大气污染控制课程设计.doc

《大气污染控制技术》
课
程
设
计
报
告
安全技术与环境工程系 环境监测与治理技术专业

六月
某水泥厂使用电除尘器治理立窑废气设计说明书

班级： 09环境监测与治理技术（1）班
组长： 廖珍婷
成员：廖珍婷、林芳煌、张晓莲
指导老师： 李 英
日期： 2023/05-2023/06

课程设计内容及任务分派
课程设计内容：
一、设计原始资料
二、水泥生产过程
（一）水泥生产原料
（二）水泥生产工艺
（三）水泥厂量
三、烟尘的来源与性质
（一）烟尘的来源
（二）烟尘的性质
四、烟尘的浓度与解决规定
（一）烟尘浓度
（二）解决规定
五、电除尘器的选择与治理工艺流程
（一）电除尘器的选择
（二）治理工艺流程
六、电除尘器的设计
七、电除尘器的运营管理
八、总结
九附图
（一）管框绷线式电晕极示意图
（二）芒刺线电晕极形式
（三）卧式除尘器结构示意图
（四）除尘器内部集尘板与电晕线的布置图
任务分派：
组长：廖珍婷
成员：廖珍婷、林芳煌、张晓莲
林芳煌：
水泥生产过程
烟尘的来源与性质
烟尘的浓度与解决规定
廖珍婷：
电除尘器的选择与治理工艺流程
电除尘器的设计
总结
张晓莲：
电除尘器的运营管理
附图
目录
一、 设计原始资料…………………………………………………………………………1
二、 水泥生产过程…………………………………………………………………………1
（一） 水泥生产原料…………………………………………………………………………1
（二） 水泥生产工艺…………………………………………………………………………1
（三） 水泥厂量…………………………………………………………………………………3
三、 烟尘的来源与性质……………………………………………………………………3
（一） 烟尘的来源……………………………………………………………………………3
（二）烟尘的性质……………………………………………………………………………3
四、 烟尘的浓度与解决规定………………………………………………………………3
（一） 烟尘浓度…………………………………………………………………………………3
（二） 解决规定…………………………………………………………………………………3
五、 电除尘器的选择与治理工艺流程…………………………………………………4
（一）电除尘器的选择………………………………………………………………………4
（二）治理工艺流程…………………………………………………………………………5
六、 电除尘器的设计………………………………………………………………………5
七、 电除尘器的运营管理…………………………………………………………………7
八、 总结………………………………………………………………………………………8
九、 附图………………………………………………………………………………………8
（一） 管框绷线式电晕极示意图………………………………………………………8
（二） 芒刺线电晕极形式………………………………………………………………8
（三） 卧式除尘器结构示意图…………………………………………………………9
（四） 除尘器内部集尘板与电晕线的布置图……………………………………………9

水泥厂使用电除尘器治理立窑废气
一、设计原始资料：
1、 水泥产量：8t/h；
2、 烟气排放量：50000m3/h；
3、 烟尘浓度：5g/m3;
4、 排放标准：查阅《水泥厂大气污染物排放标准》
二、水泥生产过程
（一）水泥生产原料
水泥由石灰石、粘土、铁矿粉按比例磨细混合，这时候的混合物叫生料。然后进行煅烧，一般温度在1450度左右，煅烧后的产物叫熟料。然后将熟料和石膏一起磨细，按比例混合，才称之为水泥。这时候的水泥叫普通硅酸盐水泥。
该厂用的是普通硅酸盐水泥。
（二）水泥生产工艺

