山西铝业130th燃煤锅炉尾部除尘系统设计毕业论文.doc

山西铝业山西铝业 130t h 燃煤锅炉尾部除尘系统设计燃煤锅炉尾部除尘系统设计 毕业论文毕业论文 目录 摘 要 I ABSTRACT II 1 绪论 1 1 1 课题背景及意义 1 1 2 燃煤锅炉与环境污染 2 1 3 袋式除尘器在燃煤电厂中的应用 2 1 3 1 袋式除尘器在电厂中应用的技术特点 3 1 3 2 袋式除尘器应用于国内燃煤电厂过程中存在的问题 3 1 3 4 袋式除尘器应用现状 4 1 4 国内外研究动向 5 1 4 1 国外研究现状 5 1 4 2 国内研究现状 5 2 燃煤锅炉原理以及除尘系统简介 7 2 1 燃煤锅炉原理 7 2 2 烟尘概述 8 2 2 1 烟尘的来源 8 2 2 2 烟尘化学组成 9 2 2 3 锅炉烟气性质 特点及主要危害 9 2 3 除尘器的原理与不同除尘器的应用与特点 10 2 3 1 除尘器原理 10 2 3 2 除尘器分类以及各自的应用 10 2 3 3 袋式除尘器简介 12 2 3 4 除尘器设计依据的各种因素 14 3 山西铝业 130T H 燃煤锅炉尾部袋式除尘器的设计 17 3 1 电站燃煤锅炉除尘最新要求 17 3 2 山西铝业袋式除尘器的相关参数 17 3 2 1 耗煤量 18 3 2 2 燃煤锅炉理论烟气量计算 18 3 3 除尘器的选型与相关计算 26 3 3 1 处理风量的计算 27 3 3 2 过滤风速的选取 28 3 3 3 过滤面积的计算 32 3 3 4 滤袋的选取 33 3 3 5 滤袋个数的确定 36 3 3 6 进出口气流组织方案的选择 37 3 3 7 滤袋的布置 39 3 3 8 滤料的选择 39 3 3 9 除尘器压力损失计算 参考郭老师的学术论文 41 3 3 10 清灰方式以及清灰时间周期计算 43 3 3 11 除尘室尺寸的计算 47 3 3 12 除尘室进气口和排气口的相关计算 48 3 3 13 灰斗的相关计算 49 3 3 14 除尘器的保温和防腐 52 3 3 15 安装 调试 运行 维护和检修 53 4 130T H 燃煤锅炉尾部除尘系统辅助设施设计 55 4 1 除尘系统管道的相关设计 55 4 1 1 除尘器入口前的管道设计 55 4 1 2 除尘器出口与烟囱连接管道设计 55 4 2 除尘器辅助系统阻力计算 56 4 2 1 管道沿程阻力 56 4 2 2 局部压力损失 57 4 3 风机和电动机选择及计算 57 4 3 1 风机风量的计算 58 4 3 2 风机风压的计算 58 4 4 逆气流反吹系统设计及计算 59 4 5 烟囱的设计 60 5 除尘系统经济性分析 64 5 1 本设计中除尘器的相关性能参数 64 5 2 布袋除尘器和电除尘器性能对比 65 5 3 布袋除尘器和电除尘器排污 烟尘 收费对比 66 结论 70 致谢 71 参考文献 72 附录 A 译文 73 王喜云 山西铝业 130t h 燃煤锅炉尾部除尘系统设计 0 0 1 绪论绪论 1 1 课题背景及意义课题背景及意义 本文主要研究袋式除尘器的工作原理以及袋式除尘器在130t h燃煤锅炉中的应用 进 入新世纪以来 电站燃煤锅炉应用袋式除尘器是一个发展趋势 工业锅炉是重要的热能 动力设备 近廿年来 我国工业锅炉的年产量基本上维持在7 10万蒸吨的水平 据统计 全国在用工业锅炉的装机总量约为55 33万台 190 61万蒸吨 我国已成为世界上生产和 使用工业锅炉最多的国家 我国在用工业锅炉中将近85 是燃煤锅炉 我国燃煤工业锅炉 以层燃燃烧为主 并且以链条炉排锅炉为主 锅炉的设计效率一般在72 80 之间 但 实际运行时普遍存在运行负荷较锅炉额定负荷低 炉渣含碳量高 过量空气系数大 排 烟温度高 因此 热效率一般要比设计效率低 由于我国能源结构的特殊性 我国的工 业锅炉以燃煤为主 每年约燃用全国原煤产量的三分之一 我国是以煤炭为主要能源的 国家之一 资源的国情决定我国能源结构是以火电为主 水电为辅 核电风能作补充 电力结构发展很不平衡 燃煤锅炉的污染物排放偏高 由于我国燃料结构的特点 使得 燃煤工业锅炉成为我国大气煤烟形污染的主要污染源之一 工业锅炉的每年的烟尘排放 量约600 800万吨 占全国烟尘总排放量的33 SO 的排放量约为500 600吨 占全国总 2 排放量的21 CO 的排放量约为6亿吨 以及大量的NO 目前工业锅炉的原始排放 2x 浓度偏高 国外先进国家的烟尘初始排放浓度一般 1000mg m 而国内中小型工业锅炉 3 的初始排放浓度一般 1000mg m 由于历史的原因 我国的在用锅炉的大多数是中小容 3 量的锅炉 统计数据表明 我国在用锅炉中工业锅炉的平均单台容量1999年为2 5蒸吨 2000年为2 47蒸吨 2001年为2 26蒸吨 而脱硫技术应用的一次投资成本和运行成本相对来 说较高 从而导致烟气脱硫技术在工业锅炉上的推广和应用还不普遍 在小型锅炉上情 况更严重预计在近十年内火力发电所占的比重仍将在70 以上 如果我国要保持7 的经 济增长速度 每年就要新增装机容量约25000MW 其中 火电厂要新增装机约 18000MW 新增的燃煤锅炉每年耗标准煤约5000万吨 这将产生大量含尘烟气 据统计 我国90 二氧化硫 67 氮氧化物 70 烟尘排放量来自于煤炭的燃烧 