《矿山环境与生态工程》课件-4.2燃煤电厂烟气除尘设备选择及设计

矿山环境与生态工程第四章燃煤电厂烟气污染控制第一节：燃煤电厂烟气污染控制方法第二节：燃煤电厂烟气除尘设备选择及设计第三节：燃煤锅炉烟气石灰石/石灰法工艺脱硫第四节：燃煤锅炉烟气脱硝工艺第五节：燃煤电厂烟气超低排放与减污减碳协同第四章燃煤电厂烟气污染控制第一节：燃煤电厂烟气污染控制方法第二节：燃煤电厂烟气除尘设备选择及设计第三节：燃煤锅炉烟气石灰石/石灰法工艺脱硫第四节：燃煤锅炉烟气脱硝工艺第五节：燃煤电厂烟气超低排放与减污减碳协同一、电除尘器性能参数4含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中，使尘粒带电，并且在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘板上，将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。1电除尘器5收尘极：接地金属圆管叫收尘极(也称阳极或集尘极)电晕极：与直流高压电源输出端相连的金属线叫电晕极(也称阴极或放电极)。二、电除尘器的工作原理一、电除尘器性能参数2电除尘器工作原理三个基本过程悬浮粒子荷电带电粒子在电场内迁移和捕集捕集物从集尘表面上清除67（1）电晕极系统组成：电晕极系统由电晕线、阴极小框架、阴极大框架、阴极吊挂装置、阴极振打装置等组成。作用：电晕极系统的主要功能是使气体电离，产生电晕电流，使尘粒荷电，并协助收尘。3电除尘器的结构8（2）收尘极系统由收尘极板、极板的悬挂和极板的振打装置三部分组成。作用：其主要功能是捕集荷电粉尘，并通过振打等手段将极板表面附着的粉尘成片状或团状剥落到灰斗中，达到防止二次扬尘和净化气体的目。

现代的电除尘器大都采用电磁振打或锤式振打清灰；清灰装置910烟道中烟气流速为8～13m/s(流速大，防止粉尘沉积)

烟气在电除尘器内电场中的流速为0.8～1.5m/s

（3）烟箱系统组成：电除尘器的烟箱系统由进、出气烟箱，气流均布装置和槽形极板组成。作用：其主要功能是过渡电场与烟道的连接，使电场中气流分布均匀，防止局部高速气流冲刷产生二次扬尘，并可利用槽形极板协助收尘，达到充分利用烟箱空间和提高除尘效率的目的。进气烟箱出气烟箱11二、电除尘器的设计121电除尘器的选择和设计参数符号取值范围板间距S23～28cm驱进速度ω3～18cm/s比集尘极表面积A/Q300～2400m2（1000m3/min）气流速度v1～2m/s长高比L/H0.5～1.5比电晕功率Pc/Q1800～18000W/(1000m3/min)电晕电流密度Ic/A0.05～1.0A/m2平均气流速度

烟煤锅炉v1.1～1.6m/s褐煤锅炉v1.8～2.6m/s电除尘器的设计参数（1）有效驱进速度的确定在设计时实际应用的ωe值，一般都是根据中间试验和现场测定结果得到的有效值，影响有效驱进速度的因素有以下：a．粒径dp：在除尘效率一定时，粒径较大，则所需比集尘极板面积（A/Q）减小，有效驱进速度可取高点；反之可取小点。b．除尘效率：除尘效率降低则有效驱进速度增加；除尘效率增加则有效驱进速度降低。c．比电阻：比电阻降低则有效驱进速度增加；比电阻增加则有效驱进速度降低。则允许的电晕电流密度值减小，尘粒的荷电量减小，荷电时间增大，故可取小的驱进速度。根据运行和设计经验，确定有效驱进速度ωe按德意希方程求得比集尘表面积A/Q（2）比集尘表面积的确定（3）长高比的确定集尘板有效长度与高度之比，直接影响振打清灰时二次扬尘的多少。要求除尘效率大于99%时，除尘器的长高比至少要1.0～1.5。

通常由处理烟气量和电除尘器过气断面积，计算烟气的平均流速。一般在0.5-2.5m/s范围内。平均流速高于某一临界速度时，作用在粒子上的空气动力学阻力会迅速增加，粉尘的重新进入量亦迅速增加。降低气速，效率可以提高，但低到一定程度，有效驱进速度却随之下降。因此，应在满足所需的效率下选取有效驱进速度高的风速，才是较经济的。（4）气流速度的确定二、电除尘器的选择和设计湿式除尘设备：<10g/m3袋式除尘设备：1.2-10g/m3电除尘设备：<30g/m3（5）气体的含尘浓度（6）集尘极板间距常规：250-350mm；宽间距电除尘器的极板间距一般为400-600mm。（7）电晕线线距

