大气污染控制工程课程设计--电厂锅炉电除尘器.docx

学校代码： 10128学 号：201220303035大气污染控制工程课程设计说明书题 目： 电除尘的设计学生姓名： 贾祥瑞学 院： 能源与动力工程学院系 别： 环境科学与工程系专 业： 环境工程班 级： 2012-1指导教师： 二一五年七月三日内蒙古工业大学大气污染控制工程课程设计摘要本次课程设计题目是针对电厂锅炉烟气的含尘量以及其他气体性质设计出一个尺寸合理、性能稳定、经济的电除尘器。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。由于作用在粒子上的静电力相对较大，所以即使对亚微米级的粒子也能有效的捕集。在对电除尘器的构造以及原理有了深入了解后，经过反复调整参数对各个结构进行了设计计算，并且对电晕线型式、集尘极板型式等构件进行了选型，最终根据计算结果制得电除尘器的外形图。关键词：电除尘器；锅炉烟气；大气污染AbstractThe topic of curriculum design for power plant boiler flue gas dust content and other properties to design a reasonable size, performance，stability，and economic ESPESP is a dusty gas through a high voltage electric field in the ionization process，so that charged dust particles，and the electric field strength under the action of the dust particles deposited on the pole on the dust particles separated from the dust and gas a dust removal equipmentAs the role of the static electricity on the particle is relatively large，so even if the sub-micron particles can effectively captureIn the construction and principles of ESP have a deeper understanding，after repeated adjusted parameters of each structure of design calculations，and the corona wire type，type of dust collection plate for a selection of other components，according to final results obtained ESP outlineKeywords：Electrical precipitator；Boiler flue gas；Atmospheric pollution目录第一章 设计概述11.1 设计原则及相关标准11.1.1 设计原则11.1.2 除尘设计的相关标准11.2 设计内容及要求11.2.1 设计内容11.2.2 设计要求11.3 设计原始数据11.3.1 烟气气体性质21.3.2 其他参数2第二章 电除尘器介绍32.1 电除尘器的工作原理32.2 电除尘器的结构及类型32.2.1 电除尘器的结构32.2.2 电除尘器的类型3第三章 主要设备说明53.1 电晕极系统53.1.1 电晕线53.1.2 电晕线的固定53.1.3 电晕极的振打装置53.1.4 绝缘套管53.1.5 保温箱63.2 集尘极系统63.2.1 集尘极板63.2.2 集尘板的悬挂63.2.3 集尘极板的清灰装置73.3 气流分布板73.4 