水泥厂配料车间粉尘污染治理设计

课程设计课程名称大气污染控制工程题目名称水泥厂配料车间粉尘污染治理课程设计学生学院专业班级学号学生姓名指导教师年月目录一、概述及设计内容………………………11.1概述…………………………...11.1.1生产工艺…………………….11.1.2粉尘来源…………………….11.1.3水泥厂粉尘的特性及危害………………….21.2设计内容……………………..3二、工作原理…………………4三、设计计算…………………53.1集气罩………………………..53.1.1破碎机规格………………….63.1.2集气罩规格………………….63.2风量…………………………...63.2.1整体密闭罩风量…………….63.2.2低悬罩风量………………….63.2.3总吸风量…………………….73.3旋风除尘器………………….73.3.1旋风除尘器进口速度V……………………...73.3.2进口断面面积……………….73.3.3实际进口风速……………….83.4旋风除尘器的除尘效率………………….83.4.1影响除尘效率因素………….83.4.2涡流系数…………………….83.4.3内外交界圆柱直径………….83.4.4交界面上气流的切向速度………………….83.4.5外涡旋气流平均径向速度………………….93.4.6分割直径…………………….93.4.7除尘效率…………………….93.5二级除尘器的设计及总效率计算………93.5.1布袋除尘器……………...…………………103.5.2总效率……………………...103.6烟囱设计计算……………...103.6.1烟囱直径…………………...103.6.2烟囱高度…………………...113.7管道压力损失计算……………………….113.7.1管道布置…………………...113.7.2管径和管道压力损失……………………...123.7.3联管路压力平衡…………...143.7.4除尘系统总压力损失……………………...153.7.5管道计算表………………...153.8风机和电机………………...163.8.1选择通风机的计算风量…………………...163.8.2选择风机的计算风压……………………...163.8.3选型………………………...16四、设计心得………………..17五、参考文献………………..17全套图纸加V信153893706或扣3346389411一、概述及设计内容

1.1概述1.1.1生产工艺水泥的生产工艺，以石灰石和粘土为主要原料，经破碎、配料、磨细制成生料，喂入水泥窑中煅烧成熟料，加入适量石膏（有时还掺加混合材料或外加剂）磨细而成。水泥生产过程可简单地分为生料制备、熟料煅烧和水泥粉磨三个主要过程。详细过程见下图：破碎破碎包装球磨配料破碎煅烧球磨配料烘干水泥生产工艺流程图1.1.2粉尘来源破碎、运输及储存水泥厂的破碎机按进料不同，可分为石灰石、石膏破碎机和熟料破碎机；按施工破坏力的不同，可分为冲击型和挤压型二种。其中冲击破碎机的产品粒度较细，进入除尘器的气体的含尘浓度远大于挤压式破碎机。由于破碎机工作时的冲击、挤压和摩擦等机械作用会产生部分热能使粉料温度上升，但上升不会太高。水泥厂运输原料的方式有皮带机、螺旋输送机和斗提机等。在下料点处会产生扬尘，尤其是大型斗提机，会在物料进口处产生较强的扬尘。原料储存有堆场和库存的方式，按原料种类可将储料库分为生料原料库、熟料库和水泥库等。当物料从储料库库顶的放料口进入的同时会带入气体，在库仓内形成正压而使粉尘外泄。烘干机水泥厂采用的烘干方法，除自然烘干外，主要有两种：一种是粉磨过程中同时进行烘干，另一种是设置单独的烘干设备。国内水泥厂烘干设备一般有回转烘干机、立式烘干机、悬浮烘干机和流态烘干机而使用较为普遍的是回转烘干机。烘干设备排出的废气是水泥厂主要的粉尘排放源，尤其是粘土排放系统。其它需烘干的物料还有页岩、矿渣、钢渣和煤等，烘1不同的物料所产生的烟气特性有所不同。