1、破碎及预均化
（1）破碎水泥生产过程中，大部分原料要进行破碎，如石灰石、黏土、铁矿石及煤等。石灰石是生产水泥用量最大的原料，开采后的粒度较大，硬度较高，因此石灰石的破碎在水泥机械的物料破碎中占有比较重要的地位。
（2）原料预均化预均化技术就是在原料的存、取过程中，运用科学的堆取料技术，实现原料的初步均化，使原料堆场同时具有贮存与均化的功能。
2、生料制备
水泥生产过程中，每生产1吨硅酸盐水泥设备至少要粉磨3吨物料（涉及各种原料、燃料、熟料、混合料、石膏），据记录，干法水泥生产线粉磨作业需要消耗的动力约占全厂动力的60%以上，其中生料粉磨占30%以上，煤磨占约3%，水泥粉磨约占40%。因此，合理选择粉磨设备和工艺流程，优化工艺参数，对的操作，控制作业制度，对保证产品质量、减少能耗具有重大意义。
3、生料均化
新型干法水泥生产过程中，稳定入窖生料成分是稳定熟料烧成热工制度的前提，生料均化系统起着稳定入窖生料成分的最后一道把关作用。
4、预热分解
水泥机械把生料的预热和部分分解由预热器来完毕，代替回转窑部分功能，达成缩短回窑长度，同时使窑内以堆积状态进行气料换热过程，移到预热器内在悬浮状态下进行，使生料可以同窑内排出的火热气体充足混合，增大了气料接触面积，传热速度快，热互换效率高，达成提高窑系统生产效率、减少熟料烧成热耗的目的。
（1）物料分散
换热80%在入口管道内进行的。喂入预热器管道中的生料，在与高速上升气流的冲击下，物料折转向上随气流运动，同时被分散。
（2）气固分离
当气流携带料粉进入旋风筒后，被迫在旋风筒筒体与内筒（排气管）之间的环状空间内做旋转流动，并且一边旋转一边向下运动，由筒体到锥体，一直可以延伸到锥体的端部，然后转而向上旋转上升，由排气管排出。
（3）预分解
预分解技术的出现是水泥设备煅烧工艺的一次技术奔腾。它是在预热器和回转窑之间增设分解炉和运用窑尾上升烟道，设燃料喷入装置，使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程，在分解炉内以悬浮态或流化态下迅速进行，使入窑生料的分解率提高到90%以上。将本来在回转窑内进行的碳酸盐分解任务，移到分解炉内进行；燃料大部分从分解炉内加入，少部分由窑头加入，减轻了窑内煅烧带的热负荷，延长了衬料寿命，有助于生产大型化；由于燃料与生料混合均匀，燃料燃烧热及时传递给物料，使燃烧、换热及碳酸盐分解过程得到优化。因而具有优质、高效、低耗等一系列优良性能及特点。
5、水泥熟料的烧成
生料在旋风预热器中完毕预热和预分解后，下一道工序是进入回转窑中进行熟料的烧成。
在回转窑中碳酸盐进一步的迅速分解并发生一系列的固相反映，生成水泥熟料中的等矿物。随着物料温度升高近时，等矿物会变成液相，溶解于液相中的和进行反映生成大量（熟料）。熟料烧成后，温度开始减少。最后由水泥熟料冷却机将回转窑卸出的高温熟料冷却到下游输送、贮存库和水泥机械所能承受的温度，同时回收高温熟料的显热，提高系统的热效率和熟料质量。
6、水泥粉磨
水泥机械是水泥制造的最后工序，也是耗电最多的工序。其重要功能在于将水泥熟料（及胶凝剂、性能调节材料等）粉磨至适宜的粒度（以细度、比表面积等表达），形成一定的颗粒级配，增大其水化面积，加速水化速度，满足水泥浆体凝结、硬化规定。
7、水泥包装
水泥出厂有袋装和散装两种发运方式。
（三）水泥厂量
水泥产量：8t/h
三、烟尘的来源与性质
（一）烟尘的来源
多种微小的固体颗粒和液滴。
燃烧和冶炼等过程排放气体中的固体微粒，例如燃料不完全燃烧产生的炭粒、燃烧过程产生的飞灰以及冶炼过程中熔化的物质蒸发后凝聚而成的固体微粒等。工业上重要来源于锅炉、窑炉及金属冶炼炉的排放。立窑烟气中所含的烟尘重要来自于干燥过程中由球料爆破所产生的生料粉、从立窑窑面飞出的微细颗粒、在高温带挥发在低温带冷凝形成的微结晶的钾盐颗粒以及由未充足燃烧的碳形成的烟羽颗粒等,立窑烟尘中粒径<15μm的约占50%以上。
（二）烟尘的性质
立窑烟尘存在着随工况变化较大,温度变化幅度大,湿度较高、易结露,有害气体含量高、腐蚀性强等特点,而煅烧操作方式的不同(分明火操作和暗火操作,暗火操作又分浅暗火操作和深暗火操作)所排放的粉尘量相差极大,使得立窑烟气的除尘难度较大,成为水泥生产过程中解决难度最大的排尘问题。
立窑排放的烟气受工艺特点、操作方法、配料方案、原料波动等因素的影响较大,重要特点如下:
1、温度波动范围大
烟气温度高且变化大,一般在50~300℃左右。正常情况下,采用深暗火、浅暗火煅烧,烟气温度在50~120℃之间;而在个别情况,如窑内偏火、垮边、提火等不正常窑况,温度可达400~500℃。
2、废气含尘、含湿量大
一般烟气量为35000~45000m3/h,熟料含尘浓度在5~30g/Nm3,水气量为10%~20%,露点温度为45~55℃。
3、腐蚀性、有害性大
通过度析可知,立窑废气重要是由CO,CO2,NOX等组成,由于原料和燃料中带入的硫化物以及使用复合矿化剂后,氟酸的腐蚀性尤为强烈。
四、烟尘的浓度与解决规定
该厂投厂时间为2023年9月1日
1、烟尘浓度：5g/m3
2、解决规定：
自2023年1月1日起，现有生产线各生产设备（设施）排气筒中的颗粒物和气态污染物最高允许排放浓度及单位产品排放量不得超过表2规定的限值。

