大气污染控制技术模块七 通风系统的配置和运行

模块七通风系统的配置及运行知识目标：1、熟悉通风方式和局部通风系统的组成2、掌握集气罩类型及应用3、熟悉通风管道的布置原则、风机的选择及净化系统的运行、维护知识技能目标：1、能说明净化系统的结构构成及特点2、能说明集气罩的主要类型和设计参数3、能进行管路净化系统的设计和布置4、能说明烟气通风管道的运行、维护措施和注意事项案例引入：如图所示为大发尘量车间的气流组织方案任务思考：1、此组织方案能否避免车间的粉尘污染？依据是什么？2、说明此方案中的通风系统的结构构成和各部分作用。通风：采用自然或机械方法，对某一空间进行换气，以保证卫生、安全等适宜空气环境的技术分类：全面通风和局部通风。§7.1通风系统①全面通风：用自然或机械方法对整个房间进行换风的通风方式。适用：室内污染源多而分散的情况。缺点：稀释方法，降低室内污染物浓度，但不能去除污染物，一般不应提倡。②局部通风：在局部污染源的生产地，利用各种罩子和密闭柜，把有害物质汇集起来经净化设备净化后排至室外。局部通风是控制废气污染的最有效方法。§7.1.1局部通风

局部通风（LocalVentilation）是为改善室内局部空间的空气环境，向该空间送入或从该空间排出空气的通风方式，分为局部送风和局部排气两类。1、局部送风（LocalRelief）以一定速度将空气直接送到指定地点的通风方式。将符合卫生要求的空气送到人的有限活动区域，包括空气淋浴和空气幕等。适用：集中产生强烈辐射热或有毒气体的工业厂房2、局部排风(LocalExhaustVentilation)在散发有害物质的局部地点设置排风罩捕集有害物质并将其排至室外。在污染源处将污染物捕集起来，经净化设备净化后排到大气环境中。生产车间控制局部空气污染最有效、最常用的方法。局部排气净化系统示意图1.集气罩；2.净化装置；3.风管；4.通风机；5.污染源；6.工作台局部通风净化系统的组成基本组成：集气罩、通风管道、净化设备、通风机、烟囱。（1）局部排气罩：最重要的部件之一。作用：捕集污染物，直接影响技术经济指标和净化效果。（2）通风管道：输送气体的管道。作用：使系统的设备和部件系统连成一个整体。（3）净化设备将有害气体净化处理的装置，净化系统的核心部分。（4）通风机通风系统中气体流动的动力装置。作用：存在压力损失，提供动力，保证气体的流动速度。注意：为防止风机腐蚀，将风机放在净化设备后面。（5）烟囱净化系统的排气装置，也称排气筒。注意：必须具有一定高度，保证污染物的地面浓度达标。增设热交换器、仪表等使局部通风净化系统正常运行。7.1.2全面通风（GeneralVentilation）1、全面通风的类别（1）自然通风（NaturalVentilation）在室内外空气温差、密度差和风压作用下实现室内换气的通风方式。（2）机械通风（MechanicalVentilation）利用通风机械实现换气的通风方式。当车间散发多种有害物质时，分别计算，取最大值作为车间的换气量；多种有机溶剂取总气量。（3）联合通风（NaturalandMechanicalCombinedVentilation）联合通风是自然与机械相结合的通风方式。全面通风系统组成：室内送排风口、室外进排风装置、风道和风机。2、

气流组织方式全面通风的气流组织方式分为有组织通风和无组织通风。有组织通风：通过合理安排进、排风口的位置和面积，使室外空气通过可调节的门窗、孔洞，有规律地流经生活或作业地带的通风方式。无组织通风：通过门窗、洞及不严密处无规则地流入或渗入室内的通风方式。大气污染控制技术12全面通风的气流组织

方案一方案二气流组织示意图7.2集气罩7.2.1集气罩的类型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，根据其用途和作用原理，主要有密闭罩、通风柜、外部吸气罩等1.密闭罩密闭罩：将污染源的局部或整体密闭起来的一种集气罩。作用原理：污染物扩散限制在很小密闭空间内，仅在必须留出的罩上开口吸入若干室内空气，使罩内保持一定负压，防止污染物外逸。特点：所需排风量最小，控制效果最好，不受室内横向气流干扰。按围挡范围和结构分类：局部、整体和大容积密闭罩。整体密闭罩局部密闭罩特点：容积比较小，工艺设备大部分露在罩外，方便操作和设备检修。适用：污染气流速度较小，且连续散发的地点；大气污染控制技术16局部密闭罩整体密闭罩特点：容积较大，污染源全部或大部分密闭起来，只把设备需要经常观察和维护部分留在罩外，罩本身基本上成为独立整体，容易做到严密。适用：有振动且气流速度较大的场合；整体密闭罩大容积密闭罩：污染设备或地点全部密闭起来，也称为密闭小室。特点：罩内容积大，可以缓冲污染气流，减少局部正压，设备检修可在罩内进行。适用：多点、阵发性、污染气流速度大的设备或地点。大容积密闭罩2.通风柜又称箱式排气罩。生产操作的需要，在罩上开有较大操作孔。操作时，通过孔口吸入的气流来控制污染物外逸。

