大气课程设计水泥厂车间粉尘除尘.docx
《大气课程设计水泥厂车间粉尘除尘.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大气课程设计水泥厂车间粉尘除尘.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
大气课程设计水泥厂车间粉尘除尘
课程设计
题目：
水泥厂配料车间粉尘污染治理工程（课程）设计
课程名称大气污染控制工程
学生学院环境科学与工程学院
专业班级环境工程班
学号
学生
指导教师
2013年6月
Contents
课程设计题目要求···················································2
一、概述····························································3
二、粉尘来源与危害·················································3
2.1水泥厂粉尘源················································3
2.2水泥厂粉尘的特点············································4
2.3水泥生产作业粉尘危害········································4
三、集气罩工艺计算·················································6
3.1集气罩的设计················································6
3.2抽尘罩罩口断面速度的确定····································7
3.3密闭罩中的最小负压值········································7
3.4总风量计算··················································7
四、旋风除尘器的选型与计算·········································8
4.1旋风除尘器的分类············································8
4.2旋风除尘器选型计算··········································8
4.3旋风除尘器除尘效率·········································10
4.4二级除尘器的选型设计········································11
五、除尘系统管道设计及管道压力计算·································12
5.1除尘管道系统设计···········································12
5.2管径和管道压力损失计算·····································12
5.3各管道计算管径和摩擦压力损失·······························12
5.4管道计算总表···············································16
5.5电机风机的选型·············································16
5.6排气筒·····················································16
六、总结···································································16
七、参考文献·······························································17
课程设计题目要求
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
v计量皮带宽度:
450mm
v配料皮带宽度:
700mm
v皮带转换落差:
500mm
v立轴破碎机：
直径1200mm
v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
<10
10~20
20~30
30~40
>40
质量频率/%
25
25
20
20
10
2.设计要求
Ø排放浓度小于50mg/m3
Ø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者袋式除尘器.
Ø计算旋风除尘器的分级除尘效率和除尘系统的总效率.
Ø选择风机和电机
Ø绘制除尘系统平面布置图
Ø绘制除尘器本体结构图
Ø编制设计说明书.
一、概述
水泥是使用最广泛的建筑材料，它不仅广泛地使用于工业场所，也广泛地使用于居民生活区。
水泥是粉状产品，是一种水硬性的胶凝材料。
