燃煤電廠鍋爐煙氣靜電除塵裝置設(shè)計(jì)

1、石河子大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院燃煤電廠鍋爐煙氣靜電除塵裝置設(shè)計(jì)大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì)任務(wù)書院 （系）： 化學(xué)化工學(xué)院 專 業(yè)： 環(huán)境工程 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2016.01.02 目錄一、前言- 1 -二、設(shè)計(jì)資料和依據(jù)- 2 -2.1設(shè)計(jì)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)- 2 -2.2設(shè)計(jì)條件- 2 -2.3煙氣性質(zhì)- 2 -2.4氣象條件- 3 -2.5設(shè)計(jì)內(nèi)容-3 -三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分- 3 -3.1空氣量和煙氣量的計(jì)算- 3 -3.2電除塵器的選型- 5 -3.3電除塵器總體尺寸的確定- 8 - 3.4 電除塵器零部件的設(shè)計(jì)和計(jì)算.- 10 - 3. 5 供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .-13- 3.6 殼

2、體.-14-四、 煙囪的設(shè)計(jì)- 14 -4.1煙囪高度的確定：- 14 -4.2煙氣直徑的計(jì)算- 14 -4.3煙囪的抽力- 15 -五、 系統(tǒng)阻力的計(jì)算.-15- 5. 1 摩擦壓力損失.-15 5. 2 局部壓力損失16 5. 3 確定除塵器、風(fēng)機(jī)、煙囪的位置及管道布置.-19六、 風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)選擇及計(jì)算-19 6. 1 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下風(fēng)機(jī)風(fēng)量的計(jì)算.-19- 6. 2 風(fēng)機(jī)風(fēng)壓計(jì)算.-20 6. 3 電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算.-20-小結(jié).-21-七、 主要參考文獻(xiàn).-21 八、 系統(tǒng)平面布置圖前言隨著工業(yè)的發(fā)展，能源的消耗量逐步上升，大氣污染物的排放量相應(yīng)增加。而就我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展水平及能源的結(jié)

3、構(gòu)來(lái)看，以煤炭為主要能源的狀況在今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不會(huì)有根本性的改變。大氣質(zhì)量是環(huán)境質(zhì)量的一個(gè)重要內(nèi)容。人的生存每時(shí)每刻都離不開空氣，大氣質(zhì)量與人類生存環(huán)境息息相關(guān)，所以對(duì)大氣污染的治理與控制非常重要。大氣流動(dòng)性強(qiáng)、涉及面廣，而且一旦受污染后，修復(fù)比較困難。雖然人們?cè)诖髿猸h(huán)境整治方面做了大量工作，但目前的空氣質(zhì)量仍然不盡如人意，因此防止污染、改善空氣環(huán)境成為當(dāng)今迫切的環(huán)境任務(wù)。我國(guó)的大氣污染仍將以煤煙型污染為主，燃煤電廠鍋爐煙氣中的粉塵嚴(yán)重地污染了我們賴以生存的環(huán)境。其中塵和酸雨危害最大，且污染程度還在加劇。因此，控制燃煤煙氣污染是我國(guó)改善大氣質(zhì)量、減少酸雨和二氧化硫危害的關(guān)鍵問(wèn)題。 

4、靜電除塵器是把含有粉塵顆粒的氣體，在接有高壓直流電源的陰極線(又稱電暈極)和接地的陽(yáng)極板之間所形成的高壓電場(chǎng)通過(guò)時(shí)，由于陰極發(fā)生電暈放電、氣體被電離，此時(shí)，帶負(fù)電的氣體離子，在電場(chǎng)力的作用下，向陽(yáng)板運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)中與粉塵顆粒相碰，則使塵粒荷以負(fù)電，荷電后的塵粒在電場(chǎng)力的作用下，亦向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，到達(dá)陽(yáng)極后，放出所帶的電子，塵粒則沉積于陽(yáng)極板上，而得到凈化的氣體排出防塵器外。 通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)了解大氣污染控制工程工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容、程序和基本原則，學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)計(jì)算方法和步驟，提高運(yùn)算和制圖能力。同時(shí)，通過(guò)設(shè)計(jì)鞏固所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)際知識(shí)，并學(xué)習(xí)運(yùn)用這些知識(shí)解決工程問(wèn)題。 二、 設(shè)計(jì)資料和依據(jù)

