大氣污染控制工程課程設計電廠鍋爐電除塵器

1、學校代碼： 10128學 號：201220303035大氣污染控制工程課程設計說明書題 目： 電除塵的設計學生姓名： 賈祥瑞學 院： 能源與動力工程學院系 別： 環(huán)境科學與工程系專 業(yè)： 環(huán)境工程班 級： 2012-1指導教師： 二一五年七月三日摘要本次課程設計題目是針對電廠鍋爐煙氣的含塵量以及其他氣體性質(zhì)設計出一個尺寸合理、性能穩(wěn)定、經(jīng)濟的電除塵器。電除塵器是含塵氣體在通過高壓電場進行電離的過程中，使塵粒荷電，并在電場力的作用下使塵粒沉積在集塵極上，將塵粒從含塵氣體中分離出來的一種除塵設備。由于作用在粒子上的靜電力相對較大，所以即使對亞微米級的粒子也能有效的捕集。在對電除塵器的構造以及原理有

2、了深入了解后，經(jīng)過反復調(diào)整參數(shù)對各個結構進行了設計計算，并且對電暈線型式、集塵極板型式等構件進行了選型，最終根據(jù)計算結果制得電除塵器的外形圖。關鍵詞：電除塵器；鍋爐煙氣；大氣污染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 volta

3、ge 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

4、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 o

5、ther components，according to final results obtained ESP outlineKeywords：Electrical precipitator；Boiler flue gas；Atmospheric pollution目錄第一章 設計概述11.1 設計原則及相關標準11.1.1 設計原則11.1.2 除塵設計的相關標準11.2 設計內(nèi)容及要求11.2.1 設計內(nèi)容11.2.2 設計要求11.3 設計原始數(shù)據(jù)11.3.1 煙氣氣體性質(zhì)21.3.2 其他參數(shù)2第二章 電除塵器介紹32.1 電除塵器的工作原理32.2 電除塵器的結構及類型32.2.1

6、電除塵器的結構32.2.2 電除塵器的類型3第三章 主要設備說明53.1 電暈極系統(tǒng)53.1.1 電暈線53.1.2 電暈線的固定53.1.3 電暈極的振打裝置53.1.4 絕緣套管53.1.5 保溫箱63.2 集塵極系統(tǒng)63.2.1 集塵極板63.2.2 集塵板的懸掛63.2.3 集塵極板的清灰裝置73.3 氣流分布板73.4 高壓供電設備73.5 排灰裝置8第四章 主體結構設計計算91.1 設計參數(shù)91.2 電除塵器箱體橫斷面各部分尺寸101.3 箱體沿氣流方向的內(nèi)壁有關尺寸131.4 進出氣箱的形狀及尺寸151.5 灰斗的有關尺寸161.6 氣流分布板的設計17總結19參考文獻20致謝2

7、1第一章 設計概述1.1 設計原則及相關標準1.1.1 設計原則1嚴格執(zhí)行國家有關環(huán)境保護的各項規(guī)定，確保排出氣體指標達到國家及地方有關污染物排放標準；2工藝成熟、簡單明了，節(jié)省投資費用；3運行費用低，經(jīng)濟性好；4操作管理方便，自動化程度高；5避免二次污染，滿足安全要求；6節(jié)約占地面積，流程組合和平面布置的設計，充分考慮節(jié)約用地。1.1.2 除塵設計的相關標準1. 環(huán)境空氣質(zhì)量標準(GB3095-1996)；2. 大氣污染綜合排放標準(GB16297-1996)；3. 鍋爐大氣污染物排放標準(GBWPB3-1999)；4. 火電廠大氣污染物排放標準(GB13223-1996)。1.2 設計內(nèi)容