其中 燃煤电 站 燃煤工业锅炉 燃煤炉窑等烟气排放污染问题最为突出 随着我国社会 经济的不 断发展和人民生活水平的不断提高 国家对烟尘的排放标准也将越来越严格 因此 这 辽宁工程技术大学毕业设计 1 1 些含尘烟气都要经过高效除尘器处理后才能够排放 1 2 燃煤锅炉与环境污染燃煤锅炉与环境污染 2013 年 1 月 9 日以来 全国中东部地区陷入严重的雾霾和污染天中 中央气象台将 大雾蓝色预警升级至黄色预警 13 日 10 时北京甚至发布了北京气象史上首个霾橙色预警 从东北到西北 从华北到中部导致黄淮 江南地区 都出现了大范围的重度和严重污染 雾霾天气形成的原因 大气空气气压低 空气不流动时主要因素 由于空气的不流动 使空气中的微小颗 粒聚集 漂浮在空气中 地面灰尘大 空气湿度低 地面的人和车流使灰尘搅动起来 汽车尾气是主要的污染物排放 近年来城市的汽车越来越多 排放的汽车尾气是雾霾的 一个因素 工厂制造出的二次污染 冬季取暖排放的 CO 等污染物 2 雾霾的危害 雾或霾是一种灾害性天气 对公路 铁路 航空 航运 供电系统 农作物生长等 均产生重要影响 雾 霾会造成空气质量下降 影响生态环境 给人体健康带来较大危 害雾 霾天气时 空气中往往会带有细菌和病毒 易导致传染病扩散和多种疾病发生 城市中空气污染物不易扩散 加重了二氧化硫 一氧化碳 氮氧化物等物质的毒性 危 害人体健康 冬季遇雾 霾天气时 若遇空气污染严重可能形成烟尘 雾 或黑色烟雾 等毒雾 严重威胁人的生命和健康 由于人类活动造成大气中污染物增加 我国工业区 和城市中心区等部分地区雾 霾的发生频率和强度呈增加趋势 霾在吸入人的呼吸道后 对人体有害 严重会致死 雾霾天气是心血管疾病患者的 健康杀手 尤其是有呼吸道疾 病和心血管疾病的老人 雾天最好不出门 更不宜晨练 否则可能诱发病情 甚至心脏 病发作 引起生命危险 专家指出 之所以说雾天是心血管疾病患者的 危险天 是因为 起雾时气压低 空气中的含氧量有所下降 人们很容易感到胸闷 早晨潮湿寒冷的雾气 还会造成冷刺激 很容易导致血管痉挛 血压波动 心脏负荷加重等 同时 雾中的一 些病原体会导致头痛 甚至诱发高血压 脑溢血等疾病 因此 患有心血管疾病的人 尤其是年老体弱者 不宜在雾天出门 更不宜在雾天晨练 以免发生危险 1 3 袋式除尘器在燃煤电厂中的应用袋式除尘器在燃煤电厂中的应用 随着国家粉尘排放标准的提高 在燃煤电厂烟气处理中 静电除尘器因其除尘效率 王喜云 山西铝业 130t h 燃煤锅炉尾部除尘系统设计 2 2 受粉尘性质的影响较大 因而难以保证长期 稳定高效地运行 而随着袋式除尘技术的 发展 袋式除尘器适应性强 除尘效率高 运行稳定 可靠且不受锅炉燃烧工况和粉尘 特性影响的优点逐渐显示出来 越来越多的新建 扩建 改建火电厂开始选用袋式除尘 器来处理锅炉烟气 1 3 1 袋式除尘器在电厂中应用的技术特点袋式除尘器在电厂中应用的技术特点 1 烟气温度 在考虑一定安全系数的条件下 要根据常规条件下的烟气温度合理地选择滤料 同时 也应考虑事故条件下 因高温而造成的滤料失效 烟气中是否存在正在燃烧的颗粒物也是 必须注意的问题 若存在 可以通过加长烟气连接管或在烟气连接管较短且没有足够空间加 长的情况下设置必要的阻火装置等方式加以解决 2 烟气特性 电厂的烟气一般都具有酸碱腐蚀性 因此应根据烟气的腐蚀性强度选择适宜的滤料 同 时也应考虑烟气通道内的防腐措施 此外 还应采取相应的措施避免烟气中含有的油雾 细微絮状物等粘性物质附着在滤料上造成滤料堵塞 3 袋式除尘器预除灰 在机组启动或低负荷稳燃时需要使用燃油 因此 为了避免不完全燃烧的油烟粘袋造成 滤袋堵塞 故在袋式除尘器投入使用前 应对新布袋进行预除尘 喷粉煤灰 或设置旁通 而对 老布袋则不用清灰 以保证其具有一定的灰尘层 4 袋式除尘器停机 若停机时间短 则不应为滤袋清灰 而需注意除尘器的保温 若停机时间长 则应为所有 滤袋清灰 并利用引风机将袋式除尘器内残留的酸性气体清除干净 1 3 2 袋式除尘器应用于国内燃煤电厂过程中存在的问题袋式除尘器应用于国内燃煤电厂过程中存在的问题 袋式除尘器在中国的燃煤电厂中的应用起步于上世纪70年代 但是在随后的应用中出 现了很多问题 使得袋式除尘器的应用一直不是很理想 存在的主要问题有 1 设备阻力损失较大 由于设计的原因 在除尘器的实际使用时所处理的烟气量大大超过了设计烟气量 使得 烟道流速和过滤速度大幅度增加 阻力上升 另外由于清灰效果不佳 也导致阻力上升 2 滤袋破损失效 由于磨损 机械损伤 烟气超温 烟气中酸性气体的腐蚀 以及滤袋的质量不好 制 辽宁工程技术大学毕业设计 3 3 造不佳 安装不规范等都易导致滤袋的破损失效 3 花板积灰 由于滤袋的破损 滤袋的连接短管和花板之间密封不好等原因导致花板不同程度的 积灰 从而影响到袋式除尘器的运行 1 3 4 袋式除尘器应用现状袋式除尘器应用现状 1 除尘器选型不当 一个袋式除尘系统是由多个高技术的独立系统配置而成 其中包括 烟气输送管道 系统 烟气预除尘或降温系统 滤料的选择与滤袋的加工 笼骨和花板的设计 加工质 量 除尘清灰系统 润滑系统 清灰系统 电气控制系统 卸灰系统 风机系统 分流 挡板和钢结构制作 包括采取露点保温 加热和密封措施 除尘器报警安全系统等等 袋 