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水泥厂回转窑尾除尘系统改造设计顺利进行

文章作者:九州环保   发布时间:2020-06-02
本设计内容为某水泥厂回转窑尾气除尘系统的改造设计。在原始资料中没有提及其所处的地理位置,在设计过程中确定该水泥厂位于西安市东北方向,与其相邻一家化工厂,对于其中所需要的气

1.1设计基本概况

1.1.1设计的概况
本设计内容为某水泥厂回转窑尾气除尘系统的改造设计。在原始资料中没有提及其所处的地理位置,在设计过程中确定该水泥厂位于西安市东北方向,与其相邻一家化工厂,对于其中所需要的气象数据皆以西安市的气象资料为准。
1.1.2除尘系统改造的意义
水泥厂中有许多生产过程产生粉尘,如矿山开采、原料破碎、烘千、研磨、锻烧及粉状物料运输过程等,都不可避免地产生粉尘。如果不加以控制,这些粉尘会对工作人员的身体造成很多的隐患,特别是在矿山与生料磨系统中产生的活性二氧化硅,可导致硅肺病等职业病的发生。一般粉尘浓度在Zomg,lm3以上肉眼就看得到,粒径在3叩m以上的粉尘肉眼便可看到,5~IOpm的粉尘可在鼻腔或上呼吸道中除去,3~spm的粉尘在呼吸道中可除去,1~3目m的粉尘则要在肺泡中除去,0.1~1目m的粉尘会在肺泡中沉积,小于0.1目m的粉尘可与人体呼吸空气一起进出。一般来说,小于spm的粉尘可能会被吸入呼吸道,沉积在呼吸道以上的粉尘都可通过人体内部的分泌液排出体外,停留在肺部的粉尘则可能会造成硅肺病、肺部硬化等。粉尘如果落到机器上,会加速各种机件的磨损,造成设备使用寿命及运转率缩短,降低控制设备的精度及可靠性,建筑物中积灰过多会造成增加负荷,影响外观,农作物如果受到粉尘污染会造成减产:粉尘如果不进行回收,会增加原料、燃料及动力消耗,水泥生产中粉尘的产生量约为6~12%。由此可见做好水泥厂收尘工作,对于保护人体健康、提高生产效率、降低生产成本、保护生态环境有着非常重要意义。
1.1.3设计的原始资料
(1)该厂原始数据
目前该水泥厂配备一台576袋玻纤袋式除尘器,此除尘器为钢混结构的老代大布袋除尘器,对于其所处理的尾气主要的工艺参数有:处理烟气量:Q=1注o000m三/h烟气温度:T二180℃(除尘器入口)标准状况下入口烟气含尘浓度:P≤80g/m3粉尘粒度:D=1-100微米,其中小于10微米的约占90恰95%;10一100微米的约占5%-10%。烟尘露点:35-40℃
(2)改造后的尾气排放指标
改造后的改造后的尾气排放标准应符合GB灼15一1996《水泥厂大气污染物排放标准》中的二级标准。标准状况下除尘器出口烟气含尘浓度:<loolng/耐,吨产品排放量为0.30kg。
二氧化硫的排放浓度为400mg·m3,吨产品排放量为1.20kg。
氮氧化合物的排放浓度500mg·m3,,吨产品的排放量为2.4kg。
4.本地的气象数据
本地区的常年主导风向为东北风
本地的大气压力为gSKPa
本地的年平均气温13.3℃
1.2改造方案选定
1.2.1我国水泥工业的现状
2003年,我国水泥产量达8亿吨,是目前世界上水泥产量最大的国家之一。但我国水泥工业工艺设备相对发达国家较为落后,也是我国工业烟尘污染大户。水泥工业格局基本为大中小企业并举,千法、湿法生产工艺同在,先进的窑外分解窑与立窑共存,遍布全国各地。现有大中型水泥厂七十余家,小水泥厂六千多家,随着国民经济增长速度的加快,全社会对水泥需求仍趋上升,水泥工业也必将得到持续发展。水泥生产从原料进厂到成品出厂,需要经过矿山开采、原料破碎、烘千、粉磨、生料锻烧、熟料冷却、熟料粉磨、包装到成品出厂等工序,每个加工工序都有一定量粉尘外逸,这些粉尘以有组织或无组织形式排放到空气中。