季欣静大气课程设计.docx
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季欣静大气课程设计
《大气污染控制工程》
课程设计
学院:
制药学院
专业:
环境监测与治理
班级:
环保101
学号:
23
姓名:
季欣静
指导教师陈志刚
2012年6月
姓名
季欣静
班级
环保101
学号
23
分项评分
设计过程介绍及自我评价:
经过了这两周的课程设计实训,我对大气污染控制工程这门课得到了进一步的了解。
起先学的都是书本理论知识,现在通过自己设计就结合了实际,使我更加易懂的了解了大气污染有关的一些知识。
在刚开始的几天我根本就不知道从何下手,但后来通过从老师提供信息和网上查阅资料开始设计的,从查资料、选定除尘设备型号、规格、计算、画CAD图,虽然中途出现了很多问题,但最终还是经过和同学一起研究讨论,慢慢的都解决了。
通过这次课程设计,使我对大气的不了解,对如何选除尘设备,如何计算等等······的问题,都有了更深的了解。
我觉得我懂的了很多,也逐渐提高了我的能力。
项目
应得分
实得分
除尘概述
15
设计点分析
15
除尘器选型
15
设计计算
20
设计说明
15
图纸
20
总分
100
水泥厂石灰石二破除尘系统设计
一、水泥厂除尘概述
(一)、工艺流程
1、破碎及预均化
(1)破碎水泥生产过程中,大部分原料要进行破碎,如石灰石、黏土、铁矿石及煤等。
石灰石是生产水泥用量最大的原料,开采后的粒度较大,硬度较高,因此石灰石的破碎在水泥厂的物料破碎中占有比较重要的地位。
(2)原料预均化预均化技术就是在原料的存、取过程中,运用科学的堆取料技术,实现原料的初步均化,使原料堆场同时具备贮存与均化的功能。
2、生料制备
水泥生产过程中,每生产1吨硅酸盐水泥至少要粉磨3吨物料(包括各种原料、燃料、熟料、混合料、石膏),据统计,干法水泥生产线粉磨作业需要消耗的动力约占全厂动力的60%以上,其中生料粉磨占30%以上,煤磨占约3%,水泥粉磨约占40%。
因此,合理选择粉磨设备和工艺流程,优化工艺参数,正确操作,控制作业制度,对保证产品质量、降低能耗具有重大意义。
3、生料均化
新型干法水泥生产过程中,稳定入窖生料成分是稳定熟料烧成热工制度的前提,生料均化系统起着稳定入窖生料成分的最后一道把关作用。
4、预热分解
把生料的预热和部分分解由预热器来完成,代替回转窑部分功能,达到缩短回窑长度,同时使窑内以堆积状态进行气料换热过程,移到预热器内在悬浮状态下进行,使生料能够同窑内排出的炽热气体充分混合,增大了气料接触面积,传热速度快,热交换效率高,达到提高窑系统生产效率、降低熟料烧成热耗的目的。
(1)物料分散
换热80%在入口管道内进行的。
喂入预热器管道中的生料,在与高速上升气流的冲击下,物料折转向上随气流运动,同时被分散。
(2)气固分离
当气流携带料粉进入旋风筒后,被迫在旋风筒筒体与内筒(排气管)之间的环状空间内做旋转流动,并且一边旋转一边向下运动,由筒体到锥体,一直可以延伸到锥体的端部,然后转而向上旋转上升,由排气管排出。
(3)预分解
预分解技术的出现是水泥煅烧工艺的一次技术飞跃。
它是在预热器和回转窑之间增设分解炉和利用窑尾上升烟道,设燃料喷入装置,使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程,在分解炉内以悬浮态或流化态下迅速进行,使入窑生料的分解率提高到90%以上。
将原来在回转窑内进行的碳酸盐分解任务,移到分解炉内进行;燃料大部分从分解炉内加入,少部分由窑头加入,减轻了窑内煅烧带的热负荷,延长了衬料寿命,有利于生产大型化;由于燃料与生料混合均匀,燃料燃烧热及时传递给物料,使燃烧、换热及碳酸盐分解过程得到优化。
因而具有优质、高效、低耗等一系列优良性能及特点。
4、水泥熟料的烧成
生料在旋风预热器中完成预热和预分解后,下一道工序是进入回转窑中进行熟料的烧成。
5、水泥粉磨
水泥粉磨是水泥制造的最后工序,也是耗电最多的工序。
其主要功能在于将水泥熟料(及胶凝剂、性能调节材料等)粉磨至适宜的粒度(以细度、比表面积等表示),形成一定的颗粒级配,增大其水化面积,加速水化速度,满足水泥浆体凝结、硬化要求。
6、水泥包装
水泥出厂有袋装和散装两种发运方式。
(二)、粉尘污染状况:
