水泥厂通风净化课程设计.docx
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水泥厂通风净化课程设计
工业通风课程设计报告
——水泥厂窑尾通风除尘系统
指导老师韩云龙
姓名荀海涛
学号119044028
班级安111
目录
一前言
二设计对象
三窑尾除尘系统的设计
3.1除尘器的选择
3.1.1排放烟气含尘浓度的计算
3.2 除尘系统的结构分析
3.3.除尘系统设计
3.3.1 集气罩的设计
3.3.2送风管网参数设计理论分析
3.3.3 系统压力损失计算
四风机的选型
五结束语
水泥厂通风净化课程设计
【摘要】 根据某水泥厂生产规模、粉尘的性质和现场实际排放情况,在现有设计规范的基础上,设计出包括集气罩、风管、除尘器和风机在内的一整套窑尾通风除尘系统.针对水泥窑尾的粉尘排放情况,提出了详细的集气罩和送风管网的设计方案,仔细分析比较了窑尾电、袋式除尘器的优缺点及处理效果,选择了合适的除尘器和风机.讨论了实际应用中可能遇到的问题,并给出了解决方法,可作为水泥窑尾除尘系统的设计和分析的借鉴
【关键词】水泥工业;除尘系统;压力损失
Abstract:
Basedontheactualcircumstancesofacementplantπsproductionscaleanddustnature,awholesetofanairdedustingsystemwasdesignedincludinganairholder,anairpipeline,adustcollectorandanairblowerundertheexistingcriterion.Accordingtothecircumstancesofdustemissioninthecementplant,thisdesignputforwardthedetailsoftheairholderandblastpipenetdesign,analyzedtheadvantagesanddisadvantagesofthebagdustcollectorandtheelectricitydustcollector,andchosethesuitabledustcollectorandairpipeline.Problemsandsolutionsinactualapplicationswerediscussed.Aproposalforcementplantdedustingsystemdesignandanalysisisprovided.
Keywords:
cementindustry;dedustingsystem;pressureloss
一前言
水泥工业是我国工业排尘的主要来源,粉尘排放量约为其产量的2%～3%,全国的排放总量超过千万吨.人体长期接触水泥粉尘易引起各种疾病;水泥粉尘会造成土地碱化,严重污染环境.水泥生产工艺过程中,无论是破碎、烘干还是粉磨、煅烧都会产生大量的粉尘,由于各道工序都是干燥作业,因此形成了扬尘点多、面大、范围广的特点[1].而水泥窑尾窑头废气量约占整个水泥生产线废气量的60%,其中窑尾废气约占整个水泥生产线废气量的36%.由于窑尾废气温度高、烟气量大,比较难治理,因此,设计水泥厂窑尾除尘系统,对减少职业危害,保护环境,具有重要的现实意义[2,3]。
水泥窑运转正常的情况下，窑尾烟气温度在350 度左右；窑况异常时，烟气温度会更高。
窑尾烟气中粉尘浓度高，折合成标况时一般在40～80g/m3；且粉尘中含有大量高温分解成分，细粉多，20～30um 以下的颗粒占50％以上。
此外，由于冷却方式的不同，如采用增湿塔、对原料进行烘干、掺冷风和余热发电等，冷却后的烟气水份含量会有很大的不同。
烟气露点温度也因冷却方式不同而变化。
过去国内水泥生产线窑尾不论其规模大小基本上都是采用电除尘器,20世纪70年代，仅有少量的水泥生产企业窑尾烟气采用了袋除尘器，但这些厂的处理烟气量一般都在200000m3/h以下。
2000t/d模的干法水泥生产线窑尾烟气处理应用袋除尘器始于90年代北京水泥厂，根据当时引进的美国富乐技术生 产的反吹风袋除尘器，后来山西水泥厂2000t/d 干法水泥生产线建设时其窑尾烟气量采用了低压分室脉冲 喷吹布袋除尘器。
从此大型干法水泥生产线窑尾烟气治理应用低压分室脉冲喷吹袋除尘技术得到水泥工作者的认同。
《水泥工业大气污染排队放标准》的发布,极大的促进了窑尾袋除尘器的推广应用。
窑尾烟气除尘系统经历了电除尘器、袋除尘器两大技术的应用本设计根据水泥厂粉尘的性质,分析及设计除尘方案,对除尘系统进行布置,并根据各方面的计算研究,设计出包括集气罩、送风管道、除尘器和风机在内的一套通风除尘系统。
二设计内容
对象参数：
某水泥窑废气直接排向大气，由于含尘量为5g/m3,污染环境，要求对其进行除尘设计使其满足排放标准，水泥厂窑尾排放口直径1.2m，烟气垂直向上排放，排放的烟气温度为100℃，含尘风量为6000m3/h,粉尘粒径为5um
三窑尾除尘系统的设计
3.1除尘器的选择
目前所用的除尘装置按除尘机理可以分为机械式除尘器、湿式除尘器、过滤式除尘器、电除尘器和袋式除尘器.其中,电除尘器和袋式除尘器这两种高效除尘装置在我国水泥行业得到了最为广泛的应用.现对电除尘器和袋式除尘器优缺点对比如下。
电除尘器是利用静电实现粒子与气流分离的一种除尘器.电除尘器适用于微粒捕集,工业应用中除尘效率在99%以上,处理烟气量大,自动化程度较高,阻力较其他高效除尘装置要小,一般在100～300Pa之间.但由于水泥窑烟气含有大量的水分和腐蚀性气体,“粉尘比电阻”的变化也很大,存在极板高温放电现象,易使电除尘器腐蚀、结露,造成其维修量大、维修费用高,使用寿命短.且电除尘器很难适应比电阻不断变化,除尘效率随之受到影响,对水泥生产线工艺控制要求十分严格,直接造成生产成本的提高.
