【《燃煤循环流化床锅炉除尘器设计计算过程案例》7000字】

燃煤循环流化床锅炉除尘器设计计算过程案例1.1除尘器概况1.1.1电除尘器的结构电除尘器主要由机械本体和高压电源两部分组成，机械本体是指，进气烟箱的进气端法兰面到出气端法兰面，壳体到支撑坐下平面，到灰斗排灰口法兰面。收尘极、放电极、烟箱、壳体、灰斗、振打清灰系统、支座及辅助系统等组成本体结构。高压电源主要包括高压硅整流变压器和高压控制柜两部分[14]。广义电除尘本体概念，除上述部分外，还应包括卸输灰系统、钢支架两部分。1.1.2电除尘器工作原理电除尘器主要是通过在收尘极和电晕极之间通上高压直流电后，会产生一种强电场，这种强电场效应会促使气体粉尘发生载荷电离、粉尘荷电，带有正、负离子的粉尘颗粒分别向电晕极和收尘极运动而沉积在极板上，从而达到悬浮粉尘从气体中分离出来的目的。使用场合和使用目的不同，电除尘器的种类也不同，但它们的组成相同，工作原理也基本相同。绝缘子；2-集尘极壁上的粉尘；3-气流入口；4-气流出口；5-放电极；6-重锤；7-捕集的粉尘图3-1管式电除尘器示意图Fig.3-1Schematicdiagramoftubularelectrostaticprecipitator图3-1是最简单的管式电除尘器工作原理示意图。如图所示，接地的金属圆管是收尘极，位于圆管中心的与直流高压电源相连接的金属线，即图3-1中的5是电晕极或称放电极，靠其下端的重锤张紧。在收尘极和电晕极之间通上高压直流电后，会产生一种强电场，这种强电场效应会促使气体粉尘发生载荷电离、粉尘荷电，带有正、负离子的粉尘颗粒分别向电晕极和收尘极运动而沉积在极板上，从而达到悬浮粉尘从气体中分离出来的目的。粉尘在电极表面堆积到一定厚度后被震落到灰斗中[15]。净化后的气体从电除尘器上部被排出去，净化烟气的目的就达成了。1.1.3主要构件的功能电除尘器本体主要结构组成如图3-2所示，内部布置形式透视图如图3-3所示。下面简要介绍主要构件的功能。进气烟箱；2-放电极；3-放电极振打；4-起吊；5-收尘极；6-槽板；7-出气烟箱；灰斗；9-收尘极振打；10-支架；11-蒸汽加热；12-气流分布板；13-绝缘悬吊架图3-2典型三电场电除尘器结构示意Fig.3-2Structureoftypicalthreeelectricfieldelectrostaticprecipitator本体结构梁；2-收尘极悬挂梁；3-“C”形极板；4-放电极框架；5-放电极线（锯齿形）；6-电极振打装置；7-挠臂锤图3-3典型电除尘器透视图Fig.3-3Perspectiveoftypicalelectrostaticprecipitator（1）烟箱系统烟箱系统由进气烟箱和出气烟箱组成，进气烟道与电场之间的过渡区域是进气烟箱，由电场到出气烟道的过渡区域是出气烟箱。它们的作用是将烟道小截面扩大，把电场大截面缩小。在进气烟箱内采取气流分布装置，来使烟气分布均匀，出口烟箱因为对气流分布的要求没那么高，所以不需要设置气流分布装置。烟箱内的气流分布装置有多种形式，如图3-4所示。图3-4气流分布装置结构形式Fig.3-4Structureofairdistributiondevice（2）放电极系统放电极系统是产生电晕、建立电场的主要构件，它决定了放电极的强弱，直接影响粉尘荷电的性能，关系到除尘效率[16]。同时，放电极的强度和可靠性对电除尘器的安全运行有着很大的影响，如果某一电场内的放电极线发生故障，将会严重影响到该电场的除尘效率。