大气污染控制工程课程设计——锅炉烟气静电除尘器的设计

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 院 (系、 部、中心 专 业班 级 1 班 学 生 姓 名 学 号 指 导 教 师 1 目 录 烟气除尘系统设计任务书 . 2 一、课程设计的目的 . 2 二、 设计原始资料 . 2 三、 设计内容 . 3 静电除尘器设计计算 . 4 一、燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算 . 4 1. 标准状态下理论空气量 . 4 2. 标准状态下理论烟气量 . 4 3. 标准状态下实际烟气量 . 5 4. 烟气含尘浓度 . 5 5. 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 . 5 二板式电除尘器的设计计算 . 6 1. 电除尘器简介 . 6 2. 电除尘器的选型 . 7 3. 电除尘器总体尺寸的确定 . 9 4. 电除尘器零部件的设计和计算 . 11 5. 供电系统的设计 . 15 6. 壳体 . 15 三、 电除尘器的保温和防腐 . 15 1. 电除尘器的保温 . 15 2. 电除尘器的防腐 . 15 3. 确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置 . 16 四、 烟囱的设计 . 17 1. 烟囱高度的确定 . 17 2. 烟气直径的计算 . 17 3. 烟囱的抽力 . 18 五、系统阻力的计算 . 18 1. 摩擦压力损失 . 18 2. 局部压力损失 . 19 六、 风机和电动机选择及计算 . 22 1. 标准状态下风机风量的计算 . 22 2. 风机风压计算 . 22 3. 电动机功率计算 . 23 七、系统中烟气温度的变化 . 23 1. 烟气在管道中的温度降 . 23 2. 烟气在烟囱中的温度降 . 24 主要参考书目 . 24 2 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： 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。 3 12000218048662040 3000 3660 6660 66606006002040 378028803780 2880 3780 2880 28002880图 1. 锅炉房平面布置图 6 . 5 02 . 3 9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。 4 （ 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 )/)(7.07.056.58 6 7.1(76.4 3 kgmOSHCQ YYYYa 式中 含的质量分数。分别为煤中各元素所、 YYYY OSHC )/(35.7)06.07.0015.07.0065.056.565.0867.1(76.4 3 kgmQ a 2. 标准状态下理论烟气量（空气含湿量 12.93g/m3） )/(8.079.0016.024.12.11)375.0(867.1 3 kgmNQQWHSCQ YaaYYYYs 式中 ;/3 kgmQa 量，标准状态下理论空气数；煤中水分所占质量分YW 分数。元素在煤中所占的质量 NN Y 5 )/(93.701.08.035.779.035.7016.004.024.1065.02.11)015.0375.065.0(867.13kgmQ s3. 标准状态下实际烟气量 )/()1(016.1 3 kgmQaQQ ass 式中 空气过量系数，取 1.4； kgmQ s /3 量，标准状态下理论烟气 kgmQ a /3 量，标准状态下理论空气 标准状态下烟气流量 Q 以 m3/h 计，因此， 设计耗煤量sQQ)/(92.1035.7)14.1(016.193.7 3 kgmQ s )/(6 5 5 260092.10 3 hmQQ s 设计耗煤量 4. 烟气含尘浓度 )/( 3mkgQ AdCsYsh 式中 可燃成分的质量分数排烟中飞灰占煤中不shd量煤中不可燃成分的含YA kgmQ 3s 标准状态下烟气量，)/(1064.292.10 16.018.0 33 mmgC 5. 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 )/(102 362 mmgQSCsYSO 式中 分数；煤中含可燃硫的质量YS 6 。的实际烟气量，标准状态下燃煤产生 kgmQ s /3 )/(1075.21092.10 015.02 3362 mmgC SO 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 0.1 m 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 7 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 311 m 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 F （初定） 283.129.03 60 0 41 03 9 2 mQF （ 5）除尘效率 标准状态下烟气的含尘浓 30 3 7 9.48.086.97 3 2 5.1 0 12 7 3 1 6 02 7 364.2 mgp pTTccNN 所以 %3.9937.403.037.400 c cc e（ 6）有效驱进速度的确定 QAe 1 式中 ；电除尘器的除尘效率， % ；电除尘器收沉积面积， 2mA ;3 smQ 烟气量， 。有效驱进速度， sm 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 8 时，同极距为 400mm 时，有效驱进速度可由下式计算。 kS 625.03.14.7 式中 ；媒的含硫量， %S 下表确定平均粒度影响系数，按k a 平均 10 15 20 25 30 35 k 0.90 0.95 1 1.05 1.10 1.15 1002211 nn aaaa 平均式中 组成的百分比；粒度为 , 2121 aa 粒度的平均值。21 , aa 则该电厂的平均a为 )(16100 581242355.8255.2215265.7154185.1 ma 平均 由表查得 k=0.96，当 时%5.1S ，得 scm9.1196.05.13.14.7 625.0 （ 7）收尘极面积（ A）由意希公式有 )(481)993.01 1l n (119.03600 41 0 3 2 9)1 1l n ( 2mwQA 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。 )(506%)51( 2mAA （ 8）比集尘面积（ f） )(8.433 6 0 0/41 0 3 9 2 506 2mQAf （ 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3.55.4m，对要求净化效率高的电除尘器，一般选择 34 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） 9 )(5.22 83.122 2mFh 取 h=3m （ 11）同极距（ 2s）的确定 一般电除尘器的极间距为 250300mm。