Защита атмосферного воздуха при сухом способе производства цемента

Министерство  науки и образования российской Федерации

 

Калужский филиал федерального государственного бюджетного

образовательного  учреждения высшего профессионального

 образования  «Московский государственный технический  университет

имени Н.Э. Баумана»

(КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана)

 

 

Факультет фундаментальных  наук

 

Кафедра промышленной экологии ФН2-КФ

 

 

 

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

к курсовому  проекту

по дисциплине «Системы защиты среды обитания»

на тему

«ЗАЩИТА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ПРИ СУХОМ

СПОСОБЕ ПРОИЗВОДСТВА ЦЕМЕНТА»

 

 

 

 

 

 

                                                                                                 

 

 

 

                                                                                                        Выполнила: Петруша М.В.

          Группа: ЭКД-81

                                                                                                        Преподаватель: Яковлева О.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Калуга 2012

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………………………… 3

1  Описание производства………………………………………………………………………... 4

2 Обоснование выбора технологической  схемы………………………………………………... 6

3 Технологическая  часть………………………………………………………………………… 10

    3.1 Выбор циклона……………………………………………………………………………. 10

    3.2 Выбор  скруббера………………………………………………………………………….. 13

    3.3 Выбор  электрофильтра…………………………………………………………………… 16

4 Расчет аппаратов  очистки воздуха…………………………………………………………… 20

    4.1 Расчет  циклона……………………………………………………………………………. 20

    4.2 Расчет  скруббера………………………………………………………………………….. 27

    4.3 Расчет электрофильтра…………………………………………………………………… 34

Заключение………………………………………………………………………………………. 37

Список использованных источников…………………………………………………………... 39

Приложение  А. Чертежи технологической схемы очистки воздуха

и пылеулавливающего  оборудования…………………………………………………………..40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

При производстве цемента из печей в атмосферу  выделяется большое количество запыленных газов. Основными источниками пылевыделения на цементных заводах являются печи для обжига клинкера мокрого и сухого способов производства [1]. При сухом способе производства дробленые сырьевые материалы высушиваются и тонко измельчаются. Полученная сырьевая мука после корректирования и усреднения до заданного химического состава обжигается во вращающихся или шахтных печах. На обжиг клинкера расходуется от 750 до 1200 ккал/кг клинкера. Сухой способ производства экономически более целесообразен, так как суммарный расход тепла на сушку сырьевых материалов и на обжиг клинкера ниже, чем расход тепла на обжиг этих материалов при мокром способе производства. 

При сухом способе выбрасывается 3 – 5 т пыли с температурой 350—400^°C. При таком загрязнении необходимо очищать воздух за печью до допустимых концентраций.

Целью проекта  является разработка наиболее рациональной технологической схемы очистки газов от загрязняющих веществ.

Задачи:

- изучить особенности производства цемента сухим способом;

- изучить физико-химические свойства загрязняющих частиц;

- рассчитать необходимую степень очистки и массу веществ, поступающих на очистку и на основании этого выбрать схему очистки  и пыле-, газоочистное оборудование.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Описание производства

 

Все сырьевые материалы, применяемые для изготовления цемента, после добычи в карьерах и доставки на завод подсушивают, дробят и измельчают (при сухом способе производства цемента — до пылевидного состояния), чтобы увеличить их реакционную поверхность. Полученную сырьевую шихту (после усреднения се состава в силосах) обжигают при высокой температуре в клинкерообжигательных вращающихся или шахтных печах, затем охлаждают в холодильниках. После этого она поступает на промежуточный склад. Продукт обжига клинкера с гипсом и другими добавками измельчают в мельницах; полученный при этом цемент транспортируется на склад (в силосы), откуда он в специальной таре отправляется потребителю.

Основными источниками  пылевыделения на цементных заводах  являются печи для обжига клинкера мокрого и сухого способов производства. При мокром способе производства на каждую тонну обжигаемого клинкера из вращающихся печей выносится с запыленными газами 5,3—7,3 т пыли с температурой 140—400^°С, содержащей (даже при хороших внутрипечных пылеподавляющих устройствах — гирляндных цепных завесах) от 80 до 250 кг полуобожженной сырьевой шихты в виде дисперсной пыли.

При сухом способе  производства количество сухих запыленных газов, выносимых из современных  печей, на 25—45 % меньше, однако температура их достигает 350-400 ^°C, а масса тонкодисперной пыли составляет 50—120 кг на 1 т клинкера.

Кроме того, из колосниковых холодильников клинкера, устанавливаемых у всех мощных современных печей, выбрасывается на каждую тонну клинкера 1,1 — 1,8 т сухого горячего воздуха (с температурой 150—290 °С), содержащего 7— 10 кг клинкерных частиц.

В таблице 1 дана характеристика пылей цементного производства [1].

Более 80% пыли, выбрасываемой в атмосферу, выделяется вращающимися печами, а остальное количество — цементными и сырьевыми мельницами (сухого помола), дробильно-сушильными установками, а также силосами хранения сырьевых материалов, добавок, клинкера и цемента.

