水泥厂回转窑窑尾烟尘治理Word格式.docx
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<1.3%,原料中要求
<4%。
3)
水泥熟料中含少量的P2O5对水泥的水化和硬化有益。
当水泥熟料中
含量在0.3%时,效果最好,但超过1%时,熟料强度便显著下降。
含量应限制。
4)
水泥熟料中含有适量的
,对水泥的硬化过程有强化作用。
当
含量达0.5~1.0%,强化作用最显著,超过3%时,水泥强度就要降低。
如果含量继续增加,水泥就会溃裂。
因此在石灰石原料中应控制
<2.0%。
2、硅酸盐水泥生产的辅助原料
(1)校正原料
1)铁质校正原料:
补充生料中
的不足,主要为硫铁矿渣和铅矿渣等。
2)硅质校正原料:
的不足,主要有硅藻土等。
3)铝质校正原料:
的不足,主要有铝钒土、煤矸石、铁钒土等。
3、校正原料的质量要求
硅质原料硅
率(%)
(%)
>4.070~90<4.0
铁质原料
>40%
铝质原料
>30%
4、缓凝剂:
以天然石膏和磷石膏为主。
掺加量3~5%。
5、工业废渣的利用
(1)赤泥:
烧结法生产氧化铝排出的赤色废渣,以
为主。
掺加石灰质原料可配制成生料。
(2)电石渣:
以
可替代部分石灰石生产水泥。
(3)煤矸石:
可替代粘土生产水泥。
(4)粉煤灰:
可替代粘土配制生料,也可作混合材料。
(5)石煤:
可作不粘土质原料,也可作燃料。
(二)生产工艺
主要包括:
破碎及预均化、生料制备、生料均化、预热分解、水泥熟料的烧成、水泥粉磨、水泥包装及出厂等。
如图1所示
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。
破碎过程要比粉磨过程经济而方便,合理选用破碎设备和和粉磨设备非常重要。
在物料进入粉磨设备之前,尽可能将大块物料破碎至细小、均匀的粒度,以减轻粉磨设备的负荷,提高黂机的产量。
物料破碎后,可减少在运输和贮存过程中不同粒度物料的分离现象,有得于制得成分均匀的生料,提高配料的准确性。
(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。
原料预均化的基本原理就是在物料堆放时,由堆料机把进来的原料连续地按一定的方式堆成尽可能多的相互平行、上下重叠和相同厚度的料层。
取料时,在垂直于料层的方向,尽可能同时切取所有料层,依次切取,直到取完,即“平铺直取”。
意义
(1)均化原料成分,减少质量波动,以利于生产质量更高的熟料,并稳定烧成系统的生产。
(2)扩大矿山资源的利用,提高开采效率,最大限度扩大矿山的覆盖物和夹层,在矿山开采的过程中不出或少出废石。
(3)可以放宽矿山开采的质量和控要求,降低矿山的开采成本。
(4)对黏湿物料适应性强。
(5)为工厂提供长期稳定的原料,也可以在堆场内对不同组分的原料进行配料,使其成为预配料堆场,为稳定生产和提高设备运转率创造条件。
(6)自动化程度高。
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。
工作原理
电动机通过减速装置带动磨盘转动,物料通过锁风喂料装置经下料溜子落到磨盘中央,在离心力的作用下被甩向磨盘边缘交受到磨辊的辗压粉磨,粉碎后的物料从磨盘的边缘溢出,被来自喷嘴高速向上的热气流带起烘干,根据气流速度的不同,部分物料被气流带到高效选粉机内,粗粉经分离后返回到磨盘上,重新粉磨;
细粉则随气流出磨,在系统收尘装置中收集下来,即为产品。
没有被热气流带起的粗颗粒物料,溢出磨盘后被外循环的斗式提升机喂入选粉机,粗颗粒落回磨盘,再次挤压粉磨。
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。
均化原理:
采用空气搅拌,重力作用,产生“漏斗效应”,使生料粉在向下卸落时,尽量切割多层料面,充分混合。
利用不同的流化空气,使库内平行料面发生大小不同的流化膨胀作用,有的区域卸料,有的区域流化,从而使库内料面产生倾斜,进行径向混合均化。
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。
工作原理:
预热器的主要功能是充分利用回转窑和分解炉排出的废气余热加热生料,使生料预热及部分碳酸盐分解。
为了最大限度提高气固间的换热效率,实现整个煅烧系统的优质、高产、低消耗,必需具备气固分散均匀、换热迅速和高效分离三个功能。
(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。
5、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。
在回转窑中碳酸盐进一步的迅速分解并发生一系列的固相反应,生成水泥熟料中的等矿物。
随着物料温度升高近时等矿物会变成液相,溶解于液相中的和进行反应生成大量(熟料)。
熟料烧成后,温度开始降低。
最后由水泥熟料冷却机将回转窑卸出的高温熟料冷却到下游输送、贮存库和水泥磨所能承受的温度,同时回收高温熟料的显热,提高系统的热效率和熟料质量。
6、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。
7、水泥包装
水泥出厂有袋装和散装两种发运方式。
表1水泥生产工艺流程图
二、烟尘的来源与性质
(一)窑窑尾烟尘烟尘来源
回转窑生产工艺中,生料由窑尾悬浮预热器下料口喂入后,逐级与窑内的热气流进行充分热交换并实现气体粉尘与固体颗粒的分离,完成预热、分解和烧成的熟料则由窑头冷却后排出,因此,回转窑窑尾排出的烟气非常复杂,即含有生料带入的飞灰,又含有经过一系列物理化学反应而形成的大量烟尘气体。
回转窑窑头冷却机的作用是由高压鼓风机鼓入强烈的冷空气,使高温熟料得到急剧冷却,而冷空气与熟料进行热交换后,一部分作为二次空情进去回转窑,多余的废气可利用其部分或全部作为其他用途的热源,或经收尘后排入大气。
表1列出了粉尘粒径对人的呼吸系统的影响.
表1 粉尘粒径对人的呼吸系统的影响
粉尘粒径/μm>
>
30
5~10
3~5
1~3
0.1~1
0.1
对人的呼吸系统的影响
肉眼便可看到
鼻腔或上呼吸道中可以除去
在呼吸道中可除去
要在肺泡中除去
会在肺泡中沉积,造成肺部硬化。
可与呼吸空气一起进出
(二)回转窑窑尾烟尘的性质
回转窑烟尘的主要特点:
回转窑窑尾烟尘的烟气量大,温度高,粉尘浓度高,粉尘细而且粘,比电阻值高而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比较大。
表2中列出了各类尘源部位排出的粉尘的特性指标,从表2可以看出,水泥厂对大气的污染主要来自烧成系统的窑头、窑尾,其主要污染物为高温含尘气体,如果治理不好,对几公里甚至几十公里范围的环境污染都很大。
表2各类尘源部位排除粉尘的性质
三、烟尘的浓度与处理要求
(一)原材料的除尘
经查阅资料可得:
烟气排放量:
43200m3/h;
烟尘浓度:
6g/m3;
烟气温度:
120℃;
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,效果比较差,近年来改用袋式除尘器。
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,在过滤风俗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器;
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。
