大气污染控制工程课程设计--电厂锅炉电除尘器

学校代码： 10128 学 号：201220303035

《大气污染控制工程》

课程设计说明书

题 目： 电除尘的设计 学生姓名： 贾祥瑞

学 院： 能源与动力工程学院 系 别： 环境科学与工程系 专 业： 环境工程 班 级： 2012-1 指导教师：

二〇一五年七月三日

内蒙古工业大学《大气污染控制工程》课程设计

摘要

本次课程设计题目是针对电厂锅炉烟气的含尘量以及其他气体性质设计出一个尺寸合理、性能稳定、经济的电除尘器。电除尘器是含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘极上，将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。由于作用在粒子上的静电力相对较大，所以即使对亚微米级的粒子也能有效的捕集。在对电除尘器的构造以及原理有了深入了解后，经过反复调整参数对各个结构进行了设计计算，并且对电晕线型式、集尘极板型式等构件进行了选型，最终根据计算结果制得电除尘器的外形图。

关键词：电除尘器；锅炉烟气；大气污染

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Abstract

The topic of curriculum design for power plant boiler flue gas dust content and other properties to design a reasonable size, performance，stability，and economic ESP．ESP is a dusty gas through a high voltage electric field in the ionization process，so that charged dust particles，and the electric field strength under the action of the dust particles deposited on the pole on the dust particles separated from the dust and gas a dust removal equipment．As the role of the static electricity on the particle is relatively large，so even if the sub-micron particles can effectively capture．In the construction and principles of ESP have a deeper understanding，after repeated adjusted parameters of each structure of design calculations，and the corona wire type，type of dust collection plate for a selection of other components，according to final results obtained ESP outline．

Keywords：Electrical precipitator；Boiler flue gas；Atmospheric pollution

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目录

第一章 设计概述 ................................................................................................................. 1

1.1 设计原则及相关标准 ............................................................................................ 1

1.1.1 设计原则 ..................................................................................................... 1 1.1.2 除尘设计的相关标准 ................................................................................. 1 1.2 设计内容及要求 .................................................................................................... 1

1.2.1 设计内容 ..................................................................................................... 1 1.2.2 设计要求 ..................................................................................................... 1 1.3 设计原始数据 ........................................................................................................ 1

1.3.1 烟气气体性质 ............................................................................................. 2 1.3.2 其他参数 ..................................................................................................... 2

第二章 电除尘器介绍 ......................................................................................................... 3

2.1 电除尘器的工作原理 ............................................................................................ 3 2.2 电除尘器的结构及类型 ........................................................................................ 3

2.2.1 电除尘器的结构 ......................................................................................... 3 2.2.2 电除尘器的类型 ......................................................................................... 3

第三章 主要设备说明 ......................................................................................................... 5

3.1 电晕极系统 ............................................................................................................ 5

3.1.1 电晕线 ......................................................................................................... 5 3.1.2 电晕线的固定 ............................................................................................. 5 3.1.3 电晕极的振打装置 ..................................................................................... 5 3.1.4 绝缘套管 ............................................................................................................. 5 3.1.5 保温箱 ................................................................................................................. 6 3.2 集尘极系统 ............................................................................................................ 6

3.2.1 集尘极板 ..................................................................................................... 6 3.2.2 集尘板的悬挂 ............................................................................................. 6 3.2.3 集尘极板的清灰装置 ................................................................................. 7 3.3 气流分布板 ............................................................................................................ 7 3.4 高压供电设备 ........................................................................................................ 7 3.5 排灰装置 ................................................................................................................ 8

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第四章 主体结构设计计算 ................................................................................................. 9

1.1 设计参数 ................................................................................................................ 9 1.2 电除尘器箱体横断面各部分尺寸 ...................................................................... 10 1.3 箱体沿气流方向的内壁有关尺寸 ...................................................................... 13 1.4 进出气箱的形状及尺寸 ...................................................................................... 15 1.5 灰斗的有关尺寸 .................................................................................................. 16 1.6 气流分布板的设计 .............................................................................................. 17 总结 ..................................................................................................................................... 19 参考文献 ............................................................................................................................. 20 致谢 ..................................................................................................................................... 21

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含尘气体直接吹入绝缘套管的内壁，以免因内壁挂灰而引起表面电击穿；另一方面，由于吊管是高压带电，而防尘罩不带电，他们之间形成电场，带点粉尘进入时也能沉积在防尘罩上。绝缘套管的上盖应留有检查孔，以便必要时用压缩空气清楚内壁的积灰。

