北化工大气污染控制工程课件14废气净化系统的组成和设计

14.1废气净化装置的选择与系统组成

14.1.1除尘器的选择

一般，选择除尘器必须从技术、经济及排放标准三个方面来考虑，具体地讲，应该考虑以下几方面

:1.需要达到的除尘效率

2.气体性质①流量②温度和露点③压力④湿度⑤可燃性⑥气体成分

3.粉尘性质①粒径和粒径分布②含尘浓度③密度④磨损性⑤粘附性4.粉尘的处理

第14章

废气净化系统的组成和设计

14.1.2气态污染物净化方法的选择

选择时也必须从技术、经济及排放标准三个方面考虑。应该从废气特性（流量、温度、湿度等）、污染物种类和浓度等方面选择合理的方法，一般来说有以下原则：

（1）废气流量

（2）污染物浓度

（3）温度、湿度

14.1.3净化装置的费用

选择净化方法与装置必须在净化装置费用计算的基础上作技术经济分析，包括设备投资费与运行费两部分。为便于比较，通常采用处理每单位体积气体量所需费用来表示。

1．投资费

:投资费通常包括主体净化装置、辅助设备（如风机、电动机、卸灰输灰设备与管道等）、土地、基建费用及其他。

各种除尘器的值均随除尘效率的提高（或通过率P的降低）而提高

湿式洗涤器的设备费最低

设备费还与净化系统的选择密切相关。

净化装置的占地面积对设备费也有明显影响。

图14-2设备费与除尘效率（或通过率）的关系图14-3各种除尘器的净化效率和处理单位气体量所需设备费的比较2．运行费用净化系统的运行费用包括水、电和材料消耗费，设备折旧、维修费及劳务费等。3．总费用设备费与运行费的总和为净化系统（装置）的总费用。

图14-5袋式除尘器与电除尘器的经济比较图14-6最佳经济流速14.1.4净化系统的组成

净化系统一般由以下几部分组成：①污染源控制装置，其功能是收集污染源排出的污染物，并将其导入净化装置中，以便综合治理；②废气净化装置，其功能是来去除不同种类和性质的污染物；③废气的最终处理装置，经净化并与污染物分离的废气，可通过排风机及烟囱排入大气中；如含有可回收利用成分，可将其引人相应的回收系统中。

14-7局部排气净化系统示意图1-集气罩；2-风管；3-净化设备；4-通风机；5-烟囱14.2集气罩的设计

集气罩分类14.2.1密闭罩：密闭罩是将污染源的局部或整体密闭起来的一种集气罩。

1．密闭罩的结构形式

按密闭罩的围挡范围和结构特点，可将其分为局部密闭罩（图14-9）、整体密闭罩（图14-10）和大容积密闭罩（图14-11）三种。

14-914-1014-112．密闭罩的布置要求

（1）在结构上密闭罩要根据需要，设置必要的观察窗、操作门和检修门，各类门窗应便于操作，开关灵活，密封性好，且避开气流正压较高的部位。（2）密闭罩内应保持一定的均衡负压，避免污染物逸出。

（3）吸气罩的布置，应根据扬尘点物料和气流运动情况，尽量避开扬尘中心，防止大量物料随气流带至罩口被吸走。

（4）处理热物料时，密闭罩形式和吸风点位置的选择应考虑热压对气流运动的影响，通常应适当加大密闭罩容积，吸风点可设于罩子顶部最高点。

3．密闭罩排风量的计算

确定密闭罩排风量的原则，是要保证罩内各点都处于负压，保证从罩子开口及不严密缝隙处均匀地吸入一部分室内空气，防止罩内污染气流从缝隙、孔洞中逸出，造成污染。一般来说，适当的排风量应保证密闭罩内的负压不小于5~14Pa。

从罩内吸走一部分气体，使之形成负压，这时罩内风量平衡如下式所示

上式中Q3、Q4依生产工艺和设备类型而定，Q5、Q6值一般很小，而且可相互抵消，因此，在无Q3、Q4产生的情况下，密闭罩的吸风量主要由Q1、Q2决定。

在工程设计中，常用以下几种方法来确定密闭罩的排风量：（1）按开口或缝隙处空气的吸入速度计算（2）按经验公式或数据确定排风量

14.2.2排气柜（半密闭罩）

1．排气柜的结构形式与排气口的布置

14-122．排气柜排风量的计算

排气柜的排风量（m3/s）可按下式计算：

（14-5）14.2.3外部吸气罩

由于工艺条件限制，有时无法对污染源进行密闭，只能在其附近设置排气罩，依靠罩口吸入气流，将有害气体吸入罩内，这类排气罩称为外部吸气罩。外部吸气罩型式多样，按吸气罩与污染源的相对位置可将其主要分为三类：上部吸气罩、下部吸气罩、侧吸罩（见图14-12）。

1．外部吸气罩罩口气流流动规律

在研究外部吸气罩的速度分布时，可先把吸气口近似地视为一个点汇（图14-13）。

气流从四周流向该点时，其流线是以该点为中心的径向线，等速面是以该点为中心的球面。通过每个等速面的空气量应相等。假设点汇吸风量为，等速面的半径为、，相应气流速度为、，由于通过每个等速面的风量相等，则有

