布,直观地表示了吸
4、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。依据试验结果,吸气口气流速度分布具有以下特点。在吸气口四周等速面近似与吸气口平行,随离吸气口距离 x 的增大,渐渐变成椭圆面,而在1 倍吸气口直径d 处已接近为球面。因此,当x / d 1 时可近似当作点汇,吸气量 Q 可按式3-1、式3-2计算
5、。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,依据气流衰减规律则不同。对于构造肯定的吸气口,不管吸气口风速大小如何,其等速面外形大致一样。而吸气口构造形式不同,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状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根本理论。等温圆射流是自由射流中的常见流型。其构造图 3-6 所示。圆锥的顶点称
6、为极点,圆锥的半顶角 a 称为射流的集中角。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,射流的根本性质速度、温度、浓度等均保持其原有特性。射流核心消逝的断面BOE 称为过渡断面。过渡断面以后称为射流根本段,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根本段的参数计算公式列于表 3-1 中。其次节集气吸尘罩设计一、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,尽量削减粉尘排放及危害。吸尘罩尽量靠近污
7、染源并将其围罩起来。形式有密闭型、围罩型等。假设碍操作,可以将其安装在侧面,可承受风量较小的槽形式桌面型。打算吸尘罩安装的位置和排气方向。争辩粉尘发生气理,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。假设承受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打算开口四周的环境条件。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,应在不影响操作的状况下将四四周起来,尽量少吸入未污染的空气。防止吸尘罩四周的紊流。假设捕集点四周的紊流对把握风速有影响,就不能供给更大的把握风速,有时这会使吸尘罩丧失正常的作用。吹
8、吸式推挽式利用喷出的力气将污染气体排出。打算把握风速。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把握风速。二、密闭集气吸尘罩1. 密闭罩的设计留意事项(1) 密闭罩的设计留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。密闭罩应尽可能避开直接连接在振动或往复运动的设备机体上。胶带机受料点承受托辊时,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。密闭罩上受物料撞击和磨损的局部,必需用结实的材料制作。(2) 密闭罩的设置应不阻碍操作和便于检修依据工艺操作要求,设置必要的操作孔、检修门和观看孔,门孔
9、应严密,关闭机敏。密闭罩上需要拆卸局部的构造应便于拆卸和安装。(3) 应留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。密闭罩需有肯定的空间,以绘冲气注以,减小正压。操作孔、检修门应逸开气流速度较高的地点。2. 密闭罩的根本形式(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。(2) 整体密闭罩 将产生粉尘的设备地点大部密闭,设备的传动局部留在外面的密闭罩、其物点是密闭罩本身为独立整体,易于密闭。通过罩上的观看孔可对
10、设备进展监视,设备传动局部的修理。可在罩外进展。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展全部封闭的密闭罩。它的物点是罩内容积大,可以缓冲含尘气流,减小局部正压。通过罩上的观看孔能监视设备的运行,修理设备可在罩内进展。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. 密闭罩计算将产尘发生源密闭后,还必需从密闭罩内抽吸肯定量的空气,使罩内维持肯定的负压,以防污染物逸出罩外污染车间环境。为了保持罩内造成肯定的负压,必需内部刊物 罩内进
11、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,一般是按阅历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:33600K vSA + Q23-11 式中 K安全系数,一般取 K=1.051.1;v 通过缝隙或孔口的速度,一般取 14m/s;SA 密闭罩开启孔及缝隙的总面积,m2; 、 污染源气量和总排气量,m3/h。23(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:=3600A v3-12式中 所需排风
12、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 该方法计算较简洁,关键是换气次数确定, 换气次数的多少视有害物质的浓度、罩内工作状况能见度等而定,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 v3-13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. 密闭罩的构造密闭罩的构造密闭罩的材料和构造形式应结实耐用,严密性好,卸折便利。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构造。对于较小的密闭罩可全部承受凹槽盖板;对大型密闭罩为便于生产设备的检
13、修,可局部承受凹槽盖板。凹槽盖板密闭罩由很多装配单元组成,各单元的几何外形矩形、梯形、弧形等按实际需要打算,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。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密闭盖长边尺寸/mm凹槽最小宽度/mm500141000150025500100017150040凹槽密封填料,应承受弹性好、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
