1、水泥廠配料車間粉塵污染治理工程(課程)設計一、 水泥廠除塵概述（一）、水泥的概念水泥是粉狀水硬性無機膠凝材料，加水攪拌后成漿體，能在空氣中或水中硬化，并能把砂、石等材料牢固地膠結在一起。水泥是重要的建筑材料，用水泥制成的砂漿或混凝土，堅固耐久，廣泛應用于土木建筑、水利、國防等工程。（二）、水泥粉塵污染特點我省水泥行業，有以下二個特點：（一）規模小，工藝落后，市場競爭力差我省現有水泥企業的生產線大多數屬于規模小，設備工藝落后，應限制淘汰之列。全省機立窯生產線中，設計年生產規模萬噸（含萬噸）以下的有條生產線，占總數的，其中設計年生產規模萬噸和不及萬噸的生產線條，占總數。由于規模小，工藝設備落后，能

2、耗、物耗高，導致水泥成本增加，也限制了產品質量的提高，與省外包括省內大中型水泥企業相比，在市場競爭中處在相對劣勢，經不起市場變化的考驗。近幾年，由于水泥市場相對緊縮，加上省外水泥的大量涌入，對我省水泥企業造成很大沖擊。（二）環保防治措施滯后，污染嚴重我省水泥企業起步較早，老企業居多，環保歷史欠帳嚴重，加上前幾年大量興建的小水泥企業，由于一些地方領導和企業負責人對環保重視不夠，沒有嚴格執行環境影響評價和“三同時”制度，造成布局不當和治污設施未上或不完善，絕大多數水泥企業都不同程度存在粉塵超標排放。許多地方因粉塵污染擾民，廠群糾紛突出。據統計，全省水泥企業實際安裝各類除塵設施臺套，占應安裝數，已安

3、裝除塵設備的粉塵排放達標率僅為。這說明我省水泥企業約有粉塵點未達到排放標準。在布局上，水泥企業分布建城區、近郊、中心集鎮或其它敏感區域的有多家，由此可見，布局不當問題也相當突出。（三）、生產工藝 水泥的生產工藝，以石灰石和粘土為主要原料，經破碎、配料、磨細制成生料，喂入水泥窯中煅燒成熟料，加入適量石膏（有時還摻加混合材料或外加劑）磨細而成。水泥生產過程可簡單地分為生料制備、熟料煅燒和水泥粉磨三個主要過程。詳細過程見下圖：破碎包裝球磨配料破碎煅燒球磨配料烘干水泥生產工藝流程圖我國水泥廠粉塵排放現狀可包括以下幾方面： 1、排放仍很嚴重我國水泥工業每年向大氣排放的粉塵、煙塵在1000萬噸以上，成為我

4、國粉塵污染的大戶。2、亂排、偷排現象依然嚴重 我國水泥廠規模一般較小但數量多這樣就使管理有了很大的麻煩，為此有很多企業不管政府有關規定偷排、亂排對地方環境造成嚴重的破壞。3、排放粉塵濃度高 水泥廠排放的粉塵中固體顆粒占到97以上，其中有較大一部分是成品水泥灰。水泥企業除塵現狀：1)除塵設備配備基本齊全 2）除塵設備老化 a、“三同時” a、中小企業重視不夠b、物料回收比較方便，回收價值高 b、老設備更新換代難 3）監管不夠 4）管理使用技術不高a、排污收費力度不夠，形式不科學 a、企業環保管理未到 定額收費，按產量收費等 b、環保部門監管不夠 b、使用技術培訓不夠 5）電除塵和袋式除塵是設備主

5、流 a、電除塵器流行b、環保部門推薦使用袋式除塵目前水泥行業的污染治理狀況仍然存在著較多的問題，主要表現為以下三點：一是由于大多數水泥廠為立窯生產線，生產工藝相對落后，加之生產和污染治理設施的管理維護力度不夠，因此，部分水泥廠粉塵和廢氣的跑、冒、滴、漏現象以及粉塵的無組織排放仍然突出。二是經過多年運行，大部分企業污染治理設施受損老化；另外，部分企業的污染治理設施由于倉促上馬，治理設施選型不合理，質量不過關，運行維護難度大；加上企業自身技術條件的局限，污染治理設施故障頻出，有效運行率逐年降低，污染治理效果不斷下降，企業難以保證污染物長期、穩定地達標排放，一定程度上出現了污染反彈現象。三是2000

