水泥厂除尘设计案例课件Word下载.docx
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污染源
粉尘种类
粒径分布（%）
≤10μm
10-40μm
＞40μm
窑尾（含原料粉磨）
水泥窑、生料粉尘
78
16
6
表1-2窑尾（烟）粉尘污染物产生量及排放
污染源名称及编号
风量
（Nm3/h）
温度
（℃）
进口浓度
（g/Nm3）
粉尘产生量
出口浓度
mg/Nm3
粉尘排放量
高度
（m）
内径
日运行
（h）
（kg/h）
（Kg/d）
（kg/d）
窑尾
420000
250
≤80
33600.0
806400
≤50
3.40
81.6
80
3.0
24
2.3设计依据与原则
2.3.1依据
（1）水泥厂的环境影响评价报告书
（2）同类粉尘治理技术和经验
（3）《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2004）
（4）《大气污染防治技术及工程应用》
2.3.2原则
本设计遵循如下原则进行工艺路线的选择及工艺参数的确定：
（1）基础数据可靠，总体布局合理。
（2）避免二次污染，降低能耗，近期远期结合、满足安全要求。
（3）采用成熟、合理、先进的处理工艺，处理能力符合处理要求；
（4）投资少、能耗和运行成本低，操作管理简单，具有适当的安全系数，各工艺参数的选择略有富余，并确保处理后的尾气可以达标排放；
（5）在设计中采用耐腐蚀设备及材料，以延长设施的使用寿命；
（6）废气处理系统的设计考虑事故的排放、设备备用等保护措施；
（7）工程设计及设备安装的验收及资料应满足国家相关专业验收技术规范和标准。
2.4工程设计的范围
2.5设计参数
2.6方案比选
2.6.1综述
目前，国内外用于水泥窑尾除尘都是电、袋两大类收尘器。
且根据《水泥工业除尘工程技术规范》的规定，新型干法窑窑尾推荐使用袋式除尘器或电除尘器[6]。
国内生产的袋除尘器、电除尘器每小时能处理几十到一百多万立方米风量的含尘废气，进口浓度允许超过100g／Nm3。
排放浓度热力设备可控制在50mg／Nm3以下，通风设备可控制在30mg／Nm3以下。
我国水泥回转窑据统计10%使用袋除尘器，90%使用电除尘器，但随着《水泥工业大气污染物排放标准》的出台，袋除尘器应用愈来愈多，国内外均出现“电改袋”的现象。
但袋、电除尘器由于除尘机理不同，应用情况，除尘效果也不尽相同[7]。
2.6.2原理
电除尘器的收尘，主要是在高压电场中使气体电离，进入电场中的尘粒得以荷电，并在电场库仑力的作用下，荷电尘粒趋向收尘极，达到了收尘的目的。
由于能量是直接作用在尘粒上，故能耗根低，且电除尘器由于除了缓慢转动的振打部件外，没有其他运动的部件，维护工作量小，运行费用较低，所以在各种除尘技术中具有显著的优越性。
且净化效率高，处理量变动范围大：
根据条件和要求，可以设计能达到任意净化度（99％～99．9％）和处理量（从几个m3／h到几百万m3／h）的电除尘器，在设计中可以通过不同的操作参数，来满足所要求的净化效率[8]。
袋除尘器是以织物纤维滤料采用过滤技术将空气中的固体颗粒进行分离的设备。
目前主要有纤维过滤，膜过滤（表面覆膜）和粉尘层过滤，具体表现为：
筛分，惯性碰撞；
扩散，重力沉降等综合作用。
目前，国内外滤料表面覆膜过滤技术的应用，使袋除尘器的过滤机理都有所改变。
这种技术对微细粉尘有更高的捕集率，将粉尘阻留在滤料表面，更容易剥离。
国内生产的袋除尘器可达到99．99%的除尘效率，已趋近“零排放”。
2.6.3存在的问题
他们各自亦存在着相应的问题。