所以，放电极系统是电除尘器本体中非常关键的部件之一。（3）收尘极系统收尘极系统是由许多单块极板组成，是收集粉尘的重要部件，它对电除尘器的除尘效率有直接影响。它也是电除尘器本体的核心部件之一，要求具有一定的强度和刚度、极板表面振打加速度分布均匀并满足清灰要求，还需要有防止二次扬尘的作用。槽形极板是收尘极的一种形式，通常布置在电除尘器的出口断面与出口烟箱之间。其作用是对逸出电场的荷电粉尘进行再捕集的装置，同时兼有改善电场内气流分布和减少二次扬尘的功能。所以，它对提高电除尘器效率有显著的作用。（4）储灰系统储灰系统由灰斗和卸灰器两部分组成。灰斗是收集储灰的容器，卸灰器则是控制灰斗排灰的阀门（采用气力输灰的除外）。一般灰斗为四棱台状或棱柱状。为防止烟气串流，在灰斗中设置有若干块阻流板。1.2除尘器计算1.2.1设计参数单台锅炉标况湿烟气量：11.5×104Nm3/h，锅炉烟气含湿量一般为5%~10%，取锅炉烟气含湿量为6%，则（1）标况干烟气量m3/h（3-1）（2）工况湿烟气量m3/h=48.91m3/s（3-2）式中：Q1——工况烟气量，m3/h；T——℃；T0——标况温度，0℃；Q0——标况烟气量，Nm3/h。（3）烟尘浓度烟尘质量流量350.75kg/h，则烟气含尘浓度：mg/m3（3-3）（4）除尘效率（3-4）（5）SO2浓度SO2质量流量291.7kg/h，则SO2浓度：mg/m3（3-5）（6）脱硫效率（3-6）（7）除尘器处理烟气量锅炉出口到除尘器入口温降较小，忽略不计；考虑电除尘器k=4%的漏风率，则除尘器实际处理烟气量为：m3/s（3-7）1.2.2电场计算（1）粉尘有效驱进速度：查《除尘工程设计手册》表4-99各种粉尘的驱进速度知，电站锅炉飞灰驱进速度为0.04~0.2m/s，取0.1m/s[17]。（2）沉淀极板面积计算极板比表面积S和沉淀极板比表面积SAm2（3-8）m2（3-9）式中：S——沉淀极板比表面积，m2；η——除尘效率，%；ω——粉尘有效驱进速度，m/s。按照设计要求需将SA的理论值乘以适当的备用系数K。系数K取10%~15%为宜，取12%，则（3-10）（3）电除尘器的电场风速及有效断面计算电厂锅炉飞灰的电除尘器电场风速取值范围为0.7~1.4m/s，取v=1m/s，则电场的有效截面积m2（3-11）板卧式电除尘器的电场断面高略大于宽，确定高、宽中的一个值即可确定电场的高（H）及宽（B），取高与宽之比为1.2。求得电场宽B=6.51m，取6.6m，则H=6.51×1.2=7.81m，取7.8m。（4）通道宽度及电场长度计算a.通道宽度通常认为同极间距400~600mm比较合理，取600mm。b.通道数（3-12）式中：b——同极间距，m；e——沉淀极板的阻流宽度，m，C型极板的阻流宽度为0.05m。c.电场长度 m取14.4m（3-13）所需电场数4个，则单电场长度为1.6m。d.电除尘器内壁宽度B’（3-14）式中：Δ——外层极板中心线与内壁之间的距离，一般为50~100mm，本设计取100mm。1.2.3收尘极选型计算（1）收尘极板选型收尘极有很多形式，主要可分为板式和管式两大类，而板式电极又可分为以下三类：①平板形电极包括网状电极和棒帷式电极等；②箱式电极包括鱼鳞板式和袋式电极等；③型板式电极型板式电极是用1.2~2.0mm厚的钢板冷轧加工成一定形状的型板，主要包括C型、Z型、CW型、大C型等。