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1、开题报告 生产10万t矿粉级一氧化锰项目总体工艺设计及除尘设备的设计 开题报告 班级（学号）机械0802 姓名 杨翊新 指导教师 王科社教授 1. 选题背景（课题来源）年产10万吨矿粉级一氧化锰项目设备设计项目锰作为一种重要的战略资源，在钢铁，电池，肥料和医药等行业中有重要的应用。尤其是我国钢铁工业的飞速发展，极大的刺激了作为铁锰合金产品主要原料氧化锰矿的需求。目前生产铁锰合金的氧化锰矿要求品位在45%以上，然而我国这种氧化锰富矿只占总氧化锰矿储量的7%，另外93%都是低品位氧化锰矿。导致我国每年需要进口大量的氧化锰富矿。另一种重要的锰产品是电解锰，电解锰生产企业主要采用碳酸锰矿石为原料进行生
2、产，但我国碳酸锰矿的主要生产地重庆秀山及湖南吉首的碳酸锰矿资源正在快速枯竭，在3-5年内将完全依靠进口资源或外地采购才能维持生产。而且由于利用碳酸锰矿生产电解锰的过程中，矿石中钙镁含量高（3-10%以上），因此在溶解过程中造成酸耗高，一般每生产一吨电解锰需要消耗2-5吨硫酸，导致企业成本增加。相比而言，低品位氧化锰矿石中钙镁含量一般在1%以下，每生产一吨酸耗在0.8吨以下17。因为上述原因，开发利用我国的低品位氧化锰矿来缓解铁锰合金，电解锰等产品的需求压力迫在眉睫。低品位氧化锰矿利用的关键在于把矿石中的二氧化锰还原成溶于酸的一氧化锰，这样才能把矿中的锰提取出来。如前所述的一些常见二氧化锰还原方
3、法外，近年国内也发明了一些其它新的方法，如田学达等采用沼气中的甲烷作为还原剂，在常温下点燃沼气，将氧化锰矿烧至红热状态将其还原成一氧化锰。栗海锋等将锰矿粉矿浆加入糖蜜与硫酸，并加热到40-100C搅拌，将锰还原得到硫酸锰溶液。但这些工艺方法或是因为生产成本问题，或是因为可控性问题均未在锰工业中得到实际应用。众所周知，生物质资源是可再生的清洁能源，2011年我国农作物秸秆年产总量约8亿吨, 相当于5亿吨标煤，预计到2012年会增至10亿吨。如能实现利用生物质将低品位氧化锰矿中的二氧化锰还原成一氧化锰，不但能拓宽能源的使用范围以达到降低成本的目的，同时符合我国大力推行的循环经济的要求。对于保护环境
4、，减少锰矿进口，提高我过锰产品的市场竞争力有着重要意义。对生物质还原低品位氧化锰矿的机理和工艺的研究正是在这个背景下开展的。2.文献综述在现代工业中，锰及其化合物应用于国民经济的各个领域。其中钢铁工业是锰产品应用的最重要领域，所用锰量占总用锰量的90，主要作为炼铁和炼钢过程中的脱氧剂和脱硫剂，以及用来制造合金1。除此之外，锰产品还能广泛用于其他工业领域，如轻工业、建材工业、国防工业、电子工业，以及环境保护和农牧业等2 。因此，作为生产锰产品的主要原料，锰矿在国民经济和社会发展中具有十分重要的战略地位。目前世界耗用消费锰矿石的领域主要是三大类锰系产品2。第一类即锰系铁合金（富锰渣、高碳锰铁、中低
5、碳锰铁、锰硅合金、氮化锰铁、金属锰、电解锰和氮化金属锰）；第二类是锰的氧化物（电解二氧化锰EMD、天然二氧化锰 NMD、化学二氧化锰 CMD、活性二氧化锰 AMD 等）；第三类是锰盐（硫酸锰、碳酸锰、草酸锰等）。另外，还有间接耗用锰矿石的四氧化三锰、锰酸锂等。我国已经是全球硅锰铁合金、碳素锰铁、电解金属锰、电解二氧化锰、硫酸锰等锰矿深加工产品的最大生产国，尤其是钢铁工业的飞速发展, 造成国内锰矿石不能满足国民经济发展的需要3。而且由于我国锰矿的上述特点，电解锰、硫酸锰等产品的生产不能完全使用国产矿生产，这就决定了必须大量依靠进口。尤其在锰矿缺乏地区，进口锰矿石配入比例都非常大。近年中主要从澳大
6、利亚、缅甸及加蓬等国进口锰矿石。我国2003年进口286万吨锰矿石，2008年进口约758万吨，已成为世界上最大锰矿进口国，近几年进口锰矿量见图1。 图1 我国每年进口锰矿量2.1 国内锰矿资源的特点我国累计探明锰矿储量6.4亿吨，锰金属储量4000万吨，仅次于南非、乌克兰和加蓬，居世界第四位。但我国锰矿资源具有“贫、薄、杂、细”的特点3 。2007年的统计数据表明，在全国锰矿石基础储量中，富锰矿(氧化锰矿含Mn30%，碳酸锰矿含Mn25%)基础储量只占全国基础储量的7%，贫锰矿占93%。锰矿资源量位居全国第一的广西省2004年的统计表明碳酸锰矿占了全省锰矿资源储量的67.48%，氧化锰矿石只