原通风除尘系统基本上处于报废状态,工人在投料操作中受水泥粉尘污染严重,同时系统产生的粉尘对周围环境造成了很大的污染。
近几年经有关环保部门的每年检测,投料车间的粉尘浓度为84mg/m3,超过国家规定的最高容许浓度6mg/m3的13倍,操作室的粉尘浓度为36mg/m3,超过国家规定的最高容许浓度6mg/m3的5倍。
投料时整个投料车间内到处弥漫着水泥粉尘,地面上的水泥积尘很多。
(三)、水泥厂粉尘特点
(1)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。
(2)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。
水泥磨入磨物料都是干料,其排风含湿量低,一般无结露危险,粉尘粒径较小。
随着水泥工艺技术的进步,高效选粉机的使用会使水泥磨排出的灰尘浓度越来越高,有时会超出1000g/m3。
(3)立窑的烟气
立窑烟气的治理难度不是其烟气量大(比旋窑窑尾废气量小得多),也不是其粉尘浓度高(立式磨和O2Sepa选粉机的排放浓度几十倍甚或上百倍于它),而是其烟气的“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。
(四)、水泥厂的除尘情况
1.原材料的除尘
原材料的破碎、输送与储存过程中的扬尘点,原来多采用高压管式电除尘,但效果比较差,改用袋式除尘器,将几个扬尘点集中除尘。
但对扬尘点除尘器的选型,清、卸灰参数的确定及滤料选用存在许多问题。
解决方法一般有:
针对不同类型的破碎机,在过滤风速上选择冲击式小于积压式破碎机,因为冲击式破碎机的微细粉尘易造成袋式除尘器穿袋;皮带输送机属敞开式输送方式,可采用单机式脉冲袋式除尘器直接收尘后排至皮带上;螺旋式及斗提式输送机属密闭式输送方式,可在进料口处设置抽风罩并进行脉冲袋式除尘;对储料库可不设灰斗,滤袋上的粉尘经脉冲喷吹后自然落回库内;破碎部位除尘器壳体可不用保温。
针对粘土烘干系统除尘,需要进行高温抗结露,主体防腐、保湿、温度自动控测和调节;而对于烘干机滤料的选取首先要考虑采用高温过滤。
2.煤粉的除尘
由于含煤粉气体易燃易爆,成堆的煤粉在一定条件下也会自燃,所以煤磨系统除尘设备必须考虑防燃防爆、安全卸压问题,如在除尘器上设防爆阀。
同时煤磨用袋式除尘器必须采用抗静电滤料(如纤维防静电混纺织物),防止由于静电引起燃烧、爆炸事故。
3.生料粉的除尘
应采取措施以保证漏风率低于2%,不带烘干的生料磨可采用常温脉冲袋式除尘器。
4.水泥粉的除尘
当前水泥磨主要采用“气箱脉冲袋除尘器”。
这种除尘器因采用压缩空气清灰,清灰力度较大。
采用“气箱脉冲袋除尘器”的同时,还要选择能够处理高浓度含尘气体的滤料,如薄膜覆合聚酯针刺毡具有独特的交叉微孔特性,可实现近于零排放,并且阻力低而稳定,过滤速度快(1.5m/min),对吸湿性强、易粘结硬化的粉尘具有良好的剥离性。
薄膜覆合聚酯针刺毡的正常使用寿命可达3~8年,可保证废气的粉尘排放浓度低于20g/m3。
5.立窑烟气的除尘
过去对立窑烟尘污染的治理比较重视,采用沉降室、湿法除尘和电除尘等多种除尘方式,由于设备简陋,除尘效率低,烟尘排放浓度严重超标。
现今国内采用脉冲袋式除尘器取得了很好的效果。
根据立窑烟气性质,滤料选择仍是关键。
首先要考虑满足高温及耐腐蚀的要求;其次考虑滤料的力学性能、耐磨折性和经济性,而通过特殊处理的玻纤滤料可满足上述要求。
目前,国内已有2000多台玻纤袋式除尘器成功地运用于立窑烟尘污染的治理,另外,将传统的玻纤袋式除尘器的钢结构外壳设计成砖混结构,可以使因立窑烟气腐蚀除尘器壳体而使除尘器失效的问题得以解决。
(五)、水泥厂粉尘排放现状
我国的水泥生产企业是由小到大逐步发展起来的,由于80%左右产量的水泥厂生产线系统中没有配套的环保设备,工业的主要排放源,严重污染了大气。
我国水泥工业对大气所产生影响的主要污染源是粉尘和废气,粉尘污染排放高于国外15倍,粉尘主要是由于水泥生产过程中物料的破碎、烘干、粉磨、煅烧等工序产生的废气排放或外逸而引起的。
水泥工业对大气环境产生影响的废气。
主要表现如下:
(1)、在我国一次能源消费结构中,煤炭占75%,而水泥是直接燃烧的用煤大户。
(2)、我国水泥窑炉设备技术及制造水平较低,能源利用率不高,平均热效率不足40%。
(3)、水泥工业中中小型企业占有很大的比重,所造成的大气污染是惊人的。