高压供电设备73.5 排灰装置8第四章 主体结构设计计算91.1 设计参数91.2 电除尘器箱体横断面各部分尺寸101.3 箱体沿气流方向的内壁有关尺寸131.4 进出气箱的形状及尺寸151.5 灰斗的有关尺寸161.6 气流分布板的设计17总结19参考文献20致谢21第一章 设计概述1.1 设计原则及相关标准1.1.1 设计原则1严格执行国家有关环境保护的各项规定，确保排出气体指标达到国家及地方有关污染物排放标准；2工艺成熟、简单明了，节省投资费用；3运行费用低，经济性好；4操作管理方便，自动化程度高；5避免二次污染，满足安全要求；6节约占地面积，流程组合和平面布置的设计，充分考虑节约用地。1.1.2 除尘设计的相关标准1. 环境空气质量标准(GB3095-1996)；2. 大气污染综合排放标准(GB16297-1996)；3. 锅炉大气污染物排放标准(GBWPB3-1999)；4. 火电厂大气污染物排放标准(GB13223-1996)。1.2 设计内容及要求1.2.1 设计内容本次设计要求设计电除尘器用来处理一发电量300MW机组发电厂的锅炉烟气，并且所设计的电除尘器达到的除尘效率不得低于99%。1.2.2 设计要求1设计说明书一份。其中要对所设计的电除尘器的工艺尺寸进行设计计算。2设计图纸：除尘器外形图、进出气箱几何尺寸图各一张，共2张。1.3 设计原始数据1.3.1 烟气气体性质锅炉排出的烟气量：190104m3/h；烟气温度、压强：140、2000Pa(当地大气压8.76104Pa)；烟气含尘浓度：23g/m3；粉尘的比电阻：2108cm。1.3.2 其他参数其原煤含硫量为0.65%，煤灰中Na2O为0.37%，烟气的粒度分布如下表所示：表1-1 烟气粒度分布粒径(m)3355101020203030404050百分比组成4.214.613.318.418.420.210.9 第二章 电除尘器介绍2.1 电除尘器的工作原理电除尘器是含尘气体在通过高压电场进行电力的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下式尘粒沉积在集尘板上，将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。电除尘器的除尘过程可分为三个阶段：悬浮粒子荷电，带电粒子在电场内迁移和捕集，将捕集物从集尘表面清除。1.粒子荷电高压直流电晕是使粒子荷电的最有效办法，广泛应用于静电除尘过程。电晕过程发生于活化的高压电极和接地极之间，电极之间的空间内形成高浓度的气体离子，含尘气流通过这个空间时，尘粒在百分之几秒的时间内因碰撞俘获气体离子而导致荷电。粒子获得的电荷随粒子大小而异。一般来说，直径1m的粒子大约获得30000个电子的能量。2.粒子的捕集荷电粒子的捕集是使其通过延续的电晕电场或光滑的不放电的电极之间的纯净电场而实现的。前者称单区电除尘器，后者因粒子荷电和捕集是在不同区域完成的，称为双区电除尘器。3.清灰电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积，粉尘层厚度为几毫米，甚至几厘米。粉尘沉积在电晕极上会影响电晕电流的大小和均匀性。保持电晕极表面清洁的一般方法是对电极采取振打清灰的方式，使电晕极上的粉尘很快被振打干净。2.2 电除尘器的结构及类型2.2.1 电除尘器的结构电除尘器的结构主要包括：电晕极系统、集尘极系统、气流分布装置、壳体结构以及排灰装置等。2.2.2 电除尘器的类型1按气流方向分为立式和卧式立式电除尘器中的气体在电除尘器内，从下往上垂直流动。它占地面积小，但高度较大，维护和检修不方便，气体分布不易均匀，对捕集粒径细的粉尘容易产生再飞扬。卧式电除尘器中的气体在电除尘器内沿水平方向流动，可按生产需要适当增加或减少电场数目。其特点是可实现分电场供电，避免各电场间相互干扰，以利于提高除尘效率；便于分别回收不同成分、不同粒径的粉尘，达到分类富集的作用；容易做到气体沿电场断面均匀分布；由于粉尘下落方向与气体运动方向垂直，粉尘二次飞扬比立式电除尘器少； 本次设计采用卧式电除尘器。