6、年限期治理達標工作取得階段性成效后，大部分企業滿足于現狀，對存在的各種問題認識不夠，缺乏積極主動提高污染治理水平的意識和決心，污染治理設施出現問題時，不及時報告、不及時修理，個別企業甚至還出現治理設施不正常運行的情況。（四）、粉塵的介紹粉塵是水泥工業的主要污染物。在水泥生產過程中，需要經過礦山開采、原料破碎、黏土烘干、生料粉磨、熟料煅燒、熟料冷卻、水泥粉磨及成品包裝等多道工序，每道工序都存在不同程度的粉塵外溢，其中烘干及煅燒發生的粉塵排放最為嚴重，約占水泥廠粉塵總排放量的70%以上，而很多水泥廠在建廠之初根本就沒有考慮其窯爐或烘干機的除塵工藝，建成投產后甚至連一個簡易的沉降室都沒有，有少數廠雖

7、然安裝了除塵設施，卻形同虛設，要么就是疏于管理而不能正常運行，要么就是白天運行晚上關閉，要么干脆就是一套應付檢查的擺設而已，粉塵大多處于直接排放狀態。有資料表明，目前我國大氣粉塵污染主要源自于水泥、火電和冶金三大行業，其中水泥行業的排放量躍居首位。據專家保守估計，我國水泥工業每年排放的粉塵總量超過1200萬噸，約占水泥年產量的2.5%，而德國、美國日本等先進國家，其水泥工業粉塵排放量僅占產量的0.01%左右，兩者相差200多倍。我國相關標準規定的水泥廠允許排放濃度本來就高出先進國家1-2倍，然而先進國家卻能做到達標排放，反而我們能夠做到達標排放的水泥廠僅僅是鳳毛麟角而已，絕大多數在標排放，且排

8、放濃度動輒超過標準數十倍，甚至上百倍，這不能不令人深思、憂慮。每年所排放的一千余萬噸粉塵，不僅造成環境的嚴重污染，同時造成了資源的巨大浪費。（五）主要產塵源粉塵污染源主要來自破碎機、烘干機、生料磨機立窯、水泥磨、包裝機以及料庫提升機、輸送機等設備。其中烘干機和機立窯屬于熱力生產設備，其它均屬機械通風生產設備。就收塵技術而言，熱力生產設備的粉塵污染源治理難度大，尤其是機立窯煙塵，因治理技術、資金等方面的原因，長期以來得不到有效治理，是水泥企業粉塵污染治理的難點。石灰石、頁巖、砂巖和其它體積較大的原材料均需破碎。破碎時產生粉塵。破碎后的石灰石轉運至預均化堆場，然后輸送到原料調配站與其它轉運來的原料

9、按比例混合，送至原料磨進行粉磨。在轉運和粉磨的過程中，不斷有粉塵產生。粉磨后的原料混合物稱作生料。生料在生料庫中均化后，送入窯中煅燒。生料的轉運過程同樣產生粉塵污染。從窯尾排出的氣體含粉塵、SO2、NOX等污染物。生料在窯中煅燒成熟料，經冷卻和儲存，送至水泥磨與石膏等添加劑一起粉磨形成水泥。熟料冷卻和轉運、添加劑破碎與轉運、水泥磨以及水泥選粉機等環節均排放粉塵。水泥轉運、包裝和散裝時也存在粉塵排放問題?？傊?，物料的破碎、粉磨、堆放、轉運、煅燒、冷卻、包裝和散裝等過程是粉塵的排放源，另外，窯尾氣體中還含有SO2、NOX等氣態污染物。（六）、球磨機的介紹球磨機是我國水泥生產企業粉磨水泥的主要設備，

10、本機運轉平穩，工作可靠，流程簡單，操作管理及維修方便。球磨機由給料部、出料部、回轉部、傳動部（減速機、小傳動齒輪、電機、電控）等主要部分組成。中空軸采用鑄鋼體，內陳可拆換，回轉大齒輪采用鑄件滾齒加工，筒體內鑲有耐磨襯板，具有良好的耐磨性。本機為臥式筒形旋轉裝置，外沿齒輪傳動，兩倉，格子型球磨機。物料由進料裝置經入料中空軸螺旋均勻地進入磨機第一倉，該倉內有階梯襯板或波紋襯板，內裝不同規格鋼球，筒體轉動產生離心力將鋼球帶到一定高度后落下，對物料產生重擊和研磨作用。物料在第一倉達到粗磨后，經單層隔倉板進入第二倉，該倉內鑲有平襯板，內有鋼球，將物料進一步研磨。粉狀物通過卸料箅板排出，完成粉磨作業。它廣