式除尘器看似简单 但要做得好 用得好 仍是技术性很强的设备 所以 如果把除尘 器作为家庭用品一样简单 选型 如果选型不当也会在除尘设备的应用过程中经常产生各 种败迹或问题 2 阻力偏高 耗能偏多 袋式除尘器在正常运行情况下 中小型除尘器过滤面积 1000 m2的运行阻力应 1000 1500Pa 大型除尘器的阻力 1200 2000Pa 但是目前运行中的袋式除尘器有相当 数量超过这些数值 这是不正常的 除尘器耗能量是压力与流量的乘积 压力高 1 倍 流量不变则耗能多 1 倍 1 台处理 100 万 m3 h 的除尘器如果阻力偏高 500Pa 则每年多 消耗电能约 200 万元 运行阻力偏高的原因首先是没有根据具体情况因地制宜适应除尘 工艺进行设备设计 导致应用中阻力高 运行困难 第二清灰不良 对脉冲袋式除尘器 而言 脉冲阀质量不好 清灰周期控制不合理 导致清灰效果差 遇到工艺粉尘细 含 湿量大 含尘浓度高等情况 运行阻力难降到理想水平 第三是除尘器气流不均匀 流 场不合理 结构阻力偏高 中国产业协会袋式除尘委员会已把解决流场问题作为 十一 五 规划的内容 3 滤袋寿命较短 滤袋的寿命问题是关系维护管理费用和除尘效果优劣的关键问题 在除尘设备正常 运行条件 国产普通滤袋使用时间应达到 2 3 年 玻纤滤袋 1 2 年 覆膜滤袋寿命更长 但是实际情况并非如此 滤袋寿命偏短的一个原因是滤袋质量欠佳 如石灰窑袋式除尘 王喜云 山西铝业 130t h 燃煤锅炉尾部除尘系统设计 4 4 器用国产滤袋寿命不到 1 年 更换进口滤袋后滤袋寿命延长 2 3 倍 滤袋使用时间偏短 的另一个原因是运行参数不合理 如滤速偏高 滤袋布置不合理 清灰不良等 4 配套件质量差 与袋式除尘器配套的机电产品及材料 型式少 功能不齐 如国产电磁阀 性能不 好 寿命不长 气缸寿命短 动作缓慢 电动蝶阀电动头 电动推杆的故障率偏高 卸 灰阀 输灰设备寿命不长 刮板输送机链条每 1 2 年就要更换一次 密封垫料 胶合料 品种单一 抗老化性能差 缺乏特色产品 电器元件 仪器仪表国产品质量差 与进口 产品比差距更大 微差压变换器及其显示仪表 料位计 粉尘浓度计 PLC 程控器等还 得依赖进口 1 4国内外研究动向国内外研究动向 1 4 1 国外研究现状国外研究现状 国外火电厂采用袋式除尘器有20 30年历史 运行可靠 澳大利亚火电厂采用袋式除 尘器最多 因为该国使用的煤含硫低 多在0 4 0 5 之间 煤中SiO 和含量在85 左右 2 Na O在0 4 左右 为电除尘器难收尘煤 当排放标准提高后 原有电除尘器不能满足要 2 求 1972年有的电厂开始改用袋式除尘器 成功后其他电厂纷纷改为袋式除尘器 澳大 利亚新南威尔士州除4台500MW机组仍在使用电除尘器外 其余电厂均将电除尘器改为袋 式除尘器 澳大利亚电除尘器改袋式除尘器 一般利用原有电除尘器外壳 改造后的袋 式除尘器烟尘排放浓度小于30 mg m 甚至达到10 mg m 加拿大和欧洲的一些国家也 33 广泛的应用袋式除尘器 世界上的工业发达国家的燃煤电厂在 20 世纪 50 年代以使用 电除尘器为主 从 70 年代开始将布袋除尘器应用于燃煤电厂的烟气净化 迄今已基本走 完用布袋除尘器取代和改造高压静电除尘器和其他除尘器的历程 一方面由于国家对环 境保护的要求愈来愈严 不但提高了烟尘的排放标准 而且加强了对排放硫氧化物的控制 许多发电厂为了达到标准 使用低硫煤 其结果是减少了硫的排放 但同时却提高了烟尘的比 电阻 因此降低了电除尘器的效率 袋式除尘器不受烟尘比电阻的影响 而且去除亚微米级 颗粒物的能力比电除尘器还好 另一方面由于传统的高压静电除尘器对超细颗粒及其前 驱体的控制效果较差 而且在高温运行过程中 还会导致前驱体合成新的强毒性物质 如二 恶英等 而布袋除尘器在除尘的同时 具有脱硫及去除其他有害气体的作用 因此 美国 日本 德国 加拿大 澳大利亚等国家纷纷将燃煤电厂电除尘改为布袋除尘 以达到更加 辽宁工程技术大学毕业设计 5 5 严格的控制目标 针对大型燃煤锅炉电站烟气粉尘净化 国外已经形成比较成熟的布袋除 尘工艺路线和安全保护措施 1 4 2 国内研究现状国内研究现状 我国电站锅炉的除尘设备选型经过三个发展阶段 上世纪七十年代以前 国家对电站锅炉烟气尚未制定专门的排放标准 而执行 工 业 三废 排放试行标准 GBJ4 73 对电站锅炉按排气筒高度确定烟尘排放量 kg h 对工业锅炉规定烟气排放浓度 200mg Nm3 标准较松 因此可以采用多管旋风 而大都 采用静电除尘器 八十年代后 我国火力发电产能快速发展 建了一批大中型火力发电站 烟气排放 量显著增加 烟尘及 SO2污染日趋严重 1983 年 我国首次颁布了 锅炉大气污染物排 放标准 GB3841 同时规定了粉尘排放浓度和烟气黑度 1992 年 1999 年先后二次修 订排放标准 对除尘器的选型提出了新的要求 七十年代末到九十年代 先后由巡检司 普坪村等六家中小型电厂开展使用袋式除尘器的试验研究工作 大都是反吹风类 因受 当时我国袋式除尘技术水平 产品质量及认知观念的限制 都未能取得成功 1991 年上 海杨树浦发电厂决定引进澳大利亚 Howden 公司的低压回转脉冲袋式除尘技术 对 33 炉 实施除尘改造 关键设备由澳方提供 历时三年多 也因系统存在渗风冷却 