2按清灰方式分为干式和湿式干式除尘器收下来的粉尘呈干燥状态。通常采用机械振打或电磁振动产生的振动力清灰，现代的电除尘器大都采用电磁振打或锤式振打清灰。湿式电除尘器收下来的粉尘为泥浆状。一般采用水冲洗集尘极板，使极板表面经常保持一层水膜，粉尘降落在水膜上时，随水膜流下，从而达到清灰的目的。本次设计采用干式清灰。3按电极在除尘器内的布置形式分为单区和双区单区电除尘器的集尘级和电晕极装在同一区域内，颗粒荷电和捕集在同一区域内完成。双区电除尘器集尘极和电晕极分别装在两个不同区域内，前区安装电晕极称电晕区，粉尘粒子在前区荷电；后区安装集尘极称为集尘区，荷电粉尘粒子在集尘区被捕集。双区电除尘器主要用在通风空气的净化和某些轻工业部门。本次设计采用单区的布置形式。4按集尘极的结构形式分为管式和板式管式电除尘器用于气体流量小、含雾滴气体或需要用水洗刷电极的场合。板式电除尘器为工业上应用的主要形式，气体处理量一般为2530m3/s以上。本次设计采用板式的结构形式。 第三章 主要设备说明3.1 电晕极系统3.1.1 电晕线电晕线形式很多，目前常用的有直径3mm左右的圆形线、星形线及锯齿线、芒刺线等。电晕线固定方式有两种：一种为重锤悬吊式；另一种为管框绷线式。设计电晕线的一般要求是：1放电性能好、起晕电压低、击穿电压高，对烟气条件变化适应性强；2放电强度强，电晕电流大；3机械强度高，不断线或少断线，耐腐蚀、耐高温，重量轻、成本低；4能维持准确的极距及易清灰等。本次设计采用芒刺线。3.1.2 电晕线的固定电晕线的固定方式通常有三种：重锤悬吊式、框架式、桅杆式。电晕线与框架横杆的连接固定牢固，不能晃动，否则在这些点上容易产生局部火花和电弧，形成电腐蚀，使电晕线很快烧损，造成断线。这是电晕极常见故障之一，应予以特别注意。3.1.3 电晕极的振打装置为了避免电晕闭塞，需设置电晕极的振打装置。电晕极振打装置的形式有水平转轴挠臂锤击装置、摆线针传动机构、凸轮提升振打机构。其中使用较多的是水平转轴挠臂锤击装置和提升振打装置。3.1.4 绝缘套管电晕极框架是借助于吊杆悬吊于壳体顶部的绝缘套管上，绝缘套管要承受框架重量和高压的作用，保证与壳体有良好的绝缘性能。绝缘套管有石英、瓷、刚玉三种材质，在绝缘套管的下端，应设置一个400mm、高400450mm的防尘罩，一方面防止含尘气体直接吹入绝缘套管的内壁，以免因内壁挂灰而引起表面电击穿；另一方面，由于吊管是高压带电，而防尘罩不带电，他们之间形成电场，带点粉尘进入时也能沉积在防尘罩上。绝缘套管的上盖应留有检查孔，以便必要时用压缩空气清楚内壁的积灰。3.1.5 保温箱如果电晕极框架的支持绝缘套管周围的温度过低，则其表面会出现冷凝水汽，那么，当除尘器工作时，便容易沿绝缘套管表面产生沿面放电，使工作电压升不上去，以致无法操作。所以在绝缘套管附近需装设管状加热器。壳体采用工字梁结构，则在箱内装设恒温控制器，以便控制加热器的工作。3.2 集尘极系统3.2.1 集尘极板板式电除尘器的集尘板垂直安装，电晕电极置于相邻的两板之间。集尘极长一般为1020m、高1015m板间距0.20.4m，处理气量1000m3/s以上，效率高达99.5%的大型电除尘器含有上百对极板。集尘板的型式有C型板、Z型板等，本设计采用C型板。集尘极结构对粉尘的二次扬起，及除尘器金属消耗量 （约占总耗量的4050%）有很大影响。性能良好的集尘极应满足下述基本要求：1振打时粉尘的二次扬起少；2单位集尘面积消耗金属量低；3极板高度较大时，应有一定的刚性，不易变形；4振打时易于清灰，造价低。3.2.2 集尘板的悬挂极板通常被悬吊在固定于壳体顶梁的小梁上。其联接点有铰接和固接两种，不同的联接方法，其板面振动加速度不同。上下两端采用固接方式可活的较大的板面振动加速度。但是，上下均采用固接型式，当各条极板受热不均匀时，则会造成某些极板弯曲，影响两极间距，降低操作电压，使除尘效率降低。