通风与空调系统设备.ppt
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1、第二篇通风与空调 9 通风与空调系统设备,目录,9.1 通风系统除尘设备,按习惯把分散于气体介质的微小颗粒的固体物质统称为粉尘。粉尘按来源不外乎两种。一种是由于固体材料的破碎、表面加工和运输等工艺过程产生粉尘,这种粉尘在形成过程中没有任何物理化学变化,其形状无规则,大小不一,但最终能长久悬浮于空气中的颗粒都很小,一般在0.2560m之间。,另一种由于化学作用(如化学反应、燃烧、爆炸和焊接等过程)而自气体或液体中冷凝下来的更细微的固体颗粒,即所谓烟尘。它具有规则的结晶形状(如球形等),其颗粒一般很小,通常在0.5m以下。尽管粉尘和烟尘的来源以及颗粒的大小和形状不同,但从除尘角度看,两者并无显著的
2、质的差别,故统称粉尘。尘粒的大小不一,形状不同,对除尘设备及风机的磨损是不一样的。,9.1 通风系统除尘设备,1 粉尘的容重和比重 粉尘在自然堆积状态下的单位体积的质量称为粉尘的容重。粉尘容重的大小对除尘器灰斗容积的选择有直接的影响。在自然堆积状态下的粉尘的结构不是密实的,颗粒与颗粒之间存在孔隙。我们把粉尘处于无孔致密状态下单位体积所具有的质量称为粉尘的比重。目前有些书上采用容积密度与真密度的叫法。容积密度即单位体积粉尘的质量;真密度即密实状态下单位体积粉尘的质量。粉尘的容重和比重的单位用kgm3或tm3来表示。,9.1 通风系统除尘设备,2粉尘分散度 如前所述,粉尘由大小不一、形状不同的固体
3、小颗粒所组成,把粉尘的颗粒按直径大小分组,用分组的方法表示粉尘的粗细程度叫分散度。粉尘的分散度可用分组质量的百分数来表示,如图9-1所示。在除尘技术中,常把粉尘按直径分为六组:05m、510m、1020m、2040m、4060m、60m以上。,9.1 通风系统除尘设备,3粉尘的物理化学活泼性 固体物料被粉碎成粉尘后,其总表面积增加很多。由于表面积的增加因而增大了与周围介质的接触面积,使其物理化学活泼性大为增加,以至对粉尘的溶解、吸附、燃烧、荷电、化学反应以及凝聚等性质都有较大的影响。,9.1 通风系统除尘设备,4粉尘的“亲水性”我们扫地时,常常要先洒水,以减少灰尘飞扬。其原因是出于粘土这类灰尘
4、容易被水湿润(亲水),致使灰尘聚合、增重,以利沉降,这就是湿法除尘的简单原理。但也有许多粉尘(如二氧化硅粉、炭粉等)极难被水湿润,这些粉尘称为憎水性粉尘。粉尘的亲水性和憎水性,主要由原材料的化学性质所决定,但与粉尘的表面状态有很大关系。一般说来,粗糙的微粒表面易于吸附气体分子并在其表面四周形成气膜,从而阻碍水滴对它的湿润。粉尘越细,其比表面积越大,吸附作用的影响就越大。,9.1 通风系统除尘设备,5粉尘的带电性 悬浮在空气中的尘粒差不多总带有电荷,这是由尘粒的撞击或吸附作用产生的。据实验观察,在同一温度下,表面积大、含湿量小的粉尘带电量大,而表面积小、含湿量大的粉尘带电量小。非金属粉尘和酸性氧
5、化物(如二氧化硅等)带正电,而金属粉尘及碱性氧化物(如氧化钙等)则带负电。这说明带电量与尘粒的表面积和含湿量有关,带电的极性同尘粒的化学组成有关。,9.1 通风系统除尘设备,6粉尘的爆炸性 空气中含有的粉尘其浓度65gm3能引起爆炸的,为具有爆炸危险的粉尘。具有爆炸危险的粉尘均可在一定浓度范围内发生爆炸,这个爆炸范围的最低浓度称爆炸下限,最高浓度称爆炸上限。粉尘的爆炸范围取决于粉尘的性质、尘粒的大小以及湿度等。尘粒越小比表面积(单位质量粉尘颗粒表面积的总和称为比表面积,用m3g表示)越大,爆炸危险性越大,粉尘和空气中的温度越小越易爆炸。一般明火、机械摩擦、电器设备等发生的火花均可能引起爆炸。,