参数控制 不当等问题 滤袋多次破损 频繁更换 严重影响锅炉机组正常生产 最终还是改回静 电除尘器 进入新世纪 节能减排成为我国经济发展的基本方针 2003 年我国制定了 火电厂大 气污染物排放标准 GB13223 2003 对电站锅炉烟气的脱硫除尘提出了更严的要求 经过十多年攻关 我国袋式除尘技术有了长足的进步 袋式除尘器在各行业快速推广应 用 电站锅炉采用袋式除尘器重又提上议事日程 2001 年内蒙丰泰电厂 200MW 机组锅 炉为适应燃用低硫高灰分煤的特殊条件 采用低压回转脉冲除尘技术 将电除尘器改造 为袋式除尘器获得成功 显示了袋式除尘器的优越性和生命力 开创了我国电站燃煤锅 炉采用袋式除尘器的先河 从此在不少老机组的除尘工程和新机组的建设中纷纷采用袋 式除尘器 据不完全统计 全国电站燃煤锅炉已投或在建的袋式除尘器已有 370 多台 并呈现快速增长的趋势 现阶段我国电站锅炉采用的袋式除尘器主要有低压回转脉冲 中压行喷脉冲 分室 定位反吹 电袋复合等四种基本型式 这四种袋式除尘器都具有高效稳定的过滤特性和 王喜云 山西铝业 130t h 燃煤锅炉尾部除尘系统设计 6 6 对超细粒子的捕集能力 确保达标排放 应该说对电站锅炉烟气的除尘都是适用的 各 自都有在电站锅炉应用的成功实例 但也都有失败的教训 关键看如何把握 2 燃煤锅炉原理以及除尘系统简介燃煤锅炉原理以及除尘系统简介 2 1 燃煤锅炉原理燃煤锅炉原理 燃煤锅炉炉体由炉膛 锅筒 燃烧器 水冷壁 过热器 省煤器 空气预热器 构 架和炉墙等主要部件构成 锅炉本体中两个最主要的部件是炉膛和锅筒 由原煤仓落下 的原煤经给煤机送入磨煤机磨制成煤粉 在原煤磨制过程中 需要热空气对煤进行加热 和干燥 因此外界冷空气通过送风机送入锅炉尾部烟道的空气预热器中 被烟气加热成 为热空气进入热风管道 其中一部分热空气经排粉机送入磨煤机中 对煤进行加热和干 燥 同时这部分空气也是输送煤粉的介质 另一部分热空气直接经燃烧器进入炉膛参与 煤粉的燃烧 从磨煤机排出的煤粉和空气的混合物经燃烧器进入炉膛内燃烧 煤粉在炉 膛内迅速燃烧后放出大量的热量 使炉膛火焰中心的温度具有1500度或更高的温度 炉 膛四周内壁布置有许多的水冷壁管 炉膛顶部布置着顶棚过热器及炉膛上方布置着屏式 过热器等受热面 水冷壁和顶棚过热器等是炉膛的辐射受热面 其内部的工质在吸引炉 膛的辐射热的同时 使火焰温度降低 保护炉墙不致被烧坏 为了防止熔化的灰渣黏结 在烟道内的受热面上 烟气向上流动到达炉膛上部出口处时 其温度要低于煤灰的熔点 高温烟气经炉膛上部出口离开炉膛进入水平烟道 与布置在水平烟道的过热器进行热量 交换 然后进入尾部烟道 并与再热器 省煤器 和空气预热器等受热面进行热量交换 使烟气不断放出热量而逐渐冷却下来 使得离开空气预热器的烟气温度通常在110 160度 之间 低温烟气再经过除尘器除去大量的飞灰 最后只有少量的细微灰粒随烟气由引风 机送入烟囱排入大气 煤粉在炉膛中燃烧后所生成的较大灰粒沉降到炉膛底部的冷灰斗 中 被冷却凝固落入排渣装置中 形成固定排渣 我国锅炉燃用的燃料主要是煤 一般 大型锅炉和电站锅炉常燃用煤粉 因此要有一套将原煤磨制成煤粉的制粉系统 如图所 示 经原煤仓落下的煤由给煤机送入磨煤机磨碎 在磨煤过程中同时对煤进行干燥 干 燥介质通常用热空气 冷空气由送风机送入空气预热器 在这里吸收排烟的热量成为热 空气 热空气的一部分经排粉机 升高压头后进入磨煤机 在对煤进行加热与干燥的同时 辽宁工程技术大学毕业设计 7 7 携带磨好的煤粉离开磨煤机 可见这一部分热空气除作为干燥介质外 还起输送煤粉的 作用 通常把这部分热空气叫作一次风 在如图所示的直吹系统中 气粉混合物从磨煤 机出来后 经煤粉管道直接送入燃烧器 并由燃烧器喷入炉膛燃烧 需要指出的是 在 中间储仓式制粉系统中 一次风携带煤粉进入煤粉分离器 在那里煤粉从气流中分离出 来贮存在煤粉仓中 根据负荷需要通过给粉机从煤粉仓中向燃烧器供给适量煤粉 从图 中还可看出 从空气预热器中出来的另一部分热空气 直接经由燃烧器的配风口进入炉 膛提供煤粉燃烧所需的空气 这部分热空气叫做二次风 煤粉在炉膛内燃烧释放出大量热量 火焰中心温度达 炉膛内侧铺设有由金属管道 组成的水冷管壁 燃烧放出的热量主要以热辐射的形式被水冷壁受热面强烈吸收 但是 由于热负荷的限制和炉膛体积的限制 炉膛出口处的烟温一般仍高达左右 为了对这股 高温烟气进行利用 烟道里还依次装有过热器 分为几级 再热器 省煤器和空气预 热器等受热面 高温烟气依次流过这些受热面 通过对流 辐射等换热方式向这些受热 面放热 从空气预热器出来的排烟温度一般在 左右 这时的烟气已无法再利用 被送入 除尘器进行分离 将烟气携带的绝大部分飞灰除掉 再由引风机引入烟囱 最终排入大 气 2 2 烟尘概述烟尘概述 2 2 1 烟尘的来源 人类活动引起的烟尘等有害物质主要来源有三个方面 工艺生产过程中的有害物 生活过程中产生的有害物及交通运输过程中产生的有害物 燃煤锅炉以其烟尘排放量大 废弃物多 污染大而成为烟尘污染的最主要来源 燃煤发电厂的生产过程是 经过磨制的煤粉送到锅炉中燃烧放出热量 加热锅炉中 的给水 产生具有一定温度和压力的蒸汽 这个过程是把燃料的化学能转换成蒸汽的热 能 再将具有一定温度和压力的蒸汽送入汽轮机内 