5、2.1設(shè)計(jì)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB 3095-2012火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB 13223-2011鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB 13271-2014火電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范HJ/T 75-2007工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB Z1-2010電除塵工程通用技術(shù)規(guī)范HJ 2028-2013電除塵器標(biāo)準(zhǔn)DL/T 514-20042.2設(shè)計(jì)條件表一鍋爐設(shè)備的主要參數(shù)額定蒸發(fā)量主蒸汽壓力主蒸汽溫度燃煤量排煙溫度（t/h）（MPa）（）（t/h）（）2409.8154040140150煤的工業(yè)分析值（ar）：C=52.87%；H=3.25%；O=7.89%；S=0.53%；N=1.01%；W=8

6、.5%；A=21.535%；V=7.22%，應(yīng)用基低位發(fā)熱量：23654 KJ/kg（由于煤質(zhì)波動(dòng)較大，要求除塵器適應(yīng)性較好）。2.3煙氣性質(zhì)排煙中飛灰占煤中不可燃成分的比例：75%空氣過(guò)剩系數(shù)：a=1.28煙氣最高溫度152.3煙氣密度（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）：1.34 kg/m3空氣含水（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）：0.01396 kg/m3煙氣在鍋爐出口的壓力：850 Pa煙塵比電阻1.32×1011（W·cm，150）粉塵粒徑分布見下表：灰塵粒度/um<33-55-1010-2020-3030-40>40分布/%18152622.58.54.25.82.4氣象條件年平均大氣壓力

7、100.34 KPa；最低溫度平均值-10；最高溫度平均值40；冬季室外風(fēng)速平均值2.4m/s；夏季室外風(fēng)速平均值1.8 m/s；海拔高度300 m。連接鍋爐、凈化設(shè)備及煙囪等凈化系統(tǒng)的管道長(zhǎng)度假設(shè)為380 m，90°彎頭9個(gè)。2.5設(shè)計(jì)內(nèi)容a.根據(jù)燃煤的原始數(shù)據(jù)計(jì)算鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣量，煙塵濃度；b.靜電除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算（包括整體結(jié)構(gòu)大小、電暈線、集塵極、供電裝置等）；c. 煙囪設(shè)計(jì)計(jì)算；d. 管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)，阻力計(jì)算，風(fēng)機(jī)電機(jī)的選擇三、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分3.1空氣量和煙氣量的計(jì)算3.1.1標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量化學(xué)成分w%單位質(zhì)量摩爾組成/mol/(100g煤)摩爾分?jǐn)?shù)/mol/mol

8、(C)C52.874.411.000H3.253,250.74O7.890.490.11S0.530.020.005N1.010.070.016對(duì)于該種煤，其組成可表示為CH0.74O0.11S0.005N0.016燃料的摩爾質(zhì)量，即相對(duì)于每摩爾碳的質(zhì)量，包括灰分，為：M1=100/4.41=22.68g/mol(C)參照課本P39，理論空氣量計(jì)算的六點(diǎn)假設(shè)，可得CH0.74O0.11S0.005N0.016+a(O2+3.78N2)CO2+0.37 H2O+0.005SO2+(3.78a+0.0065)N2其中a=1+0.74/4+0.005-0.11/2=1.135因此，理論空氣條件下燃料

9、/空氣的質(zhì)量比為：22.68/1.135*(32+3.78*28)=0.145若以單位質(zhì)量燃料（1KG）燃燒需要空氣的標(biāo)準(zhǔn)體積V0表示，V0=1.135*(1+3.78)*22.4/17.76=5.36m3/Kg(煤)實(shí)際體積V：V= V0*1.28=6.86 m3/Kg(煤)結(jié)合課本40頁(yè)公式計(jì)算運(yùn)行時(shí)需要的理論空氣量：8.62 m3/Kg3.1.2標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣量以1Kg煤燃燒為基礎(chǔ)，則：質(zhì)量/g物質(zhì)的量/mol 理論需氧量/molC528.744.0644.06H32.516.258.125O 78.9 4.93 -2.47S5.3 0.17 0.17N10.10.720.00理論需氧量

