1.1.1設計的概況

本設計內容為某水泥廠回轉窯尾氣除塵系統的改造設計。在原始資料中沒有提及其所處的地理位置，在設計過程中確定該水泥廠位于西安市東北方向，與其相鄰一家化工廠，對于其中所需要的氣象數據皆以西安市的氣象資料為準。

1.1.2除塵系統改造的意義

水泥廠中有許多生產過程產生粉塵，如礦山開采、原料破碎、烘千、研磨、鍛燒及粉狀物料運輸過程等，都不可避免地產生粉塵。如果不加以控制，這些粉塵會對工作人員的身體造成很多的隱患，特別是在礦山與生料磨系統中產生的活性二氧化硅，可導致硅肺病等職業病的發生。一般粉塵濃度在Zomg，lm3以上肉眼就看，粒徑在3叩m以上的粉塵肉眼便可看到，5~IOpm的粉塵可在鼻腔或上呼吸道中除去，3~spm的粉塵在呼吸道中可除去，1~3目m的粉塵則要在肺泡中除去，0.1~1目m的粉塵會在肺泡中沉積，小于0.1目m的粉塵可與人體呼吸空氣一起進出。一般來說，小于spm的粉塵可能會被吸入呼吸道，沉積在呼吸道以上的粉塵都可通過人體內部的分泌液排出體外，停留在肺部的粉塵則可能會造成硅肺病、肺部硬化等。粉塵如果落到機器上，會加速各種機件的磨損，造成設備使用壽命及運轉率縮短，降低控制設備的精度及性，建筑物中積灰過多會造成增加負荷，影響外觀，農作物如果受到粉塵污染會造成減產：粉塵如果不進行回收，會增加原料、燃料及動力消耗，水泥生產中粉塵的產生量約為6~12％。由此可見做好水泥廠收塵工作，對于保護人體健康、提高生產效率、降低生產成本、保護生態環境有著非常重要意義。

1.1.3設計的原始資料

（1）該廠原始數據

目前該水泥廠配備一臺576袋玻纖袋式除塵器，此除塵器為鋼混結構的老代大布袋除塵器，對于其所處理的尾氣主要的工藝參數有：處理煙氣量：Q=1注o000m三／h煙氣溫度：T二180℃（除塵器入口）標準狀況下入口煙氣含塵濃度：P≤80g/m3粉塵粒度：D=1-100微米，其中小于10微米的約占90??；10一100微米的約占5%-10%。煙塵露點：35-40℃

（2）改造后的尾氣排放指標

改造后的改造后的尾氣排放標準應符合GB灼15一1996《水泥廠大氣污染物排放標準》中的二級標準。標準狀況下除塵器出口煙氣含塵濃度：<loolng／耐，噸產品排放量為0.30kg。

二氧化硫的排放濃度為400mg·m3，噸產品排放量為1.20kg。

氮氧化合物的排放濃度500mg·m3，，噸產品的排放量為2.4kg。

4.本地的氣象數據

本地區的常年主導風向為東北風

本地的大氣壓力為gSKPa

本地的年平均氣溫13.3℃

1.2改造方案選定

1.2.1我國水泥工業的現狀

2003年，我國水泥產量達8億噸，是目前世界上水泥產量的之一。但我國水泥工業工藝設備相對發達較為落后，也是我國工業煙塵污染大戶。水泥工業格局基本為大中小企業并舉，千法、濕法生產工藝同在，的窯外分解窯與立窯共存，遍布各地?，F有大中型水泥廠七十余家，小水泥廠六千多家，隨著國民經濟增長速度的加快，全社會對水泥需求仍趨上升，水泥工業也必將持續發展。水泥生產從原料進廠到成品出廠，需要經過礦山開采、原料破碎、烘千、粉磨、生料鍛燒、熟料冷卻、熟料粉磨、包裝到成品出廠等工序，每個加工工序都有量粉塵外逸，這些粉塵以有組織或無組織形式排放到空氣中。根據2000年污染源普查結果，近三千家大氣污染重．點企業中，水泥廠占四百三十多家，遍布各地，每年向大氣排放煙塵達一百多萬噸，占三千家污染企業總排放量的15%，僅次于電力行業，可見，水泥工業是影響我國大氣環境質量的主要行業之一。并且據統計，我國工業煙塵排放量中，水泥行業占18%，每生產一噸水泥有30~40kg的粉塵散失，在嚴重污染環境的同時也地浪費了能源。隨著對環境保護要求的日趨嚴格，社會對環保呼吉日益高漲，治理水泥廠粉塵污染是一個很重要的工作。

