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500mm

●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

<

10

10~20

20~30

30~40

>

40

质量频率/%

25

20

2.设计要求

●排放浓度小于50mg/m3

●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.

●计算旋风除尘器的分级除尘效率和除尘系统的总效率.

●选择风机和电机

●绘制除尘系统平面布置图

●绘制除尘系统立面布置图

●绘制除尘器（二个）本体结构图

●编制工艺设计说明书.

一.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。

二.粉尘来源与危害

2.1水泥厂粉尘源

2.1.1破碎、运输及储存水泥厂的破碎机

按进料不同，可分为石灰石、石膏破碎机和熟料破碎机；

按施工破坏力的不同，可分为冲击型和挤压型二种。

其中冲击破碎机的产品粒度较细，进入除尘器的气体的含尘浓度远大于挤压式破碎机。

由于破碎机工作时的冲击、挤压和摩擦等机械作用会产生部分热能使粉料温度上升，但上升不会太高。

水泥厂运输原料的方式有皮带机、螺旋输送机和斗提机等。

在下料点处会产生扬尘，尤其是大型斗提机，会在物料进口处产生较强的扬尘。

原料储存有堆场和库存的方式，按原料种类可将储料库分为生料原料库、熟料库和水泥库等。

当物料从储料库库顶的放料口进入的同时会带入气体，在库仓内形成正压而使粉尘外泄。

2.1.2烘干机

水泥厂采用的烘干方法，除自然烘干外，主要有两种：

一种是粉磨过程中同时进行烘干，另一种是设置单独的烘干设备。

国内水泥厂烘干设备一般有回转烘干机、立式烘干机、悬浮烘干机和流态烘干机而使用较为普遍的是回转烘干机。

烘干设备排出的废气是水泥厂主要的粉尘排放源，尤其是粘土排放系统。

其它需烘干的物料还有页岩、矿渣、钢渣和煤等，烘不同的物料所产生的烟气特性有所不同。

2.1.3磨机

磨机废气排放主要用于磨机内的通风，水泥厂的磨机包括生料磨、矿（钢）渣磨、水泥磨和煤磨等磨机消耗的能量大部分转化成热能使原料中的水分在粉磨过程中蒸发。

当进磨物料水分高于2时，必须采用烘干兼粉磨工艺。

如生料磨和煤磨，不带烘干的生料磨有钢渣磨等，绝大部分水泥厂的旋窑是以煤粉作燃料，而煤粉气体颗粒较小，且是一种易燃易爆气体。

2.1.4立窑

立窑采用的是半于法生产技术。

由于各厂的原料、配料和煅烧方式（分明火、浅、暗火和深暗火）不同，使立窑烟气的含尘浓度，含湿量，废气温度等工况条件变化很大。

废气的成分也较复杂，立窑窑面湿料层的厚度直接影响立窑烟气的温度和含尘浓度深暗火操作时，湿料层厚度达1000mm以上，通过湿料层的吸热和过滤作用，烟气的温度降低（一般都低于50℃），含尘浓度也降低（5g／m左右）；

明火操作时，废气温度达250℃以上，含尘浓度超过2g／m，暗火操作则介于二者之间。

2.2水泥厂粉尘的特点

●烘干物料产生的烟气烘不同物料所产生的烟气的特性有所不同，但一般含尘浓度比较高，含湿量大且波动范围大，露点温度高，正常情况下废气温度较低，废气中粉尘粒径范围宽且有一定的腐蚀性。

