大气课程设计---火力发电厂静电除尘系统设计.docx

大气污染控制工程课程设计火力发电厂静电除尘系统设计华中科技大学环境科学与工程学院二 0 一 0 年 六 月 课程设计任务书一、待除尘电厂基本情况某电厂地处东南季风区，四季分明，温暖湿润，春季温暖雨连绵，夏季炎热雨量大，秋季凉爽干燥，冬季低温，少雨雪。根据当地气象台多年气象资料统计，其特征值如下：累年平均气压： 1011.0hpa累年最高气压： 1038.9hpa累年最低气压： 986.6hpa累年平均气温： 17.6极端最高气温： 40.9极端最低气温： -9.9厂址处全年北(n)风出现频率为20.0%，西北 (nw)风 出现频率为14.7%，西(w)风出现频率13.1%，南(s)风出现频率6.0%，东北(we)风出现频率9.6%，东(e)风出现频率8.3%，东南(se)风出现频率8.0%，西南(sw)风出现频率7.2%，静风出现频率为13.1%。电厂烟气情况：烟气量 q =500,000 m3/h（工况)废气温度 tj =350-400 tc=330-370含尘浓度 c =5-10g/m3 (工况)煤挥发分a=266(烘煤时)电厂所用煤的组成成分 成分so2so3o2n2h2o组成10-120.1-0.32.7-377.6-808-9粉尘粒径分布粒径20-2515-1010-88-66-44-22-11总计平均值17.512.597531.50.5含量2.24.62.614.127.941.36.01.1100%粉尘比电阻温度21120230300比电阻cm3107910711073.8107二、除尘器设计要求 烟气量 q =500,000 m3/h（工况)出口粉尘浓度：100mg/m3(标准工况)三、设计参数1、电场风速选择2、确定所需的收尘极面积、间距3、确定电场数4、电晕线选型（给出图纸）5、收尘极板选型（给出图纸）四、课程设计任务书要求 1、电除尘器设计课程设计报告要求（一）课程设计文本结构1）课程设计任务书2）课程设计目录3）课程设计正文4）致谢5）附录6）参考文献 2、课程设计内容要求 根据三中所确定内容，给出设计参数，要求：1） 给出设计依据2） 给出设计过程3） 给出参考文献出处ii目录一、设计正文- 1 -（一）、除尘器各部分构件设计- 1 -1、设计电晕极类型- 1 -2、设计集尘极类型- 1 -3、设计集尘极及电晕线的振打方式- 1 -4、设计进气烟箱与出气烟箱- 2 -5、气流分布板和槽型板设计- 2 -6、设计壳体- 2 -7、设计灰斗- 2 -8、设计梁柱的布置形式- 3 -9、设计集尘极与电晕极的配置- 3 -10、确定电场数- 3 -（二）、主要参数设计- 3 -1、初定除尘效率- 3 -2、设计烟气量- 4 -3、设计电场风速- 4 -4、设计收尘极板的板间距- 4 -5、设计电晕线间距- 5 -6、设计粉尘的驱进速度- 5 -7、计算所需的收尘极面积- 5 -（三）、电除尘器各部分尺寸的计算- 6 -1、初定电场断面f- 6 -2、电场高度 h- 6 -3、电除尘器的通道数 n- 7 -4、电场有效宽度 b有效- 7 -5、实际电场断面f- 7 -6、进气箱进气口面积 f0- 7 -7、比集尘面积f- 8 -8、除尘效率的验算：- 8 -9、电除尘器的内壁宽度 b- 8 -10、柱间距 lk- 8 -11、内高 h1- 9 -12、单电场的长度l- 9 -13、电除尘器壳体内壁长lh- 9 -14、烟气流方向的柱距- 10 -15、进气箱长度 lz- 10 -16、气流分布板层数 n- 10 -17、气体分布板开孔率t- 10 -18、相邻两层多孔板的距离l2- 11 -19、进气管出口到达一层多孔板的距离 hp- 11 -20、保温箱- 11 -21、灰斗排灰量 g0- 12 -22、整流器额定电流i- 12 -二、致谢- 13 -三、主要参考资料- 14 -附图：电除尘器三视图一张极板与电晕线布置图一张一、 设计正文（一）、除尘器各部分构件设计1、设计电晕极类型电晕极按放电形式分为三种：1、点放电型，如rs管形芒刺线、新型管形芒刺线、角钢芒刺线、锯齿线、鱼骨针刺线等；、线放电型，如星型线、麻花形线、螺旋线等；3、面放电型，如圆电晕线等。