1.2.2水泥的生產工藝

水泥生產的主要工藝過程是：把各種原料破碎粉磨成粉狀生料（或料漿），按比例進行配料、混合均勻后進入鍛燒設備內鍛燒成水泥熟料，熟料經冷卻、粉磨后配以量的石膏和其它混合材料即成為水泥，經包裝或散裝出廠：一般水泥的主要成份為cao、5102、A12曉和Fe203。水泥生產使用的原料有原料和工業廢料。原料主要包括石灰石、粘土、鐵粉、砂巖、石膏、螢石等，工業廢料主要包括高爐礦渣、制堿廢渣、銅礦渣、電石渣、粉煤灰及煤研石等：水泥生產使用的燃料有固體燃料（煤、焦炭），液體燃料（煤泊、重泊）和氣體燃料（煤氣、氣）等，國內水泥廠一般多用煤作燃料。由于水泥生產過程產生大量的含塵氣體，所以水泥廣是目前各種工業生產部門中污染較嚴重的部門之一。水泥生產過程污染物來源主要有原料的破碎、粉磨和鍛燒，其污染以廢氣和粉塵為主與化工和冶金等工業部門的生產過程相比，水泥廠對污染的治理較為單一：但是隨著生產規模的不斷擴大（如產量20O0t/d、3600t/d、4000t/d熟料工廠的建成），粉塵和氣體的排放量也相應增加加，水泥廠已經成為各地的污染大戶，嚴重地影響城鄉的環境：

1.2.3水泥粉塵的來源

在水泥工業中，根據建廣地區的不同（南方或北方）、生產規模大小的不同（ZOO0t/d或4000t/d）、采用的程度的不同，水泥生產工藝有濕法（原料呈料漿狀入窯）、半千法（原料呈球狀含有約”％的水分入窯）、千法（原料以千粉狀入窯）等三種主要生產方法。千法生產又因．.6燒方式的不同分為千法中空窯、帶立筒預熱器窯、帶旋風預熱器窯、帶余熱鍋爐窯等。由于生產方法不同，煙塵的污染程度也不同?？傮w來講，水泥廠粉塵的主要來源有以下幾個方面：

（1）石灰石開采和破碎過程水泥廠通常采用爆破的方法從石灰石礦山開采石灰石，然后經過一段或兩段破碎機破碎成約ZOInln的石塊，這種瀑破和破碎過程均會產生大量的粉塵。

（2）物料的運輸、儲存和包裝過程水泥原料的輸送、均化、儲存及水泥成品的運輸、儲存和包裝等環節均需要對各種粉狀物料進行輸送，這些生產過程會產生大量的粉塵，造成各個生產崗位的嚴重污染。

（3）物料的烘干過程水泥廠許多物料（如石灰石、粘土、煤、礦渣等），在粉磨前均需進行烘干，目前廣泛應用的是回轉筒式烘千機。由于物料在烘千過程需要維持較大的空氣過剩系數，所以烘千各種物料所產生煙氣的化學成分比較接近，其中煙氣含塵濃度多在10~1009嘆m3之間，且粒度較粗。

（4）物料的粉磨過程在物料的粉磨系統中，由于物料物理性質的差異提高水泥廠電除塵器除塵效率措施的研究與應用和含水率的不同，粉磨系統有不同的形式。目前應用較廣泛的主要有磨內烘千和磨外烘干兩類，磨內烘千包括風掃磨系統、尾卸提升循環磨系統和中卸提升循環磨系統。磨外烘千包括選粉烘千系統、帶立式烘千塔的粉磨系統和預破碎預烘千系統等。由于生產工藝系統的區別，在粉磨過程中產生的粉塵量也不同。例如，采用立式輥式磨時，煙氣中的含塵濃度可高達10009入m3:

（5）水泥熟料的鍛燒過程目前，水泥熟料的鍛燒采用立窯或回轉窯，鍛燒過程消耗大量燃料（煤、油或氣），排放的廢氣中含有濃度很高的粉塵，它是水泥廠的主要污染源：千法生產的回轉窯窯尾煙塵污染嚴重，以日產ZOO0t熟料的千法回轉窯為例，如果窯尾沒有裝設除塵器，每天要向外排放40~60t粉塵：占我國水泥工業生產量絕大部分的機械立窯目前大多沒有安裝除塵設備，每天向外逸出大量含塵煙氣，它們對水泥廠周圍的居民身體健康和農作物生長造成很大危害。