 

 

 

 

Таблица 1 –  Характеристика пылей цементного производства

Техноло- гичес- кое оборудо- вание	Параметры пылевого потока				Удель- ное элект- ричес- кое со- против- ление, Ом∙м	Диспер- сный состав час- тиц разме- ром менее 5мкм, %	Угол есте- ствен- ного откоса, град	Плот- ность кг/м3
	Объем продук- та, м3/кг	Темпе- ратура, °С	Темпе- ратура точки росы, °С	Концен- трация пыли, г/м3
Печи длиной до 100м	3,8-6,0	225-385	60-67	10-48	1,0∙108-2∙109	17-36	37-45	2670-2820
Печи с цик- лонными теп- лообмен- ника- ми	2,5-3,3	190-380	29-44	16-60	1,0∙108-1,0∙1011	51-75	45-51	2640-2840
Колосни-ковые холодиль-ники	1,0-2,9	90-290	-	5-40	2,8∙108-1,3∙109	15-17	35-41	3060-3300

 

К категории печей сухого способа производства относятся короткие или длинные полые вращающиеся печи без внутрипечных или запечных теплообменников и короткие полые вращающиеся печи с запечными циклонами или циклонно-шахтными теплообменниками. Наиболее распространенными и экономичными для обжига клинкера являются высокопроизводительные короткие полые вращающиеся печи с запечными теплообменниками.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Обоснование выбора технологической схемы

 

Рассчитаем необходимую суммарную степень очистки промышленных газов [4].

Разработка схемы очистки газов базируется на анализе исходных данных, поскольку в зависимости от тех или иных физико-химических свойств пылегазового потока, особенностей технологического процесса производится непосредственно выбор определенного вида аппарата, четкой последовательности очистки. Прежде всего, необходимо определить от каких загрязняющих веществ нужно будет проводить очистку. Для этого следует сравнить концентрации вредных веществ на выходе из технологического аппарата (С_{исх.вещества}) с их предельно разрешенными концентрациями выброса в атмосферу (ПРК_{вещества}) , и, следовательно, в случае превышения первой над второй необходима будет очистка. В данном варианте требуется провести очистку от ниже следующих веществ и добиться следующей степени их очистки , которая рассчитывается по формуле

 

                                                  

                                                    (1)

 

Концентрация пыли на входе  С_вх=0,06г/м³

Химический  состав пыли:

Компоненты          п.п.п.        SiO₂       Al₂O₃+Fe₂O₃               CaO            MgO

Содержание, %    34,8     17,6                 4,1              40,6               1,4

 

Тогда:

С_SiO2=10,56мг/м³

ПДК_SiO2=2мг/м³, требуется очистка [3].

С_Al2O3+Fe2O3=2,46мг/м³

ПДК_Al2O3=0,01 мг/м³

ПДК_Fe2O3=0,04 мг/м³, требуется очистка.

С_CaO=24,36 мг/м³

ПДК_CsO=3мг/м³, требуется очистка.

 

С_MgO=0,84 мг/м³

ПДК_MgO=10мг/м³, очистка не требуется.

 

С_п.п.п.=20,88 мг/м³

От потерь при прокаливании очистка необходима.

 

Расчет массы  веществ

Чтобы найти количество выбрасываемых  вредных веществ в год до очистки , т/год, воспользуемся формулой:

                          

,                               (2)

где – исходная концентрация вещества до очистки, г/м³;

        – объем газа, м³/ч;

        – время работы технологического агрегата, час/сутки (124 час/сутки);

        – время работы технологического агрегата, дней/год (300 дней/год).

Масса веществ, поступающих на очистку:

 

Отходящие газы коротких полых вращающихся печей с запечными теплообменниками обеспыливают в двухступенчатых пылеулавливающих установках, в которых первой ступенью служат циклоны, а второй — либо электрофильтры, либо рукавные фильтры с рукавами из гидрофобизированной и графитизированной стеклоткани.

Удельное электрическое  сопротивление тонкодисперсной пыли, улавливаемой из газов печей сухого способа производства, выше предельного значения, при котором обеспечивается работа электрофильтра без образования обратной короны. Поэтому их эффективность в названных условиях составляет 75—80%, что вынуждает увлажнять газы после циклонов перед подачей их в электрофильтры. Увлажняют и охлаждают газы различными способами. Применяют специальные полые скрубберы-стабилизаторы. Во избежание отложений в бункере и на стенках скруббера диаметр его с учетом угла раскрытия факела принимают таким (5—7 м), чтобы неиспарившиеся капли влаги не попадали на стенки, а высота (25—35 м) определяется необходимостью полного испарения капель до выхода газов из скруббера. Такие установки для увлажнения и охлаждения печных газов в соответствии с рисунком 1 сооружают как в нашей стране, так и за рубежом[1].

 

1 – печь; 2 – циклоны; 3 – скруббер-стабилизатор; 4 – электрофильтр

  Рисунок 1 – Обеспыливающая установка за печью сухого способа производства цемента

 

Частичное увлажнение и охлаждение газов, отходящих из колосниковых холодильников, можно  осуществлять в  сушильно-дробильных или сушильно-помольных установках в соответствии с рисунком 2, используя тепло газов для подсушки влажных сырьевых материалов.

1 – печь; 2 –  колосниковый холодильник; 3 – угольная мельница; 4 – сырьевая мельница; 5 – электрофильтр