8、及要求1.2.1 設計內(nèi)容本次設計要求設計電除塵器用來處理一發(fā)電量300MW機組發(fā)電廠的鍋爐煙氣，并且所設計的電除塵器達到的除塵效率不得低于99%。 設計要求1設計說明書一份。其中要對所設計的電除塵器的工藝尺寸進行設計計算。2設計圖紙：除塵器外形圖、進出氣箱幾何尺寸圖各一張，共2張。1.3 設計原始數(shù)據(jù)1.3.1 煙氣氣體性質(zhì)鍋爐排出的煙氣量：190×104m3/h；煙氣溫度、壓強：140、2000Pa(當?shù)卮髿鈮?.76×104Pa)；煙氣含塵濃度：23g/m3；粉塵的比電阻：2×108·cm。1.3.2 其他參數(shù)其原煤含硫量為0.65%，煤灰中Na2

9、O為0.37%，煙氣的粒度分布如下表所示：表1-1 煙氣粒度分布粒徑(µm)<3355101020203030404050百分比組成4.214.613.318.418.420.210.9 第二章 電除塵器介紹2.1 電除塵器的工作原理電除塵器是含塵氣體在通過高壓電場進行電力的過程中，使塵粒荷電，并在電場力的作用下式塵粒沉積在集塵板上，將塵粒從含塵氣體中分離出來的一種除塵設備。電除塵器的除塵過程可分為三個階段：懸浮粒子荷電，帶電粒子在電場內(nèi)遷移和捕集，將捕集物從集塵表面清除。1.粒子荷電高壓直流電暈是使粒子荷電的最有效辦法，廣泛應用于靜電除塵過程。電暈過程發(fā)生于活化的高壓電極和接

10、地極之間，電極之間的空間內(nèi)形成高濃度的氣體離子，含塵氣流通過這個空間時，塵粒在百分之幾秒的時間內(nèi)因碰撞俘獲氣體離子而導致荷電。粒子獲得的電荷隨粒子大小而異。一般來說，直徑1µm的粒子大約獲得30000個電子的能量。2.粒子的捕集荷電粒子的捕集是使其通過延續(xù)的電暈電場或光滑的不放電的電極之間的純凈電場而實現(xiàn)的。前者稱單區(qū)電除塵器，后者因粒子荷電和捕集是在不同區(qū)域完成的，稱為雙區(qū)電除塵器。3.清灰電暈極和集塵極上都會有粉塵沉積，粉塵層厚度為幾毫米，甚至幾厘米。粉塵沉積在電暈極上會影響電暈電流的大小和均勻性。保持電暈極表面清潔的一般方法是對電極采取振打清灰的方式，使電暈極上的粉塵很快被振打

11、干凈。2.2 電除塵器的結構及類型2.2.1 電除塵器的結構電除塵器的結構主要包括：電暈極系統(tǒng)、集塵極系統(tǒng)、氣流分布裝置、殼體結構以及排灰裝置等。2.2.2 電除塵器的類型1按氣流方向分為立式和臥式立式電除塵器中的氣體在電除塵器內(nèi)，從下往上垂直流動。它占地面積小，但高度較大，維護和檢修不方便，氣體分布不易均勻，對捕集粒徑細的粉塵容易產(chǎn)生再飛揚。臥式電除塵器中的氣體在電除塵器內(nèi)沿水平方向流動，可按生產(chǎn)需要適當增加或減少電場數(shù)目。其特點是可實現(xiàn)分電場供電，避免各電場間相互干擾，以利于提高除塵效率；便于分別回收不同成分、不同粒徑的粉塵，達到分類富集的作用；容易做到氣體沿電場斷面均勻分布；由于粉塵下落

12、方向與氣體運動方向垂直，粉塵二次飛揚比立式電除塵器少； 本次設計采用臥式電除塵器。2按清灰方式分為干式和濕式干式除塵器收下來的粉塵呈干燥狀態(tài)。通常采用機械振打或電磁振動產(chǎn)生的振動力清灰，現(xiàn)代的電除塵器大都采用電磁振打或錘式振打清灰。濕式電除塵器收下來的粉塵為泥漿狀。一般采用水沖洗集塵極板，使極板表面經(jīng)常保持一層水膜，粉塵降落在水膜上時，隨水膜流下，從而達到清灰的目的。本次設計采用干式清灰。3按電極在除塵器內(nèi)的布置形式分為單區(qū)和雙區(qū)單區(qū)電除塵器的集塵級和電暈極裝在同一區(qū)域內(nèi)，顆粒荷電和捕集在同一區(qū)域內(nèi)完成。雙區(qū)電除塵器集塵極和電暈極分別裝在兩個不同區(qū)域內(nèi)，前區(qū)安裝電暈極稱電暈區(qū)，粉塵粒子在前區(qū)荷

