电除尘器设计说明书.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除 电除尘器设计说明书 中文摘要：本方案设计的是卧式电除尘器，尺寸合理、性能稳定、经济，可以达到较好的除尘效果，符合环保要求。Abstract：This program is to design a horizontal-type electric precipitator,a reasonable size, stable property，economic,and it can achieve better effect, meet an environmental protection request.关键词：电除尘器；设计；计算Keywords：Electrical precipitator；Design；Calculate1 选题背景1.1. 课题来源随着工业化、城市进程的加快，我国将面临各种环境问题的考验。而我国当前的大气污染，属于煤烟型污染，以粉尘和酸雨危害最大。污染程度加剧的趋势尚未得到控制。而且伴随着工业的发展，大气污染越来越突出，粉尘作为危害人体健康及大气环境污染的重要有害物质越来越被人们所重视。电除尘器是一种高效节能的烟气净化设备，具有收尘效率高、处理烟气量大、使用寿命长、维护费用低等优点，在我国环境保护事业中起着重要的作用，作为大气污染治理的主要设备之一，电除尘器被广泛应用于电力、建材、冶金、化工、轻工、电子等行业的烟气净化。近几年来，由于国家扩大内需，加强基础建设等发展战略的实施，加大了电力、冶金、建材等基础行业建设的投资力度，进一步拉动了环保产业的快速增长，对电除尘器的需求也大增。1自2004年1月1日起，GB132232003火电厂大气污染物排放标准正式实施，新的国家标准对新建火电机组和已建成运行的不同年代的老机组烟尘排放浓度均有了更加严格的规定；火电厂烟气脱硫工艺对烟气中的粉尘浓度有严格要求。国家十一五规划明确提出“建设资源节约型、环境友好型社会”的要求，如何响应国家号召在提高除尘效率、降低烟尘排放浓度由此可见，由于电除尘器本身的技术瓶颈、我国煤质资源的客观实际以及环保要求的日趋严格，我国电除尘器的应用和发展正面临这前所未有的挑战。21.2 课题目的本课题的设计基础在于对电除尘器的基本原理及设计规范有充分的理解，在此基础上，掌握电除尘器的一般设计思路，并结合本案例的参数，设计一个具有较好的除尘效果且符合环保要求的的电除尘器。1.3课题意义巩固教材中的电除尘器的相关知识，在对相关知识进一步理解的基础上，探索电除尘器存在的问题，设计出满足环保要求的电除尘器，通过对粉尘的收集，降低粉尘的排放量，减少对大气的污染，保护我们共有的大气资源。1.4应解决的主要问题掌握电除尘器的基本原理和主要结构的原理、选型以及有关参数的选择，从而使所设计的电除尘器达到所需要的除尘效率，使烟气达标排放。1.5 技术要求所设计的电除尘器应满足以下要求：（1）性能要稳定，满足除尘效率的要求（2）耗电少，经济（3）机械性能高，噪声小（4）外型应美观等要求1.6 国内外研究现状自从第一台电除尘器于1907年投入商业运行以来，已经走过了整整100年的历史。100年来，电除尘技术为为大气污染控制、保护人类赖以生存的大气环境做出了重要贡献。因其收尘效率高、阻力小、能耗低、能处理高温和大烟气量的气体、坚固耐用、维护费用低。运行管理方便，被广泛应用于电力、水泥、钢铁、有色、化工、造纸、电子和机械等各个工业部门。在当今世界除尘领域范围内，电除尘器仍然是主导产品。在西方发达国家，尤其是欧洲，排放浓度低于30mg/m3 的电除尘器应用已经很普遍。我国电除尘技术的应用起步较晚，但发展很快。特别是改革开放、国民经济的快速发展，为电除尘器的广泛应用提供了广阔的市场。目前我国是世界电除尘科研和生产大国。电除尘器行业已经成为我国环保产业中在国际上具备相当竞争力的行业。 我国电除尘技术的发展时期大体上可以分为三个阶段。第一阶段是20世纪70年代初期到中期，冶金、建材、机械三部委委托上海冶金矿山机械厂组织九个院所参加的电除尘联合设计组，完成了3-60 m2的九种规格的SHWB电除尘系列化设计。