大气污染控制工程课程设计——静电除尘器.doc

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南京工程学院

课程设计说明书（论文）

题目 锅炉烟气静电除尘器的设计

课 程 名 称 大气污染控制工程
院 (系、部、中心) 康尼学院
专 业 环境工程
班 级 K环境091
学 生 姓 名 朱盟翔
学 号 240094410
设 计 地 点 文理楼A404
指 导 教 师 李乾军

设计起止时间：2012年5月7日至 2011 年5月18日

目 录
烟气除尘系统设计任务书 1
一、课程设计的目的 1
二、设计原始资料 1
三、设计内容 2
静电除尘器设计计算 3
一、燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算 3
1. 标准状态下理论空气量 3
2. 标准状态下理论烟气量 3
3. 标准状态下实际烟气量 4
4. 烟气含尘浓度 4
5. 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 4
二．板式电除尘器的设计计算 5
1. 电除尘器简介 5
2. 电除尘器的选型 6
3. 电除尘器总体尺寸的确定 8
4. 电除尘器零部件的设计和计算 10
5. 供电系统的设计 14
6. 壳体 14
三、 电除尘器的保温和防腐 14
1. 电除尘器的保温 14
2. 电除尘器的防腐 14
3. 确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置 15
四、 烟囱的设计 16
1. 烟囱高度的确定 16
2. 烟气直径的计算 16
3. 烟囱的抽力 17
五、系统阻力的计算 17
1. 摩擦压力损失 17
2. 局部压力损失 18
六、 风机和电动机选择及计算 21
1. 标准状态下风机风量的计算 21
2. 风机风压计算 21
3. 电动机功率计算 22
七、系统中烟气温度的变化 22
1. 烟气在管道中的温度降 22
2. 烟气在烟囱中的温度降 23
主要参考书目 23
烟气除尘系统设计任务书
一、课程设计的目的
通过课程设计近一步消化和巩固本能课程所学内容，并使所学的知识系统化，培养运用所学理论知识进行净化系统设计的初步能力。通过设计，了解工程设计的内容、方法及步骤，培养学生确定大气污染控制系统的设计方案、进行设计计算、绘制工程图、使用技术资料、编写设计说明书的能力。
二、设计原始资料
锅炉型号：SZL4-13型，共4台
设计耗煤量：600 kg/h (台)
排烟温度：160 ℃
烟气密度(标准状态)：1.34 kg/m3
空气过剩系数：α＝1.4
排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：18％
烟气在锅炉出口前阻力：800 Pa
当地大气压力：97.86 kPa
冬季室外空气温度：－1℃
空气含水(标准状态下)按0.0l293kg/m3
烟气其他性质按空气计算
煤的工业分析元素分析值：
Car＝68％ Har＝6.5％ Sar＝1.5％ Oar＝6％
Nar＝1％ War＝4％ Aar＝16％ Var＝14％
按锅炉大气污染物排放标准(GBl3271－2011)中二类区标准执行。
烟尘浓度排放标淮(标准状态下)：30mg/m3
二氧化硫排放标准(标准状态下)：200mg/m3。
基准氧含量按6%计算。
净化系统布置场地如图1所示的锅炉房北侧15m以内。

图1. 锅炉房平面布置图

图 2. 图1的剖面图
三、设计内容
（1） 燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算。
（2） 净化系统设计方案的分析确定。
（3） 除尘器的比较和选样：确定除尘器类型、型号及规格，并确定其主要运行参数。
（4） 管网布置及计算：确定各装置的位置及管道布置；计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统总阻力。
（5） 风机及电机的选择设计：根据净化系统所处理烟气量、烟气温度、系统总阻力等计算选择风机种类、型号及电动机的种类、型号和功率。
（6） 编写设计说明书：设计说明书按设计程序编写、包括方案的确定，设计计算、设备选择和有关设计的简图等内容。课程设汁说明书包括封面、目录、前言、正文、小结及参考文献等部分，文字应简明、通顺、内容正确完整，书写工整、装订成册。
（7） 图纸要求：除尘系统图一张（A3）。系统图应按比例绘制、标出设备、管件编号，并附明细表。
（8） 如条件允许需附除尘系统平面、剖面布置图2～3张（A3），如图3-1-1和图3-1-2。图中设备管件需标注编号，编号与系统图对应。布置图应按比例绘制。锅炉房及锅炉的绘制可以简化，但应能表明建筑外形和主要结构型式。在平面布置图小应有方位标志（指北针）。
静电除尘器设计计算
一、燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算
1. 标准状态下理论空气量

