实验室建设废气处理系统设计

   实验室建设时废气处理系统的设计必须遵循国家通风、防火、环保、节能等标准与规范,包括:《采暖、通风与空气调节设计规范》(GBJ19-87-2003)、《通风与空调工程质量检验评定标准》(GBJ304-2002)、《简明通风设计手册》(GB50194-2002)、《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》(JBJ29-2002)、《电气装置安装工程低压电器施工及验收规范》(GB50254-96)、《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)、《环境空气质量标准》(GB3095-1996)、《城市区域环境噪声标准》(GB3096-93)、《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)、《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)等。

1 废气净化机理

有机废气净化

    采用最常用、最成熟的活性炭吸附法对理化实验室排放的有机废气进行净化。活性炭吸附法的实质是利用活性炭吸附的特性把低浓度大风量废气中的有机溶剂和有机废气吸附到活性炭中并浓缩,经活性炭吸附净化后的气体直接排空,即一个吸附浓缩的过程。吸附过程具有可逆性,易于脱附再生。由于固体表面存在着不平衡和未饱和的分子引力或化学键力,当废气与大表面积的多孔性固体物质相接触时,废气中的污染物便被吸附在固体表面上,以使其与气体混合物分离而达到净化的目的。吸附装置采用活性炭作为吸附剂,对有机废气(烃类、卤烃、酮类、酯类、乙醚类、醇类、重合用单分子物体等有机物质)的净化率高,效率高达95%。

无机废气净化

    对于有害无机气体的净化,采用目前常用的酸雾喷淋法。酸雾喷淋法根据酸碱中和原理采用碱液作为喷淋介质,与废气充分接触,能有效处理HCL、HF、H2SO4、HCN、H2S等水溶性气体,效率高达98%。实验室建设的废气处理系统组成理化实验室废气处理系统由废气净化装置、防腐风机、电动风阀、防火阀、通风末端、通风管道与变频控制系统等组成。废气经净化处理后能达到国家规定的排放要求,且系统噪音控制在国家规定的允许范围内。

2 废气净化装置

对于有机废气:采用活性炭吸附净化箱,对于无机废气:采用玻璃钢防腐酸雾喷淋塔。

防腐风机

    防腐风机采用耐酸碱的玻璃钢材质,低噪音,基础采用减振装置,基础与废气净化装置采用软连接形式。

通风管道

    通风管道根据实际情况选用矩形或圆形管道形式,选用阻燃的PVC管或不锈钢管。所选通风管道具有耐酸碱、防腐蚀、防水、防火、耐磨、耐热等特性,且所有管道设计压力均小于1500Pa。

通风末端

根据各实验室特点,大楼实验室通风末端分为以下几种方式。

电动风阀

    电动风阀根据实际情况选用矩形或圆形,由室内开关控制其开启与关闭,并可调节阀门的开度,阀体采用冷轧钢板表面喷塑,驱动器采用优质低噪音磁滞同步电机。

防火阀

    根据消防要求,安装通风管道的实验室风道上安装防火阀,在风管内温度达到70℃时,自动切断与其它实验室的管道连接。

变频控制系统

     为达到节能与经济运行的目的,通风系统采用综合性能最佳的静压传感变频控制系统,其每个通风末端装置风量可通过静压传感器控制变频调节,控制系统稳定,线路布置比较简单,造价适中。

3 废气处理系统布局

布局设计思路

    综合考虑各实验室建设时的排放废气的性质以及房间的结构,根据经济性与适用性并重的原则,同时尽量降低系统噪音且力求布局美观。基于此思路,能组合在一起进行净化处理的实验室合并成一个独立通风系统;为保证系统终端噪声≤60dB,选择的风机功率尽量低;另外风机与净化装置集中安放在楼顶,废气经净化后高空排放。

实例:布局设计方案

    实验室废气处理系统设计充分利用大楼预留的四个通风井。一至五楼实验室共设计19套通风系统:16套用活性炭吸附箱对有机废气进行净化处理,2套用酸雾喷淋塔对无机废气净化处理,1套不需净化处理。排风系统采用通风柜局部排风与顶吸式排风罩相结合的方式进行排风,或者采用顶部排风百叶与万向排风罩相结合的定点排风方式进行排风。所有的通风系统全部采用静压传感自动变频变风量控制系统,以保证高品质的控制性能和安全性能。以燃烧性能实验室为例,其废气处理系统如图所示。

实验室建设

    燃烧性能三个实验室产生的废气采用通风柜与设备局部排风相结合方式收集,由屋顶风机经通风管道抽至酸雾喷淋塔净化后高空排放。

4 废气处理系统计算

    废气处理系统的计算是根据系统风量与风压要求,对系统各组成部分进行设计或选型。在风量计算时主要考虑以下因素:

(1)通风系统支管路内风速取5~8m/s,干管路内风速取8~10m/s。

(2)单台1500mm×800mm×2350mm通风柜设计风量1200~1500m3/h。

(3)顶部排风百叶设计风量300~500m3/h。

(4)原子排风罩设计排风量350~500m3/h(特指通风截面积400mm×400mm)。

(5)万向排风罩排风量160~300m3/h(特指通风截面积300mm×300mm)。

(6)一般实验室整体排风的换气数:6~12次/h。

在风压计算时主要考虑以下因素:

(1)通风柜移动门开启至最高位置时,在达到《排风柜》JB/T6412-1999技术标准规定的排风量和面风速保持0.5m/s的条件下,排风柜阻力应≤70Pa。

(2)万向排风罩阻力约100Pa。

(3)顶部排风百叶阻力约40Pa。

(4)酸雾喷淋塔、活性炭吸附箱、电动风阀等标准部件阻力根据所选型号查询。

(5)风管(包括管道、弯头、三通等)阻力按6~8Pa/m计算。以燃烧性能实验室为例,其废气处理系统计算如下:燃烧性能室1通风柜8个,设计处理风量为12000m3/h;燃烧性能室2设备局部排风口4个,设计处理风量为1000m3/h;燃烧性能室3设备局部排风口2个,设计处理风量为500m3/h;总排风量为13500m3/h。主管设计风速取为8.9m/s,这样计算主管管径为600mm×700mm。根据所需风量选取酸雾喷淋塔BFP-5,其处理风量为14000m3/h,压阻为500Pa。计算得通风末端与沿程压力损失约450Pa。这样,根据压阻与风量选取玻璃钢防腐风机BF4-72-8C,功率7.5kW,转速1120r/min,风量12000-23000m3/h,风压800-1200Pa。