冲动汽轮机转子旋转 这个过程是 把蒸汽的热能转变为汽轮机轴的机械能 汽轮机带动发电机旋转而发电的过程是把机械 能转换成电能 煤粉的燃烧过程 煤粉在炉膛中呈悬浮状态燃烧 燃煤中的绝大部分可 燃物都能在炉内燃尽 而煤中的不燃物 主要为灰分 大量混杂在高温烟气中 这些不 燃物因受到高温作用而部分熔融 同时由于其表面张力的作用 形成大量细小的球形颗 粒 在锅炉尾部应风机作用下 含有大量灰分的烟气流向炉尾 随着烟气温度的降低 王喜云 山西铝业 130t h 燃煤锅炉尾部除尘系统设计 8 8 一部分熔融的细粒因受到一定程度的急冷 呈玻璃状态 从而具有较高的潜在活性 在 引风机将烟气排入大气之前 上述这些细小的球形颗粒 经过除尘器被分离 收集即为 粉煤灰 燃煤电厂的燃料进厂后 先后经过翻卸 给煤机械 皮带多段转运 破碎 筛 分 犁煤等各种备煤设备进入原煤仓 在整个输送工艺过程中伴随产生一次尘化气流 转段落差 破碎设备鼓风机 落煤管与水平夹角 皮带速度等参数值越高 尘化强度就 越大 一次尘化气流会把粒径 200um 煤尘扬起 使局部空气尘化而形成尘源 尘源周边 的空气被诱导 扰动而形成二次气流 二次气流将一次尘化气流向四周空气扩散 蔓延 充斥在作业现场 由于微尘中粒径1 且使 1 0 kg 的燃料完全燃烧时产生的烟气量称为完全燃烧时的实际烟气量记为 V y m kg 1 61 1 1 000 VdVVV kyy 3 式中 为过量空气系数 V 为实际空气量 通常取 1 1 2 0 V Vk k 3 2 3 山西铝业山西铝业 130t h 燃煤锅炉的烟气量计算燃煤锅炉的烟气量计算 1 标准状态下理论空气 王喜云 山西铝业 130t h 燃煤锅炉尾部除尘系统设计 20 20 hm 836 6 8 4 2 9 2 265 0 8 0375 0 9 68 0889 0 8 265 0 375 0 0889 0 8 265 0 0889 0 3 0 ar ararar ar arar O HSC O HRV 2 标准状态下的理论烟气量 m kg 000 222 OHNROy VVVV 3 二氧化碳和二氧化硫的体积 V V 2 CO 2 SO 100 36 58 866 1 100 866 1 2 ar CO C V 100 008 0 7 0 100 7 0 2 ar SO S V 因而 kgm291 1 100 008 0 7 0 100 9 68 866 1 100 7 0 100 866 1 3 222 arar SOCORO SC VVV 理论氮气体积 kgm408 5 836 6 79 0 100 1 8 0 79 0 100 8 0 79 0 10028 4 22 3 0 00 2 V N V N V ar ar N 理论水蒸气体积 V OH2 V由三部分组成 OH2 辽宁工程技术大学毕业设计 21 21 kgm4939 0 836 6 01 0 61 1 100 5 24 1 100 9 2 1 11 61 1 100 24 1 100 1 11 3 00 2 Vd MH V k arar OH 理论烟气量 kgm9915 6 836 6 01 0 61 1 100 5 24 1 100 9 2 1 1169 5 79 0 100 1 8 0 100 8 0 7 0 100 9 68 866 1 3 o y V 实际烟气量 kgm38 8 836 6 12 1 01 0 61 1 836 6 12 1 9915 6 1 61 1 1 3 000 VdVVV kyy 锅炉每小时煤耗量 kg h11363 B 因此锅炉实际产生的烟气量为 hm95337 38 8 11363 3 y VBQ 3 烟气含尘浓度计算 y Y sh V Ad C 其中 6934 0 514 219 19 arararar ar sh MNOA A d 4 27 514 219 arararar y MNOAA 所以 王喜云 山西铝业 130t h 燃煤锅炉尾部除尘系统设计 22 22 3 3 mg m22672 g m672 22 38 8 274 06934 0 C 4 烟气含硫浓度计算 3 mg m1909 38 8 008 0 2 2 s ar s Q S C 表 3 3 燃烧计算表 Table 3 3 combustion calculation table 序号 项目名称 符号 单位 计算公式 结果 1理论空气量 V 0 m kg 3 8 265 0 0889 0 ar arar O HR 6 836 2 理论氮体积 V 0 2 N m kg 3 0 79 0 100 8 0V Nar 5 408 3 V体积2RO V 2 RO m kg 3 100 7 0 100 866 1 arar SC 1 291 4 理论烟气量 V 0 ym kg 3 0 22 NRO VV 6 9915 5实际烟气量 V ym kg 3 00 1 016 1 VVy 8 38 6 水蒸汽体积 V 0 2O Hm kg 3 0 61 1 100 24 1 100 1 11Vd MH k arar 0 4939 辽宁工程技术大学毕业设计 23 23 7飞灰份额 fh 查锅炉课程设计 0 9 8 RO 体积份额2 1 V V 2 ROy 0 15 9 水蒸气体积份 额 2 V V 0 