式中

2. 标准状态下理论烟气量（空气含湿量12.93g/m3）

式中

3. 标准状态下实际烟气量

式中 ——空气过量系数，取1.4；

标准状态下烟气流量Q以m3/h计，因此，

4. 烟气含尘浓度

式中

5. 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算

式中

二．板式电除尘器的设计计算
1. 电除尘器简介
（1）电除尘器的特点
电除尘器与其他种类除尘器的根本区别，在于实现被子与烟气分离所需的力是直接作用在荷电粒子上的库仑力。同其他类型的除尘器相比，它具有以下几个特点：
a. 阻力小，耗能少。一台处理烟气量为400000m3／h的电除尘器，由于烟气进入电除尘器后既不转弯，又不与其他物体碰撞，加之流速较低，气体阻力很小，压力损失一般为2MPa，串联4个电场也不会超过300Pa。与袋式除尘器、旋风除尘器或文丘里洗涤器相比，电除尘器的阻力仅仅是它们的1／5。1／8。因此大大节约电力消耗。
b. 收生效率高。电除尘器的除尘效率，理论上可达到接近100％的任何效率。实际上所需效率应根据具体情况确定，追求过高的效率，在经济上是不合理的。例如将实际需要的效率98％提高到99％，设备造价将增加18％。
电除尘器的除尘效率高还包含着长期效率的含义。除袋式除尘器外，其他各种除尘器的除尘效率尤其是长期效率都比不上电除尘器。如某烧结厂使用18年的电除尘器，从未更换任何部件，而除尘效率基本没有降低。其他种类的除尘器由于零部件的寿命较短，虽然早期效率较高，但后期效率都较低。电除尘器的主要构件基本上是静止的，振打结构也是在极低的速度下运行，相对运动面不会很快磨损。所以只要设计得当．并能正常进行维护保养，电除尘器能长期高效运行。
c. 适用范围广。电除尘器甚至能捕集到0.1μm的细颗粒粉尘；粉尘浓度允许高达每立方米数十克至上百克；能适应400摄氏度以下的高温烟气。
d. 自动化程度高，运行可靠。电除尘器采用微机可以实现全盘自动化。由于其运动零部件少，在正常情况下维修工作量较小，可以长期连续安全运行。
e. 一次投资大。与其他除尘设备相比，电除尘器结构较复杂．消耗钢材多、一次性投资费用较高。电除尘器对制造、安装和维护管理水平要求较高。
（2）电除尘器的分类
电除尘器有多种类型，根据集尘极和放电极在电除尘器中配置不同，可分为两大类：
a. 单区电除尘器。单区电除尘器：粒子的荷电和捕集是在同一个区域中进行的。即收尘极系统和放电极系统都在一个区域。工业烟气除尘多用这种除尘器，因而“单区”两字通常被省略。
b. 双区电除尘器。双区电除尘器：具有前后两个区域。前区安装放电极，称为电离区，粉尘进入此区首先荷电。后区安装收尘极，称为收尘区，荷电粉尘在此区域被捕集。双区电除尘器的电压等级较低，通常采用正电晕放电。它主要用于空气调节系统的进气净化。近年来，利用双区电防尘器的原理设计的电除尘器用于工业皮气的净化，例如用于沥青烟尘和高炉煤气的净化，也都取得较好的效果。
单区电除尘器，按其结构不同又可分为以下类型：
按电极形状可分为板式、管式和棒式电除尘器。板式电除尘器的收尘极呈板状。为了减少粉尘的二次飞扬和增加极板的刚度，通常将极板轧制成不同的凹凸槽形。管式电除尘器收尘极由一根或一组截面呈圆形、六角形或方形的管子构成，放电极位于管子中心，含尘气体自下而上进入管内。通常用于除去气体中的液滴。棒式电除尘器的收尘极是用钢筋编成棒惊状，它结实，耐腐蚀，不易变形，但自重大，耗钢材多。
电场的划分
一台电除尘器由若干个电场串联组成。为了防止热弯曲。沿气流方向的每个电场长度一般控制在3.5m左右。另外还需考虑烟尘通过电场的时间，为了使处理时间达到设计上的要求，必须设置数个长度相同的电场。在通常的情况下，一般设计3个电场。在处理烟气量大的场合，还可以将电场在处理烟气流方向上并行排列。
2. 电除尘器的选型
（1）电除尘器型号的确定
本次设计选用卧式、板式、无辅助电极的宽间距（400mm）电除尘器。
（2）电除尘器的台数 采用一台除尘器
（3）电场风速（v）的确定 对于电炉，由于粉尘粒径很小，一般在3~11μm之间，故不可取过高的电场风速，以免引起二次扬尘，故取0.90m/s。
（4）电除尘的截面积（初定）

