【某县燃煤电厂除尘工艺设计9100字（论文）】

某县燃煤电厂除尘工艺设计摘要随着现代社会的快速发展，电力需求日益增大。目前电厂类型仍以火力发电为主，由于火力发电排气伴随着大量污染物的产生，极大影响了生态环境以及人类健康，为减少此种影响，需要为对电厂设计除尘工艺。目前最常用的工业除尘方式有布袋除尘器，滤筒除尘器，旋风除尘器，湿式除尘器和静电除尘器。根据该电厂所在的地理位置，燃煤组分以及烟气参数选择干式电除尘器进行除尘。该除尘方式的优点①适用于微粒控制，对粒径1～2μm的尘粒，效率可达98％～99％；②在电除尘器内，尘粒从气流中分离的能量，不是供给气流，而是直接供给尘粒的，因此，和不同的除尘器相比，电除尘器的阻力不高仅为100—200Pa；③可以净化高温气体，④适用较复杂的工程，净化的气体量越大，它的花费越低。通过设计计算，确定了电除尘器设备的尺寸及性能参数。最终的除尘效率达到99.95%，烟气经除尘后符合国家排放标准。关键词：干式电除尘器目录TOC\o"1-3"\h\u42331绪论 4107741.1设计原始资料 4238421.1.1电厂主要概况 4126361.1.2电厂的交通运输条件 4264311.1.3煤的成分 5322041.1.4烟气性质 5250111.2设计要求 737841.3总体设计准则 7201901.4主要设计规范： 79071.5设计内容 8260882除尘装置工艺比选 9245932.1除尘装置比选 9262512.1.1各类除尘器的特点 9107982.1.2除尘器的性能比较及选择依据 10307832.1.3除尘器的选择 11103823电除尘器的设计计算 12224803.1.1电除尘器方案选择 1267623.1.2粉尘驱进速度的选定 12283293.1.7电除尘器通道数 14138823.1.8电场实际风速 1423813.1.9电场内部尺寸计算 15283363.2电除尘器主要尺寸的确定 16201923.2.1进出烟气箱的设计 16145193.2.2灰斗尺寸计算 17270513.2.3电除尘器总长度 1887883.2.4电除尘器总宽度 1843473.2.5电除尘器总高度 18188353.3电除尘器其他装置设计 18263223.3.1气流分布装置的设计 18317263.3.2槽型板的设计 19287363.3.3电晕极系统及其振打装置的设计 19188913.3.4收尘极系统及其振打装置的设计 19259483.3.5传灰装置的设计 19304653.3.6供电装置的设计 20159293.3.7阴极设计 2014477 2319529 2428890 251绪论燃煤电厂烟尘排放的主要来源，并且严重影响了空气质量，为了保护环境并且促进能源技术改革，控制燃煤电厂烟尘排放十分重要。 为了减少燃煤电厂粉尘造成的空气污染，我国制定了一套法律和标准，以促进粉尘控制技术的发展，并且每年对于烟尘排放的要求也在不断地提高，这是新建燃煤电厂时所必须考虑的问题，旧燃煤电厂必须根据国家标准对原有的烟气处理工艺进行改进，以达到规定的要求。本设计主要对山西某市燃煤电厂排放的烟气进行性质的分析，最后设计出合适的除尘设备，已使最后烟气排放达到国家要求。1.1设计原始资料1.1.1电厂主要概况电厂所在县地处山西省中部吕梁山区，黄河在厂址西面约12km处，属暖温带大陆性季风气候区。春季多风少雨，夏季炎热干旱，秋季雨水充足，冬季寒冷漫长，全县太阳总辐射139.8kcal/cm2，年平均日照时数2449.5小时，年平均气温10.5℃，无霜期199天，年平均降水量502mm，主要灾害性天气为干旱、冰雹、洪水、霜冻。