6、9.1 通风系统除尘设备,9.1 通风系统除尘设备,图9-1 粉尘的分散度(图示法),(1)重力除尘装置 重力沉降室除尘的机理是通过重力使尘粒从气流中分离出来。当通过沉降室时,由于气体在管道内具有较高的流速,突然进入沉降室的大空间内,使空气流速迅速降低(图9-2),此时气流中尘粒在重力的作用下慢慢地落入接灰池内。沉降室的尺寸由设计计算选定,需对尘粒沉降得充分,以达到净化的目的。,9.1 通风系统除尘设备,9.1.2.1 除尘装置的分类,(2)惯性除尘装置 惯性除尘装置是使含尘空气冲击在挡板上,让气流进行急剧的方向转变,借尘粒本身的惯性作用力而将其分离的装置。惯性除尘装置的构造较简单,除尘效率略
7、高于重力沉降室。目前工程上用的双涡旋除尘器(图9-3)就是靠离心力和惯性力的双重作用固定叶片,含尘空气通过叶片时,要急剧改变方向,其中的尘粒由于惯性力的作用碰撞在叶片上被反弹出来,仍回到旋转气流中,空气则经过固定叶片由排气口排出。,9.1 通风系统除尘设备,(3)离心除尘装置 离心除尘装置是使含尘气体作旋转运动,借作用于尘粒上的离心力把尘粒从气体中分离出来的装置。这类除尘装置的除尘效率比重力除尘装置高得多。图9-4是一个普通的旋风除尘器的示意图,它是由内筒、外筒和锥体三部分所组成。这种除尘器较多用于锅炉房内烟气的除尘,其结构简单、体积小、维修方便、除尘效率较高。旋风除尘器根据结构形式不同有多管
8、除尘器、锥体弯曲呈水平牛角形的旋风除尘器等。,9.1 通风系统除尘设备,离心除尘器中气流流动的情况是很复杂的。根据气流在离心除尘器内的流动规律的实验表明,气流在离心除尘器内的切向速度分布情况如图9-5(a),压力分布情况如图9-5(b),纵向流动情况如图9-5(c)。影响旋风除尘器除尘效率的主要因素有:进口风速 筒体直径D及排出管直径dp 筒体与锥体高度 粉尘的性质 旋风底部的严密性,9.1 通风系统除尘设备,(4)洗涤除尘装置 洗涤除尘装置是用液滴、液膜、气泡等洗涤含尘空气,使尘粒附和相互凝聚,而将其分离的装置(也称湿式除尘器)。湿式除尘器的优点是:构造简单,造价低,对亲水性粉尘除尘效率高,
9、并可用于气体温度高及粘性粉尘;可处理可溶性有害气体和对烟气进行冷却,适用于净化高温气体。它的主要缺点是:泥浆和污水处理比较困难;对某些气体要考虑设备的防腐措施;对憎水性及水硬性粉尘不适用;冬季(特别是北方)必须考虑防冻措施。,9.1 通风系统除尘设备,湿式除尘器种类很多,主要有旋风水浴除尘器(也称旋筒水膜除尘器)、水浴除尘器、泡沫除尘器、文丘里除尘器等。旋风水浴除尘器结构形式如图9-6所示。这种除尘器的特点是:除尘效率高达98%99,在运行中水位调节适当时,当风量在20%范围内变化时,除尘效率几乎不变;除尘效率较稳定,故运行维护也较简单,通常每班或每天排泥和冲水一次,即能较好地保证除尘效果。在
10、运行中只要保证供水和排泥,不会发生其他故障。除尘器阻力为90110mmH2O。,9.1 通风系统除尘设备,(5)过滤除尘装置 过滤除尘装置是使含尘空气通过滤料,将粉尘分离捕集的装置。袋式除尘器就是过滤除尘装置的一种。袋式除尘器是利用棉布或其他织物的过滤作用进行除尘的,它对5m以下的细小粉尘颗粒也具有较高的除尘效率。图9-7为袋式除尘器示意图。,9.1 通风系统除尘设备,在袋式除尘器内,滤袋除尘的原理是:大于滤袋孔隙的粉尘颗粒被滤袋阻留下来。当含尘空气通过某些用人造纤维做成的滤袋时,产生静电现象,从而增加滤袋对粉尘的吸附能力。当含尘气流通过滤袋撞击到滤袋的经纬线时,绕纤维而过,粉尘由于惯性作用不