（5）除尘效率
标准状态下烟气的含尘浓

所以
（6）有效驱进速度的确定

式中

设计的电厂用煤，由于含硫量很低，为0.327%，含水分也不大，为2.1%，粉尘较细，尽管碱性氧化物（K2O和Na2O）的含量较高，但比电阻很高，所以最终导致驱进速度不高，故除尘比较困难。
对于电厂锅炉，虽然影响驱进速度的因素很多，但实际上媒含硫量和粉尘历经分布是影响驱进速度的主要因素。根据经验，当燃煤含硫量大于0.5%，小于2%，氧化钠含量大于0.3%，电晕线为芒刺时，同极距为400mm时，有效驱进速度可由下式计算。

式中

a平均
10
15
20
25
30
35
k
0.90
0.95
1
1.05
1.10
1.15

式中

则该电厂的为

由表查得k=0.96，当，得

（7）收尘极面积（A）由意希公式有

计算求得的极表面积后，在选择电除尘器的实际极板面积时，适当增加一些余量（也可称为储备参数）一般按5%左右考虑。

（8）比集尘面积（f）

（9）电场数（n）的确定 在卧式电除尘器中，一般可将电极沿气流方向分为几段，即通称几个电场。为适应粉尘的特性，达到较好的供电效果和电极的清灰性能，单电场长度不宜过大，一般取3.5~5.4m，对要求净化效率高的电除尘器，一般选择3~4个电场。本次设计由于除尘效率较高，故选4个电场。
（10）电场高度（h）

取h=3m
（11）同极距（2s）的确定 一般电除尘器的极间距为250~300mm。但根据国内外的实践来看，电厂锅炉尾部使用宽间距电除尘器可以获得更高的除尘效率和更低的排放浓度。故本次设计采用400mm的同极距。
（12）通道数 由式 计算， 为除尘器的阻流宽度， 其中设计选用Z型板，Z形板宽度为40mm，为0.02m。
故
取
电场断面（F）
有式
则实际风速
（14）每电场有效长度（）