3.外部吸气罩使用条件：工艺条件的限制，无法对污染源进行密闭。外部集气罩依靠罩口外吸入气流的运动而实现捕集污染物。（a）上部集气罩；（b）下部集气罩；（c）侧吸罩；（d）槽边集气罩7.2.2集气罩的性能(1)集气罩的排气量①密闭罩的排气量a.按产生污染物的有害气体与缝隙面积计算排气量

Q——总排气量，m3/h；

β——安全系数，一般取K=1.05～1.1u——通过缝隙或孔口的气流速度，一般取1～4m/s；

∑A——密闭罩开孔及缝隙的总面积。m2；

Q2——污染源有害物气量，m3/h。b.按截面风速计算排气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

Q——所需排气量，m3/h；

A——密闭罩截面积，m2；

u——垂直于密闭罩面的平均风速，一般取0.25～0.5m/s。②通风柜排气量通风柜排气量计算：

Q——总排气量，m3/h；

β——安全系数，一般取K=1.05～1.1u——通过柜工作口的气流速度，见表；∑A——通过柜开孔及缝隙的总面积，m2；

VB——产生的有害物容积，m3/h；

③外部吸气罩风量

外部吸气罩风量计算：

Q——伞形罩风量，m3/h；

v0——罩口上的平均风速亦称罩面风速。m/sA——罩口的面积，m2。圆形罩口A=0.785d2，矩形罩口A=ab，a为矩形的长，b为矩形的宽。

对于操作台上平口的侧吸罩、操作台上条形吸气罩等，其排气量计算公式从表7.2中查得(2)排气罩的压力损失排气罩的压力损失ΔP一般表示成压损系数与直管中动压的乘积的形式。ρ——气流的密度，kg/m3；u——联接排气罩的直管中的平均速度，m/s；ξ——压损系数；pd——气流的动压，Pa；pa——气流的静压，Pa。7.2.3集气罩的设计原则集气罩应尽量将污染源包围起来，使污染扩散限制到最小的范围内，以便防止气流干扰，减少排气量。罩内应保持一定的均匀负压，避免污染物外逸。排气罩的吸气方向应尽量与污染气流运动方向一致，充分利用污染气流的动能。尽量减少排气罩开口面积，减少排气量；密闭罩上的观察孔和检修孔应尽量小，躲开气流正压较高位置。吸风位置不宜设在物料集中地点和飞溅区内，避免把大量物料吸入净化系统。排气罩的吸气流不允许先经人的呼吸区，再进罩内。罩的结构不得妨碍工人操作，便于检修，零部件可作成能拆卸的活动结构形式。7.3通风管道1．管道布置管道布置的一般原则输送介质不同，管道布置原则不完全相同。①划分系统的原则下列情况不能合为一个净化系统：污染物混合后有引起燃烧或爆炸危险者；不同温度和湿度的气体，混合可能引起管道内结露；因粉尘或气体性质不同，共用一个系统会影响回收或净化效率者。②管道敷设的原则管道敷设分明装和暗设，应尽量明装，以便检修；管道应尽量集中成列，平行敷设尽量沿墙或柱敷设；管道与梁、柱、墙、设备及管道之间应留有足够距离，以满足施工、运行、检修和热胀冷缩的要求。一般间距不应小于100—150mm；管道通过人行横道时，与地面净距不应小于2m，横过公路时不得小于4.5m，横过铁路时与铁轨面净距不得小于6m；水平管道敷设应有一定的坡度，以便于放气、放水、疏水和防止积尘，一般坡度为不小于0.005°。坡度应考虑斜向风机方向，并应在风管的最低点和风机底部装设水封泄液管。③管道支撑的原则管道与阀件不宜直接支承在设备上，应单独设支架或吊架。保温管的支架上应设管托；管道的焊接缝位置应布置在施工方便和受力较小的地方。焊缝不得位于支架处。焊缝与支架的距离不应小于管径，至少不得小于200mm。④管道联接的原则为方便检修、安装，以焊接为主要联接方式的管道中，应设置足够数量的法兰；以螺纹联接为主的管道，应设置足够数量的活接头（特别是阀门附近）；穿过墙壁或楼板的那段管道不得有焊缝。除尘管道布置除上述一般原则外，还应满足的要求：a除尘管道尽可能垂直或倾斜敷设。倾斜管道的倾角（与水平面的夹角）应不小于粉尘安息角。当必须水平敷设时，要有足够的流速以防止积尘。对易产生积灰的管道，必须设置清灰孔。b为减轻风机磨损，特别当气体含尘浓度较高时（大于3g/m3时），应将净化装置设在风机的吸入段。c分支管与水平管或倾斜主干管连接时，应从上部或侧面接入。三通管的夹角一般不宜大于30°。几个分支管汇于同一主干管，汇合点最好不设在同一断面。d输送气体中含磨琢性强的粉尘时，在有局部压力损失处采取防磨措施，并在设计中考虑管件检修方便。2．管道系统设计（1）管道材料砖、混凝土、炉渣石膏板、钢板、木板（胶合板或纤维板）、石棉板、硬聚氯乙烯板等。钢板最常用，普通薄钢板和镀锌钢板两种。连接需要移动风口的管道要用各种软管，如金属软管，塑料软管，橡胶管，帆布管等。输送腐蚀性气体的管道，如涂刷防腐油漆的钢板仍不能满足要求，可采用硬聚氯乙烯塑料板，但注意只适用于—10～60℃，且不防火；输送含酸蒸气，一般用含钛钢材、塑料管、陶瓷管。采用木板、木屑板和纤维板，一般进行防腐处理，并能保温。国外还用玻璃纤维板，兼消声与保温效果。（2）管道断面形状选择管道断面形状：圆形和矩形。在相同断面积时，圆形管道压损小，材料省；矩形管道有效面积小，四角的涡流造成压力损失、噪声、振动。注意：当管径较小，管内流速较高时，大都采用圆形管道，例如除尘系统。输送高温烟气时，矩形管道的强度比圆形管道高。当管道断面尺寸大时，为充分利用建筑空间，通常采用矩形管道。（3）管道系统设计计算管道系统设计计算主要是确定管道截面尺寸和压力损失，以便按照系统的总流量和总压力损失选择适当的通风机和电动机管道设计的步骤a.绘制管道系统的轴侧投影图，对各管段进行编号，标注长度和流量。管段长度一般按两管件中心线之间的长度计算，不扣除管件(如三通、弯头)本身的长度，-b.选择管道内的流体流速。c.根据各管段的流量和选定的流速确定管段的断面尺寸。d.确定不利管路（压力损失最大的管路)，计算其总压损并入系统的总压损。e.对并联管路进行压损平衡计算。两支管的压损差相对值，对除尘系统应小于10%，其他系统可小于15%。f.根据系统的总流量和总压损选择通风机械。管道内流体流速的选择必须选择适当的流速，使投资和运行费的总和为最小，管道内各种流体常用流速范围列于表7.3中管道断面尺寸的确定在已知流量和流体流速确定后，管道断面尺寸计算：