极线间距通常取0.50-0.65倍的通道宽度，最佳：150-250mm。对常规电除尘器可取160-200mm。芒刺式的间距一般为50-100mm。17（1）原始资料某电厂要求设计二台与20万千瓦火电机组配套的电除尘器所提供的原始资料如下：①煤、灰及烟气资料煤质的成份分析数据见表1；灰的成份分析数据见表2；灰的粒度分布情况见表3；灰的比电阻见表4；灰及烟气其它性质见表5。表1煤质的成份分析数据

煤的成分CarHarOarNarSarAarWarWadVdafQar,net(kj/kg)(%)52.413.314.730.911.4631.605.582.1614.6120483二、电除尘器设计2电除尘器设计案例18二、电除尘器的选择和设计煤的成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3Na2OK2OTiO3(%)54.2934.165.731.870.520.130.241.011.39表2灰的成份分析数据

表3灰的粒度分布情况灰的粒度(μm)<33～55～1010～2020～3030～4040～50>50(%)2.570.993.016.855.2014.8921.2545.24表4灰的比电阻

温度(℃)255075100125150175200比电阻(Ω•cm)5.21×10108.22×10109.73×10112.17×10121.83×10137.56×10112.29×10119.61×101019二、电除尘器的选择和设计②系统及工况资料锅炉型号：DG-670／13.7-540/540；额定蒸发量：670t／h；排渣方式：固态排渣。③对电除尘器的要求除尘效率：≥99.5％；允许漏风率：≤5％；本体压力损失：≤300Pa。③现场气象资料海拔高度：22.5m；当地平均大气压：943.6毫巴年平均气温：12．3℃；最大风载：32kg／m2；最大雪载：24kg／m2；地震烈度：7度；经验参数：板间距取400mm；线间距为500mm；驱进速度为7.5cm/s。本体结构：选取双室(m=2)、四电场结构，阳极采用侧面单边底部振打，阴极采用侧面单边中部振打；进气烟箱采用下进气方式，并设置导流板和两层气流均布板。出气烟箱采用水平出气，并设置槽型板；灰斗采用四棱台形。二、电除尘器的选择和设计21（2）

电除尘器结构尺寸的计算计算所需收尘极面积A初定电场断面F＇

求极板有效高度h

取为9.9m。22二、电除尘器的选择和设计求通道数Z确定电场有效宽度B有效

求电除尘器的实际断面F计算电除尘器的电场长度单电场长度按式将l值按每块极板的名义宽度0.5m的倍数进行圆整，取l＝3.5m。电除尘器的总有效

长度L有效

取Z＝4423进气烟箱取进口烟气流速V0=10m/s，则个进气烟箱进口截面Fo取Fo＝9m2，进气烟箱进口截面为2.5m×3.6m的矩形。进气烟箱长取4m。出气烟箱出气烟箱采用水平出气方式，出气烟箱小端截面F0＇＝3.6×2.5＝9（m2），取各出气烟箱长为3.2m，底板与水平夹角大于60o灰斗采用四棱台状灰斗，沿气流方向设4个灰斗，与气流垂直方向设四个灰斗即每个区两个灰斗，共16个灰斗。灰斗下口取400×400mm2，灰斗壁与水平夹角大于60o，灰斗高度取4300mm二、电除尘器的选择和设计计算柱间距除尘器内壁宽度B

与气流垂直方向的柱间距Lk（横跨两室）

沿气流方向上的柱间距Ld（依次通过四电场）

2425电除尘器总体外形尺寸：陈尘器总长＝进气烟箱长+柱距长×电场数+出气烟箱长＝4000+5300×4+3200＝28400(mm)；除尘器总宽＝2×走台宽度+室数×柱间宽＝2×1800+2×9400＝22400(mm)；除尘器总高＝极板有效高度+灰斗高度+顶部大梁高度+顶部遮栏高度+底部卸灰阀高度