3.1.5 保温箱

如果电晕极框架的支持绝缘套管周围的温度过低，则其表面会出现冷凝水汽，那么，当除尘器工作时，便容易沿绝缘套管表面产生沿面放电，使工作电压升不上去，以致无法操作。所以在绝缘套管附近需装设管状加热器。壳体采用工字梁结构，则在箱内装设恒温控制器，以便控制加热器的工作。

3.2 集尘极系统

3.2.1 集尘极板

板式电除尘器的集尘板垂直安装，电晕电极置于相邻的两板之间。集尘极长一般为10~20m、高10~15m板间距0.2~0.4m，处理气量1000m3/s以上，效率高达99.5%的大型电除尘器含有上百对极板。

集尘板的型式有C型板、Z型板等，本设计采用C型板。

集尘极结构对粉尘的二次扬起，及除尘器金属消耗量 （约占总耗量的40~50%）有很大影响。性能良好的集尘极应满足下述基本要求：

1．振打时粉尘的二次扬起少； 2．单位集尘面积消耗金属量低；

3．极板高度较大时，应有一定的刚性，不易变形； 4．振打时易于清灰，造价低。

3.2.2 集尘板的悬挂

极板通常被悬吊在固定于壳体顶梁的小梁上。其联接点有铰接和固接两种，不同的联接方法，其板面振动加速度不同。上下两端采用固接方式可活的较大的板面振动加速度。但是，上下均采用固接型式，当各条极板受热不均匀时，则会造成某些极板弯曲，影响两极间距，降低操作电压，使除尘效率降低。

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在实践中发现，极板两端的联接板与极板的联接容易脱开，目前采用的方法是，上部将极板直接用螺栓与悬吊梁联接，下部将极板与撞击杆相联。

3.2.3 集尘极板的清灰装置

集尘极板表面上的粉尘清除，靠对极板进行周期性振打，并使板面产生一定的振打加速度实现。振打周期、频率和强度与含尘气体、粉尘性质、电除尘器的结构形式等很多因素有关。应留有较大的调整余地，以便在运转过程中逐步调整确定出合适的振打制度。集尘极一般采用间歇振打，振打频率为每分钟4~8次，振打周期随气体含尘浓度而定。

3.3 气流分布板

电除尘器内气流分布对除尘效率具有较大影响，为了减少涡流，保证气流分布均匀，在进出口处应设变径管道，进口变径管内应设气流分布板。最常见的气流分布板有百叶窗式、多孔板分布格子、槽形钢式和栏杆型分布板等，而以多孔板使用最为广泛。通常采用厚度为3~3.5mm的钢板。孔径为30~50mm，分布版层数为2~3层。

对气流分布的具体要求是：

1．任何一点的流速不得超过该断面平均流速的土40%

2．在任何一个测定断面上，85%以上测点的流速与平均流速不得相差土25%。 本设计采用多孔型气流分布板。

3.4 高压供电设备

高压供电设备提供粒子荷电和捕集所需要的高场强和电晕电流，为满足现场需要，供电设备操作必须十分稳定，希望工作寿命在20年之上，通常高压供电设备的输出峰值电压为70~l00kV，电流为100~2000mA 。

为使电除尘器能在高压下操作，避免过大的火花损失，高压电源不能太大，必须分组供电。大型电除尘器常常采用6个或更多的供电机组。增加供电机组的数目，减少每个机组供电的电晕线数，能改善电除尘器性能，但是增加供电机组数和增加电场分组数，必然增加投资。因此电场分组数的确定必须考虑保证效率和减少投资两方面因素。

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3.5 排灰装置

电除尘器的排灰装置根据灰斗的形式和卸灰方式而异。但都要求密闭性能好，工作可靠，满足排灰能力。常用的有螺旋输送机、仓式泵、回转下料器、链式输送机等。

灰斗采用锥形，并且卸料采用间歇式时，可选用仓式泵排灰装置。

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第四章 主体结构设计计算

1.1 设计参数

1．处理炉气量

Q?190?104m3/h?527.78m3/s (4-1)

式中：Q——处理炉气量，m3/h。 2．粒子在电场中的驱进速度

当煤的含硫量大于0.5%，小于2%，粉尘中Na2O含量大于0.3%，电晕线采用芒刺型电极，极间距取为300mm时，可按下式计算?：

??9.62k1S0.625 (4-2)