二、设计点情况分析
1、污染源分析
1.1生产设备简介
颚式破碎机一级破碎后,由BS00皮带机输送至1000×700反击式破碎机进行二级破碎,成品料经HL300斗式提升机、KSⅢ400刮板机输送人库。
反击式破碎机概述:
自1946年问世以来,在短短的50余年时间内发展极快。
反击式破碎机除了和锤式破碎机一样具有破碎比大、产品粒度均匀且过粉碎现象少、能耗低、设备制造容易、维修方便等优点外,还具有产品粒度调整范围大,能选择性破碎等优点。
所以,在我国一度曾试图用它代替锤式破碎机。
反击式破碎机的类型比较多,主要分为单转子和双转子两大类。
其分类详见下表。
1.2反击式破碎机的工作原理:
反击式破碎机(反击破)利用高速旋转的转子上的板锤,对送入破碎腔内的物料产生高速冲击而破碎,且使已破碎的物料沿切线方向以高速抛向破碎腔另一端的反击板,再次被破碎,然后又从反击板反弹到板锤,继续重复上述过程。
在往返途中,物料间还有互相碰击作用。
由于物料受到板锤的打击、与反击板的冲击以及物料相互之间的碰撞,物料不断产生裂缝,松散而致粉碎。
当物料粒度小于反击板与板锤之间的缝隙时,就被卸出。
反击式破碎机(反击破)能处理粒度不大于120-500毫米、抗压强度不超过320兆帕的各种粗、中、细物料矿石、岩石(花岗岩、石灰石、混凝土等),广泛用于水电、高速公路、人工砂石料、破碎等行业。
该系列反击式破碎结构独特、配备高铬板锤、独特的反击衬板;适合硬岩破碎、高效节能;,排料粒度大小可调,能简化破碎流程,而且具有破碎比大、破碎效率高、产品形状呈立方体、可选择性破碎等优点。
1.3反击式破碎机主要产尘分析:
(1).加料口产尘分析
因为不是全封闭密闭式。
破碎机工作时,石料被挤压、撞击,石粉间隙中的空气被挤压而向外高速运动,带动粉尘一起逸出,瞬间扬起大量粉尘。
含尘气流通过溜槽向下排出(少部分)或通过加料口向上排出(大部分),使加料口周围产生高浓度的粉尘。
(2).卸料口产尘分析
石料破碎后,经溜槽排到破碎机下部的受料设备(胶带输送机)上,由于给料口与卸料El之间有一落差,石粉流与周围空气产生剪切作用。
空气被卷进物料流中.石粉流逐渐扩散,相互的卷吸作用使粉尘不断地向外飞扬;同时,输送机的胶带有一运动速度。
石粉流与胶带面的冲击,瞬间在卸料口扬起粉尘,并向四周飞扬。
(3)其废气收集和排放描述
在石灰石破碎阶段,破碎机的投料口、出料口、振动筛上部及带式输送机转运点等部分可能会有废气排放,用集气罩进行收集,使其经过除尘器达到一定标准后排放。
反击式破碎机剖面图
反击式破碎机
PF-1007Φ1000×700反击式破碎机
本设计选取的设备为PF-1007Φ1000×700反击式破碎机,包装尺寸2400×1560×2660mm;电压功率55KW;进料口尺寸(宽×长)400×730mm;最大进料边长300mm;处理能力30-50t/h。
反击式破碎机技术参数:
型号
规格
进料口尺寸(mm)
最大进料边长(mm)
处理能力(t/h)
电机功率(kw)
重量(t)
外形尺寸
(长×宽×高)
PF1007
Φ1000×700
400×730
300
30-50
55
9.5
2400×1560×2660
PF1010
Φ1000×1050
400×1080
350
50-90
75
14
2400×2250×2630
PF1210
Φ1250×1050
400×1080
350
70-130
110
17
2700×2340×2900
PF1214
Φ1250×1400
400×1430
350
90-180
132
22
2700×2440×2870
PF1315
Φ1320×1500
860×1520
500
120-250
185
28
2860×2800×3050
PF1320
Φ1320×2000
860×2030
500
200-350
220
32
2900×3200×3250
2、设计参数确定
废气量:
2500m3/h粉尘初始浓度:
40g/m3温度:
25-50℃
湿度:
5%除尘效率:
99.95-99.98%
3、除尘要点分析
袋式除尘器的运转可分为试运转与日常运转。
首先,进行试运转时,必须对系统的单一部件进行检查,然后做适应性运转,并要作部分性能试验。