（6）熟料的冷卻過程水泥熟料在排出回轉窯后，溫度在800℃左右，需要在冷卻設備中冷卻至50℃，當采用推動莫式冷卻機或振動蓖式冷卻機進行冷卻時，會排放出含塵濃度較高的高溫氣體：

（7）煤粉制備過程水泥廠主要以煤作為燃料，大多數水泥廠裝設了煤粉制備系統，煤粉制備系統在生產過程中排出大量粉塵，如果沒有性能良提高水泥廠電除塵器除塵效率措施的研究與應用好的凈化設備，會嚴重污染周圍的環境，這不但影響工人的健康，而且還會影響機械設備的使用壽命。

（8）水泥粉磨過程鍛燒設備制成熟料后，需要對熟料粉磨至的細度，在水泥進行粉磨時，需要對粉磨設備內通入冷風，以帶走粉磨過程中產生的熱量，避免物料出現包球現象，從而提高粉磨效率，與此同時，從粉磨設備內將排出含塵濃度很高的廢氣排出。

1.2.4常用除塵設備比較

現在用的除塵方法有很多種，主要可分為千式除塵和濕式除塵。千式除塵包括有：電除塵器，袋式除塵器，旋風除塵器等，而濕式除塵器有各種型式的噴淋塔、離心噴淋洗滌除塵器和文丘里式洗滌器等。

（1）電除塵器

電除塵器是利用靜電力實現粒子與氣流分離的一種除塵裝置。在陰極（與高壓直流電源相連）與陽極（接地）之間施加直流高壓，使陰極發生電暈放電，氣體分離，生成大量的自由電子和正負離子在陰極附近的所謂電暈區內正離子立即被陰極吸引過去而失去電荷。自由電子和負離子則因受電場力的驅使向陽極（正極）移動，并充滿到兩極間的絕大部分空間。含塵氣流通過電場空間時，自由電子、負離子與粉塵碰撞并附著其上，實現了粉塵的收集。

電除塵器具有如下的優點：

（a）電除塵器的除塵：如果，安裝施工，電除塵器可以達到任何除塵效率的要求。目前，工業上應用的電除塵器，除塵效率達到99％以上已屬多見。電除塵器對氣體凈化的程度，可根據生產工藝條件及規定的排放標準來確定：

（b）可以凈化氣體量較大的煙氣。在工業上凈化10萬風量煙氣的電除塵器已普遍應用。

（c）電除塵器能夠除下的粒子粒徑范圍較寬，對于粒徑蕊0.1目m的粉塵粒子仍有較高的除塵效率：

（d）可凈化溫度較高的含塵煙氣。用于凈化300℃以下的煙氣，可長期連續運行，用于凈化溫度煙氣時，需要設計。

（e）電除塵器結構簡單，氣流速度低，壓力損失小，干式清灰電除塵器壓力損失約為0.1~0.ZkPa。

（f）電除塵器的能耗比其它類型除塵器低。如以每小時凈化loo0Xm3煙氣計算，電除塵器的電能消耗約為720~2880kJ。

（g）電除塵器自動化程度高，可以實現微機控制，遠距離操作。電除塵器具有如下缺點：

（a）建造電除塵器一次投資費用高，鋼材消耗量較大。據估算，平均每平方米收塵面積所需鋼材大約為3.0~4.0t。

（b）電除塵器的除塵效率受粉塵物理性質影響很大。

（d）需要高壓變電及整流控制設備。

（2）袋式除塵器

袋式除塵器的過濾機理是一個綜合效應的結果，如重力、慣性力、碰撞、靜電吸附、篩濾作用等。當含煙塵、粉塵氣體經進氣口進入除塵器，較大的粉塵顆粒因截面積的增大，風速下降，而直接沉降；較小的煙塵、粉塵顆粒被濾袋阻留在濾袋表面。經過濾袋的凈化氣體，經出氣口，由引風機排出。隨著過濾的不斷進行，濾袋表面的煙塵、粉塵越積越多，濾袋阻力不斷升高，當設備阻力達到的限值時，濾袋表面積聚的煙塵、粉塵需及時；在外力（主要是脈沖壓縮氣體、反吹風氣體、機械振打等）的作用下，抖動和反吹濾袋，將附著在濾袋表面的煙塵、粉塵，使濾袋，周而復始，實現連續過濾，以設備連續穩定運行。

