大气污染控制工程--电除尘器课程设计报告

1、电除尘器设计课程设计报告学生姓名：班级：学号：时间： 2013 年 5 月 13 日-19 日指导教师：华中科技大学环境科学与工程学院课程设计任务书一、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%

2、，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 m 3/h （工况 )废气温度 t j=350-400tc=330-370含尘浓度 C =5-10g/m 3 ( 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.

3、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3107910711073.8 10 7cm二、除尘器设计要求烟气量 Q =500,000 m 3/h （工况 )3标准工况 )出口粉尘浓度： 100mg/m(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、电除尘器设计课程设计报告要求1、课程设计文本结构1）课程设计任务书4）致谢2）课程设计目录5）附录3）课程设计正文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

4、计参数，要求：1）给出设计依据2）给出设计过程3）给出参考文献出处五、基本参考文献1 化工设备设计全书除尘设备设计科学技术出版社,19892 （日）通产省公安害保安局除尘技术建筑工业出版社, 19773 鞍山矿山设计研究院除尘设计参考资料辽宁人民出版社, 19784 黎在时 . 电除尘器的选型安装与运行管理中国电力版社， 20055 黎在时静电除尘器 .冶金工业出版社 1993 年 12 月第一版6 原永涛 火力发电厂电除尘技术化学工业出版社2004 年 10 月第 1 版目录第一章引言1第二章电除尘器简介2一、电除尘器特点2二、电除尘器的分类3三、电除尘器的工作原理3第三章电除尘器选型及工艺

5、参数设计4一、主要参数计算4（ 1）电场风速4（ 2）收尘极板的板间距4（ 3）电晕线的线间距(2c)4（ 4）粉尘的驱进速度5二、电除尘器主要部件的结构形式6（ 1）集尘板6（ 2）电晕线6（ 3）集尘极及电晕线的振打6（ 4）进气烟箱与出气烟箱6（ 5）气流分布板和槽型板6（ 6）壳体7（ 7）灰斗7（ 8）梁柱的布置形式7（ 9）集尘极与电晕极的配置7（ 10）计算所需的收尘极面积8（ 11） 确定电场数8（ 12）烟气量8三、电除尘器各部分尺寸的计算9（ 1）初定电场断面F9（ 2）电场高度h9（ 3）电除尘器的通道数N9（ 4）电场有效宽度B 有效9（ 5）实际电场断面F9（ 6）电

6、除尘器的内壁宽度B10（ 7）柱间距Lk10（ 8）内高H110（ 9）单电场的长度L10（ 10）电除尘器壳体内壁长LH10（ 11）烟气流方向的柱距11（ 12）进气箱进气口面积F011（ 13）进气箱长度Lz11（ 14）气流分布板层数n11（ 15）气体分布板开孔率t12（ 16）相邻两层多孔板的距离L212（ 17）进气管出口到达一层多孔板的距离Hp12（ 18）保温箱12（ 19）初定除尘效率13（ 20）灰斗排灰量G013（ 21）比集尘面积f13（ 22）单区供电面积Ai13（ 23）供电分区数N114（ 24）整流器额定电流I14致谢15附录16一、 RS电晕线图纸16二、收

7、尘极板图纸17参考文献18第一章引言中国是典型的煤烟型污染国家，烟尘污染问题过去曾经是、现在也还是、未来一段时间内恐怕仍然是制约中国可持续发展战略实施的重大环境问题之一。火力发电厂是中国最主要的烟尘排放源，也是烟尘污染治理的重点。重力沉降室和离心分离器是使颗粒物向固定器壁移动的设备，这两种设备在工业中对粒径小于 5m的颗粒物不能达到有效捕集的目的，而资料显示火力发电厂颗粒物粒径主要为 2-4m那么如果想使壁除尘设备能够用于捕集小颗粒物，就必须使这些设备施加比重力和离心力更强的作用力。电除尘器（ ESP）类似于重力沉降室或离心分离器，只不过是通过静电力使颗粒物移向器壁，对小颗粒物的捕集具有很好的