2O Hy 0 059 10 三原子气体和 水蒸气总份额 3 12 0 208 表 3 4 含尘浓度和粒径分布 Table 3 4 dust concentration and size distribution 含尘浓度粒径分布 中位径 燃煤方式 g Nm3 75 m m 煤粉炉14 2015 1720 2225 2822 2512 14 24 沸腾炉40 455 820 2223 2613 1632 34 15 50 5 烟气露点温度计算 目前 工业锅炉或电站锅炉使用化石燃料 煤 石油 天然气等 在其组成中均含有 一定量的硫 S 它在锅炉燃烧过程中生成 SO 其中少量的 SO 会在 Fe O 或 V 0 烟222325 气或受热面金属表面中含有此成分 的催化作用下转化成 S0 它与烟气中水蒸气结合生 3 成 H SO 即稀硫酸蒸汽 在低于烟气酸露点时 会凝结并粘附到壁面上产生酸腐蚀 24 它主要发生在锅炉的尾部低温受热面上 即省煤器和空气预热器 后者金属壁面温度更 低 最易受到腐蚀 因此 正确地计算烟气露点温度 对于估计是否发生腐蚀和选择除 尘器材料 受热面材料非常重要 此外 结露时烟气中水蒸气凝结还会对受热面形成氧 腐蚀 烟气中的灰会粘结在结露的受热面上和腐蚀剥落的铁锈粘附形成堵灰 它堵塞了 烟气通道 增加了阻力 从而加大引风机的电耗 腐蚀和堵灰的发生对锅炉受热面的工 作状况是一种危害 在各型号的锅炉低温受热面上很常见 锅炉烟气酸露点的计算是一个很重要的问题 它涉及到判断尾部受热面是否会腐蚀 王喜云 山西铝业 130t h 燃煤锅炉尾部除尘系统设计 24 24 CH 除尘器温度是否选择合格的问题 长期以来 酸露点的计算公式一直有错 但是若干 工程技术人员却一直在使用 以下是三种参考公式 Hajstead 公式 3 2 44 lg0975 2 lg0777 150219 113 22 SOHSOHsld VVt 1 1 日本电力研究所估算公式 3 aVt SOsld 10lg 20 6 2 2 式中 a 与烟气中水分有关的常数 当水分体积含量为 5 时 a 184 10 a 194 15 a 201 1973 年苏联计算公式 3 ny AH n p pKOHp St ttt 05 1 1253 3 式中 t 烟气酸露点 p t 烟气中水蒸气分压下对应的水蒸气冷凝温度 即水露点 t KOH ed S 燃料的折算硫分 表示 1000 大卡 kca1 kg 热值下的燃料 n net ar n Q S S 3 10 硫分 文献中给出的单位是 10 kcal kg 3 A 燃料的折算灰 表示 1000 大卡 kca1 kg 热值下的燃料灰 n net n Q Aar A 3 10 分 文献中给出的单位是 10 kcal kg 3 表示飞灰占燃料灰分的份额 目前 中国对煤粉炉取 0 9 yH 水露点温度也可由经验公式计算 3 4 3 2 2 2 2 010 0 474 0 4064 8 2102 1 ed t 3 辽宁工程技术大学毕业设计 25 25 式中 为烟气中水蒸气的份额 2 俄罗斯最新版的锅炉烟气酸露点计算公式 其形式如下 3 5 ny AH n p St 25 1 200 3 4 国内计算烟气酸露点温度公式 3 6 zsfh zs eded A S tt 05 1 3 0 5 式中 是与空气预热器出口烟气侧过量空气系数相关的常数 排烟处过量空 气系数 129 25 1 121 25 1 fy 本设计中国采用俄罗斯最新版计算公式 7258 0 059 0010 0059 0 474 0 059 0 4064 8 2102 1 010 0 474 0 4064 8 2102 1 32 322 22 ed t 9437 52 25 1 03 0 200 25 1 200 647 09 0 3 3 ny AH n p S t 所以 C2279 52 7158 0 9437 52 pKOHp ttt 即烟气的酸露点为 52 2279C 表 3 5 技术参数表 Table 3 5 technical parameter table 序号分项内容单位电除尘器 1烟气量 m h 395227 2烟气温度 C 130 王喜云 山西铝业 130t h 燃煤锅炉尾部除尘系统设计 26 26 3入口浓度 g m 322 672 4出口排放浓度 mg m 3 50 5除尘效率 99 6含硫浓度 mg m 31909 7烟气露点温度 C 52 2279 3 3除尘器的选型与相关计算除尘器的选型与相关计算 由以上的计算结果可以求得所需除尘器的效率 9977 0 22672 50 1 1 C Cs 其中 C 国家规定为火力发电厂排放标准s 3 3 1 处理风量的计算处理风量的计算 处理风量是指除尘设备在单位时间内所能净化气体的体积量 单位为每小时立方米 m h 或每小时标立方米 Nm h 是袋式除尘器设计中最重要的因素之一 33 根据风量设计或选择袋式除尘器时 一般不能使除尘器在超过规定风量的情况下运 行 否则 滤袋容易堵塞 寿命缩短 压力损失大幅度上升 除尘效率也要降低 但也 不能将风量选的过大 否则增加设备投资和占地面积 合理的选择处理风量常常是根据 工艺情况和经验来决定的 标况下的处理风量 hm95038 2 01 273 324 101 130273 