水泥的品种多达百余种，使用量最大使用面最广的是通用水泥，如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣、硅酸热水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等。
实际上是硅酸盐水泥及其派生的品种，掺各种混合材料的水泥。
其中普通硅酸盐水混、矿渣硅酸盐水泥是我国水泥市场的主导产品水泥粉尘是指生产水泥的原料在生产过程中产生的粉尘和水泥产品在均化、储运、包装、使用过程中飞扬在空气中的粉尘。
粉尘的性质包括粉尘的化学成分、粒径分布、密度、硬度、水硬性等水泥厂各种粉尘的化学成分与生产水泥的原材料、燃料的化学成分相同。
以硅酸盐水泥为例，主要化学成分有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3等。
粉尘吸水后易形成硬垢的称水硬性粉尘，水泥厂的熟料和水泥粉尘均为水硬性粉尘，生产水泥的原料主要是石灰质原料（石灰岩、泥灰岩等）和粘土质原料（粘土、黄土页岩、砂岩等）。
原料经破碎、粉磨、人窑煅烧、熟料粉磨等工序，几乎每道工序都产生粉尘生产出来的产品水泥是粉状的，在运输、包装等环节中又可产生大量扬尘。
在水泥生料煅烧成熟料的过程中，由于燃料燃烧，原料在炉运动及高温条件下进行物理化学反应等，产生大量含尘烟气。
二、粉尘来源与危害
2.1水泥厂粉尘来源
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：
图1水泥生产工艺流程图
粉尘污染源主要来自破碎机、烘干机、生料磨机立窑、水泥磨、包装机以及料库提升机、输送机等设备。
其中烘干机和机立窑属于热力生产设备，其它均属机械通风生产设备。
就收尘技术而言，热力生产设备的粉尘污染源治理难度大，尤其是机立窑烟尘，因治理技术、资金等方面的原因，长期以来得不到有效治理，是水泥企业粉尘污染治理的难点。
石灰石、页岩、砂岩和其它体积较大的原材料均需破碎。
破碎时产生粉尘。
破碎后的石灰石转运至预均化堆场，然后输送到原料调配站与其它转运来的原料按比例混合，送至原料磨进行粉磨。
在转运和粉磨的过程中，不断有粉尘产生。
粉磨后的原料混合物称作生料。
生料在生料库中均化后，送入窑中煅烧。
生料的转运过程同样产生粉尘污染。
从窑尾排出的气体含粉尘、SO2、NOX等污染物。
生料在窑中煅烧成熟料，经冷却和储存，送至水泥磨与石膏等添加剂一起粉磨形成水泥。
熟料冷却和转运、添加剂破碎与转运、水泥磨以及水泥选粉机等环节均排放粉尘。
水泥转运、包装和散装时也存在粉尘排放问题。
总之，物料的破碎、粉磨、堆放、转运、煅烧、冷却、包装和散装等过程是粉尘的排放源，另外，窑尾气体中还含有SO2、NOX等气态污染物。
2.2水泥厂粉尘的特点
Ø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，废气中粉尘粒径围宽且有一定的腐蚀性。
Ø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。
Ø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围较大。
Ø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。
2.3水泥生产作业粉尘危害
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。
再者，生产工作的环境，存在工作人员是必要的，而由于物料破碎过程、振动筛的剪切压缩的尘化作用、物料在落到皮带上的运动诱导空气的尘化作用，在车间里产生粉尘并使得粉尘悬浮在空中或在空气中运动，这大大增加了粉尘的危害性。
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。
通过对水泥生产企业进行的劳动卫生学、职业性健康检查、粉尘作业危害程度分级等容调查研究，显示水泥生产作业的粉尘危害严重，呈“三高”趋势既粉尘浓度高，粉尘作业危害程度级别高，尘肺患病率高。
水泥生产性粉尘引起的尘肺，既有矽肺也有水泥尘肺，表明水泥生产性粉尘引起尘肺与粉尘浓度、接尘作业时间、接尘作业时间肺总通气量等因素有关。
提示防治生产性粉尘危害不但要降低生产场所粉尘浓度，还要减少工人的接尘作业时间，降低劳动强度，这样才能更有效预防水泥生产性粉尘的危害。
三、集气罩工艺计算
3.1集气罩的设计
3.1.1破碎机集气罩
为了防止破碎机工作时粉尘向车间扩散，而危害工作人员和污染空气，密闭罩是将污染物的局部或整体密闭起来的一种集气罩，其作用原理是使污染的扩散限制在一个很小的密闭空间，仅在必须流出的罩上开口缝隙处吸入若干室空气，使罩保持一定的负压，达到防止污染物向外排放的目的。
密闭罩的特点是，与其他类型集气罩相比，所需排风量最小，控制效果最好，且不受室横向气流的干扰。
密闭罩的布置要求如下：
①尽可能将污染源密闭，以隔断污染气流与室二次气流的联系，防止污染物随室气流扩散。
②密闭罩应保持一定的均匀负压，避免污染物从罩上缝隙外溢，要合理的组织罩气流和正确地选择吸风点位置。