在实践中发现，极板两端的联接板与极板的联接容易脱开，目前采用的方法是，上部将极板直接用螺栓与悬吊梁联接，下部将极板与撞击杆相联。3.2.3 集尘极板的清灰装置集尘极板表面上的粉尘清除，靠对极板进行周期性振打，并使板面产生一定的振打加速度实现。振打周期、频率和强度与含尘气体、粉尘性质、电除尘器的结构形式等很多因素有关。应留有较大的调整余地，以便在运转过程中逐步调整确定出合适的振打制度。集尘极一般采用间歇振打，振打频率为每分钟48次，振打周期随气体含尘浓度而定。3.3 气流分布板电除尘器内气流分布对除尘效率具有较大影响，为了减少涡流，保证气流分布均匀，在进出口处应设变径管道，进口变径管内应设气流分布板。最常见的气流分布板有百叶窗式、多孔板分布格子、槽形钢式和栏杆型分布板等，而以多孔板使用最为广泛。通常采用厚度为33.5mm的钢板。孔径为3050mm，分布版层数为23层。对气流分布的具体要求是：1任何一点的流速不得超过该断面平均流速的土40%2在任何一个测定断面上，85%以上测点的流速与平均流速不得相差土25%。本设计采用多孔型气流分布板。3.4 高压供电设备高压供电设备提供粒子荷电和捕集所需要的高场强和电晕电流，为满足现场需要，供电设备操作必须十分稳定，希望工作寿命在20年之上，通常高压供电设备的输出峰值电压为70l00kV，电流为1002000mA 。为使电除尘器能在高压下操作，避免过大的火花损失，高压电源不能太大，必须分组供电。大型电除尘器常常采用6个或更多的供电机组。增加供电机组的数目，减少每个机组供电的电晕线数，能改善电除尘器性能，但是增加供电机组数和增加电场分组数，必然增加投资。因此电场分组数的确定必须考虑保证效率和减少投资两方面因素。3.5 排灰装置电除尘器的排灰装置根据灰斗的形式和卸灰方式而异。但都要求密闭性能好，工作可靠，满足排灰能力。常用的有螺旋输送机、仓式泵、回转下料器、链式输送机等。灰斗采用锥形，并且卸料采用间歇式时，可选用仓式泵排灰装置。 第四章 主体结构设计计算1.1 设计参数1处理炉气量 (4-1)式中：Q处理炉气量，m3/h。2粒子在电场中的驱进速度当煤的含硫量大于0.5%，小于2%，粉尘中Na2O含量大于0.3%，电晕线采用芒刺型电极，极间距取为300mm时，可按下式计算： (4-2)式中：S煤的含硫量，%； 平均粒度影响系数，其值按表4-1选定。表4-1 平均粒度影响系数()101520253035k10.90.9511.051.11.15 (4-3)式中：、粒度为，组成的百分比； ，粒度平均粒径，。表4-2 烟气粒度分布粒径()3355101020203030404050间隔中点粒径1.547.515253545百分比组成4.214.613.318.418.420.210.9则：根据a平均的值用内插法查表4-1取，则：1.2 电除尘器箱体横断面各部分尺寸根据所处理气体流量，需要两台电除尘器，以下只计算一台的外形尺寸，另一台尺寸与这台相同。1集尘板的面积 (4-4)式中：f比表面积，s/m； 除尘效率，%； 粉尘驱进速度，m/s。 (4-5)式中：A所需集尘极面积，m2； 考虑处理气量、温度、压力的波动，供电系统的可靠性等因素影响，参照实际情况，取储备系数，实际所需集尘极面积为： (4-6)式中：A实际所需集尘极面积，m2。实际比表面积： (4-7)式中：f实际比表面积，m2。2除尘效率验算 (4-8)满足要求。3箱体断面积的初步确定 (4-9)式中：F箱体断面积，m2；v电场风速，一般在0.41.5m/s范围内，本次设计取v=1.5m/s。4极板高度当 (4-10)当时 (4-11)式中：h极板高度，m。即当时，电除尘器要设双进风口。计算后h值应进行调整，当高度小于8m时，以0.5m为一级，大于8m时，以1m为1级。所以： (4-12)将h圆整后得h=10m。5通道数 (4-13)式中：Z通道数；2S相邻两极板中心距取2S=400mm； K集尘极板的阻流宽度，因为选用的是C型板，取K=40mm。