1、扬州大学本科生毕业设计 摘 要 本设计是对某水泥厂回转窑尾除尘系统进行的改造设计。此水泥厂拥有一条2.4/2.641m 泾阳型偏心立筒预热器回转窑生产线，其生产能力为 5万吨每年普通硅酸盐水泥。 处理烟气量： 140000m3/h； 烟气温度： 180 (除尘器入口 )； 标准状况下入口烟气含尘浓度： 80g/m3； 烟尘露点： 35-40； 除尘系统改造后的尾气排放标准应符合 GB4915-2013水泥厂大气污染物排放标准中的二级标准（ 30mg m-3）；二氧化硫的排放浓度为 200mg m-3，氮氧化物的排放浓度为400mg m-3。 根据最新的设计要求以及目前水泥企业的除尘设备新的选用
2、趋势，本设计选用旋风除尘器以及袋式除尘器对原有除尘系统进行进一步的改造，并针对袋式除尘器的特点以及尾气排放过程中对二氧化硫和氮 氧化物最新要求添加填料塔。从而能够更好地完成对尾气的处理，并最终能够达到设计所要求的标准，尽可能做到无污染排放。 关键词 ：水泥厂；窑尾除尘；除尘器 扬州大学本科生毕业设计 ABSTRACT The design is about improvement of the tail of a cement factory kiln dust removal system. The plant has a 2.4/2.6 41m Jingyang eccentric sha
3、ft preheater kiln production lines. This production capacity of ordinary portland cement is 50000 tons a year. Flue gas handling capacity : 140000m3 / h; Gas Temperature : 180 C (precipitator entrance); Standard conditions import gas dust concentration : 80g/m3; Dust dew point :35-40 C; Dedusting sy
4、stem in the exhaust emission standards should meet GB4915-2013 “plant atmospheric pollutant emission standards accurate “the second level standard (30mg m-3). the emission of sulfur dioxide concentration of 200 mg m-3,Nitrogen oxide emissions concentration of 400 mg m-3. According to the design requ
5、irements and the existing cement enterprises dedusting equipment selection trend.The design chosen to complete the dust collector cyclone and bag-type collector of the original systems transformation, ESP and the response characteristics of the exhaust emissions of sulfur dioxide and nitrogen oxide
6、requirements added the filling Liu tower. This better completion of the exhaust gas treatment, it can eventually reach the standards required.Try my best to reduce the emission. KEY WORDS :Cemnet plant, cement kiln dust treat, dust collector 扬州大学本科生毕业设计 目 录 1. 说明 . 1 1.1. 设计基本情况 . 1 1.1.1. 设计概况 . 1