●粉磨产生的废气生料磨废气中的含湿量因各厂工艺不同区别较大，水泥磨人磨物料都是干料，其排风含湿量低，一般无结露危险，粉尘粒径较小。

●立窑烟气的治理难度是其烟气的“湿、蚀、变”的特殊工况。

“湿”指烟气含湿量大，露点温度高，酸露点温度更高；

“蚀”指含腐蚀性烟气，尤其是添加复合矿化剂后氟酸的腐蚀尤为强烈；

“变”指废气量、含尘量、温度、湿度和粉尘比电阻值等参数随工艺操作条件的频繁变化而波动范围较大。

●干法旋窑窑头、窑尾的烟气干法旋窑窑头（冷却机）的烟气主要为冷却熟料的废气，具有颗粒粗且干燥，温度高且波动大，粉尘浓度一般较小的特点。

干法旋窑窑尾烟气的特点是烟气量大，温度高，粉尘浓度高，粉尘细而粘、比电阻值高且含有酸碱氧化物等腐蚀性烟气。

窑单体操作与窑磨联合操作相互转换时，进入除尘器烟尘的工况变化较大。

2.3水泥生产作业粉尘危害

粉尘是能在空气中浮游的固体微粒。

由于粉尘的特殊性质、粒径的大小等因素，它对人体的危害很大。

根据不同特性，粉尘可对机体引起各种损害。

如可溶性有毒粉尘进入呼吸道后，能很快被吸收入血流，引起中毒；

放射性粉尘，则可造成放射性损伤；

某些硬质粉尘可损伤角膜及结膜，引起角膜混浊和结膜炎；

粉尘堵塞皮脂腺和机械性刺激皮肤时，可引起粉刺、毛囊炎、脓皮病及皮肤皲裂等；

粉尘进入外耳道混在皮脂中，可形成耳垢等。

而且化学性质不同程度地在体内参与和干扰生化过程的程度和速度，一般的粉尘进入人体肺后，可能引起尘肺病，如硅、石棉、炭黑等。

粉尘还对工业生产也有极大的影响。

降低产品质量和机器工作精度、影响作业环境的能见度，有些粉尘在一定的条件下会发生爆炸。

而且浓度超标的粉尘排放到大气中也造成环境污染，所以，除尘是很有必要的。

再者，生产工作的环境内，存在工作人员是必要的，而由于物料破碎过程、振动筛的剪切压缩的尘化作用、物料在落到皮带上的运动诱导空气的尘化作用，在车间里产生粉尘并使得粉尘悬浮在空中或在空气中运动，这大大增加了粉尘的危害性。

为了控制粉尘，减小其危害，提高车间的工作环境，有必要在车间内设置通风除尘系统进行除尘，使其达到排放标准后再进行排放。

水泥生产性粉尘作业危害程度Ⅲ级的占调查工种的50%，危害程度最高的Ⅳ级，显示水泥生产粉尘作业危害程度大。

接尘作业工人尘肺和慢性上呼吸道炎发病率高，水泥作业工人的慢性上呼吸道炎发病率较高，尘肺病是粉尘危害最严重的后果。

立窑水泥生产接尘作业工人的尘肺患病率较高，尘肺病种有矽肺，也有水泥尘肺。

矽肺主要发生在粉尘游离二氧化硅较高的生料、原料工种、水泥尘肺则发生在粉尘游离二氧化硅含量较低的制成、煅烧工种，两患病率差异无显著性。

可见水泥生产性粉尘是否引起尘肺，并不完全取决于粉尘中游离二氧化硅含量，而与粉尘浓度、接尘作业时间、接尘作业时肺总通气量既粉尘作业危害程度级别有关。

粉尘中游离二氧化硅含量,可以影响尘肺的病理改变，吸入的粉尘中游离二氧化硅含量高，患者胸片X线表现以矽结节为主类圆形影阴，吸入的粉尘中游离二氧化硅含量低,患者胸片X线表现则以不规则形影阴为主。

通过对水泥生产企业进行的劳动卫生学、职业性健康检查、粉尘作业危害程度分级等内容调查研究，显示水泥生产作业的粉尘危害严重，呈“三高”趋势既粉尘浓度高，粉尘作业危害程度级别高，尘肺患病率高。