11、泛應用于水泥、硅酸鹽制品、新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑色與有色金屬選礦以及玻璃陶瓷等生產行業，對各種礦石和其它可磨性物料進行干式或濕式粉磨。生料磨除塵可選用旋風和電除塵器。目前水泥行業的污染治理狀況仍然存在著較多的問題，主要表現為以下三點：一是由于大多數水泥廠為立窯生產線，生產工藝相對落后，加之生產和污染治理設施的管理維護力度不夠，因此，部分水泥廠粉塵和廢氣的跑、冒、滴、漏現象以及粉塵的無組織排放仍然突出。二是經過多年運行，大部分企業污染治理設施受損老化；另外，部分企業的污染治理設施由于倉促上馬，治理設施選型不合理，質量不過關，運行維護難度大；加上企業自身技術條件的局限，污染治理設施故障頻

12、出，有效運行率逐年降低，污染治理效果不斷下降，企業難以保證污染物長期、穩定地達標排放，一定程度上出現了污染反彈現象。三是2000年限期治理達標工作取得階段性成效后，大部分企業滿足于現狀，對存在的各種問題認識不夠，缺乏積極主動提高污染治理水平的意識和決心，污染治理設施出現問題時，不及時報告、不及時修理，個別企業甚至還出現治理設施不正常運行的情況。 二、設計點情況分析1. 設計基礎資料l 計量皮帶寬度:450mml 配料皮帶寬度:700mml 皮帶轉換落差:500mml 設粉塵收集后,粉塵濃度為2000mg/m3,粉塵的粒徑分布如下表.粒徑間隔/m<10102020303040&g

13、t;40質量頻率/%25252020102. 設計要求l 排放濃度小于50 mg/m3l 設計二級除塵系統,第一級為旋風除塵器,第二級為電除塵器或者袋式除塵器.l 計算旋風除塵器的分級除塵效率和除塵系統的總效率.l 選擇風機和電機l 繪制除塵系統平面布置圖l 繪制除塵器本體結構圖編制設計說明書. 1、污染源分析電除塵器的除塵效率受粉塵物理性質影響很大，特別是粉塵的比電阻的影響更為突出。電除塵器最適宜捕集比電阻為104 1010 ·cm的粉塵粒子，當凈化比電阻小于104·或大于 1010 ·cm的粉塵粒子時，除塵效率是很低的；因為產生負電暈的電壓比正電暈的低，并且電

14、暈電流大，所以工業用的電除塵器，均采用負電暈放電的形式；在電除塵器進口處的氣體流速，一般為10-15m/s，而在除塵器內部則只有0.5-2 m/s。若不采取必要的分布措施，氣體在除塵器內會很不均勻，中心部分流速將大大超過設計標準，氣體在除塵器內的停留時間大大縮短，被捕集到的再飛揚也會被高速氣體所帶走。同時氣流分布不均勻會使電暈極產生晃動，引起供電電壓的波動，從而使實際除塵效率降低。嚴重時會造成電除塵器不能正常操作。為此，可通過加設氣流分布裝置加以解決。 水泥業發展迅猛造成水泥粉塵污染急劇上升，嚴重污染環境，影響人民生活。據專家透露，目前全國每年水泥粉塵排放量達 1000 多萬噸，構成

15、工業粉塵排放量的大頭，是重要的空氣污染源，治理水泥粉塵污染已刻不容緩。粉塵是水泥工業的主要污染物。粉塵對人體的危害，根據其理化性質、進入人體的量的不同，可引起不同的病變。如呼吸性系統疾病、局部作用、中毒作用等。將塵源有效的封閉，是防止粉塵外逸的一項有效的技術措施. 磨尾卸料口和除塵器出灰口，必須裝鎖風裝置。物料輸送應盡可能選用密閉性能好的輸送設備，如斗式提升機、螺旋輸送機等。水泥生料靠用球磨機磨細，磨機出料時揚塵較多，加之生產上需要抽風引導物料流動，生料磨尾必然產生大量含塵廢氣，需要除塵器凈化后排放。不是設計點的無規律的含塵氣體，采用可靠的除塵設備加以處理凈化后的廢氣即可通過排氣管道排人車間外