在新的袋式除尘器试运行时,应特别检查风机的旋、转速、轴承振动和温度;处理风量和各测试点压力与温度是否与设计相符;清灰周期及清灰时间的调整,这项工作是左右捕尘性能和运转状况的重要因素。
清灰时间过长,将使附着粉尘层被清落掉,成为滤袋泄露和破损的原因。
如果清灰时间过短,滤袋上的粉尘尚未清落掉,就恢复过滤作业,将使阻力很快地恢复并逐渐的增高起来,最终影响其使用效果。
两次清灰时间间隔称清灰周期,一般希望清灰周期尽可能的长一些,使除尘器能在经济的阻力条件下运转。
因此,必须对粉尘性质、含尘浓度等进行慎重地研究,并根据不同的清灰方法来决定清灰周期和时间,并在试运转中进行调整达到较佳的清灰参数。
在日常运转中,仍应进行必要的检查,特别是对袋式除尘器的性能的检查。
要注意主机设备负荷的变化会对除尘器性能产生的影响。
在机器开动之后,应密切注意袋式除尘器的工作状态,做好有关记录。
在袋式除尘器的日常运行中,由于运行条件会发生某些改变,或者出现某些故障,都将影响设备的正常运转转况和工作性能,要定期的检查和适当的调节,目的是延长滤袋的寿命,降低动力消耗及回收有用的物料。
三、除尘设备选型
1、除尘设备的型号规格
因本次设计的处理量为2500m3/h,所以选脉冲袋式除尘器的型号为MC24
XLP(CLP)/A型旋风除尘器型号为XLP/A-5.2
规格型号;
脉冲袋式除尘器
技术性能型号
MC24
MC36
MC48
MC60
MC72
MC84
MC96
MC120
过滤面积(m2)
18
27
36
45
54
63
72
90
滤袋数量
24
36
48
60
72
84
96
120
过滤风速(m/s)
2-4
2-4
2-4
2-4
2-4
2-4
2-4
2-4
处理风量(m3/h)
2160-4300
3250-6480
4320-8630
5400-10800
6450-12900
7550-15100
8650-17300
10800-20800
最大外形尺寸(mm)
长
宽
高
1025
1425
1820
2225
2625
3025
3585
4385
宽1678高3660
清
灰
装
置
脉冲阀数量
4
6
8
10
12
14
16
20
耗用压缩空气量(m3/h))
0.07-0.15
0.11-0.22
0.15-0.30
0.18-0.37
0.22-0.44
0.25-0.50
0.29-0.56
0.37-0.73
压缩空气压力(MPa)
0.5-0.7不得低于0.4
XLP(CLP)/A型旋风除尘器
型号
规格
处理
风量
(m3/h)
阻力
(Pa)
效率
(%)
外形尺寸
(长×宽×高)
重量
(Kg)
Ⅰ型
Ⅱ型
X型
Y型
X型
Y型
XLP/A-
3.0
750-1060
441
~
883
382
~
775
85
~
99
406×390
×1380
406×390
×1380
52
41
XLP/A-
4.2
1460-2060
556×545
×2177
1928×968
×1880
94
76
XLP/A-
5.2
2280-3230
711×700
×2701
711×700
×3040
157
122
XLP/A-
7.0
4020-5700
911×910×3489
911×910
×2707
252
203
XLP/A-
8.2
5500-7790
1071×1065×4050
1071×1065
×3540
346
279
XLP/A-
9.4
7520-10650
1226×1222×4616
1226×1222
×4050
450
366
XLP/A-
10.6
9520-13500
1376×1377×5157
1376×1377
×4545
601
460
2、除尘设备选择原因
袋式除尘器效率高,特别是对微细粉尘也有较高的效率,一般对于5μm的粉尘净化率可达99%以下,适应性强,可以捕集不同性质的粉尘。
例如,对于高比电阻粉尘,采用袋式除尘器就比电除尘器优越。
此外,人口含尘浓度在一相当大的范围内变化时,采用袋式除尘器效果好:
使用灵活,处理风量可大可小,结构简单,可以因地制宜采用简易袋式除尘器,或采用效率较高的脉冲喷吹袋式除尘器;并且工作稳定,粉尘便于回收利用,没有污泥处理,腐蚀机体等问题,维护简单。
3、除尘设备、风机和进出管布局说明
根据实际情况和现场要求,采用密闭二级净化除尘系统,即在破碎车间采用对反击式破碎机进行局部密闭,由风机负压经过管路将含尘空气引入除尘器,经除尘器净化后排入大气。
