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石灰窑除尘器_粉尘

时间:2020-04-27 19:03

  粉尘是指悬浮于气体介质中的小固体颗粒,受重力作用能发生沉降,但在一段时间内能保持悬浮状态,尺寸范围一般为1~200µm [1]。石灰石粉尘来源于对石灰石的采集和加工处理的各个工序(运输、干燥、破碎、筛分和包装等)等生产操作中。石灰石也叫方解石、碳酸钙,其主要成分是碳酸钙,是由方解石组成的一种矿石,含有石英、白云石和粘土等杂质。用做建筑材料,烧制右灰,制造水泥、玻璃、纯碱和沉淀碳酸钙等。炼铁时用做熔剂。在设计时首先得对石灰粉尘的性质进行研究,根据石灰粉尘的特性来选择合适的除尘器。

  石灰石是化学工业、冶金工业、建筑工业的基本原料。为了生产优质的化工产品、水泥等产品,必须对石灰石原料进行加工处理,以满足生产需要。而在对石灰石的采集和加工处理的各个工序(运输、干燥、破碎、筛分和包装等)的生产操作中都会产生大 量的粉尘,这些粉尘如果不及时的给予捕集回收,不仅污染了环境,严重影响岗位操作人员的身体健康,也浪费了宝贵的能源和资源。因此必须对石灰粉尘进行捕集。

  粉尘易引起人体疾病。粉尘污染物入侵入人体主要有三条途径:表面接触、食入含污染物的食物和水、吸入被污染的空气。其中以第三条途径最为重要。大气污染物对人体健康的危害主要表现为引起呼吸道疾病。在突然的高浓度污染物作用下,可造成急性中毒,甚至在短时间内死亡。长期接触低浓度污染物,会引起支气管炎、支气管哮喘、肺气肿和肺癌等病症。此外,还发现一些尚未查明的可能与大气污染有关的疑难杂症.

  在同时具备氧气、点火源、可燃粉尘、容器四个条件,粉尘才会燃烧或爆炸。因此在采矿、粉末冶金粮食加工纺织等工艺普遍存在着粉尘爆炸危险。

  粉尘污染最常见的后果之一就是大气能见度降低。大气能见度的降低,不仅会使人感到不愉快,而且会造成极大的心理影响,还会产生交通安全方面的危害。岗位操作时易发生误操作造成事故;长时间的能见度降低还会使视力疲劳,造成眼疾。

  大气污染对植物的危害,通常是发生在叶子结构中,因为叶子含有整棵植物的构造机理。粉尘附着于叶子表面会影响植物的长势,导致植物生长不良,这些有毒化合物会被吸收进植物组织,或成为植物表面污染而存在下去,动物吃了沾有毒素颗粒物的植物时,其健康会受到影响,并经过生物富集作用而进入人体内,从而影响人体健康。

  粉尘附着在建筑物的表面、玻璃幕墙上,引起污染、妨碍美观,造成重涂和清洗费用巨大。因粉尘遇水潮解后会腐蚀建筑物,影响建筑物的外观、使用和安全。

  粉尘对设备和产品的损害也是严重的,这种损害包括玷污性损害和化学性损害两个方面。玷污性损害主要是粉尘、油烟等颗粒物落在器物上而造成的。化学性损害是由于污染物的化学作用使器物和材料腐蚀或损害。颗粒物因其具有腐蚀性,或惰性颗粒物进入大气后因吸收或吸附了腐蚀性化学物质,而产生直接的化学性损害。对设备内部冲击磨损严重,引起产品质量下降,电子、医药等现代产品,在生产时要特别重视防止粉尘污染。