11、易改变方向,就附着在其表面上。一些极细微的粉尘由于受到气体分子的布朗运动所传给的动力的影响,也跟着做布朗运动,这样就增加了尘粒与纤维的碰撞机会。,9.1 通风系统除尘设备,(6)电除尘装置 电除尘装置是一种高效除尘装置,它是利用高压电场所产生的静电力来分离粉尘的,故又称静电防尘器。电除尘器主要由两部分组成,即除尘器本体和高压供电设备。本体部分包括防尘室(或称电场)、振打装置、外壳和灰斗。高压供电设备包括整流设备和变压设备。板式电除尘器电场部分如图9-8所示。按照除尘装置在捕集含尘气体中用水(或其他液体)湿润粉尘的微粒或不湿润粉尘的微粒的不同,除尘装置又分为湿式和干式除尘装置。,9.1 通风系统
12、除尘设备,9.1 通风系统除尘设备,图9-2 重力沉降室,9.1 通风系统除尘设备,图9-3 双涡旋除尘器,9.1 通风系统除尘设备,图9-4 旋风除尘器,9.1 通风系统除尘设备,图9-5 离心除尘器中气流情况(a)切向速度分布情况;(b)压力分布情况;(c)纵向流动情况,9.1 通风系统除尘设备,图9-6 旋风水浴除尘器结构形式,9.1 通风系统除尘设备,图9-7 袋式除尘器,9.1 通风系统除尘设备,图9-8 板式电除尘器电场分布示意图,评价除尘装置除尘效果的好坏,通常用除尘效率来反映。它的意义是:以除尘装置所捕集的粉尘占进入除尘装置的粉尘总量的百分数来表示,即=G1/G2100%=(S
13、1-S2)/S1100%G1、G2可用称重的方法求得,称为重量法,结果比较准确。但通风工程中由于生产的连续性,故使用此法往往受到限制。通过测定除尘装置进、出口的含尘浓度S1和S2来求得除尘效率,称为浓度法。,9.1 通风系统除尘设备,9.1.2.2 除尘效率,除尘器的分组效率也可用分组效率曲线图来表示。图9-9表示CLPA型旋风除尘器对石英粉尘的分组效 率。当两个或两个以上除尘器串联使用时见图9-10。第一级除尘器效率(全效率)为1,进入该除尘器的粉尘重量为G1,被其捕集下来的粉尘重量为G2G11。第二级除尘器的效率为2,则进入该除尘器的粉尘为G1-G2,被其捕集的粉尘重量为(G1-G2)2。
14、,9.1 通风系统除尘设备,9.1 通风系统除尘设备,图9-9 分组效率曲线示意图,9.1 通风系统除尘设备,图9-10 两级除尘器串联,(1)粗净化主要除掉100m以上的粉尘,一般作为多级除尘中的第一级除尘;(2)中净化除掉10100m的粉尘,经净化后空气的含尘浓度应小于100mgm3,这种要求是通风除尘工程中常见的;(3)细净化主要除掉10m以下的粉尘,净化后空气的含尘浓度达到12mgm3,这种净化方法主要用于进风系统和再循环空气的净化等;(4)超净化主要除掉1m以下的细小尘粒,一般用于要求超净的空气含尘浓度,视工艺要求而定。,9.1 通风系统除尘设备,9.1.2.3 空气净化程度的分类,
15、在评价和选择除尘器时,必须从多方面考虑。这些因素包括:除尘效率、阻力(动力消耗)、制造成本与材料、占用建筑空间、耗水量以及维护安装等,其中最主要的是除尘效率。除尘器的除尘效率与粉尘性质(容重、亲水性、粘结性、比电阻以及粉尘颗粒大小等)和气体性质(包括温度、湿度、化学性质等)有关,在选用时要充分调查并研究粉尘的性质及其分散度。,9.1 通风系统除尘设备,9.1.2.4 除尘器的选择,但是,目前按尘粒的分散度来标定各种除尘器效率的资料尚不多,大多只给出全效率。目前常用除尘器的分类及其特点如表9-2所示(详见171)。除此而外,在选择除尘器时,还必须了解允许的排放浓度。根据工业“三废”排放试行标准中
