水泥厂配料车间粉尘污染治理工程(课程)设计2013

'大气污染控制工程课程设计项目水泥厂配料车间粉尘污染治理工程(课程)设计学院环境科学与工程学院专业环境工程年级班别10环境工程2班学号311*******学生姓名肥敏指导教师王玉洁2013年6月 目录前言2一、设计题目及要求21.设计基础资料22.设计要求2二、设计概述2三、设计计算3（一）集气罩设计：31、集气罩32、尺寸确定：33、风量计算4（二）一级除尘器设计：41、选择旋风除尘器：42、旋风除尘器选型计算53、反算校核进口气速v及压力损失P64、该旋风除尘器的除尘效率6（三）二级除尘器设计：71、二级除尘要求72、除尘器选型73、对脉冲喷吹袋式除尘器选型计算84.过滤气速校核85.除尘效率校核86.整套水泥厂车间除尘的总效率，旋风除尘器与袋式除尘器串联运行：8（四）管道设计：91、管道系统各段压力损失及管径计算92、除尘器系统总压力损失113、管道计算数据汇总12（五）风机和电机的选择：12四、心得体会13参考资料13附件13 前言对于生产过程散发到车间空气中的污染物，只要采用合理的通风方式，控制住室内二次气流的运动，就可以控制污染物的扩散和飞扬，从而达到改善车间内外空气环境质量的目的。局部排气通风方式就是在局部污染源设置集气罩，将污染气流不记起来并经净化装置净化后排至室外。这是控制车间空气污染最常用、最有效的方法。一、设计题目及要求题目: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l计量皮带宽度:450mml配料皮带宽度:700mml皮带转换落差:500mml立轴破碎机：直径1200mml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<1010~2020~3030~40>40质量频率/%25252020102.设计要求l排放浓度小于50mg/m3l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.l计算旋风除尘器的分级除尘效率和除尘系统的总效率.l选择风机和电机l绘制除尘系统平面布置图l绘制除尘器本体结构图l编制设计说明书.二、设计概述 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，原料在炉内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。本设计的水泥厂配料车间粉尘的净化系统，采用集气罩收集粉尘，再分别经旋风除尘器和布袋除尘器进行净化除尘。工艺流程如下：集气罩→旋风除尘器→布袋除尘器→风机→烟囱一、设计计算（一）集气罩设计：1、集气罩集气罩按气流流动方式可分为两大类：吸气式集气罩和吹气式集气罩。利用吸气气流捕集污染空气的集气罩为吸气式集气罩，利用吹吸气流来控制污染物扩散的装置即吹气式集气罩。按集气罩与污染源的相对位置已经密闭情况还可以将吸气式集气罩分为密闭罩、柜式排气罩、外部集气罩、接受式集气罩。本设计采用密闭集气罩，密闭罩是将污染源的局部或整体密闭起来的一种集气罩。其作用原理是污染物的扩散限制在一个很小的密闭空间内，仅在必须留出的招商开口缝隙处吸入若干室内空气，使罩内保持一定的负压，达到防止污染物外逸的目的。密闭罩与其他类型集气罩相比，具有所需排风量少、控制效果好且不受室内横向气流的干扰。按照设计条件，在皮带转落点、破碎机处设置密闭罩。设计原则：①　改善排放粉尘有害物的工艺和环境，尽量减少粉尘排放及危害。②　集气罩尽量靠近污染源并将其包围起来。③　决定集气罩的安装位置和排气方向。④　决定开口周围的环境条件。⑤　防止集气罩周围的紊流。⑥　决定控制风速。具体设计为：在每个皮带转落点处设置1个局部密闭罩，本系统共有6个皮带转落点，故设置6个局部密闭罩。2、尺寸确定： 采用密闭式集气罩，规格为800mm×800mm×1200mm。简图如下，详图见车间平面图纸。图1.集气罩示意图3、风量计算对于密闭集气罩，根据经验数据，吸风断面速度为0.5~0.8m/s，选取v=0.7m/s，则吸风量：由水泥厂车间平面图可知，有6个转运点，则总风量：（二）一级除尘器设计：1、选择旋风除尘器：旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气体中分离的装置。它结构简单，应用广泛，种类繁多。