当选用双进风口时，Z值应取偶数，则Z=42。6电场有效宽度 (4-14)式中：B有效电场有效宽度，mm。7过流断面积 (4-15)式中：F实际过流断面积，m2。8电除尘器内壁宽因为采用了双进风口，所以需要加上中间小柱的宽度e1。 (4-16)式中：B 内壁宽，mm；电除尘器最外层的一排极板中心线与其内壁的距离，；e1中间小柱的宽度，取e1=200mm。9过流断面上的外侧柱间距 (4-17)式中：LK柱间距，mm；除尘器壳体钢板的厚度，一般取5mm；e柱的宽度，过流断面积为175.92m2，查表4-3取e为600mm。表4-3 采用工字钢做电除尘器支柱的尺寸断面规格()5101520304050607012012018025025032032032032045045050060010除尘器顶梁底面至灰斗底端面上的距离 (4-18)式中：集尘板有效高度，mm； 当极板上端悬吊于顶梁的X型梁上时，=0mm； 除尘极下端至撞击杆的中心距离，按结构型式不同取=3550mm，本设计中取=40 mm； 撞击杆的中心至灰斗上端的距离，160300mm，本设计中取=200mm。11灰斗上端至支柱的基础面距离H2根据除尘器大小定，H2=8001200mm。12电晕极框架高度 (4-19)式中：电晕极框架上端与梁底面的竖直距离，mm； 电晕极框架下端与收尘极撞击杆中心线的距离，mm。 极板悬吊采用型，极间距为300mm，查表4-4得=180mm，=160mm。表4-4 极板配置尺寸极间距300400极板悬吊形式 (mm)220180330240（mm）1602201.3 箱体沿气流方向的内壁有关尺寸1电场长度 (4-20)式中：L电场长度，m；n电场数量，根据表4-5选取为4。L求出后，应按每块极板的名义宽度的倍数进行圆整。取L=8m。表4-5 电场数量n的选择4779345234232Le1、Le2、C的取值电晕极吊杆至进气箱大端面距离为：Le1=400500mm集尘器一侧距电晕极吊杆的距离为：Le2=450500mm两电极框架间吊杆间距为：3除尘器壳体内壁长度为 (4-21)式中：LH除尘器壳体内壁长度，mm； Le1取500mm；Le2取500mm；C取400mm。4柱距中间柱距： (4-22)外侧柱距： (4-23)5最外侧柱与除尘器的内壁距离 (4-24)1.4 进出气箱的形状及尺寸1水平气箱进气口尺寸进气箱大端的顶端取在顶梁底面下350 mm处，底端取在灰斗上断面上600mm处。 (4-25)式中：F0进气口的面积，m2； v0进气口处的风速，该值越小对电除尘越有利，v0取10m/s。考虑到进气箱形状尽量与电场断面形状相似，所以F0=39783315mm2。2进气箱长度 (4-26)式中：LZ进气箱长度，mm；a1、a2分别为进气箱大端FK及小端F 0处的最大边长，；进气箱大端的面积，m2。取进气箱的斜壁与水平面夹角为50。3出气箱出气箱的大端尺寸一般设计成比进气箱的大端小，即h5h4，以降低粉尘的二次飞扬。出气箱大端的顶端取在顶梁底面下350 mm处。出气箱斜壁与水平夹角为60。出气箱小端面积：出气箱大端高度： (4-27)出气箱长度： (4-28)1.5 灰斗的有关尺寸采用角锥形四棱台灰斗，每个电场下面设置一个灰斗，每台电除尘器需要设置4个灰斗，灰斗的斜壁与水平夹角等于60。1灰斗的排灰量 (4-29)式中：G0排灰量，t/h；c烟气含尘量，g/m3；粉尘回收率，锥形斗取值为0.9；n1垂直于气流方向的灰斗数，本次设计取n1=4。得出排灰量后，灰斗下料口尺寸按表4-6确定，最小不小于300300mm。表4-6 四棱台灰斗的排灰量排灰口下口宽B（mm）300300350350400400500500排灰量 (t/h)203550100由表可知，取B1=300mm。2灰斗高度 (4-30)式中：h6灰斗高度，mm；n2沿气流方向灰斗数，本次设计取n2=4；B1灰斗下口宽度，mm。