式中：S——煤的含硫量，%；

k1——平均粒度影响系数，其值按表4-1选定。

表4-1 平均粒度影响系数

a平均(?m) k1 10 0.9 15 0.95 20 1 25 1.05 30 1.1 35 1.15

a平均?W1a1?W2a2?100?Wnan (4-3)

式中：W1、W2 a1，a2——粒度为a1，a2...组成的百分比； ——粒度平均粒径，?m。

表4-2 烟气粒度分布

粒径(?m) 间隔中点粒径 百分比组成 <3 1.5 4.2 3~5 4 14.6 5~10 7.5 13.3 10~20 15 18.4 20~30 25 18.4 30~40 35 20.2 40~50 45 10.9 则：

a45?10.9?35?20.2?25?18.4?15?18.4?7.5?13.3?4?14.6?1.5100?20.98?m ?根据a平均的值用内插法查表4-1取k1?1.01，则：

??9.62?1.01?0.650.625?7.42cm/s=0.0742m/s

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1.2 电除尘器箱体横断面各部分尺寸

根据所处理气体流量，需要两台电除尘器，以下只计算一台的外形尺寸，另一台尺寸与这台相同。

1．集尘板的面积

f?1?ln1 (4-4) 1??11ln0.07421?0.998 ?83.75s/m?式中：f——比表面积，s/m； ?——除尘效率，%；

?——粉尘驱进速度，m/s。

A?fQ (4-5) ?83.75?527.78?0.5

?22100.79m2式中：A——所需集尘极面积，m2；

考虑处理气量、温度、压力的波动，供电系统的可靠性等因素影响，参照实际情况，取储备系数K?1.05，实际所需集尘极面积为：

A'?A?K (4-6) ?22100.79?1.05 2?23205.82m式中：A’——实际所需集尘极面积，m2。 实际比表面积：

A'f'? (4-7)

Q23205.82527.78?0.5 ?87.94s/m式中：f’——实际比表面积，m2。

?2．除尘效率验算

??1?e?f? (4-8)

?1?e?87.94?0.0742?99.85

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满足要求。

3．箱体断面积的初步确定

F'?Q (4-9) 3600v1900000?0.5?3600?1.5 ?175.92m2式中：F’——箱体断面积，m2；

v——电场风速，一般在0.4~1.5m/s范围内，本次设计取v=1.5m/s。 4．极板高度

当F??80m2时 h?F? (4-10) 当F??80m2时 h?F? (4-11) 2式中：h——极板高度，m。

即当F??80m2时，电除尘器要设双进风口。计算后h值应进行调整，当高度小于8m时，以0.5m为一级，大于8m时，以1m为1级。

所以：

h?将h圆整后得h=10m。 5．通道数

F?175.92??9.37m (4-12) 22Z?F? (4-13)

(2S?K')h175.92?106?(400?40)?12000 ?40.72式中：Z——通道数；

2S——相邻两极板中心距取2S=400mm；

K’——集尘极板的阻流宽度，因为选用的是C型板，取K’=40mm。 当选用双进风口时，Z值应取偶数，则Z=42。 6．电场有效宽度

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B有效?Z(2S?K?) (4-14)

?42?(400?40)

?15120mm式中：B有效——电场有效宽度，mm。 7．过流断面积

F?B有效?h (4-15) ?15.12?10?151.2m式中：F——实际过流断面积，m2。 8．电除尘器内壁宽

因为采用了双进风口，所以需要加上中间小柱的宽度e1’。

2

? (4-16) B?2ZS?4??e1?400?42?4?100?200

?17400mm式中：B ——内壁宽，mm；

?——电除尘器最外层的一排极板中心线与其内壁的距离，

??50~100mm；

e1’——中间小柱的宽度，取e1’=200mm。 9．过流断面上的外侧柱间距

LK?B?2?1?e' (4-17)

?17400?2?5?600

?18010mm式中：LK——柱间距，mm；

?1——除尘器壳体钢板的厚度，一般取5mm；

e’——柱的宽度，过流断面积为175.92m2，查表4-3取e’为600mm。

表4-3 采用工字钢做电除尘器支柱的尺寸

断面规格(m) 25 250 10 250 15 320 20 320 30 320 40 320 50 450 60 450 70~120 500 120~180 600 e'(mm)