电厂建设有两台300MW循环流化床锅炉机组，汽机直接空冷，炉内脱硫率按照80％计。同步建设炉内脱硫、SNCR脱硝装置，炉后采用石灰石—石膏湿法烟气脱硫装置，一炉一塔。1.1.2电厂的交通运输条件电厂公路运输方面：县城扼晋陕通衢，为山西西大门，国道横贯东西，铁路穿越境内，县乡公路四通八达，交通极为便利。1.1.3煤的成分燃烧煤的成分对于锅炉最后的烟气排放有很大的影响，本设计所选用的设计煤种的主要成分如下：表1煤的主要组成成分特性指标单位设计煤种收到基碳Car%31.18收到基氢Har%2.29收到基氧Oar%5.87收到基氮Nar%0.37收到基全硫St，ar%1.8全水份Mt%9.0收到基灰份Aar%50.57干燥无灰基挥发份Vdaf%32.71收到基低位发热量Qnet，arKJ/kg11620灰变形温度DT℃＞1500灰软化温度ST℃＞1500灰熔化温度FT℃＞1500由表可以看出设计煤质中的灰分含量较高，可以估算最后排放的烟气的灰分浓度会比较大，需要进行除尘的处理工作。1.1.4烟气性质该电厂2×300MW循环流化床锅炉机组，一炉一塔配置。为响应山西省政府和山西省环保厅提高烟气排放标准的号召，现拟对现有机组环保设施进行烟气超低排放改造，改造后烟气污染物排放浓度达到或优于现有燃用天然气机组的排放标准，即SO2排放浓度≤35mg/Nm³，NOx排放浓度≤50mg/Nm³，粉尘排放浓度≤10mg/Nm³。除尘装置入口烟气条件按下表设计（单台机组）。表2除尘器烟气参数序号项目单位参数1除尘器型号ND8X1/1357/RF80002处理烟气量m3/h1977861处理烟气量kg/h/3设计除尘效率%99.954入口温度℃1435入口浓度g/Nm374.176出口浓度mg/m3≤107设备运行阻力Pa≤14001.2设计要求本设计依据锅炉型号规格、煤种等工艺条件及排放标准的要求，对山西某县燃煤电厂的经脱硝后烟气进行除尘处理，对除尘技术进行选型和设计计算。通过选择合理的工艺流程，提高该厂尾部烟气净化率，使烟气污染物排放浓度达到或优于现有燃用天然气机组的排放标准，粉尘排放浓度≤10mg/Nm³。可采用干式电除尘，注意比集尘极面积，阴极线，阳极板材质的选择。设计要求完成相应的设计计算说明书一份和部分设备的设计图纸3总体设计准则（1）严格执行国家有关环保法律法规，按照规定的排放标准，使处理后的废气指标达到并优于标准指标[1]。（2）采用先进、合理、成熟、可靠的处理工艺，并具有显著的环境效益、社会效益和经济效益。（3）工艺设计与设备选型能够在生产运行过程中具有较大的灵活性和调节余地，确保达标排放。（4）在运行过程中，便于操作管理、便于维修、节省动力消耗和运行费用。1.4主要设计规范：《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223－2011)《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）》《火力发电厂烟气脱硫设计技术规程》（DL/T5196-2004）《火力发电厂设计技术规程》（DL5000-2000）《火力发电厂初步设计文件内容深度规定》（DLGJ-92）《污水综合排放标准》（GB8978-1996）其他国家和行业有关的规程、规范、法规及标准1.5设计内容首先对设计电厂的气象地理条件以及排放烟气的性质进行分析，确定和合理的工艺流程。然后对工艺中所选用的设备进行设计并且进行详尽的设计计算。最后绘制设计图纸，包括反映整体布局的平面布置图，反映气体位置的高程图，以及能反映各个具体处理结构外观和内部结构的示意图。2除尘装置工艺比选2.1除尘装置比选除尘装置是可以将烟气中的粉尘去除出来的装置，除尘装置也叫做除尘器。