大气污染控制工程课程设计-电除尘器的设计

内蒙古工业大学本科课程设计说明书一、绪论1.1 设计内容、要求1.1.1设计内容1题目 电除尘器的设计2.目的与意义 使学生在学习专业技术基础和大气污染控制工程专业课程的基础上，学习和掌握环境工程领域内的主要设备电除尘器设计的基本知识和方法，培养学生综合运用所学的环境工程领域的基础理论、基本技能和专业知识分析问题和解决工程设计问题的能力，培养学生调查研究，查阅技术文献、资料、手册，进行工程设计计算、图纸绘制及编写说明书的基本能力。1.1.2设计要求1、基本资料本设计处理一发电量为600MW机组发电厂的锅炉烟气。（1）烟气气体性质锅炉排出的烟气量：；烟气温度、压强：135、-2000Pa；（ 当地大气压：8.76104Pa）烟气含尘浓度：；粉尘的比电阻：。（2）其原煤含硫量为0.76，煤灰中Na2O为0.52；烟气的粒度分布如下表所示： 粒径（） 2 46 610 1020 2030 3035百分比组成 8 25 19.2 19.8 19.5 8.52.设计要求设计电除尘器，其除尘效率不低于99%。3.工作量要求（1）设计说明书一份。（2）设计图纸：除尘器外形图、进出气箱几何尺寸图各一张，共两张。1.2电除尘器工作原理及特点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式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。具有分离粒子耗能少、气流阻力也小的特点，同时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也能有效地捕集。1.2.1电除尘器的工作原理图1-1电除尘器工作原理图三个基本过程:1.悬浮粒子荷电高压直流电晕高压直流电晕是使粒子荷电的最有效办法，广泛用于静电除尘过程。电晕过程发生于活化的高压电极和接地极之间，电极之间的空间内形成高浓度的气体粒子，含尘气流通过这个空间时，尘粒在百分之几秒的时间内因碰撞俘获气体粒子而导致荷电。图1-2 电晕放电原理图2.带电粒子在电场内迁移和捕集延续的电晕电场（单区电除尘器）或光滑的不放电的电极之间的纯静电场（双区电除尘器）来实现的。3.捕集物从集尘表面上清除通过振打除去接地电极上的颗粒层并使其落入灰斗，当粒子为液态时，被捕集粒子会发生凝集并滴入下部容器内。1.2.2电除尘器的特点含尘气体在静电除尘器内沿水平方向运动，与其他静电除尘器相比有以下特点：（1）压力损失小，一般为200500Pa；（2）处理烟气量大，可达105106m3/h；（3）能耗低，大约0.20.4kWh/（1000m3）；（4）对细粉尘有很高的捕集效率，可高于99；（5）可在高温或强腐蚀性气体下操作；（6）一次性投资高；（7）安装精度要求高；（8）对粉尘比电阻有一定要求； 二、 主要设备及说明电除尘器一般由除尘器本体和供电装置两大部分组成。除尘器本体包括电晕电极，集尘极，高压供电设备，气流分布装置，外壳及灰斗。2.1电晕电极 常用的有直径3mm左右的圆形线、星形线及锯齿线、芒刺线等 。电晕极系统是产生电晕、建立电场的最主要构件，它决定了放电的强弱，影响烟气中粉尘荷电的性能，直接关系着除尘效率。另外，它的强度和可靠性也直接关系着整个电除尘器的安全运行，所以电晕极系统是电除尘器设计、制造和安装的关键部件。必须选配良好的线型、合理的结构和适宜的振打。安装时要保证严格的极间距，保证整个电晕极系统与电除尘器其它部件良好的绝缘性能和足够的放电距离。电晕线的一般要求：起晕电压低、电晕电流大、机械强度高、能维持准确的极距、易清灰等。电晕线固定方式有重锤悬吊式和管框绷线式。 a.圆形线 b.星形线 c.锯齿线 d.芒刺线 图1-3电晕级形状图1-4重锤悬吊式电晕级示意图 图1-5管框绷线式电晕级示意图2.2集尘极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4050%）有很大影响。集尘极系统是由若干排极板与电晕极相间排列，与电晕极共同组成电场，它是粉尘沉积的重要部件，直接影响着电除尘器的效率。集尘极一般由钢材轧制。性能良好的集尘极应满足下述基本要求：振打时粉尘的二次扬起少、单位集尘面积消耗金属量低、极板高度较大时，应有一定的刚性，不易变形、振打时易于清灰，造价低。图1-6常用板式电除尘器集尘级2.3储灰系统 储灰系统储灰系统的功能是把从电极上落下来的粉尘进行集中，并经排灰系统送到其它装置中去。一般集灰斗为四棱台状或棱柱状，四棱台状灰斗多采用星形排灰阀顺序定时排灰，棱柱状灰斗多采用链式输送机连续排灰。电除尘器的储灰系统事故较多，特别是定时排灰的灰斗，往往由于灰斗积灰过满造成电晕极接地；连续排灰的灰斗积灰太少或斗壁密封不严会使空气泄入引起二次飞扬，此外，如果下部排灰装置能力不够也容易引起运行故障。灰斗倾角过小或斗壁加热保温不良，会造成落灰不畅，甚至结块堵塞。