10．除尘器顶梁底面至灰斗底端面上的距离

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H1?h?h1?h2?h3 (4-18) ?10000?0?40?200

?10240mm式中：h——集尘板有效高度，mm；

h1——当极板上端悬吊于顶梁的X型梁上时，h1=0mm；

h2——除尘极下端至撞击杆的中心距离，按结构型式不同取h2=35~50mm，

本设计中取h2=40 mm；

h3——撞击杆的中心至灰斗上端的距离，160~300mm，本设计中取h3=200mm。

11．灰斗上端至支柱的基础面距离H2根据除尘器大小定，H2=800~1200mm。 12．电晕极框架高度

H3?1(H1?h01?h02?100) (4-19) 21?(10240?240?220?100) 2?4950mm式中：h01——电晕极框架上端与梁底面的竖直距离，mm；

h02——电晕极框架下端与收尘极撞击杆中心线的距离，mm。 极板悬吊采用Ⅱ型，极间距为300mm，查表4-4得h01=180mm，h02=160mm。

表4-4 极板配置尺寸

极间距 极板悬吊形式 Ⅰ ﹥220 160 300 Ⅱ 180 Ⅰ ﹥330 220 400 Ⅱ 240 h01 (mm) h02（mm） 1.3 箱体沿气流方向的内壁有关尺寸

1．电场长度

A'L? (4-20)

2nZh23205.822?4?41?10 ?7.07m?13

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式中：L——电场长度，m；

n——电场数量，根据表4-5选取为4。

L求出后，应按每块极板的名义宽度的倍数进行圆整。取L=8m。

表4-5 电场数量n的选择

? <3.6~4 ?v?ln(1??) >4~7 4 3 2 >7~9 5 4 3 ?5 ?5~9 ?9~133 2 — 2．Le1、Le2、C的取值

电晕极吊杆至进气箱大端面距离为：

Le1=400~500mm

集尘器一侧距电晕极吊杆的距离为：

Le2=450~500mm

两电极框架间吊杆间距为：

C?380~440mm

3．除尘器壳体内壁长度为

LH?n(L?2Le2?C)?2Le1?C (4-21) ?4?(8000?2?500?400)?2?500?400?38200mm式中：LH——除尘器壳体内壁长度，mm； Le1——取500mm；

Le2——取500mm； C——取400mm。 4．柱距 中间柱距：

Ld1?L?2Le2?C (4-22)

?8000?2?500?400

?9400mm外侧柱距：

Ld2?L?2Le2?C/2 (4-23)

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?8000?2?500?400/2?9200mm5．最外侧柱与除尘器的内壁距离

X1?Le1 (4-24)

?500mm

1.4 进出气箱的形状及尺寸

1．水平气箱进气口尺寸

进气箱大端的顶端取在顶梁底面下350 mm处，底端取在灰斗上断面上600mm处。

F0?Q (4-25)

3600??01900000?2?23600?10 ?13.19m2?式中：F0——进气口的面积，m2；

v0——进气口处的风速，该值越小对电除尘越有利，v0取10m/s。 考虑到进气箱形状尽量与电场断面形状相似，所以F0=3978×3315mm2。 2．进气箱长度

LZ?(0.55~0.56)(a1?a2)?250 (4-26) ?(0.55~0.56)?(9290?3978)?250?3171.6mm式中：LZ——进气箱长度，mm；

a1、a2——分别为进气箱大端FK及小端F 0处的最大边长，a2?3978mm，

a1?h4?H1?350?600?9290mm；

FK——进气箱大端的面积，m2。

取进气箱的斜壁与水平面夹角为50°。 3．出气箱

出气箱的大端尺寸一般设计成比进气箱的大端小，即h5

出气箱小端面积：

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F0'?F0?13.19m2?3978?3315mm2

出气箱大端高度：

h5?0.8a1?0.2a2?170 (4-27)

?0.8?9290?0.2?3978?170

?8397.6mm出气箱长度：

Lw?0.8Lz?0.8?3171.6?2537.28mm (4-28)