袋式除尘器是通过滤分离粉尘,使含尘气体得到净化的装置.袋式除尘器的最大优点就是除尘效率高,入口含尘浓度对排放浓度影响不大,除尘效率在实际应用中一般也可达99.9%,粉尘排放浓度可达到10mg/Nm3以下甚至更低,所以袋式除尘器的除尘效率最高.袋式除尘器的最大缺点是需要更换滤袋,且需要定期清灰.袋式除尘器阻力较大,一般平均在1200Pa以上,增加了日常维护的费用.水泥窑烟气温度变化很大,而袋式除尘器却要求水泥窑的操作控制相对稳定,温度过高容易烧袋,温度过低容易糊袋.对于粉（烟）尘的防治,袋式除尘器的除尘效果要优于静电除尘器,且由于机立窑烟气特殊性质,电除尘器不仅要解决腐蚀、结露、爆炸等问题,其达标运行的稳定性也不如袋式除尘器好.袋式除尘器虽然需要更换滤袋,但随着技术的不断发展,滤袋寿命提高到2年甚至更长时间,满足了用户的要求.同时由于目前袋式除尘器本体结构、清灰方式和各阀门的改进,滤料、滤袋和清灰控制系统的技术进步以及辅助清灰技术的应用,使得水泥窑采用袋式除尘器的技术日臻成熟和完善,特别是袋式除尘器不受粉尘比电阻的限制,也适合窑尾的除尘.
3.1.1排放烟气含尘浓度的计算
除尘器名称
全效率%
0--5
5--10
10--20
20--44
44>
袋式除尘器
99.7
99.5
100
100
100
100
布袋除尘器分级效率
不同粒径下的分级效率%
表1水泥企业热力设备废气排放标准
设备名称
设备类别
区域类别
废气中有害物质名称
新建设备烟囱最低高度
烟尘
一氧化碳
单机生产能力t（产品）/d
高度（m）
排放最大浓度mg/m3
单位产品最大排放量kg/t
窑尾废气中一氧化碳最高体积百分含量%
单位产品最大排放量kg/t
各种形式水泥旋窑：
湿法窑（包括带余热锅炉及泥浆过滤机的湿法窑）；干法窑（包括带余热锅炉的干法窑）；立波尔窑（包括一次和二次通过）；干法预热窑（包括带分解炉的预热窑）各种新型水泥烧成炉
现有
一
150
1.0
0.2
8
>1200
80
二
400
2.0
0.25
10
800~1200
60
三
600
3.0
0.35
14
400~800
45
四
800
5.0
0.5
20
<400
30
新建、改建、扩建
二～四
150
1.0
0.2
8
各种形式立窑
现有
一
150
0.6
0.8
25
>240
30
二
400
1.2
1.2
40
130~240
25
三
600
1.8
2
60
60~130
20
四
800
3.0
3
90
<60
15
新建、改建、扩建
二～四
150
0.6
0.8
25
排出烟气浓度n=5×（1-99.5%）=0.025g/m3=25mg/m3
结论：
根据此表，袋式除尘器满足最高要求150mg/m3排放标准，考虑到烟气流量较大，采用脉冲喷吹袋式除尘器
3.2 除尘系统的结构分析
本除尘系统主要由四部分组成,分别是:
捕集污染气体的捕集装置（集气罩）,连接系统各组成部分的送风管道,使污染空气得以净化的净化装置,和为气体流动提供动力的引风机等
3.3.除尘系统设计
3.3.1 集气罩的设计
根据水泥窑尾粉尘的扩散情况和温度,选择热过程的伞形低悬集气罩,结构如图2.因为水泥窑尾直径为1.2m,而横向气流的干扰不大,低悬罩口每边比热源尺寸大150～200mm,设定集气罩的直径为1.5m.集气罩口距离尘源约为0.16m,集尘罩的扩张角度定为40°[4]
判断高低悬罩
1.5√Ap=1.5*[3.14*1.5^2]½=3.98m>H故为低悬罩
热源对流散热量
Q=ɑ
tF
=1.7×（100-20）
×3.14×（1.2）^2/4
=0.662Kj/s
热射流辐射断面上的流量
L0=0.167×Q
B
=0.167×0.662
×1.2
=0.145m3/s
取V'=0.5m/s
窑尾本身散发的热射流L1=6000m3/h=1.67m3/s
排风罩排风量为
L=Lz+V'F'+L1
=0.145+0.5×3.14/4×（1.5^2-1.2^2）+1.67
=2.13m3/s
=7678.5m3/h
Lz--罩口断面的热射流流量，在低悬罩情况下为L0--收缩断面上的流量
V'=扩大面积上的空气吸入速度
F'--罩口的扩大面积
3.3.2送风管网参数设计理论分析
在本次设计中,采用圆形风管,管道总长长定为20m,其中有三个直角弯头.本设计有（R/D=1.5）90
