Технология газоочистки при производстве цемента

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Сокращения

1. Общие сведения о производстве цемента

1.1 Мокрый способ производства цемента

1.2 Сухой способ производства цемента

1.3 Комбинированный способ производства цемента

2. Помол сырьевых материалов (мергеля) на цементном предприятии

2.1 Колосниковые холодильники

3. Расчет ПДВ

4. Расчет циклона

5. Расчет рукавного фильтра

6. Выбор дымососа (вентилятора) для рукавного фильтра

7. Расчет и выбор электрофильтра

8. Выбор и расчет дымососа (вентилятора) для электрофильтра

Заключение

Список использованных источников

Введение

Среди проблем защиты окружающей среды наиболее актуальной является охрана воздушного бассейна, так как загрязненный воздух ухудшает экологические условия, приводит к преждевременному износу основных фондов промышленности, объектов жилищно-коммунального хозяйства и так далее.

Загрязнение воздушной среды вызывает нарушение экологических систем, ухудшает санитарно-гигиеническое состояние атмосферного воздуха, что нередко приводит к серьезнейшим последствиям, вплоть до массовых отравлений людей, гибели сельскохозяйственных животных и культур.

Летучие промышленные выбросы (пары, газы, аэрозоли), попав в атмосферу, разносятся с воздушными течениями на сотни и тысячи километров, создавая в континентальном и глобальном масштабе ситуацию, которую крайне трудно оценить и еще труднее прогнозировать.

В связи с этим необходимо своевременное строительство очистных сооружений, разработка и внедрение соответствующего газоочистного и пылеулавливающего оборудования на предприятиях.

Кроме этого, очистка промышленных газов необходима также для извлечения из газов ценных продуктов и примесей.

Газоочистное и пылеулавливающее оборудование подбирается с учетом особенностей данного вида производства. Надежность и эффективность работы такого оборудования зависят от физико-химических свойств частиц, подлежащих улавливанию, и от основных параметров пылегазовых потоков.

Основной источник загрязнения атмосферы, рассматриваемый в данной работе - мельницы для помола сырья, через который осуществляется организованный выброс загрязняющих веществ. Источниками газовыделения являются реакции восстановления окислов железа при их взаимодействии с органическими примесями, окисления этих примесей, дегидратации гидрослюд и других водосодержащих глинистых минералов, диссоциации карбонатов и т. д.

Целью данной курсовой работы является разработка проекта газоочистки при помоле сырья в мельницах на цементном предприятии и расчет системы обеспыливания мельниц на цементном предприятии.

Задачи курсового проекта: рассчитать циклон, рассчитать электрофильтр, подобрать дымосос или вентилятор по исходным данным для рукавного фильтра, а также для электрофильтра (исходные данные приведены в таблице 1).

Таблица 1 - Данные для расчета

I этап (расчет ПДВ)	II этап (параметры отходящих газов)
Объем выбрасываемой смеси, м3/час	130 000	Объем пылегазовой смеси от источника пылевыделения, м3/час	117 000
Диаметр устья дымовой трубы, м	1,8	Концентрация пыли на входе в систему очистки, г/м3	170,0
Высота трубы, м	50	Температура отходящих газов на входе в систему очистки, 0 С	110
Температура выбрасываемого газа в устье трубы, 0 С	80	Влагосодержание (при 0 0 С), г/м3	129,7
		Дисперсный состав пылей, мкм	15 (среднедисперсная)

2-ая ступень - электрофильтр

С_фон.=0,55ПДК, ПДК=0,5 мг/м³, Разряжение на выходе технологического оборудования - 180Па

Нормативные ссылки. В настоящей курсовой работе были использованы ссылки на следующие нормативные документы:

СНиП 2.01.01 - 82. Строительная климатология и геофизика

ОНД-86 - Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий

ГОСТ 9617-67 - Сосуды и аппараты. Ряды диаметров

Сокращения

ГОСТ - государственный стандарт;

СНиП - строительные нормы и правила;

ОНД - общесоюзный нормативный документ;

ПДК - предельно допустимая концентрация;

ПДВ - предельно допустимый выброс;

КПД - коэффициент полезного действия;

ВМ - вентиляторы мельничные;

ДН - дымососы НИИОГаз;

ЦН - циклон НИИОГаз

НИИОГаз - научно исследовательский институт по очистке газов;

ЭГА - электрофильтр горизонтальный, модификации А;

ФР - фильтр рукавный, с обратной продувкой.

1. Общие сведения о производстве цемента

1.1 Мокрый способ производства цемента

При мокром способе производства сырьевую смесь приготавливают совместно с водой, получая шлам. Известняк из вагонетки выгружают в бункер питателя. Последний подает известняк на первичное дробление в щековую дробилку для измельчения на куски 200 - 300 мм. От щековой дробилки известняк ленточным конвейером транспортируется на вторичное дробление в молотковую дробилку для измельчения его до размеров 20-25 мм, затем ленточным конвейером измельченный известняк подается на склад.