首次形成的通用电除尘器系列产品，对各种工业部门推广应用电除尘器起了促进作用。第二阶段是70年代末80年代初，通过对系列化产品使用几年的实践总结，并对引进的Ruthmuhle和Elex公司的电除尘进行消化吸收，结合自己近十年来的研究成果，各工业部门先后开展了新型电除尘器样机的研制和新的电除尘系列化设计，如冶金部组织科研、设计、高校和生产单位进行攻关，先后研制了用于武汉钢铁厂的60 m2、大冶用色公司的40 m2和唐山钢铁厂的36 m2电除尘器样机，都取得了成功。电力部门在实验研究基础上，设计了宽间距鱼骨辅助电极型电除尘器，投入运行后显示了较大的优越性。这些新型样机和系列化设计，使我国电除尘技术水平上了新的台阶。第三个个阶段是80年代中期以来，为了满足日益严格的环境质量要求，国家科委将高校除尘技术的研究列入“七五”攻关课题，开展了宽间距电除尘器、脉冲供电电源、烟气调质和板线配置等方面的研究，其研究结果都达到了预期的目标，接近或达到了国际先进水平。经过三个阶段的发展，使我国的电除尘技术水平在较短的时间内获得了迅速的发展。3 目前在役运行的电除尘器有些质量达不到排放要求，原因是多方面的。电除尘就其除尘机理来讲，在各种除尘技术中是最优秀的，但是尚未得到充分发挥。电除尘器的的本体结构多少年来并没有根本性的突破。正因为这样，电除尘器的姐儿够还有改进的余地，要考虑各种不同的工况条件，有针对性的采取不同的措施和对策。近年来，电除尘器行业从进一步提高效率，节能降耗着手，把握形势，与时俱进，不断开拓，不断的完善电除尘器的优化设计。近年来我国还研究开发了不少新型电极电除尘器，例如邹永平等研制了横向极板电除尘器;刘林茂等研制了加装横向百叶窗式的电除尘器，陈学构等提出了静电透镜电场电除尘器;即在两平板电容器之间平行插入一个带圆孔的薄板所形成的结构;谭天佑等提出了横向工字形极板电除尘器，在I型板排中，插入了顺气流装置的带负电的平板辅助电极;张国权等研制了冲击式电除尘器，即在横向中心窗口处布置电晕线，烟气流过窗口后面横放收尘板上而被捕集。1.7 影响电除尘器性能的主要因素电除尘装置与其它除尘装置一样，即使电除尘器有良好的收尘性能，但是由于外界条件的变化，也会使它达不到预期的效果。 1.7.1 烟气及粉尘性质的影响4 烟气性质主要取决于燃煤的成分，也和锅炉燃烧方式，制粉系统形式及其运行操作条件有关，粉尘的性质主要取决于粉尘的化学成分、物相结构、理化特性，包括比电阻、粉尘浓度、粒径分布及形状、密度、摩擦角、粘附力等。从运行的角度看，使用什么煤种对除尘效率的影响很大，特别因煤种不同出现比电阻较高、粉尘浓度增大的时候。下图显示了比电阻与除尘效率的关系，要说明的是该图仅仅代表了某种情形下的定量关系，了解比电阻对电除尘效率的影响可帮助我们对电除尘器达不到除尘效率的情况进行分析。当比电阻过高以影响到电除尘器正常运行时，可采用添加剂（如NaSO4）或采用烟气调质（如H2O、SO2）的方法将比电阻降到合适范围。也可利用电除尘器高温时比电阻较低的特性来改善。一般来说：比电阻1012cm的粉尘用电除尘器较难，除尘效率较低，但并非不能用，在实际低比电阻（如煤尘）和高比电阻（如少数电站飞灰）粉尘成功地使用电除尘器来除尘的也不少见。烟气中粉尘浓度过高对效率地影响我们可以通过其对V-I特性地影响造成电晕功率低下来认识。 1.7.2 结构因素、操作因素的影响（1）结构因素的影响：结构因素往往与烟尘性质、操作因素一起对除尘效率产生影响。结构因素对除尘效率地影响，可从二方面来分析：一是使每个电场地除尘性能下降，二是使一个或数个电场出现异常与故障情况，后者可称为影响设备地可靠性，最终都影响到总的除尘效率。 一台设计、制造、安装及维护得好的电除尘器，其结构因素不易改变，此时与其说结构因素的影响，不如说结构因素对烟气及粉尘性质变动的适应性如何，如对高粉尘浓度的烟气。