16、大氣中。2. 凈化方案設計及運行參數選擇本設計中采用旋風除塵設備進行凈化處理。2.1 旋風除塵器的工作原理旋風除塵器一般有帶有一錐形的外圓筒，進氣管，排氣管，圓錐觀和貯灰箱的排氣閥組成。當含塵氣流以一定的速度（一般在1425m/s之間，最大不超過35m/s）由進氣管進入旋風除塵器后，氣流由直線運動變為圓周運動。由于受到外圓筒上蓋及圓筒壁的限流，迫使氣流作自上而下的旋轉運動。旋轉過程中產生較大的離心力，塵粒在離心力的作用下，被甩向外筒壁，失去慣性后在重力的作用下，落入貯灰箱中，與氣體分離。而旋轉下降的氣流到達錐體時，因錐體收縮的影響，而向除塵器中心匯集，根據“旋轉矩”不變理論，其切向速度不斷升高

17、，氣流下降到一定程度時，開始方向上升，經排氣管排出1。2.2 旋風除塵器的特點現在的旋風除塵器具有結構簡單；應用廣泛；分離效率高可以有效地清除微粒；處理氣體量大且阻力低； 適用于高溫和腐蝕性氣體； 運行費用低；應用廣泛等優點2。2.3 運行參數的選擇與設計根據相關資料及實際運行情況，本設計中煙氣的入口速度取為。根據國家相關規定及標準確灰分風的最高允許排放濃度為3。則本設中要求達到的除塵效率為： (2-1)2.4 凈化效率的影響因素在旋風除塵器結構尺寸中主要的影響因素有：除塵器的外筒直徑，高度，氣體進口和排氣管形狀和大小。這些部件一般都有一較適宜的尺寸及組合。過大或過小都會降低設備效率。操作條件

18、應控制在一個較適宜的范圍內，過大會降低設備效率，過小會增加阻力損失，兩種情況均不利于設備的高效運轉。3.設備結構設計與計算3.1 進氣口設計計算根據已有經驗及實際運行已確定本設計中煙氣的入口速度為：?？紤]設備漏風及安全運行等因素，假定實際進入設備的煙氣量為1.2Q。則進氣口部分的面積為： (3-1)現有旋風除塵器的進口有三類：直入切向進入式，蝸殼切向進入式，軸向進入反轉式（見圖3-1）。 直入切向進入式 蝸殼切向進入式 軸向進入反轉式 圖3-1 現有的幾類進氣管本設計中采用蝸殼切向進入式 ，它可減少進口系統對筒體內氣流的撞擊和干擾，其處理量大，壓力損失小。其尺寸一般為高寬之比在23之間。本設計

19、中取。則進口的寬度為： (3-2)進口高為： (3-3)則實際的高寬比： (在23之間) （3-4）實際進口面積為： （3-5）實際的入口速度為： （3-6）3.2 旋風除塵器外筒直徑的設計計算一般旋風除塵器，其進口高，寬分別為旋風除塵器外筒直徑倍。本設計中假定寬為外筒直徑的0.2倍，則高應為0.428倍，則旋風除塵器的外筒直徑為： （3-7）3.3 旋風除塵器高度的設計計算性能較好的旋風除塵器，其直筒部分高度一般為其外筒直徑的12倍，錐體部分高度為外筒直徑的13倍，錐部底角在20°40°之間。本設計中直筒部分高度,錐體部分高度，分別取為旋風除塵器外筒直徑的1.4倍及2倍。

20、則： (3-8) (3-9)旋風除塵器的總高度為： (3-10)3.4 旋風除塵器排氣管的設計計算現有的排氣管有兩類：底部收縮式和直管式（見圖3-2）。 直管式 底部收縮式 圖3-2 排氣管的類型無論哪一類排氣管，其管徑一般取為旋風除塵器外筒直徑的0.30.5倍。本設計采用直管式，其管徑取為，則排氣管管徑： (3-11)排氣管插入旋風除塵器外筒內深度一般與進氣管下緣平齊或稍低。本設計中為避免氣體短路，伸入長度 取為。即。3.5 排灰管的設計計算及卸灰裝置的選擇旋風除塵器的排灰管直徑一般取為外筒直徑的0.25倍，即。結合實際取為。實際。底部錐角為： （在20°40°之間） (