磨机磨机废气排放主要用于磨机内的通风，水泥厂的磨机包括生料磨、矿(钢)渣磨、水泥磨和煤磨等磨机消耗的能量大部分转化成热能使原料中的水分在粉磨过程中蒸发。当进磨物料水分高于2时，必须采用烘干兼粉磨工艺。如生料磨和煤磨，不带烘干的生料磨有钢渣磨等，绝大部分水泥厂的旋窑是以煤粉作燃料，而煤粉气体颗粒较小，且是一种易燃易爆气体。立窑立窑采用的是半于法生产技术。由于各厂的原料、配料和煅烧方式(分明火、浅、暗火和深暗火)不同，使立窑烟气的含尘浓度，含湿量，废气温度等工况条件变化很大。废气的成分也较复杂，立窑窑面湿料层的厚度直接影响立窑烟气的温度和含尘浓度深暗火操作时，湿料层厚度达1000mm以上，通过湿料层的吸热和过滤作用，烟气的温度降低(一般都低于50℃)，含尘浓度也降低(5g／m左右)；明火操作时，废气温度达250℃以上，含尘浓度超过2g／m，暗火操作则介于二者之间。1.1.3水泥厂粉尘的特性及危害特性烘干物料产生的烟气烘不同物料所产生的烟气的特性有所不同，但一般含尘浓度比较高，含湿量大且波动范围大，露点温度高，正常情况下废气温度较低，废气中粉尘粒径范围宽且有一定的腐蚀性。粉磨产生的废气生料磨废气中的含湿量因各厂工艺不同区别较大，水泥磨人磨物料都是干料，其排风含湿量低，一般无结露危险，粉尘粒径较小。立窑烟气的治理难度是其烟气的“湿、蚀、变”的特殊工况。“湿”指烟气含湿量大，露点温度高，酸露点温度更高；“蚀”指含腐蚀性烟气，尤其是添加复合矿化剂后氟酸的腐蚀尤为强烈；“变”指废气量、含尘量、温度、湿度和粉尘比电阻值等参数随工艺操作条件的频繁变化而波动范围较大。干法旋窑窑头、窑尾的烟气干法旋窑窑头(冷却机)的烟气主要为冷却熟料的废气，具有颗粒粗且干燥，温度高且波动大，粉尘浓度一般较小的特点。干法旋窑窑尾烟气的特点是烟气量大，温度高，粉尘浓度高，粉尘细而粘、比电阻值高且含有酸碱氧化物等腐蚀性烟气。窑单体操作与窑磨联合操作相互转换时，进入除尘器烟尘的工况变化较大。危害2粉尘是能在空气中浮游的固体微粒。由于粉尘的特殊性质、粒径的大小等因素，它对人体的危害很大。根据不同特性，粉尘可对机体引起各种损害。如可溶性有毒粉尘进入呼吸道后，能很快被吸收入血流，引起中毒；放射性粉尘，则可造成放射性损伤；某些硬质粉尘可损伤角膜及结膜，引起角膜混浊和结膜炎；粉尘堵塞皮脂腺和机械性刺激皮肤时，可引起粉刺、毛囊炎、脓皮病及皮肤皲裂等；粉尘进入外耳道混在皮脂中，可形成耳垢等。而且化学性质不同程度地在体内参与和干扰生化过程的程度和速度，一般的粉尘进入人体肺后，可能引起尘肺病，如硅、石棉、炭黑等。粉尘还对工业生产也有极大的影响。降低产品质量和机器工作精度、影响作业环境的能见度，有些粉尘在一定的条件下会发生爆炸。而且浓度超标的粉尘排放到大气中也造成环境污染，所以，除尘是很有必要的。为了控制粉尘，减小其危害，提高车间的工作环境，有必要在车间内设置通风除尘系统进行除尘，使其达到排放标准后再进行排放。水泥生产性粉尘作业危害程度Ⅲ级的占调查工种的50%，危害程度最高的Ⅳ级，显示水泥生产粉尘作业危害程度大。接尘作业工人尘肺和慢性上呼吸道炎发病率高，水泥作业工人的慢性上呼吸道炎发病率较高，尘肺病是粉尘危害最严重的后果。立窑水泥生产接尘作业工人的尘肺患病率较高，尘肺病种有矽肺，也有水泥尘肺。矽肺主要发生在粉尘游离二氧化硅较高的生料、原料工种、水泥尘肺则发生在粉尘游离二氧化硅含量较低的制成、煅烧工种，两患病率差异无显著性。可见水泥生产性粉尘是否引起尘肺，并不完全取决于粉尘中游离二氧化硅含量，而与粉尘浓度、接尘作业时间、接尘作业时肺总通气量既粉尘作业危害程度级别有关。粉尘中游离二氧化硅含量,可以影响尘肺的病理改变，吸入的粉尘中游离二氧化硅含量高，患者胸片X线表现以矽结节为主类圆形影阴，吸入的粉尘中游离二氧化硅含量低,患者胸片X线表现则以不规则形影阴为主。1.2设计内容题目:水泥厂配料车间粉尘污染治理工程(课程)设计1、设计基础资料计量皮带宽度:450mm配料皮带宽度:700mm皮带转换落差:500mm设粉尘收集后,粉尘浓度为2000mg/m3,粉尘的粒径分布如下表.