根据所选的阳极板来看，板宽480mm,根据上式计算的，每电场长度方向需要的阳极板数为

故需要的板的板数为4块，则电场有效长度为

3. 电除尘器总体尺寸的确定

（1）宽度方向上的尺寸
a．电场有效宽度

b.电除尘器为双室，内壁宽为

式中

则
c.柱间距

式中

则
（2）高度方向的尺寸
a.从收尘器顶梁底面到灰斗上端面的距离

式中

由电除尘器横断面图知，

b.灰斗上端到支柱基础面距离（）
根据电除尘器的大小，可取
（3） 长度方向的尺寸
a. 电除尘器壳体内壁长
由电除尘器沿气流方向尺寸图，可取，，

b.沿气流方向的柱距 将收尘极安装在顶梁底面，每电场的荷重由两根梁和柱承担，立柱设计成等距，且柱距为

首尾的边柱与壁的距离为

4. 电除尘器零部件的设计和计算
（1）进气箱 采用水平引入式进气箱，如图所示，并取，则进气箱进气口的面积为（两个进风口）

考虑到进气口尽可能与电厂断面相似，可取

进气箱长度LZ,,按确定。
式中

故

进气中心高度（从进气中心至侧部底梁下端面）H4为

（2）出气箱 出气箱最小面积为

出气箱长度为

出气箱大端高度h5为

（3）灰斗 采用角锥形灰斗，沿气流方向设4个，垂直于气流也设4个，灰斗下口取斗壁斜度最小60°，则灰斗高为

（4）气流分布板
a.分布板层数的确定
由于
故分布板层数取
b.分布板的阻力系数
可由式确定
式中

所以
c.开孔率的确定 多孔板的阻力系数与它的开孔率f由下式确定

为避免高次方程，已知阻力系数，可以利用图解法求解。查图可知
d.气流分布板的尺寸 根据电厂断面，进气管出口到第一层多孔板的距离Hp应满足的条件
式中

故取

相邻两层多孔板的距离应满足条件为
式中

由

取
根据图，可以计算的宽度和高度分别为
，，
为避免分布板沉积下来的粉尘堵塞。在分布板与进、出气底端之间要有一定间隙，故两层分布板高度为
，
多孔板可由3mm厚的钢板弯成槽制成，其弯边可为25mm，这样可以增加板的刚度，其宽度取400mm左右，上下焊以连接板，上下用螺栓悬吊于上部顶梁，下部与一撞击杆相连，敲击撞击杆则可振落板上的积灰。
e.分布板的振打 多孔分布板需要安装振打机构，以清除板上的积灰。分布板的振打控制应是连续的。
（5）槽形板的设计 由于气流涡流现象的存在和二次飞扬，使出气箱和出气管道存在积灰，加了槽形板后，对粉尘有强烈的吸收作用，提高除尘效率。
（6）电晕极系统及振打装置
电晕线的选择 电晕线应选择放电性能好，起晕电压低，对烟气条件变化的适应性强；机械强度大，不断线，耐腐蚀；高温下不变形；有足够的刚度以及清灰性能好等。本设计采用BS系列鲁奇型电收尘器的V15线。
电晕极排数和线间距的确定 阴极排和通道数相等，故

在卧式电除尘器内极线间距大小会直接影响到电晕电流值和除尘效率。
c.电晕线的固定 放电极悬挂框架水平杆和垂直杆全部采用钢管，用专用管卡进行固定，下部与框架连接的间距架用90°弯头向上，整个悬挂假设计合理，坚固轻便，减少了内部空间占用，现场安装方便。
d.电晕极的振打 排放浓度低于50mg/m3时，放电极振打采用侧部振打转动，放电极振打控制应是连续的。
e.保温箱及高压进线箱 在绝缘套附近需装设管状电加热器，在管套外设保温箱，保温箱内的温度应高于收尘器室内烟气露点温度，并在保温箱装设恒温控制仪，以便控制加热器的工作。
保温箱的内部尺寸在保证不发生电击穿条件下尺寸越小越好，这样既可以节省材料，减轻质量，又有利于内部清扫。保温箱的壳体保温层可采用100mm厚的矿渣棉，保温箱的各部分尺寸按下式计算。

式中

（7）收尘极系统及其振打装置
a.板的选择 考虑到极板要有良好的性能，良好的振动加速度分布性能，沿极板高度方向版面的振打加速度分布基本上均匀，有较好的防止二次飞扬的性能，有较小的刚才耗量，有较大的刚度。
本设计选用YC型极板
b.极排数的确定
阳极排数可由通道数确定，即
式中 。
则
c.极板的悬吊 极板被悬吊在壳体顶梁的小梁上。
d.极板的振打形式 收尘极的振打采用挠壁锤装置。采用间断振打，每分钟6次，并按顺序分开振打，6h真打一次，一次十分钟。
（8）输灰系统 选用设备如下
①星形卸灰阀 4台
②储灰仓 1台 储灰量约为40m3
③粉料加湿机 JS4030（双螺旋搅拌加试）1台
④输灰能力 12t/h
⑤功率 15kW
5. 供电系统的设计
（1）供电装置的选型
二次电压 工作电场为3000~3500V/cm,空载电场为4000V/cm。
工作电压
空载电压
b.二次电流 选取电流板密度为0.40mA/m2，取每一个电场用两台整流器，故每个整流器对应的极板面积为，故整流设备应输出的电流为