13、電；后區(qū)安裝集塵極稱為集塵區(qū)，荷電粉塵粒子在集塵區(qū)被捕集。雙區(qū)電除塵器主要用在通風空氣的凈化和某些輕工業(yè)部門。本次設計采用單區(qū)的布置形式。4按集塵極的結構形式分為管式和板式管式電除塵器用于氣體流量小、含霧滴氣體或需要用水洗刷電極的場合。板式電除塵器為工業(yè)上應用的主要形式，氣體處理量一般為2530m3/s以上。本次設計采用板式的結構形式。 第三章 主要設備說明3.1 電暈極系統(tǒng)3.1.1 電暈線電暈線形式很多，目前常用的有直徑3mm左右的圓形線、星形線及鋸齒線、芒刺線等。電暈線固定方式有兩種：一種為重錘懸吊式；另一種為管框繃線式。設計電暈線的一般要求是：1放電性能好、起暈電壓低、擊穿電壓高，對煙

14、氣條件變化適應性強；2放電強度強，電暈電流大；3機械強度高，不斷線或少斷線，耐腐蝕、耐高溫，重量輕、成本低；4能維持準確的極距及易清灰等。本次設計采用芒刺線。3.1.2 電暈線的固定電暈線的固定方式通常有三種：重錘懸吊式、框架式、桅桿式。電暈線與框架橫桿的連接固定牢固，不能晃動，否則在這些點上容易產(chǎn)生局部火花和電弧，形成電腐蝕，使電暈線很快燒損，造成斷線。這是電暈極常見故障之一，應予以特別注意。3.1.3 電暈極的振打裝置為了避免電暈閉塞，需設置電暈極的振打裝置。電暈極振打裝置的形式有水平轉(zhuǎn)軸撓臂錘擊裝置、擺線針傳動機構、凸輪提升振打機構。其中使用較多的是水平轉(zhuǎn)軸撓臂錘擊裝置和提升振打裝置。3

15、.1.4 絕緣套管電暈極框架是借助于吊桿懸吊于殼體頂部的絕緣套管上，絕緣套管要承受框架重量和高壓的作用，保證與殼體有良好的絕緣性能。絕緣套管有石英、瓷、剛玉三種材質(zhì)，在絕緣套管的下端，應設置一個400mm、高400450mm的防塵罩，一方面防止含塵氣體直接吹入絕緣套管的內(nèi)壁，以免因內(nèi)壁掛灰而引起表面電擊穿；另一方面，由于吊管是高壓帶電，而防塵罩不帶電，他們之間形成電場，帶點粉塵進入時也能沉積在防塵罩上。絕緣套管的上蓋應留有檢查孔，以便必要時用壓縮空氣清楚內(nèi)壁的積灰。3.1.5 保溫箱如果電暈極框架的支持絕緣套管周圍的溫度過低，則其表面會出現(xiàn)冷凝水汽，那么，當除塵器工作時，便容易沿絕緣套管表面產(chǎn)

16、生沿面放電，使工作電壓升不上去，以致無法操作。所以在絕緣套管附近需裝設管狀加熱器。殼體采用工字梁結構，則在箱內(nèi)裝設恒溫控制器，以便控制加熱器的工作。3.2 集塵極系統(tǒng) 集塵極板板式電除塵器的集塵板垂直安裝，電暈電極置于相鄰的兩板之間。集塵極長一般為1020m、高1015m板間距0.20.4m，處理氣量1000m3/s以上，效率高達99.5%的大型電除塵器含有上百對極板。集塵板的型式有C型板、Z型板等，本設計采用C型板。集塵極結構對粉塵的二次揚起，及除塵器金屬消耗量 （約占總耗量的4050%）有很大影響。性能良好的集塵極應滿足下述基本要求：1振打時粉塵的二次揚起少；2單位集塵面積消耗金屬量低；3

