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1、天津理工大学专业设计报告题目： 专 业： 安 全 工 程 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 2014年 11 月 14 日成绩评定与评语指导教师： 日 期： 专业设计的主动性与平时表现（20%）独立思考能力 与解决问题能力（40%）专业设计 完成情况（40%） 专业设计成绩11.研究现状1.1 水泥生产研究现状水泥的生产工艺简单讲便是两磨一烧，即原料要经过采掘、破碎、磨细和混匀制成生料，生料经 1450的高温烧成熟料，熟料再经破碎，与石膏或其他混合材一起磨细成为水泥。由于生料制备有干湿之别，所以将生产方法分为湿法，半干法或半湿法，干法 3 种。（注：我国水泥行业伴随着国民经济的持续增长
2、,出现了一个以新型干法水泥为代表的高速增长的势头,引起了国内外同行的关注 1，现在将悬浮预热和预分解窑统称为新型干法窑，或新型干法生产线，新型干法生产是今后的发展方向。）1.1.1 新型干法新型干法水泥, 是以悬浮预热和预分解技术为核心,把现代科学技术和工业生产的最新成就以及IT技术等广泛应用于水泥干法生产全过程,使水泥生产具有高效、优质、节约资源、清洁生产、符合环境保护和大型化、自动化、科学管理特征的现代化水泥生产方法 2。1.生产系统及生产流程图 新型干法水泥熟料生产工艺包括4个主要系统和两大生产辅助系统，其生产流程如图1所示。（1） 生料制备系统主包括原料调配、原料粉磨两大工序。 生产硅
3、酸盐水泥的主要成分是石灰质原料和黏土质原料，有时还要根据原料品质和水泥品种，掺加校正原料以补充某些成分的不足 3。（2） 生料均化系统生料均化库的任务是消除出磨生料具有的周期成分波动，使生料质量达到入窑生料的要求，完成整个生料均化系统的全部任务，从而稳定窑的热工制度, 提高窑的熟料产量和质量 4。（3） 生料预热与分解系统该系统主要由旋风筒预热器、管道、分解炉部分组成. 旋风筒预热器的主要功能是充分利用回转窑和分解炉排出的废气余热加热生料，使生料预热及部分碳酸盐分解。（4） 熟料烧成及冷却系统该系统由熟料烧成及熟料冷却两大工序组成。熟料烧成过程是在水泥回转窑内的烧成带的，是整个熟料生产过程的关
4、键所在。熟料冷却系统的主要设备是冷却机，其作用是将回转窑卸出的高温熟料冷却到下游输送机、贮存库以及水泥磨所能承受的温度，同时把高温熟料显热回收进烧成系统，提高整个烧成系2统的热效率 5。（5） 煤粉制备辅助系统煤是水泥生产中高温煅烧熟料的必用燃料。煤的燃烧反应能力与其挥发分含量成正比，碳粒燃烧速率则与颗粒径的平方成反比。因此，要达到足够的燃烧反应能力，煤质和颗粒细度是两个重要条件，对煤进行粉磨的目的就是为满足于煤粉燃烧提供其所要求的粒度。（6） 废气处理辅助系统在整个水泥熟料生产工艺过程中，由于物料在破碎、储存、转运、配料、粉碎、均化、烧成、散装等各个环节中将产生大量的冷、热废气。如不处理，将
5、对环境产生粉尘和化学污染(主要是粉尘污染)。现代干法水泥厂在生产的各个环节上都依据国家环保的标准要求, 进行废气处理。硅质原料 石灰石 校正原料 煤破碎 锤式破碎机 储库 破碎预均化堆场 均化堆场配料站 煤磨均化库预热器分解炉回转炉冷却机熟料库图 1 新型干法水泥熟料生产工艺流程图2.新型干法的发展方向立式生料磨 煤粉仓3李伟等 6的研究表明，水泥熟料生产过程自动化系统,在结构上由过程控制系统( PC S)、生产执行系统(M ES)和工业多媒体监视系统3部分组成,完全适应新型干法水泥生产企业的自动化、信息化的要求。在功能设计上,综合考虑生产运行模式、工艺监控风险、设备操作习惯、检修维护规程以及