Глина из вагонетки выгружается в бункер пластинчатого питателя, откуда ленточным конвейером направляется на измельчение в валковую дробилку. Измельченную глину перемешивают с водой в глиносмесителе и насосами перекачивают в резервуар.

Известняк и смесь глины с водой направляют в барабанную мельницу для тонкого измельчения с добавлением воды. Выходящая из мельницы сырьевая смесь (шлам) насосами перекачивается в цилиндрические бассейны. Здесь шлам корректируется по химическому составу. Далее шлам направляют в бассейн, где он постоянно перемешивается крановым пневматическим смесителем. Из бассейна шлам через дозирующие устройства 16 направляется во вращающуюся печь на обжиг.

Во вращающейся печи после ряда физико-механических и химических изменений шлам превращается в клинкер. Вращающиеся печи работают на газообразном, жидком или твердом (пылевидном) топливе. Топливо во вращающуюся печь подают через форсунки. Обожженный продукт (клинкер) из печи поступает в холодильные устройства и далее на грубое измельчение в дробилку ударного действия, после чего клинкер подается на склад.

Вылежавшийся на складе клинкер размалывают в барабанной мельнице, оборудованной аспирационными устройствами.

Мельницы работают по замкнутому или открытому циклу. При помоле к клинкеру добавляют до 5 % гипса, а иногда и другие добавки.

Добавки предварительно измельчают в дробилке, а затем ленточным конвейером подают на склад добавок. Далее добавки сушат в барабанах и конвейером транспортируют на склад. На этом же складе хранится измельченный гипс. Цемент из мельниц поступает в цилиндрические железобетонные резервуары - цементные силосы, где хранится в течение 2-3 недель. Из силосов цемент направляют пневмотранспортом в спецвагоны (или автоцементовозы) для транспортирования его навалом или и бункер, из которого - в упаковочную машину. Упакованный в бумажные мешки цемент грузят в обычные железнодорожные нагоны [4].

В настоящее время по этому способу получают цемент, например, на заводах «Пролетарий» и «Октябрь» в городе Новороссийске.

1.2 Сухой способ производства цемента

При сухом способе производства известняк проходит двухстадийное дробление в щековой и молотковой дробилках.

Глина измельчается в валковой дробилке и сушится в барабане. Затем известняк и глина через бункера, оборудованные дозаторами, конвейером направляются в барабанную мельницу на совместный помол. В мельнице производится одновременная подсушка материала газами, поступающими от запечных теплообменных устройств. Измельченный материал воздушным потоком направляется в сепаратор, где производится его разделение на тонкую и грубую фракции. Затем тонкая фракция через циклоны, аэрожелобы и дозирующие устройства поступает в силосы (склад) сырьевой муки, а грубая фракция через сепаратор - на помол в мельницу.

Сырьевая мука из силосов, оборудованных устройствами смесительной аэрации, аэрожелобом и питателями транспортируется в циклонные теплообменники, где нагревается выходящими из печи газами до 700-750 ^оС и частично декарбонизуется. Из теплообменников сырьевая мука самотеком направляется во вращающуюся печь. Клинкер, выходящий из печи, охлаждается в холодильнике. Затем клинкер пластинчатым конвейером направляется в силосный склад, оборудованный дозаторами.

Со склада клинкер и добавки ленточным конвейером подаются на помол в барабанную мельницу, оборудованную сепаратором. Тонкая фракция от мельницы через циклоны, пневмокамерный насос направляется в силосный склад, грубая через аэрожелобы и, элеватор и центробежный сепаратор - на помол в мельницу. Помольный агрегат оборудован аспирационными устройствами, холодильник - электрофильтром, печь - скруббером, электрофильтром, дымососами, через которые обеспыленные газы или воздух направляются в атмосферу. Цемент со склада грузят в железнодорожные вагоны и автоцементовозы [4].

1.3 Комбинированный способ производства цемента

Комбинированный способ, как отмечалось выше, предполагает использование и сухого и мокрого способа. Комбинированный способ имеет две разновидности. Первая предполагает, что сырьевую смесь готовят по мокрому способу в виде шлама, потом её обезвоживают на фильтрах до влажности 16 - 18 % и отправляют в печи для обжига в виде полусухой массы. Второй вариант приготовления является прямо противоположным первому: сначала используют сухой способ для изготовления сырьевой смеси, а затем, добавляя 10 - 14 % воды, гранулируют, размер гранул составляет 10 - 15 мм и подают на обжиг [4].

Примером комбинированного способа производства цемента может быть технология, применяемая на цементном заводе «Первомайский» (город Новороссийск). способ производства ведется с увлажнением и гранулированием сырьевой муки. Основным сырьевым материалом для производства цемента является мергель, добываемый на карьерах завода.

Из карьера сырье автосамосвалами подается в приемный бункер щековой дробилки СНД-59А, производительностью 350 т/час.

Для вторичного дробления сырье поступает в молотковую дробилку СМД-98М, производительностью 350 т/час. Измельченное сырье системой ленточных конвейеров подается на склад сырья. Пыль, выделяющаяся при перегрузке материала с ленты 3 на ленту 4, поступает на очистку в циклон ЦН-15.