旋风除尘器具有以下几个特点：1)结构简单，造价低，占地面积小，对大于10微米的粉尘有较高的分离效率。2)无传动机构和运动部件，操作维护简单。 1)可用于高温含尘烟气的净化，可承受内外压力。2)可干法清灰，可用以回收有价值的粉尘。3)压力损失比沉降室和惯性除尘器高。4)除尘器敷设耐磨、耐热、耐腐蚀材料，可净化含高腐蚀性粉尘的烟气。2、旋风除尘器选型计算（1）选取XLP/B,型旋风除尘器，取进口气速为16m/s根据进口气速，求压力损失由《大气污染控制工程》P169的表6-1查得XLP/B型旋风除尘器的局部阻力系5.8；由《化工原理》第四版P334附录八查得空气20℃的密度为1.205kg/m3，粘度为1.81×10-5pa·s。所以符合《大气污染控制工程》P177表6-3中所对应的压力损失。进口截面积：，入口宽度:筒体直径：D=3.33×b=3.33×0.291=0.87m（2）根据上所要求的尺寸及《除尘器手册》P110表4-19，XLP/B产品系列，选用XLP/B-9.4型号尺寸的旋风除尘器 图2.XLP/B-9.4型号的旋风除尘器表1.XLP/B-9.4型号的旋风除尘器尺寸型号尺寸/mm质量/kgXLP/B-9.4DHH1H2H3H43479404110244010556151600ABC1C2C3L12805602354502356303、反算校核进口气速v及压力损失P符合范围符合范围4、该旋风除尘器的除尘效率（1）涡流系数n（2）气流在交界面上的切向速度假定接近圆筒壁的气流切向速度v近似等于气流的入口速度，即v=17m/s，取内外交界面圆柱的直径为：de=0.6D=0.6×0.87=0.522m外涡旋交界面圆柱的直径d0=（0.6~1.0）de=0.8×0.522m=0.418m气流在交界面上的切向速度：（3）外涡旋气流平均径向速度：交界面圆柱面高:交界面圆柱面直径:（4）分割直径为： --工作温度下,粉尘的真密度kg/m3由《除尘器手册》P17表1-9：主要工业粉尘密度，查得水泥原料尘真密度为2760kg/m320℃，（5）根据雷思—利希特模式计算除尘器对各分布粒径的分级效率由此可计算除尘效率如下表：表2.D=870mm的旋风除尘器分级效率计算表粒径范围dp/μm＜1010~2020~3030~40>40平均粒径范围/μm515253540质量百分数gi/%2525202010分级效率ηi/%52.4276.4086.0191.0292.67总效率η/%ηigi/%13.1119.1017.2018.209.27η=∑ηigi76.88（三）二级除尘器设计：1、二级除尘要求为安全起见，取旋风除尘器的总效率为75%,则二级除尘系统的进口浓度为（1-75%）×2000=500mg/m3二级除尘器出口浓度应控制在50mg/m3以下，则二级除尘器最低除尘效率为：2、除尘器选型（1）分析水泥厂车间粉尘的特点在水泥生产线中，煤粉制备系统的粉尘净化一般都采用防爆除尘器，水泥煤粉制备系统的废气大都具有以下特点：粉尘浓度高、挥发份高、粒度小、易结露有腐蚀性、有燃爆的可能性。 （2）电除尘器与袋式除尘器的选择本设计采用的除尘器，具有占地面积小，设备高度低，质量轻，便于室内布置，除尘效率高，投资费用少等特点。模块式箱体结构使搬运和安装简单方便。采用上进气结构，便于粉尘沉降，提高清灰效果，降低设备压力，在一定程度上避免了一般袋式除尘器占地面积大，造价高，系统复杂的缺点。袋式除尘器要具有较高的过滤效果需要达到三方面的要求。(1)除尘器的滤袋要采用能适应不同工作状况的优质滤料，同时也要注意滤料的加工质量。(2)要求具有强劲可靠的清灰机构，控制设备阻力。(3)具有完善合理的自动控制程序，保证除尘设备连续稳定地运转。3、对脉冲喷吹袋式除尘器选型计算过滤气速取3m/min总过滤面积再结合烟气量Q=2.7×3600=9720m3/h,根据《保护设备选用手册大气污染控制设备》P67，选用MC72-Ⅱ型脉冲袋式除尘器，该除尘器具有除尘效率高，过滤风速大，滤袋寿命长等优点；再根据《大气污染控制》P222表6-10袋式除尘器的使用情况，水泥粉尘选用玻璃纤维滤料。表3.MC72-Ⅱ型脉冲袋式除尘器的主要技术参数过滤面积（m2）54设备阻力（mmH2O）120~150滤袋数量（条）72过滤风速（m/min）2~4脉冲阀数量（个）12入口含尘浓度（g/m3）3~15处理风量（m3/h）6450~12900清灰用气源压力（kg/cm）4最大外型尺寸（长×宽×高）（mm）1730×2260×3676配用风机型号离心式风机4-72-11-6c脉冲控制仪表JMK-2型脉冲控制仪压缩空气耗量（m3/min）0.25~1滤袋规格（直径×长度）（mm）1230×2040设备质量（kg）1680除尘效率（%）97~99注：清灰用压缩空气耗量是按喷吹周期0.5-2分钟/次，喷吹时间0.2秒，喷吹一次每个阀耗气量为0.0035米3。