  TSP是评价大气质量的主要指标之一,往往是控制空气质量的关键。随着对人体健康的考虑,PM10的监测也逐渐被人们所重视。

  除尘系统的设计中一个关键的环节就是除尘设备的选择。在设计前期研究中,对比现在在除尘系统中广泛使用的各种除尘器的技术性能后,我认为:静电除尘器、 湿式文丘里除尘器和袋式除尘器是目前国内外应用较广的3种高效除尘器;重力沉降室和惯性除尘器属于低效除尘器;旋风除尘器和除文丘里以外的湿式除尘器属于中等效率除尘器。随着国家标准对环境质量要求的不断提高, 重力沉降室和惯性除尘器这种低效除尘器显然达不到除尘效果,因此在石灰窑的除尘系统设计中不能选择其作为净化装置。湿式除尘器虽除尘效率较高可以满足除尘要求但是因为其除尘过程中产生污水,形成二次污染,并且不能有效的回收石灰石资源,在此也不予考虑。综合环保要求和除尘效率,静电除尘器和袋式除尘器可满足石灰窑除尘系统中净化装置的要求,现对两者进行比较选择。

  在本设计中,袋式除尘器与静电除尘器相比,袋式除尘器具有如下优势:对微尘粒(1~5μm)效率在99 %以上,还可以除去1μm,甚至0. 1μm 的尘粒,排放烟尘浓度小于50 mg/ m3,甚至可达10 mg/ m3以下;不受烟气成分、含尘浓度、颗粒分散度、比电阻等粉尘性质的影响;烟气量波动对袋式除尘器的影响很小;袋式除尘器结构比较简单,操作维护方便 ,主要的清灰过程均可由程序控制自动完成,不存在二次污染问题,运行和维护成本大大降低。袋式除尘器在除尘的同时,还具有脱硫及控制有害气体的作用。

  根据本设计中的各项数据和达到大气污染物综合排放标准 ,综合上文各项因数选择袋式除尘器作为本除尘系统中净化设备。过滤式除尘器,又称空气过滤器,是使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置,采用滤纸或玻璃纤维等填充层作滤料的空气过滤器,主要用于通风及空气调节方面的净化。本设计选择脉冲布袋除尘器。

  袋式除尘器的优点有:除尘效率高,一般可达99%以上;适应性强,可以捕集不同性质的粉尘,使用灵活,处理量大,结构简单,性能稳定可靠;有利于粉尘的回收利用等优点。滤袋靠袋口的的弹性涨圈嵌在花板上,不需绑扎。设置气流挡风板,引导气流并减少气流对滤袋的冲刷。

  除尘系统由集气吸尘罩、进气管道、除尘器、排灰装置、风机、消声器和排气烟囱组成。布袋除尘器的设计选型包括滤料的选择、清灰方式的选用、过滤风速的确定、烟气流量的确定、过滤面积的确定、滤袋数量与实际流速的确定、除尘器型号的确定、清灰喷吹制度的确定、除尘效率的核算等。除尘系统设计包括管网的设计计算、风机和电动机的选型计算等。

  含尘气体经处理后,要求达到大气污染物综合排放标准,即浓度150mg/m3。

  袋式除尘器的滤料种类较多,按滤料材质分,有天然纤维的,合成纤维的,无机纤维的等;按滤料结构分,有滤布和毛毡两类。性能良好的滤料应容尘量大,吸湿性小,效率高,阻力低,使用寿命长,同时具备耐温,耐磨,耐腐蚀,机械强度高等优点。滤料特性出与纤维本身的性质有关外,还与滤料的表面结构有很大关系。表面光滑的滤料容尘量小,清灰方便,适用用含尘浓度低,粘性大的粉尘,采用的过滤速度不宜过高。表面起毛的滤料(如羊毛毡)容尘量大,颗粒能进入到滤料内部,可以采用较高的过滤速度,但必须及时清灰。

  对细颗粒粉尘宜选用纤维较细,短,卷曲大不规则断面型滤料,结构以针刺毡为优。

  结合本设计中由于气体中所含有的粉尘为石灰石。从石灰石的性质考虑,对滤料吸湿性、耐磨、耐腐蚀、机械强度要求都不是很高,所以应该尽量选择尘容量大、效率高、使用寿命长的滤料。但是在本设计中含尘气体温度较高,所以在选择滤料时,耐温性是一个重要的决定因素。