7、占32.52%，且多属铁锰矿石(占18.82%)。由于矿层薄，锰矿开采成本高；矿石品位低、含杂质高、粒度细带来技术加工性能差，大部分富锰矿石在利用时仍需经选矿加工。占全国锰矿资源四分之三以上的碳酸锰矿石由于含磷偏高，不适合直接冶炼锰系合金4 。我国锰矿资源分布很广但不平衡。据2004年锰矿基础储量统计数据表明，广西、湖南、贵州、重庆、湖北、云南、辽宁七省市的锰矿资源储量占到了全国资源储量90%多，尤其以广西和湖南两省(区)为最多，锰矿基础储量占全国68%，因而在锰矿资源开采方面形成了以广西和湖南为主的格局。我国锰矿区数量多，但规模都比较小，矿床规模多为中小型。至2002年末，237处锰矿区中，
8、大型(资源储量20000kt)锰矿床只有7处，其中资源储量超过1亿吨的仅1处，中型锰矿52处，小型锰矿178处5。2.2 氧化锰矿还原工艺研究状况 氧化锰矿的主要成份二氧化锰（MnO2）不溶于硫酸，必须把它还原成易溶于硫酸的一氧化锰(MnO)，才能把锰浸取出来，进而制得相应的锰产品。常用的氧化锰矿还原方法有以下几种：两矿法、煤还原焙烧法、SO2还原焙烧法等6。以下分别对这几种还原方法进行简单介绍。2.2.1 两矿焙烧法将氧化锰矿和硫铁矿干燥后分别经粉碎，然后配料混合，在700-800C下焙烧，熟料用稀硫酸锰溶液浸出，分离湿渣后进行精滤，再经蒸发、浓缩、离心分离，将锰从氧化锰矿中提取出来。其主要
9、反应为： 4FeS211O22Fe2O38SO2 (2-1) MnO2SO2MnSO4 (2-2) 即总反应为：8MnO24FeS211O28MnSO42Fe2O3 (2-3)两矿焙烧法工艺不需使用硫酸，能同时实现两矿的有效利用，但该法存在焙烧时间长，渣量大难处理及烟气排放等问题7 。2.2.2 煤还原焙烧工艺煤还原焙烧-硫酸浸出工艺已有半个多世纪的历史，是传统而实用的工艺，此法将氧化锰矿与煤粉以质量5:1的配料比混合，在焙烧炉中于900C以上进行还原焙烧，生成氧化锰。于隔绝空气条件下冷却至室温，在15-20%稀硫酸中进行酸解，用二氧化锰作氧化剂使Fe2转化Fe3，控制pH5.2，经压滤，以除
10、去Fe3、铝和其它酸不溶物，再静置沉降进一步去除钙杂质。硫酸锰精滤液经蒸发浓缩、结晶、离心分离、热风干燥，制得硫酸锰成品，实现将锰从矿物中提取出来。其主要反应式如下： MnO2COMnOCO2 (2-4)MnO2CMnOCO (2-5) MnOH2SO4MnSO4H2O (2-6)工业上氧化锰矿经碳还原焙烧，除酸浸法外，还有氨浸法。即氧化锰矿经还原焙烧生成MnO，然后以氨基甲酸铵浸出。此法锰的浸出率在90%左右，使用的浸出剂可以再生，并且杂质易控制，但热耗高，成本高8。2.2.3 SO2还原焙烧法在预还原焙烧工艺中，除直接以煤为还原剂外，还可以以SO2为还原剂焙烧，即硫酸化焙烧-水浸法。该法中
11、，以SO2为还原剂，将氧化锰矿和空气在 700C温度下进行硫酸化焙烧，使锰物相变成水溶性硫酸盐，然后当矿石冷却到 350-425C时，用还原气体使杂质铁物相还原为磁铁矿，焙烧后以水作浸出剂浸出硫酸锰并进行沉淀。该法优点是，可实现锰的选择性浸出，含铁物相留在渣中，不进入溶液；浸出矿浆易于固液分离。但此法需高温焙烧，热能耗大，且所用SO2数量很大9。2.3 生物质概况生物质是地球上最广泛存在的物质，它包括所有动物、植物和微生物以及由这些有生命物质派生、排泄和代谢的许多有机质。生物质能则是太阳能以化学能形式蕴藏在生物质中的一种能量形式，是以生物质为载体的能量。生物质与化石燃料相比，具有以下特点：(1
12、) 生物质分布广泛，远比石油、煤炭等化石燃料丰富，并且可以再生。；(2) 从生物质能资源中提取或转化得到的能源载体更具有市场竞争力；(3) 生物质是一种清洁能源，有利于环境的保护。生物质含硫量较低，灰分份额也很小，挥发分高，燃烧后SO2, NOX和灰尘排放量比化石燃料要小得多。同时，因为生物质在生长过程吸收CO2的量和在完全燃烧过程中生成的CO2的量一样，所以生物质的利用对大气环境的二氧化碳净排放量为零，不会像化石燃料一样引起和加剧温室效应。因此，工厂或城市内燃机车辆使用从生物质作为原料和能源，能极大的改善环境。每年由光合作用产生的生物质约有1200亿吨，其所含能量为目前世界能源消费总量的5倍