6、工程投资等多方面因素, 将功能设计得更加科学、合理, 使整个生产过程的监控更加简单、实用、有效，是目前水泥生产行业中生产工艺的又一大进步。1.2水泥粉尘的主要尘源及其预防1.2.1水泥立窑作为水泥生产的核心，立窑逸出粉尘的多少是排出粉尘浓度能否达国标规定指标的关键。由于立窑烟气的含尘浓度、温度、湿度等波动大，且含腐蚀性气体，其温度可达50-250，露点为40-45，因此立窑除尘一直是个难题。近年来随着微机控制、闭门操作、预加水成球等技术的应用，立窑废气的含尘浓度有了很大的下降，若加强管理，除尘是可以解决的。立窑产生的粉尘，通常设计采用沉降室收集 7，但沉降室总除尘效率与进气粉尘浓度和粉尘的粒径
7、分级组成有关。进气粉尘浓度高，大粒子占的比例也较大，沉降室除尘效率也高，相反则差些，必须经过二级除尘。二级除尘可选用高压静电除尘，其除尘效率可达99%，但其初投资较高，要求的管理水平也高。采用冲击喷雾联合除尘器，其除尘效率可达96% 8,也可达到要求。它的构造简单，初投资低，维护管理适中，是一种易接受的方案。1.2.2粉磨系统由于生产水泥是生料制备和水泥制成都需要粉磨，若粉磨细度、产量、通风量与气流速匹配不当，工人操作失误或输送装置密封不良，粉尘都会外泄， 磨尾废气中的粉尘浓度一般为50-150g/Nm3，有时可高达200 g/Nm3以上。磨机的工艺应选择连续磨机磨物料。有条件的窑厂应把开路磨
8、改为闭路磨，新建的窑厂应尽可能选择闭路粉磨。由于生料磨、水泥磨工序排放的原始粉尘浓度很高，所以多选用二级除尘装置，其总效率可达99.85%。其一级除尘通常采用旋风式收尘器，收尘效率应达85%-90%，不能低于80% 9 ，且必须重视收尘器排料口的密封，这对其收尘效率影响巨大，一般均用回转式窑封卸料器，并应及时检修更换。二级收尘通常用袋收尘，选择袋收尘器时，应注意适当降低布袋张力，以提高袋收尘器的运转使用寿命和收尘效率。另外,当磨机中所出气体的含尘浓度过高（大于60 g/Nm3），滤袋的负荷也会增加,这就要对清灰参数做出相应的调整，否则滤袋易破损冒灰。同时，应注意入磨物料水分的控制，以防止结弯并
9、堵塞收尘器，特别是生料磨各种原料水分和原煤入磨水分的影响，严重时会使收尘器无法正常运转。对生料磨系统，烟气湿含量高，其露点为36-46，温度为45-60，二者相差不大，因此仅对除尘器保温是不够的，除此之外还应在4磨机和外排风管上装热风炉，以提高混合烟气的温度，同时还要注意漏风,防止风温降低过快而形成结露。1.2.3烘干机烘干机是立窑水泥厂的主要尘源之一。生产水泥用的粘土、矿渣、煤粉等物料在烘干过程中随回转筒的运动不断颠簸，微细颗粒随着烘干机的热废气流外逸，含尘浓度可高达50-150 g/m3，若收尘效率不高，排放粉尘的浓度可超出标准百倍以上。在实际生产中，烘干机排出废气的水分在10%-20%左
10、右，湿含量较高、含尘浓度高，排出气体进入收尘器的温度为110-150 ，其露点为50-70 ，因此一般采用抗结露袋式收尘器或电收尘器，其收尘效率应达99.95%以上10 。但当被烘干物料水分、温度波动大时，烘干机废气中粉尘的比电阻值随气体湿含量和温度变化而变化，电除尘器的除尘效率和工作可靠性就会受影响。为解决含尘浓度大，高比电阻粉尘对除尘性能的影响，最好采用宽间距电除尘处理烘干机烟气来满足除尘工艺要求，即加大极间距离，提高极间工作电压，适于处理浓度大、比电阻高的烟尘。1.3通风除尘系统的研究现状1.3.1通风系统的研究进展通风系统由通风动力、通风网路、通风设施、污浊气体处理设备等部分组成。（1