袋式除塵器的主要優點有：

（a）除塵，特別是對微細粉塵也有較高的效率，一般可達9叭以上。

（b）適應性強，可以捕集不同性質的粉塵：例如對于高比電阻粉塵，采用袋式除塵器就比電除塵器優越。此外，入口含塵濃度在相當大的范圍內變化時，對除塵器效率和阻力的影響都不大：

（c）使用靈活，處理風量可由每小時數百立方米到每小時數十萬立方米?？梢灾谱鞒芍苯釉O于室內、機末附近的小型機組，也可制作成大型的除塵器室，即所謂的“袋房”。

（d）結構簡單，可以因地制宜采用簡單的所謂“土布袋除塵器”，在條件允許時也可采用效率的脈沖噴吹袋式除塵器。

（e）工作穩定，便于回收千料，沒有污泥處理、腐蝕等問題，維護簡單。

袋式除塵器的主要缺點有：

（a）袋式除塵器的應用范圍主要受濾料的耐溫、性等性能的局限，特別是在方面，目前常用的濾料適用于120~130℃，而玻璃纖維等濾料可耐250℃左右，煙氣溫度時，或者要采用造價高的濾料，或者要采取煙氣降溫措施。這會使系統復雜化，造價也高。

（b）袋式除塵器不適宜于粘結性強及吸濕性強的粉塵，特別是煙氣溫度不能低于露點溫度，否則會產生結露，致使濾袋堵塞：

（c）處理風量大時，袋式除塵器占地面積較大。袋式除塵器原來的一些缺點（如換袋困難、勞動條件差等）已隨著技術的改進而程度的克服。袋式除塵器是一種除塵器，不僅已廣泛地應用于工業生產過程中氣體的粉狀原料及產品的捕集，而且也廣泛用于環保方面，如凈化工業排放含塵的尾氣及燃燒所生成的含塵J煙氣。袋式除塵器比電除塵器的結構簡單、投資省、運行穩定，還可以回收因比電阻高而難于回收的粉塵；它與文丘里洗滌除塵器相比，動力消耗小，回收的千粉塵便于綜合利用，而且不存在泥漿處理。因此，對于細小而千燥的粉塵，采用袋式除塵凈化是適宜的。袋式除塵器不適用凈化含有油霧、凝結水及粘結性粉塵的氣體。不適宜凈化較高溫度的氣體，適用溫度應根據濾袋的范圍決定，如需要凈化高溫煙氣時，常采用冷卻方法降溫，再用袋式除塵器除塵。

（3）旋風除塵器

旋風除塵器是利用旋轉的含塵氣體所產生的離心力，將粉塵從氣流中分離出來的一種千式氣一固分離裝置。當含塵氣流由進氣管進入旋風除塵器時，氣流將由直線運動變為圓周運動：密度大于氣體的塵粒與器壁接觸便失去慣性力而沿壁面下落，進入排灰管。旋轉下降的外旋氣流在到達錐體時，因圓錐形的收縮而向除塵器中心靠攏。當氣流到達錐體下端某一位置時，即以同樣的旋轉方向從旋風除塵器中部，由下而上繼續做螺旋形流動。凈化氣經排氣管排出器外。一部分未被捕集的塵粒也由此逃失。

旋風除塵器具有以下優點：

（a）設備結構簡單，造價低；

（b）除塵器中沒有活動部件，維護方便；

（c）可以，例如可耐達生oo℃高溫，如采用的材料，還可以耐受的溫度：

（d）可以承受高壓（正壓和負壓），用以對高壓氣體進行除塵；

（e）采用千式旋風除塵器，可以捕集千灰，便于粉料的回收利用；

（f）除塵器內敷設內襯后，可用以凈化含高磨蝕性粉塵的煙氣。

旋風除塵器的缺點是：

（a）對捕集微細粉塵的效率不高：

（b）由于除塵效率隨筒體直徑增加而降低，因而單個除塵器的處理風量有的局限。處理風量大時，要采用多個旋風除塵器并聯，設置不當，對除塵性能有嚴重影響：（的濕式除塵器濕式除塵器是用洗滌水或其它液體與含塵氣體相互接觸實現分離捕集粉塵粒子的裝置。它是基于含塵氣體與液體接觸，借助于慣性碰撞、擴散等機理，將粉塵予以捕集：這種方法簡單、，因而在實際中相當廣泛的應用。