Далее сырье по транспортеру подается в бункера сырьевых мельниц, а также в склад мергеля, (накопительный запас).

Вся уловленная пыль мергеля от молотковой дробилки и узлов перегрузки сырья, в замкнутом цикле, без промежуточной стадии хранения, возвращается в технологический процесс производства цемента.

Дробленый мергель по транспортеру подается в бункера сырьевых

мельниц, а также в склад сырья (накопительный запас). Огарки на склад сырья подвозят с прирельсового склада автотранспортом. Дозировка сырья осуществляется тарельчатыми питателями и весовыми дозаторами. Одновременно с мергелем, для улучшения химического состава сырья, подаются огарки в количестве 1,5 - 3,0 %. Огарки содержат оксид железа. Помол сырьевой смеси, осуществляется в сырьевых мельницах № 3, 4, 5 (тип сепараторные, шаровые), работающих в замкнутом цикле.

Для получения цементного клинкера эксплуатируется две вращающиеся печи с конвейерными кальцинаторами и тарельчатыми грануляторами. Печи работают по комбинированному способу производства. Сырьевая мука из сырьевых силосов пневмокамерными насосами подается в тарельчатые грануляторы, где под действием увлажнения происходит формирование гранул. Обжиг гранул начинается на кальцинаторах (тип - конвейерная решетка), а затем в вращающихся печах № 1, 3 происходит формирование клинкера.

Основной частью вращающейся печи является цилиндрический корпус, изготовленный из листовой стали, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом. Для футеровки используют магнезиальные и алюмосиликатные огнеупоры. Корпус установлен на опорных роликах, с уклоном к горизонту 3-4^о и вращающийся с помощью привода. Со стороны верхнего холодного конца во внутреннюю полость корпуса (барабана) непрерывно поступает подлежащая обжигу сырьевая смесь, а в нижнем горячем конце печи горит топливо, которое вместе с воздушной смесью подается в печь.

Горячие газы, движущиеся от нижнего конца печи навстречу сырьевой смеси, испаряют содержащуюся в ней влагу и нагревают ее до температуры обжига. В результате химических реакций из известковых и глинистых соединений, содержащихся в мергеле, получается полуфабрикат цемента - клинкер. Обожженный горячий клинкер при дальнейшем перемещении вниз из корпуса печи поступает в колосниковые холодильники, охлажденный клинкер ковшовым транспортером направляется на склад клинкера.

Отходящие газы печи № 1 проходят очистку в электрофильтрах УГ3-4-53 и ДГПН -3-32.

Охлажденный клинкер по металлической футерованной течке подается на склад клинкера. Опока и гипс доставляются в склад ж/д вагонами со станции Тоннельная и автотранспортом с прирельсового склада. Перед загрузкой в бункера клинкер и опоку шихтуют, опоки добавляется 10 %. Шихта и гипс (1,5-3,5 %) грейферными кранами подаются в бункера цементных мельниц.

Помол клинкера и добавок осуществляется в цементных мельницах.

Цементные мельницы представляют собой стальной горизонтальный барабан. С двух сторон барабан перекрыт днищами с полыми цапфами. Частота вращения мельниц 16,5 оборотов в минуту. Барабан разделен перегородкой с отверстиями для прохождения материала на две камеры: предварительного и тонкого помола цемента. Внутри мельница футерована бронеплитами. Мельницы загружены мелющими телами. Первая камера загружена мелющими стальными шарами диаметром 50-100 мм, вторая - стальным цильпебсом. Сырьевой материал измельчается в результате ударов свободно падающих мелющих тел, истирания между телами.

Цементные мельницы оснащены двухступенчатой системой очистки аспирационного воздуха.

Из цементных мельниц цемент с помощью пневматических камерных насосов транспортируется по цементопроводу в силоса цемента № 1-5. Силос № 6 предназначен для сбора пыли, уловленной электрофильтрами вращающейся печи.

Из цементных силосов готовый цемент отгружается потребителю железнодорожным и автомобильным транспортом, в мешках и навалом.

2. Помол сырьевых материалов (мергеля) на цементном предприятии

При изготовлении минеральных вяжущих веществ тонкому помолу подвергают сырьевые материалы, необходимые для получения вяжущих веществ, и продукты обжига. Производство строительного гипса, портландцемента, смешанных цементов и активных минеральных добавок сопровождается измельчением сырьевых материалов. Продукты обжига сырьевых материалов и сырьевых смесей подвергают размалыванию при изготовлении гипсоангидритового цемента, эстрихгипса, каустических доломита и магнезита, портландцементного клинкера, глиноземистого цемента, несмешанных цементов. Существует два способа помола - сухой и мокрый. Норма тонкости помола определяется для каждого конкретного случая в соответствии с техническими условиями.

Для изготовления строительного гипса гипсовый камень подвергается размалыванию в шахтных, аэробильных и роликовых мельницах. В производстве цементов тонкому помолу проходят мергели, мергелистые глины, известняки, глины и корректирующие добавки. Размалывают их в большей степени в шаровых мельницах различных конструкций, используемых для сухого и мокрого помола.