按工作原理可将除尘器分为：机械除尘器（包括旋风除尘器、惯性除尘器、重力沉降室）、过滤式除尘器（包括袋式除尘器、颗粒层除尘器）、文丘里洗涤器、磁力除尘器、电除尘器[2]。2.1.1各类除尘器的特点（1）旋风除尘器的处理原理是含尘气体进入除尘器受到旋转气流。在离心力的作用下，粉尘颗粒从气流中脱离出来，被捕集在旋风除尘器壁上。然后，在重力的作用下，粉尘颗粒落入灰斗。特点:组件简单，没有运动部件，没有特用辅助设备，占地面积小，操作维护简单，耗电小，操作、维护、制造、安装所需费用少;操作方便，性能特定，受粉尘气体浓度、温度限制;对粉尘的物理性能没有特殊要求，可根据生产方式的不同需求，选用不同的材质，另外，通过选用不同的耐磨、耐热衬材来达到延长使用寿命的目的。（2）惯性除尘器是通过携带粉尘的粒子与挡板的碰撞或强烈反转气流方向，将粉尘与气体分离，使粉尘与气体有不同的惯性力。特点:结构简单，阻力低，但净化效率只有40~80%，主要用于分离20μm以上的大颗粒。（3）重力式除尘器通过突然降低流速和改变气流方向，使较大的粉尘颗粒在重力和惯性作用下从气体中分离出来，沉淀在除尘器内。特点:除尘效率和投资成本与空气流速成反比。气流速度越慢，除尘效率越高，但需要的除尘器体积越大，投资成本也越高。（4）布袋除尘器是利用纺织布或非纺织毡对粉尘气体进行过滤，使粉尘被保留，然后通过重力进入灰斗。特点:对含尘气体净化效率高，但存在体积大、滤料寿命短、压力损失大、运行成本高等缺点。（5）湿式除尘器是进行粉尘气体与液体相互接触，使液体挂靠在粉尘颗粒上面，增加粉尘体积，使粉尘与气体分离。特点:结构简单，初期投资低，净化效率高，但用水量大，排放污水需要二次处理，整体能耗高。（6）磁性除尘器的原理是用磁力使磁性粉尘与气体分离，净化空气。特点:节能、安全、运行稳定、磁感应强度范围宽，但有局限性，要求粉尘带磁。（7）静电除尘器的原理是高压直流电将空气电离，出现大量的电子和离子受到电场力的作用向两极移动。在电子和离子运动过程中，使空气中的粉尘颗粒带电，带电的粉尘颗粒在电场力的作用下向相应的电极移动，从而实现粉尘与气体的分离。特点:净化效率高、阻力小、阻力损失小、能耗小、烟气处理能力大、允许工作温度高，可实现自动运行，但设备比较复杂，对粉尘比阻有要求，受气体温度、湿度等工况影响，投资成本高的影响。2.1.2除尘器的性能比较及选择依据除尘器的性能比较，见表2.1和表2.2.除尘器的选择依据包括：（1）需净化的烟气量及最大量。（2）烟气携带粉尘的浓度。（3）烟气的湿润程度。（4）烟气的温度及温度波动范围。（5）进入除尘器烟气的最大压强。（6）烟气和粉尘的化学组成，腐蚀性的强弱。（7）烟气中粉尘的粒径分布。（8）烟气中粉尘的比电阻。（9）烟气中粉尘的黏度。2.1.3除尘器的选择结合燃煤电厂烟气中粉尘的粒度分布、锅炉产生的烟量以及烟气的特点，采用电除尘器除尘。它具有净化效率高的优点，静电除尘器可以通过加长电场的长度，增加电场的有效流面积，提高控制器的控制质量，对烟气进行调节调理，从而提高除尘效率，从而达到所需的除尘效率。对于正常电潜泵，平时运行时除尘效率一般在99%以上。它可以扩散0.01微米以上的细颗粒物。在设计中，可以改变参数或者利用不同的方式去满足需要的对粉尘的净化程度。2、电阻损耗小，设备电阻小，总能耗低。静电除尘器的总能耗由设备阻力、供电装置、加热装置、振动及辅助设备(排灰电机、气化风机等)的能耗组成。电除尘器的电阻损失一般为150~300Pa，约为袋式除尘器的1/5，在总能耗中所占份额相对较低。一般情况下，loom/h的烟量能耗在0.2~0.8kwh之间。