16、规定,对含10以下游离二氧化硅的煤尘、石棉粉尘、玻璃棉和矿渣棉尘、铝化物粉尘等,其排放浓度为100mgm3。对含10以上的游离二氧化硅的煤尘及其他粉尘,其排放浓度为150mgm3。,9.1 通风系统除尘设备,9.2 空调系统过滤净化设备,空气过滤器是用来对空气进行净化处理的设备,根据过滤效率的高低,通常分为初效、中效和高效过滤器三种类型。为了便于更换,一般做成块状。此外,为了提高过滤器的过滤效率和增大额定风量,可做成袋式(图9-11)或抽屉式(图9-12)。初效过滤器也叫粗过滤器如图9-13所示,主要用于空气的初级过滤,过滤粒径在10100m范围的大颗粒灰尘。,中效过滤器用于过滤粒径在110m
17、范围的灰尘,通常采用中细孔泡沫塑料、玻璃纤维、无纺布等滤料制作。高效过滤器以及亚高效过滤器用于对空气洁净度要求较高的净化空调(图9-14)。通常采用超细玻璃纤维和超细石棉纤维等滤料制作成纸状。高效过滤器效率为99.91,亚高效过滤器效率为9099.9。空气过滤器应经常拆换清洗,以免因滤料上积尘太多而使房间的温、湿度和室内空气洁净度达不到设计的要求。,9.2 空调系统过滤净化设备,对空气过滤器的选用,应主要根据空调房间的净化要求和室外空气的污染情况而定。对以温度、湿度要求为主的一般净化要求的空调系统,通常只设一级粗效过滤器,在新风、回风混合之后或新风入口处采用初次过滤器即可。对有较高净化要求的空
18、调系统,应设粗效和中效两级过滤器,在风机之后增加中效过滤器,其中第二级中效过滤器应集中设在系统的正压段(即风机的出口段)。有高度净化要求的空调系统,一般用粗效和中效两级过滤器作预过滤,再根据要求洁净度级别的高低使用亚高效过滤器或高效过滤器进行第三级过滤。亚高效过滤器和高效过滤器尽量靠近送风口安装。,9.2 空调系统过滤净化设备,9.2 空调系统过滤净化设备,图9-11 袋式过滤器(a)外形;(b)断面形状,9.2 空调系统过滤净化设备,图9-12 抽屉式过滤器(a)外形;(b)断面形状,9.2 空调系统过滤净化设备,图9-13 初效过滤器(a)金属网格滤网;(b)过滤器外形;(c)过滤器安装方
19、式,9.2 空调系统过滤净化设备,图9-14 高效过滤器,空气调节系统中一般除温、湿度处理外,还应设有净化处理。所谓净化处理,主要是除去空气中的悬浮尘埃,此外在某些场合还有除臭、增加空气离子等要求。由于近代工业的发展,从生产工艺的空气环境出发,要求空气有不同程度的洁净度。随着电子、精密仪器等工业的迅速发展,对空气环境的要求已远远超过从卫生角度出发的防尘要求。,9.2 空调系统过滤净化设备,所谓洁净室,指对空气中的粒状物质及温、湿度和压力(根据需要)实行控制的密闭空间。大致有三种类型的洁净室:(1)普通洁净室(紊流型)(图9-15)此种洁净室要求改进围护结构,使之不易发生灰尘且又不易积尘。但是,
20、由于送风产生的诱导作用,使室内尘埃跟随运动,停滞在地板角落等处的灰尘也被卷起,产生涡流,这对高度洁净是不适合的,但造价较低。,9.2 空调系统过滤净化设备,(2)层流洁净室 垂直层流式洁净室(图9-16)室内的灰尘被经过高效过滤器过滤后的洁净空气从整个天棚以垂直方向吹向整个地板,防止了涡流产生,保持了室内的高度洁净。这是理想的层流洁净室,风速是0.30.5ms。此种洁净室换气足,换气次数非常大(510次s),因此所需设备、投资均很大,而且建设周期长。,9.2 空调系统过滤净化设备,水平层流式洁净室 水平层流式与垂直层流式相类似,洁净的空气从一侧墙壁全面吹出,由对面的整个墙壁吸入。一般风速为0.