13、10。作为一项重要的可再生能源，生物质能仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位。我国的生物质资源相当丰富，每年的生物质能源总量约达4.87亿吨油当量，其中有约3.7亿吨可用于发电和供热，占总量的70%，其余的1.17亿吨在农村地区则用作饲料、粪肥等其他用途11。生物质的直接燃烧技术是最普通的利用生物质的方式12。所谓直接燃烧就是燃料中的可燃成分和氧化剂进行的化学反应过程，在反应过程中强烈放出热量，并使燃烧产物的温度升高。除了生物质作为能源燃烧放热得到了广泛研究和重视，近年来一些学者也开始关注生物质燃烧所产生的气体，如一氧化碳CO，二氧化碳CO2，以及甲烷CH4等。他们开始细致研究
14、不同种生物质在不同燃烧阶段和不同燃烧状况下形成各种产物的机理与其气体排放因子及排放比值，为计算机模拟提供必要的基础数据、机理和验证机会13 14。除燃烧外，生物质利用的另一个最主要方法是热解，即在无氧条件下加热或在缺氧条件下不完全燃烧，最终转化成高能量密度的气体、液体和固体产物。生物质的气化也是生物质利用的一种方法，它是以氧气、水蒸气或氢气作为气化剂，在高温下通过热化学反应将生物质的可燃部分转化为可燃气。生物质的液化则是一个在高温高压条件下进行的热化学过程，其目的在于将生物质转化成高热值的液体产物，实质即是将固态大分子有机聚合物转化为小分子有机物质15 16。综上所述，生物质的种种特点决定了利
15、用生物质不仅可以缓解由于经济发展所带来的能源短缺问题，还可以与环境协调发展，具有独特的环境效应。2.4矿料还原设备概况锰矿的有效成分为二氧化锰,二氧化锰要还原成为可用的一氧化锰主要经过加热、氧化剂还原、冷却三个阶段。二研究内容我国现有除尘设计1.除尘器现状与发展1） 除尘器应用现状在目前建设的火力发电厂中，除尘装置的选择以静电除尘器和布袋除尘器为主。静电除尘器在国内的应用较早，20世纪70年代就已经应用于火力发电厂，如吉林热电厂、保定发电厂；1974年福建邵武电厂在75 t/h锅炉改造时首次采用国产双室二电场静电除尘器。经过多年的开发应用，静电除尘器技术成熟，除尘效率较高，目前已被广泛应用于电
16、力、冶金、化工等行业。从20世纪80年代开始，我国就在部分电厂就布袋除尘器处理锅炉尾部烟气进行了尝试，由于受当时工艺水平的限制，滤料质量不过关，滤袋破损，导致除尘效率低，换袋频繁，加之工作条件差，致使布袋除尘器没有得到推广应用。国外在火电厂采用布袋除尘器较早，据了解，美国、加拿大、澳大利亚及欧洲等地的一些火电厂采用了布袋除尘器，其效率高达99.9 。当时，由于国内环保要求不高，国外火电厂采用布袋除尘器也不是很多，在引进火电厂设备时大多数引进了静电除尘器，而没有引进布袋除尘器。近年来，随着滤布材料制造技术的发展，袋式除尘器在滤布的强度、耐高温、耐腐、耐磨等方面都有很大的提高。布袋除尘器的烟尘排放
17、质量浓度可以控制在1550mg/m3，已经广泛应用于电厂、矿山、冶金、化工、水泥、制药、食品等行业，作为环境净化及产品回收设备。例如内蒙古呼和浩特发电厂由于燃用准格尔煤，煤中SiO2与Al2O3含量高，K2O 与Na2O 含量低，导致静电除尘器收尘困难，在1、2、3、4号机组中采用静电除尘器，其运行效率大大低于设计效率，烟尘排放质量浓度严重超标。在扩建2台670t/h锅炉时，经专家多次论证，决定采用脉冲反吹式布袋除尘器，2001年12月28日第1台机组并网发电后，布袋除尘器运行状况良好，达到了预期的效果。经有关部门多次检测，烟尘排放质量浓度约为28mg/m3，与前面采用静电除尘器的机组形成了鲜