电除尘器在实际运行中是一个极为复杂的过程，会受到诸多因素影响，从理论计算的除尘效率与实际运行数据相差较大，这些因素包括物理、电力、流体力学等，而最强干扰作用，是烟气和粉尘的性质，如粉尘的比电阻，电收尘器对粉尘的比电阻有严格的要求，当比电阻在105～1011Ω·
cm收尘效果最好，比电阻低于104Ω·
cm时（低阻型）粉尘导电良好,当粉尘比电阻在1011以上时（高阻型）（也有把p>
5×
1010Ω·
cm定为高比电阻粉尘，会出现反电晕现象，在集尘极和物料层中形成大量阳离子，中和了迎面而来的阴离子，使电能消耗增加，净化操作恶化，甚至无法操作[9]，故对粉尘有一定的选择性，不能使所有粉尘都获得很高的净化效率。
并且受气体的温度和湿度等条件影响较大，同一种粉尘如在不同温度、湿度下操作，所达到的除尘效果不同[10]。
另外，化学成分、尘粒分布、压力、气体流速等等也会对除尘效率产生影响。
同时电除尘器对微细粒子处理能力有限。
ESP对人体健康危害最大的O．1～2μm的尘粒的除尘效率较差[11]。
电除尘器的存在的另一个问题是，电除尘器虽然除尘效率高但设备比较复杂，造价高，对运行、安装以及维护管理水平要求较高。
对一些中小企业来说是无法负担的，所以其使用范围局限于一些大型企业。
另外，水泥回转窑窑尾用电除尘器时，为了使电除尘器安全运行，设置了CO采样分析，超标自动停止向电极供电功能。
回转窑正常工作时，废气中CO浓度为0.5%左右，其浓度超过1.5%时报警，超过2%时则自动切断电源，关闭高压硅整流器，这时电除尘器仅是一个烟气通道，粉尘对空排放。
这样就造成电除尘器与窑系统不同步运行问题导致污染物排放量急剧增加。
根据对水泥生产中电除尘器运行情况的了解，大部分生产厂CO超标时间都在1%左右，部分超过2%，几乎每天都有1次以上超标排放。
一般情况下认为要使CO超标时间控制在0．5以下比较困难。
按CO超标时间0.5%计算，由于CO超标引起的电除尘器年超标排放总量与除尘器正常达标排放总量相当，可见CO超标引起的粉尘排放总量相当惊人。
故使用电除尘器，需安装现代化的自动测量与控制系统，进行精确、有效的工艺控制。
保证电除尘器与水泥窑完全同步运行，实现起来难度很大。
通常袋除尘器在这方面有明显优势。
而袋除尘器则存在运行阻力问题。
袋除尘器运行阻力较高，（1000～1700Pa）超负荷通过能力较差，运行时阻力能耗比电除尘器大。
对不同工况变化，袋除尘器入口及本体易产生正压现象。
压力损失大（～1500Pa），且波动较大。
袋除尘器的除尘效率很大程度上取决于滤袋。
普通滤袋耐低温能力差（只能处理小于230℃的气体[12]），而耐高温滤料价钱又过高，使成本增加。
而且，滤袋由于容易破损，寿命不长，更换周期一般较短，一般为一年。
另外，滤袋受烟气湿度影响大，烟气湿度的高低改变露点，露点越高越易引起结露、糊袋，影响除尘器过滤性能，增加阻力。
在维护费用方面，电除尘器的使用寿命一般在l0年以上，在正常工况使用下，每年的维护费用约为一次性投资的5％，甚至更低。
当袋除尘器采用进口覆膜滤料时，其使用寿命一般为3-4年，在袋除尘器的总投资中，滤袋的费用约占设备总投资的65％～70％，每年滤袋的换袋维护费用约为设备总投资的20％～25％。
仅袋除尘器滤袋的换袋费用，就是电除尘器维护费用的3倍左右。
[13]
2.6.4方案比选
综上所述，袋、电除尘器各自存在着其优点及不足，在此，在综合考虑本项目设计各项指标的基础上，对这两种方案进行比选，力求达到最优化设计。
下表对电、袋除尘的主要优缺点、性能、及总体经济投资做了比较。
电除尘器和袋除尘器的主要优缺点比较
电除尘器
袋除尘器
优点
1.可以处理较高温度的烟气（～400℃）
2.压力损失较小（约200～250Pa）
3.维护费用低，较耐用
1.操作简单
2.较低的爆炸危险
3.受烟气性质变化影响小，对粉尘的性质适应性广
4.出口排放浓度随入口含尘浓度的变化不大