几种常用的收尘极板断面形式如图3-5所示。图3-5几种常用的收尘极板断面形式Fig.3-5CommoncrosssectionformsofdustcollectingplatesC型收尘极板具有良好的防二次扬尘作用，刚性好、不易变形、振打加速度分布均匀等，综合比较起来C型收尘极板有诸多优点，因此，本设计选用C型收尘极板，宽度为480mm。每个电场布置7块C型收尘极板，电场间距设为500mm，则实际上电场区域所占的长度为m（3-15）实际总集尘面积m2（3-16）收尘极板的悬挂方式收尘极有三种常见的悬挂方式，分别是紧固悬挂、自由悬挂和挂钩悬挂。其中，以单点偏心悬挂为代表的自由悬挂方式又称为偏心悬挂方式，结构形式如图3-6所示。不同场合适用的悬挂方式也有所不同，在烟气温度较高的场合相对来说比较适合应用单点偏心悬挂方式。本设计选用单点偏心悬挂方式。上连接板；2-销轴；3-上横梁；4-挡块；5-承击砧；6-下连板；7-下连杆图3-6典型的单点偏心悬挂Fig.3-6Typicalsinglecentereccentricsuspension收尘极振打系统①振打方式当收尘极板上收集并吸附到一定厚度的粉尘时，就要通过特定的方式来使粉尘层脱离收尘极板表面，从而落入灰斗中。收尘极振打主要有机械振打和电磁冲击振打两种方式，粉尘从收尘极板表面脱硫落入灰斗中后，再通过卸输灰系统将灰斗中的灰及时排除。收尘极振打系统的类型按振打部位可分为侧部振打和顶部振打两大类；按传动方式可分为电动机械式和电磁式两大类。本设计选用侧部振打方式，如图3-7所示。图3-7收尘极振打系统Fig.3-7Vibratingsystemofdustcollector侧部振打是沿电场宽度方向布置振打轴，在每一排收尘极板排位置处设置振打锤，振打锤在电动减速机构的带动下绕振打轴旋转，当振打锤转动到最高位置时下落，锤击到收尘极板排冲击杆的砧面。②传动机构a.传动装置收尘极振打传动装置一般由减速机构和传动机构两部分组成。减速机构有两种，一种是采用蜗轮蜗杆减速，另一种是行星摆线针轮减速机，这种减速机采用的是行星移动原理。通常电动机与行星摆线针轮减速机做成一体式，如图3-8所示。图3-8收尘极侧部振打传动系统Fig.3-8Siderappingdrivesystemofdustcollectingpoleb.保险片保险片的最大破坏拉力低于减速机构输出轴允许的最大扭矩，这样做的目的在于保护振打传动系统的安全。采用保险片这种保险装置有结构简单、成本低的特点。c.万向联轴节对于小型电除尘器，由于收尘极板排数较少，振打轴一般都比较短，振打轴受热后产生热膨胀的位移量较小。振打轴系受外界影响产生的变形量也较小，因此，在振打轴与传动机构连接部分之间，设置简易吸收膨胀位移的膨胀机构即可。对于大型电除尘器由于极板比较高，通道数相对较多，振打轴较长，轴间设置有轴承和联轴节，因此必须设置能吸收轴向、径向和其他原因引起位移的伸缩节。为了能吸收各个方向的位移通常采用汽车万向节总成。汽车万向节总成调节余度大，使用灵活、可靠。1.2.4放电极选型计算（1）放电极线型式选取放电极线根据其放电形式，大体上可以分为三大类：①点放电形式，包括角钢芒刺形线、鱼骨形线和RS形线等；②线放电形式，有星形线、麻花形线等；③面放电形式，如圆形线等。几种常用的放电极线如图3-9所示。本设计选用新型RS形线。RS形线属于点放电形式的电晕线，由于它坚固、不断线、放电强度大等优点，得到了较广泛的使用。