粒径间隔/μm<1010~2020~3030~40>403质量频率/%25252020102、设计要求排放浓度小于50mg/m3设计二级除尘系统,第一级为旋风除尘器,第二级为电除尘器或袋式除尘器.计算旋风除尘器的分级除尘效率和除尘系统的总效率.选择风机和电机绘制除尘系统平面布置图绘制除尘器本体结构图编制设计说明书.二、工作原理本设计要求用二级除尘系统去处理水泥厂配料车间粉尘，第一级用旋风除尘器，第二级经过计算及分析后决定选用袋式除尘器，这两种工艺工作原理及技术特点如下：旋风除尘器原理：旋转气流的绝大部分沿器壁自圆简体，呈螺旋状由上向下向圆锥体底部运动，形成下降的外旋含尘气流，在强烈旋转过程中所产生的离心力将密度远远大于气体的尘粒甩向器壁，尘粒一旦与器壁接触，便失去惯性力而靠入口速度的动量和自身的重力沿壁面下落进入集灰斗。旋转下降的气流在到达圆锥体底部后．沿除尘器的轴心部位转而向上．形成上升的内旋气流，并由除尘器的排气管排出。自进气口流人的另一小部分气流，则向旋风除尘器顶盖处流动，然后沿排气管外侧向下流动，当达到排气管下端时，即反转向上随上升的中心气流一同从诽气管排出，分散在其中的尘粒也随同被带走。技术特点：旋风除尘器是利用旋转气流所产生的离心力将尘粒从合尘气流中分离出来的除尘装置。它具有结构简单，体积较小，不需特殊的附属设备，造价较低．阻力中等，器内无运动部件，操作维修方便等优点。旋风除尘器一般用于捕集5-15微米以上的颗粒．除尘效率可达80％以上，近年来经改进后的特制旋风除尘器．其除尘效率可达5％以上。旋风除尘器的缺点是4捕集微粒小于5微米的效率不高．袋式除尘器原理：脉冲袋式除尘器设备正常工作时，含尘气体由进风口进入灰斗，由于气体体积的急速膨胀，一部分较粗的尘粒受惯性或自然沉降等原因落入灰斗，其余大部分尘粒随气流上升进入袋室，经滤袋过滤后，尘粒被滞留在滤袋的外侧，净化后的气体由滤袋内部进入上箱体，再由阀板孔、排风口排入大气，从而达到除尘的目的。随着过滤的不断进行，除尘器阻力也随之上升，当阻力达到一定值时，清灰控制器发出清灰命令，首先将提升阀板关闭，切断过滤气流;然后，清灰控制器向脉冲电磁阀发出信号，随着脉冲阀把用作清灰的高压逆向气流送入袋内，滤袋迅速鼓胀，并产生强烈抖动，导致滤袋外侧的粉尘抖落，达到清灰的目的。由于设备分为若干个箱区，所以上述过程是逐箱进行的，一个箱区在清灰时，其余箱区仍在正常工作，保证了设备的连续正常运转。之所以能处理高浓度粉尘，关键在于这种强清灰所需清灰时间极短(喷吹一次只需0.1～0.2ｓ)。脉冲袋式除尘器技术特点：

(1)无需预除尘设备，能一次性处理高达1000ｇ/ｍ3浓度的烟尘，排放小于50ｇ/ｍ3，艺流程简单;(2)袋室内无需喷吹管，机外换袋方便;(3)嵌入式弹性袋口，密封性能好;

(4)脉冲阀数量小，清灰强度大，动作迅速;(5)整机采用微机自动控制，各参数易于调节，可实现无岗位工*作;(6)滤袋使用寿命二年以上;(7)易实现隔离检修三、设计计算3.1集气罩为了防止破碎机工作时粉尘向车间扩散，设计一整体密闭罩。密闭罩是将污染物发生源的局部或整体密闭起来的集气罩。其作用原理是，使污染物的扩散限制在一个很小的密闭空间内，并通过从罩子排出一定量的空气，使罩内保持一定的负压，让罩外的5空气经罩上的缝隙流入罩内，以达到防治污染物外逸的目的。其优点是所需排气量最小，控制效果最好，且不受车间内横向气流的干扰。一般的粉尘发生源多采用密闭罩。按其结构特点，可分为局部密闭罩、整体密闭罩和大容积密闭罩等三种。大容积密闭罩也称密闭小室，特点是罩内容积大，可以缓冲气尘气流，减小局部正压，设备检修可以在罩内进行。适用于多点产尘、阵发性产尘、产尘气流速度大的设备和地点。