水泥生产性粉尘引起的尘肺，既有矽肺也有水泥尘肺，表明水泥生产性粉尘引起尘肺与粉尘浓度、接尘作业时间、接尘作业时间肺总通气量等因素有关。

提示防治生产性粉尘危害不但要降低生产场所粉尘浓度，还要减少工人的接尘作业时间，降低劳动强度，这样才能更有效预防水泥生产性粉尘的危害。

三、集气罩工艺计算

3.1集气罩的设计

3.1.1破碎机集气罩

为了防止破碎机工作时粉尘向车间扩散，而危害工作人员和污染空气，密闭罩是将污染物的局部或整体密闭起来的一种集气罩，其作用原理是使污染的扩散限制在一个很小的密闭空间内，仅在必须流出的罩上开口缝隙处吸入若干室内空气，使罩内保持一定的负压，达到防止污染物向外排放的目的。

密闭罩的特点是，与其他类型集气罩相比，所需排风量最小，控制效果最好，且不受室内横向气流的干扰。

密闭罩的布置要求如下：

①尽可能将污染源密闭，以隔断污染气流与室内二次气流的联系，防止污染物随室内气流扩散。

②密闭罩内应保持一定的均匀负压，避免污染物从罩上缝隙外溢，要合理的组织罩内气流和正确地选择吸风点位置。

③吸风点位置不宜设在物料集中地点，避免把大量物料吸入净化系统。

④设计密闭罩，应不妨碍工艺生产操作。

根据破碎机密闭罩的经验数据，

一破采用颚式破碎机，设其规格为：

900*1200，其上部加料口收尘风量Q为3000m3/h，其密闭罩的规格为ф1200*1400。

二破采用立轴式破碎机，设其规格为ф1000*1500（H），其密闭罩规格可定为ф1200*1600（H）。

3.1.2运输带集气罩

由于设备的配制、物料性质及生产操作条件不同，粉尘散发的情况也不一致，因而密闭方法应根据具体的生产条件采用适当的密闭型式。

根据课程设计任务书的要求，该产尘点为带式传送输送机的落料点，所以选择局部密闭罩。

局部密闭罩是在设备的产尘处采取局部密封并就地排除粉尘的密闭罩。

特点是装设密闭罩的地点不常检修，检修时一般要把整个密闭罩全部拆卸下来。

形式如下图所示：

局部密闭罩

3.2抽尘罩罩口断面速度的确定

抽尘罩罩口的断面速度建议采用数据[4]：

●在粗破碎工段小于或等于3.0m/s，一般取1.5～2.5m/s；

●在中、细破碎工段小于或等于2.5m/s，一般取0.6～2m/s；

●处理粉状物料时一般小于或等于0.5m/s。

根据课程设计任务书的要求，该产尘的带式传送输送机为生料，属于中、细破碎工段，取1.0m/s

3.3密闭罩中的最小负压值

密闭罩中最适当的负压如下[4]

块状物料单层罩为10～15Pa，双层罩为6～8Pa。

粒状物料单层罩为9～10Pa，双层罩为6～8Pa。

粉末状物料一般采用双层罩，建议负压值为5～6Pa

根据课程设计任务书的要求，选择局部密闭罩后，上部罩最小负压值△P＝5Pa，下部罩最小负压值△P＝8Pa。

3.4粉体设备的除尘抽风量选取

3.4.1溜槽末端得物料速度[4]

胶带机宽度B/mm

溜槽倾角/（°

）

溜槽始端至末端的垂直高度H/m

0.50

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

B=500

75

5.30

6.02

6.66

7.25

7.80

8.30

8.75

9.22

90

5.60

6.42

7.16

8.40

8.97

9.50

10.0

根据课程设计任务书的要求，计量皮带宽度:

450mm，配料皮带宽度:

700mm，皮带转换落差:

500mm。

1由计量皮带落到配料皮带：

取胶带机宽度B=500mm，溜槽倾角为90°

，落差高度为500mm，得溜槽末端的物料速度为5.6m/s。

2由配料皮带落到生料提升机：

取胶带机宽度B=800mm，溜槽倾角为90°

，落差高度为500mm，得溜槽末端的物料速度为6.4m/s。

3.4.2密闭罩抽风量

由溜槽末端物料速度可查得密闭罩抽风量

表2-12带式输送机普通型局部密闭罩抽风量[4]