但是纯正RS形线存在放电点与放电点之间横向距离较大，在半圆管区域形成较大的电晕“死区”，为弥补这一缺点，开发出了改进型的RS形线。在半圆管沿高度方向交错处有尖角，消除半圆管区域的电晕“死区”问题，使放电趋于均匀。图3-9各种放电极线形式Fig.3-9Varioustypesofdischargeelectrodelines放电极框架放电极框架包括小框架和大框架。放电极小框架的作用是固定放电极线，常用的极线的固定方式有三种。RS管状芒刺形放电极线与小框架的连接：在小框架的上下横梁安装RS管状芒刺形线的位置处各焊接块耳板，在上耳板开圆孔，下耳板开长方形孔，以利于RS形放电极线和小框架的热膨胀。用螺栓将RS形放电极线固定在小框架上。设置放电极大框架主要有以下作用：①承担放电极小框架、放电极线、放电极振打锤和轴的重量，并把重量通过放电极大框架传递到绝缘支柱上；②固定放电极小框架。放电极大框架通过吊杆悬吊于壳体顶部的绝缘件上。放电极振打放电极振打装置的种类很多，按安装部位可分为侧部振打、顶部振打和顶部传动侧部振打，本设计采取侧部振打清灰方式。放电极长度计算由单位收尘极板上所得电晕电流计算，即比电晕电流。芒刺形的比电晕电流通常在0.18~0.5mA/m2之间选取，设计中选比电晕电流0.4mA/m2，则mA（3-17）芒刺形电晕线单位长度的电流值i0=0.25~0.35mA/m，取i0=0.3mA/m，则电晕线总长度m（3-18）对于电场高的大型电除尘器，放电极线应分段布置，分段安装。通常，当采用螺旋形放电极线或RS芒刺形放电极线时，每段长度应小于4m。本设计中，将放电极线分两段布置，除尘器共有12个通道，每段电晕线长1.9m，则每道中的电晕线数量取79（3-19）1.2.5烟箱及气流分布装置（1）烟气烟箱进口断面采用水平进气方式，烟箱的下侧板与水平面的夹角设60°，断面烟气流速按10~15m/s计算确定，取v=15m/s，进口形状设计成矩形，矩形面积 m2（3-20）进气烟箱大端面积m2（3-21）式中：n——收尘极板排数；b——同极距离，m；c——最外一排收尘极板与壳体内表面距离，m；h——收尘极板高度，m。气流分布装置当时，需要多层多孔板，当时，多孔板层数n=3。（3-22）故设置两层多孔板，多孔板的阻力系数（3-23）式中：ξ——阻力系数；N0——入口处气流速度系数，对于直管段或带有导向板的取N0=1.2；n——多孔板层数。第一层气流分布板与烟道进口断面距离m（3-24）式中：a——进口端直径或当量直径，m，m，其中l0为烟道进口断面周长，m。第二层气流分布板距离（3-25）式中：Dr——Fc断面当量直径，m，，其中Dr为大端截面周长，m。进口烟箱长度（3-26）出口烟箱大端面积（3-27）出口烟箱小端面积（3-28）出口烟箱长度（3-29）1.2.6灰斗及卸输灰系统（1）灰斗形式常用的灰斗形式有两种，一种是锥台形灰斗；一种是船形灰斗，普遍使用的是锥台形灰斗，灰斗倾角要大于60°。本设计使用锥台形灰斗，灰斗倾角取65°，每个电场设一个灰斗，第一电场灰斗中设置3块阻流板；第二电场灰斗设置2块阻流板。第一、三块阻流板下沿与灰斗壁面的距离应大于200mm，防止此处堵灰。第二块阻流板下沿距灰斗排灰口的距离大于2000mm。（2）灰量（3-30）式中：M——灰量，kg/h；C——除尘器入口含尘浓度，mg/m3；C0——出口含尘浓度，mg/m3。