8、效果。电除尘器各方面特性均优于前两种设备，故火力发电厂多采用电除尘器进行尾气处理。据有关资料介绍，截止 2002 年为止，中国燃煤火电装机约占电力总装机的73%，打到 258 000 MW；发电用煤达到 657 780 MW。与此同时，电除尘器在火电厂的应用取得了高速发展，目前中国新建大中型火电机组近乎100%配置了电除尘器，装备火电机组达2 亿千瓦以上，电除尘器的数量占国内市场总量的75%以上。本次课程设计将简介电除尘器特点、分类以及工作原理；根据火力发电厂数据资料，设计电除尘器，计算各类相关参数并且给出相关图表。1第二章电除尘器简介一、 电除尘器特点电除尘器与其他种类除尘器的根本区别，在于

9、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：处理烟气量大可达 105106m3/h ；阻力小，耗能少3。一台处理烟气量为大约 0.2 0.4kWh/1000m400000m3h 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200Pa。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15、18。因此大大节约电力消耗；收尘效率高初期除尘效率能达到99%，能捕集 1um以下的细微粉尘。设备部件寿命较长，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

10、运行；适用范围广电除尘器甚至能捕集到0.1m 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。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；恶劣环境下运行稳定可在高温或强腐蚀性气体下操作；可用于高温（可高达 500）、高压和高湿（相对湿度可达 100%）以及高含硫（硫3%以上）的场合，能连续运转，运行稳定，不结露，不爬电，故障率极低；使用寿命长至少使用 8-10年以上；运行费用低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2多、一次性投资费用较高。电除尘器对制

11、造、安装和维护管理水平要求较高。安装精度要求高对粉尘比电阻有一定要求二、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：1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。单区电除尘器按其结构不同又可分为以下类型：按烟气在电场中的流动方向分为立式和卧式电除尘器；按清灰方式可分为干式和湿式电除尘器；按电极形状可分为板式、管式和棒式电除尘器；按电极距离大小分常规电除尘器和宽间距电除尘器。2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

12、，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。三、电除尘器的工作原理含有粉尘颗粒的气体，在接有高压直流电源的阴极线 (又称电晕极 )和接地的阳极板之间所形成的高压电场通过时，由于阴极发生电晕放电、气体被电离，此时，带负电的气体离子，在电场力的作用下，向阳板运动，在运动中与粉尘颗粒相碰，则使尘粒荷以负电，荷电后的尘粒在电场力的作用下，亦向阳极运动，到达阳极后

13、，放出所带的电子，尘粒则沉积于阳极板上，而得到净化的气体排出防尘器外。电除尘器的除尘过程可分为四个阶段：1气体的电离；32粉尘获得离子而荷电；3荷电粉尘向电极移动；4将电极上的粉尘清除到灰斗中去。第四阶段是从电极上回收粉尘，干式电除尘器多用振打方式，湿式电除尘器则以水冲洗。本次设计采用干式电除尘器，使用振打方式。第三章电除尘器选型及工艺参数设计本次设计选用卧式、板式、无辅助电极的宽间距电除尘器，采用一台除尘器。一、主要参数计算（ 1）电场风速为防治积灰的二次飞扬，电场风速大小的选取，一般在0.4 1.5m/s 范围。这里取 V=1.0 m/s。（ 2）收尘极板的板间距电除尘器收尘极板的板间距，

14、根据多年的设计经验，从电除尘器的各个方面考虑，若 = f(2b)，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 4b5 之间。所以 b = (4+1)40=200mmb = (5+1)40 =240mm因此极板的板间距为400mm 480mm。美国南方研究所推荐的最大板间距为457mm, 李秋兰等人推荐的最大板间距不超过 500mm。这里取极板间距为400mm。4（ 3）电晕线的线间距 (2c)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