布局流程为破碎机——除尘器——除尘器——风机。
三、设计计算
1、粉尘达标排放的验算
(1)1-C2/40=99.95%
C2=0.02g/m3<0.024g/m3
(2)1-C2/40=99.98%
C2=0.008g/m3<0.024g/m3
所以该除尘器符合要求。
下表为生产设备烟尘或粉尘排放限值
2、风管的选择计算
该破碎机为1000×700反击式破碎机,主要处理水泥粉尘。
经查表得其处理废气量为:
2500m3/h,且管材应为钢板比较合适,风速u=16m/s。
确定流量和流速后,管段1—2管道内径计算为:
d=18.8×(Q/u)0.5=18.8×(2500/16)0.5=235mm
查管子的规格取d1-2=250mm,
3、摩擦阻力损失的计算;
因d1-2=250mm,K=0.15,λ=0.0174,λ/d=0.0696
所以管内实际流速:
u1-2=Q/A=2500×4/3600×0.25×0.25×∏=14.15m/s
因其在12~22m/s之间所以符合要求。
3、系统阻力的计算
除尘系统布置示意图
管段沿程阻力损失:
ΔPL1-2=λLρu2/2d=10×0.0696×1.2×14.152/2=83.61Pa
因流经管段3—4、5—6、7-8中的气体流量与管段1—2的流量相同,即:
d1-2=d3-4=d5-6=d7-8=250mm,Q1-2=Q3-4=Q5-6=Q7-8,则λ/d=0.0696,u1-2=u3-4=u5-6=u5-6=u7-8=14.15m/s
所以:
ΔPL3-4=10×0.0696×1.2×14.152/2=83.61Pa
ΔPL5-6=4×0.0696×1.2×14.152/2=33.45Pa
ΔPL7-8=10×0.0696×1.2×14.152/2=83.61Pa
计算局部阻力损失:
管段①~②③~④
2个弯头α=900R/d=0.1/0.25=0.4,查表得ξ=0.23
△Pm=∑ξ×ρu2/2=2×0.23×(1.2×14.12)/2=54.87Pa
管段⑤~⑥,没有局部阻力损失,除尘器阻力损失为1470Pa。
管段⑦~⑧
弯头α=900R/d=0.2/0.25=0.8,查表得ξ=0.23
△Pm=ξ×ρu2/2=0.23×(1.2×14.12)/2=27.44Pa
除尘系统阻力损失
ΔP=ΔPL+ΔPm=83.61+83.61+33.45+83.61+54.87+54.87+27.44+1470=1891.46Pa
管段编号
流量
m3/h
管长
m
管径
mm
流速
m/s
dm-1
摩擦阻力损失ΔPL
局部阻力系数Σξ
局部阻力损失△Pm(Pa)
管段总阻力损失△P(Pa)
累计阻力损失Σ△P(Pa)
1-2
2500
10
250
14.15
0.0174
83.61
0.23
54.87
138.48
138.48
3-4
2500
10
250
14.15
0.0174
83.61
0.23
54.87
138.48
276.96
5-6
2500
4
250
14.15
0.0174
33.45
33.45
310.41
除尘器
2500
1470
1470
1780.41
7-8
2500
10
250
14.15
0.0174
83.61
0.23
27.44
111.05
1891.46
4、风机和电动机的选择及计算
风机的选择
(1)风机风量的计算
Q0=(1+K1)Q=(1+0.1)×2500=2750m3/h
(2)风机风压的计算
△P0=△P(1+K2)=829.98×(1+0.2)=995.98(Pa)
根据计算风量和风压,由通风机样本上选择G4-73-N06A风机
当转速n=1450(r/min)流量Q=8856(m3/h),P=1057Pa,配套电机为Y112M-4(B35)4KW
Ne=Q0△P0K/3600×1000×
1
2=2750×995.98×1.3/3600×1000×0.5×0.95
=2.1(KW)
五、设计说明
1、关于设计参数、设计依据的说明
设计参数在下发的资料中所得,设计依据来自大气污染控制工程设计的计算,达到标准,从而采用该设计。
设计依据根据:
水泥厂除尘设计规范
2、本设计实施应注意的事项
由于粉尘的浓度高,温度高致使除尘设备易结露,尤其是在冬季,所以要注意设备的结露问题。