95227 1 273 324 101 273 3 k t QQ c sn 工况下的实际处理风量为 辽宁工程技术大学毕业设计 27 27 an n s n TT T Q Q 130273 273 s n Q Q 所以 hm19 140294 273 130273 95038 3 n ann S T TTQ Q 式中 Q 通过除尘器的含尘气体量 m h 3 Q 生产过程中产生的气体量 m h s 3 除尘器内气体的温度 ct Pa 环境大气压 kPa K 除尘器器前漏风系数即由于气压差在除尘室入口前漏入管道内的风 量 在此次设计中 K 取 0 2 3 3 2 过滤风速的选取过滤风速的选取 表 3 6 粉尘类型及相关处理方案 Table 3 6 type dust and related treatment scheme 风尘种类 粉尘浓度 g m 3 颗粒径 um 管路内风速 m s 作业例子 气体 蒸汽 5 12 清洗 有机溶 剂 极轻的粉尘5 以下20 以下10 12金属熔炉烟雾 同上5 2050 以下15 20同上 干燥粉尘5 以下50 以下12 18锯屑 谷物 王喜云 山西铝业 130t h 燃煤锅炉尾部除尘系统设计 28 28 表 3 7 除尘风管的最小风速 单位 m min Table 3 7 dedusting duct minimum wind speed Units m min 序号粉尘类别粉尘名称垂直分管水平分管 1纤维粉尘 干锯末 小刨屑 纺织尘 木屑 刨花 干燥粗刨花 大块干木屑 潮湿粗刨花 大块湿木屑 棉絮 麻 石棉粉尘 10 12 14 18 8 11 12 12 14 13 20 10 13 18 同上5 2050 以下15 20同上 一般工业干燥5 以下20 以下15 18抛光 研磨 同上5 20100 以下15 20 同上 同上 湿润5 以下20 以下18 25 湿石灰 氧化 铁 重的粉尘5 以下100 以下20 25铸造作业 同上5 20100 以下25 以上同上 粉尘空气搬运1000 以上1000 以下25 40谷物 塑料 辽宁工程技术大学毕业设计 29 29 2矿物粉尘 耐火材料粉尘 粘土 石灰石 水泥 湿土 重矿物风尘 轻矿物风尘 灰土 沙尘 干细型砂 金刚砂 刚玉粉 14 13 14 12 15 14 12 16 17 15 17 16 16 18 18 16 14 18 20 19 3金属粉尘 钢铁粉尘 钢铁屑 铅尘 13 19 20 15 23 25 4其他粉尘 轻质干粉尘 煤尘 焦炭粉尘 谷物粉尘 8 11 11 10 10 13 18 12 表 3 8 袋式除尘器的过滤风速 单位 m min Table 3 8 bag filter filtration speed Units m min 清灰方式 粉尘种类 手动振动机械振动 反吹风脉冲喷吹 炭黑 氧化硅 白炭黑 铝 锌的升 华物以及其他在气体中由于冷凝和化 学反应而形成的气溶胶 活性炭 由 水泥窑排出的水泥 0 25 0 40 3 0 50 33 0 600 8 1 2 王喜云 山西铝业 130t h 燃煤锅炉尾部除尘系统设计 30 30 铁及铁合金的升华物 铸造尘 氧化 铝 由水泥磨排出的水泥 碳化炉升 华物 石灰 刚玉 塑料 铁的氧化 物 焦粉 煤粉 0 28 0 450 4 0 650 45 1 01 0 2 0 滑石粉 煤 喷砂清理尘 飞灰 陶 瓷生产的粉尘 炭黑 二次加工 颜 料 高岭土 石灰石 矿尘 铝土矿 水泥 来自冷却器 0 30 0 500 50 1 00 6 1 21 5 3 0 过滤速度是设计和选择袋式除尘器的重要因素 它的定义是过滤气体通过滤料的速 度 或者是通过滤料的风量和滤料面积的比 单位用 m min 来表示 管道内烟气流速为 sm97 38 3600 140294 3600 3 s Q V 式中 Q 处理总风量 m h s 3 过滤风速的大小 取决于含尘气体的性状 上升气流的速度 织物的的类别以及粉 尘的性质 参考表 3 6 表 3 7 表 3 8 三表得本设计过滤风速 V 1m min 山西铝业130t h 燃煤锅炉选用外滤式下进上出逆气流反吹清灰方式外滤式下进上出逆气流反吹清灰方式袋式除尘器 逆气 流反吹袋式除尘器是利用逆流气体从滤袋上清除粉尘的袋式除尘装置 有反吹风和反吸 风两种形式 清灰时要关闭正常的含尘气流 开启逆气流进行反吹风 此时滤袋变形 积附在滤袋内表面的粉尘曾破坏 脱落 通过花板落入灰斗 滤袋内安装支撑环以防止 滤袋完全被压瘪 清灰周期0 5 3小时 清灰时间3 5分钟 反吹式的吸气时间约为10 20秒 视气体的含尘浓度 粉尘及滤料特性等因素而定 过滤速度通常为0 5 1 2m 分钟 相应的 压力损失为1000 1500Pa 逆气流反吹式袋式除尘器结构简单 清灰效果好 维修方便 对滤袋损伤小 适用于玻璃纤维滤袋 辽宁工程技术大学毕业设计 31 31 图3 1逆气流反吹袋式除尘器结构示意图 Figure 3 1 reverse air blowback bag filter structure diagram 1 含尘气体管道 2 清灰状态的袋滤室 3 滤袋 4 反吹风吸人口 5 反吹风管道 6 排气阀 7 排气总管 8 反吹阀 9 过滤状态的袋滤室 10 引风机 11 