常见的几种放电极适应性好坏依次为：锯齿线 管状芒刺线 鱼骨针刺线 星形线对高比电阻粉尘的适应性常转化为考虑板电流密度的均匀性，其好坏依次为：星形线 锯齿线 管状芒刺线 鱼骨针刺线 对高比电阻粉尘还可采用宽间距、较粗的电晕线，目的是增加平均电场强度适当降低板电流密度，电气上还采用间歇供电或脉冲供电的方法，以降低板电流密度的平均值，而又使电场有足够的电场强度。在实际中有前级电场中使用RS芒刺线，后级使用星形线的配置方式，是基于以下考虑：RS管状芒刺线机械强度好，故障率低，起晕电压低，对高粉尘浓度适应性好，后级电场粉尘比电阻普遍较高，粒径较小，故采用放电均匀的星形线以提高除尘效率。 设备可靠性的影响是显而易见的，电除尘器的辅助设施与配套设备，尽管技术要求一般不高，但一旦轻视带来的后果却常常很严重，这方面尤其需要重视的是出灰系统的工作可靠性。常见的有气力出灰不畅，灰斗堵灰，灰斗排灰阀故障，灰信号不准引起电场满灰短路。经常发生短路还会使极板、极线使用寿命下降，因除尘器局部保温薄弱结露腐蚀，变形，积灰的情况也不少，有一些电除尘器，因为出灰系统的原因，长期只能投入一部分电场或降低参数运行使电除尘器不能发挥高效除尘性能。（2）操作因素的影响： 操作因素的影响，会集中在V-I特性中反应出来。从V-I特性上，我们可以得到一条随时间变化的电晕功率曲线（P=VI）,从总体上讲，电场电晕功率越大，除尘效率越高，一般要求供电装置具有良好的电压跟踪特性，也要求使用者能够选择合适的火花频率，以达到最大的电晕功率输出，下图为三组电晕功率与电除尘效率的对应关系：从图上可以看出，由于电除尘器不同及工作条件不同，三组P-曲线的定量关系不同，但均呈现相同的规律，初始阶段随着比电晕功率增大，除尘效率增高较快，到一定程度后，曲线趋于平坦，如果电晕功率较设计的小了很多，无疑电除尘器的功率就要大幅度下降。 从V-I特性，我们一般能看出该除尘器的运行情况。一台多电场的运行良好的电除尘器，其V-I特性一般具有以下规律性：在相同的火花控制方式下，从前到后，火花频率逐渐下降，如第一电场火花率为120次分钟，最后级电场1020次分钟，或更少甚至不出现火花（具体数据要通过现场视不同情况调整），电晕电流逐渐上升，至未级电场，电流能够接近或达到额定电流，但第一电场一般至少达到额定值的3540左右（具体视电源容量设计大小及烟气情况不同而有所不同），电压高低则要视烟气及粉尘情况而定，但未级电场电压一般最低，因为效率高的除尘器，其未级电场的V-I特性已接近热态下的空载V-I特性。如果当未级电场闪络频繁，电流较小而前几级电场都运行正常，则可以从以下几个方面找原因:：1）电极上积灰是否严重，后级电场粉尘细，粘附力强，积灰现象普遍比前级电场严重。还要检查振打装置是否正常工作。2）是否存在漏爬电现象，后级电场灰斗比较容易堵塞，当局部积灰在电场未呈现低阻性导通之前，会出现以上情况，当然也要怀疑绝缘部件是否结露、污染。3）供电装置是否存在“假闪”现象，“假闪”可能由本机灵敏度过高引起，也可能因抗干扰措施不切实引起（如接地、屏蔽没做好）的。 对这三个方面通过V-I特性曲线也能进行一定的分析，如果V-I曲线较长，已能呈现一定的变化规律，则第一种情况曲线较平坦，的三种情况曲线较陡，第二种情况起始点向原点靠近，与原点距离及曲线的陡坦要视其绝缘下降程度来定。 伏安特性：表示电场中电压与电流的函数关系，称为电场的伏安（VI）特性，按照该特性描绘的曲线称为电场VI特性曲线，运用VI特性曲线，可直观、形象地体现各种因素下电流和电压的消长规律。 气流分布不均、振打方式及周期不合理、烟气旁路、漏风等都会增加粉尘的二次飞扬，二次飞扬引起V-I特性的改变，一般不明显，但对效率特别是对高效率设计的电除尘器效率影响是举足轻重的，测量出口烟尘中的粉尘粒径分布进行分析是判断电除尘器二次飞扬程度的一种有效可行的方法，因为二次飞扬随烟气逸出电除尘器的以细小粉尘为主，通过最佳振打周期的试验调整，也可以将因振打引起的二次飞扬减轻到最小程度。 漏风的影响是全方位的，如容易造成低温结露，发生电极腐蚀，绝缘部件爬电，造成冷热不均使物件变形，局部积灰，引起烟气流速不均等，其最直接的影响是增加了烟气的处理量V，从1eA/V可知V 。 