一般在20mm水柱以下，与旋风除尘器相比，即使考虑到供电单元和振动机构的功耗，其总功耗还是比较小的。3、烟气处理能力大。由于静电除尘器结构易于模块化，可以实现大规模装置。单台esp的最大电场截面积可达400平方米。4、允许运行温度高，如SHWB电路除尘机最好允许运行250℃，其他型号350~400℃或更高。5、可充分实现自动化操作控制。[3]3电除尘器的设计计算3.1.1电除尘器方案选择除尘器建议采用双室、宽间距(400mm)、板式、卧式、干式除尘的单区静电除尘器。该除尘器具有以下特点:（1）双室：每台电除尘器配备有2个进风口，2个出风口，气流分布均匀，但占地面积会比采用单室的大。（2）宽间距：宽间距的极板制作、安装、维修相较于窄间距的极板更加方便。（3）板式：极板具有一定刚性，不易变形，二次扬尘少。（4）卧式：占地面积大，但可以通过加长电场长度保证除尘效率。（5）干式清灰：结构简答，运行可靠。3.1.2粉尘驱进速度的选定粉尘的驱进速度是静电除尘设计的重要参数之一。影响驱动速度的主要因素有电场的极间距离，粉尘颗粒的大小，电场数，电流电压，粉尘比电阻及收尘极面积，因为驱进速度受非常多因素左右，不能十分准确地进行计算，工程设计中一般不采用理论计算结果，而是采用经验数值或经验公式。此时，电除尘器的有效驱进速度取ω=9.5×10−23.1.3电场断面积的计算电场的断面面积是指电除尘器中垂直于气流方向的有效面积。。它通常与处理风量和电场风速有如下关系[5]：F=Qv（3式中F——电除尘器电场的有效断面积，m2Q——通过电除尘器烟气量，m3v——烟气通过电场的风速，m/s。当燃煤电厂烟气粉尘排放浓度小于10mg/m3，除尘效率在99.0%~99.99%之间时，电场风速在0.8~1.1m/s之间取值。本设计除尘效率要求达到99.95%，预设电场风速为1.0m/sF=19778613600∗1m3.1.4除尘效率计算η=Cin−CoutCin式中Cin——Cout——η=74.17−0.03收尘极面积计算A=−Qln（1−η）ω（式中A——收尘极面积，mQ——处理的烟气量，mη——除尘效率，%ω——电除尘器的有效驱进速度，m/sA=−549.41ln（1−99.953.1.6电场高度H=F/2（3.4）式中：H——电场高度，m。H=549.41/2=16.57m取整后H=17m3.1.7电除尘器通道数Z=F2bH（3.5式中：Z——板卧式电除尘器通道数，个。b——极线与极板的中心距，2b=0.4m。Z=549.4117通道数取整数，Z=81。3.1.8电场实际风速（1）电场的有效宽度：B=Z*2b（3.6）式中：B——电场的有效宽度，mB=81*0.4=32.4m电场的实际断面面积：A′=H*B（3式中：A′——电场的实际断面面积，A′=电场实际风速：Vd=式中：VdVd=1977861静电除尘器的电场数量需要科学合理地配置。多设一个电场的建设投资成本会增加很多，不会带来经济效益，增加了运行、管理和维护的难度。板式卧式电除尘器一般采用2~3个电场。考虑到有效的驱动速度和保证除尘效率，卧式板式电除尘器设计采用两室三电场[6]。3.1.9电场内部尺寸计算（1）电场长度：L=A2nZH（3.8式中：L——板卧式电除尘器单个电场的长度，m。n——电场个数，个。L=47558.452∗3∗81∗17取整后，L=6m（2）电场总有效长度：L1=nL （3.9式中：L1L1（3）电除尘器内壁宽度：B1=Z∙2b+2∆（3.10式中：B1∆——最外层中心线与内壁距离，取0.1m。B1（4）柱间距：L2=B1+e′m式中：L2e′——中间小柱宽度，取0.4m。m——电除尘器室数，个。