10、為（44.06+8.125-2.47+0.17）=49.885mol/Kg（煤）理論煙氣量為：（44.06+8.125+0.17+52.87*3.78）=252.20 mol/Kg（煤）即252.2*22.4/1000=5.65 m3/Kg(煤)實(shí)際煙氣量為：5.65+8.62*0.28=8.064 m3/Kg(煤) 煙塵濃度為：0.75*252.2/(8.064)=23.46g/ m3則，實(shí)際運(yùn)行時(shí)：產(chǎn)生的煙氣量為：110*1000*8.064=8.87*105 m3/h=246.39 m3/s灰塵：75%*21.535%*110*1000=17766.375Kg/h3. 2. 電除塵器的選

11、型3.2.1電除塵器型號(hào)的確定本次設(shè)計(jì)選用臥式、板式、無(wú)輔助電極的寬間距（400mm）電除塵器。3.2.2電除塵器的臺(tái)數(shù) 采用一臺(tái)除塵器3.2.3電場(chǎng)風(fēng)速（v）的確定 對(duì)于電爐，由于粉塵粒徑很小，一般在520m之間，故不可取過(guò)高的電場(chǎng)風(fēng)速，以免引起二次揚(yáng)塵，故取0.90m/s。3.2.4電除塵的截面積按鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GBl32712011)中二類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。煙塵濃度排放標(biāo)淮(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)：30mg/m33.2.5除塵效率 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣的含塵濃度所以 3.2.6有效驅(qū)進(jìn)速度的確定式中 設(shè)計(jì)的電廠用煤，由于含硫量很低，為0.53%，含水分也不大，粉塵較細(xì)，比電阻很高，所以導(dǎo)致驅(qū)進(jìn)速度不

12、高，故除塵比較困難。對(duì)于電廠鍋爐，雖然影響驅(qū)進(jìn)速度的因素很多，但實(shí)際上媒含硫量和粉塵歷經(jīng)分布是影響驅(qū)進(jìn)速度的主要因素。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)燃煤含硫量大于0.5%，小于2%，電暈線為芒刺時(shí)，同極距為400mm時(shí)，有效驅(qū)進(jìn)速度可由下式計(jì)算。式中a平均101520253035k0.900.9511.051.101.15式中 則該電廠的為由表查得k=0.96，當(dāng)，得3.2.7收塵極面積（A）由意希公式有 計(jì)算求得的極表面積后，在選擇電除塵器的實(shí)際極板面積時(shí)，適當(dāng)增加一些余量（也可稱為儲(chǔ)備參數(shù)）一般按5%左右考慮。3.2.8比集塵面積（f） 3.2.9電場(chǎng)數(shù)（n）的確定 在臥式電除塵器中，一般可將電極沿氣流方向

13、分為幾段，即通稱幾個(gè)電場(chǎng)。為適應(yīng)粉塵的特性，達(dá)到較好的供電效果和電極的清灰性能，單電場(chǎng)長(zhǎng)度不宜過(guò)大，一般取3.55.4m，對(duì)要求凈化效率高的電除塵器，一般選擇34個(gè)電場(chǎng)。本次設(shè)計(jì)由于除塵效率較高，故選4個(gè)電場(chǎng)。3.2.10電場(chǎng)高度（h） 取h=3m3.2.11同極距（2s）的確定 一般電除塵器的極間距為250300mm。但根據(jù)國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐來(lái)看，電廠鍋爐尾部使用寬間距電除塵器可以獲得更高的除塵效率和更低的排放濃度。故本次設(shè)計(jì)采用400mm的同極距。3.2.12通道數(shù) 由式 計(jì)算， 為除塵器的阻流寬度， 其中設(shè)計(jì)選用Z型板，Z形板寬度為40mm，為0.02m。 故 取3.2.13電場(chǎng)斷面（F）有式