15、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。一般取 0.60.65 倍的通道宽度为宜。当极间距为 400mm 时，线距取 240mm。（ 4）粉尘的驱进速度粉尘的驱进速度与很多因素有关。因此，驱进速度的确定，既复杂又十分重要。依据煤质和灰理化分析，依据用户对电除尘器的要求和类比计算，考虑在设计、制造、安装和使用时所应采取的有利于提高驱进速度的措施，综合分析，驱进速度按下式计算= 9.62 kS0.625式中 驱进速度， cm/s；S煤的含硫量， %；K 平均粒度影响系数。表 3-1粉尘粒径分布粒径20-1515-1010-88-66-44-2

16、2-11总计平均值17.512.597531.50.5含量2.24.62.614.127.941.36.01.1100%?1 a1+ ?2 ?2 + ?8 ?8=100= 5a式中W1,W2粒度为 a1，a2 组成的百分比；a1,a2粒度平均粒径。表 3-2 平均粒度影响系数a1015202530355k0.90.9511.051.11.15用内插法求得 k=0.85，S=0.5%= 9.62 kS0.625=9.62 0.850.5 0.625=5.3 cm/s但是，实际上用户所要求的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

17、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，取 =51.1=5.5 cm/s。二、电除尘器主要部件的结构形式（ 1）集尘板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 C 形极板，名义宽度为400mm 或 500mm 。这里采用大 C 型极板。（ 2）电晕线电晕极按放电形式分为三种

18、： 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； 2、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。这里选用芒刺线。（ 3）集尘极及电晕线的振打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。这里采用下部绕臂捶打装置，为保证正确的振打制度，采用单边振打。电晕极振打选用中部绕臂振打装置，每6个电场、每个框架两侧都装设振打装置。（ 4）进气烟箱与出气烟箱电除尘器的进出气烟箱做成喇叭形，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

19、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气体的导流和分配部件主要是控制气流分布，实现均流措施。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，这种分布板结构简单，且有较好的均布作用。为使气流均布良好，多孔板的层数应不少于两层，这里取三层。在出气烟箱处设置槽型板装置。（ 6）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 5%以内。由于烟气中有二氧化硫等腐蚀性气体，壳体采用耐腐蚀钢材制作，采用箱形钢结构，壳体的顶盖采用户外式。

20、（ 7）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，这里采用四棱台状灰斗，采取顺序定时排灰，灰斗的出灰口装设密封性良好的排灰阀。（ 8）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，前者是将相邻的两根柱和两根梁并在一起因此有较大的横向刚度。后者的结构有利于烟气加热整个顶梁，这7样可以减少整个顶梁由于上下温差而产生的热应力。这里采用均匀分布的立柱结构。（ 9）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

21、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。由于废气温度 350-400，这里采用第一种形式。（ 10）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

22、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，要考虑一定的储备能力。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。按下式计算所需收尘极面积?ln (1 ? ?)500000 ?n （ 1 ? 0.99 ）?1.3 = 15118 m2?= ?= ?3600 0.055式中 驱进速度， m/s ；A 总除尘面积， m2 ；k储备系数， 1.01.3，这里取 1.3；qv烟气量， m3/s；除尘效率， %。8（ 11） 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，电场数就排放标准取34 个，新标准建议取46 个，特

23、别难收集的粉尘可取68 个。采用 5 个电场。（ 12）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，建议采用排烟量 Q 工况 （工况值）乘以烟温变化修正系数 K1 和漏风修正系数 K2，273 + ?273 + 3751K1 =273 + ?= 273 + 350 = 1.04式中 t排烟温度，；t 1计算排烟温度，；（取高于t 25）K2 建议取1.05 1.10，取 1.10。Q= K1 K2Q 工况=1.04 1.10500000 =572000 m3/h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