针对粘土好难过甘系统除尘,需要进行高温抗结露,主题防腐、保温、温度自动控制和调节;
而对于烘干机滤料的选取首先要考虑用高温滤料,采用LFEF系列袋式除尘器较好。
(二)回转窑窑尾烟尘的治理
水泥企业按过去的环保标准,在回转窑的窑尾基本都是安装了电除尘器,其优势在于不需另设增湿调质装置,流程简单,投资低。
九十年代末,袋式除尘器以其连续,稳定和高效的有点用于回转窑窑尾处理的企业越来越多。
尤其是执行了新的国家标准后,不少窑尾的电除尘器不能达标,需改造为袋式除尘器。
目前,国内回转窑窑尾有不少带余热发电锅,烟气温度一般为200-400℃。
露点为35℃左右,可直接使用涤纶脉冲袋式除尘器,过滤风俗经济值为0.8—1.0m/min。
烟气不许冷却但要做保温措施,因为在通风不良的烟气滞留区,除尘器外部的局部仍可能低于露点。
采用袋式除尘器可以满足我们的浓度排放
(三)水泥粉的治理
建设较早的水泥厂的水泥磨主要采用反吹风清灰的袋式除尘器,除尘过程中经常出现磨内风速过低(由于与除尘废气配套的排风机处理风量不够)及磨头冒灰,并且操作坏境恶劣,粉墨系统无法达到最佳状态。
另外,含有水泥粉尘的气体,其露点在30—50℃之间,采用这类袋式除尘器时易出现水泥结露,使滤袋易板结,清洗工作量大。
因此以往对除尘器进风管道和壳体加保温层(厚100-150mm),并在磨尾、除尘器卸灰处配锁风装置以免冷风进入除尘器。
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袋。
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,并且阻力底而稳定,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/
。
熟料煅烧是水泥生产中的重要工艺环节,其主要污染物为高温高浓度含尘烟气。
其粉尘排放量可约占整个水泥厂粉尘总排放量的70%左右。
目前,国内水泥厂大部分选用静电除尘器除尘,其特点是:
运行阻力低;
超负荷运行能力强,操作管理相对省事。
但是静电除尘器必须对烟气进行调质处理以提高其除尘效率,如果粉尘排放控制要求严格,即使静电除尘器的设备投资和运行费用大幅度增加,也难以达到粉尘的排放要求
综上所诉,袋式除尘器作为一种高效除尘设备已被广泛应用于水泥企业的各个生产环节,随着水泥生产工艺技术的不断进步,袋式除尘器已不仅仅是环保设备,并且是必不可少的生产设备了。
然而,袋式除尘器运行中出现的问题有50%以上与滤料的选择有关。
当烟气温度高时烧毁滤袋,温度低时产生结露,甚
至使除尘器失效。
掌握滤料性能及其选择方法,对改善袋式除尘器的使用状况具有重要意义。
四、除尘器的选择与治理工艺流程
(一)除尘器的选择
把粉尘从烟气中分离出来的设备叫除尘器或除尘设备。
除尘器的性能用可处理的气体量、气体通过除尘器时的阻力损失和除尘效率来表达。
同时,除尘器的价格、运行和维护费用、使用寿命长短和操作管理的难易也是考虑其性能的重要因素。
除尘器按其作用原理分成以下四类;
1、机械力除尘器包括重力除尘器、惯性除尘器、旋风除尘器等。
这里经常被使用的是旋风除尘器
2、洗涤式除尘器包括水浴式除尘器、泡沫式除尘器,文丘里管除尘器、水膜式除尘器等。
这里主要经常被使用的是文丘里管除尘器。
3、过滤式除尘器包括袋式除尘器和颗粒层除尘器等,当然袋式除尘器是主要的除尘设备。
4、静电除尘器。
以下就以常用的除尘器的各个类型和性质的进行比较,选择最佳的除尘设备。
1、旋风除尘器
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捕集微粒小于5微米的效率不高。
2、文丘里除尘器
其优点是可以处理含尘浓度高的烟气,且能除去0.05—100µ
m的粉尘,
效率可达99%以上。
然而由于其压力损失大,耗能多,所以一般只用