L2=32.6（5）柱距长：L3=L+2Ie+Cd（3式中：L3IeCdL33.2电除尘器主要尺寸的确定3.2.1进出烟气箱的设计（1）集尘极排布数：n′=Z+1（3.13）式中：n′——集尘极排布数，个。n′=81+1=82（2）电除尘器进出气烟箱大端截面积：Fk=[(n′−1)2b+2∆]H2（3式中：Fk——电除尘器进出气烟箱大端截面积，Fk=[(82取整后，Fk=59m2。电除尘器进出气烟箱大端截面为16.6m×16.6（3）电除尘器进出气烟箱小端截面积：Fk′=Q2x3600ve（式中：Fk′——电除尘器进出气烟箱小端截面积，mveFk′=19778612x3600x8取整后，Fk′=35m2，电除尘器进出气烟箱小端截面为6m×进气烟箱长度：L4=k(a1−a2)+0.225（3式中：L4k——进气烟箱设置有气流分布装置，取k=0.35。a1a2L4=0.35(16.6−6（5）出气烟箱长度：L5=0.8L4（3式中：L5L5出气烟箱使用平行放气的方式，再添加槽型板，底板倾斜角度为60°3.2.2灰斗尺寸计算灰斗采用四台状灰斗，沿气流方向按电场数设i1=3排灰斗，和气体方向相互垂直方向按进气口数设置i2=2列灰斗，总共6个灰斗；灰斗下口取i3×i灰斗高度：H1=3(Bi2−i式中：H1H1=3(5.42圆整后，H1=23.2.3电除尘器总长度L6=nL3+L4+L5（式中：L6L63.2.4电除尘器总宽度B2=2b1+mL2（3式中：B2b1B2=2*1.8+2*16.5=电除尘器总高度顶部大梁高度取1.5m，顶部遮拦高度取1.2m，底部卸灰筏高度取0.6mH2=H+H1+1.5+1.2+0.6（3式中：H2H2=17+2+1.5+1.2+0.63.3电除尘器其他装置设计3.3.1气流分布装置的设计在气流分布装置对除尘器内气流均匀性的影响研究中，叶兴联等[7]利用CFD技术对除尘设备进行优化设计，结果表明，电除尘器内气流分布均匀性对收尘效率具有重要影响，合理的设计气流分布装置可有效提高气流分布均匀性。分布板层数的确定：FkFk′=277.134.33=8.076<8.07≤20，分布板层数为2层。（2）分布板的开孔率:a=N0FkF式中：f——分布板的开孔率。3.3.2槽型板的设计杨钰辰等[8]对电除尘器气流分布的研究表明：槽型板是电除尘器气流分布均匀的重要调节部件。此外，槽型板还可收集未被电场捕集或因振打进入出气烟箱的粉尘颗粒。本设计槽型板选用3mm厚钢板制作，槽宽和翼高分别为150mm和30mm，板间间距为50mm，安装方式采用最末端电场出口端平行安装。3.3.3电晕极系统及其振打装置的设计（1）电晕线的选择：1、2电场采用芒刺线，同极间距400mm；3电场采用星形线，同极间距400mm。（2）电晕极间距：要与收尘极间距相适应，本设计采用电晕极间距400m。（3）电晕线的组装方式：1、2、3电场组装方式均为框架式电晕极。（4）电晕极的振打方式：采用侧部振打装置，通过侧传动装置带动振打轴，使360°均匀布置在振打轴上的锤头获得不同时振打的效果，达到防止二次扬尘的目的[9]。3.3.4收尘极系统及其振打装置的设计（1）收尘极的选择：用范围较广的Z型收尘极，宽度使用385mm。它有降低第二次烟尘进入、刚性好、重量轻等特点[10]。（2）极板排数通过通道上确定，比通道数多1。（3）极板上部采用螺栓与悬吊梁相连，下部将极板与撞击杆相连。（4）板式振动装置采用运行可靠的悬挂锤式振动装置，锤重8kg，连杆长度180mm，曲柄长度100mm。振动频率规划为4小时，每次振动5分钟，设计时留有后期运行调整余量，可根据运行情况及时调整。