根据表一的限值知道烟尘的最高排放浓度为50mg/m3单位产品排放量为0.15kg/t.
五、电除尘器的选择与治理工艺流程
（一）电除尘器的选择
1、电除尘器形式：·
我组通过综合考虑采用卧式的板式电除尘器。卧式静电除尘器的收尘极板有若干块平板组成，为了减少粉尘的二次扬尘和增强极板的刚度，极板一般要轧制成各种不同的断面形状，电晕极安装在收尘极板构成的通道中间。
卧式静电除尘器之气体在静电除尘器内沿水平方向运动，与立式静电除尘器相比有以下特点：
（1）各个电场可以施加相同电压，也可以分别施加不同的电压，分别施加不同的电压以便充足提高除尘效率。沿气流方向可分别为若干个电场；
（2）根据所规定的除尘效率，可任意增长电场长度，但太长会增长费用，而效果却不十分抱负。
（3）在解决较大的烟气量时，能保证气流沿电场断面均匀分布，清灰比较方便；
（4）各个电场可以分别捕集不同粒度的粉尘，这有助于粉尘的捕集回收；
2．、电晕极形式：
我们选芒刺线的电晕极,管框绷式电晕极。芒刺形电晕线以尖端放电代替沿电晕线全长放电，因而放电强度高，起晕电压低，在尖端伸出方向增强了电风，可以减小和防止粉尘浓度大时出现的电晕封闭的现象。
3、集尘极形式：
对于集尘板我们选择板式集尘板。板式集尘极振打时二次扬尘少；单单位集尘面积的金属用量少；极板较高时，不易产生变形；气流通过极板空间是阻力小。
然而，板式集尘板又有平板形、Z形、C形、波浪形、曲折形等。平板形极板对防止二次扬尘和使极板保持足够刚度的性能较差。Z形极板是将极板加工成槽沟的形状。当气体通过时，紧贴极板表面处会形成一层涡流区，该处的流速较主气流流速要小，因而当粉尘进入该区时易沉积在集尘板表面。同时由于板面不直接受主气流冲刷，粉尘重返气流的也许性以及振打清灰时产生的二次扬尘都较少，有助于提高除尘效率。
所以我们选择Z形的板式集尘极。
4、清灰方式：
我们选择干式清灰。干式电除尘器有机械撞击或电磁振打产生的振动力清灰。虽然干式振打清灰需要合适的振打强度，振打强度小，清灰不彻底，振打强度大，易导致二次扬尘，但是它回收后可以再运用，减少费用同时保护了环境。
（二）治理工艺流程

六、电除尘器的设计
根据规定设计一台电除尘器
1、解决风量：

2、除尘效率：
由于国家标准排放浓度为200mg/m；所以取出口含尘浓度为100mg/m

3、极板面积A：
查资料可知:W=7.0-2
A=㏑()=㏑()=782m2
4、电场断面积F:
取电场风速u=1.0m/s；
则
5、通道数n：
设板间距为250mm,高为3m,则通道数：
n==,则取19个
6、 电场长度L:
L=
7、电场宽度W：
W=
8、解决停留时间t:
t
9、分布板层数n：
采用多孔板分布板；取烟气流速为3m/s；
进气管截面积F：