安装、维护不好，有许多原因，涉及很多方面，如电场中常见因焊接不好引起的故障有：极线松动、脱落，框架扭曲、变形，极板腰带脱开，引起电场极间距改变甚至短路影响除尘效率，还可能造成电极及电源设备的损坏；振打承击砧与锤头脱落，振打轴串动。卡死，使振打效果下降，灰斗挡风板脱落，使灰斗堵死，电场短路等等。1.8 本设计的指导思想（1）响应国家的可持续发展战略及相关的环境保护法律文件。(2) 依据招标书的要求及国家相关标准进行设计。（3）按照“高效、安全、可靠、方便、经济”的目标即除尘效率高、使用安全、运行可靠、操作方便、运行维护经济的原则进行优化设计。2 电除尘器设计方案论证2.1 电除尘器工作原理在电极上施加高电压后使气体电离，进入电场空间的粉尘荷电，在电场力的作用下，分别向相反两极移动，最后将沉积的粉尘收集下来，实现电除尘的全过程。包括四个基本过程：（1）施加高电压，产生强电场，使气体电离及产生电晕放电。电除尘器中能够形成电晕放电的基本条件是，在正负电极间的电位差，应保证形成使气体电离发生电晕放电的非均匀电场。在放电极表面电场强度最大，距放电极愈远电场强度愈小。电晕放电原理如图2-1所示。电子和阴离子是电场中粒子荷电的来源。图2.1 电晕放电原理图起始电晕电压可以通过调整电极的几何尺寸来实现，其中电晕线越细，起始电晕所需要的电压越小。负电晕极或正电晕极的电晕电流电压曲线的一般形式如图2.2所示，电流始于某一最小电压值V0，然后随着电压的增高，电流呈抛物线形升高，直至达到击穿电压。当电压超过击穿电压时，电晕区范围逐渐扩大至极间空气全部电离这种现象称为电场击穿。电场击穿时，发生火花放电，电路短路，电除尘器停止工作。Vsp=击穿电压电晕电流负正0V0 +Vsp -Vsp 电晕电压图2.2 正负电晕极在空气中的电晕电流电压曲线影响电晕特性的因素：电极的形状、电极间的距离，气体组成、压力、温度，气流中要捕集的粉尘的浓度、粒度、电阻率以及它们在电晕极和集尘极上的沉积等。 （2）粒子荷电粒子荷电是电除尘过程的第一步。在除尘器电晕电场中存在两种截然不同的粒子荷电机理。一种是离子在静电力作用下作定向运动，与粒子碰撞而使粒子荷电，称为电场荷电或碰撞荷电。另一种是由离子的扩散现象而导致的粒子荷电过程，称为扩散荷电，这种过程依赖于离子的热能，而不依赖于电场。粒子的主要荷电过程取决于粒径，对于dp0.5um的粒子，以电场荷电为主；对dp80m2h= 210/2 =10.2m电除尘器要设置双进风口4.5.3 电除尘器通道数NN= F/(2S)h=210/(0.410.2)=51故取通道数为504.5.4 电场有效宽度BB=（2S）N=0.451=20m4.5.5 过流断面面积FF=Bh=2010.2=204m24.6 箱体沿气流方向的内壁有关尺寸4.6.1 电场长度ll=7240/(25010.25)=1.47m2.0m取电场数为5，故电场总长为L=7.0m4.6.2 验证实际效率11=1-exp(-p)=1-exp(-72400.14/310)= 96.20%94%符合设计标准。4.6.3 电晕极吊杆至进气箱大端面距离为Le1=500mm集尘极一侧距电晕极吊杆的距离为Le2=500mm两电极框架吊杆间距为C=400mm4.6.4 除尘器壳体内壁长度Lh=n(l+2 Le2+C)+2 Le1-C=5（2+20.5+0.4）+20.5-0.4=17.6m4.6.5 检验实际除尘面积AA=hL(N/2+1)22=10.28(50/2+1)22=8320m27240m24.6.6 每个电场电晕线的有效长度L1=85010/(0.25)=4000 m4.7 进出气箱的形状及尺寸4.7.1 水平进气箱进气口尺寸：采用水平进气式进气口小端面积F0= 315/(152)=10.5m2取小端面积面积为10m2，长4m。宽2.5m。进气口大端面积Fk=（h-0.35-0.6）B/2=(10.2-0.35-0.6)20/2=90.5m2因此，a1=10m，a2=4m，n0=13m，nk=39m4.7.2 进气箱长度LzLz=0.35(a1-a2)+0.25=0.35（10-4）+0.25=2.35m4.7.3 进气箱有灰斗时的上沿宽度LE=0.6Lz=0.62.35=1.41m前端灰口下口长LM，一般取400mm4.7.4 出气箱有关尺寸：出气箱的大端尺寸一般设计成比进气箱的大端小，以降低粉尘的二次飞扬。