缺点
1.存在爆炸的危险
2.故障排放较频繁
3.受烟气性质变化影响大，对粉尘的适应性差
1.用于烟气温度较低的场合（小于230℃）
2.压力损失大（～1500Pa），且波动较大
3.投资和操作维护费用高
4.对湿度大的粉尘易堵塞
电、袋除尘器性能比较表
项目
处理风量
能处理大规模的工业废气
相对电除尘器偏小
排放情况
一般5Omg/Nm3排放情况，可以达到30mg/Nm3
一般30mg／Nm3，可达到10mg／Nm3
阻力
较小，≤300Pa
偏大，≤1700Pa
对废气温度要求
≤400℃
≤250℃
对粉尘特性的要求
比较严格，要求控制烟气粉尘比电阻为104～1011Ω
一般，对粉尘比电阻没有要求
设备维护
简单
较高
一次性投资
一般
运行成本
维护成本
电除尘器和袋收尘器总体经济对比表（单位：
万元）
生产线规模
2000t／d
收尘器类型
设备一次投资
259
638
消耗费用
装机年能耗费用
85.2
46.7
克服阻力年能耗费用
12.1
91.1
年维护费用
<
15
>
10
合计
112.3
242．8
说明：
此表为国内某大型环保企业做的比较
2.7方案确定及工艺流程
2.7.1方案确定
由于本设计按要求达50mg／m3，电、袋两种除尘方式均可做到达标排放。
而通过以上经济技术指标的对比，同时借鉴以往烟气处理经验（通常对于烟气量小于1O0000m3／h以下时，布袋除尘器比ESP效果较好。
但是当烟气量大于100000m3／h时，两者就会有较大差距并随着烟气量的加，袋式除尘器的总投资会明显提高），在本项目烟气处理量420000m3／h的情况下，电除尘有着明显的优势。
当排放浓度（标准状况）要求为不大于30mg／m3时，从低浓度排放和设备达标运行稳定性方面出发，在窑尾选用袋收尘器为宜[14]。
而本设计只要求达到50mg／m3，电除尘器已能满足其要求。
另外，考虑到电晕封闭——烟气含尘浓度增大，电场电流会减小，当含尘浓度大于临界值时，电场电流趋向于零，除尘作用失败[15]。
而本项目窑尾烟气粉尘含量不大于80g／Nm3，在电收尘允许范围（不大于100g／Nm3）内，适合于使用电收尘。
综上所述，本设计在综合考虑各方因素的情况下，本设计拟采用电除尘。
2.7.2工艺流程
其工艺流程如下：
窑尾电除尘工艺流程图
三、设计计算与选型
3.1增湿塔选型
由于窑尾粉尘粒度很细，且含尘浓度较高，特别是烟气的湿含量很低，致使粉尘的比电阻往往高于临界值，所以一般电收尘器的效果很差。
因此烟气在通入电除尘器之前，需要对烟气进行调质，使粉尘比电阻降到临界值以下，以提高收尘效率。
3.1.1增湿塔型式的选择
据有关经验，本工艺设计中的增湿塔采用上进风下出风上部顺流喷雾形式。
气流从上而下，喷嘴安装在增湿塔的上部，这种配置方式，烟气和水滴的热交换条件较好，水滴也不易落入下部灰斗。
3.1.2增湿塔内径尺寸
增湿塔直径根据断面风速确定。
通常控制风速为1.5～2.0m/s。
设计选型中，断面风速按最大负荷时，取最高值～2m/s进行选取以求经济合理。
D=
=
=8.62（m）
=8620mm
3.1.3增湿塔有效高度
增湿塔的有效高度取决于喷嘴喷入水滴所需的蒸发时间。
而蒸发时间与水滴的大小和烟气的进出口湿度有关。
在水泥生产上对于增湿塔的水滴蒸发时间可取7～10s。
h=vt=2×
10=20（m）
3.1.4增湿塔喷水量计算
根据《除尘技术手册》，对于水泥窑烟气喷雾增湿的估算，一般可按增加1%湿含量，1m3烟气约需喷水9～10g。
所以，喷水量约为4.2t/h。
喷水量应在整个流量范围内灵活调节。
所以根据以上计算的增湿塔内径、有效高度、喷水量以及相关数据，从增湿塔型号表可查到增湿塔的型号，选用SJ-ZT系列规格为¢
9.0×
22的增湿塔。