4.过滤气速校核符合选型及设计要求5.除尘效率校核经MC72-Ⅱ型脉冲袋式除尘器后气体的出口浓度为（1-97%）500=15mg/m3<50mg/m36.整套水泥厂车间除尘的总效率，旋风除尘器与袋式除尘器串联运行： （四）管道设计：1、管道系统各段压力损失及管径计算图3.管道布设示意图A1B1=1.0m；B1B2=2.0m；B2B3=2.0m；B3C=5.0m；DE=3.0m；FG=3.0m全部管道使用无缝钢管，其绝对粗糙度K=0.15mm，大部分情况下，管道中气流呈湍流状态，104＜Re＜106，对应0.02＜λ＜0.03。又据《大气污染控制工程》P539表14-2查得水泥配料车间的粉尘最低气流速度垂直管为8~12m/s，水平管为18~22m/s。综合二者，假设管道系统风速为18m/s（1）A1B1段：长1.0m，Q1=0.45m3/s根据《环境工程设计手册》P63表1.4.1圆形风管统一规格，选用除尘风管外径170mm，壁厚1.5mm，则管段中实际风速为弯头选用90°圆形弯头，集气罩采用伞型罩（圆型），查《环境工程设计手册》P83表1.4.7部分管件的局部阻力系数，集气罩ξ1=0.12，90°弯头ξ2=0.25，直流三通ξ3=0.12（对应直通管动压的局部损失）,查“计算表”，P70除尘风管计算表，有λ/d=0.123，动压为235.3Pa，各管件局部压力损失系数为ξ1+ξ2+ξ3。压力损失为： （2）B1B2段：长2.0m，Q2=2Q1=0.90m3/s根据《环境工程设计手册》P63表1.4.1圆形风管统一规格，选用除尘风管外径240mm，壁厚1.5mm，则管段中实际风速为查《环境工程设计手册》P83表1.4.7部分管件的局部阻力系数，直流三通ξ3=0.12（对应直通管动压的局部损失）,查“计算表”，P70除尘风管计算表，有λ/d=0.0796，动压为237.7Pa，各管件局部压力损失系数为ξ3。压力损失为：（3）B2B3段：长2.0m，Q3=4Q1=1.80m3/s根据《环境工程设计手册》P63表1.4.1圆形风管统一规格，选用除尘风管外径340mm，壁厚1.5mm，则管段中实际风速为查《环境工程设计手册》P83表1.4.7部分管件的局部阻力系数，直流三通ξ3=0.12（对应直通管动压的局部损失）,查“计算表”，P70除尘风管计算表，有λ/d=0.0517，动压为235.3Pa，各管件局部压力损失系数为ξ3。压力损失为：（4）B3C段：长5.0m，Q4=6Q1=2.70m3/s根据《环境工程设计手册》P63表1.4.1圆形风管统一规格，选用除尘风管外径420mm，壁厚1.5mm，则管段中实际风速为查《环境工程设计手册》P83表1.4.7部分管件的局部阻力系数，90°弯头ξ2=0.25,查 “计算表”，P70除尘风管计算表，有λ/d=0.0399，动压为225.9Pa，各管件局部压力损失系数为2ξ2。压力损失为：（5）DE段：长3m假设旋风除尘器有5%的漏风率，则实际风量为Q5=（1+5%）Q4=2.84m3/s根据《环境工程设计手册》P63表1.4.1圆形风管统一规格，选用除尘风管外径420mm，壁厚1.5mm，则管段中实际风速为查《环境工程设计手册》P83表1.4.7部分管件的局部阻力系数，90°弯头ξ2=0.25,查“计算表”，P70除尘风管计算表，有λ/d=0.0398，动压为252.3Pa，各管件局部压力损失系数为3ξ2：压力损失为：（6）FG段：长3m假设旋风除尘器有5%的漏风率，则实际风量为Q6=（1+5%）Q5=2.98m3/s根据《环境工程设计手册》P63表1.4.1圆形风管统一规格，选用除尘风管外径420mm，壁厚1.5mm，则管段中实际风速为查《环境工程设计手册》P83表1.4.7部分管件的局部阻力系数，90°弯头ξ2=0.25,查“计算表”，P70除尘风管计算表，有λ/d=0.0397，动压为277.4Pa，各管件局部压力损失系数为2ξ2。压力损失为：2、除尘器系统总压力损失 旋风除尘器设备的压力损失为859.1Pa；布袋除尘器的设备损失为130mm，即1274Pa。