半密闭电石炉除尘工程毕业设计.doc

本科毕业设计开题报告

题 目：石嘴山矿务局12.5KW.h半密闭电石炉除尘工程计
专 题：

院 （系） 资源与环境工程学院
班 级： 环境工程03-2班
姓 名： 胡冰
学 号： 0301040219
指导教师： 刘彦飞
教师职称： 副教授

黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告

题 目
石嘴山矿务局12.5KW.h半密闭电石炉除尘工程设计 
来源
生产实践
1、设计目的和意义
本课题以石嘴山矿区12.5KW.h半密闭电石炉为研究对象,在分析电石炉烟尘特点的基础上,设计除尘系统,达到国家一级排放标准。通过对电石炉烟气除尘工程设计，达到系统掌握细粒级烟尘控制的工程方法；通过设计达到熟练掌握各种工业窑炉的烟尘物理性质特征及烟尘控制工艺及设备选型、设计及计算方法。
电石是重要的基本化工原料,但电石的生产会给环境带来污染(主要是烟尘污染)。据测算, 生产每吨电石排尘约60 kg, 以2万kW 电石炉日产电石135t计算, 每天排到大气中的烟尘为811t。
近10 年来,电石工业在我国得到了迅猛发展,电石产量从1985 年的195.2 万t 猛增至1995 年的345.7万t 。“七五”期间我国新建了近10座大型密闭炉。目前,全国密闭炉已达20余座, 年生产电石能力达100多万t .“七五”期间建起的电石炉炉气净化工艺中的关键问题不能解决,致使利用净化炉气烧石灰的工艺也随之流产。无奈之下,各厂家不得不点起一个个既浪费能源又污染环境的“火炬”。随着人们对节能及环保问题重视程度的提高,密闭电石炉炉气利用问题也逐渐得到各厂家的关注。
在我国现阶段，钢铁、水泥、化工、有色冶金工业等许多行业都广泛采用了袋式除尘设备。尤其是在各种产业领域的中小规模设施上，采用袋式除尘设备更为广泛，效果良好。由于种种原因，我国的袋式除尘设备在这些市场还未打开局面。而国外发达国家燃煤锅炉除尘、脱硫，袋式除尘设备占有相当的份额。我国锅炉烟尘的排放是环境主要污染源之一，开发适合需要的除尘效率高、运行稳定可靠、结构简单、操作维护方便的袋式除尘设备将具有广阔的市场前景。
综上所述，设计出适合我国生产需要与环境保护要求的袋式除尘设备具有重要的理论意义和应用价值。

2、国内外发展情况(文献综述)
2.1袋式除尘的应用现状
工业发达国家从20 世纪70 年代开始将袋式除尘设备用于电厂的烟气净化，由于这些国家的烟尘排放要求日趋严格，袋式除尘设备的进一步发展，特别是滤袋材质的发展，使滤袋寿命得到延长，使袋式除尘设备得到较广泛的应用。如美国到1989 年底已有99 套袋式除尘设备用于火电厂的烟气除尘。日本、德国、加拿大、澳大利亚和韩国等也纷纷将静电除尘设备改为袋式除尘设备，特别是在澳大利亚，当排放标准提高后，原有的电除尘设备不能满足要求，所以多家电厂将电除尘设备改造成为袋式除尘设备，新建电厂则均采用了袋式除尘设备，如澳大利亚新南威尔士洲20 台燃煤机组中，18 台采用了袋式除尘设备，总装机容量超过10000MW，使电厂烟尘的排放量大大降低。由此可见，在国外袋式除尘设备已成为燃煤电厂烟气除尘的首选技术。
我国烟气除尘使用袋式除尘设备起源于20 世纪80 年代初，曾在一些电厂的小型燃煤机组上使用，由于当时的客观条件限制，没有坚持下来。其原因，一是当时的火电厂烟尘排放在环保上没有要求；二是袋式除尘设备当时的整体水平较落后，性能可靠、效率高的大型袋式除尘设备还未开发出来，也没有适合我国燃煤电厂的强度好、耐高温、耐腐蚀、寿命长的滤料，其它部件的加工和安装也不精良；三是对袋式除尘设备的认识和使用经验不够，因此出现了“烧袋”、“糊袋”、“漏袋”和“清灰不灵”等现象。上世纪90 年代以后，在引进国外先进技术，总结国内袋式除尘设备技术在燃煤锅炉上应用的经验基础上，解决了一些技术问题，使袋式除尘设备得到了一定的发展和应用，如内蒙古丰泰电厂2×200MW 机组2001 年引进德国鲁奇的布袋除尘设备获得成功。但此后在其他电厂采用自制和仿制的布袋除尘设备，存在一些问题。