其相关指标如下表
规格
处理烟气量Nm3/h
进气温度
出气温度
喷水量
（t/h）
喷嘴
形式
压力（Kpa）
数量
¢
22
458000
350
120～150
20
内外流式
1960
14
3.2、电除尘器设计
3.2.1电除尘器型号的确定
设计选用单区电除尘器，即粒子的捕集和荷电是在同一个区域中进行的。
单区电除尘器按结构可分为立式和卧式电除尘。
立式电除尘器中的气流是自下而上垂直运动，一般用于烟气量较小、除尘效率不太高的情况。
立式除尘器较高，气体通常直接排入大气，所以在正压下进行。
他的主要优点是占地面积小。
卧式电除尘器内的气流是沿水平方向流动。
它的优点是按照不同除尘效率的要求，可任意增加电场长度和电场个数；
能分段供电；
适合于负压操作，引风机的寿命较长。
本设计由于烟气量较大，电场多，分段供电等，因此采用卧式电除尘器。
按清灰方式可分干式和湿式。
干式清灰是通过冲击振动来剥离电极上的粉尘，收集的粉尘是干燥的，便于综合利用。
湿式清灰是用水冲洗电极，一般只在易爆气体净化或烟气温度过高，没有泥浆处理设备时才使用。
设计清灰采用干式。
按电极形状可分板式、管式和棒帏式电除尘器。
板式电除尘器的收尘极呈板状。
为了减少粉尘的二次飞扬和增加极板的刚度，通常将极板轧制成不同的凹凸槽型。
管式电除尘器的收尘极由一根或一组截面呈圆形、六角形或方形的管子构成，放电极位于管子中心。
通常用于除去气体中的液滴。
棒帏式电收尘器的收尘使用¢
8钢筋编成棒帏状，它结实，耐腐蚀，不易变形，但自重大，耗钢材多。
本设计采用板式电除尘。
按电极的大小分常规电除尘和宽间距电除尘器。
同极距在400mm以上的成为宽间距电除尘，它在本体结构上与常规电除尘没有根本区别，但由于间距的加大，供电机组电压提高，有效电场强度大，板电流密度均匀，趋进速度提高，有利于净化高比电阻粉尘，因此，本设计采用宽间距电除尘。
综上所述，本次设计采用的是卧式、板式、宽间距电除尘器。
3.2.2主要参数
3.2.2.1已知参数
Q=420000m3/h
Cin
g/m3
Cout
3
3.2.2.2基本设计参数及其计算
（1）计算收尘极面积A
根据《大气污染防治技术及工程应用》水泥工业粉尘的有效驱进速度为0.095m/s左右比较合理，故初取w为0.095m/s。
又由《水泥工业除尘技术规范》（HJ434-2008）规定，除尘效率至少应达99.9%。
=
=99.9%
故，根据德意希公式有：
A=
㏑
=8483（m2）
即要达到50mg/Nm3的排放标准，收尘面积最少为8483m2，考虑入口浓度、烟气温度等工况不利因素留4%的余量，A′=A（1+4%）=8822（m2）
再反算
㏑（1-0.999）=-
㏑（1-0.999）=0.091（m/s）
即只要w达到0.091m/s即可获得目标收尘效率。
取0.095m/s为驱进速度作为设计依据，这样算出的收尘面积既有一定余量，也不至于使设备选型过大，是较为适合的设计依据值。
（2）比集尘面积
f=
=75.6
（3）电场数（n）的确定
在卧式电除尘器中，一般可将电极沿气流方向分为几段，即通称几个电场。
为适应粉尘的特性，达到较好的供电效果和电极清灰性能，单电场长度不宜过大，一般取3.5～5.4m，要求净化效率高的电除尘器，一般选用3～4个电场。
本次设计由于除尘效率较高，故选4个电场。
（4）通道宽度（2b）
通道宽度2b（b为电晕线到集尘电极之间的极间距），由前所述，采用宽间距，就经济和技术而言，通常认为极间距400～600mm比较合理，（文献：
环保设备设计与应用）在此，借鉴国内其他水泥厂的除尘设备设置，选用400mm的宽间距。
3.2.3结构设计
（一）壳体结构与几何尺寸
①.电场风速及有效断面（初定）