18、明对比，现在该厂已经对220 /h锅炉的静电除尘器进行了改造。赤峰市富龙热力股份有限公司热电厂在5、6号锅炉(90 t/h)的扩建工程中，选用回转式反吹布袋除尘器，效果很不理想，致使大家对布袋除尘器的使用效果产生怀疑。2002年7月东北电力设计院承接了该厂2台40 t/h热水锅炉和2台75 t/h循环流化床锅炉的除尘器改造任务。经过认真考证，最终决定仍然采用布袋除尘器。在选型上改用目前世界上较先进的脉冲反吹式布袋除尘器，滤料采用德国独资无锡BWF公司生产的聚苯硫醚针刺毡。第1台设备于10月15日投产，最后1台12月末投产，效果很好。经测试烟尘排放质量浓度在50mg/m3以下。燃煤锅炉烟气除尘技
19、术经历了水膜除尘、布袋除尘到静电除尘的过程，现在又有回到布袋除尘器的趋势。天津开发区5号热源厂、张家港保税区热电厂等均选用了布袋除尘器，近期将陆续投产2.袋式除尘器 袋式除尘器属过滤式除尘器的一种，是治理大气污染的高效除尘设备。其最大的优点是除尘效率高，通常在实验室里测试效率可高达99.9999，在实际应用中除尘效率也能达到99.99。经袋式除尘器过滤后的烟气含尘浓度一般都低于30mg/Nm3，有的甚至在10mg/Nm3以下，并且袋式除尘器还能有效捕集对人体危害最大的5m以下的超细微小颗粒(即呼吸性粉尘)。由于袋式除尘器具有除尘效率高、不受粉尘和烟气特性影响、运行稳定的优点，近年来被广泛应用于
20、钢铁、有色冶金、水泥、烟草和垃圾焚烧等行业。袋式除尘器在我国被采用已经有五十多年的历史。在20世纪50年代主要是采用原苏联型式的产品，60年代前后我国有少数几个设计研究单位在仿照美国、日本等国的脉冲型、机械回转反吹扁袋型除尘器的基础上开始生产自己的产品。1973年以后，国内开始出现了一批袋式除尘器的生产企业。到了80年代，一些设计院、科研单位和大专院校在学习、引进、消化、移植宝山钢铁厂从日本引进的大型反吹风布袋除尘器后，结合国内各行业的需要和生产厂一道开发、研制、生产了大型反吹风布袋除尘器，开发了分室反吹风袋式除尘器和长袋低压脉冲袋式除尘器，每小时处理风量100万291万m3，滤袋长度达10m
21、。在80年代，大型反吹风袋式除尘器是钢铁行业首选的大容量烟气净化设备，但在随后的使用中逐渐暴露出一些问题，主要是由于其反吹清灰方式为柔性清灰方式，虽对滤袋损伤较小，但在粉尘粘性较大、浓度较高时，阻力上升较快，在一定外部条件下容易糊袋。进入90年代以来，随着大型脉冲喷吹袋式除尘器的研制成功，袋式除尘器的发展上了一个新的台阶。大型脉冲清灰袋式除尘器相对大型反吹清灰除尘器的最大优点在于清灰效果更好，运行更加可靠，而且还可以延长滤袋的使用寿命。其特点有以下几点：1)烟气温度 在考虑一定安全系数的条件下，要根据常规条件下的烟气温度合理地选择滤料，同时也应考虑事故条件下，因高温而造成的滤料失效。烟气中是否
22、存在正在燃烧的颗粒物也是必须注意的问题，若存在，可以通过加长烟气连接管或在烟气连接管较短且没有足够空间加长的情况下设置必要的阻火装置等方式加以解决。2)烟气特性 电厂的烟气一般都具有酸碱腐蚀性，因此应根据烟气的腐蚀性强度选择适宜的滤料，同时也应考虑烟气通道内的防腐措施。此外，还应采取相应的措施避免烟气中含有的油雾、细微絮状物等粘性物质附着在滤料上造成滤料堵塞。(3)袋式除尘器预除灰 在机组启动或低负荷稳燃时需要使用燃油，因此，为了避免不完全燃烧的油烟粘袋造成滤袋堵塞，故在袋式除尘器投入使用前，应对新布袋进行预除尘(喷粉煤灰)或设置旁通，而对老布袋则不用清灰，以保证其具有一定的灰尘层。(4)袋式
23、除尘器停机 若停机时间短，则不应为滤袋清灰，而需注意除尘器的保温；若停机时间长，则应为所有滤袋清灰，并利用引风机将袋式除尘器内残留的酸性气体清除干净。 3.旋风收尘器 1）.旋风除尘器的结构由进气口、圆筒体、圆锥体、排气管和排尘装置组成，如下图所示。 2）工作原理 旋风除尘器的工作原理见图所示。当含尘气流由切线进口进入除尘器后，气流在除尘器内作旋转运动，气流中的尘粒在离心力作用下向外壁移动，到达壁面，并在气流和重力作用下沿壁落入灰斗而达到分离的目的。3）旋风除尘器内的流场分析 （1）流场组成外涡旋沿外壁由上向下旋转运动的气流。内涡旋沿轴心向上旋转运动的气流。涡流由轴向速度与径向速度相互作用形成