（3）每小时收集粉尘体积（3-31）式中：V——每小时收集的粉尘体积，m3/h；ρ——粉尘堆积密度，kg/m3。（4）灰斗容尘量（3-32）式中：V’——灰斗容尘量，m3；t——8~12h12h单个灰斗容尘量（3-33）式中：V''——单个灰斗容尘量，m3；n——灰斗个数，本设计共4个灰斗。灰斗尺寸每个电场设一个灰斗，则灰斗上端口尺寸为6600mm×3600mm，下端口尺寸500mm×500mm，则灰斗高为：（3-34）灰斗体积为（3-35）卸输灰系统①插板箱插板箱的作用主要为隔离灰斗与卸排灰器，为检修卸排灰器和输灰系统提供保障，根据灰斗下排灰口尺寸选用400型插板箱，结构参数见表3-1。表3-1插板箱结构参数表Tab.3-1Structuralparametersofplugbox型号AB内口尺寸H1开关400型500×500450400×40014015501150②星形卸灰器星形卸灰器安装在插板箱的下法兰口，星形卸灰器按传动方式可分为：链条（皮带）传动式卸灰器和直连式卸灰器两种，本设计选用直连式卸灰器。③卸灰阀该除尘器共4个灰斗，每个灰斗一个卸灰阀，单个灰斗12h的灰量0.63m3，需卸灰阀处理能力：（3-36）④螺旋输送机采用螺旋输送机输灰，螺旋直径：（3-37）式中：K——物料综合特性的经验系数，煤的经验系数为0.0637；Q——输送量，t/h；Φ——物料的充填系数，煤的推荐填充系数为0.25~0.30，此处取填充系数为0.27；ρ——物料的堆积密度，t/m3；C——螺旋输送机倾斜安装时输送量的校正系数，螺旋输送机倾斜角取15°，校正系数为0.7。螺旋输送机转速（3-38）式中：A——物料综合特性系数，40。输送能力（3-39）1.2.7进出口管道计算（1）进气口管道设计：取进风口风速v1=15m/s，则（3-40）圆整后取D1=2040mm，取管径壁厚为4mm，则内径：（3-41）实际速度校核：（3-42）（2）出气口管道设计：取出风口风速为v2=18m/s，则（3-43）圆整后取D2=1900mm，取管径壁厚为4mm，则内径：（3-44）实际速度校核：（3-45）1.2.8支座及辅助系统（1）支座电除尘器的壳体与基础之间的连接依靠的是固定支座和活动支座，活动支座可分为单向活动支座和多向活动支座。单向活动支座只能沿固定方向移动，多向活动支座移动方向不受限制。在布置上固定支座的位置靠近进气端，电除尘器沿进出口的热膨胀伸缩量相接近，以减轻热胀冷缩产生的伸缩推力，活动支座的移动应位于固定支座的辐射线上。支撑一台电除尘器需要一个或几个固定支座，其余均为活动支座。固定支座中心位于电除尘器壳体与基础之间的固定连接点，其他各活动支座均沿放射方向移动。本设计中设置2个固定支座，8个滚柱式活动支座。滚柱式活动支座如图3-10所示。四个直径为Φ160-200的短辊子，分别由两根轴连成两个哑铃形的辊子组，两个辊子组置于上、下支撑板之间，并以兵板固定其相对位置，导板镶在上、下支撑板上，用以限制辊子组的轴向移动，上支撑板和柱脚上分别镶有半径不等的凹凸球面接触块，使电除尘器的柱脚与支座间形成球面接触，以补偿因立柱歪斜所造成的受力不均。下支撑板在活动支座安装时焊于预埋在混凝土基础的地板上或焊接在钢支架柱顶上。当壳体膨胀立柱位移时上支撑扳在四个辊子上移动，由于摩擦力辊柱分别在上下支撑板间滚动。滚柱式活动支座上还需要设定定位块，以便支座在安装时辊子组有固定的位置，待壳体安装完毕后，再将定位块卸掉。支座上应设置防尘罩，防止粉尘进人辊子和支撑