图14-14点汇气流流动情况可见，点汇外某点的流速与该点至吸气口距离的平方成反比，这表明吸气口外气流速度衰减很快。

一些研究者对圆形和矩形吸气口的吸入流动进行了试验研究，并绘制了吸气区内气流流线和速度分布图，直观地表示了吸气速度和相对距离的关系，如图14-15、图14-16所示。

根据试验结果，吸气口气流速度分布具有以下特点：（1）在吸气口附近的等速面近似与吸气口平行，随着离吸气口距离的增大，逐渐变成椭圆面，而在一倍吸气口直径处接近为球面。因此，当x/d＞1时，可近似当作点汇，吸气量可按式（14-6）、（14-8）计算；当x/d＜1，应根据有关气流衰减公式进行计算。（2）吸气口气流速度衰减较快。如图14-14a所示，当时，该点气流速度已大约降到吸气口流速的7.5%。（3）对于一定结构的吸气口，不论吸气口风速大小，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．外部吸气罩排风量的计算方法

目前多用“控制速度法”计算外部吸气罩的排风量。控制点距罩口的距离称为控制距离，见图14-17。

图14-17速度控制法在工程设计中，当确定控制点速度后，即可根据不同型式排气罩罩口的气流衰减规律求得罩口上气流速度，在已知罩口面积时，可按下式求得吸气罩的排风量。3．外部吸气罩排风量的计算公式外部吸气罩形式很多，其排风量计算公式各不相同，下面仅介绍几种外部吸气罩的罩口气流速度衰减公式及其排风量计算公式，供设计计算参考。（1）圆形或矩形吸气罩对于罩口为圆形或矩形（宽长比）的外部吸气罩，沿罩子轴线的气流速度衰减公式为外部吸气罩排风量的计算公式为

例14-1

（2）条缝罩条缝罩沿罩口轴线的气流速度衰减公式和排风量计算公式如下

图14-18条缝罩a)四周无边条缝罩b)四周有边条缝罩c)操作台上的条缝罩（3）冷过程上部吸气罩在污染设备上方设置集气罩，由于设备的限制，气流只能从侧面流入罩内，如图14-19所示。为避免横向气流干扰，要求尽可能使（为罩口长边尺寸），其排风量按下式计算。3．外部吸气罩设计的注意事项（1）为提高吸气罩的控制效果，减少无效气流的吸入，罩口应加设法兰边。（2）为保证罩口吸气速度均匀，吸气罩的扩张角α不应大于60°。

图14-19图14-21保证罩口气流分布均匀的措14.2.3外部吸气罩有些生产过程或设备本身会产生或诱导气流运动，并带动污染物一起运动，如由于加热或惯性作用形成的污染气流。接受式排气罩（简称接受罩）即沿污染气流流线方向设置吸气罩口，污染气流借助自身的流动能量进入罩口。生产过程产生或诱导出来的污染气流，主要指热源上部的热射流和粉状物料在高速运动时所诱导的气流。

图14-22接受式排气罩1．热射流流量计算一般将热射流上升高度H≤1.5A1/2的热源上部接受罩称为“低悬罩”，而将H>1.5A1/2的接受罩称为“高悬罩”。（1）低悬罩的热射流计算对低悬罩来说，其热射流量等于热设备的水平投影面积上所产生的起始对流热射流量，其值由下式计算例14-2

图14-23热源上部接受罩

（2）高悬罩的热射流计算当热射流的上升高度时，其流量和横断面积会显著增大。则热射流不同上升高度上的流量、流速及其断面直径可按下面的经验公式计算（参看图14-23）例14-3

2．热源上部接受罩的设计在工程设计中，考虑到横向气流的影响，接受罩的断面尺寸应大于罩口断面上热射流的尺寸，接受罩的排风量应大于罩口断面上的热射流流量。低悬罩罩口每边尺寸需比热设备尺寸增加150~200mm。高悬罩罩口尺寸按下式确定低悬罩排风量按下式计算高悬罩排风量按下式计算例14-4

14.2.5吹吸式排气罩

图14-24吹吸式排气罩29吹吸式排气罩的计算方法大致可以归纳为两类：一类是从射流理论出发而提出的控制速度法；另一类则是依据吹吸气流的联合作用而提出的各种计算方法，如临界断面法等。临界断面位置吹气口吹风量吹气口宽度吸气口排风量吸气口宽度例14-5

14.3管道系统的设计

14.3.1管道布置的一般原则

14.3.2管道系统的设计计算

1．管道内气体流动的压力损失管道内气体流动的压力损失有摩擦阻力损失和形体阻力损失两种。（1）摩擦阻力损失

（2）局部阻力损失流体流经管道系统中的异形管件（如弯头、阀门、三通等）时，流动状态发生变化，这时产生的能量损失称为局部阻力损失，其计算式为2．管道系统压力损失计算管道计算的常用方法是流速控制法，也称比摩阻法，即以管道内气流速度作为控制因素，据此计算管道断面尺寸和压力损失。

14.3.3风机、泵及电动机的选择

1．风机的选择

(1）通风机的风量

可按下式计算（2）通风机的风压按下式计算（3）通风机的电动机功率电动机所需的功率（kW）按下式计算

2．泵的选择

泵的选择与风机相似，即根据流体的种类、性质、流量和要求的扬程，选择泵的类型、扬程与流量。

流体的密度变化较大时，必须按下