2.2布袋除尘清灰技术现状
袋式除尘设备的关键在于清灰，清灰效果决定袋式除尘设备乃至整个系统的成败，新技术的开发和应用主要集中在反吹风清灰方面。现阶段，脉冲强压喷吹清灰占主导地位，同时，逆气流弱压反吹清灰也有了长足的发展，并逐渐显示其优越性。强力清灰的脉冲袋式除尘技术进步很快，克服了反吹风袋式除尘设备的诸多缺点，自80 年代后期开始，脉冲袋式除尘设备成为主流。国内外新建的袋式除尘设备系统基本上均采用脉冲袋式除尘设备。许多厂家将使用效果不佳的反吹风袋式除尘设备或静电除尘设备纷纷改造为脉冲袋式除尘设备。脉冲高压反吹袋式除尘设备解决了常压反吹风布袋除尘设备中清灰不彻底，效果不理想，除尘效率提高幅度小，换袋维修困难等问题。但在其他方面也付出了相应的代价，因为脉冲高压喷吹的作用，滤袋长时间受到大的冲击力的作用，反复作用于内骨架和高压风之间，疲劳断裂明显，大幅减少滤袋寿命，致使换袋频繁，维护费用加大。另外，喷吹技术一般设计导流文氏管，每一个布袋都对应着一个高压喷嘴，设备加工复杂，造价高。同时，高压喷吹利用压缩空气，空气压缩机、脉冲阀等辅助设备也是一个不可忽略的投资。总体上讲，脉冲高压反吹一次性投资费用大，运行维护费用高。
因此，设计出一种结构简单、维护方便的袋式除尘设备将对我国环境保护方面起到积极的作用。
3、研究/设计的目标：
宁夏石嘴山矿区是我国电石主要产地之一，宁夏煤业集团所属矿区内分布着 5台电石炉，其污染主要是矿业热炉生产过程中排放的粉尘和有害气体，是造成矿区大气环境污染的重要的污染源之一。根据石嘴市大气污染防治规划，所有辖区内电炉必须实现烟尘排放达标排，根据我国电石炉烟尘治理成功经验，采用布袋除尘器对矿区内12.5KVA半密闭式电石炉烟尘进行治理达标的工程设计。烟尘达到一级排放标准。

4、设计方案既及可行性分析（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：
4.1 电石炉烟尘特点
4.1.1烟尘浓度高，细粒级粉尘比重大
半密闭式电石炉烟尘浓度为8000-15000mg/Nm3，其中细粒级粉尘的比例较高，而且粉尘的成分主要为C、CaO（MgO）、和SiO2，，并具有较强的粘结性，表1为半密闭式电石炉烟尘的各粒级粉尘的分散度，表2为烟尘的化学成分：
表1
粒径/
0-2
2-5
5-10
10-20
20-40
>40
分散度/%
37.05
19.63
21.82
15.02
4.05
2.43

表2
粉尘成分
C
CaO
（MgO）
SiO2
Fe2O3
Al2O3
含量/%
34.53
41.72
15.78
0.96
7.07

4.1.2烟气量大，烟温高
根据测定，半密闭式电石炉烟气的具有下列特点：
烟气流量：45000~55000m3/h
出电石炉烟气温度, 500～600℃
出余热锅炉烟气温度, 200 ±20℃
原始烟气湿度　516 %～5. 9 %
烟气含尘量, 8～10 g/Nm3
电石炉烟气除具有以上特点外，当烟温降较大时，还会有焦油析出。