1.5 灰斗的有关尺寸

采用角锥形四棱台灰斗，每个电场下面设置一个灰斗，每台电除尘器需要设置4个灰斗，灰斗的斜壁与水平夹角等于60°。

1．灰斗的排灰量

G0?3Qc? (4-29) n13?1900000?0.5?23?10?6?0.9? 4?14.748t/h式中：G0——排灰量，t/h；

c——烟气含尘量，g/m3；

?——粉尘回收率，锥形斗取值为0.9；

n1——垂直于气流方向的灰斗数，本次设计取n1=4。

得出排灰量后，灰斗下料口尺寸按表4-6确定，最小不小于300×300mm。

表4-6 四棱台灰斗的排灰量

排灰口下口宽B1（mm） 排灰量 (t/h) 300×300 20 350×350 35 400×400 50 500×500 100 由表可知，取B1=300mm。 2．灰斗高度

h6?1.732?(LH?B1)/2 (4-30) n216

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38200?300)/2 4?8010.5mm式中：h6——灰斗高度，mm；

n2——沿气流方向灰斗数，本次设计取n2=4； B1——灰斗下口宽度，mm。

?1.732?(1.6 气流分布板的设计

1．FK的确定 进气箱大端高度：

h4?H1?350?600?9290mm (4-31)

根据进气箱形状与电场断面形状相似的原则，可求出进气箱宽度为7742mm。则：

FK?9290?7742?71923180mm2 (4-32)

2．分布板层数

实验结果表明：当进气箱大端面积FK与进气箱入口面积F0的比值小于6时，气流通过单层多孔板后便能获得较好的均匀度。而当比值大于6时，则需用多层多孔板，其层数至少满足：

当

FK?6时，层数n=1； F0FK?20时，层数n=2； F0FK?50时，层数n=3。 F0当6?当20?则：

FK71923180??5.45 (4-33) F013190000因为5.45<6，所以需要1层多孔板。 3．阻力系数

为了保证气流速度分布均匀，尚需使多孔板有合适的阻力系数。

2FKn??N0()?1 (4-34)

F017

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?1.2?(5.45)2?1?34.643

式中：?——阻力系数；

N0——气流在入口处按气流动量计算的速度系数，对于直管或带有导向板

的弯头，N0=1.2；对于不带导向板的缓慢弯管，当弯管后面没有平直段时，N0=1.8~2； n——多孔板层数。 4．多孔板的孔隙率

多孔板阻力系数?与孔隙率f的关系由下式确定：

??(0.7071?f?1?f)2f?0.225

1 (4-35) 2f式中：f——多孔板的孔隙率，根据图4-1选定。

图4-1 开孔率与动力系数关系图

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总结

在本次课程设计的过程中，针对锅炉烟气的气体性质，选用电除尘器对其进行除尘处理。电除尘器的除尘原理是是使含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘极上，将尘粒从含尘气体中分离出来。基于这种除尘原理，决定了电除尘器的除尘效率会非常高，只要设计合理，可以达到非常高的除尘效率。在对电除尘器的构造以及原理有了深入了解后，经过反复调整参数对各个结构进行了设计计算，并且对电晕线型式、集尘极板型式等构件进行了选型，最终根据计算结果制得电除尘器的外形图。本次设计的电除尘器的除尘效率达到了99.2%。

电除尘器有除尘效率高，设备阻力小、总的能耗低，适用范围广，可处理大风量烟气等优点；但是它也有缺点，电除尘器和其它除尘设备相比，结构复杂，耗用钢材较多，每个电场需配用一套高压电源及控制装置，因此价格较贵。但是用于处理大流量的烟气（60000m3/h以上）时，就能发挥其经济性了。所以是否选用电除尘器也要将各方面因素综合考虑后再做决定。

大气污染控制这门专业课，使得我们对本专业所从事的工作及研究方向有了更具体的认识，在学期末设置的这次课程设计不但让我巩固了大气污染控制工程的知识，而且在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取，经历了无数次的讨论、修改后终于确定了最终工艺并且进行了设计计算，在这过程中，非常好的锻炼了我的独立思考能力和自学能力，增强了团队合作精神，收获颇丰。

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参考文献

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致谢

为期两周的大气污染控制工程课程设计在今天圆满结束了，在这忙碌而充实的十几天中，我得到了许多人的帮助。

首先，我要感谢我的指导老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把设计做得更加完善。

其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计计算上的难题。

最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，谢谢你们！

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内蒙古工业大学《大气污染控制工程》课程设计

致谢

为期两周的大气污染控制工程课程设计在今天圆满结束了，在这忙碌而充实的十几天中，我得到了许多人的帮助。

首先，我要感谢我的指导老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把设计做得更加完善。

其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计计算上的难题。

最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，谢谢你们！

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