1.6 气流分布板的设计1FK的确定进气箱大端高度： (4-31)根据进气箱形状与电场断面形状相似的原则，可求出进气箱宽度为7742mm。则： (4-32)2分布板层数实验结果表明：当进气箱大端面积FK与进气箱入口面积F0的比值小于6时，气流通过单层多孔板后便能获得较好的均匀度。而当比值大于6时，则需用多层多孔板，其层数至少满足：当时，层数n=1；当时，层数n=2；当时，层数n=3。则： (4-33)因为5.456，所以需要1层多孔板。3阻力系数为了保证气流速度分布均匀，尚需使多孔板有合适的阻力系数。 (4-34)式中：阻力系数；N0气流在入口处按气流动量计算的速度系数，对于直管或带有导向板的弯头，N0=1.2；对于不带导向板的缓慢弯管，当弯管后面没有平直段时，N0=1.82；n多孔板层数。4多孔板的孔隙率多孔板阻力系数与孔隙率f的关系由下式确定： (4-35)式中：f多孔板的孔隙率，根据图4-1选定。图4-1 开孔率与动力系数关系图总结在本次课程设计的过程中，针对锅炉烟气的气体性质，选用电除尘器对其进行除尘处理。电除尘器的除尘原理是是使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。基于这种除尘原理，决定了电除尘器的除尘效率会非常高，只要设计合理，可以达到非常高的除尘效率。在对电除尘器的构造以及原理有了深入了解后，经过反复调整参数对各个结构进行了设计计算，并且对电晕线型式、集尘极板型式等构件进行了选型，最终根据计算结果制得电除尘器的外形图。本次设计的电除尘器的除尘效率达到了99.2%。电除尘器有除尘效率高，设备阻力小、总的能耗低，适用范围广，可处理大风量烟气等优点；但是它也有缺点，电除尘器和其它除尘设备相比，结构复杂，耗用钢材较多，每个电场需配用一套高压电源及控制装置，因此价格较贵。但是用于处理大流量的烟气（60000m3/h以上）时，就能发挥其经济性了。所以是否选用电除尘器也要将各方面因素综合考虑后再做决定。大气污染控制这门专业课，使得我们对本专业所从事的工作及研究方向有了更具体的认识，在学期末设置的这次课程设计不但让我巩固了大气污染控制工程的知识，而且在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取，经历了无数次的讨论、修改后终于确定了最终工艺并且进行了设计计算，在这过程中，非常好的锻炼了我的独立思考能力和自学能力，增强了团队合作精神，收获颇丰。参考文献1郝吉明、马广大.大气污染控制工程.北京.高等教育出版社.2002年.2罗辉.环保设备设计与应用.北京.高等教育出版社.1997年.3柴晓利、党小庆.环境工程专业毕业设计指南.北京.化学工业出版社.2008年.4郑铭.环保设备原理、设计、应用.北京.化学工业出版社.2001年.5金国淼.除尘设备.北京.化学工业出版社.2002年.6张殿印、王纯.除尘工程设计手册.北京.化学工业出版社.2003年.7高香林.除尘技术.北京.华北电力大学.2001年.8魏先勋.环境工程设计手册.湖南.湖南科学技术出版社.2002年.9化工设备设计全书编委会.化工设备设计.上海.上海科学技术出版社.1985年.10吴忠标.实用环境工程手册.北京.化学工业出版社.2001年.11党小庆.大气污染控制工程技术与实践.北京.化学工业出版社.2009年.12何争光.大气污染控制工程及应用实例.北京.化学工业出版社.2004年.致谢为期两周的大气污染控制工程课程设计在今天圆满结束了，在这忙碌而充实的十几天中，我得到了许多人的帮助。首先，我要感谢我的指导老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把设计做得更加完善。其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计计算上的难题。最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，谢谢你们！21