3.1.1破碎机规格颚式破碎机：400×600（×2）立轴式破碎机：800×600（×2）3.1.2集气罩规格（1）颚式破碎机上方：选用规格为500700（H）mm立轴式破碎机上方：选用规格为900×700mm（2）为了防止物料在皮带运输机上转移时产生大气污染，可于皮带转运点处设计一个低悬罩，本系统共有三个皮带转运点，设置三个局部密闭罩，每个局部密闭罩的尺寸大小为：A=0.8m，B=0.8m。注：以上两种密闭罩由1cm的无缝钢板制成。3.2风量3.2.1整体密闭罩风量根据经验数据，控制风速为0.5~1.0m/s，选取0.6m/s，则密闭罩吸风量（单组）：A=D1/4=3.141.2/4=0.196mA2=D22/4=3.140.9/4=0.636mQ=v（A+A2）=0.6（0.196+0.636）=0.499m/s3.2.2低悬罩风量根据经验数据，控制风速范围为0.5~1.0m/s，选取0.5m/s，则6Q=v2AB=0.50.8×0.8=0.32m/s3.2.3总吸风量：Q=（Q+3Q）×2=（0.499+0.32×3）×2=2.918m/s=10504.8m/h3.3旋风除尘器3.3.1旋风除尘器进口速度V含尘气体从进气口以较高的v进入，一般为12—25m/s，取v=20m/sA=Q/v=2.918/20=0.1459m选择旋风除尘器型号XLP/B。3.3.2进口断面面积入口宽度：b=(A/2)=0.27m入口高度：h=(2A)=0.54筒体直径：D=3.33b=0.899m7查《除尘设备手册》：型号尺寸/mm质量/kgDbhdeLHd1压力损失XYXLP/B-9.494028056056415982162404.21150396.35321.14选用旋风除尘器型号XLP/B-9.43.3.3实际进口风速A=bh=0.280.56=0.1568m2v=Q/A=2.918/0.1568=18.60m/s3.4旋风除尘器的除尘效率3.4.1影响除尘效率因素除尘器的外筒直径，高度，气体进口和排气管形状和大小。这些部件一般都有一较适宜的尺寸及组合。过大或过小都会降低设备效率。3.4.2涡流系数由《大气污染控制工程》P179式（6-10）得：n=1—[1—0.67（D）]（T/283）=1—[1—0.67（0.94）]（298/283）=0.6613.4.3内外交界圆柱直径既定接近圆筒壁的气流切向速度v近似等于气流的入口速度，即v=18.60m/s，取内外交界面圆柱的直径为：d=（0.6~1.0）d=（0.338~0.564）m取d=0.45m3.4.4交界面上气流的切向速度由《大气污染控制工》P179式（6-9）得：v=18.60（0.94/0.45）=30.27m/s83.4.5外涡旋气流平均径向速度由《大气污染控制工》P168式（6-12）得：=Q/2πrh=2.918/（23.140.2253.76）=0.549m/s3.4.6分割直径由《化工原理》附录9干空气的热物理性质查得=1.8410Pa·s，根据式（6-16）得分割直径：d=[18vr/（v）]=[181.84100.5490.225/(242030.27)]=4.29m=1—exp[-0.6931(d/4.29)]3.4.7除尘效率由此可计算出除尘器效率如下：旋风除尘器分级效率计算表 粒径范围d/m <1010—2020—3030—40>40平均粒径范围/m 1015253540质量百分数g/%2525202010分级效率/%68.577.0686.5091.3992.98总效率/%g/%11.1313.7217.3018.279.30=g69.273.5二级除尘器的设计及总效率计算二级除尘设计选用性能稳定，清灰方便，除尘效率高的袋式除尘器，根据配料车间产生各粉尘种类，采用脉冲喷吹的方式清灰。脉冲喷吹袋式除尘器是一种周期性地向滤袋内或滤袋外喷吹压缩空气来达到清除滤袋积尘的袋式除尘器，具有处理能力大，除尘效率高，滤袋使用期长等特点，使用广泛。含尘气体由进口进入装有若干滤袋的中部箱体，由排气口排出。9待经过一定的过滤周期，进行脉冲喷吹清灰。