由于<6,所以n=1
七、电除尘器的运营管理
1、人进入静电除尘器内部时的注意事项
　　①静电除尘器电场投入运营时，人孔门必须关闭。
　　②进入除尘器内部时，必须断开电路电源，用接地棒使阴极部分接地，同时在操作盘挂上断电警示牌。拟定进入除尘器的人员。
　　③进入除尘器内部时，安装在除尘器后的主排风机不准运转并要挂牌警示。
　　④当除尘器内部的工作结束后，在离开时应确认没有遗留物。
　　2、有关电气设备管理的一般注意事项
　　①当发生异常现象时，应判断出异常现象发生因素，在没有修复时不能开机，特别是在电源可控硅反向击穿时，若再运转，可引起其内部破坏，应特别注意。
　　②当高压电源的涂漆发生脱落而生锈时，用砂纸将锈擦干净后，除去表面油脂后再涂漆，特别是散热片部分，由于钢板特薄，若锈蚀不解决，则也许锈蚀穿孔而漏油。
　　③当静电除尘器本体要使用电焊时，应设立电焊专用的接地线，如不设立专用地线时。电焊的电流流过电源可损坏电源用接地线。在试运转调整或检修时，若要长期使用电焊机时应使高压电源与除尘器本体断开。
　　④当人进入除尘器本体内部时，必须按规定的顺序进行。接地棒应一直接地。因除尘器本体的各个电场彼此独立，所以就需分别接地。
　　⑤搬运高压电源时，应在电源四角的挂钩上挂钢丝绳搬运。若在其他部分挂绳搬运时，应注意不要损坏电源本体，或碰落油漆。
　　⑥高压电源的散热部分，为了提高其散热能力，常用薄壁板焊接作成，若上面有物体或人站在散热片上时会引起散热片的损坏，所以应特别注意避免。
　　3、运营管理的重要内容
　　除尘装置经安装、试运转、测试调整和验收后，在进行正常运转时。必须对的地操作管理，并有计划地进行检修。否则就达不到预期的除尘效果，起不到保护环境的目的。运营管理涉及如下内容。
　　①除尘系统属于专用设备，应设专人定岗管理。
　　②除尘系统经测试调整好后，应将调节阀门、阀板位置固定，并应做出明显标志，不应随意变动。
　　③应按操作规程规定的生产设备和除尘设备之间的开车、停车顺序启用设备。除尘装置应在生产设备开动之前启动，在生产设备停止运营之后关闭，以防止粉尘等在管道内沉积或污染环境。
　　④在除尘装置启动前应检查通风机、电动机和除尘器等的旋转部位的润滑情况和气密性是否良好，冷却和安全装置的性能是否可靠，输排灰装置性能是否良好可靠。
　　⑤运营时应记好运营日记，日记内容涉及换班时间、设备运营状况及事故因素等，当设备发生故障时应具体记录发生故障因素、故障情况及对检修的参考性意见等，把重要事项输入计算机管理系统。运营记录的内容涉及：a、生产设备的输出功率或解决能力；b、生产原料的种类、耗量、成分等，生产工艺流程运转状况等；c、粉尘的成分变化、捕集的粉尘量等；d、静电除尘器的一次电流、电压和二次电流、电压等；e、通风机的运营、振动情况，排放烟气有无颜色等；f、湿式电除尘器的供水压力、流量及污水排放解决情况等。
八、总结
该厂采用电除尘器型号为卧式，电晕线为芒刺线其中电晕线用管框绷线式固定住，清灰方式采用干式清灰。该厂烟尘排放浓度为100mg/m3符合国家的排放标准浓度，除尘效率为98%，电场面积为782m2，通道数为19个，烟尘在除尘器内的停留时间为7s。
在大气污染问题越来越受到关注的今天，除尘器的发展应当会很迅速，特别是电除尘器的应用，所以，我们应当在前人的经验基础上创新，对除尘器进行优化设计，提高除尘器的性能。
我相信，随着国家环保政策的不断加强，以及对环境保护重视度得不断提高，电除尘器的总体设计也一定会日渐成熟。
九、附图
管框绷线式电晕极示意图：
主支撑杆
支撑管
电晕线

芒刺线电晕极形式：

卧式除尘器结构示意图：
含尘气体
净化气体
1
8
7
2
4
6
3
5

1— 分布板；2—集尘板；3—金属阳极；4—电晕电极；
5—金属阴极；6—外壳；7—灰斗；8—振打器；
除尘器内部集尘板与电晕线的布置图：

参考文献：
【1】 金文、刘国华，《大气污染控制与设备运营》，高等教育出版社；
【2】 《环保设备原理设计与应用》郑铭主编，陈万金副主编；化学工业出版社
【3】 《除尘设备设计》，化工设备设计全书编辑委员会编著，上海科学技术出版社