③吸风点位置不宜设在物料集中地点，避免把大量物料吸入净化系统。
④设计密闭罩，应不妨碍工艺生产操作。
根据破碎闭罩的经验数据，
一破采用颚式破碎机，设其规格为：
900×1200，其加料口收尘风量Q为3000m3/h，其密闭罩的规格为ф1200×1400。
二破采用立轴式破碎机，设其规格为ф1000×1500（H），其密闭罩规格可定为ф1200×1600（H）。
3.1.2运输带集气罩
由于设备的配制、物料性质及生产操作条件不同，粉尘散发的情况也不一致，因而密闭方法应根据具体的生产条件采用适当的密闭型式。
根据课程设计任务书的要求，该产尘点为带式传送输送机的落料点，所以选择局部密闭罩。
图2局部密闭罩
3.2抽尘罩罩口断面速度的确定
抽尘罩口的断面速度建议采用数据：
在粗破碎工段小于或等于3.0m/s，一般取1.5～2.5m/s；在中、细破碎工段小于或等于2.5m/s，一般取0.6～2m/s；处理粉状物料时一般小于或等于0.5m/s。
本设计按要求，该产尘的带式传送输送机为生料，属于中、细破碎工段，取1.0m/s。
3.3密闭罩中的最小负压值
密闭罩中最适当的负压如下：
块状物料：
单层罩为10-15Pa，双层罩为6-8Pa
粒状物料：
单层罩为9-10Pa，双层罩为6-8Pa
粉末状物料：
一般采用双层罩，建议负压值为5-6Pa
根据课程设计任务书的要求，选择局部密闭罩后，上部罩最小负压值△P＝5Pa，下部罩最小负压值△P＝8Pa。
3.4总风量计算
3.4.1运输闭罩的抽风量计算
本设计皮带转换落差为：
500mm，配料皮带宽度为：
700mm，计量皮带宽度：
450mm。
查设计手册得到局部密闭罩的排风量和阻力如表1-2：
表1-2常见工艺设备密闭罩的排风量和阻力
设备名称
型号与规格
罩子形式
排风量/（m³/s）
阻力/（Pa）
带式输送机装
运点（落差＜1m）
B500
局部密闭罩
0.42
200
B650
0.56
B800
0.70
则，本设计的局部密闭罩的排风量是0.7m³/s=2520m³/h，阻力为△P=200Pa。
取罩口风速：
1.6m/s，罩气流：
0.3m/s。
3.4.2一破破碎机风量计算
由参考书《水泥厂大气污染物排放控制技术》查得，规格为900×1200的颚式破碎机破碎的上部加料口收尘风量Q=2000m3/h，下部下料口收尘风量Q=1000m3/h。
则一破的风量Q=3000m3/h
3.4.3二破破碎机的风量计算
根据经验所得：
吸风断面风速0.5~1m/s,对密闭罩取0.5m/s
面积：
A=3.14×D2/4=3.14×1.44/4=1.13m2
吸风量：
Q=0.5×A=0.5×1.13=0.57m3/s=2052m3/h
根据经验所得，当物料落差<1.5m时，该规格的破碎机收尘风量为2000~3000符合要求
3.4.4总的风量计算
总抽风量Q3＝2520×6+2052×2+3000×2＝25224m3/h=7.00m3/s
四、旋风除尘器的选型与计算
4.1旋风除尘器的分类
气流在做旋转运动时，气流中的粉尘颗粒会因受离心力的作用从气流中分离出来。
利用离心力进行除尘的设备称为旋风除尘器，也叫旋风分离器。
旋风除尘器可以捕集粒径为5um以上的粉尘，允许最高进口含尘质量浓度为1000g/m3，最高温度450℃，进口气流速度15-25m/s，阻力损失588-1960Pa，除尘效率50％-90％。
具有结构简单、制作安装容易和维护管理方便、造价和运行费用低、占地面积小等特点。
4.2旋风除尘器选型计算
已知条件：
处理风量：
25224m3/h=7.00m3/s、粉尘浓度2000mg/m3。
4.2.1旋风除尘器的直径
－旋风除尘器直径，m
－除尘器处理风量，m3/h
－除尘器筒体净空截面平均速度，m/s,一般取2.5-4.0m/s本设计中取
＝3.0m/s。
得：
D0=（25224/（2826×3）0.5=1.73m
4.2.2进口截面积
Q－旋风除尘器处理烟气量，m3/s。
一般取进口气速为12～25m/s，本设计取ν1=15m/s，
得：
A=bh=25224/（3600×15）=0.47m2
4.2.3旋风分离机的选型
入口宽度：
b=√﹙A/2﹚=√﹙0.49/2﹚=0.49m
入口高度：
h=√﹙2A﹚=0.97m
筒体直径:
D=3.33b=1.63m
筒体长度:
L=1.7D=2.77m
锥体长度:
H=2.3D=3.75m
排出管直径:
de=0.6D=0.98m
排灰口直径:
d1=0.43D=0.7m
根据计算以及查选用手册，可得下表1-4。
表1-4XLP/B型旁路式旋风除尘器外形尺寸
型号
外形尺寸/mm
XLP/B-17.5
D
H
H1
H2
H3
H4
H5
b
b1
a
1750
7120
4025
290
120
1794
1140
1050
1123
525
a1
n
D1
D2
n1
K
C
C1
C2
C3
598
28
700
773
18
1872
1170
650
798
988
4.2.4旋风除尘器的压力损失
－气体的密度，kg/m3
1－气体入口速度，m/s，若没有提供允许的压力损失数据，一般取进口气速为12-25m/s。