物料末端速度/m/s

组合空气量名称

带式输送机宽度B/mm

500

650

800

1000

1200

1400

6.0

诱导空气量

1300

1950

2800

4000

吸入空气量

1700

2050

2500

2650

3100

6.5

580

950

1500

2350

3300

4650

1850

2100

2250

2700

2900

3400

1由末端速度为5.6m/s，输送机宽度为500mm，取末端速度为6.0m/s，宽度为500mm，查表得诱导空气量Q1=500m3/h，吸入空气量Q2=1700m3/h。

即单个除尘抽风量Q1+Q2=500＋1700＝2300m3/h。

3.5总风量计算

3.5.1破碎机的密闭罩的风量计算：

一破破碎机风量计算：

由参考书《水泥厂大气污染物排放控制技术》查得，规格为900*1200的颚式破碎机破碎的上部加料口收尘风量Q=2000m3/h，下部下料口收尘风量Q=1000m3/h。

则一破的风量Q=3000m3/h

二破破碎机的风量计算：

根据经验所得：

吸风断面风速0.5~1m/s,对密闭罩取0.6m/s

面积：

A=3.14×

D2/4=3.14×

1.42/4=1.54m2

吸风量：

Q=0.5×

A=0.5×

1.54=0.77m3/s=2772m3/h

根据经验所得，当物料落差<

1.5m时，该规格的破碎机收尘风量为2000~3000符合要求

3.5.2总的风量计算

总抽风量Q3＝2300×

6+2772×

2+3000*2＝25344m3/h=7.04m3/s

四、旋风除尘器的选型与计算

4.1旋风除尘器的分类

气流在做旋转运动时，气流中的粉尘颗粒会因受离心力的作用从气流中分离出来。

利用离心力进行除尘的设备称为旋风除尘器，也叫旋风分离器。

旋风除尘器可以捕集粒径为5um以上的粉尘，允许最高进口含尘质量浓度为1000g/m3，最高温度450℃，进口气流速度15～25m/s，阻力损失588～1960Pa，除尘效率50％～90％。

具有结构简单、制作安装容易和维护管理方便、造价和运行费用低、占地面积小等特点。

4.2旋风除尘器选型计算

已知条件：

处理风量：

25344m3/h、粉尘浓度2000mg/m3。

4.2.1旋风除尘器的直径[5]

－旋风除尘器直径，m

－除尘器处理风量，m3/h

－除尘器筒体净空截面平均速度，m/s,一般取2.5～4.0m/s本设计中取

＝3.0m/s。

得：

D0=（25344/（2826×

3）0.5=1.73m

4.2.2进口截面积[3]

Q－旋风除尘器处理烟气量，m3/s。

A=bh=25344/（3600*15）=0.47m2

4.2.3旋风分离机的选型

根据计算所得的风量与直径，选用扩大的XLP/B型旋风除尘器，型号为CLP/B-20.0,具体尺寸如下：

型号

主要尺寸/mm

D

H

H1

a

b

c1

c2

L1

L2

L3

d

CLP/B-20.0

2000

8120

4600

600

2014

1285

1128

910

进口风速/（m/s）

质量/kg

d1

db

G

n1

n2,n3

n4

K

12

15

17

22

1270

565

120

320

2142

81100

38880

46660

2899

4.2.4旋风除尘器的压力损失[3]

－气体的密度，kg/m3

1－气体入口速度，m/s，若没有提供允许的压力损失数据，一般取进口气速为12～25m/s。

本设计中取为15m/s

－局部阻力系数。

本设计中取

＝5.8。

水泥生料粉真密度为2.76g/cm3

常压常温下空气密度为1.205kg/m3

所以烟尘的密度为

压力损失

4.2.5旋风除尘器的除尘效率[3]