14、 7080以上, 1kg 可处理 4017mm 的缝隙 89m。填料可用胶粘在凹槽内。压紧装置如图 3-14 所示,它有四咱不同形式的联结,可依据实际需要加以组合。图中a为密闭盖可整个撤除的联结装置;b为密闭盖翻开后,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 中所列材料承受。密闭盖长边尺寸平密闭盖弧形密闭盖表 3-3 凹槽盖板用料选择/mm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/mm170045440417150017004544041740440417120015003043041730
15、430417100012003043041030430417500100025325310253253105002532531025325310(2) 提高密闭罩严密性的措施毡封轴孔。对密闭罩上穿过设备传动轴的孔洞,可用毛毡进展密封,如图 3-15所示。砂封盖板。知用于封盖水平面上需要经常翻开的孔洞,如图 3-16 所示。柔性连接。振动或往复移动的部件与固定部件之间,可用柔性材料进展封闭,如图 3-17 所示,一般承受挂胶的帆布或皮革、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留意事项柜式罩排风效果与工作口截面上
16、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。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。柜式罩一般设在车间内或试验室,罩口气流简洁受到环境的干扰,通常按推举入口速度的计算出的排风量,再乘以 1.1 的安全系数。柜式罩不宜设在来往频繁的地段,窗口或门的四周。防止横向气流干扰。当不行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,避开
17、相互影响。2. 柜式罩排风量的计算式中 排量量,m3/h;=3600 vb SA + V3-14Bv 工作口截面处平均吸气速度表 3-4,m/s;b 泄漏安全系数,一般取1.051.10,假设有活动设备,经常需拆卸时,可取 1.52.0;SA 工作口、观看孔及其他也口的总面积,m2;V B产生的有害物容积,m3。3. 柜式罩的排风形式(1) 下部排风柜式罩 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
18、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,并装设调整阀,以便调整上、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机敏的物点, 但其构造较简单。图 3-21(a)所示具有上、下排风口中,承受固定导风板,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 3-21(b)所示具有固定的导风板,有三条排风狭缝,上、中、下各 1 条,各自设有风量调整板,可按不同的工艺操作状况进展调整,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
19、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肯定距离的有害物吸入罩内。实际的罩口趴有肯定的面积, 为了了解吸气的气流流淌规律,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淌规律。依据这些规律就可以确定外部罩的排风量。外部罩构造简洁,制造便利,可分为上吸式和侧吸式两类。由于吸气罩的外形大都和伞相像,所以这类罩简称伞形罩。承受伞形罩时,应考虑工艺设备的安装高度,室内横向气流的干扰因素,必要时也可实行围档、回转、升降及其他改进措施。1.外部集气吸尘罩的设计留意事项在不阻碍工艺操作的前提下,罩口应尽可能靠近污
20、染物发生源。尽可能避开横向气流干扰。在排风罩口四周增设法兰边,可使排风量削减。在一般状况下,法兰边宽度为 150200mm。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 v/ v 的变化, v 是罩口听中心速度, v 是罩口的平均速度,在c0c0a =3060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 /3040v/ v1.071.13c0a /6090v/ v1.332.0c0当罩口尺寸较大,难以满足上述要求时,应实行适当的措施。例如把一个大排风罩分隔成假设干个小排风罩;在罩内设挡板;在
21、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。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便利地球得外部罩的排风量。排风量可用下式计算;= v0F3-15式中 吸气罩的排风量,m3/h;v 罩口中的吸气平均速度,m/s;0F罩口面积,m2。吸尘罩的构造、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 所列为不同构造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。
22、 x 为把握点至罩口听距离。把握点是指有污染源至罩口最远的点这里 vx称为把握风速,也就是食品卫生粉尘能被全部及入罩内,在把握点上必需具有的吸入速度。把握风速可通过现场实测确定,假设缺少实际数据,可参考表 3-8 选取。表 3-8 把握点的把握风速vx污染物放散状况以很微的速度放散到相当安静的空气中以较低的速度放散到尚属安静的空气中以相当大的速度放散出来,或是放散到空气运动快速的区域以高速散发出来,或是放散到空气运动很快速的区域举例槽内液体的蒸发;气体或烟从敞口容器中外逸喷漆室内喷漆;断续地倾倒有尘屑的干物料到容器中;焊接在小喷漆室内用高压力喷漆;快速装袋或装桶;往运输器上给料磨削;重裂开;滚
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