Продукты обжига сырьевых материалов и сырьевых смесей (негашеная известь, портландцементный клинкер и др.) размалывают чаще всего в сухом виде, применяя шаровые мельницы или вибромельницы. Зачастую, чтобы достигнуть необходимой степени измельчения, глинистые материалы разбалтывают в воде в специальных болтушках [8].

2.1 Виды мельниц и их характеристики

Шахтные, аэробильные и роликовые мельницы, которые применяют в гипсовом производстве, являются аппаратами, в которых помимо помола можно осуществлять сушку размалываемого материала.

В составе шахтной мельницы присутствует молотковая дробилка, представляющая собой быстро вращающийся (730-960 об/мин) ротор с кольцами, на которых шарнирно зафиксировано от 44 до 90 молотков. Над мельницей находится прямоугольная металлическая шахта высотой от 9 до 14 м. На высоте 1 м от помольной камеры располагается течка, через которую раздробленное средним дроблением сырье попадает в мельницу на быстро вращающийся ротор и размалывается. Постоянно поступающие под ротор мельницы газы, нагретые до 200-250є С, забирают с собой измельченный продукт помола в шахту, в которой он подсушивается, а следом поступает в осадительную камеру. Крупные частицы, которые не удерживаются во взвешенном состоянии в шахте, исключаются из общего потока и возвращаются в мельницу на повторный помол. Скорость движения газов в шахте равна 5-6 м/с, а их температура на выходе из мельницы - 80єС. Тонкость помола, определяемая остатком на контрольном сите (900 отв. на 1 см2) и составляющая примерно 4-7%, регулируется скоростью движения газов в шахте.

Работа аэробильной мельницы идентична работе шахтной. Ротор в ней является размалывающим узлом и имеет два диска, к которым прикреплены била. Ротор осуществляет вращения со скоростью 150 об/мин. Под ротор безостановочно проникают нагретые до 300-400є С газы, которые забирают тонкоизмельченный продукт при помощи вертикальной трубы сначала в сепаратор, а после в осадительную камеру. Производительность шахтной мельницы составляет от 7 до 12 т/ч, а аэробильной - от 4 до 6 т/ч.

Процесс тонкого помола сырьевых материалов и продуктов обжига совершается в многокамерных шаровых мельницах, а порой и в вибромельницах.

Многокамерные шаровые мельницы представляют собой длинный (от 11 до 15 м) цилиндрический (диаметр от 2 до 3,2 м) горизонтально расположенный металлический барабан, который внутри имеет три, четыре или пять камер, отделенных друг от друга стальными перфорированными перегородками. Боковые стороны барабана закрыты торцевыми крышками, оснащенными полыми цапфами, через которые с одной стороны производится питание мельницы, а с другой - ее разгрузка. Помимо этого полые цапфы являются опорами барабана, скорость вращения которого равна 19,5-22 об/мин. Мелющими телами являются стальные шары, в диаметре составляющие от 100 до 20 мм, и цильпебс (цилиндрики) диаметром 15-20 мм и длиной 20-35 мм. Размеры мелющих тел варьируются от свойств размалываемого материала. В первую камеру загружают самые крупные шары с d = 60-100 мм, во вторую - шары поменьше - d = 30-60 мм, в третью - еще меньше - d = 20-30 мм. В остальные камеры загружают стальные цилиндрики d = 20-25 мм и d=5- 20 мм. Количество мелющих тел составляет 25-32% от общего объема мельницы. Износ мелющих тел систематически восполняется. Живое сечение каждой перегородки в мельнице должно быть равным в среднем 0,2-0,3 м2. Шаровая мельница, работающая по замкнутому циклу, объединяется с сепаратором, в который поступают продукты размола.

Вибромельницы и струйные мельницы имеют малую производительность и поэтому не играют важной роли в промышленном секторе.

В мельницах, функционирующих по замкнутому циклу, получается наиболее однородный продукт помола. Слаженная работа мельниц находится в зависимости от множества факторов, но наиболее значимыми из них являются рациональный подбор мелющих тел по их величине, степень заполнения камер этими телами и правильный подбор броневых плит, которыми футеруется внутренняя поверхность мельниц [8].

3. Расчет ПДВ

Согласно методике ОНД - 86 произведем расчет загрязнения атмосферы выбросами одиночного источника

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества с_м (мг/м³) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии х_м (м) от источника и определяется по формуле:

, (1)

где А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы, А = 200, т.к. территория расположена южнее 50є с.ш. ;

М (г/с) - масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени;

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе, F=1, для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей;

т и п - коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;

H (м) - высота источника выброса над уровнем земли, 50;

- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, т.к в нашем районе значительные перепады высот, то = 2, рассчитанное по методике ОНД - 86 ;

(°С) - разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Т_г, и температурой окружающего атмосферного воздуха Т_в

v₁ (м³/с) - расход газовоздушной смеси, определяемый по формуле:

, (2)

где D (м) - диаметр устья источника выброса, 1,9 ;

w₀ (м/с) - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса [1], находиться по формуле:

= = 14,2 м/с, (3)

тогда,

м³/с (4)

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества с_м (мг/м³) фактически является разницей между предельно - допустимой концентрацией и фоновой концентрацией вредного вещества:

С_м = ПДК - С_ф = 0,5 - 0,275 = 0,225 мг/м (5)

При определении значения Т (°С) следует принимать температуру окружающего атмосферного воздуха Т_в (°С), равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года по СНиП 2.01.01 - 82, а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Т_г (°С) - по действующим для данного производства технологическим нормативам.