14、 則實(shí)際風(fēng)速 3.2.14每電場(chǎng)有效長(zhǎng)度（） 根據(jù)所選的陽(yáng)極板來(lái)看，板寬480mm,根據(jù)上式計(jì)算的，每電場(chǎng)長(zhǎng)度方向需要的陽(yáng)極板數(shù)為 故需要的板的板數(shù)為5塊，則電場(chǎng)有效長(zhǎng)度為3. 3電除塵器總體尺寸的確定3.3.1寬度方向上的尺寸a電場(chǎng)有效寬度 b.電除塵器為雙室，內(nèi)壁寬為式中 則 c.柱間距 式中 則 3.3.2高度方向的尺寸a.從收塵器頂梁底面到灰斗上端面的距離式中 由電除塵器橫斷面圖知， b.灰斗上端到支柱基礎(chǔ)面距離（） 根據(jù)電除塵器的大小，可取 （3） 長(zhǎng)度方向的尺寸a. 電除塵器殼體內(nèi)壁長(zhǎng)由電除塵器沿氣流方向尺寸圖，可取， b.沿氣流方向的柱距 將收塵極安裝在頂梁底面，每電場(chǎng)的荷重由兩

15、根梁和柱承擔(dān)，立柱設(shè)計(jì)成等距，且柱距為 首尾的邊柱與壁的距離為3.4. 電除塵器零部件的設(shè)計(jì)和計(jì)算（1）進(jìn)氣箱 采用水平引入式進(jìn)氣箱，如圖所示，并取，則進(jìn)氣箱進(jìn)氣口的面積為（兩個(gè)進(jìn)風(fēng)口）考慮到進(jìn)氣口盡可能與電廠斷面相似，可取進(jìn)氣箱長(zhǎng)度LZ,按確定。式中 故進(jìn)氣中心高度（從進(jìn)氣中心至側(cè)部底梁下端面）H4為（2）出氣箱 出氣箱最小面積為出氣箱長(zhǎng)度為 出氣箱大端高度h5為（3）灰斗 采用角錐形灰斗，沿氣流方向設(shè)4個(gè)，垂直于氣流也設(shè)4個(gè)，灰斗下口取斗壁斜度最小60°，則灰斗高為（4）氣流分布板a.分布板層數(shù)的確定由于 故分布板層數(shù)取b.分布板的阻力系數(shù)可由式確定式中 所以 c.開孔率的確定

16、多孔板的阻力系數(shù)與它的開孔率f由下式確定為避免高次方程，已知阻力系數(shù)，可以利用圖解法求解。查圖可知d.氣流分布板的尺寸 根據(jù)電廠斷面，進(jìn)氣管出口到第一層多孔板的距離Hp應(yīng)滿足的條件式中 故取相鄰兩層多孔板的距離應(yīng)滿足條件為式中 由取 根據(jù)圖，可以計(jì)算的寬度和高度分別為，為避免分布板沉積下來(lái)的粉塵堵塞。在分布板與進(jìn)、出氣底端之間要有一定間隙，故兩層分布板高度為，多孔板可由3mm厚的鋼板彎成槽制成，其彎邊可為25mm，這樣可以增加板的剛度，其寬度取400mm左右，上下焊以連接板，上下用螺栓懸吊于上部頂梁，下部與一撞擊桿相連，敲擊撞擊桿則可振落板上的積灰。e.分布板的振打 多孔分布板需要安裝振打機(jī)構(gòu)

17、，以清除板上的積灰。分布板的振打控制應(yīng)是連續(xù)的。（5）槽形板的設(shè)計(jì) 由于氣流渦流現(xiàn)象的存在和二次飛揚(yáng)，使出氣箱和出氣管道存在積灰，加了槽形板后，對(duì)粉塵有強(qiáng)烈的吸收作用，提高除塵效率。（6）電暈極系統(tǒng)及振打裝置電暈線的選擇 電暈線應(yīng)選擇放電性能好，起暈電壓低，對(duì)煙氣條件變化的適應(yīng)性強(qiáng)；機(jī)械強(qiáng)度大，不斷線，耐腐蝕；高溫下不變形；有足夠的剛度以及清灰性能好等。本設(shè)計(jì)采用BS系列魯奇型電收塵器的V15線。電暈極排數(shù)和線間距的確定 陰極排和通道數(shù)相等，故在臥式電除塵器內(nèi)極線間距大小會(huì)直接影響到電暈電流值和除塵效率。c.電暈線的固定 放電極懸掛框架水平桿和垂直桿全部采用鋼管，用專用管卡進(jìn)行固定，下部與框架

