3.3 废气通风管道系统设计_大气污染控制工程-QQ阅读男生武侠网

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3.3　废气通风管道系统设计

通风管道是废气收集系统的重要组成部分，通风管道系统设计计算的目的在于保证要求风量分配的前提下，合理确定风管布置和尺寸，使系统的投资和运行费用综合最优。通风管道系统的设计直接影响到通风空调系统的使用效果和技术经济性。

本节主要包括设计计算步骤分解、估算和案例分析三部分。

3.3.1　设计计算步骤分解

本节主要根据《简明通风手册》进行通风管道的水力计算，计算主要分为以下步骤。

3.3.1.1　系统图绘制

根据通风管道布局与走向，绘制系统轴测图，对各管段进行编号，标注各管段的长度和风量，以风量和风速不变的风管为一管段。一般从距风机最远的一段开始，由远到近顺序编号，管段长度按两个管件中心线的长度计算，不扣除管件（如弯头、三通）本身的长度。

3.3.1.2　空气流速选择

风管内的风速对系统的经济性有较大影响。流速高、风管断面小、材料消耗少、建造费用小，但是系统压力损失增大、动力消耗增加、有时甚至可能加速管道的磨损。所以必须进行全面的技术经济分析，选择合理的风管空气流速。根据工程经验，对于一般通风系统，其风速可按表3.1确定。

表3.1　一般通风系统风管内风速

对于除尘系统，防止粉尘在管道内沉积所需要的最低风速见表3.2，而对于除尘器后的风管，风速可适当减小，以达到管路经济性。

表3.2　除尘系统风管内最低空气流速

3.3.1.3　计算各管段管径

根据各管段的风量和选定的流速，计算出各管段管径。

计算公式：

式中　D——风管直径，m；

qV——气体流量，m3/h；

v——气体流速，m/s。

3.3.1.4　计算各管段摩擦压力损失

（1）单位长度管道的摩擦压力损失Rm

Rm计算公式：

式中　Rm——单位长度摩擦压力损失，Pa/m；

v——风管内气体平均流速，m/s；

ρ——气体密度，kg/m3；

λ——摩擦阻力系数；

Rs——风管水力半径，m。

（2）风管水力半径Rs

圆形风管水力半径，其中D为风管直径，m；

矩形风管水力半径，其中a、b为风管边长，m。

（3）摩擦阻力系数λ

λ计算公式：

式中　e——风管内壁的粗糙度，mm；

Re——雷诺数，Re=ρvd/μ（d为特征长度，μ为黏度系数）。

上述方法计算量较大，可采用湖南大学提出的摩擦阻力计算简化公式（塑料风道）如下：

λ=0.0188D-0.19V-0.167

（4）线算图法计算圆管Rm

圆形风管单位长度管道的摩擦压力损失，由公式计算较繁琐，常用线算图（图3.2）直接计算。

图3.2　圆形风管沿程摩擦压力损失线算图

由图3.2可以看出，气体流量qV、风管管径D、管内流速v和单位长度沿程摩擦压力损失Rm四个参数中只需要已知其中任意两个，就可以得出其他两个参数。需要注意的是，图3.2是在大气压力p0=101.3kPa、温度t0=20℃、空气密度ρ0=1.204kg/m3、运动黏度ν0=15.06×10-6m2/s、管壁粗糙度e=0.15mm的圆形风管等条件下得出的，当实际条件与上述条件不符时，应进行修正。

（5）线算图法修正

①密度和黏度的修正。

式中　Rma——实际的单位长度摩擦压力损失，Pa/m；

Rm0——由图3.3的单位长度摩擦压力损失，Pa/m；

ρa——实际气体密度，kg/m3；

νa——实际气体运动黏度，m2/s；

②空气温度和大气压力的修正。

Rma=KtKBRm0

式中　Kt——温度修正系数；

KB——大气压力修正系数；

ta——实际气体温度，℃；

pa——实际气体压力，kPa。

此外，Kt和KB可由图3.3直接得出。

图3.3　温度和大气压力的修正曲线图

③管壁粗糙度的修正。

当实际风管粗糙度λ不等于0.15mm时，按下式进行修正。

Rma=KrRm0

式中　Kr——修正系数，见表3.3。

表3.3　粗糙度修正系数Kr

（6）线算图法计算矩形管Rm

矩形风管在计算时Rm可根据当量直径折算成圆管计算。

①流速当量直径Dv

按Dv和流速v在图3.2中查出Rm。

②流量当量直径DQ

按DQ和流量qV在图3.2中查出Rm。

DQ=1.3

3.3.1.5　局部压力损失

管件的局部压力损失Z计算公式。

Z计算公式：

式中　Z——局部压力损失，Pa；

ζ——局部阻力系数；

ρ——气体密度，kg/m3。

该计算式中，局部阻力系数ζ为重要指标，该值通常由试验确定，详见《简明通风手册》第241页。选用时需注意试验用的管件形状和试验条件，特别注意ζ值对应的是何处的动压值。

3.3.1.6　并联管路压力平衡计算

一般的通风系统要求两支管的压损差不超过15％，除尘系统要求两支管的压损差不超过10％，以保证各支管的风量达到设计要求。

当并联支管的压损差超过上述规定时，可用下述方法进行压力平衡。

（1）调整支管管径

通过改变管径的方式，改变支管的压力损失，达到压力平衡。调整后的管径按下式计算：

式中　D'——调整后的管径，m；

D——原设计的管径，m；

Δp'——为了压力平衡，要求达到的支管压力损失，Pa；

Δp——原设计的支管压力损失，Pa。

注：本方法不适用改变三通支管的管径。

（2）增大排风量

当两支管压力损失相差不大时，可不改变管径，将压力损失小的那段支管的流量适当增大，以达到压力平衡。增大的排风量按下式计算：

式中　q'V——调整后的排风量，m3/h；

qV——原设计的排风量，m3/h；

Δp'——为了压力平衡，要求达到的支管压力损失，Pa；

Δp——原设计的支管压力损失，Pa。

（3）增大支管压力损失

最常用的增加局部压力损失的方法是阀门调节。它是通过改变阀门的开度，来调节管道压力损失。这种方法简单易行，不需要严格计算，但是在改变某一支管上的阀门位置时，会影响整个系统的压力分布，所以需要反复调试后才能使各支管的风量分配达到设计要求。对于除尘系统还要考虑在阀门附近积灰，引起管道堵塞。

3.3.1.7　计算系统总压力

总压力损失p为最长管线（即沿程阻力最大的管线）所有干、支管压力损失总和，最后根据总压力损失和总风量选择风机。

3.3.2　压力损失估算

在绘制通风管道系统的施工图前，必须按3.3.1节中所述方法进行计算，确定各管段的管径和压力损失。在进行系统的方案比较或申报通风系统技术改造计划时，只需要对系统的总压力损失作粗略估算即可。根据工程经验，常用通风系统风管压力损失见表3.4，供设计参考所用，表中所列的风管压力损失只包括排风罩的压损，不包括处理设备的压力损失。

表3.4　常用通风系统风管压力损失估算表

3.3.3　案例分析

某有色金属冶炼企业车间除尘系统通风管道布置如图3.4所示。系统内的气体平均温度为20℃，钢板管道的粗糙度e=0.15mm，气体含尘浓度为10g/m3，所选除尘器的压力损失为981Pa。集气罩1和2的局部压损系数分别为ξ1=0.12，ξ2=0.19，集气罩排风量分别为qV1=4950m3/h，qV2=3120m3/h，要求确定该系统的管道直径和压力损失，并选择风机。