根据2000年全国污染源普查结果,全国近三千家大气污染重.点企业中,水泥厂占四百三十多家,遍布全国各地,每年向大气排放烟尘达一百多万吨,占三千家污染重点企业总排放量的15%,仅次于电力行业,可见,水泥工业是影响我国大气环境质量的主要行业之一。并且据统计,我国工业烟尘排放量中,水泥行业占18%,每生产一吨水泥有30~40kg的粉尘散失,在严重污染环境的同时也极大地浪费了能源。随着国家对环境保护要求的日趋严格,社会对环保呼吉日益高涨,治理水泥厂粉尘污染是一个很重要的工作。
1.2.2水泥的生产工艺
水泥生产的主要工艺过程是:把各种原料破碎粉磨成粉状生料(或料浆),按一定比例进行配料、混合均匀后进入锻烧设备内锻烧成水泥熟料,熟料经冷却、粉磨后配以一定量的石膏和其它混合材料即成为水泥,经包装或散装出厂:一般水泥的主要成份为cao、5102、A12晓和Fe203。水泥生产使用的原料有天然原料和工业废料。天然原料主要包括石灰石、粘土、铁粉、砂岩、石膏、萤石等,工业废料主要包括高炉矿渣、制碱废渣、铜矿渣、电石渣、粉煤灰及煤研石等:水泥生产使用的燃料有固体燃料(煤、焦炭),液体燃料(煤泊、重泊)和气体燃料(煤气、天然气)等,国内水泥厂一般多用煤作燃料。由于水泥生产过程产生大量的含尘气体,所以水泥广是目前各种工业生产部门中污染较严重的部门之一。水泥生产过程污染物来源主要有原料的破碎、粉磨和锻烧,其污染以废气和粉尘为主与化工和冶金等工业部门的生产过程相比,水泥厂对污染的治理较为单一:但是随着生产规模的不断扩大(如产量20O0t/d、3600t/d、4000t/d熟料工厂的建成),粉尘和有害气体的排放量也相应增加加,水泥厂已经成为各地的污染大户,严重地影响城乡的环境:
1.2.3水泥粉尘的来源
在水泥工业中,根据建广地区的不同(南方或北方)、生产规模大小的不同(ZOO0t/d或4000t/d)、采用的技术先进程度的不同,水泥生产工艺有湿法(原料呈料浆状入窑)、半千法(原料呈球状含有约”%的水分入窑)、千法(原料以千粉状入窑)等三种主要生产方法。千法生产又因..6烧方式的不同分为千法中空窑、带立筒预热器窑、带旋风预热器窑、带余热锅炉窑等。由于生产方法不同,烟尘的污染程度也不同。总体来讲,水泥厂粉尘的主要来源有以下几个方面:
(1)石灰石开采和破碎过程水泥厂通常采用爆破的方法从石灰石矿山开采石灰石,然后经过一段或两段破碎机破碎成约ZOInln的石块,这种瀑破和破碎过程均会产生大量的粉尘。
(2)物料的运输、储存和包装过程水泥原料的输送、均化、储存及水泥成品的运输、储存和包装等环节均需要对各种粉状物料进行输送,这些生产过程会产生大量的粉尘,造成各个生产岗位的严重污染。
(3)物料的烘干过程水泥厂许多物料(如石灰石、粘土、煤、矿渣等),在粉磨前均需进行烘干,目前广泛应用的是回转筒式烘千机。由于物料在烘千过程需要维持较大的空气过剩系数,所以烘千各种物料所产生烟气的化学成分比较接近,其中烟气含尘浓度多在10~1009叹m3之间,且粒度较粗。
(4)物料的粉磨过程在物料的粉磨系统中,由于物料物理性质的差异提高水泥厂电除尘器除尘效率措施的研究与应用和含水率的不同,粉磨系统有不同的形式。目前应用较广泛的主要有磨内烘千和磨外烘干两类,磨内烘千包括风扫磨系统、尾卸提升循环磨系统和中卸提升循环磨系统。磨外烘千包括选粉烘千系统、带立式烘千塔的粉磨系统和预破碎预烘千系统等。由于生产工艺系统的区别,在粉磨过程中产生的粉尘量也不同。例如,采用立式辊式磨时,烟气中的含尘浓度可高达10009入m3:
(5)水泥熟料的锻烧过程目前,水泥熟料的锻烧采用立窑或回转窑,锻烧过程消耗大量燃料(煤、油或天然气),排放的废气中含有浓度很高的粉尘,它是水泥厂的主要污染源:千法生产的回转窑窑尾烟尘污染最为严重,以日产ZOO0t熟料的千法回转窑为例,如果窑尾没有装设除尘器,每天要向外排放40~60t粉尘:占我国水泥工业生产量绝大部分的机械立窑目前大多没有安装高效除尘设备,每天向外逸出大量含尘烟气,它们对水泥厂周围的居民身体健康和农作物生长造成很大危害。
(6)熟料的冷却过程水泥熟料在排出回转窑后,温度在800℃左右,需要在冷却设备中冷却至50℃,当采用推动莫式冷却机或振动蓖式冷却机进行冷却时,会排放出含尘浓度较高的高温气体:
(7)煤粉制备过程水泥厂主要以煤作为燃料,大多数水泥厂装设了煤粉制备系统,煤粉制备系统在生产过程中排出大量粉尘,如果没有性能良提高水泥厂电除尘器除尘效率措施的研究与应用好的净化设备,会严重污染周围的环境,这不但影响工人的健康,而且还会影响机械设备的使用寿命。
(8)水泥粉磨过程锻烧设备制成熟料后,需要对熟料粉磨至一定的细度,在水泥进行粉磨时,需要对粉磨设备内通入冷风,以带走粉磨过程中产生的热量,避免物料出现包球现象,从而提高粉磨效率,与此同时,从粉磨设备内将排出含尘浓度很高的废气排出。
1.2.4国内外常用除尘设备比较
现在用的除尘方法有很多种,主要可分为千式除尘和湿式除尘。千式除尘包括有:电除尘器,袋式除尘器,旋风除尘器等,而湿式除尘器有各种型式的喷淋塔、离心喷淋洗涤除尘器和文丘里式洗涤器等。
(1)电除尘器
电除尘器是利用静电力实现粒子与气流分离的一种除尘装置。在阴极(与高压直流电源相连)与阳极(接地)之间施加直流高压,使阴极发生电晕放电,气体分离,生成大量的自由电子和正负离子在阴极附近的所谓电晕区内正离子立即被阴极吸引过去而失去电荷。自由电子和负离子则因受电场力的驱使向阳极(正极)移动,并充满到两极间的绝大部分空间。含尘气流通过电场空间时,自由电子、负离子与粉尘碰撞并附着其上,实现了粉尘的收集。
电除尘器具有如下的优点:
(a)电除尘器的除尘效率高:如果设计合理,安装施工质量高,电除尘器可以达到任何除尘效率的要求。目前,工业上应用的电除尘器,除尘效率达到99%以上已属多见。电除尘器对气体净化的程度,可根据生产工艺条件及国家规定的排放标准来确定:
(b)可以净化气体量较大的烟气。在工业上净化10万风量烟气的电除尘器已得到普遍应用。
(c)电除尘器能够除下的粒子粒径范围较宽,对于粒径蕊0.1目m的粉尘粒子仍有较高的除尘效率:
(d)可净化温度较高的含尘烟气。用于净化300℃以下的烟气,可长期连续运行,用于净化更高温度烟气时,需要特殊设计。
(e)电除尘器结构简单,气流速度低,压力损失小,干式清灰电除尘器压力损失约为0.1~0.ZkPa。
(f)电除尘器的能耗比其它类型除尘器低。如以每小时净化loo0Xm3烟气计算,电除尘器的电能消耗约为720~2880kJ。
(g)电除尘器自动化程度高,可以实现微机控制,远距离操作。电除尘器具有如下缺点:
(a)建造电除尘器一次投资费用高,钢材消耗量较大。据估算,平均每平方米收尘面积所需钢材大约为3.0~4.0t。
(b)电除尘器的除尘效率受粉尘物理性质影响很大。
(d)需要高压变电及整流控制设备。
(2)袋式除尘器
袋式除尘器的过滤机理是一个综合效应的结果,如重力、惯性力、碰撞、静电吸附、筛滤作用等。当含烟尘、粉尘气体经进气口进入除尘器,较大的粉尘颗粒因截面积的增大,风速下降,而直接沉降;较小的烟尘、粉尘颗粒被滤袋阻留在滤袋表面。经过滤袋的净化气体,经出气口,由引风机排出。随着过滤的不断进行,滤袋表面的烟尘、粉尘越积越多,滤袋阻力不断升高,当设备阻力达到一定的限值时,滤袋表面积聚的烟尘、粉尘需及时清除;在外力(主要是脉冲压缩气体、反吹风气体、机械振打等)的作用下,抖动和反吹滤袋,将附着在滤袋表面的烟尘、粉尘清除,使滤袋再生,周而复始,实现连续过滤,以保证设备连续稳定运行。