ΔP=6ΔP1+ΔP2+ΔP3+ΔP4+ΔP5+ΔP6+ΔP旋风+ΔP布袋=6×144.2+66.4+52.6+99.3+219.3++171.7+859.1+1274=3607.6Pa3、管道计算数据汇总表4.管道计算汇总表管段编号流量（m3/s）管径（mm）流速（m/s）管长（m）管段总压损（Pa）同等管段段数管段压损累计A1B10.4517019.831.0144.263607.6B1B20.9024019.892.066.41B2B31.8034019.822.052.61B3C2.7042019.485.099.31DE2.8442020.493.0219.31FG2.9842021.513.0171.71旋风除尘器2.84859.1布袋除尘器2.981274（五）风机和电机的选择：1、风量按设备漏风率5%来计算，则总风量为考虑到安全问题，选择安全系数为0.2，则选择风机的计算风压：2、选择C4-73-4-4.5型排尘离心风机，其技术参数如下：表5.C4-73-4-4.5型排尘离心风机技术参数型号转速（r/min）备用电机（Kw-p）风量（m3/h）全压（Pa）电动机型号功率/kwC4-73-4-4.5355015-27400-135003922-2255Y225M-245(六)排气烟囱的设计烟囱高度H=18m烟囱直径选取D=420mm除尘系统净化后的气体经过烟囱排向大气，排气烟囱的设计包括烟囱排气能力的计算、烟囱尺寸和材质的确定、等效烟囱的计算以及烟囱附属设施的设计等。 烟囱设计的注意事项：1.烟囱高度除遵守大气污染物综合排放标准排放速率标准值外，还应高出周围200m半径范围的建筑物5m以上；不能达到该要求的排气烟囱，应按其高度对应的排放速率标准值减少50%执行。2.两个相同的污染物的烟囱，若其距离小于其几何高度之和，应合并视为一根等效排气烟囱，若有3根以上的近距排气烟囱，且排放同种污染物时，应以前2根的等效排气烟囱一次与第3、第4根排气烟囱取等效值。3.若某排放烟囱的高度处于本标准列出的两个值之间，其执行的最高允许排放速率以内插法计算；当某排气烟囱的高度大于或小于本标准列出的最大值或最小值时，以外推法计算其最高允许排放速率。4.新污染源的脾气其烟囱一般不低于15m。若某新污染源的排气烟囱必须低于15m时，其排放速率标准值按外推计算结果再减少50%。5.新污染源的无组织排放应从严控制，一般情况下不应有无组织排放存在，无法避免的无组织排放应达到国家的标准值。6.工业生产尾气确需燃烧排放的，其烟气黑度不得超过林格曼1级。二、设计总结设计中首先设计所需集气罩，并对风量的计算。第二部分主要介绍了旋风除尘器的原理，性能影响因素，以及为运行选定参数，同时，对旋风除尘器各部分的尺寸进行了设计计算。第三部分开始对脉冲袋式除尘器进行选择设计，并对一些参数进行计算和验算。第四部分主要是管道进行设计计算，主要计算管道压力损失。第五部分是风机和电机的选择设计。最后再对烟囱进行简单的计算和一些说明。三、心得体会经过了两周每天一点点的努力，积累起来，我就完成了这份课程设计。在从开始的无从下手，到一步一个脚印的计算、推算、验算等，再到查找设计参数资料、设备参数，最后到两天一夜连续画图的全过程里，我学习到的不仅仅是集气罩的尺寸选择，旋风除尘器、脉冲袋式除尘器的计算等，更多的是一整套的设计思路和设计过程。虽然，相比起真正的设计，这一份简简单单的设计简直就是小巫见大巫，相差的距离是很遥远的。但是，高楼大厦是要从地基建起，目的地也是要从脚下走起，能够有这么的一次完整的设计经历，对我是有着不一般的提升的。而且，大一时学过的CAD制图操作，经过这一次的训练，已经达到可以不借助任何帮助，自主完成CAD图的绘制了，这是一个很好的进步，而且CAD也是我们做设计必备的一项技巧。所以，这几天虽然很辛苦，但很充实，付出了许多，但是收获的更多。同时，还要感谢老师在此次设计中给予我的帮助。 【参考资料】1.张殿印王纯主编，《除尘工程设计手册》，化学工业出版社，20032.郝吉明马广大主编，《大气污染控制工程》，高等教育出版社，20023.王志魁主编，《化工原理》，化学工业出版社，20044.中国石油集团上海工程有限公司组织编写金国淼等编，《除尘器》，化学工业出版社，20085.《全国通用通风管道计算表》，中国建筑工业出版社，19776.《通风除尘设备设计手册》[专著]／胡传鼎著．—北京：化学工业出版社，2003【附件】1.除尘系统平面布置图2.旋风除尘器结构图3.脉冲袋式除尘器结构图'