3.3.5传灰装置的设计每个静电除尘器有6个灰斗,每个灰斗的下部提供维护旋塞阀和电动排灰阀,每个电动排灰阀配备一个灰贮料仓,墙上的灰贮料仓是提供一个振动器和物质层面上的监控器。由于各电场料斗积灰速度不同，输灰方式也不同。2.根据电场灰斗的积灰速度选择连续和间歇的积灰方式。在灰斗内，注意不要一次喂完灰。灰斗内应保持一定的灰量，一般在1米左右，以保证静电除尘器的密闭性。3.3.6供电装置的设计供电装置要采用直流供电，高电压、小电流。本设计拟采用2台供电设备进行供电工作。高压整流变压器输出电流：I0=jA6（3.式中：I0j——平均板电流密度，取0.4mA/m2I0=0.4x47558.456额定电压：U0=bU1（3.式中：U0U1U0=0.2x100x3.5kV（3）供电装置的选型：采用GGAJ02D型—3.0A/78kv高压供电设备。（4）接地保护：供电装置的接地线自成回路，单独接地，接地电阻小于4Ω。3.3.7阴极设计阴极设计包括阴极线设计、悬挂架设计、阴极次梁设计、阴极主梁设计、以及高压电相通的吊杆设计、和必要的绝缘装置设计。阴极线设计本设计的阴极线材质选用的是SS2250管状芒刺线。其实质就是在Φ22×2mm的钢管上面，焊接芒刺，这些芒刺的直径一般为3mm、长度为16mm。由上述计算可知，电厂的有效长度为5000mm，且每个蜂窝管中放置阴极线共1800个，加之顶部的固定螺孔长度827mm，底部652mm。综合可知，阴极线总长等于6479mm[11]。悬挂架设计因为阴极线是用框架的，其顶部和底部都需要使用悬挂架去连接与支撑。20组的阳极模块，分别需要悬挂架20套。每一套悬挂架都是根据10根阴极支梁构成，则一共需要10×20×2=400（根）。本设计每根阴极支梁都是用方管形，截面的尺寸为50mm×40mm，其壁厚3mm，材质SS2205。次梁设计次梁的作用是架桥将各个阴极支梁链接起来，使用SS2250材质，对于一个阳极模块上下各两根，一共需要2x2x20=80根。次梁和支梁一样，都是用方管形，截面尺寸为120mm×80mm，壁厚为5mm。主梁设计电场区域可分为5个区域根据长度方向,和2阴极主要梁需要通过湿式静电除尘器的设计运行在每个区域的上、下部分,然后8阴极二次梁连接。上面的阴极主梁与上面、下面的钢板以及侧面的钢板焊接而成。本次设计使用的材料为碳钢Q235B。总之，总共需要2×5=10件。底部阴极主梁主要采用方管，截面尺寸200×300mm，壁厚8mm。同样，总共需要2×5=10个管道。吊杆设计使用吊杆连接，可强化主梁的稳定性。且吊杆一端接主梁，另一端接高压电线，可以有效的使高压传送给电极。本设计有10根主梁，所以需要20个吊杆，吊杆材质同上为SS2205，使用Φ42mm材质。绝缘设计对于一个干式电除尘器来说，绝缘设计它是决定放电是否稳定的关键的因素。该部分是由绝缘子室与其内部的绝缘子组成。本设计要求上进下出的立式结构，所以两侧都需要设置绝缘装置。下面本设计将会根据这两种分别进行设计。绝缘子室一个主梁需要的两侧都需要安装绝缘子室，而一个电厂区域有两根主梁，所以需要四个绝缘子室来安装。综上可知，本设计一共需要设计二十个绝缘子室。而绝缘子室的设计分为两个部分，内筒和外筒。内筒的尺寸是Φ806×3mm。外筒为Φ1000×5mm，且制作绝缘子室所用的材质都使用Q235B。内外直接用材质为硅酸铝的材料去填充。绝缘子绝缘子是用来保护高压电在输送过程中不受吊杆交界处的影响而设置的。也起着至关重要的作用。主要使用50瓷材质厚度为3㎜的瓷盆来制作绝缘子。加热装置加热装置是为了保护绝缘装置结露或者爬电导致等问题而设计的。本设计采用管状加热器，也就是通过在金属管中放置电阻丝，其材质一般为镍铬合金，然后在管中填满具有导热和绝缘性能的氧化物。