7、1.1.2. 除尘系统设计意义 . 1 1.1.3. 原始资料 . 2 1.1.4. 本地的气象数据 . 3 1.2. 方案选定 . 3 1.2.1. 我国水泥工业概况 . 3 1.2.2. 水泥回转窑工艺 . 3 1.2.3. 水泥工业的大气污染物 . 4 1.2.4. 水泥工业常用除尘方法比较 . 5 1.2.5. 工艺流程确定 . 14 2. 计算书 . 15 2.1. 除尘 器入口气体数值 . 15 2.2. 旋风除尘器设计 . 15 2.2.1. 设计参数 . 15 2.2.2. 确定选型 . 15 2.2.3. 进口风速 . 17 2.2.4. 压力降 . 18 2.2.5. 旋风
8、除尘器除尘效率 . 18 2.3. 袋式除尘器设计 . 20 2.3.1. 设计参数 . 20 2.3.2. 确定滤袋过滤风速及面积 . 20 2.3.3. 确定袋式除尘器选型 . 21 2.3.4. 其它附属措施要求 . 21 2.4. 填料吸收塔设计 . 22 2.4.1. 设计参数 . 22 扬州大学本科生毕业设计 2.4.2. 泛点气速 . 22 2.4.3. 填料塔直径 . 24 2.4.4. 填料层高度 . 25 2.4.5. 填料层的分层 . 26 2.4.6. 净化性能 . 26 2.4.7. 排气筒设计 . 27 2.5. 高程的 计算 . 28 2.5.1. 旋风除尘器计算
9、 . 28 2.5.2. 袋式除尘器的计算 . 28 2.5.3. 填料塔的高程计算 . 28 2.5.4. 风机房高度 . 29 2.5.5. 换热器的高度 . 29 2.6. 管道压力损失和电机计算 . 29 2.6.1. 常用的系数公式 . 29 2.6.2. 回转窑尾到旋风除尘器 . 31 2.6.3. 旋风除尘器到袋式除尘器 . 32 2.6.4. 袋式除尘器到换热器 . 34 2.6.5. 换热器到风机 . 35 2.6.6. 风机到填料塔 . 36 2.6.7. 风机计算 . 37 2.6.8. 风机以及配套电机选择 . 39 2.7. 成本计算 . 39 2.7.1. 设备成本
10、计算 . 39 2.7.2. 建设费用计算 . 40 2.7.3. 日常运行费用 . 40 2.7.4. 费用总计 . 40 3. 致 谢 . 41 4. 参 考 文 献 . 42 扬州大学本科生毕业设计 1 1. 说明 1.1. 设计基本情况 1.1.1. 设计概况 本设计内容某水泥厂回转窑尾除尘系统改造设计。该厂拥有一条 2.4/2.641m 泾阳型偏心立筒预热器回转窑生产线，生产能力为普通硅酸盐水泥 5 万吨每年。其总面积约为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
11、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。 1.1.2. 除尘系统设计意义 由于上几年国家和地方政府对环境保护重视程度不够，水泥企业环保治理的相关设施配套不及时，部分区域甚至出现“土法”蛋窑。即使是配备除尘设备的企业，一方面因管理和操作跟不上，另一方面因多数环保设备技术落后，运行故障多，除尘设备经常不能 正常运行。“飞灰”厂，“雾蒙蒙”和“隆烟滚滚”长时间成为水泥厂典型标志，给周边地区民众生活带来极大地影响，也给工作
12、人员身体造成极大地危害 1。 如果水泥企业废气粉尘污染治理不好，非常容易造成整个生产区域灰雾弥漫。 2014年 3 月以后水泥厂大气污染物排放标准（ GB4915-2013）开始正式施行，与之前水泥厂大气污染物排放标准（ GB4915-2004）相比，其相关污染物限值更加严格 1。 在与国外标准对比分析中，我国的颗粒物控制指标与美国、欧盟要求可能还有少许差距，但 NOx、 SO2 控制已达到国际最先 进的污染控制水平。在该分析过程中，由于欧盟BAT 指南仅指明其水泥企业的最佳控制水平，即目前施行的达不到其要求的标准，例如环保要求非常严格的德国水泥工业执行空气质量控制技术指南 2，限值要求为：颗