弯头3个ζ1=0.17；
根据通风除尘系统设计技术要求,水泥行业通风管道中烟气设计风速一般应在12～18m/s
左右.为有效防止粉尘堆积,水平风管内的风速应取v=18m/s.根据系统图
除尘器前管道只考虑管段3，其风管管径为:
d=√4L/
v=√[4×2.13/（3.14×18）]=388mm
根据参考文献[4],查表“圆形风管规格”,取d=400mm
对于风机和除尘器间管段只考虑管段水平管段4和8风速v=18m/s.其风量为L×1.05=7678.5×1.05=8062.4m3/h
其风管管径为:
d=√4L/
v=√[4×2..23/（3.14×18）]=397mm
根据参考文献[4],查表“圆形风管规格”,取d=400mm
对于管段9风速v=12m/s风量8062.4m3/h
d=√4L/
v=√[4×2..23/（3.14×12）]=487mm
根据参考文献[4],查表“圆形风管规格”,取d=500mm
3.3.3 系统压力损失计算
1整个系统的压力损失包括摩擦压力损失、局部压力损失和设备压力损失.
1）摩擦压力损失ΔPl
设计管道总长为15.2m,管段1—8直径均为400mm,总长10.8m，根据流体力学原理,粉尘在管道内流动时,单位长度管道的摩擦压力损失为
查比摩阻图得v=18m/sD=400mm时Rm0=8.9pa/m
修正Rm=Rm0×（Kv）
=（0.15×18）
×8.9=11.4pa/m
查表“管壁摩擦系数表”[5],管道取新钢管（焊接）,则K=0.15.
式中:
;v—风管内粉尘的速度,m/s;d—风管的直径,m.
所以含尘气流流经圆形管时,其摩擦阻力损失为:
ΔPl=11.4×10.8
=123.1pa
Rl—单位长度摩擦压力,Pa/m
管道9直径为500mm，长度为4.4m查比摩阻图得v=12m/sD=500mm时Rm0=3.0pa/m修正Rm=Rm0×（Kv）
=（0.15×12）
×3.0=3.47pa/m
其摩擦阻力损失为:
ΔP2=4.4×3.47
=15.3pa
2）局部压力损失ΔPm
局部压力损失主要包括集气罩压力损失，弯头的压力损失和进出除尘器时管径突然扩大和突然收缩所产生的压力损失.
本设计有（R/D=1.5）90
弯头3个ζ1=0.17
除尘器进口变径尺寸设计计算（渐扩管）
除尘器进口尺寸300×800，变径管长度500mm
Tgα=（800-400）/2×500=0.40
α=21.8°ζ2=0.6
除尘器出口变径尺寸设计计算（渐缩管）
除尘器出口尺寸300×800，变径管长度450mm
Tgα=（800-400）/2×450=0.4375
α=23.9°ζ3=0.10
风机进口渐扩管设计计算
风机进口尺寸D1=500mm变径管长度300mm
F0/F1=（500/400）^2=1.56
Tgα=（500-400）/2×300=0.167
α=9.46°ζ4=0.02
风机出口渐扩管设计计算
风机出口尺寸410×315mm，变径管长度250mm
Tgα=（500-315）/2×250=0.37
α=20.3°ζ5=0.6
风机之前的管段1-8风速相同
ΔPm1=∑ζρv2/2
=（0.17×3+0.1+0.6）×1.29×18^2/2
=252.8
管段9风速12m/s,则其局部阻力为
ΔPm2=∑ζρv2/2
=0.6×1.29×12^2/2=111.5pa
ρ—含尘空气的密度,取空气密度即1.29kg/m3;
3）设备压损之和
集气罩收缩角为40度ζ6=0.06
则集气罩压ΔP3=0.06×1.29×18^2/2=25pa
通过比较,我们选择袋式除尘器作为净化装置.袋式除尘器的压力损失一般在1000Pa至2000Pa之间,在此取1200Pa.所以ΔP4=1200Pa.则设备压力损失为:
∑ΔPi=ΔP3+ΔP4=1225pa
系统总压损
ΔP=ΔPl+ΔPm+∑ΔPi=364.3+138.4+1225=1727.7pa
四风机的选型
4.1 风机的选择
根据所计算的系统风量和压力来选择风机型号.通风机的风量按下式计算:
考虑到除尘器和风管漏风计算风量Q=L×1.05=7678.5×1.05=8062.4m3/h
风机风量Lf=（1+K1）×Q=（1+0.15）×8062.4
=9271.7m3/h
式中:
Q—管道系统的总风量;K1—考虑漏风所采用的安全系数,除尘管道系统一般取0.15.