  从滤料的长期使用温度、最高承受温度、吸湿率、耐酸性、耐碱性、强度以及经济性等几个方面进行考虑,结合各方面因数,本设计选用针刺毛毡作为滤料。圆形滤桶 Ø130×6000mm。

  针刺毡采用无纺针刺法生产。用空间交错排列的纤维针刺成毡,并经过热定型,轧光等一系列工序制成,形成三维结构,表面平整光滑。针刺毛毡具有以下特点、;孔隙率大,透气性能好,降低压损与能耗;净化效率高;使用寿命长;耐磨,耐腐蚀,化学稳定性强。

  由于选择的是针刺毛毡滤料,结合脉冲喷吹类袋式除尘器的进气方式,包括上进气方式和下进气方式。下进气方式能避免气流对滤袋的冲击,从而提高滤袋的使用寿命。但由于在滤袋内气流流向和粉尘下落方向相反,阻碍了粉尘的下落,除尘器的压力损失增加,除尘效率有所下降。上进气方式克服了下进气方式的缺点,在一般情况下,前者比后者的压力损失降低30%左右,除尘效率提高约0.04%左右。为避免含尘气体直接冲刷滤袋,影响滤袋的使用寿命,一般上进气方式的除尘器都增设气流挡板,但压力损失需增加2~3mmH2O。

  过滤风速的选取,需考虑织物的类别以及粉尘的性质,一般按除尘器样本推荐的数据及使用者的实践经验选取。

  一般来说,脉冲喷吹类袋式除尘器的过滤风速可以在1.5~3m/min范围内,参考《除尘工程设计手册》[4]第139页,在此初步选择过滤风速为2 m/min。

  一般而言,在脉冲时间大于0.1s后,除尘器压力损失降低很小,而在此前除尘器压力损失则迅速上升。同时,脉冲时间的增长会增加压缩空气消耗量,所以脉冲时间不宜太长, 这里选用0.2s。

  当除尘器过滤风速小于3m/min入口含尘浓度为5~10kg/m3时,脉冲周期可取60~120s,当含尘浓度小于5g/m3,脉冲周期可增至180s。当除尘器过滤风速大于3m/min,入口含尘浓度大于10g/m3时,则脉冲周期可取30~60s。参考《环保设备设计手册》

  针对本题过滤风速v=2 (m/min),含尘气流的初始浓度为30g/m3。

  袋式除尘器的阻力由3部分组成:⑴设备本体结构的阻力指气体从除尘器入口至出口的产生的阻力;⑵滤袋的阻力,指未滤粉尘时滤料的阻力,约50~150Pa; ⑶滤袋表面粉尘层的阻力了,粉尘层的阻力约为干净滤布的5~10倍。如果把滤袋及其表面附着的粉尘层的阻力叫做过滤阻力,过滤阻力可以利用计算滤尘量的办法查表来求出过滤阻力的近似值。滤尘量可由下式计算参考《除尘工程设计手册》

  除尘系统设计计算除了除尘设备的选型计算外,还包括除尘管道的流量计算和阻力损失的设计计算以及风机和电机的选择。其中主要是管道系统的阻力计算,管道的设计对除尘系统的能量消耗、工作能力和除尘效果有直接的影响。

  ①绘制管网计算草图,为了便于计算可在图上注明节点编号和各管段的风量、管长、局部阻力系数等计算参数

  ②分析管网的结构特性,建立各环路的组合关系。从主环路(即最不利环路)开始,以“主、次”为序,将各管段的有关计算参数填入风管设计计算表。

  ③通过技术经济分析选择合理的主环路管内设计风速,并计算主环路中各管段的管径和压力损失值

  ④用假定流速、反算管径、计算风压损失的方法求出各支路(管段)的压力损失,并计算出主、支环在并联结点处的风压平衡率:

  若η在10%内,则认可计算结果,否则重新调整设计风速和管径进行风压平衡计算,直到η满足设计要求为止。

  绘制管网计算草图,注明节点编号和各管段的风量、管长、局部阻力系数等计算参数。管道内的气速应根据粉尘性质来确定,气速太小,气体中的粉尘易沉积,影响除尘系统的正常运转;气速太大,压力损失会成平方增长,粉尘对管壁的磨损加剧,使管道的使用寿命缩短。