13、粒物 20mg/m3、 SO2 350mg/m3、 NOX 500mg/m3，而我国的限值要求为：颗粒物 30mg/m3、扬州大学本科生毕业设计 2 SO2 200mg/m3、 NOX 400mg/m。从此容易得到我国水泥工业排放标准除颗粒物外其它指标优于欧洲等绝大多数国家施行标准，比之美国施行标准差距也比较微小 3。进一步考虑我国观测的是污染物 浓度每小时均值，国外一般为每日均值 (甚至月均值 )，相同限值水平下我国标准要更加的严格。 也正因为我国水泥工业的颗粒物、 NOX 排放控制已达到国际先进控制水平，从而必须使用更为高效的静电或布袋除尘技术、工艺控制 ( 低氮燃烧器、分解炉分级燃烧、燃
14、料替代等 ) 与末端治理 ( SNCR 技术 ) 相结合的组合降氮技术，以此来大幅度削减污染物排放量3。为此在该条件下针对某水泥企业回转窑尾除尘系统进行设计 4。 1.1.3. 原始资料 （ 1）该厂原始数据 尾气主要的工艺参数有： 处理烟气量： Q=140000m3/h 烟气温度： T=180 (除尘器入口 ) 标准状况下入口烟气含尘浓度： 80g/m3 粉尘粒径分布： 微粒直径 ( m) 05 510 1020 2030 4050 5060 60100 颗粒质量分 ig 0.2 0.5 0.2 0.04 0.03 0.02 0.01 烟尘露点： 35-40 尾气中的 SO2 和 NOX 的
15、浓度取水泥工业中的平均值（在标准状态下）： 2 3600 /SOC m g m310 00 /xnoC m g m （ 2）改造后的尾气排放指标 改造后的尾气排放指标应符合水泥厂大气污染物排放标准（ GB4915-2013）中的要求。 扬州大学本科生毕业设计 3 标准状况下除尘器出口烟气含尘浓度： 30mg/m3; 二氧化硫的排放浓度为 200mg m-3; 氮氧化合物的排放浓度 400mg m-3。 1.1.4. 本地的气象数据 本地区的常年主导风向为东南风，风速以 2m/s 计算。 本地的大气压力为 98KPa， 本地的 年平均气温 18.3。 1.2. 方案选定 1.2.1. 我国水泥工
16、业概况 我国是水泥生产也是水泥消费大国， 2011 年全年水泥产量达 20.19 亿吨，占世界水泥产量的 50%以上，其中使用新型干法生产的水泥比例接近 90%，国内前 10 强水泥企业（集团）的水泥熟料产量占全国产量 20%，也是 2011 左右我国水泥企业自身结构调整获得突破性进展。截止 2011 年底，新型干法水泥生产线 1500 多条。此外根据环保部开展的水泥行业 NOX 减排全口径统计， 2011 年水泥熟料生产企业有 2468 家（ 1203 企业采用新型干法生产线），水泥熟料产量达到 12.9 亿吨 。其中新型干法生产线 1601 亿吨，熟料产量 11.5亿吨 5。水泥工业格局基
17、本为大、中、小企业共存，干法、湿法生产工艺同是使用，先进的窑外分解窑与立窑并存，全国各地都有分布。 但是，由于之前政府对全国水泥行业整体管理不当，部分水泥企业的排放不能达标，而随着社会大众环保意识的提升以及新标准水泥厂大气污染物排放标准（ GB4915-2013）的实施，在不断提高水泥产量的同时大气污染的防治也是一个很重要的工作。 1.2.2. 水泥回转窑工艺 水泥生产过程简单地说是二磨一烧，或三磨一烧。即通过将天然原料破碎、烘干（对扬州大学本科生毕业设计 4 含天然水分 高的物料）等方式调配后，粉磨成生料（ 0.08mm 方孔筛筛余 10%左右的粉料）；再通过把生料放进回转窑而煅烧制成熟料，