灰斗 根据表4 1 4 2 4 3选取过滤风速为 V 1m min 3 3 3 过滤面积的计算过滤面积的计算 为了提高清灰效果和连续工作的能力 在设计中将袋除尘器分割成若干室 或区 每个室都有一个主气阀来控制该室处于过滤状态还是停滤状态 在线或离线状态 当 一个室进行清灰或维修时 必需使其主气阀关闭而处于停滤状态 离线状态 此时处 理风量完全由其它室负担 其它室的总过滤面积称为净过滤面积 也就是说 净过滤面 积等于总过滤面积减去运行中必需保持的清灰室数和维修室数的过滤面积总和 1 60SVQs 所以 2 1 m24 2338 160 19 140294 60 V Q S s 王喜云 山西铝业 130t h 燃煤锅炉尾部除尘系统设计 32 32 式中 V 过滤风速 m min Q 处理总风量 m h s 3 S 袋式除尘器有效工作面积 m 1 2 3 3 4 滤袋的选取滤袋的选取 a 滤袋的直径 由滤布规格确定 一个工厂尽量使用同一规格的滤袋 以便检修更换 滤袋直径一般为 100 600 mm 常用的是 200 300 mm 为便于清灰 滤袋可做成 上口小下口大的形式 本设计中采用长圆袋 滤袋中间中固定支架本设计中采用长圆袋 滤袋中间中固定支架 取 mm250 b 滤袋的长度 对除尘效率和压力损失无影响 袋式除尘器一般为 5 10m 太短占地面 积过大 过长则增加除尘器高度 检修不方便 根据实际的使用经验 滤袋长度较大时 当除尘器停车后 滤袋容易自行收缩 从而提高了滤袋自行清灰的能力 因此在设计时 一般采用较长的滤袋 c 滤袋的长径比 滤袋的长径比是指滤袋的长度和直径之比 滤袋的长径比有如下规定 反吹风式机械摇动式 脉 冲 式 30 4015 3518 23 本设计中选取 m8 mm8000 32250 32 L 式中 L 滤袋的长度 d 单条圆形滤袋的面积 通常用下式计算 辽宁工程技术大学毕业设计 33 33 2 m28 6 814 3 25 0 14 3 LDSd 式中 S 单条圆形滤袋的公称面积 m d 2 D 滤袋直径 m L 滤袋长度 m 在滤袋加工过程中 因滤袋要固定在花板或短管 有的还要吊起来固定在袋帽 所以 滤袋两端需要双层缝制 双层缝制的这部分因阻力加大已无过滤的作用 同时有的滤袋 中间还要固定环 这部分也没有过滤作用 故上式可改为 x xdj SLD SSS 14 3 式中 S 滤袋净过滤面积 m j 2 S 滤袋未能起到过滤作用的面积 m x 2 在滤袋没用的过滤面积占滤袋面积的 5 10 所以 2 m7776 5 92 028 6 1 dj SS 式中 单条滤袋中未用面积系数 取 8 3 3 5 滤袋个数的确定滤袋个数的确定 求出总过滤面积和单条滤袋的面积后 就可以算出滤袋条数 707 404 7776 5 24 2338 1 1 j S S n 本设计中取432 1 n 式中 王喜云 山西铝业 130t h 燃煤锅炉尾部除尘系统设计 34 34 S 袋式除尘器有效工作面积 1 S 单条滤袋净过滤面积 m j 2 为了提高清灰效果和连续工作的能力 在设计中将袋除尘器分割成若干室 或区 每个室都有一个主气阀来控制该室处于过滤状态还是停滤状态 在线或离线状态 当一 个室进行清灰或维修时 必需使其主气阀关闭而处于停滤状态 离线状态 本设计中同 时设计两组滤袋 所以滤袋总个数 n 864 432432 21 nnn 式中 n 处于清灰状态的滤袋个数 2 即在本除尘系统在除尘过程中三个除尘室在工作 其余三个处于清灰状态 以保证 除尘器的连续工作状态 3 3 6 进出口气流组织方案的选择进出口气流组织方案的选择 气流组织包括体外进出口形式以及体内均流导流措施 3 3 6 1 进出口接口形式及流量均配 1 中进中出 这是大型多单元袋式除尘器最常用的形式 进排风分布总管布置在两 排袋室中间 分布总管做成楔形或阶梯形 按同程式等静压原理设计 确保各路阻力平 衡 分配到各袋室的流量均匀 通常还在各入口支管设调节阀 用作人工微调 2 端进端出 这是电改袋项目通常采用的一种形式 进口采用大喇叭状扩散管 布置在除尘器一端 过滤气流自下而上经清洁室从另一端汇集排出 可由多个通道并联 进出口设有启闭阀门 各通道阻力及流量分配基本均匀 3 3 6 2 体内均流导流 1 对中进中出接口形式 通常在灰斗或过滤室下部接入 应避免含尘气流直接冲刷 滤袋 并引导气流均匀进入滤袋区域 常用的导流均流板形式 见图 3 2 辽宁工程技术大学毕业设计 35 35 a 入口支管及导流板 b 灰斗挡板型均流板 C 灰斗阶梯形均流板 图 3 2 中进中出多单元袋式除尘器导流均流板形式 Figure 3 2 in a multi cell bag filter diversion flow guide plate form 2 对端进端出接口形式 通常在入口喇叭管内设均流孔板 在滤袋迎风面设阻流分 流挡板 有不均匀孔板 斜栅板 槽形板等多种形式 3 对端进端出接口形式 滤袋组成阶梯形布置 有利于前后各滤袋组的流体阻力平 衡 流量分配和过滤负荷均匀 图 3 3 端进端出多通道袋式除尘器滤袋组阶梯形布置图 王喜云 山西铝业 130t h 燃煤锅炉尾部除尘系统设计 36 36 Figure 3 3 side in side out multi channel fil