于处理尘径细微或温度较高的烟气。
在耗用相同能耗时,比干式机械除尘器高。
高能耗湿式除尘器清除0.1m以下粉尘粒子,仍有很高效率。
3、袋式除尘器
采用纤维织物作滤科的袋式除尘器(主要讨论),在工业尾气的除尘方面应用较广,除尘效率一般可达99%以上效率高,性能稳定可靠、操作简单,因而获得越来越广泛的应用比电除尘器结构简单、投资省、运行稳定,可以回收高比电阻粉尘。
4、静电除尘器
主要优点
(1)除尘效率能捕集1um以下的细微粉尘,可控制一个合理的除尘效率。
(2)具有高效低阻的特点,电除尘器压力损失仅100~200Pa。
(3)处理烟气量,可达105~106m3/h,可用于高温(可高达500℃)、高压和高湿的场合,能连续运转。
对细粉尘有很高的捕集效率,可高于99%,能耗低,大约0.2~0.4kWh/1000m3。
静电除尘器的缺点:
(1)设备庞大,耗钢多,需高压变电和整流设备,通常高压供电设备的输出峰值电压为70~100KV,故投资高。
(2)制造、安装和管理的技术水平要求较高。
(3)此外,对初始浓度大于30g/cm3的含尘气体需设置预处理装置。
(4)除尘效率受粉尘比电阻影响大,一般对比电阻小于104~105Ω·
cm或大于1012~1015Ω·
cm的粉尘,若不采取一定措施,除尘效率将受到影响。
根据水泥厂烟尘的性质、除尘要求及各种除尘器的优缺点、适用条件等综合比较分析,优先选择袋式除尘器作为本厂的除尘技术。
(二)袋式除尘器的选型
1、袋式除尘器类型选择
常用的袋式除尘器有机械振动清灰、反气流清灰、脉冲喷吹清灰,它们的性质特点如下:
(1)机械振动清灰
机械振动袋式除尘器的过滤风速一般取1.0-2.0m/min,压力损失为800-1200Pa
此类型袋式除尘器的优点是工作性能稳定,清灰效果较好
这种清灰方式的布袋除尘器与其他方式的布袋除尘器比较,对滤袋的机械强度要求最高,而清灰效果不是最好。
(2)反气流清灰
过滤风速一般为0.5-2.0m/min,压力损失控制范围1000-1500Pa
这种清灰方式的除尘器结构简单,清灰效果好,滤袋磨损少,特别适用于粉尘粘性小,玻璃纤维滤袋的情况
上述两种清灰形式的布袋除尘器所选用气布比都必须是低气布比,因此,体积庞大,造价高。
另外,含尘烟气从袋口进入滤袋,袋口处局部烟速大,并存在涡流区,虽然管口设有防磨短管,但滤袋还是比较容易损坏。
随着科技的进步,现在已经不主张采用这两种形式的布袋除尘器。
(3)脉冲喷吹清灰
与前两种形式的布袋除尘器明显的区别是灰在滤袋内部被收集,滤袋靠袋内部的金属笼骨支撑,上端用各种方式固定在花板上。
它的清灰是靠清洁的压缩空气周期性地脉冲喷入滤袋,使滤袋变形,使积存在滤袋外面的灰去掉。
利用4一7atm的压缩空气反吹,压缩空气的脉冲产生冲击波,使滤袋振动,粉尘层脱落
必须选择适当压力的压缩空气和适当的脉冲持续时间(通常为0.1一0.2s)
每清灰一次,叫做一个脉冲,全部滤袋完成一个清灰循环的时间称为脉冲周期,通常为60s脉冲喷吹清灰实现了全自动清灰,净化效率达99%;
过滤负荷较高,滤袋磨损轻,运行安全可靠
通过三种袋式除尘器经济技术性能的比较,应该选择脉冲袋式除尘器,这也是国内外袋式除尘技术发展的方向。
2、滤料的选择
过滤材料是袋除尘器的核心部件,滤料的性能和寿命.决定了袋除尘系统的成败。
最近几年窑尾袋式除尘器大部分采用涤纶覆膜滤料,一部分采用玻璃纤维或芳香族聚酰胺(诺梅克斯)处理时,首先要注意烟气特性对滤料性能的影响.主要考虑烟气的温度、湿度、腐蚀性以及氧化剂等因素。
除了烟气特性外,粉尘浓度、除尘效率、阻力、粉尘剥离率也影响着滤料的选择;
根据行业特点,在相对稳定的一个时期内.一个行业以1至2种经典选择为主,做到简单实用。
窑尾袋除尘器常用过滤材料的具体性能见表:
表3袋式除尘器常用滤料性能对比