本设计中取为15m/s
－局部阻力系数。
本设计中取
＝5.8。
水泥生料粉真密度为2.76g/cm3
常压常温下空气密度为1.205kg/m3
所以烟尘的密度为
得：
压力损失
4.3旋风除尘器的除尘效率
4.3.1涡流指数
D－旋风除尘器直径，m；
T－气体的温度，K。
本设计中取为常温T＝293K。
得：
涡流指数n=1-[1-0.67×（1.75）0.14]×（293/283）0.3
=0.722
4.3.2气流在交界面上的切向速度
排出筒直径：
de=0.6×D=0.6×1.75m=1.05m
取外涡旋交界圆柱的直径d0=0.7de=0.7×1.05=0.735m
得：
切向速度vt0=15×[1.73/（0.7×0.8）]0.734=37.8m/s
4.3.3外涡旋气流得平均径向速度
r0=0.5d0=0.368m
Vr=Q/（2×3.14×r0×ho）=7.1/（2×3.14×0.368×4.025）=0.76m/s
4.3.4分级粒径
dc=[18μVrr。
/ρPV2t0]0.5=[18×1.81×10-5×0.76×0.368/2760×37.82]0.5=4.81×10-6
4.3.5分级效率及总效率
粒径小于10um的粒子分级效率为：
η10=1-exp[-0.6931×（dP/dc）1/n+1]=1-exp[-0.6931×（10/4.81）1/（1+0.722）]=0.6536
同理可得其他粒径的效率:
粉尘间隔/μm
<10
10～20
20～30
30～40
>40
质量频率/％
25
25
20
20
10
分级效率η
0.6536
0.7955
0.8659
0.9070
0.9330
旋风除尘器总效率η
81.01%
4.4二级除尘器的选型设计
4.4.1袋式除尘器的概述
袋式除尘器是利用多孔纤维材料制成的滤袋（简称布袋）将含尘气流中的粉尘捕集下来的一种干式高效除尘装置。
主要用于通风及空气调节方面的气体净化，在工业尾气的除尘方面应用较广。
布袋除尘器的除尘效率一般可达99%以上，虽然它是最古老的除尘方法之一，但由于它效率高，性能稳定可靠、操作简单，因而越来越广泛的应用。
其工作原理是含尘气流从下部孔板进入圆筒形滤袋，在通过滤料的空隙时，粉尘被捕集于滤料上，透过滤料的清洁气体由排出口排出。
4.4.2除尘器形式、清灰方式和滤料的选择：
①根据对除尘效率要求高、厂房面积受限制、投资和设备订货皆有条件的情况，可以采用脉冲袋式除尘器。
脉冲袋式除尘器具有清灰效果好，净化效率高，处理量大，滤袋寿命长，维修方便，工作量小，运行可靠等特点，已广泛用于冶炼化工、水泥、铸造、粮食加工等部门。
②根据除尘器形式本设计选取的是脉冲喷吹清灰。
这种清灰方法是利用4～7个标准大气压的压缩空气反吹，产生强度较大的清灰效果。
压缩空气的脉冲产生冲击波，使滤袋振动，导致积附在滤袋上的灰层脱落。
③滤料一般根据含尘气体的性质、粉尘的性质及除尘器的清灰方式进行选择，应抓住主要影响因素选择，如高温气体、易燃粉尘等。
水泥工业的主要粉尘为矿石粉尘，例如：
二氧化硅、碱石灰、石灰石等，具有一定的酸碱性。
所以本设计选取尼龙滤料。
表1-6为尼龙滤料的性能参数：
表1-6尼龙滤料性能参数
滤料名称
耐温性能（度）
吸湿率%
耐酸性
耐碱性
强度
长期
最高
尼龙
75-86
95
4.0-4.5
稍好
好
2.5
4.4.3除尘器的设计与计算
过滤风速的选择：
过滤速度由气体含尘浓度决定，一般为2～4m/min。
本设计取3m/min。
过滤面积的计算：
A=qv/﹙60·νf﹚=31703.5/﹙60×3﹚=176m²
滤袋设计：
滤袋规格取为：
φ120×3000mm
每条滤袋的面积：
a=πdl=3.14×0.12×3=1.13m²
滤袋数量为：
n=A/a=176/1.13=156条。
以3×3规格为一个除尘室，共设20个室。
则实际滤袋数量为：
n´=3×3×20=180条滤袋间距取50mm
回算过滤面积：
S´=180×3.14×0.12×3=203.5m²
过滤风速为：
νf=qv/﹙60·S´﹚=31703.5/﹙60×203.5﹚=2.59m/min
脉冲喷吹的清灰方式：
脉冲间隔一般不宜太长，太长会增加压缩气体的消耗量，一般取0.1～0.2s；
喷吹压力其大小直接影响清灰效果，一般要求喷吹压力6～7kg/cm²；
脉冲周期它直接影响袋式除尘器的阻力，一般选用45～60s.
脉冲袋式除尘器的选型：
其型号为GDF-3N3-10-30脉冲袋式除尘器
型号
处理风量
阀门
数量
滤袋
数量
滤袋
规格
过滤
面积
过滤
风速
外型尺
寸（mm）
卸灰
口尺
重量
m³/h
个
条
mm
m²
m/min
H
W
mm
kg
GDF-3N3-10-30
7326-30525
18
180
120×3000
203.5
0.6-2.5
5980
2000
250×250
4665
4.4.4总除尘效率
布袋除尘器的除尘效率一般可达99%，现取99%。
则布袋除尘器出口含尘浓度为ρ=2000×（1-0.8101）×（1-0.99）
=3.8mg/m³＜50mg/m³
达到规定的排放标准
升级会员 