17、極板高度較大時，應有一定的剛性，不易變形；4振打時易于清灰，造價低。3.2.2 集塵板的懸掛極板通常被懸吊在固定于殼體頂梁的小梁上。其聯(lián)接點有鉸接和固接兩種，不同的聯(lián)接方法，其板面振動加速度不同。上下兩端采用固接方式可活的較大的板面振動加速度。但是，上下均采用固接型式，當各條極板受熱不均勻時，則會造成某些極板彎曲，影響兩極間距，降低操作電壓，使除塵效率降低。在實踐中發(fā)現(xiàn)，極板兩端的聯(lián)接板與極板的聯(lián)接容易脫開，目前采用的方法是，上部將極板直接用螺栓與懸吊梁聯(lián)接，下部將極板與撞擊桿相聯(lián)。 集塵極板的清灰裝置集塵極板表面上的粉塵清除，靠對極板進行周期性振打，并使板面產(chǎn)生一定的振打加速度實現(xiàn)。振打周期

18、、頻率和強度與含塵氣體、粉塵性質(zhì)、電除塵器的結構形式等很多因素有關。應留有較大的調(diào)整余地，以便在運轉(zhuǎn)過程中逐步調(diào)整確定出合適的振打制度。集塵極一般采用間歇振打，振打頻率為每分鐘48次，振打周期隨氣體含塵濃度而定。3.3 氣流分布板電除塵器內(nèi)氣流分布對除塵效率具有較大影響，為了減少渦流，保證氣流分布均勻，在進出口處應設變徑管道，進口變徑管內(nèi)應設氣流分布板。最常見的氣流分布板有百葉窗式、多孔板分布格子、槽形鋼式和欄桿型分布板等，而以多孔板使用最為廣泛。通常采用厚度為33.5mm的鋼板?？讖綖?050mm，分布版層數(shù)為23層。對氣流分布的具體要求是：1任何一點的流速不得超過該斷面平均流速的土40%2

19、在任何一個測定斷面上，85%以上測點的流速與平均流速不得相差土25%。本設計采用多孔型氣流分布板。3.4 高壓供電設備高壓供電設備提供粒子荷電和捕集所需要的高場強和電暈電流，為滿足現(xiàn)場需要，供電設備操作必須十分穩(wěn)定，希望工作壽命在20年之上，通常高壓供電設備的輸出峰值電壓為70l00kV，電流為1002000mA 。為使電除塵器能在高壓下操作，避免過大的火花損失，高壓電源不能太大，必須分組供電。大型電除塵器常常采用6個或更多的供電機組。增加供電機組的數(shù)目，減少每個機組供電的電暈線數(shù)，能改善電除塵器性能，但是增加供電機組數(shù)和增加電場分組數(shù)，必然增加投資。因此電場分組數(shù)的確定必須考慮保證效率和減少

20、投資兩方面因素。3.5 排灰裝置電除塵器的排灰裝置根據(jù)灰斗的形式和卸灰方式而異。但都要求密閉性能好，工作可靠，滿足排灰能力。常用的有螺旋輸送機、倉式泵、回轉(zhuǎn)下料器、鏈式輸送機等?；叶凡捎缅F形，并且卸料采用間歇式時，可選用倉式泵排灰裝置。 第四章 主體結構設計計算1.1 設計參數(shù)1處理爐氣量 (4-1)式中：Q處理爐氣量，m3/h。2粒子在電場中的驅(qū)進速度當煤的含硫量大于0.5%，小于2%，粉塵中Na2O含量大于0.3%，電暈線采用芒刺型電極，極間距取為300mm時，可按下式計算： (4-2)式中：S煤的含硫量，%； 平均粒度影響系數(shù)，其值按表4-1選定。表4-1 平均粒度影響系數(shù)()10152