21、50.8ms,大部分空气被净化。换气量、换气次数较垂直层流式少。其缺点是如果在进气段产生灰尘则出气段就被污染,故采用水平式较垂直式为少。,9.2 空调系统过滤净化设备,(3)并用型洁净室(普通型带洁净工作台)此种洁净室是在普通式洁净室内设置一个洁净工作台,以便在工作台内达到更高的洁净度,它克服了普通型洁净室净化标准低的缺点,基本保持了造价较低的优点,这种型式的洁净室应推广使用。,9.2 空调系统过滤净化设备,9.2 空调系统过滤净化设备,图9-15 普通洁净室,9.2 空调系统过滤净化设备,图9-16 垂直层流式洁净室,9.3通风与空调系统热、湿交换设备,目前广泛使用的加热设备有表面式空气加热
22、器和电加热器两种类型,前者用于集中式空调系统的空气处理室和半集中式空调系统的末端装置中,后者主要用在各空调房间的送风支管上作为精密设备以及用于空调机组中。,1表面式空气加热器 又称为表面式换热器,是以热水或蒸汽作为热媒通过金属表面传热的一种换热设备。图9-17是用于集中加热空气的一种表面式空气加热器的外形图。用于半集中式空调系统末端装置中的加热器,通常称为“二次盘管”,有的专为加热空气用,也有的属于冷、热两用型,即冬季作为加热器,夏季作为冷却器。其构造原理与上述大型的加热器相同,只是容量小、体积小,并使用有色金属来制作(如铜管铝肋片等)。,9.3通风与空调系统热、湿交换设备,表面式换热器通常垂
23、直安装,也可以水平或倾斜安装。表面式换热器根据空气流动方向可以并联或串联安装。通常是通过的空气量大时采用并联,需要的空气温升(或温降)大时采用串联。表面式冷却器的下部应装设集水盘,以接收和排除凝结水,集水盘的安装如图9-18所示。,9.3通风与空调系统热、湿交换设备,2电加热器 电加热器是让电流通过电阻丝发热来加热空气的设备。它具有结构紧凑、加热均匀、热量稳定、控制方便等优点,但由于电费较贵,通常只在加热量较小的空调机组等场合采用。在恒温精度较高的空调系统里,常安装在空调房间的送风支管上,作为控制房间温度的调节加热器。电加热器有裸线式和管式两种结构。裸线式电加热器的构造如图9-19所示,图中只
24、画出一排电阻丝,根据需要可以多排组合。,9.3通风与空调系统热、湿交换设备,管式电加热器是由若干根管状电热元件组成的,管状电热元件是将螺旋形的电阻丝装在细钢管里,并在空隙部分用导热而不导电的结晶氧化镁绝缘,外形做成各种不同的形状和尺寸。这种电加热器的优点是加热均匀、热量稳定、经久耐用、使用安全性好,但它的热惰性大,构造也比较复杂。,9.3通风与空调系统热、湿交换设备,9.3通风与空调系统热、湿交换设备,图9-17 表面式空气加热器,9.3通风与空调系统热、湿交换设备,图9-18 集水盘的安装,9.3通风与空调系统热、湿交换设备,图9-19 电加热器,1用喷水室处理空气 喷水室用于空调系统中夏季
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