24、得：（ 1）初定电场断面F?500000?F =? = 1 3600 = 138.9 m2式中 F 初定电场断面积， m2；V 电场风速， m/s 。（ 2）电场高度h?138.92 =2 = 8.3?h9圆整后取 h=9m式中 h 电场高度， m。要对于极板高度h 进行圆整。（ 3）电除尘器的通道数N138.9N = F / 2bh=0.4 9 38.6式中 2b相邻两极板中心距， m。将 N 圆整为整数，当选用双进风口时， N 值应取偶数。圆整后 N=40（ 4）电场有效宽度 B 有效B 有效 =2bN=0.440=16m（ 5）实际电场断面FF = hB有效=916=144m2（ 6）电

25、除尘器的内壁宽度 B采取双进风口：B=2Ns+2+ e1=0.440+20.1+0.3=16.5m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；e 1中间小柱宽度。Ns除尘器内部两极间的距离，mm。（ 7）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16.5 + 0.48.45?L k= ( B + e )/m= 2式中e =400mm，m=210（8）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=9+0+0.04+0.21=9.25m式中 h 除尘极板有效高度， m；h1当极板上端悬吊于顶

26、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 =80mm300mmh2除尘极下端至撞击杆的中心距离，按结构型式取h2=35mm50mm；h3撞击杆中心至灰斗上端的距离，取h3 =160mm300mm。（ 9）单电场的长度L? 15118L= 2?= 2 40 5 9 = 4.2?式中n电场数量（ 10）电除尘器壳体内壁长LHL = n(L +2Le+ c) + 2Lec=5（ 4.2+20.45+0.4）+2 0.4-0.4=27.9mH1式中 Le1 电除尘器内壁顶端到电晕线框架的距离，400500mm；Le2 电晕线框架到极板的距离，450 500mm；c 两电场

27、间框架间距， 380440mm。（ 11）烟气流方向的柱距中间柱距 Ld1 = L + 2 Le2+ c=4.2+20.45+0.4=5.5m 外侧柱距 Ld2 = L+ 2Le+ c/ 2=4.2+20.45+0.2=5.3m 最外侧的柱距与除尘器内壁： X1 = Le1 =0.4m11（ 12）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，一般采用水平进气。当采用水平引入式进气箱时，进气箱的进气尺寸按下式计算：?500000?F = ? = 8 3600 = 17.36 m200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8

28、m/s 左右。考虑到进气口尽可能与电场断面相似，可取： F0=2.1m 5.6m 进气箱大端的顶端可取距梁底面 350mm 左右，考虑下端气流不要直冲收尘极的振打机构，所以需上移 600mm。为了防止粉尘在进气箱底板的沉积，底板的斜度需大于50（ 13）进气箱长度LzLz= (0.55 0.56 )(a1 -a2)+250=0.56（16000-5600）+250=6074mm式中 a1，a2是 Fk 及 F0 处最大边长， m； Fk 进气箱大端的面积， m2。（ 14）气流分布板层数n?144有效 ?= 17.36= 8 2060n=2（ 15）气体分布板开孔率t多孔板阻力系数 与它的开孔

29、率 t 间的关系由下式确定：?2?= ? ( ?)?0 ?014421.2 （） 2= 1017.361=?= (0.7071 ? ?+ 1 ? ?)2/t 2得 t=37.56%式中 阻力系数；12N0 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。（ 16）相邻两层多孔板的距离L2?144? =?= 3?48.1?L2 0.2Dr取 L2=0.6m式中 Dr Fk 断面上的水力直径，n k Fk 断面上的周长， m。（ 17）进气管出口到达一层多孔板的距离Hp?17.36? =0=1.13?15.4?0H p 0.8Dr 取 HP=1.0m式中 Dr 进气管的水力半径。（ 18）保温箱a0 = (0.8 1.2)b(32)h0= (2 2.5)b(33)b0= (1.11.2)b(34)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；（ 19）初定除尘效率入口气体含尘浓度Cj =5-10g/m3 (工况 )，出口气体含尘浓度Cc=0.1g/m3(工况 )13?10 ? 0.1 =CC?100% =100% = 99%C10=? ?100% = 99.75%=?除尘效率的验算：1?),（ f(）设计符合要求。（ 20）灰斗