18、同时为提高燃料的利用效率，必须把煤粉磨成0.08mm 方孔筛来筛余 10%左右的粉煤；经煅烧制成的熟料加进少量的石膏和混合材料再通过磨机磨成 0.08mm 方孔筛来筛余 6%以下的粉体，该粉体称为水泥。生料磨细目的是加快物料之间的化学反应速率、提高热能利用率和单条生产线的时产量，煤磨细是为其能够充分燃烧，水泥磨细则可以提高水泥强度。在物料进行粉磨和烧成中都需要输送和储存6，生产工艺见图 1-17。 图 1-1 水泥工艺流程 1.2.3. 水泥工业的大气污染物 水泥工业大气污染物排放源主要包括矿山开采、水泥制造（含粉磨站）、散装水泥中转站和水泥制品生产等过程。 （ 1） 在矿山开采过程中，主要存
19、在为粉尘无组织排放，有组织排放源主要是破碎机，还有装卸、输送设备等其他设备在使用过程产生的粉尘排放，长时间工作在该环境甚至有可能对工作人员造成永久伤害，此时排放的粉尘必须要通风除尘以免危害周围环境。 （ 2） 在水泥制造过程中，从原料破碎、原料烘干、生料粉磨、煤粉制备、熟料煅烧、熟料冷却、水泥粉磨到成品包装，都存在有组织或无组织的颗粒物排放， 其中水泥窑系统扬州大学本科生毕业设计 5 集中 70%的颗粒物有组织排放和几乎全部气态污染物的排放，窑尾的除尘好坏直接决定水泥企业是否能最终排放达标，也是需要严标准要求的部分。 （ 3） 独立粉磨站的大气污染物排放与水泥制造的后续过程基本一致。 （ 4）
20、 散装水泥中转站的排放源主要是卸船机、空气输送斜槽、提升机、水泥仓、散装机等 （ 5） 水泥制造生产主要包括预拌混凝土、预拌砂浆、混凝土预制件，其主要污染排放源是水泥仓的进出料过程，和矿山开采过程一样必须注意工作人员的保护。 概括来讲，粉尘主要是由于水泥生产过程中原料、燃料和水泥成品储运，物料的破碎、烘干、粉磨、煅烧 等工序产生废气排放或外逸而引起的，其中水泥窑系统中原料的煅烧以及粉磨产生粉尘排放最多，约占水泥厂粉尘总排放量的 70%以上，因此设计水泥企业的除尘系统时必须重点关注。水泥工业对大气环境产生影响的气体污染物包括 SO2、 NOx、 CO2、HF 等，其中 SO2 是因为含硫燃料的燃
21、烧产生的，这一部分可以尝试使用清洁燃料来减少排放； CO2 是由水泥生产中 CaCO3 分解和煤炭燃烧而产生的； NOx 是空气中的 N2 在高温有氧燃烧条件下产生的； HF 是由于立窑厂采用萤石 CaF2 矿化剂，在煅烧过程中产生的有害废气 8。而水泥生产过程中排放 的粉尘粒径分布见表 1-1。 表 1-1 粉尘粒径分布 污染源 粉尘种类 粒径分布（ %） 10 m 1040 m 40 m 窑尾 （含原料磨） 水泥窑、 生料粉尘 78 16 6 生料均化 生料粉尘 78 16 6 煤粉制备 煤粉 58 38 4 熟料冷却 熟料粉尘 41 53 6 无组织粉尘 原料粉尘等 20 20 60 1
22、.2.4. 水泥工业常用除尘方法比较 从气体中去除或捕集固态或液态微粒的设备称为除尘设备，或除尘器。根据主要除尘机理，目前常用的除尘器可分为：机械除尘器、电除尘器、袋式除尘器、湿式 除尘器。随着技术的进步也相继出现几种除尘机理组合的一些新型除尘器，如通量力 /冷凝（ FF/C）洗涤器，高梯度磁分离器，荷电袋式过滤器、荷电液滴洗涤器等。 除尘方法也可根据干式除尘和湿式除尘分类，在水泥行业中干式除尘包括有：旋风除扬州大学本科生毕业设计 6 尘器、电除尘器、袋式除尘器等，而湿式除尘包括有：各类型喷雾塔、文丘里洗涤器、旋风洗涤器等。 （ 1） 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，
23、将粉尘从气流中分离出来的一种干式气 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。 图 1-2 旋风除尘器的构造 旋风除尘器优点： 简易的设备结构、投资低，对大于 10 m 的粉尘有较高去除效率，对 510 m也有不错的去除效率； 无需任何传动装置，维护、修理方便； 能用于温度较高的含尘烟气的净化，即使一般碳钢制造的除尘器可在 350条件下工作，如果内壁设置耐火材料，除尘器也可以在 500条件下工作； 良好的耐压能力； 干法湿法清灰皆可，干法清灰过程可以回收有用粉尘； 1-内圆筒 2-外圆筒 3-圆锥筒 4-排灰阀 5-贮灰箱 6-测压口