根据《水泥工业除尘技术规范》（HJ434-2008）规定，干法水泥窑尾风速v小于等于0.85m/s，参考行业经验，取电场风速为0.8m/s。
故电场有效断面积为
F‵=
=145.83（m2）﹥80m2采用双进气。
对板卧式电除尘器而言，其电场断面接近正方形，或高略大于宽（一般高与宽之比为1～1.3）
极板有效高度h=
=8.54（m）圆整为：
h=9m。
②.通道数
Z=
=40.5圆整为：
Z=40
③.电场有效宽度
B有效=Z
2b=40
0.4=16（m）
.电场长度
单电场长度为l=
=3.06（m）
将l值按每块板0.5的倍数圆整，取l=3.5m
总有效长度L有效=nl=4×
3.5=14（m）
④.校核
（1）实际气体速度
v=
=0.81（m/s）
（2）实际气体在除尘器停留时间
t=
=17.3s
（3）实际有效截面积
F==hB有效=9
16=144（m2）
⑤.电除尘器总体尺寸的确定
（1）除尘器内壁宽度
B=2b
Z+4Δ+e′=400×
40+4×
100+320=16720mm
式中，Δ为最外层的一排极板中心线与内壁的距离，取100mm，e′为柱的宽度，取320mm。
（2）计算柱间距
电除尘器在与气流流动方向垂直断面上的柱间距
Lk=（B+e′）/m=（16720+320）/2=8520（m）
式中,e′为柱的宽度，取320mm，m为室数。
（3）电除尘器在沿气流方向上的柱距长
Ld=l+2le+C=3000+2×
700+400=4800mm
式中,le为立柱至阳极板边缘的垂直距离，取700mm；
C为柱的宽度，取400mm。
（4）从收尘器顶梁底面到灰斗上端面的距离
H1=h+h1+h2+h3=9000+200+40+200=9440（mm）
式中,h——电场高度；
h1——从收尘器顶梁底面到阳极板上端的距离，取200mm；
h2——收尘极下端至撞击杆中心的距离，取40mm；
h3——撞击杆中心到灰斗上端的距离，取200mm
（5）灰斗上端到支柱基础面距离
根据电除尘器的大小，可取H2=1000
图一电除尘器横断面图
⑥.电除尘器零部件的设计和计算
（1）进气烟箱
采用水平进气，用双进气烟箱，并取v0=10m/s，进气口面积为：
F0=
=5.8（m2）
进气烟箱大端的顶端可距梁底面350mm左右，以防止窜气。
为防止粉尘在进气烟箱底板的沉积，底板的斜度需大于50°
。
考虑到进气口尽可能与电场断面相似，可取F0=2560×
2270（mm2）
进气烟箱长度Lz=0.55（a1-a2）+250=0.55（9440-350-600-2900）+250=3324（mm）
进气中心高度（从进气中心至侧部低梁下端面）H3为
H3=（Lz-100）tg50°
+600+850+0.5×
2900=6742（mm）
图二进气烟箱
（2）出气烟箱
出气烟箱采取水平出气方式，并设置槽型板，取各出气烟箱小端截面F0′=F0=2.56×
2.27=5.8（m2）
出气烟箱大端的顶端取在顶梁底面下350mm处。
出气烟箱大端高度h5：
h5≥0.8a1+0.2a2+170=0.8（9440-350-600）+0.2×
2900+170=7542（mm）
出气烟箱底板斜度取60°
以上。
出气烟箱长度LW:
LW=0.8L2=0.8×
3324=2659（mm）
图三出气烟箱
（3）灰斗
根据《电除尘技术》，采用四棱台状灰斗，在除尘器每个独立供电区下面设置一个灰斗，灰斗斜度至少取60°
根据排灰量，灰斗下料口选取400mm×
400mm，灰斗高取3500mm。
在沿气流方向设4个灰斗，与气流垂直方向设4个灰斗，即每个区两个灰斗，共16个灰斗。
灰斗采用钢结构，并在灰
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