  垂直管道内的气体流速应小于水平和倾斜的气速,水平和倾斜管道内的气速应大于最大尘粒的悬浮速度。在除尘系统中,管道内各截面的气速是不等的,气体在管道内分布也是不均匀的,并且存在着涡流的现象;同时,还应该能够吹走风机前次停转时沉积于管道内的粉尘。因此,一般采用的气速比理论计算的气速大2~4倍,甚至更大。除尘管道内的气体流速可参考《除尘工程设计手册》

  通风机选型是除尘设计的重要环节,通风机选型是否恰当不仅关系到除尘系统能否正常运行,而且关系到运行管理和费用等一系列问题。因此,通风机的选择应仔细、全面考虑。

  ①在选择通风机之前,应了解国内外通风机的生产和产品质量情况,如品种、规格、用途、质量和售后服务等。

  ②根据通风机输送气体的性质的不同,选择不同用途的风机。如输送有爆炸和易燃气体的应选用防爆通风机;输送煤粉的应选择煤粉通风机;输送有腐蚀性气体的应选用防腐通风机;在高温场合下工作或输送高温气体的应选择高温通风机等。

  ③在通风机选择性能图表上查得有两种以上的通风机可供使用时,应优先选择效率高、机号较小、调节范围较大的一种。

  ④当通风机配用的电功率≤75kw时,可以不装设启动用的阀门。当排送高温烟气或空气而选择离心锅炉引风机时,应设启动阀门,以防冷态运转时造成过载。

  ⑤对有消声要求的通风系统,应首先选择低噪声的通风机,例如效率高、叶轮圆周速度低的风机,且使其在最高效率点工作;还要采取相应的消声措施。如装设专用的消声设备。通风机和电动机的减振措施,一般采用减振基础,如弹簧减振器或橡胶减振器等。

  ⑥在选择风机的时候,应尽量避免采用通风机并联或串联工作。当通风机联合工作时,应尽可能选择同型号同规格的通风机并联或串联工作。当采用串联的时候,第一级通风机到第二级通风机之间应有一定的管路联结。

  ⑦原有除尘系统更换用新风机应考虑充分利用原有设备、适合现场安装及安全运行等问题。根据原有风机历年来的运行情况和存在的问题,最后确定风机的设计参数,以免采用新型风机时所选用的流量、压力不能满足实际运行的需要。

  由于本设计中的烟气温度为140℃,所以应该选择锅炉引风机,又因为锅炉引风机的标准条件是大气压强为101.325KPa,气体温度为200℃ [16]。根据《流体力学泵与风机》第309页相似律的实际运用来进行换算。

  ②排除有爆炸或燃烧危险的气体和粉尘的除尘系统,机房不应布置在建筑物的地下室或半地下室,其风管不应暗装。通风机内应有良好的通风换气环境,对于输送含有尘毒、爆炸危险的气体的通风系统,其机房换气次数按5~8次/h设计,并设有不小于5~12次/h换气的事故排风系统,同时机房内应有消防设备、火警信号及安全门等,门窗向外开放。

  ③机房建筑应尽可能与其他的建筑物隔断,特别是对于有振动和噪声要求的通风系统,应在机房内采取有效的隔声防振措施。

  ④在布置机房时,应考虑留有适当的操作与维修空间,主要检、维修通道不应小于2m,非主要通道不应小于0.8m;对于大中型设备要考虑在机房的墙上或楼板上预留搬运或吊装孔,必要时应设置手动或电动葫芦,以利于设备的安装与检、维修等。

  ⑤对于通风机的外露运转部位(如三角胶带、带轮、连轴器等)应考虑设置安全防护措施,如安全罩、防护栏杆等。

  ⑥通风机房内要求采光良好,特别是在设有操作盘、箱和装有观测仪表的部位需加强人工照明,保证足够的照度,以利于操作人员维护、检修。

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