24、的涡流包括上涡流旋风除尘器顶盖，排气管外面与筒体内壁之间形成的局部涡流，它可降低除尘效率；下涡流在除尘器纵向，外层及底部形成的局部涡流。（2）旋风除尘器内气流与尘粒的运动含尘气流由切线进口进入除尘器，沿外壁由上向下作螺旋形旋转运动，这股向下旋转的气流即为外涡旋。外涡旋到达锥体底部后，转而向上，沿轴心向上旋转，最后经排出管排出。这股向上旋转的气流即为内涡旋。向下的外涡旋和向上的内涡旋，两者的旋转方向是相同的。气流作旋转运动时，尘粒在惯性离心力的推动下，要向外壁移动。到达外壁的尘粒在气流和重力的共同作用下，沿壁面落入灰斗。气流从除尘器顶部向下高速旋转时，顶部的压力发生下降，一部分气流会带着细小的尘
25、粒沿外壁旋转向上，到达顶部后，再沿排出管外壁旋转向下，从排出管排出。这股旋转气流即为上涡旋。如果除尘器进口和顶盖之间保持一定距离，没有进口气流干扰，上涡旋表现比较明显。对旋风除尘器内气流运动的测定发现，实际的气流运动是很复杂的。除切向和轴向运动外还有径向运动。特林顿（T.Linden）在测定中发现，外涡旋的径向速度是向心的，内涡旋的径向速度是向外的，速度分布呈对称型。（3）切向速度切向速度是决定气流速度大小的主要速度分量，也是决定气流中质点离心力大小的主要因素。切向速度的变化规律为：外涡旋区：r，切向速度ut；内涡旋区：r，切向速度ut。 实测的除尘器某一断面上的速度分布和压力分布从该图可以看
26、出，外涡旋的切向速度 是随半径r的减小而增加的，在内、外涡旋交界面上， 达到最大。可以近似认为，内外涡旋交界面的半径r0（0.60.65）rp（rp为排出管半径）。内涡旋的切向速度是随r的减小而减小的，类似于刚体的旋转运动。旋风除尘器内某一断面上的切向速度分布规律可用下式表示：外涡旋 vr1/nr=c （2-4-1） 内涡旋 vt/r=c （2-4-2） 式中 vt切向速度；r距轴心的距离；c、c、n常数，通过实测确定。一般n=0.50.8，如果近似的取n=0.5，公式（2-4-1）可以改写为 （2-4-3）（4）径向速度实测表明，旋风除尘器内的气流除了作切向运动外，还要作径向的运动，外涡旋的
27、径向速度是向心的，而内涡旋的径向速度是向外的。气流的切向分速度vt和径向分速度w对尘粒的分离起着相反的影响，前者产生惯性离心力，使尘粒有向外的径向运动，后者则造成尘粒作向心的径向运动，把它推入内涡旋如果近似认为外涡旋气流均匀地经过内、外涡旋交界面进入内涡旋，见图5-4-3所示，那末在交界面上气流的平均径向速度 ：（5）轴向速度外涡旋的轴向速度向下，内涡旋的轴向速度向上。在内涡旋，随气流逐渐上升，轴向速度不断增大，在排气管底部达到最大值。（6）压力分布压力分布：轴向压力变化较小；径向压力变化大，外侧高，中心低，轴心处为负压。旋风除尘器内轴向各断面上的速度分布差别较小，因此轴向压力的变化较小。从图
28、5-4-20可以看出，切向速度在径向有很大变化，因此径向的压力变化很大（主要是静压），外侧高中心低。这是因为气流在旋风除尘器内作圆周运动时，要有一个向心力与离心力相平衡，所以外侧的压力要比内侧高。在外壁附近静压最高，轴心处静压最低。试验研究表明，即使在正压下运行，旋风除尘器轴心处也保持负压，这种负压能一直延伸到灰斗。据测定，有的旋风除尘器当进口处静压为+900Pa时，除尘器下部静压为300Pa。因此，除尘器下部不保持严密，会有空气渗入，把已分离的粉尘重新卷入内涡旋。4.静电式除尘器1） 工作原理静电除尘器的工作原理是利用高压电场使烟气发生电离，气流中的粉尘荷电在电场作用下与气流分离。负极由不同
29、断面形状的金属导线制成，叫放电电极。正极由不同几何形状的金属板制成，叫集尘电极。静电除尘器的性能受粉尘性质、设备构造和烟气流速等三个因素的影响。粉尘的比电阻是评价导电性的指标，它对除尘效率有直接的影响。比电阻过低，尘粒难以保持在集尘电极上，致使其重返气流。比电阻过高，到达集尘电极的尘粒电荷不易放出，在尘层之间形成电压梯度会产生局部击穿和放电现象。这些情况都会造成除尘效率下降。三设计的预期目标1.预订初步方案通过先进的生物质自热还原成套技术处理低品位氧化锰矿生产10万吨矿粉级一氧化锰示范项目建设，可替代需要的10万t碳酸锰矿的原料。采用自热还原得到的矿粉级一氧化锰替代碳酸锰矿物，一方面使目前无法