出气箱小端面积：F0=F0=12m2出气箱长度：Lw=0.8Lz=0.82.35=1.88m出气箱高度10+0.24=8.8m4.8 灰斗的尺寸计算4.8.1 灰斗的排灰量：采用四棱台型灰斗G0=33106010-60.943600/5=37.76t/h灰斗的排灰量取38t/h，所以灰斗的下口宽400400mm24.8.2 宽度方向取灰斗个数5个：灰斗的长度为20/5=4m4.8.3 长度方向取灰斗个数4个：灰斗的宽度为15/4=3.75m4.8.4 灰斗的斜壁与水平夹角取60。4.8.5 灰斗的高为h2h2=tan60o（20/5-0.4）/2=3.12m3m4.9 气流分布板的相关尺寸计算4.9.1 气流分布板的层数=204/10.5=19.4由于620时，n=24.9.2 开孔率13=N0()-1=1.219.42/2-1=22.3/4.9.3 相邻两层多孔板的距离：，本设计中取1m 。式中 断面上的水力直径， 断面上的周长4.9.4 进气管出口到第一层多空板的距离Hp：进气管出口到第一层多孔板的距离：，本设计中取1m。4.9.5 进气箱灰斗对带前端灰斗的进气箱，进气箱顶板斜度一般大于70（与水平线夹角），前端灰斗下口长LM应大于400mm，其灰斗上沿宽为：LE=(0.600.65)LZ=1.5m式中 LE灰斗上灰口尺寸，mm 灰斗高：h1=tan(LE-LM)/2=1.23m式中 灰斗的安息角；（本设计选用）灰斗下灰口尺寸，mm（本设计选用的为600）5.0槽型板的设计在除尘器的出气箱前平行安装两排槽型板，槽型板可用3mm厚的钢板制成。5.10供电装置14,15电除尘器的供电系统选择适当与否，直接影响着电除尘器的主要性能。因此，必须保证供电系统的合理可靠。电除尘器对供电系统的要求(1)直流电源，高电压（一般在4075kv），小电流（一般在50300mA或更大）。(2)电压波形要有明显的峰值和最低值：峰值可提高除尘效率，低值则惜弧。生产实践中，大部分时间采用单相全波整流，效果较好，对于高比阻的粉尘，以采用半波整流为宜。(3)电除尘器的均压与过载：电除尘器是阻容性负载，工作条件是电晕放电，有时扩大成闪络或电弧。(4)电除尘器的集尘电极等要接地：电除尘器的集尘电极，壳体等许多部分均要求接地；电晕电极的高压电由高压整流装置引来，一般，都用负电晕，因为它具有较高的除尘效率。(5)除尘效率与供电质量的关系：要求提高除尘效率，就必须尽量提高操作电压和电晕电流，即提高电晕功率。采用高压硅整流器：该整流器的使用寿命长，工作可靠，无噪音，调压性能良好，自动化程度高。5 图纸设计附图一：电除尘器正视图附图二：电除尘器侧视图附图三：进气烟箱侧视图附图四：灰斗三视图附图五：电晕线与极板布置图附图六：出气烟箱侧视图6 结论本次电除尘器的设计遵循节能、环保、经济、实用的设计理念，全面了解电除尘器的除尘机理，总结电除尘器设计、运行经验并应用到本次设计中，全面掌握电除尘器的结构，根据实践经验选取合理的材料、结构，达到较高的除尘效率，达到排放标准。参考文献：1 高坚等，空气除尘设备及技术的发展，北京化工大学化学工程学院，现代化工，2003.102 陈丽艳，燃用褐煤锅炉的电除尘器选型设计分析与应用，环境保护，福建龙净环保股份有限公司，2008.53康敏康等，高压静电场中粉尘粒子的电气性能，北京:化学工业出版社2010.34黎在时编著.静电除尘器.北京：冶金工业出版社，20015LIN Youwen and LIU Weiping，Development of Chinese Electrostatic Precipitator Technology，Committee for Electrostatic Precipitator，Wuhan，PR China6郝吉明 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