11、）混合通风目前国内对混合通风的研究主要集中于室内空气流动数值计算和与通风相关的潜力分析。湖南大学刘晓波将一种混合通风系统作为研究对象，采用商用软件 FLUENT 对该系统进行数值模拟，得到系统中温度场及速度场 11。湖南大学张国强等提出了一种新的自然通风潜力评估体系框架，运用自然通风基本理论，建立自然通风潜力评估模型，并对广州地区厂房建筑的自然通风潜力惊醒了分析和评估 12。西南科技大学的段双平采用度时方法得出了预测自然通风和混合通风的潜力的计算公式 13。 （2）离心式通风机李新宏、何慧伟 14等对离心通风机在设计工况时的整机内部流场进行了数值模拟，捕捉到了离心通风机内部许多重要的流动现象。
12、证实了蜗壳、叶轮间相互引起的流场不对称，并预示了叶轮内部的重要流动特征，所得到的分析结果对探讨影响离心通风机效率的原因、改进叶型设计、扩大运行工况范围等研究内容，提供了重要的理论依据颖达、王嘉冰 15以三维时均 N-S 方程和标准 K-E 两方程紊流模型为基础，采用 SIMPLE 算法，对柜式空调器用多翼离心通风机的三维流场进行了数值模拟研究表明，多翼风机内流场具有明显的不对称性，同时还揭示了叶轮流道中的5二次流现象，蜗壳出口侧进气口北部的脱流区域，以及叶轮出口的“射流一尾迹”模拟计算结果与实验接过吻和较好，证明了所采用的计算模型和数值方法的可行性。（3）轴流式通风机王军，宋文艳 16结合对旋
13、轴流式风机的特点，对其进行优化，在流动为不可压、等环量流型及进出口流速为轴向的假设下，通过基元平面叶栅理论，建立了对旋轴流式风机的优化模型，并用混合函数法进行了优化，结果表明，优化结果能为对轴流式风机轮毂参数的合理选择提供依据。王军，王建峰等 17从三维非定常雷诺时均 N-S 方程出发，应用 k- 紊流模型，应用 SIMPLE 算法，数值模拟了对旋轴流式风机的非设计点流场，在一定程度上模拟得到了非设计点的性能。潘地林，黄家有等 18通过较为详细的实验测量，研究了对旋轴流式通风机的外特性及噪音，实验结果表明，通过优化前、后叶轮的转速匹配及轴向间距（前置叶轮片弦长的 49%处最优） ，可以获得较大
14、范围的高效运行区（10%最高效率范围）及较低的运行噪音（7dB-10dB） 。（4）通风网路沈汉年 19等提出一种能够避免大量矩阵运算，适用于实际通风网络的新算法，程序简单，计算时间省。王树刚 20等将通风网络中的空气流动作为一维可压缩流体的非定常流动，建立正常和非正常时期通风网络解算的统一数学模型，可以模拟正常通风和非正常时期风流状态的连续变化过程。刘兴杜 21把复杂电路中三角形与星形联接等效变换原理引入复杂通风网络的研究，导出解复杂风网的等效变换公式，并运用成功。黄光球 22等对 Scott-Hinsley 方法进行了改进，提出一种新的全回路调节方法，适用于存在固定风量分支的通风网络，可实
15、现所有回路的调节和按需分配归零误差。王刚 23等针对通风网络解算过程中最小生成树的生成过程采用传统的“破圈法”计算时间长的问题，提出应用贪心算法解算通风网络，以期缩短计算时间，提高程序运行速度。陆秋琴 24等通过理论推导,获得一种适用于存在未知风阻分支的大规模复杂通风网络的解算方法，该方法可进行通风系统漏风点辨识。李晓峰 25等通过对 Scott-Hinsley 迭代法的深入研究，对基于复合分支的通风网络简化和参数等效变换的网络解算进行了改进。1.3.2 除尘设备及其工艺进展1.主要除尘器类型（1）袋式除尘器：除尘效率高达98%-99%，清灰强度大，维修方便，费用低结构灵活，便于回收干料不适用于含有油雾、凝结水和粉尘粘性大的含尘气体不能用于有爆炸性或带有火花的烟气。6（2）静电除尘器：消耗的能量少，气流压力损失一般为10-50毫米水柱，除尘效率高达90-99.9，适用于去除粒径0.05-50微米的尘粒，可用于高温、高压场合，连续操作。运行一段时间后，除尘效果一路下降。（3）电除尘器：除尘效率基本能达到99%，利用高压电击粉尘产生电晕现象和产生火花放电而进行收尘，但运行综合费用高。（4）旋风除尘器：旋风除尘器是利用旋转的含尘气体产生的惯性离心力，将粉尘从气流中分离出来的一种干式气-固分离装置。这种除尘器