电晕极的固定方式有垂锤式和框架式两种。第一、二电场的电晕线多选用芒刺线，第三、四电场的电晕线选用管状芒刺线或星形线，有时为便于制造，减少备件品种，也可都采用芒刺线。本次设计采用rs管状芒刺线，放电翅片厚度=1mm放电点的曲率半径取ra=0.1cm作计算电晕极线半径。优点有：起晕电压低、强度好、不易变型、对烟气的适应性强、成本低、安装方便。因此性能良好。2、设计集尘极类型卧式电除尘器的集尘极目前多采用以下几种形式：1、小c形极板；2、波纹形极板；3、cw形极板；4、鱼鳞板状极板；5、网状形极板；6、zt形极板；7、工字形极板；8、z形极板；9、大c形极板等。目前的电除尘器多采用z型或大z形极板，名义宽度为400mm或500mm。本次设计采用z型极板。优点有：防止气流直接吹到极板表面；导电性能良好，有足够的强度；板面振打均匀，粉尘二次飞扬少；重量轻，耗钢少。3、设计集尘极及电晕线的振打方式目前的振打方式主要有：顶部绕臂锤振打；中部绕臂锤振打；下部绕臂锤振打；侧部绕臂锤振打；顶部电磁锤振打等。本次试验电除尘器采用下部绕臂捶打装置，为保证正确的振打制度，均采用单边振打。电晕极的振打方式选用中部绕臂振打装置，但每个电场、每个框架两侧都装设振打装置。4、设计进气烟箱与出气烟箱电除尘器的进出气烟箱做成喇叭形，水平进气。并在进气箱下部设置灰斗，以避免由于分布板分离出的大量粉尘在进气箱底板堆积或大量流入第一电场前的振打装置。5、气流分布板和槽型板设计为使气流沿电场均匀分布，在进气箱内设置气流分布装置。分布板的形式采用多孔分布板，优点是结构简单，且有较好的均布作用,并在出气烟箱处设置槽型板装置。6、设计壳体壳体的作用是引导气体通过电场，支撑电极和振打设备，形成独立的收尘空间，它应该有足够的刚度和强度，稳定性，不能有改变电极间相对距离的变形，要求严密，漏风率在标准限度以内。壳体多采用箱形的钢结构，仅仅在处理高压烟气时才做成圆柱形。壳体的顶盖有户内式和户外式两种，规格在10m2以上的电除尘器一般均设计成户外式。因此本次设计设计成户外式箱型钢结构。7、设计灰斗壳体下部灰斗有四棱台状和棱柱状两种，根据排灰方式的不同，可采用不同的形式，四棱台状灰斗多适用于顺序定时排灰，棱柱状灰斗适用于连续排灰。本次设计采用四棱台状灰斗，并在灰斗的出灰口装设密封性良好的排灰阀。8、设计梁柱的布置形式根据集尘极在顶梁的固定形式的不同，梁柱的布置形式也不同，分为不均匀分布的立柱结构形式和均匀分布的立柱结构。为了有利于烟气加热整个顶梁，减少整个顶梁由于上下温差而产生的热应力，本次设计采用均匀分布的立柱结构。9、设计集尘极与电晕极的配置在电场设计中，集尘极与电晕极的配置通常有两种形式：一种是集尘极高度大于电晕极，而电晕极的宽度略大于集尘极这种形式，这种配置形式的电晕极多制成框架式，电晕极的振打可以设置在框架中部，有较好的清灰效果，其缺点是：除尘器的长度较大。目前电厂多采用这种形式。 另一种形式是电晕极高于集尘极，而宽度略小于集尘极，这种配置形式的电晕极多制成框架式。缺点：对于高温电除尘器（高于350），由于电晕线的伸长量大，电晕线容易弯曲影响电除尘器的正常运行。本次设计中除尘器用于电厂除尘，烟气平均温度大于350，因此采用前一种方式，即集尘极高度大于电晕极。10、确定电场数在卧式电除尘器中，为满足高效、可靠的运行要求，根据我国的具体情况，电场长度取3.5m5m为宜，电场数按旧排放标准取34个，新标准建议取46个，特别难收集的粉尘可取68个。本次设计中粉尘浓度在30g/ m3以下，相对来说不是太高，因此电场数取4个。（二）、主要参数设计1、初定除尘效率=1-c0ci (1) 式中： 初定除尘效率，%；c0出口含尘质量浓度，g/m3；ci入口含尘质量浓度，g/m3。 =1- 100 10000 =99 %2、设计烟气量考虑锅炉运行一段时间后排烟温度的提高和漏风的增加，总体设计中的烟气量q，采用锅炉热力计算书中的排烟量q工况（工况值）乘以烟温变化修正系数k1和漏风修正系数k2，q =k1 k2 q工况 (2)k1= 273+t1273+t (3)式中 t锅炉热力计算书中的排烟温度，350；t 1计算排烟温度，370；（取高于t 20）k2 取1.1。