與其他除塵器相比，濕式除塵器較具有以下優點：

（a）在消耗同等能量的倩況下，濕式除塵器的除塵效率要比千式的高，濕式洗滌器對于小至0.lpm的粉塵仍有很高的除塵效率；

（b）濕式除塵器適用于處理高溫、高濕煙氣以及粘性大的粉塵。在這些情況下，采用千式除塵器往往要受到各種條件的限制：

（c）很多氣體可以采用濕法凈化，因此在這些情況下濕式除塵器可以同時除塵和凈化氣體。為了更地凈化氣體，可以根據氣體的性質選用其他液體（例如化學溶劑）代替水；

（d）濕式除塵器結構簡單，一次投資低，占地面積少；

（e）濕式除塵器性好，可地防止設備內可燃性粉塵的燃燒、瀑炸，但對粉塵要注意工作液體的成分，如氧化鎂粉塵不能與酸性溶液接觸，以免產生氫氣發生瀑炸事故：

濕式除塵器的缺點主要有：

（a）從濕式除塵器中排出的泥漿要進行處理，否則會造成二次污染；

（b）當凈化有腐蝕性的氣體時，化學腐蝕性轉移到水中，因此污水系統需使用材料加以保護；

（c）濕式除塵器不適用于僧水性和水硬性粉塵；

（d）排氣溫度低，不利于排氣的抬升、擴散，還可能出現白煙。如進行尾氣再熱，則需消耗能量；

（e）在寒冷地區使用濕式除塵器要防止冬季結冰：由于濕式除塵器對細粉塵具有較高的除塵效率，且對高溫氣體的降溫效果也很好，所以廣泛用于高溫氣體的降溫、除塵上，如煉鐵高爐煤氣、煉鋼轉爐爐氣以及有色金屬冶煉和化工生產中各種高溫煙氣凈化。

通過上述對各類除塵裝置的特點比較可以看出，電除塵器具有除塵、凈化氣體量大、可凈化高溫煙氣、結構簡單、壓力損失小和自動化程度高等優點，因而被廣泛地用于水泥廠煙氣除塵：

1.2.5輔助設備的確定

電除塵器類同時存在著兩種空間電荷，一種是氣體離子的電荷，一種是帶電塵粒的電荷：由于氣體離子的運動速度（約為60一looms)，高于帶電塵粒的運動速度（一般在6。盯S以下），所以含塵氣流通過電除塵器的電暈電流要比通過清潔氣體時小。如果氣體含塵濃度｛良高，電場內塵粒的空間電荷很高，會使電除塵器電暈電流急劇下降，嚴重時可能趨于零，這種情況稱為電暈閉塞，為了防止其的發生，處理含塵濃度較高的氣體時：采取的措施，如提高工作電壓，增加預凈化設備等。一般氣體的含塵濃度超過3攤廳，要增加預凈化設備。由于本設計中的出口中粉塵的含量為509畝，所以要增加預凈化設備：同時考慮各種除塵設備的性能及各種條件，選擇旋風除塵器做為其預凈化設備。因為本設計中的處理風量很大，并且出口的溫度較高，所以選擇曬系列的旋風除塵器：由于涉及對二氧化硫和氮氧化合物的處理，要選擇可以同時處理這兩種氣體的設備，填料塔是一種比較合適的選擇。由于沒有確切的資料，在這里我們以一個平均的值來作為設計的指標，氮氧化合物中以二氧化氮和一氧化氮為其主要成分。另外的電機和管道則根據不同的設備需要做出各自的計算。

1.2.6處理方案確定

根據以上的說明，確定最終的處理工藝流程為：回轉窯到旋風除塵齊，再到電除塵器，再送入換熱器，利用熱能，降低空氣體積，再到填料塔到煙囪。

1.3總平面的布置

該廠的總面積約為10000平方米，西邊相鄰一家化工廠，南邊為公路。新的除塵設備在以前的的一塊綠地上面施工建設，廠區主要分為主要生產區，堆放材料區，尾氣處理區，成品區和辦公區。廠區內部設施完善，由于水泥的生產粉塵很大，所以建有浴室，為了員工方便的生活還有食堂和球場：廠區的道路分布，主要的貨運車出入的道路寬度為10米，員工工作的道路為5米，道路的排水設施建設，生產生活廢水最終并入城市干網。