21、0253035k10.90.9511.051.11.15 (4-3)式中：、粒度為，組成的百分比； ，粒度平均粒徑，。表4-2 煙氣粒度分布粒徑()<3355101020203030404050間隔中點粒徑1.547.515253545百分比組成4.214.613.318.418.420.210.9則：根據(jù)a平均的值用內(nèi)插法查表4-1取，則：1.2 電除塵器箱體橫斷面各部分尺寸根據(jù)所處理氣體流量，需要兩臺電除塵器，以下只計算一臺的外形尺寸，另一臺尺寸與這臺相同。1集塵板的面積 (4-4)式中：f比表面積，s/m； 除塵效率，%； 粉塵驅(qū)進速度，m/s。 (4-5)式中：A所需集塵極面積，

22、m2； 考慮處理氣量、溫度、壓力的波動，供電系統(tǒng)的可靠性等因素影響，參照實際情況，取儲備系數(shù)，實際所需集塵極面積為： (4-6)式中：A實際所需集塵極面積，m2。實際比表面積： (4-7)式中：f實際比表面積，m2。2除塵效率驗算 (4-8)滿足要求。3箱體斷面積的初步確定 (4-9)式中：F箱體斷面積，m2；v電場風速，一般在0.41.5m/s范圍內(nèi)，本次設計取v=1.5m/s。4極板高度當 (4-10)當時 (4-11)式中：h極板高度，m。即當時，電除塵器要設雙進風口。計算后h值應進行調(diào)整，當高度小于8m時，以0.5m為一級，大于8m時，以1m為1級。所以： (4-12)將h圓整后得h=

23、10m。5通道數(shù) (4-13)式中：Z通道數(shù)；2S相鄰兩極板中心距取2S=400mm； K集塵極板的阻流寬度，因為選用的是C型板，取K=40mm。當選用雙進風口時，Z值應取偶數(shù)，則Z=42。6電場有效寬度 (4-14)式中：B有效電場有效寬度，mm。7過流斷面積 (4-15)式中：F實際過流斷面積，m2。8電除塵器內(nèi)壁寬因為采用了雙進風口，所以需要加上中間小柱的寬度e1。 (4-16)式中：B 內(nèi)壁寬，mm；電除塵器最外層的一排極板中心線與其內(nèi)壁的距離，；e1中間小柱的寬度，取e1=200mm。9過流斷面上的外側柱間距 (4-17)式中：LK柱間距，mm；除塵器殼體鋼板的厚度，一般取5mm；e

24、柱的寬度，過流斷面積為175.92m2，查表4-3取e為600mm。表4-3 采用工字鋼做電除塵器支柱的尺寸斷面規(guī)格()5101520304050607012012018025025032032032032045045050060010除塵器頂梁底面至灰斗底端面上的距離 (4-18)式中：集塵板有效高度，mm； 當極板上端懸吊于頂梁的X型梁上時，=0mm； 除塵極下端至撞擊桿的中心距離，按結構型式不同取=3550mm，本設計中取=40 mm； 撞擊桿的中心至灰斗上端的距離，160300mm，本設計中取=200mm。11灰斗上端至支柱的基礎面距離H2根據(jù)除塵器大小定，H2=8001200mm。1

25、2電暈極框架高度 (4-19)式中：電暈極框架上端與梁底面的豎直距離，mm； 電暈極框架下端與收塵極撞擊桿中心線的距離，mm。 極板懸吊采用型，極間距為300mm，查表4-4得=180mm，=160mm。表4-4 極板配置尺寸極間距300400極板懸吊形式 (mm)220180330240（mm）1602201.3 箱體沿氣流方向的內(nèi)壁有關尺寸1電場長度 (4-20)式中：L電場長度，m；n電場數(shù)量，根據(jù)表4-5選取為4。L求出后，應按每塊極板的名義寬度的倍數(shù)進行圓整。取L=8m。表4-5 電場數(shù)量n的選擇<3.64>47>79345234232Le1、Le2、C的取值電暈極