Т = Т_г - Т_в = 80 - 28 = 52 °С, (6)

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе, F=1, для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей.

Значения коэффициентов т и п определяются в зависимости от параметров f, v_m, v '_m и f_е:

^, (7)

, (8)

, (9)

(v'_м)³ = 234,8 (10)

Коэффициент m при f < 100 определяется по формуле:

(11)

Коэффициент n при f < 100 определяется в зависимости от параметра н_м. При н_м ? 2 коэффициент п =1 [1, стр. 5]

Из формулы (1) выражаем значение М (М_ПДВ) -- массу вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени (массу предельно допустимого выброса):

(12)

Найдем массу пыли на входе в пылеуловитель:

, (13)

где С_вх - концентрация пыли на входе в пылеуловитель, г/м³;

Q_вх - объем пылегазовой смеси от источника пылевыделения, м³/ч.

Рассчитаем требуемую эффективность очистки системы пылеулавливания:

з = , (14)

з =

Выбор способа очистки зависит также от относительной влажности отходящих газов, которая определяется по формуле:

(15)

Так как t _выбр.< 100 °С, то возможна конденсация влаги, что может привести к неисправности оборудования.

M_N2 = 28 • 10^-3 кг/моль

M_O2 = 32 • 10^-3 кг/моль

M_возд.= =29•10^-3 г/моль

Найдем плотность воздуха при нормальных условиях:

 (16)

Найдем входное влагосодержание:

г/м³ (17)

Найдем количество влаги:

(18)

Найдем влагосодержание на выходе:

г/м³ (19)

4. Расчет циклона

цемент газоочистка дымосос мельница

Первой ступенью очистки отходящих газов является циклон.

Исходя из дисперсного состава пыли 10 ? d_m = 15 ? 20, определяемого по графику спектров размеров частиц (рисунок 1), выбираем циклон типа СДК-ЦН-33 конструкции НИИОГАЗ. По таблице 2 определяем его характеристики.

Рисунок 1 - Графики спектров размеров частиц

Таблица 2 - Параметры, определяющие эффективность циклонов НИИОГАЗ

Параметр	Тип циклона
	ЦН-24	ЦН-15У	ЦН-15	ЦН-11	СДК-ЦН-33	СК-ЦН-34	СК-ЦН-34М
dT50, мкм	8,50	6,00	4,50	3,65	2,31	1,95	1,13
lgт	0,380	0,283	0,352	0,352	0,364	0,308	0,34
щопт,м/с	4,5	3,5	3,5	3,5	2,0	1,7	2,0

Определяющие параметры, [2, таблица 2.8]:

мкм,

,

,

м,

кг/м³,

Па•с

Значение динамического коэффициента вязкости зависит только от абсолютной температуры Т, К, и не зависит от давления:

, Па•с (20)

где С - константа Сезерленда;

м_о - динамический коэффициент вязкости при нормальных условиях,

м_о = 17,3·10^-6 [2, стр.298].

Па·с

Плотность газов, находящихся при температуре t ^оC, под избыточным

давлением (разряжением), определяют из соотношения:

, кг/м, (21)

где с - плотность газов при нормальных условиях, кг/м³;

р_БАР - барометрическое давление, Па;

р - давление/разряжение, Па

Определим необходимую площадь сечения циклонов:

м² (22)

Определим диаметр циклона, задаваясь количеством циклонов N:

, м (23)

При эксплуатации и ремонте циклонов большую роль играет их количество - чем меньше циклонов, тем обслуживание проще, поэтому возьмем один циклон (N=1):

Согласно ряду диаметров из ГОСТ 9617-67 выбираем подходящий нам. Наиболее оптимальным является диаметр 3000 мм. Т.о. мы используем один циклон типа ЦН-15 с диаметром 3000мм.

Вычислим действительную скорость газа в циклоне:

м/с (24)

Скорость газа в циклоне не должна отклоняться от оптимальной более чем на 15%:

(25)

Для циклонов НИИОГаз (одиночных или групп) вводят уточняющие поправки по формуле:

, (26)

где - коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диаметром 500 мм, работающего в гидравлической цепи [2, табл. 2.10-2.13];

К₁ - поправочный коэффициент на диаметр циклона;

К₂ - поправочный коэффициент на запыленность газа;

К₃ - коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления, связанные с компоновкой циклонов в группу. Так как в нашем случае циклон одиночный, то К₃ =0.