（2）接地保护 电除尘器壳体要与接地网可靠连接，接地点要求每电场设一个，用扁钢与接地网相连接，整流室所有金属部分如控制柜、变压器和电抗器及其外壳体的接地端、电缆头支架、金属隔离网，都必须十分可靠接地。
6. 壳体
电收尘器全部采用钢结构外壳。电收尘器的下部分排灰选用拉链机、刮板输送机、回转卸料器。为消除应力，拉链机和壳体下部灰斗之间应装设伸缩节。电除尘器本体由安装在地梁下的活动支座及固定支座支撑，以保证个支点在正常运行时格子膨胀方向上自由移动。
三、 电除尘器的保温和防腐
1. 电除尘器的保温
铺设保温层前，应将壳体外表面的铁锈及尘土清除干净，然后将保温层固定螺栓按图纸规定的间距焊接与壳体上，再涂上一层防锈漆。
根据保温层设计图纸核实保温层材料和辅助的种类和数量。
保温层材料容易吸收潮气，应采取措施防止其受雨水浇淋。
保温材料的拼接部分，不应存在间隙，以免影响保温效果，如有间隙，则应用同样的材料充填。
设备防腐主要采用防腐涂料和防腐材料。
2. 电除尘器的防腐
防腐涂料应符合以下要求：
（1）涂料应有良好的耐腐蚀性；
（2）涂料应密实无孔，并且有良好的物力机械强度。
（3）涂料应有良好的附着力，附着力是确保设备、管道使用寿命的重要因素。
（4）应具有良好的耐热性，选择的涂料品种应能满足使用温度的要求。
（5）涂料施工方法必须切实可行。
（6）对设备外壁的防腐涂料还必须符合以下要求：涂料应具有防腐、防潮、防工业大气的腐蚀性能，应能耐紫外线日照等物理因素作用。涂料应具有一定色泽，除起防腐作用外，还用具有装饰、标识作用。根据作用的地点和要求，选择一定颜色的防腐蚀涂料。涂层应能在室温下固化。
3. 确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置
计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统总阻力。
（1） 各装置及管道布置的原则 根据锅炉运行情况及锅炉现场的实际情况确定各装置的位置。一旦确定各装置的位置，管道的布置也就基本可以确定了。对各装置及管道的布置应力求简单、紧凑、管路占地面积小，并使安装、操作和检修方便。
（2） 管径的确定

式中

取
则
圆整并选取风道

钢质板风管

500

由公式可计算出实际烟气流速：

四、 烟囱的设计
1. 烟囱高度的确定
首先确定公用一个烟囱的所有锅炉的总蒸发量（t/h），然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定（表3-1锅炉烟囱高度）确定烟囱高度。

表3-1 锅炉烟囱高度
烟囱总额定出力/(t/h)
<1
1~2
2~6
6~10
10~20
20~35
烟囱最低高度/(m)
20
25
30
35
40
45
锅炉总额定出力：
故选定烟囱高度为。
2. 烟气直径的计算
烟囱出口内径可按下式计算：

式中

烟囱出口烟气流速(m/s)

通风方式
运行情况
全负荷
最小负荷
机械通风
10~20
4~5
自然通风
6~10
2.5~3
选定

圆整取
烟囱底部直径：

式中

取

3. 烟囱的抽力

式中

五、系统阻力的计算
1. 摩擦压力损失
对于圆管：

式中

a.对于圆管

b.对于砖砌拱形烟道

故
则
式中，A为面积，X为周长。
2. 局部压力损失

式中

下图中一为渐缩管。

取

图中二为30°Z形弯头

查手册得

图中三为渐扩管

查《大气污染控制工程》附表十一，并取
则

右图中a为渐扩管

图中b、c为90°弯头

则
两个弯头
对于如下图所示T形三通管

对于T形合流三通

系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为800Pa，除尘器阻力1400Pa）为

六、 风机和电动机选择及计算
1. 标准状态下风机风量的计算

式中

2. 风机风压计算

式中

根据Qy和Hy选定Y5-47-136.5C工况序号为2的引风机，性能表如下。
机号转动方式
转速/（r/min）
工况序号
流量/（m3/h）
全压/Pa
内效率/%
内功率/kW
所需功率/kW
6.5C
2620
2
11930
2992
78.6
12.61
17.66
3. 电动机功率计算

式中

根据电动机的功率、风机的转速、传动方式选定Y180M-2型电动机。
七、系统中烟气温度的变化
1. 烟气在管道中的温度降

式中

室内管道长：

室外管道长：

2. 烟气在烟囱中的温度降

式中

表7-1 烟囱温降系数
烟囱种类
钢烟囱
（无衬筒）
钢烟囱
（有衬筒）
砖烟囱
（H<50m）壁厚<0.5m
砖烟囱
壁厚>0.5m
A
2
0.8
0.4
0.2

总温度降

主要参考书目
（1）郝吉明，马广大主编．大气污染控制工程．北京：高等教育出版社，2002
（2）钟秦，王娟等编．化工原理．北京：国防工业出版社，2001
（3）吴忠标主编．实用环境工程手册——大气污染控制工程．北京：化学工业出版社，2001
（4）熊振湖，费学宁等编．大气污染防治技术及工程应用．北京：机械工业出版社，2003
（5）GBl3271－2001
（6）何争光主编．大气污染控制工程及应用实例．北京：化学工业出版社，2004
（7）风机样本．各类风机生产厂家
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