因此：q= 273+370273+3501.1500000=56,7656 m3/h，取为57,0000 m3/h。 qv 5700003600158 m3/s3、设计电场风速电场风速大小的选取，一般在0.41.5m/s范围。过高的电场风速，不仅使电场长度增大，占地面积增大，还会引起大的粉尘的二次飞扬，降低除尘效率。反之，过低的电场风速必然需要大的断面积，这样烟气沿断面的分布较难达到均匀，所以电场风速的选择要适当。本设计中将电厂风速定为0.8m/s.4、设计收尘极板的板间距电除尘器收尘极板的板间距，根据多年的设计经验，从电除尘器的各个方面考虑，若= f(2b)，则当曲线的导数为正值时（即0时），加大极间距合理，反之不合理。 b = (m+1)bb是施工误差和极板积灰产生的误差之和，可取 25mm40mm，m一般为 45 之间。所以b = 4+140=200 mm b = 5+140 =240 mm因此极板的板间距为 400mm480mm。本次设计选用的为z型极板，同极间距400mm，异极间距200mm。5、设计电晕线间距电晕线的线间距对电晕电流的大小会有一定影响，电晕线距太小，由于屏蔽作用，电流值降低，甚至为零；电晕线距太大，电流密度降低，影响除尘效率。经试验，最佳线距与电晕线的形式和外加电源有关。本次设计采用的为rs管状芒刺线，电晕线的线间距取400mm，放电点间距120mm，280mm间隔。具体配置见附图。6、设计粉尘的驱进速度除尘效率是选取驱进速度时要考虑的重要因素，一般来说，用户要求的效率越高，选取的驱进速度越小。一般情况下驱进速度的设计值是根据经验选取的。当板间距取300mm时，驱进速度取56cm/s；板间距为400mm时，驱进速度为板间距300mm时的1.11.3倍。本次设计采用的板间距为400mm，因此驱进速度取为7cm/s。7、计算所需的收尘极面积电除尘器工作时的实际条件（如烟气性质、风量、风压、温度）与设计时设定的条件可能存在差异，或者设计者选取某些数值（如驱进速度、选定的振打周期以及气体分布等）有生产实际可能有出入，所以在设计除尘器时，不需考虑一定的储备能力。 从多依奇效率公式中可知，设计时只要适当改变、a、q、 四个数之中任意一个，便可使电除尘器的工作能力有所储备。为使电除尘器具有储备能力通常有以下几种方法：一是采用提高除尘效率；二是采用增大设计烟气量；三是降低值的方法；四是采用增大收尘极面积。但是电除尘器的除尘效率绝对值已经很高，空间小；采用增大设计烟气量的方法，容易与电除尘器的漏风率混淆；采用降低值的方法也不易看出究竟有多大裕度；因此，目前多采用增大收尘极面积的方法作为除尘器的储备能力。设计时按下式计算所需收尘极面积a=-qvln(1-)k (4)式中： 驱进速度，m/s；a总除尘面积，m2 ；k储备系数，1.01.3，本次设计选1.2；qv烟气量，m3/s；除尘效率，%。所以,积尘面积为:a =-158ln(1-0.99)0.071.212500 m2 （三）、电除尘器各部分尺寸的计算当电除尘器的主要参数和结构形式确定后，其各部尺寸便可通过下列计算方法求得：1、初定电场断面 f f =qvv (5)式中：f初定电场断面积，m2；v 电场风速，m/s。 f =1580.8=198 m2 2、电场高度 h当 f80m2 hf (6)当 f80m2 hf2 (7)式中： h电场高度，m。所以： h =198/2 =9.95m（取为10 m）3、电除尘器的通道数 nn = f / 2bh (8)式中： 2b相邻两极板中心距，m。 n=1980.410=49.5 选用单进风口,n取整为50。4、电场有效宽度 b有效 b有效=2bn (9) b有效=0.450=20 m 5、实际电场断面f f=hb有效 （10） f=1020 = 200 m2 大于初定电场断面,此值可取。6、进气箱进气口面积 f0进气箱的进气方式有上进气和水平进气两种。本次设计采用水平引入式进气箱，进气箱的进气尺寸按下式计算： f0=qvv0 (11)式中: f0进气口面积，m2；v0进气口处的流速，m/s，在电场的电除尘器设计中，进气风速可取 8m/s左右。 