30、合理利用的低品位氧化锰矿得到综合利用，减少由于堆存对环境的影响；同时使每生产1t电解锰的酸耗可由原来的3t以上降低至0.6t左右。同时减少碳酸锰矿的采购及运输，从而达到降低企业的生产成本，提高经济效益的目的，所以，项目具有技术的先进性和较大的经济效益和环境效益。应对生产10万t矿粉级一氧化锰项目总体工艺设计及除出尘设备的设计与研究，充分了解生物质自热还原成套技术处理低品位氧化锰矿生产工艺的基础上，紧跟世界先进水平，在了解各种先除尘设备的基础上，完成生产10万t矿粉级一氧化锰项目总体工艺设计及除尘设备的设计，提出创新，优化方案。2. 设计重点与难点在设计中，选择合理的除尘设备，使其能效率更高，适
31、应力强，易于安装与清洗。针对不同的粉尘与粉尘量的大小来选择合适的除尘设备在设计中会遇到的难点：1）所需的资料庞杂，收集和整理比较困难；2）初始时对设备系统的规划可能有遗漏和错误，这样会直接影响到后面工作；3）除尘器的选择不好会影响除尘效果，还会造成污染；4) 在整体设计中，反应的强度会直接影响除尘器的负担5）整体实验设备的一些零部件的选择和选用受限于现实中环境和成本的影响3. 设计创新点 、目前还原二氧化锰的方法很多，如前所提到的两矿焙烧法、二氧化硫还原法、氢气还原法，它们存在着成本过高，污染环境等难以避免的缺陷。本项目创造性的运用我国广泛存在的生物质来还原二氧化锰，针对此来研发一套行之有效的
32、系统设备。若能得到推广，必将成为该行业的主流，满足国内对锰的不断需求的同时，更会我国锰业的竞争力。、系统所需的热源不再采用传统的电能、煤炭、燃气，而是将廉价的生物质气化得到可燃的生物质气，燃烧提供。此法不但使废物得到利用，降低生产成本，降低对不可再生资源的依赖，保护环境。四实现预期目标选择所需装备 1.除尘器比较1）静电除尘器优点： 除尘效率较高，可达99% 以上；压力损失小，本体阻力100200 Pa；技术成熟，应用广泛； 缺点：设备庞大，占地面积大；需要高压直流电源系统，一次性投资费用高；对煤种变化较敏感，除尘效率受飞灰电阻影响大；制造、安装及运行管理水平要求高。2）布袋除尘器优点：除尘效
33、率很高，可达99.98%以上；适应力强，能处理不同类型的颗粒物，特别对电除尘器不易捕集的高比电阻尘粒亦很有效；适应的质量浓度范围大，对烟气流速的变化也具有一定的稳定性；结构简单，内部无复杂结构。缺点：压力损失大，本体阻力8001500 Pa；在国内大型机组的应用依赖进。 2.选择除尘器根据查阅资料和讨论，决定选用袋式除尘器。袋式除尘器按清灰方式的不同可分为振动式、气环反吹式、脉冲式、声波式及复合式等5种类型。其中脉冲反吹式根据反吹空气压力的不同又可分为高压脉冲反吹式和低压脉冲反吹式两种。脉冲反吹式布袋除尘器由于其脉冲喷吹强度和频率可进行调节，清灰效果好，是目前世界上最为广泛应用的除尘装置。含尘
34、气体从袋式除尘器入口进入后，由导流管进入各单元室，在导流装置的作用下，大颗粒粉尘分离后直接落入灰斗，其余粉尘随气流均匀进入各仓室过滤区，过滤后的洁净气体透过除尘滤袋经上箱体、提升阀、排风管排出。随着过滤工况的进行，当滤袋表面积尘达到一定厚度时，由清灰控制装置(差压或定时、手动控制)按设定程序关闭提升阀，控制当前单元离线，并打开电磁脉冲阀喷吹，抖落滤袋上的粉尘。落入灰斗中的粉尘经由卸灰阀排出后，利用输灰系统送出。1）基本组件脉冲反吹式布袋除尘器由滤袋组件、导流装置、脉冲喷吹系统、出灰系统、控制系统、离线保护系统、箱体等组成。2）滤料选择滤料质量直接影响除尘器的除尘效率，滤袋的寿命又直接影响到除尘
35、器的运行费用。根据锅炉尾部除尘器运行环境和介质情况，选择合适的滤料，是保证布袋除尘器性能的关键。要配备1台好的除尘器，首先要选用透气性能好、耐腐蚀、耐磨损、适合现场工艺要求(如温度、化学侵蚀等)的滤料，以高质量缝制技术加工而成的滤袋。如果滤料选用不恰当或加工质量差，易产生水解、酸解、温度过高、覆膜剥落、滤袋破裂等现象。目前锅炉尾部经常选用的滤料有来登针刺毡(聚苯硫醚)和P84针刺毡(聚酰亚胺)，这两种滤料的抗氧化性及耐高温性能均较好，其中来登针刺毡对氧化敏感，P84对水解敏感，对氧化也较敏感；选用时注意烟气中氧气及COx含量；降低使用温度，可以减轻氧化。3) 工作原理脉冲袋式除尘器设备正常工作