综合考虑经济技术性能选择了与脉冲袋式除尘器相适应的涤纶纤维。
(三)烟尘治理工艺流程
由于水泥厂烟气温度在120℃,可以直接先进行脱硫后再除尘。
具体其工艺流程图如图3所示:
图3水泥厂烟尘治理的工艺流程
五、袋式除尘器的设计
(一)袋式除尘器的性能及影响因素
影响袋式除尘器效率的因素有过滤风速、压力损失、滤料的性质、清灰方式、运行工况参数和粉尘的性质等。
1、过滤风速
袋式除尘器的过滤风速是指气体通过滤布时的平均速度。
在工程上市指单位时间内通过单位面积滤布的含尘气体流量。
它代表了袋式除尘器处理气体的能力,是一个重要的技术经济指标。
其计算公式为:
式中
——过滤风速,
Q——气体的体积流量,
A——过滤面积,
2、压力损失
袋式除尘器的压力损失是重要的技术经济指标之一。
它不仅决定除尘器的能量消耗,同时也决定装置的除尘效率和清灰的时间间隔。
3、滤料的性质
选用滤料时必须考虑含尘气体和粉尘的特性,一般要求滤料应具有耐磨、耐腐、阻力低、成本低、及使用寿命长等优点。
4、清灰方式
机械清灰和气流反吹清灰属于间歇式清灰方式,即将除尘器
分为若干个过滤室,逐室切断气路,依次清灰。
这种清灰方式由于没有粉尘外逸现象,因此除尘效率高。
5、袋式除尘器类型的确定
喷吹脉冲袋除尘器是在总结各种袋除尘器应用经验的基础上发展起来的一种新型、高效袋除尘器。
它采用喷吹脉冲清灰技术,增强了滤袋的清灰效果,提高了过滤风速,节省了清灰能耗和缩小了除尘器的体积及占地面积。
除尘器采用PLC可编程控制器,自动控制清灰、输灰的全过程。
因此,该除尘器是一种处理风量大、清灰效果好、除尘效率高、运行可靠、维护方便、占地面积小的大型除尘设备。
其主要特点是:
(1)采用喷吹脉冲技术,清灰效率高,能耗低;
(2)脉冲阀使用寿命长,可靠性高;
(3)喷吹效果好,设备运行阻力小;
(4)安装更换滤袋方便,固定可靠;
(5)相对于反吹风袋除尘器来说,喷吹脉冲袋除尘器的体积和占地面积较小。
6、排放效率计算
某水泥大气污染排放标准(GB4915-1996)生产设备烟尘或粉尘排放限制
回转窖-三级排放浓度
某水泥厂烟尘排放浓度为
排出气体温度为
排放效率
7、过滤面积的计算
烟气排放量为43200
滤袋采用DD-9涤纶,滤袋直径为
,滤袋高度为
,过滤风速为
,所以:
过滤总面积:
每只滤袋的面积:
滤袋数:
条——取256条
8、除尘室的设计
滤袋以正方形16
16的方式布置,滤袋与滤袋之间的间隔为50mm,
花板边长为:
16
200+15
50=3950mm,为设计方便取4000mm
花板的面积为:
4000
4000=16000000mm²
将除尘室分成四个室,每个室的面积为:
200
200=40000mm²
灰斗的设计:
灰斗的上口是200
200的正方形,下口卸灰口是40
40的正方形,斜角是45°
,高度是:
=
=1130mm,
为设计方便取1200mm
灰斗是一个正的锥台体。
表4除尘器的设计参数
袋数
过滤面积
风速
(米2/分钟)
过滤风量
(米3/时)
效率(%)
外形尺寸
(长×
宽×
高)mm³
卸灰口面积
mm²
灰斗高度
mm
256
720
1
43200
90
5000
400
1200
8、滤袋的布置:
滤袋为圆袋式,直径是200mm,高度为4500mm,根据计算结果和设计需要滤袋数取256只,以16行16列的方式排列。
每只滤袋相距50mm。
花板面积取为4000
4000mm²
,进出气口的面积200²
πmm²
卸灰口面积约400×
400mm²
分成四室使用,单室为200×
200的除尘室与上口是200×
200mm,下口是40×
40mm高度为1200mm的正锥台体组成。
图4除尘器的的整体图
图4除尘器的整体结构
图5除尘器的单室(四分之一室)
六、除尘器的运行管理和维护
(一)