＝9900+4300+1700+1200+600＝17700(mm)。供电设备选型除尘器运行所需的最高工作电压为u2＝20×3.5＝70(kv)取设备的额定输出电压u2＝72kv。除尘器运行所需最大电晕电流为i2＝0.4×12755／8＝638(mA)取设备的额定输出电流i2＝0.8A共选取GGAJ02D型—0.8A／72kv高压供电设备8台。26二、电除尘器的选择和设计图3-81双室四电场电除尘器总图1－支座；2－外壳；3一人孔门；4－进气烟箱；5－气流分布板；6－梯子平台栏杆；7－高压电源；8－电晕极吊挂；9－电晕极：10－电晕极振打；11－收尘极；12－收尘极振打；13－出口槽型板；14－出气烟箱；15－保温层；16－内部走台；17－灰斗；18－插板箱；19－卸灰阀

三、袋式除尘器性能及滤料271袋式除尘器含尘气流从下部进入圆筒形滤袋，在通过滤料的孔隙时，粉尘被捕集于滤料上。沉积在滤料上的粉尘，可在机械振动的作用下从滤料表面脱落，落入灰斗中。粉尘捕集机理：筛分、拦截、惯性碰撞、静电和扩散等。

机械振动袋式除尘器

28清灰是袋式除尘器运行中十分重要的一环，多数袋式除尘器是按清灰方式命名和分类的。常用清灰方式：机械振动式、逆气流清灰、脉冲喷吹清灰三、袋式除尘器性能及滤料2袋式除尘器工作原理29袋式除尘器的工作原理机械振动清灰机械振动袋式除尘器的过滤风速一般取1.0～2.0m/min，压力损失为800－1200Pa机械振动清灰优点是工作性能稳定，清灰效果较好缺点是滤袋常受机械力作用，损坏较快，滤袋检修与更换工作量大清洁气体出口灰斗滤袋清洁气体一侧含尘气体入口固定孔板30逆气流清灰

过滤风速一般为0.5～2.0m/min，压力损失控制范围1000～1500Pa。

这种清灰方式的除尘器结构简单，清灰效果好，滤袋磨损少，适用于粉尘粘性小，玻璃纤维滤袋的情况。31脉冲喷吹清灰

利用4～7atm的压缩空气反吹，压缩空气的脉冲产生冲击波，使滤袋振动，粉尘层脱落。每清灰一次，叫做一个脉冲，全部滤袋完成一个清灰循环的时间称为脉冲周期，通常为60s。实现了全自动清灰，净化效率达99％；过滤负荷较高，滤袋磨损轻，运行安全可靠。过滤速度：气体通过滤料的平均速度烟气实际体积流量与滤布面积之比，也称气布比。一般除尘效率随过滤速度增加而下降。过滤速度增加，所需的滤布面积减小，除尘器体积、占地面积和一次投资等均减小，但压力损失增大。过滤速度的选取还与滤料种类和清灰方式有关。32三、袋式除尘器性能及滤料3袋式除尘器的主要参数除尘效率计算公式丹尼斯（Dennis）和克莱姆（Klemm）提出了一系列方程，预测玻璃纤维滤袋捕集飞灰的粉尘出口浓度和穿透率——粉尘出口浓度，g/m3；——常数，量纲为一；——表面过滤速度，m/s；——粉尘入口浓度，g/m3；——脱落浓度（常数），g/m3；——粉尘负荷，每平方米滤布上沉积的粉尘质量，g/m2

。33式中：袋式除尘器的压力损失决定袋式除尘器的能量消耗、除尘效率和清灰间隔34式中：Δpf——通过洁净滤料的压力损失，100~130Pa;

Δpp——通过粉尘层的压力损失；两者均可以达西定律表示:式中：K——粉尘或滤料的渗透率，是沉积粉尘层性质，如孔隙率、比表面积、孔隙大小分布和粉尘粒径分布等的函数；

x——粉尘或滤料的厚度。粉尘的比阻力系数35除尘效率一般可达99％以上；用于捕集干性粉尘，特别是高比电阻粉尘；含尘气体浓度在相当大的范围内变化对袋式除尘器的效率和阻力影响不大；处理烟气量可以在很大范围内变化；操作简单，性能稳定可靠；受滤料耐温和耐腐蚀性能的影响，对烟气温度和成分有一定限制，不适于净化易黏结和吸湿性强的含尘气体。36三、袋式除尘器性能及滤料4袋式除尘器的特点收集设计资料：气体流量、气体和粉尘的理化性质、效率要求；确定除尘器型式：滤袋形式、过滤方式、气体进口形式；选择过滤介质：与温度和气体与粉尘的其他性质相适应；选择清灰方式：与滤布相适应；计算气布比（过滤速度）：依据清灰方