36、时，含尘气体由进风口进入灰斗，由于气体体积的急速膨胀，一部分较粗的尘粒受惯性或自然沉降等原因落入灰斗，其余大部分尘粒随气流上升进入袋室，经滤袋过滤后，尘粒被滞留在滤袋的外侧，净化后的气体由滤袋内部进入上箱体，再由阀板孔、排风口排入大气，从而达到除尘的目的。随着过滤的不断进行，除尘器阻力也随之上升，当阻力达到一定值时，清灰控制器发出清灰命令，首先将提升阀板关闭，切断过滤气流;然后，清灰控制器向脉冲电磁阀发出信号，随着脉冲阀把用作清灰的高压逆向气流送入袋内，滤袋迅速鼓胀，并产生强烈抖动，导致滤袋外侧的粉尘抖落，达到清灰的目的。由于设备分为若干个箱区，所以上述过程是逐箱进行的，一个箱区在清灰时，其余
37、箱区仍在正常工作，保证了设备的连续正常运转。之所以能处理高浓度粉尘，关键在于这种强清灰所需清灰时间极短(喷吹一次只需0.10.2s)。4）特点：本除尘器采用分室停风脉冲喷吹清灰技术，克服了常规脉冲除尘器和分室反吹除尘器的缺点，清灰能力强，除尘效率高，排放浓度低，漏风率小，能耗少，钢耗少，占地面积少，运行稳定可靠，经济效益好。适用于冶金、建材、水泥、机械、化工、电力、轻工行业的含尘气体的净化与物料的回收。 由于采用分室停风脉冲喷吹清灰，喷吹一次就可达到彻底清灰的目的，所以清灰周期延长，降低了清灰能耗，压气耗量可大为降低。同时，滤袋与脉冲阀的疲劳程度也相应减低，从而成倍地提高滤袋与阀片的寿命。 检
38、修换袋可在不停系统风机，系统正常运行条件下分室进行。滤袋袋口采用弹性涨圈，密封性能好，牢固可靠。滤袋龙骨采用多角形，减少了袋与龙骨的摩擦，延长了袋的寿命，又便于卸袋。 采用上部抽袋方式，换袋时抽出骨架后，脏袋投入箱体下部灰斗，由人孔处取出，改善了换袋操作条件。 箱体采用气密性设计，密封性好，检查门用优良的密封材料，制作过程中以煤油检漏，漏风率很低。 进、出口风道布置紧凑，气流阻力小。 3装备整体设计选择 1）还原设备的对比与选择在还原装置方面，进行两种类型装置的比较：一种是卧式螺旋推进式还原装置（还原部分为保温卧式螺旋推进式炉体结构）；二是改进的立窑（还原部分为保温卧式螺旋推进式炉体结构）还原
39、的装置。发现两个系统均能连续稳定生产，通过工业实践证明，二氧化锰还原率均可达90%以上，还原后的一氧化锰锰浸出率也在90%以上，所以说本项目还原技术方案是可行的，关于还原装置后文再进行专门比选。图 生物质还原低品位氧化锰生产矿粉级一氧化锰工艺流程生物质还原低品位氧化锰矿的技术关键是还原装置，通过工业应用发现：卧式螺旋推进式还原装置及改进式立窑还原（见图1，图2及图3）装置均可以达到工艺要求。图1 卧式螺旋推进式还原装置（预热及自热反应部分） 图2 卧式螺旋推进式还原装置（自热反应及冷却部分）图3 改进的立窑还原装置但两个还原系统均有优缺点：卧式螺旋推进还原系统粉尘较大，需要很好的收尘及密封装置
40、才能满足回收率的要求，同时生物质储存问题需要考虑。改进式立窑系统很好解决了生物质储存及粉尘问题，但能耗大幅度增加，主要是在制球过程需要添加大量水，在立窑中挥发吸收了粉尘的同时也增加了能耗，同时为了使球能进入立窑系统，必须将球干燥，这将进一步增加能耗。因此在该项目开展过程中确定选用卧式螺旋推进式还原装置，以保证设备的可靠性及节能的要求。 2）学术构思与思路： 系统流程图如上图所示，混合后的二氧化锰矿与生物质经上料螺旋输送器、进料螺旋输送器送入回转干燥窑，窑内螺旋将矿料从窑头送到窑尾；输送过程中燃烧器从窑尾向窑内输入热量和空气，进行加热，干燥、预热矿料；窑尾的矿料经反应炉螺旋推进器进入反应炉，炉外
41、生物质气燃烧加热，矿料在炉内发生还原反应；从炉内溢出的矿料进入焖化罐一段时间后进入冷却窑，先进行风冷却，再经过螺旋冷却器进行水冷却，冷却后包装储存；在此过程中，风冷却焖化罐后的热风与反应炉内热气回引入转窑；系统热源全部由生物质气化炉产气燃烧供应。3）技术路线、实施方案图8 技术路线图(1)系统的规划二氧化锰需要在高温、还原性气体的环境下才能还原为一氧化锰。气体还原二氧化锰的一般做法是在二氧化锰高温条件下通过还原性气体，产生的气体再从排气口抽出。此法下，一旦中途熄火后再点火，极易引起爆炸，造成严重的事故。为了安全，设想将干燥的生物质与二氧化锰矿一起装进密封容器，外部加热，这样在高温密闭环境下，生