21、3-12)卸灰裝置兼有卸灰和密封兩種功能，是影響除塵器的關鍵部件之一。若有漏風現象，不但影響正常排灰，而且嚴重影響除塵器效率?，F有的卸灰裝置有兩類：二級翻板式和回轉式（見圖3-3）。本設計采用二級翻板式。 二級翻板式 回轉式 圖3-3 現有的兩類卸灰裝置3.6 流體阻力計算旋風除塵器內的壓力損失一般可按下式計算： (3-14)式中：煙氣密度，約為； 除塵器內含塵氣體的流速，； 流體阻力系數，無量綱；其中 (3-15)式中：旋風除塵器的進口截面積，； 排氣管直徑，帶入相關值，得 (3-16)所以，（在500pa1500pa之間）4. 煙囪的設計計算由于煙囪有一定的高度，煙囪中的熱氣體受到大氣浮力

22、的作用，而具有一定的幾何壓頭，在煙囪底部造成負壓“抽力”。如果這種抽力正好能克服氣體在窯爐中流動的各種阻力，就能使窯內熱氣體能源源不斷地流入煙囪底部，并通過煙囪排入大氣。4.1 煙囪直徑的計算煙囪內煙氣的流速選為，則直徑可用下式計算： （4-1）式中：煙氣流量，；煙氣流速，；1.2修正系。所以煙囪的直徑為： （4-2）取為，則實際煙氣流速為： 4.2 煙囪高度的設計計算本設計中，參照國家標準，確定煙囪高度為，則煙氣抬升高度為： （4-3）式中：煙氣的熱釋放功率，；地區環境溫度， 煙氣釋放速率，；大氣壓強，；溫差，代入相關值得：由于<，所以： 所以煙囪的總高度為： （4-4）4.3 煙囪阻

23、力損失計算煙囪亦采用鋼管，其阻力可按下式計算： （4-5）式中：摩擦阻力系數，無量綱；管內煙氣平均流速，；煙氣密度，；管道長度，；管道直徑，已知鋼管的摩擦系數為0.02，所以煙囪的阻力損失為： 則地面最大濃度為： 可見地面最大濃度小于國家規定，煙囪高度設計合理。5. 管道系統設計計算5.1 管徑的計算管道采用薄皮鋼管，管內煙氣流速為，則管道直徑為： （5-1）式中：煙氣流量，；煙氣流速，；1.2修正系數代入相關值得： 結合實際情況，取為，則實際煙氣流速為： （5-2）5.2 摩擦阻力損失計算根據流體力學原理，空氣在任何橫截面形狀不變的管道內流動時，摩擦阻力可用下式計算： （5-3）式中：摩擦阻

24、力系數，無量綱；管內煙氣平均流速，；煙氣密度，；管道長度，；管道直徑，；對于薄皮鋼管，查閱相關資料的鋼管的。代入相關數值得： 5.3 局部阻力損失計算煙氣管道局部阻力損失可按下式計算： （5-4）式中：彎頭個數；局部阻力系數，無量綱；煙氣密度，；管內煙氣平均流速，；在煙氣管道中一般采用的是二中節二端節型90°彎頭，其局部阻力損失系數，所以感到局部阻力損失為： （5-5）總阻力損失為： （5-6）5.4 風機，電機的選擇引風機全壓頭可按下式計算： （5-7）其中為系統總壓力損失： 所以風機的全壓為： 引風機的風量可按下式計算： （5-8）式中：引風機的風量，；引風機容積裕度系數，取為1.1；燃料消耗量，；每公斤燃料產生的煙氣量，；當地大氣壓，；引風機入口處煙氣溫度，；代入相關值得： （5-9）結合風機全壓及送風量，選用Y5-47-6c型離心引風機，其性能參數見表5-1。表5-1 Y5-47-6c型離心引風機性能參數機號NO功率Kw轉速r/min流量m3/h全壓pa6c18.5285080201512933642452電機的效率 式中；Ne電機功率，kW；Q風機的總風量，m3/h；-通風機全壓效率，一般取0.50.7；-機械傳動效率，對于直聯傳動為0.95；代入數據得： 電機選擇：電機選用Y280S-4型，其性能參數見下表：型號馬力HP