4.2.5.1涡流指数

D－旋风除尘器直径，m；

T－气体的温度，K。

本设计中取为常温T＝293K。

涡流指数n=1-[1-0.67*（1.73）0.14]*（293/283）0.3

n=0.734

4.2.5.2气流在交界面上的切向速度

排出筒直径：

de=0.4*D=0.4*2m=0.8m

取内外涡旋交界圆柱的直径d0=0.7de=0.7*0.8=0.56

切向速度vr0=15*[1.73/（0.7*0.8）]0.734=37.8m/s

4.2.5.3外涡旋气流得平均径向速度

r0=1/2d0=0.28

Vr=Q/（2*3.14*r0*ho）=7.04/（2*3.14*r0*h0）=7.04/（2*3.14*0.28*4.6）=1.13m/s

4.2.5.4分级粒径

dc=[18uVro/ppVr2]1/2=[18*1.81*10-5*1.13*0.28/2760*37.82]1/2=5.113*10-6

已知：

粉尘间隔/um

10～20

20～30

30～40

质量频率/％

粒径小于10um的粒子分级效率为：

N10=1-exp[-0.6931*（dp/dc）1/n+1]=1-exp[-0.6931*（10/5.113）1/（1+0.734）]=0.6464

同理可得其他粒径的效率:

分级效率η

0.6464

0.7339

0.8339

0.8889

0.9078

旋风除尘器总效率η/％

78.041

4.3二级除尘器的选型设计及总除尘效率的计算

4.3.1二级除尘器的选型设计

第二级除尘器的粉尘进口浓度=2000*（1-78.041%）=439.18mg/m3

第二级除尘器的粉尘出口浓度应小于50mg/m3，

则第二级除尘器的最小除尘效率为：

n2=（439.18-50）*100%/439.18=88.62%

4.3.2比集尘表面积的确定

本设计中采用槽行阳极形式，取烟气流速为0.8m/s。

有效驱进速度，取为0.08m/s

4.3.3电除尘器的有效截面积

S=QW/V=25344/（0.8*3600）=10.4m2

4.3.4电除尘器的选型

由以上数据可知，选择CAPK-10/2电除尘器。

该除尘器参数如下：

型号规格

电场数

公称电场面积/m2

电场有效断面积/m2

处理气体量/（m3/h）

电场风速/（m/s）

极板间距（按电场顺序）/mm

CDPK-10/2

单室两电场

10.4

26000～36000

0.7～1.0

280/500

电场长度/m

通道数

槽行极板长度/mm

每电场沉尘排数×

每排块数

电晕线型式及每排根数

每电场电晕极排数（按电场分）

每电场有效电晕线长度/m

5.35

11/6

33441/3378

12×

6/6×

7

W型芒刺12/14

441/225

总收尘面积/m2

最高允许气体温度/℃

最高允许气体压力/Pa

阻力损失/Pa

最高允许含尘浓度（标态）/（g/m3）

设计除尘效率/﹪

配用高压电源容量/mA×

kV

316

＜250

+200～-2000

＜200

30

99.5

200×

60/200×

100

沉尘极振打方式及减速传动电机规格（台数）

电晕极振打方式及减速传动电机规格

卸灰装置及减速传动电机规格

设备外形尺寸（长×

宽×

高）/mm

设备本体总质量/kg

备注

侧向摇摆锤

（2）XWED0.4-63

顶部提升脱钩

（2）XWED0.4-63

205×

250星型阀JTC-5611.1kW

（2）

11440×

10784×

4016

38077

已为Φ（1.9/1.6×

36）m窑配套

4.3.5总除尘效率的计算

总除尘效率为：

n总=1-（1-78.041%）（1-99.5%）=99.9%

因此，经过二级除尘后，废气的排放浓度小于50mg/m3

五.除尘系统管道设计及管道压力损失计算

5.1除尘系统管道设计

5.2管径和管道压力损失计算

管道计算的主要目的是确定管道直径和