26、吊桿至進氣箱大端面距離為：Le1=400500mm集塵器一側距電暈極吊桿的距離為：Le2=450500mm兩電極框架間吊桿間距為：3除塵器殼體內(nèi)壁長度為 (4-21)式中：LH除塵器殼體內(nèi)壁長度，mm； Le1取500mm；Le2取500mm；C取400mm。4柱距中間柱距： (4-22)外側柱距： (4-23)5最外側柱與除塵器的內(nèi)壁距離 (4-24)1.4 進出氣箱的形狀及尺寸1水平氣箱進氣口尺寸進氣箱大端的頂端取在頂梁底面下350 mm處，底端取在灰斗上斷面上600mm處。 (4-25)式中：F0進氣口的面積，m2； v0進氣口處的風速，該值越小對電除塵越有利，v0取10m/s?？紤]到進

27、氣箱形狀盡量與電場斷面形狀相似，所以F0=3978×3315mm2。2進氣箱長度 (4-26)式中：LZ進氣箱長度，mm；a1、a2分別為進氣箱大端FK及小端F 0處的最大邊長，；進氣箱大端的面積，m2。取進氣箱的斜壁與水平面夾角為50°。3出氣箱出氣箱的大端尺寸一般設計成比進氣箱的大端小，即h5<h4，以降低粉塵的二次飛揚。出氣箱大端的頂端取在頂梁底面下350 mm處。出氣箱斜壁與水平夾角為60°。出氣箱小端面積：出氣箱大端高度： (4-27)出氣箱長度： (4-28)1.5 灰斗的有關尺寸采用角錐形四棱臺灰斗，每個電場下面設置一個灰斗，每臺電除塵器需要設

28、置4個灰斗，灰斗的斜壁與水平夾角等于60°。1灰斗的排灰量 (4-29)式中：G0排灰量，t/h；c煙氣含塵量，g/m3；粉塵回收率，錐形斗取值為0.9；n1垂直于氣流方向的灰斗數(shù)，本次設計取n1=4。得出排灰量后，灰斗下料口尺寸按表4-6確定，最小不小于300×300mm。表4-6 四棱臺灰斗的排灰量排灰口下口寬B（mm）300×300350×350400×400500×500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沿氣流方向灰斗數(shù)，本次設計取n2=4；

29、B1灰斗下口寬度，mm。1.6 氣流分布板的設計1FK的確定進氣箱大端高度： (4-31)根據(jù)進氣箱形狀與電場斷面形狀相似的原則，可求出進氣箱寬度為7742mm。則： (4-32)2分布板層數(shù)實驗結果表明：當進氣箱大端面積FK與進氣箱入口面積F0的比值小于6時，氣流通過單層多孔板后便能獲得較好的均勻度。而當比值大于6時，則需用多層多孔板，其層數(shù)至少滿足：當時，層數(shù)n=1；當時，層數(shù)n=2；當時，層數(shù)n=3。則： (4-33)因為5.45<6，所以需要1層多孔板。3阻力系數(shù)為了保證氣流速度分布均勻，尚需使多孔板有合適的阻力系數(shù)。 (4-34)式中：阻力系數(shù)；N0氣流在入口處按氣流動量計算的

30、速度系數(shù)，對于直管或帶有導向板的彎頭，N0=1.2；對于不帶導向板的緩慢彎管，當彎管后面沒有平直段時，N0=1.82；n多孔板層數(shù)。4多孔板的孔隙率多孔板阻力系數(shù)與孔隙率f的關系由下式確定： (4-35)式中：f多孔板的孔隙率，根據(jù)圖4-1選定。圖4-1 開孔率與動力系數(shù)關系圖總結在本次課程設計的過程中，針對鍋爐煙氣的氣體性質(zhì)，選用電除塵器對其進行除塵處理。電除塵器的除塵原理是是使含塵氣體在通過高壓電場進行電離的過程中，使塵粒荷電，并在電場力的作用下使塵粒沉積在集塵極上，將塵粒從含塵氣體中分離出來?；谶@種除塵原理，決定了電除塵器的除塵效率會非常高，只要設計合理，可以達到非常高的除塵效率。在對電除塵器的構造以及原理有了深入了解后，經(jīng)過反復調(diào)整參數(shù)對各個結構進行了設計計算，并且對電暈線型式、集塵極板型式等構件進行了選型，最終根據(jù)