f0=1588=19.8 m2 设计高度为3.3m，宽度为6m。7、比集尘面积f f=a实际/qv (12) f= 12500158= 79 s/m 8、除尘效率的验算： =1-e-f100% =1-e-790.07100%=99.6%大于所需除尘效率99%，设计满足要求。9、电除尘器的内壁宽度 b单进风： b= 2ns+2 (13)双进风： b =2ns+2+ e1 (14)式中: 最外层的一排极板中心线与内壁的距离，此值可以根据除尘器的大小在50100mm间选取,本次设计 取80 mm；ns除尘器内部两极间的距离，mm。因为采用的是单进风,所以: b=40050+280 =20160 mm=20.16 m 10、柱间距 lk电除尘器在与气流流动方向垂直断面上的外侧柱间距 lk 按下式计算 lk=( b + e )/m (15)式中： e = 400mm，m = 2 lk=(20160 + 400)/2 = 10280 mm=10.28 m11、内高 h1从除尘器顶梁底面至灰斗上端面的距离 h1h1=h+h1+h2+h3 (16)式中： h除尘极板有效高度，m；h1当极板上端悬吊于顶梁的x型梁上时，h1 =0；当极板悬吊于顶梁下面的悬挂装置时h1=80mm300mm，本次设计取160mm；h2除尘极下端至撞击杆的中心距离，按结构型式取h2=35mm50mm；本次设计取40mm；h3撞击杆中心至灰斗上端的距离，取h3 =160mm300mm，本次设计取200mm。 h1=10+0.16+0.04+0.2 =10.4 m 12、单电场的长度ll=a2nnh (17)式中： n电场数量。l=12500250410=3.12 m13、电除尘器壳体内壁长lh lh=n(l + 2le2 + c) + 2le1c (18)式中: le1电除尘器内壁顶端到电晕线框架的距离，400500mm,本次设计取450mm；le2电晕线框架到极板的距离，450500mm,本次设计取450mm；c 两电场间框架间距，380440mm，本次设计取400mm。lh =4（3.12+20.45+0.4）+20.45-0.4 =18.12m14、烟气流方向的柱距中间柱距 la1= l+2 le2+c (19)外侧柱距 la2=l+2le2+ c/ 2 (20)最外侧柱与除尘器内壁距离 x1=le1 (21) la1=3.12+20.45+0.4=4.42 m la2=3.12+20.45+0.4/2=4.22 m x1=450 mm 15、进气箱长度 lz lz=0.55 (a1 -a2) + 0.25 (22)式中: a1，a2是 fk 及 f0 处最小边长，m；fk 进气箱大端的面积，m2。 lz=0.55(10-3.3)+0.25 = 4.48 m16、气流分布板层数 n当 6f有效f020 n=2 (23) 当20f有效f050 n=3 (24) 62002020, 所以n=217、气体分布板开孔率t多孔板阻力系数 与它的开孔率t 间的关系由下式确定： = 0.7071-t+1-t2/t2 (25) =n0fkf02n-1 (26) 式中： 阻力系数；n0气流在入口处按气流动量计算的速度场系数，对于直管 n0=1.2 ；n多孔板层数。 =1.22002022-1=11 将代入式（26）得： t=40%18、相邻两层多孔板的距离l2l2 0.2dk (27) dk=fk nk (28)式中： dkfk 断面上的水力半径，n kfk 断面上的周长，m。 dk=20060=3.3 m l2 0.23.3=0.66 m取l2为1.2m。19、进气管出口到达一层多孔板的距离 hph p 0.8d0 (29) d0=f0 n0 (30)式中： d0进气管的水力半径。 d0=19.818.6=1.06 m hp 0.81.06=0.85m 取hp为1.5m。20、保温箱a0=(0.81.2)b (31)h0 =(22.5)b (32)b0=(1.11.2)b (33)式中： a0绝缘棒中心到套管外臂的距离，mm；h0绝缘棒套管顶端到保温箱顶端距离，mm；b0加热管中心到套管边缘的距离，mm。 a0=1200=200 mm h0