42、物质产生还原性气体，还原二氧化锰。这样则可以有效避免意外事故，相对安全。在这之前，矿料先要进行除水干燥。试验证明，若反应矿料含水量过高，不但会严重影响气、热平衡，在进出反应容器时会造成堵塞管道等问题。这方面由回转窑来完成。充分反应后的矿料需要及时的冷却，以免被氧化，这就需要一个有效地冷却系统。为实现系统的自动化，降低工人的劳动强度和改善劳动环境，回转窑的喂料以及冷却窑的出料需要螺旋推进器来辅助完成。为了减少系统热量的过度散失，高温设备要有定制的保温设置，排放出的高温热气集中引入窑尾，干燥、预热矿料，降温后再从窑头引风排空，最后再经过除尘系统，达标排放。系统需要一个集成的控制系统，包括所有电器的
43、控制，重点部位温度的实时显示，电路安全的自我保护，提高系统的可控性、可靠性。4)系统的气、热平衡计算整个系统包括两热组平衡回转窑热、反应炉热平衡和系统气体平衡。两平衡的确定先是通过定量计算来实现，以此来确定每个环节中所需电器设备的选型，待设备安装调试时再对实际数据进行监测，用于分析，寻找疏忽、漏洞，进而对系统进行改进。图10 回转干燥窑热平衡图11 反应炉热平衡图12 系统气体平衡 五、对进度的具体安排毕业设计（论文）进度计划（起止时间、工作内容）（指导教师对毕业设计（论文）的进度计划提出要求,至少详细到前期、中期和答辩阶段）周次计 划 完 成 工 作11. 了解设计题目，接受设计任务；2.
44、借设计手册和资料；阅读老师提供的资料；3. 拟定调研计划（调研方法、对象、内容、路线、测试题或调查问卷或访谈提纲的设计、文献调研等）及调研；21 调研实习；查阅文献资料（校园网、图书馆、情报所、专利局、研究所、书店、工厂、公司、学校等）；特别是在校园网下述网站下载需要的资料：http：/；http：/202.112.71.25；http：/202.204.214.108:85；http：/；http：/www.wipo.int/tools/en/gsearch.html。2 阅读资料；开始外文翻译（5000汉字以上）； PRO/E软件的学习; 31 编写调研报告（2000字左右）；撰写文献综述
45、报告（40008000字,参阅文献资料不少于15篇，其中最少两篇外文资料）；2 旋风式除尘器，布袋除尘器的的功能分析，确定出合适的功能参数；3 分析研究同类设备的技术方案与功能原理，拟订多种可能的设计方案（原理图或机构运动简图），并进行分析比较，确定初步设计方案。 41 写开题报告；拟定第513周的工作进度计划初稿，经与老师讨论定稿后，写在下面计划完成工作栏中，并严格执行；完成外文资料翻译（5000汉字以上）；2 作开题报告。51 根据做开题报告时老师提出的修改意见，对设计方案进行修改完善；2 设备的运动学设计：根据确定的10万t矿粉级一氧化锰项目总体工艺图，确定原动件的参数（功率、转速、线速
46、度等），通过运动学计算，确定各运动构件的运动参数（转速，速度，加速度等）。3 旋风式除尘器，布袋除尘器的功能参数计算。4 旋风式除尘器结构设计与关键零件的强度校核。61 零件的工作能力设计；2 天方地圆的设计和焊接下料图的设计。3 旋风式除尘器总装配草图的设计。71 布袋除尘器结构设计和关键零件的强度校核。81 喷水除尘的装置设计。91 总装配图的完善设计。101 编写设计说明书的提纲；毕业设计小论文的构思与选题，拟定初步题纲；2 整理前期的设计工作，接受学校与系的期中检查。 111 旋风式除尘器，布袋除尘器的中零件的三维图制作。121 演示动画制作。131 完成毕业设计要求的小论文的撰写；141 完善设计图并打印；整理设计说明书并装订。151 毕业设计总结；必要的资料和成果刻光盘存档；答辨准备，写答辩提纲；2 在小组内进行预答辨。161 答辩；2 归还学校和老师提供的图书资料。六文献综述所查阅的与选题有关的中外文献名称、作者、期刊及所用查阅手段在图书馆、情报所、专利局、校园网上查阅了以下资