Определим потери давления в циклоне по формуле:

Па (27)

Приняв по таблице 2 два параметра (d^T₅₀ и lg_т), характеризующих эффективность выбранного типа циклона, определим значение диаметра частиц, улавливаемых на 50% d₅₀ при рабочих условиях (диаметр циклона, скорость потока, плотность пыли, динамическая вязкость газа) по формуле:

(28)

где D_т= 0,6 м; щ_т = 2,0 м/с, с_ч.т.= 1930 кг/м³; м_т = 22,2·10^-6 - параметры, соответствующие условиям, при которых получены табличные значения d^T₅₀ и lg_т;

D, щ, с, м - параметры соответствующие фактическим условиям работы циклона.

Тогда:

Т.к. дисперсный состав пыли на входе в циклон значительно отличен от логарифмически - нормального, то мы считаем по рисунку 2 и получаем эффективность очистки циклона:

Рисунок 2 - Размер частиц пыли на входе и на выходе из циклона

Ряд 1 - Распределение пыли на входе в циклон, S_вх ;

Ряд 2 - Распределение пыли на входе в электрофильтр, S_вых.

Таким образом, зная площади, которые описывают эти кривые, можем рассчитать эффективность циклона по формуле:

(29)

5. Расчет рукавного фильтра

Второй ступенью очистки отходящих газов является рукавный фильтр.

Определяем требуемую степень очистки отходящих газов фильтром по формуле:

(30)

где з_ц - степень очистки циклона;

з_р.ф. - степень очистки рукавного фильтра;

з - требуемая степень очистки системы пылеулавливания.

0,9977 =1-(1-0,8829)Ч(1- з_р.ф.),

з_р.ф =0,9804=98,04%

Определим концентрацию пыли на входе в рукавный фильтр по формуле:

C_{вх. р.ф.} = С_{вых. ц.} = С_{вх. ц.} • (1 - з_ц), (31)

где C_{вых. ц.} - концентрация пыли на выходе в циклоне;

С_{вх. ц} - концентрация пыли на входе в циклоне;

з_ц - степень очистки циклона

C_{вх. р.ф} = 24• (1- 0,8829)= 2,8104г/м³

Рассчитаем реальную степень очистки рукавного фильтра

Т.е. реальная степень очистки рукавного фильтра 99,88 %.

Выбираем скорость фильтрации в рукавном фильтре [2, табл. 5.15]. Так как основной материал относится к третьему классу пыли, то выбирая фильтр с импульсной продувкой (0,45 - 0,55), т.к. в этом случае скорость прохождения газов наиболее велика, и при тех же габаритах возможна очистка большего объема газа. Принимаем скорость фильтрации щ=0,50 м/мин.

Определим общую площадь фильтрации установки, м², по формуле:

S = S_p + S_c = , (32)

где S_p --площадь фильтрации в одновременно работающих секциях, м²;

S_c -- площадь ткани в регенерируемой секции, м²;

Q₁ -- расход запыленных газов с учетом подсоса, м³/мин;

Q₂ - расход продувочных газов или воздуха, м³/мин

S_с = Q_выбр./(щ_ср•60) =130000 / (0,50 • 60) = 4333 м²

Исходя из полученной площади подбираем фильтр [2, таблица 5.20]. Оптимальным является фильтр марки ФР-5000. В фильтре количество секций равно 8. Зная, что одна секция будет на регенерации, рассчитаем рабочую поверхность фильтра:

S_раб. = S_с•(N-1)/N = 4333 • 7/8 = 3791 м²

Техническая характеристика фильтра рукавного, типа ФР с обратной продувкой приведена в таблице 3.

Таблица 3 - Техническая характеристика фильтра типа ФР - 5000

Найдем фактическую скорость:

щ_ф = Q / S_раб., (33)

щ_ф = 130000 / (3791 • 60) = 0,5715 м/мин

Определим действующее гидравлическое сопротивление:

Р_р.ф.= (2,0 - 1,5) / (3,5 - 2,0) • щ_ф, (34)

Р_р.ф.= (2,0 - 1,5) / (3,5 - 2,0) • 0,5715 = 0,1905 кПа

Исходя из проведенных расчетов можно сказать что выбранный нами циклон СДК-ЦН-33 на первой ступени, и рукавный фильтр ФР - 5000 на третьей ступени очистки, обеспечивают необходимую степень очистки газов, отходящих при помоле мергеля в мельницах на цементном предприятии.

Определяем коэффициент подсоса:

д_Q = ((Q_{вых.н.у.} - Q_вх.н.у ) / Q_вых.н.у) • 100%, (35)

где Q_вх.н.у. - объем пылегазовой смеси от источника пылевыделения приведенный к нормальным условиям, м³/час;

Q_{вых.н.у.} - объем выбрасываемой смеси приведенный к нормальным условиям, м³/час;

Q_вх.н.у. = (273 • Q_вх) / (273 + T_вх), (36)

где Q_вх - объем пылегазовой смеси от источника пылевыделения, м³/час;

T - температура отходящих газов на входе в систему очистки, єС.

Q_вх.н.у. = (273 • 117000) / (273 + 80) = 90484 м³/час

Q_{вых.н.у.} = (273 • Q_вых) / (273 + T_вых), (37)

где Q_вых - объем выбрасываемой смеси, м³/час;

T - температура выбрасываемого газов устье трубы, єС.