袋式除尘器的主要优点有:
(a)除尘效率高,特别是对微细粉尘也有较高的效率,一般可达9叭以上。
(b)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,入口含尘浓度在相当大的范围内变化时,对除尘器效率和阻力的影响都不大:
(c)使用灵活,处理风量可由每小时数百立方米到每小时数十万立方米。可以制作成直接设于室内、机末附近的小型机组,也可制作成大型的除尘器室,即所谓的“袋房”。
(d)结构简单,可以因地制宜采用简单的所谓“土布袋除尘器”,在条件允许时也可采用效率更高的脉冲喷吹袋式除尘器。
(e)工作稳定,便于回收千料,没有污泥处理、腐蚀等问题,维护简单。
袋式除尘器的主要缺点有:
(a)袋式除尘器的应用范围主要受滤料的耐温、耐腐蚀性等性能的局限,特别是在耐高温方面,目前常用的滤料适用于120~130℃,而玻璃纤维等滤料可耐250℃左右,烟气温度更高时,或者要采用造价高的特殊滤料,或者要采取烟气降温措施。这会使系统复杂化,造价也高。
(b)袋式除尘器不适宜于粘结性强及吸湿性强的粉尘,特别是烟气温度不能低于露点温度,否则会产生结露,致使滤袋堵塞:
(c)处理风量大时,袋式除尘器占地面积较大。袋式除尘器原来的一些缺点(如换袋困难、劳动条件差等)已随着技术的改进而得到一定程度的克服。袋式除尘器是一种高效除尘器,不仅已广泛地应用于工业生产过程中气体的粉状原料及产品的捕集,而且也广泛用于环保方面,如净化工业排放含尘的尾气及燃烧所生成的含尘J烟气。袋式除尘器比电除尘器的结构简单、投资省、运行稳定,还可以回收因比电阻高而难于回收的粉尘;它与文丘里洗涤除尘器相比,动力消耗小,回收的千粉尘便于综合利用,而且不存在泥浆处理。因此,对于细小而千燥的粉尘,采用袋式除尘净化是适宜的。袋式除尘器不适用净化含有油雾、凝结水及粘结性粉尘的气体。不适宜净化较高温度的气体,适用温度应根据滤袋耐高温的范围决定,如需要净化高温烟气时,常采用冷却方法降温,再用袋式除尘器除尘。
(3)旋风除尘器
旋风除尘器是利用旋转的含尘气体所产生的离心力,将粉尘从气流中分离出来的一种千式气一固分离装置。当含尘气流由进气管进入旋风除尘器时,气流将由直线运动变为圆周运动:密度大于气体的尘粒与器壁接触便失去惯性力而沿壁面下落,进入排灰管。旋转下降的外旋气流在到达锥体时,因圆锥形的收缩而向除尘器中心靠拢。当气流到达锥体下端某一位置时,即以同样的旋转方向从旋风除尘器中部,由下而上继续做螺旋形流动。最后净化气经排气管排出器外。一部分未被捕集的尘粒也由此逃失。
旋风除尘器具有以下优点:
(a)设备结构简单,造价低;
(b)除尘器中没有活动部件,维护方便;
(c)可以耐高温,例如可耐达生oo℃高温,如采用特殊的耐高温材料,还可以耐受更高的温度:
(d)可以承受高压(正压和负压),用以对高压气体进行除尘;
(e)采用千式旋风除尘器,可以捕集千灰,便于粉料的回收利用;
(f)除尘器内敷设耐磨内衬后,可用以净化含高磨蚀性粉尘的烟气。
旋风除尘器的缺点是:
(a)对捕集微细粉尘的效率不高:
(b)由于除尘效率随筒体直径增加而降低,因而单个除尘器的处理风量有一定的局限。处理风量大时,要采用多个旋风除尘器并联,设置不当,对除尘性能有严重影响:(的湿式除尘器湿式除尘器是用洗涤水或其它液体与含尘气体相互接触实现分离捕集粉尘粒子的装置。它是基于含尘气体与液体接触,借助于惯性碰撞、扩散等机理,将粉尘予以捕集:这种方法简单、有效,因而在实际中得到相当广泛的应用。