4.2几种除尘器的特点
4.2.1旋风除尘器
旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置。它具有结构简单、应用广泛、种类繁多等特点。其中多管旋风除尘器具有效率高，处理气量大，有利于布置和烟道连接方便等特点。
多管旋风除尘器能够有效地捕集5~10μm地粉尘,可以处理含尘浓度较高的(100g/m3)气体。
4.2.2湿式除尘器
湿式除尘主要利用含尘气流与液滴或液膜的相对高速运动时的相互作用实现气尘分离。其中粗大尘粒与液滴（或雾滴）的惯性碰撞、接触阻留（即拦截效应）得以捕集，而细微尘粒则在扩散、凝聚等机理的共同作用下，使尘粒从气流中分离出来达到净化含尘气流的目的。这类设备称为湿式除尘器（或洗涤器）。
一般说来，湿式除尘器结构简单，投资低，占地面积小，除尘效率较高，并能同时进行有害气体的净化。其缺点主要是不能干法回收物料，且泥浆处理比较困难，有时要设置专门的废水处理系统。
4.2.3袋式除尘器
袋式除尘器是利用多孔的袋状过滤元件从含尘气体中捕集粉尘的一种除尘设备。主要由过滤装置和清灰装置两部分组成。前者的作用是捕集粉尘，后者则用以定期清除滤袋上的积尘，保持除尘器的处理能力。通常还设有清灰控制装置，使除尘器按一定的时间间隔和程序清灰。
袋式除尘器的主要特点
(1) 除尘效果好，对微细粉尘其除尘效率也可达99%以上。
(2) 适应性强。对各类性质的粉尘都有很高的除尘效率，不受比电阻等性质的影响。在含尘浓度很高或很低的条件下，都能获得令人满意的工作效果。
(3) 规格多样，应用灵活。单台除尘器的处理风量最小不足200m3/h，最大甚至可以超过5×106m3/h。
(4)便于回收干物料，没有污泥处理、废水污染以及腐蚀等问题。
(5) 随所用滤料耐温性能不同，可用于≤130、200、280、550℃等条件下。但高温滤料价格比较贵。
(6) 在捕集粘性强及吸湿性强的粉尘，或处理露点很高的烟气时，滤袋易被堵塞，需采取保温或加热等防范措施。
(7)主要缺点是某些类型的袋式除尘器存在着压力损失大、设备庞大、滤袋易损坏、换袋困难等问题。
4.2.4电除尘器
电除尘器是含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘极上，将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。它的主要优点是：
（1）压力损失小，一般为200～500Pa
（2）处理烟气量大，可达105～106m3/h
（3）对细粉尘有很高的捕集效率，可高达99％
（4）可在高温或强腐蚀性气体下操作

4.3 半密闭式电石炉烟尘治理技术分析
由于电石炉烟尘和烟气具有上述特点，电石炉烟尘治理必须满足以下条件：
（1）除尘器具有较小的分割粒径或极限粒径，即所选除尘器要对1μm以下粉尘有较高的除尘效率；
（2）除尘器或系统具有耐高温或具有降温能力；
（3）所选除尘器应具有防结垢能力。
表3是各种除尘器的除尘性能对比表：