d——管道直径，m；

Q——管道内流体的流量，m3/s；

G——管道内流体的质量流量，kg/sv——管内流体的平均流速，m/s；

ρ——气体的密度，kg/m3。管道系统流体的压力损失计算对于输送气体的管道系统，因气体的密度较小，单相流系统的总压力损失计算：

Δpl

——摩擦压力损失，Pa；

Δpm——局部压力损失，Pa；

——各设备压力损失之和，Pa；包括净化装置和换热器等。a.摩擦压力损失是流体流经直管段时，由于流体的粘滞性和管道内壁的粗糙产生的摩擦力所引起的流体压力损失称为摩擦压力损失。圆形管道的摩擦压力损失可按范宁公式计算。

L——直管段的长度，m；d——管道直径，m；ρ——气体的密度，kg/m3。u——管内流体的平均流速，m/s；λ——摩擦阻力系数。b.局部压力损失是流体流经异型管件(如阀门、弯头、三通等)时，由于流动状况发生骤然变化，所产生的能量损失。它的大小一般用动压头的倍数来表示。

ζ——局部阻力系数，是由实验确定的无因次系数。3、通风管道的日常维护（1）通过直观检査管道、管件、阀门及紧固件(法兰与连接螺栓)的防腐层、保温层的完好情况，可了解管表面有无缺陷。（2）通过直观检査、气体检测器测定管道的连接法兰、接头、阀门填料和焊缝处有无泄漏。（3）通过直观检査、手锤检査吊卡、管卡支承的紧固、吊架支撑体有无松动及防腐情况。