与其他除尘器相比,湿式除尘器较具有以下优点:
(a)在消耗同等能量的倩况下,湿式除尘器的除尘效率要比千式的高,高能湿式洗涤器对于小至0.lpm的粉尘仍有很高的除尘效率;
(b)湿式除尘器适用于处理高温、高湿烟气以及粘性大的粉尘。在这些情况下,采用千式除尘器往往要受到各种条件的限制:
(c)很多有害气体可以采用湿法净化,因此在这些情况下湿式除尘器可以同时除尘和净化有害气体。为了更有效地净化有害气体,可以根据有害气体的性质选用其他液体(例如化学溶剂)代替水;
(d)湿式除尘器结构简单,一次投资低,占地面积少;
(e)湿式除尘器安全性好,可有效地防止设备内可燃性粉尘的燃烧、瀑炸,但对特殊粉尘要注意工作液体的成分,如氧化镁粉尘不能与酸性溶液接触,以免产生氢气发生瀑炸事故:
湿式除尘器的缺点主要有:
(a)从湿式除尘器中排出的泥浆要进行处理,否则会造成二次污染;
(b)当净化有腐蚀性的气体时,化学腐蚀性转移到水中,因此污水系统需使用防腐材料加以保护;
(c)湿式除尘器不适用于僧水性和水硬性粉尘;
(d)排气温度低,不利于排气的抬升、扩散,还可能出现白烟。如进行尾气再热,则需消耗能量;
(e)在寒冷地区使用湿式除尘器要防止冬季结冰:由于湿式除尘器对细粉尘具有较高的除尘效率,且对高温气体的降温效果也很好,所以广泛用于高温气体的降温、除尘上,如炼铁高炉煤气、炼钢转炉炉气以及有色金属冶炼和化工生产中各种高温烟气净化。
通过上述对各类除尘装置的特点比较可以看出,电除尘器具有除尘效率高、净化气体量大、可净化高温烟气、结构简单、压力损失小和自动化程度高等优点,因而被广泛地用于水泥厂烟气除尘:
1.2.5辅助设备的确定
电除尘器类同时存在着两种空间电荷,一种是气体离子的电荷,一种是带电尘粒的电荷:由于气体离子的运动速度(约为60一looms),大大高于带电尘粒的运动速度(一般在6。盯S以下),所以含尘气流通过电除尘器的电晕电流要比通过清洁气体时小。如果气体含尘浓度{良高,电场内尘粒的空间电荷很高,会使电除尘器电晕电流急剧下降,严重时可能趋于零,这种情况称为电晕闭塞,为了防止其的发生,处理含尘浓度较高的气体时:必须采取一定的措施,如提高工作电压,增加预净化设备等。一般气体的含尘浓度超过3摊厅,要增加预净化设备。由于本设计中的出口中粉尘的含量为509亩,所以要增加预净化设备:同时考虑各种除尘设备的性能及各种条件,最后选择旋风除尘器做为其预净化设备。因为本设计中的处理风量很大,并且出口的温度较高,所以选择晒系列的旋风除尘器:由于涉及对二氧化硫和氮氧化合物的处理,要选择可以同时处理这两种气体的设备,填料塔是一种比较合适的选择。由于没有确切的资料,在这里我们以一个平均的值来作为设计的指标,氮氧化合物中以二氧化氮和一氧化氮为其主要成分。另外的电机和管道则根据不同的设备需要做出各自的计算。
1.2.6处理方案确定
根据以上的说明,确定最终的处理工艺流程为:回转窑到旋风除尘齐,再到电除尘器,再送入换热器,利用热能,降低空气体积,再到填料塔最后到烟囱。
1.3总平面的布置
该厂的总面积约为10000平方米,西边相邻一家化工厂,南边为公路。新的除尘设备在以前的的一块绿地上面施工建设,厂区主要分为主要生产区,堆放材料区,尾气处理区,成品区和办公区。厂区内部设施完善,由于水泥的生产粉尘很大,所以建有浴室,为了员工方便的生活还有食堂和球场:厂区的道路分布,主要的货运车出入的道路宽度为10米,员工工作的道路为5米,道路的排水设施建设完全,生产生活废水最终并入城市干网。
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