由于经过旋风除尘处理后烟尘浓度已降到0.5g/m3，而顺喷式脉冲袋式除尘器的除尘效率能维持在90%以上，满足粉尘排放浓度的最小要求，故可选用喷吹袋式脉冲袋式除尘器。3.5.1布袋除尘器为安全起见，取旋风除尘器的总效率=65%则第二级除尘系统的进口浓度=（1—65%）2=0.7g/m二级除尘器出口浓度应控制在0.05g/m以下，则而空除尘器最低除尘效率为：=[（0.7—0.05）/0.7]100%=92.86%通过考虑，决定选用除尘效率一般可达99%以上的袋式除尘器。本设计采用的是脉冲喷吹袋式除尘器，这是一种周期性地向滤袋内或滤袋外喷吹压缩空气来达到清除滤袋积尘的袋式除尘器。它具有处理能力大，除尘效率高，滤袋使用期长等特点，使用广泛。含尘气体由进口进入装有若干滤袋的中部箱体，由排气口排出。待经过一定的过滤周期，进行脉冲喷吹清灰。用脉冲袋式除尘器MC60—Ⅱ型。MC60—Ⅱ型主要技术性能表过滤面积（m）滤袋数量（个）处理风量（m/h）电机功率kw外形尺寸/mm设备阻力/Pa除尘效率（%）45605400~108001.12225×1678×36761176~147099.5%出口浓度为：0.7（1—99.5%）=0.0035g/m<0.05g/m（符合要求）设备阻力取P=1200pa3.5.2总效率=1—（1—69.27%）（1—99.5%）=99.85%3.6烟囱设计计算3.6.1烟囱直径10取v=15m/sd=取为500mm，则实际烟气流速为v=14.84m/s3.6.2烟囱高度本设计中，参照国家标准，确定烟囱高度为HS=50m3.7管道压力损失计算管道系统压力损失的计算的主要目的是确定断面尺寸和系统的压力损失，并由系统的总风量和总压力损失选择适当的风机和电机。3.7.1管道布置11管道编号Q（m/h）L（m）D（mm）V（m/s）/d动压实际流速（m/s）eq\o\ac(○,1)482.64390200.277240.319.8eq\o\ac(○,2)1313.762160200.132240.318.8eq\o\ac(○,3)1796.42180200.114240.320.2eq\o\ac(○,4)2948.42240200.796240.318.6eq\o\ac(○,5)4100.42280200.0657240.319.0eq\o\ac(○,6)5252.46300200.0603240.321.0eq\o\ac(○,7)5252.42300200.144240.321.0eq\o\ac(○,8)11522150200.144240.318.8eq\o\ac(○,9)11522150200.144240.318.8eq\o\ac(○,10)11522150200.0366240.318.8eq\o\ac(○,11)10504.84450200.0366240.317.6eq\o\ac(○,12)10504.810450200.0366240.317.6eq\o\ac(○,13)10504.810450200.0366240.317.6eq\o\ac(○,14)10504.850450200.0366240.317.63.7.2管径和管道压力损失集气罩=0.12，90弯头（R/d=1.5），=0.25，直流三通，=0.1摩擦动力损失：PL=l（/d）（v/2）局部压力损失：PM=v/2总压力损失：P=PL+PM①PL1=3*0.277*240.3=200PaPM1=0.47×240.3=112.94PaP1=PL1+PM1=312.94Pa②PL2=2×0.132×240.3=63.4392PaPM2=(0.12+0.25)×240.3=88.91PaP2=PL2+PM2=152.34Pa③PL3=2×0.114×240.3=54.18Pa12PM3=(2×0.1+0.25)×240.3=108.14PaP3=PL3+PM3=162.92Pa④PL4=2×0.0796×240.3=38.2PaPM4=2×0.1×240.3=48.06PaP4=PL4+PM4=86.26Pa⑤PL5=2×0.0657×240.3=31.52PaPM5=2×0.1×240.3=48.061PaP5=PL5+PM5=79.58Pa ⑥PL6=6×0.0603×240.3=86.94PaPM6=（0.25+2×0.1）×240.3=108.13PaP6=PL6+PM6=195.07Pa ⑦PL7=2×0.0603×240.3=28.9PaPM7=2×0.1×240.3=48.061PaP2=PL2+PM2=76.96Pa ⑧PL8=2×0.144×240.3=69.2PaPM8=（0.12+0.1）×240.3=52.866PaP8=PL8+PM8=122.066Pa ⑧=⑨=⑩ eq\o\ac(○,11)PL11=4×0.0366×240.3=32.15PaPM11=（0.1+0.25）×240.3+1150=1234.11PaP11=PL11+PM11=1296.25Pa13eq\o\ac(○,12)PL12=10×0.0366×240.3=87.94PaPM12=0.1×3×240.3+1200=1272.09PaP12=PL12+PM12=1362.03Paeq\o\ac(○,13)PL13=10×0.0366×240.3=87.94PaPM13=0.1×240.3=24.03PaP13=PL13+PM13=111.97Paeq\o\ac(○,14)风机出口：=0.1；伞形风帽：=1.3PL14=50×0.0366×240.3=439.74PaPM14=（0.1+1.3）×240.3=226.42PaP14=PL14+PM14=716.16Pa 3.7.3联管路压力平衡1、，（）=51.32%>10%节点压力不平衡，采用调整管径方法d2'=d2(2、=265.38Pa()=52.3%>10%节点压力不平衡，采用调整管径方法d8'=d8(3、14节点压力不平衡，采用调整管径方法d9'=d8(4、 节点压力不平衡，采用调整管径方法d10'=d10(3.7.4除尘系统总压力损失

3.7.5管道计算表管段编号流量Q/m.h管长l/m管径d/mm流速v/m.s/dm动压v/2摩擦压损P/P局部压损P/P管段总压P/P备注eq\o\ac(○,1)482.6439019.80.277240.3200112.94312.94eq\o\ac(○,2)1313.76216018.80.132240.363.439288.91152.34eq\o\ac(○,3)1796.4218020.20.114240.354.18108.14162.92eq\o\ac(○,4)2948.4224018.60.796240.338.248.0686.26eq\o\ac(○,5)4100.4228019.00.0657240.331.5248.0679.58eq\o\ac(○,6)5252.4630021.00.0603240.386.94108.13195.07eq\o\ac(○,7)5252.4230021.00.144240.328.948.0676.96eq\o\ac(○,8)1152215018.80.144240.369.252.866122.06615eq\o\ac(○,9)1152215018.80.144240.369.252.866122.066eq\o\ac(○,10)1152215018.80.0366240.369.252.866122.066eq\o\ac(○,11)10504.8445017.60.0366240.335.121234.111269.25eq\o\ac(○,12)10504.81045017.60.0366240.387.941272.091362.03eq\o\ac(○,13)10504.81045017.60.0366240.387.9424.03111.97eq\o\ac(○,14)10504.85045017.60.0366240.3439.7433