风机风压Pf=1.15×ΔP=1727.7×1.15
=1986.8pa
根据算得风量与风压的值,考虑实际情况适当的增大其额定值,选择C6-48No8C型离心通风机[5].
风机主要参数
转速r/min
序号
流量m3/h
全压pa
电机功率KW
1250
2
10895
1992
15
五结 语
本文详细介绍了水泥窑尾除尘系统的设计过程,并对电除尘器还是袋式除尘器的优缺点进行比较,根据实际情况选择适合的净化装置.通过分析计算,所设计的除尘系统包括有:
1）直径为1.5m的伞形低悬集气罩,罩口距离尘源约为0.16m,扩张角度为40°.
2）送风管道直径为450mm,总长20m,其中有3个圆形直角弯头.
3）除尘器选择脉冲清灰式袋式除尘器.
4）风机选择C6-48No8C型离心通风机
计算数据如下
热源对流散热量
Q=0.662Kj/s
热射流辐射断面上的流量
L0=0.145m3/s
排风罩排风量
L=2.13m3/s
风管直径
D1=400mmD2=500mm
摩擦阻力损失
ΔPl=138.4pa
局部压力损失ΔPm
ΔPm=364.3pa
设备压力损失
∑ΔPi=1225pa
系统总压损
ΔP=1727.7pa
风机风量Lf
Lf=9271.7m3/h
风机风压Pf
Pf=1986.8pa
管段编号
流量
M3/h
长度
m
管径
mm
流速
M/s
局部阻力系数
局部阻力
pa
单位长度摩擦阻力pa/s
摩擦阻力
pa
1
7678.5
1.05
400
18
0.06
12.5
11.4
11.97
2
7678.5
0.95
400
18
0.17
35.5
11.4
10.83
3
7678.5
3.8
400
18
0.6
125.4
11.4
43.32
4
8062.4
1
400
18
0.10
20.9
11.4
11.4
5
8062.4
0.95
400
18
0.17
35.5
11.4
10.83
6
8062.4
1.1
400
18
0
0
11.4
12.54
7
8062.4
0.95
400
18
0.17
35.5
11.4
10.83
8
8062.4
1
400
18
0.02
4.20
11.4
11.4
9
8062.4
4.4
500
12
0.6
55.7
3.47
15.3
本设计只针对此水泥窑的含尘风量,对于其他水泥窑,需要根据具体风量重新选择合适的除尘器和风机.还可进一步对其中烟气的流动特性进行研究.在实际应用中,可根据现场实际情况适当调整系统方案,如更改送风管道路线,并根据由此产生的压力损失变化,调整引风机的型号等,以适应实际需要.由于选择袋式除尘器作为净化装置,为防止烧袋、糊袋,需采取措施将烟气温度控制在80～120℃之间;其次滤袋需要定期清灰,清灰方式主要有脉喷与反吹风两种.由于水泥窑烟气波动性很大,反吹风式袋除尘器在窑尾烟气的治理中更具有适应性.一般情况下,采用袋式除尘都能基本满足达标排放的要求.
【参 考 文 献】
[1] 黄少文,吴波英.我国水泥工业的资源与环境问题及对策[J].新世纪水泥导报,2004（增刊）:
41242.
[2] 何新平,成庚生,封 评.中国水泥行业环保装备产业现状与发展趋势[J].水泥工程,2003
（1）:
65269.
[3] 曾昌伍.水泥回转窑烟气治理探讨[J].中国环保产业,2009（5）:
57259.
[4] 孙一坚，工业通风[M]中国建筑工业出版社：
2010，3，第四版
[5] 胡传鼎，通风除尘设备设计手册[M].h化学工艺出版社,2003,9，第一版
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