18、連接的間距架用90°彎頭向上，整個(gè)懸掛假設(shè)計(jì)合理，堅(jiān)固輕便，減少了內(nèi)部空間占用，現(xiàn)場(chǎng)安裝方便。d.電暈極的振打 排放濃度低于50mg/m3時(shí)，放電極振打采用側(cè)部振打轉(zhuǎn)動(dòng)，放電極振打控制應(yīng)是連續(xù)的。3.5. 供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（1）供電裝置的選型二次電壓 工作電場(chǎng)為30003500V/cm,空載電場(chǎng)為4000V/cm。 工作電壓 空載電壓 b.二次電流 選取電流板密度為0.40mA/m2，取每一個(gè)電場(chǎng)用兩臺(tái)整流器，故每個(gè)整流器對(duì)應(yīng)的極板面積為，故整流設(shè)備應(yīng)輸出的電流為（2）接地保護(hù) 電除塵器殼體要與接地網(wǎng)可靠連接，接地點(diǎn)要求每電場(chǎng)設(shè)一個(gè)，用扁鋼與接地網(wǎng)相連接，整流室所有金屬部分如控制柜、變

19、壓器和電抗器及其外殼體的接地端、電纜頭支架、金屬隔離網(wǎng)，都必須十分可靠接地。3.6. 殼體電收塵器全部采用鋼結(jié)構(gòu)外殼。電收塵器的下部分排灰選用拉鏈機(jī)、刮板輸送機(jī)、回轉(zhuǎn)卸料器。為消除應(yīng)力，拉鏈機(jī)和殼體下部灰斗之間應(yīng)裝設(shè)伸縮節(jié)。電除塵器本體由安裝在地梁下的活動(dòng)支座及固定支座支撐，以保證個(gè)支點(diǎn)在正常運(yùn)行時(shí)格子膨脹方向上自由移動(dòng)。四、 煙囪的設(shè)計(jì)4.1. 煙囪高度的確定首先確定公用一個(gè)煙囪的所有鍋爐的總蒸發(fā)量（t/h），然后根據(jù)鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定（表3-1鍋爐煙囪高度）確定煙囪高度。表3-1 鍋爐煙囪高度煙囪總額定出力/(t/h)<1122661010202035煙囪最低高度/(m)

20、202530354045鍋爐總額定出力：故選定煙囪高度為。4.2. 煙氣直徑的計(jì)算煙囪出口內(nèi)徑可按下式計(jì)算：式中 煙囪出口煙氣流速(m/s)通風(fēng)方式運(yùn)行情況全負(fù)荷最小負(fù)荷機(jī)械通風(fēng)102045自然通風(fēng)6102.53選定圓整取煙囪底部直徑：式中 取4.3. 煙囪的抽力式中 五、系統(tǒng)阻力的計(jì)算5.1摩擦壓力損失對(duì)于圓管：式中 a.對(duì)于圓管b.對(duì)于磚砌拱形煙道故則式中，A為面積，X為周長(zhǎng)。5.2局部壓力損失式中 下圖中一為漸縮管。取圖中二為30°Z形彎頭查手冊(cè)得圖中三為漸擴(kuò)管查大氣污染控制工程附表十一，并取則右圖中a為漸擴(kuò)管 圖中b、c為90°彎頭則兩個(gè)彎頭對(duì)于如下圖所示T形三通管對(duì)于T形合流三通系統(tǒng)總阻力（其中鍋爐出口前阻力為800Pa，除塵器阻力1400Pa）為5.3. 確定除塵器、風(fēng)機(jī)、煙囪的位