（4）通过直观检査、振动仪测定方法检查管道有无强烈振动，管与管、管与相邻物间有无摩擦。（5）根据运转情况，用听声法检査管内有无杂质堵塞、异物撞击和摩擦声响。（6）安全附件、指示仪表有无异常现象。（7）阀门的操作机构是否灵活及润滑情况。（8）控制机器和设备的工艺参数不得超过工艺配管设计和决策评定后的许用值，严禁在超温、超压、强腐蚀和强烈振动条件下运行。（9）高压工艺配管的操作运行中，严禁带压紧固或拆卸、带压补焊、热管线裸露、作电焊机的接地线或吊装重物受力点以及用热管线烘干物品、做饭等其他用途使用7.4风机通风机：将机械能转应为气体的势能和动能，用于输送空气及其混合物的动力机械。按工作原理分类：离心式通风机和轴流式通风机；按功能分类：排尘通风机和防爆通风机、防腐蚀通风机等；按安装位置分类：屋顶通风机和室内通风机。离心式通风机：空气由轴向进入叶轮，沿径向方向离开通风机。特点：压头高，噪声小。安装：室内的地面上、平台上，屋面上，一般下面都有减振机座和减振器体系。轴流式通风机：空气沿轮轴向进入并离开风机。特点：体积小、安装简单，可直接安在墙面上或管道内。风压一般比离心风机的风压低，噪声比离心风机高，主要用于系统阻力较小的通风系统。屋项通风机：安装在屋项上，用于通风换气的专用轴流式或离心式通风机。1、通风机的选择根据输送气体的性质和风压范围，确定风机类型。如：输送清洁气体，可选一般风机；输送含尘气体，选用排尘风机；输送腐蚀性或爆炸性气体，选用防腐蚀或防爆炸通风机；输送高温气体，选用引风机或耐高温风机。通风机类型确定后，即可以根据净化系统的总风量和总压损来确定选择通风机时所需的风量和风压选择通风机的风量应按下式计算：选择通风机的风压应按下式计算：计算出Q0和Δp0后，便可按通风机产品样本给出的性能曲线或表格选择所需通风机的型号7.5净化系统的运行维护1、影响净化系统正常运行的因素净化系统操作运行过程中，严格遵守工艺技术规程、岗位操作规程、安全规程及各种规章制度。净化系统先于生产工艺系统运行，在生产工艺系统之后停止，避免粉尘在净化装置和管道中沉积，或因净化系统滞后运行造成污染物的泄漏。净化系统在运行中出现问题应及时解决。严格执行日常维护和定期检修的规章制度，定期消除管道和设备的沉积物，消除泄漏，调节系统风量和风压，排除事故隐患。2、污染气体净化系统的保温（1）管道保温1）保温材料在管道系统设计中，为减少输送过程的热量损耗或防止烟气结露而影响系统正常运行，则需要对管道进行保温。保温材料符合以下基本条件：绝热性性能好，导热系数低（一般不超过0.23W/（m•K）），具有较高的耐热性；材料孔隙率大，密度小，一般不超过600kg/m3，具有一定的机械强度，吸水率低，不腐蚀金属；成本较低，便于施工安装。常用的保温材料有石棉、矿渣棉、玻璃棉、玻璃纤维保温板、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料等。2）保温层结构常用的保护材料有铝皮、镀锌铁皮等金属板、玻璃丝布、高密度聚乙烯套管、铝箔玻璃布等。管道和设备保温结构由保温层和保护层两部分组成，保温层结构应满足保温要求，有足够的机械强度，处理好保温层和管道、设备的热补偿，要有良好的保护层，适应安装的环境条件和防雨防潮要求，结构简单，投资少，施工和维护检修方便。3、污染气体净化系统的防腐1.造成净化系统腐蚀的主要因素钢材腐蚀有两种类型，一种是化学腐蚀，另一种是电化学腐蚀。化学腐蚀：若烟气中含有二氧化硫、氯化物等腐蚀性物质，再加上烟气湿度和温度的变化，致使金属材料表面形成一层具有较强腐蚀性的液膜，产生对金属材料的腐蚀。电化学腐蚀：由于金属材料本身不纯，形成以铁为阳极，碳为阴极的原电池，并产生电化学反应，造成比化学腐蚀更严重的腐蚀。（1）防腐材料常用的防腐材料有以下几种：各种不同成分和结构的金属材料（不锈钢、铸铁、高硅铁等）耐腐蚀的无机材料（陶瓷材料、低钙硅酸盐水泥等）耐腐蚀的有机材料（聚氯乙烯、氟塑料、橡胶、玻璃钢等）

(2)金属保护层在设备或管道表面涂上防腐涂料（GB/T2705-2003）在设备表面喷镀或电镀一层完整的金属覆盖膜用具有较高的化学稳定性的橡胶做衬里使用具有高度耐磨和耐腐蚀性能的铸石衬里4、污染气体净化系统的防爆常用防火防爆措施如下：（1）保证设备、管道系统的密封性，并把设备内部压力控制在额定范围内（2）加入N2、CO2、水蒸气等惰性气体，使可燃物的浓度处于爆炸极限范围之外。（3）消除引爆源，消除可能引起爆炸的火源：明火、摩擦与撞击、使用电气设备等。（4）加强可燃物浓度的检测与控制，安装必要的监测仪器，以便能监视系统