Q_{вых.н.у.} = (273 • 130000) / (273 + 110) = 92663м³/час

д_Q = ((92663-90484) / 92663) • 100% = 2,35 %

6. Выбор дымососа (вентилятора)

Определяем общее гидравлическое сопротивление по формуле:

ДР = Р_разр + Р_ц + Р_р.ф., (38)

гдеР_разр - разряжение на выходе технологического оборудования, 195 Па;

Р_ц - гидравлическое сопротивление в циклоне;

Р_р.ф. - гидравлическое сопротивление в рукавном фильтре

ДР = 180 +1475+2000 = 3655 Па

Для перемещения газов по дымовым трубам необходимо подобрать вентилятор или дымосос, обеспечивающий необходимую производительность (более 117000 м³/час), способный нормально работать при температуре выбрасываемого газа в устье трубы (80 ^оС) и потребляемый наименьшую мощность.

Нашим условиям удовлетворяют один дымосос ДН-21 и вентилятор центробежный марки ВМ-180/1100. Они оба способны обеспечить нужную нам производительность и работают при высоких температурах(143000 м³/час, 100 єС; 180000 м³/час, до 120єС соответственно); вентилятор ВМ-180/1100 имеет большую мощность (800кВт), чем дымосос серии ДН-21 (284 кВт).

Из экономических соображений выбираем дымосос ДН-21.

7. Расчет и выбор электрофильтра

Выбираем горизонтальные, изготавливаемые в широком диапазоне типоразмеров при глубокой унификации узлов и деталей, электрофильтры серии ЭГА (рис. 3).

Марка электрофильтра: ЭГА1-20-7,5-6-3

Таблица 4 - Техническая характеристика электрофильтра ЭГА1-20-7,5-6-3

Количество газовых проходов, шт	20
Активная высота электродов, м	7,5
Активная длина поля, м	3,84
Количество полей, шт	3
Площадь активного сечения, м2	41,0
Общая площадь осаждения, м2	3550
Длина, м	17,28
Ширина (по осям опор), м	6,2
Высота, м	15,4

Рисунок 3 - Электрофильтр типа ЭГА

Найдем теоретическое выражение для парциальной эффективности электрофильтра, учитывающее только процесс осаждения частиц до пластинчатого электрофильтра по формуле Дейча:

(39)

где - скорость дрейфа частиц, м/с;

w - скорость газа в активном сечении, м/с;

L - активная длина электрофильтра, м;

H - расстояние между коронирующим электродом и пластинчатым осадительным электродом, м.

Упрощенный вариант зависимости для расчета общей эффективности электрофильтра выглядит так :

(40)

где К_УН - обобщенный коэффициент вторичного уноса;

А и в - безразмерные параметры [2, стр.224].

Параметр в, аналогичный по структуре показателю экспоненты в формуле Дейча, вычисляется по формуле:

, (41)

где е_о - диэлектрическая постоянная, К²/(Н·м²), е_о = 8,85·10^-12 Ф/м;

Е - напряженность поля у осадительного электрода, В/м;

d₅₀ - медианный диаметр частиц, м;

L - активная длина электрофильтра, м;

щ - средняя скорость газа в активном сечении, м/с;

k_щ - коэффициент неравномерности газораспределения, k_щ = 1, т.к. газораспределение в данном электрофильтре равномерное;

м - динамическая вязкость газа, Н·с/м²;

H - расстояние между коронирующим и осадительным электродом, м.

Медианный диаметр частиц d₅₀ находим по графику (рисунок 2), d₅₀ = 1,0 мкм = 1,0 • 10^-6 м.

Рисунок 3 - Размер частиц на входе в электрофильтр.(не мой)

Напряженность поля у осадительного электрода определим по формуле:

(42)

где U_ср - среднее напряжение в цепи, В, [2, стр.227].

S - расстояние между соседними электродами.

Рассчитаем активную длину электрофильтра, равную количеству полей, умноженному на активную длину поля:

(43)

В электрофильтрах серии ЭГА шаг между одноименными электродами равняется 300 мм, следовательно расстояние между коронирующим и осадительным электродом найдем по формуле:

(44)

Рассчитаем среднюю скорость газа в активном сечении:

(45)

где S - площадь активного сечения электрофильтра, м².

Тогда:

Параметр А зависит от отношения площадей активной и неактивной зон электрофильтра F, среднего квадратичного отклонения размеров частиц у и параметра k:

, (46)

где Т - температура газа, ^оС;

р - давление газа, 760 мм.рт.ст.

Значение параметра А определяется по графику зависимости параметра А от k и у. Найдем значение у исходя из геометрической прогрессии:

, (47)

у₁ = d₅₀ - d_15.9, (48)

где d_15.9 - размер частиц меньше, которого 15,9% частиц, определяемый по рисунку 2, и равный 0,55 мкм.