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 )2( ksh FZ 计算， k 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， k 为 0.02m。 故 mmksh FZ 3.11)02.04.0(3 83.12)2( 取 mmZ 12 电场断面（ F） 有式 268.13)02.04.0(312)2( mksZhF 则实际风速 )/(84.068.13 3600/410392 smFQ （ 14）每电场有效长度（ l ） )(76.141232 5 062 mh Z nAl 根据所选的阳极板来看，板宽 480mm,根据上式计算的 l ，每电场长度方向需要的阳极板数为 67.348017604801 ln故需要的板的板数为 4 块，则电场有效长度为 mml 19204480 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 mmksZB 4 5 602.04.012)2( 有效b.电除尘器为双室，内壁宽为 esZB 42 式中 ；线与内壁间的距离，取最外层的一排极板中心 mm100 10 。中间柱子宽度，柱宽取 mme 300 则 mmB 5 5 0 0300100412400 c.柱间距kLeBL k 12 式中 ；，一般取收尘器壳体钢板的厚度 mm51 。柱的宽度，取 mme 300 则 mmLk 5 8 1 0300525 5 0 0 （ 2）高度方向的尺寸HLHhhHhBhK21123a.从收尘器顶梁底面到灰斗上端面的距离 3211 hhhhH 式中 电场高度；h ；极板上断面的距离，取从收尘器顶梁底面到阳 mmh 2 0 01 ；心的距离，取收尘器下端至撞击杆中 mmh 4002 。的距离，取撞击杆中心到灰斗上端 mmh 2 0 03 11 由电除尘器横断面图知， )(3 4 4 0200402003 0 0 01 mmH b.灰斗上端到支柱基础面距离（ 2H ） 根据电除尘器的大小，可取 mmH 3502 （ 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 mmle 4001 ， mmle 4702 ， mmC 380 mmnlCnnllL eeH13380192043803470424002)1(22 21 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 )(305023804702192022 2 mmcllL ed 首尾的边柱与壁的距离为 )(77523050219204702400222 21 mmLlllX dee 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 sm80 ，则进气箱进气口的面积为（两个进风口） 2007.0823 6 0 0 41 0 3 9 223 6 0 0 mQF 考虑到进气口尽可能与电厂断面相似，可取 20 3 6 01 9 5 0 mmF 进气箱长度 LZ,按 2 5 056.055.0 21 aaL Z 确定。 式中 处最大边长；和KFFaa 021 ,进气箱大端面积。KF 故 12 mmL Z 1 4 2 22503606003503 4 4 055.0 进气中心高度（从进气中心至侧部底梁下端面） H4 为 mmtgLH Z 32053605.0850600501004 （ 2）出气箱 出气箱最小面积为 200 3601950 mmFF 出气箱长度为 mmLL ZW 1 1 5 41 4 2 28.08.0 出气箱大端高度 h5 为 mmaah 2 2 3 41 7 03 6 02.09 5 03 4 4 08.01 7 02.08.0 215 （ 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2300300 mmmm 斗壁斜度最小 60，则灰斗高为 mmBLh H 5 5 3 423 0 041 3 3 8 07 3 2.1247 3 2.1 17 （ 4）气流分布板 a.分布板层数的确定 由于 2074.936.095.1 28.230 FF K故分布板层数取 2n b.分布板的阻力系数 可由式 1200 nKFFN 确定 式中 阻力系数； ；取量计算的速度场系数，气流在入口处按气流动 8.100 NN多孔板层数。n 所以 5.16174.98.1 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 22 117 0 7.0 fff 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 %30f 13 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rP DH 8.0 式中 ；进气管的水力半径，002 nFDD rr 断面的水力直径。00 Fn mnFD r 30.036.095.12 7.022 0 0 24.03.08.08.0 rD 故取 mH P 50.0 相邻两层多孔板的距离 2l 应满足条件为 rDl 2.02 式中 ；进气管的水力半径，002 nFDD rr 断面的水力直径。00 Fn由 2 5 9.028.232 28.2322.022.02.0 0 0 nFD r取 ml 4.02 根据图，可以计算的宽度和高度分别为 mBB 28.221 ， 29901 H ， 28232 H 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mmH 603 0 0 002.002.0 ，故两层分布板高度为 29301 H ， 27632 H 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 14 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 12 Zy 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。 SBSHSA2.11.15.224.12.1000 式中 。取，本设计中收尘器内两极间的距离 mm400SS mmA 2800 mmH 5000 mmB 2400 （ 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 1CZM 式中 211 为室，故室数，设计电除尘为双 CC 。 则 14212 M 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 星形卸灰阀 400400 4 台 kW5.2功率 储灰仓 4000 1 台 储灰量约为 40m3 粉料加湿机 JS4030（双螺旋搅拌加试） 1 台 15 输灰能力 12t/h 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 30003500V/cm,空载电场为 4000V/cm。 工作电压 kVcmcmVU 7060203 5 0 03 0 0 01 空载电压 kVcmcmVU 80204 0 0 01 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 23.638506 m ，故整流设备应 输出的电流为 mAI 3.253.634.0 （ 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