表3
除尘器类型
旋风除尘器
文丘里--水膜除尘器
布袋除尘器
电力除尘器
有效去除粉尘粒径/μm
10
5
0~1
0~1

从表3可知,对于电石炉烟尘只有采用布袋除尘器或电力除尘器才能有效地实现粉尘的捕集。其中电力除尘器还具有耐高温烟气和抗结垢的能力，因此，是进行电石炉烟尘治理的首选除尘器类型；布袋除尘器即使采用耐高温玻维滤布，一般也不能超过300 OC，但可采取降温措施进行烟气降温。
4.3方案的对比和选择
目前国家环保标准趋于严格，对污染物排放征收的费用和要求也越来越高。过去只要达标就可以免交排污费，而且排放标准要求也比较低，电厂相对比较容易实现达标排放。现在排放标准提高了，采用静电除尘器达标就相对比较困难，而且即使达标了，也会对污染物征收排放费。在选择除尘技术时，应充分考虑经济性、可靠性、适用性和社会性等方面的影响。除尘技术的确定受到当地条件、现场条件、燃烧煤种特性、排放标准和需要达到的除尘效率等多种因素的影响。
针对目前环保要求、污染物排放费用的征收情况以及静电除尘器和布袋除尘器在性能上的差异和在各行各业应用的实际情况，对两种除尘器在实际应用中的基本性能做一个简单客观的对比。
4.3.1除尘效率　　
众所周知，布袋除尘器比静电除尘器有更高的除尘效率，尤其对人体有严重影响的重金属粒子及亚微米级尘粒的捕集更为有效。通常除尘效率可达99.99%以上，排放烟尘浓度能稳定低于50mg/Nm3，甚至可达10 mg/Nm3以下，几乎实现零排放。从目前电力行业燃煤锅炉应用的情况来看，布袋除尘器的排放能保证在30 mg/Nm3以下。呼和浩特电厂两台200MW机组的锅炉烟气净化采用了布袋除尘器，从CEMS系统长期自动监测的结果和权威检测单位的测试人员人工采样测试的结果来看，排放浓度均低于27 mg/Nm3。随着国家环保标准的进一步提高和越来越多的电厂燃用低硫煤（或者经过了高效脱硫），就电除尘器而言，即使达标也变得越来越困难。而布袋除尘器其高效的过滤机理决定了它不受燃烧煤种物化性能变化的影响，具有稳定的除尘效率。针对目前国家环保的排放标准和排放费用的征收办法，布袋除尘器所带来的经济效益是显而易见的。
4.3.2系统变化对除尘器的影响　
锅炉系统是一个经常变动和调节的系统，因此从锅炉中出来的烟气物化性能、烟尘浓度、温度等参数也不能保证不发生变化。这一系列的变化，针对不同的除尘器会引起明显不同的变化。下面从主要的几个方面进行对比：
（1）送、引风机风量不变，出口烟尘浓度变化。
对布袋除尘器：烟尘浓度的变化只引起布袋除尘器滤袋负荷的变化，从而导致清灰频率改变（自动调节）。烟尘浓度高滤袋上的积灰速度快，相应的清灰频率高，反之清灰频率低，而对排放浓度不会引起变化。对静电除尘器：烟尘浓度的变化直接影响粉尘的荷电量，因此也直接影响了静电除尘器的除尘效率，最终反映在排放浓度的变化上。通常烟尘浓度增加除尘效率提高，排放浓度会相应增加；烟尘浓度减小除尘效率降低，排放浓度会相应降低。
（2）烟尘量不变，送、引风机风量变化。
对布袋除尘器：由于风量的变化直接引起过滤风速的变化，从而引起设备阻力的变化，而对除尘效率基本没有影响。风量加大设备阻力加大，引风机出力增加；反之引风机出力减小。对静电除尘器：风量的变化对设备没有什么太大影响，但是静电除尘器的除尘效率随风量的变化非常明显。若风量增大，静电除尘器电场风速提高，粉尘在电场中的停留时间缩短，虽然电场中风扰动增强了荷电粉尘的有效驱进速度，但是这不足以抵偿高风速引起的粉尘在电场中驻留时间缩短和二次扬尘加剧所带来的负面影响，因此除尘效率降低非常明显；反之，除尘效率有所增加，但增加幅度不大。
（3）温度的变化　　
对布袋除尘器：烟气温度太低，结露可能会引起“糊袋”和壳体腐蚀，烟气温度太高超过滤料允许温度易“烧袋”而损坏滤袋。但是如果温度的变化是在滤料的承受温度范围内，就不会影响除尘效率。引起不良后果的温度是在极端温度（事故/不正常状态）下，因此对于布袋除尘器就必须设有对极限温度控制的有效保护措施。对静电除尘器：烟气温度太低，结露就会引起壳体腐蚀或高压爬电，但是对除尘效率是有好处的；烟气温度升高，粉尘比电阻升高不利于除尘。因此烟气温度直接影响除尘效率，且影响较为明显。
（4）烟气物化成分（或燃烧煤种）变化
对布袋除尘器：烟气的物化成份对布袋除尘器的除尘效率没有影响。但是如果烟气中含有对所有滤料都有腐蚀破坏的成分时就会直接影响滤料的使用寿命。对静电除尘器：烟气物化成份直接引起粉尘比电阻的变化，从而影响除尘效率，而且影响很大。影响最为直接的是烟气中硫氧化物的含量，通常硫氧气化物的含量越高，粉尘比电阻越低，粉尘越容易捕集，除尘效率就高；反之，除尘效率就低。另外烟尘中的化学成分（如硅、铝、钾、钠等含量）的变化也将引起除尘效率的明显变化。
（5）气流分布　　
对布袋除尘器：除尘效率与气流分布没有直接关系，即气流分布不影响除尘效率。但除尘器内部局部气流分布应尽量均匀，不能偏差太大，否则会由于局部负荷不均或射流磨损造成局部破袋，影响除尘器滤袋的正常使用寿命。对静电除尘器：静电除尘器非常敏感电场中的气流分布，气流分布的好坏直接影响除尘效率的高低。在静电除尘器性能评价中，气流分布的均方根指数通常是评价一台静电除尘器的好坏的重要指标之一。
（6）空气预热器及系统管道漏风。
对布袋除尘器：对于耐氧性能差的滤料会影响布袋寿命，比如：RYTON滤料，但是除尘效率不受影响。由于混入冷风系统风量增加导致系统阻力增加。对静电除尘器：设备阻力无明显变化，但是系统风量增加提高了电场风速对除尘效率有影响。
4.3.3运行与管理
布袋除尘器与静电除尘器是两种完全不同的除尘设备，在运行和管理上也有很大的不同之处，下面就针对一些基本问题做一些对比：
（1）运行与管理　　
对布袋除尘器：运行稳定，控制简单，没有高电压设备，安全性好，对除尘效率的干扰因素少，排放稳定。由于滤袋是布袋除尘器的核心部件，是布袋除尘器的心脏，且相对比较脆弱、易损，因此设备管理要求严格。对静电除尘器：运行中对除尘效率的干扰因素多，排放不稳定；控制相对较为复杂，高压设备安全防护要求高。由于静电除尘器均为钢结构，不易损坏，相对于布袋除尘器，设备管理要求不很严格。
（2）停机和启动　　
对布袋除尘器：方便，但长期停运时需要做好滤袋的保护工作。对静电除尘器：方便，可随时停机。
（3）检修与维护　　
对布袋除尘器：可实现不停机检修，即在线维修。对静电除尘器：检修时一定要停机
4.3.4设备投资　
作为用户，最为关心的是除尘器的投资问题，下面就针对两种除尘器在不同条件下的投资情况做一个对比：
（1）对于常规的烟气条件和粉尘（主要是指比较适合静电除尘器的烟气），两种除尘器排放浓度要达到目前较低的环保要求（如150mg/m3）初期投资布袋除尘器比静电除尘器约高20-35%左右
（2）对于低硫高比电阻粉尘、高SiO2、Al2O3类不适合静电除尘器捕集的粉尘，两种除尘器要达到目前较低的环保要求（如150mg/m3）初期投资静电除尘器和布袋除尘器相当或静电除尘器投资高些。对于采用典型的煤种的锅炉,如鸡西诚海水泥厂,电除尘设备就比布袋除尘器投资高很多。
（3）通常条件下达到相同的除尘效率或者说达到相同的排放浓度，静电除尘器的投资通常要比布袋除尘器的投资高。
4.3.5运行维护费用
设备运行维护费用是对除尘器经济性分析的重要依据，下面就针对两种除尘器的运行费用做一个对比：
（1）运行能耗
对布袋除尘器：风机能耗大，清灰能耗小。对静电除尘器：风机能耗小，电场能耗大。但是，总体来讲两种除尘器的电耗相当。对于静电除尘器难以捕集的粉尘，或者说当静电除尘器的电场数量超过4电场时，静电除尘器的能耗比布袋除尘器的要高，也就是说此时的静电除尘器运行费用要比布袋除尘器高。如果按照即将出台的新环保标准，静电除尘器要是做到达标话，必定是采用4电场以上的静电除尘器，其电耗也就一定比布袋除尘器高。
（2）维护费用　
布袋除尘器的维护检修费用主要是滤袋更换费，从目前实际运行情况来看，一次滤袋的更换费用只需要1.5-2年排污费比静电除尘器的少缴部分就可以抵偿。静电除尘器的维护维修费用主要是对阳极板、阴极线和振打锤等的更换等。此项费用较高，但年限比较长，约6年左右。
综上所述，布袋除尘器是比较理想的电石炉除尘工艺设备