у₁ = 1,0 -0,48 = 0,52мкм

у₂ =d_84,1 - d₅₀, (49)

где d_84,1 - размер частиц меньше которого 84,1% частиц, определяемый по рисунку 2, и равный 12,0 мкм.

у₂ = 2,2-1,0 =1,2 мкм

мкм

Для электрофильтров, в которых неактивные зоны отсутствуют или надежно перекрыты для прохода газа, F=1, поэтому определяем параметр А по графику - б) (рисунок 3). При k=0,8518 и у?1 мкм параметр А=8,4 [2, стр.224].

Рисунок 3 - Зависимость параметра А от k и у

а) - для F* = 0.91 б) - для F* = 1

Обобщенный коэффициент вторичного уноса для пылей с удельным электрическим сопротивлением 5·10^-6 ? с ? 5·10^-9 Ом·м определяется:

(50)

где k₁ - коэффициент относительной высоты осадительных электродов;

k₂ - коэффициент относительной скорости газа;

k₃ - коэффициент относительной пылеемкости электродов.

Найдем коэффициент относительной высоты осадительных электродов:

(51)

где h - относительная активная высота электродов, м, принимаем по таблице 5;

h_о - базовое значение высоты, м, h_о=8 м.

Найдем коэффициент относительной скорости газа:

(52)

где щ - относительная средняя скорость газа в активном сечении электрофильтра, м/с;

щ_о - базовое значение скорости, м/с, щ_о=1 м/с.

Найдем коэффициент относительной пылеемкости электродов:

(53)

где m - относительная пылеемкость электродов, кг/м², m = 1.

Рассчитаем эффективность электрофильтра по формуле (36):

Реальная эффективность 2-х ступеней очистки системы газоочистки при помоле клинкера в мельницах на цементном предприятии равна:

 (54)

Требуемая степень очистки 0,9977<0,9999. Таким образом выбранный нами циклон СДК-ЦН-33 и электрофильтр серии ЭГА1-20-7,5-6-3 обеспечивают необходимую очистку газов, отходящих от клинкерного холодильника на цементном предприятии.

Коэффициент подсоса д_Q = 2,35, согласно данным полученным из расчетов по формулам (36), (37), (38).

8. Выбор и расчет дымососов (вентиляторов)

Найдем гидравлическое сопротивление двух ступеней очистки:

(55)

где р_эл - гидравлическое сопротивление в электрофильтре, 100 Па.

(56)

Для перемещения газов по дымовым трубам необходимо подобрать вентилятор или дымосос, обеспечивающий необходимую производительность (более 117000 м³/час), способный нормально работать при температуре выбрасываемого газа в устье трубы (80 ^оС) и потребляемый наименьшую мощность.

Удовлетворительными характеристиками обладают один дымосос ДН-21 и один вентилятор ВМ-180/1100. Они оба способны обеспечить нужную нам производительность и работают при высоких температурах. Однако у вентилятора ВМ-180/1100 потребляемая мощность равна 800 кВт, в отличие от ДН-21 у которого потребляемая мощность 284 кВт. Следовательно, из экономических соображений выбираем дымосос серии ДН-21.

Заключение

В ходе данной работы было проделано следующее:

1) Описаны технологические схемы производства цемента по мокрому, сухому и комбинированному способам, а также принцип работы клинкерных холодильников;

2) Исходя из данных, приведенных в задании, были произведены расчеты пылеулавливающих установок, в результате которых была предложена компоновка из циклона, рукавного фильтра и электрофильтра. В данном проекте была рассчитана эффективность работы циклона модели СДК-ЦН-33, которая равна 88,29 %. При подборе рукавного фильтра выбрана модель ФР-5000 реальная эффективность 2-х ступеней очистки составила 99,88 %. При расчёте электрофильтра выбрана модель ЭГА1-20-7,5-6-3, его эффективность составила 99,99 % (рис. 5).

Рисунок 5 - Блок-схема двухступенчатой системы газоочистки.

Таким образом, на выбросе из дымовой трубы концентрация загрязняющих веществ не превышает уровень предельно допустимого выброса, разработанного для данного предприятия (источника). Следовательно, подобранная система пылеулавливания удовлетворяет нормативным требованиям, предъявляемым к данному производству.

Список использованных источников

1 Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86

2 Биргер М.И., Вальдерберг А.Ю., Мягков Б.И. Справочник по пыле- и золоулавливанию / Под ред. А.А. Русакова.- 2-е изд., перераб. и доп.-М.: Энергоатомиздат, 1983. - 312.

3 Госстрой СССР Методические материалы для проектирования «Указания по расчету циклонов» - М.,1971. - 52.

4 Дуда В. Цемент / Пер. с нем. Е.Ш.Фельдмана, под ред. Б.Э.Юдовича - М.: Стройиздат, 1981. - 464с.

5 Ходоров Е.И. Печи цементной промышленности. - 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Стройиздат, 1968.-455с.

6 http://www.RuCEM.ru

7 Лапшин А.Б., Чукардин В.Е. Основы обеспылевания аэрозолей в силикатной промышленности. - СПб.: Изд-во ФПС, 2007. - 234 с.

Размещено на Allbest.ru