4.4工艺流程的确定

7、该设计的创新之处

8、设计产品的主要用途和应用领域：
8.1主要用途
用于控制电石炉烟尘排放, 冷却器进行烟气的冷却降温,达到滤布的工作温度。布袋式除尘器治理电石炉,能够实现电石炉烟尘排放达标。项目回收粉尘可以用来制作彩砖或空心砖，创造一定的经济利益。
8.2应用领域
目前袋式除尘技术和设备已成熟，先进的袋式除尘器和普通老式的相比，无论是滤袋材料、除尘器的结构，还是清灰的技术等各方面都做了很大的改进，大大提高了其实用性。钢铁、水泥、化工、有色冶金工业等许多行业都广泛采用了袋式除尘设备。尤其是在各种产业领域的中小规模设施上，采用袋式除尘设备更为广泛，效果良好。
7、时间进程
表3 毕业设计进程安排表

各阶段工作内容
起讫日期
备注
1
资料收集和完成开题报告
07.3.19～07.3.25
一周
2
构筑物设计计算
07.3.26～07.4.1
一周
3
构筑物设计计算
07.4.2～07.4.8
一周
4
构筑物设计计算
07.4.9～07.4.15
一周
5
构筑物设计计算
07.4.16～07.4.22
一周
6
构筑物设计计算
07.4.23～07.4.29
一周
7
高程计算
07.4.30～07.5.6
一周
8
总平面布置、高程布置
07.5.7～07.5.13
一周
9
绘制设计构筑物图纸
07.5.14～07.5.20
一周
10
绘制设计构筑物图纸
07.5.21～07.5.27
一周
11
绘制高程，总平面布置图纸
07.5.28～07.6.3
一周
12
整理设计计算
07.6.4～07.6.10
一周
13
整理说明书
07.6.11～07.6.24
二周
14
准备毕业设计答辩
07.6.25～07.7.8
二周

8、参考文献：
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 指导教师意见:

教师签字：

年 月 日
毕业设计领导小组意见:

组长签字：

年 月 日