所以储灰系统的设计、制造和安装都应引予以足够重视，为了防止气流半旁路，在灰斗中要设置若干块阻流板。2.4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，供电设备必须十分稳定，希望工作寿命在二十年之上，通常高压供电设备的输出峰值电压为70一l000kV，电流为1002000mA 。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，但投资增加，必须考虑效率和投资两方面因素。2.5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。 对气流分布的具体要求是：任何一点的流速不得超过该断面平均流速的土40% 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%。 三、电除尘器的总体设计3.1电除尘器外形尺寸设计计算3.1.1.确定驱进速度（ ） 当煤的含硫量大于，小于，粉尘中含量大于，电晕线采用芒刺型电极，极间距取为400mm时，可按下式计算： (3-1-1)式中，煤的含硫量（%）；平均粒度影响系数，其值按表3-2选定。 (3-1-2)式中，粒度为，组成的百分比，本设计中粒度百分比详见表3-1。 ，粒度平均粒径。表3 -1烟气粒度分布表 粒径（） 2 46 610 1020 2030 3035百分比组成 8 25 19.2 19.8 19.5 8.5则 表3-2 平均粒度影响系数()1015202530350.9 0.9511.051.11.15 15按表2-2根据内插法 得 10 带入公式2-1得 0.9 13.4735 0.95 3.1.2计算所需集尘极面积（ A ） (3-1-3) 式中，A所需收尘极面积； Q被处理烟气量（）； 除尘器要求的除尘效率； 粉尘驱进速度（）； K储备系数。配用两台电除尘器，取K=1。则为,取除尘效率为99.5%则 为了保留一定的缓冲余地，实际面积要大一些 (3-1-4)则 3.1.3初选电场断面（ ) (3-1-5) 式中，电场风速，取值范围为0.81.5m/s,取为1.2m/s，则 3.1.4极板高度 ( )对于在以上的电除尘器采用双进风口。当时，极板高度 (3-1-6) 则 对极板高度进行圆整，因为高度大于8m,所以1m为一级,则取h=18m3.1.5求通道数( Z ) (3-1-7) 式中，相邻两极板中心距，取2S=0.4m； 集尘极板的阻流宽度，取0.0015则 ，采用双进风口则Z为偶数，取Z为74个3.1.6电除尘器的电场实际断面( F ) 电除尘器的有效宽度为： (3-1-8)则 (3-1-9) 3.1.7除尘器内壁宽( B )采用双进风，中间设立柱 (3-1-10) 式中，最外层的一排极板中心线与内壁的距离，此值可根据电除尘器大小在50100之间取值，取100 中间立柱的宽度，取300mm则 3.1.8柱间距（ ） (3-1-11) 式中，除尘器壳体钢板的厚度，一般取5 mm 柱的宽度。在壳体强度计算前，先参考下表3-3选取。 表3-3 采用工字钢做点收尘器支柱的尺寸断面规格（）51015203040506070120120180250250320320320320450450500600查表知=600mm。则 3.1.9除尘器内高（ ） (3-1-12) 式中，收尘极板有效高度（m），； 当极板上端悬吊于顶梁的X型梁上时，； 收尘极下端至撞击杆的中心距离，按结构型式不同取mm本设计中取=43.5 mm； 撞击杆的中心至灰斗上端的距离，一般取 mm,本设计中取=240mm。则 3.1.10电晕极框架高度（ ） (3-1-13) 式中，电晕极框架上端与梁底面的竖直距离； 电晕极框架下端与收尘极撞击杆中心线的距离（在投影高度上）。按下表3-4知=240mm, =220mm.表3-4 极板配置尺寸极间距300400极板悬吊形式 (mm)220 180330 240（mm）160220则 3.1.11每个电场的电场长度（ ） (3-1-14)式中，电场数量，按下表2-5查得n=3。 表3-5电场数量的选择-vln(1- w4779534559234913-23则 ，取5.6m 3.1.12除尘器壳体内壁长( ) (3-1-15) 式中， mm , 取430 mm mm , 取460 mm mm , 取400 mm则 3.1.13求沿气流方向的柱距( )电除尘器的柱距根据结构型式不同而不同，当收尘极的悬挂采用悬吊式，柱一般采用工字钢组合式断面，此时中间柱距： （3-1-16）则 外侧柱距： （3-1-17）则 外侧柱距与除尘器内壁距离1： X1 （3-1-18）则 X1=430mm3.2进出气箱尺寸设计3.2.1进气箱当采用水平引入式的进气箱时，进气箱的进气口尺寸为： （3-2-1） 式中 进气口面积（m2）； 进气口处的风速（m/s），取12m/s；则 进气箱大端面积： （3-2-2）则 考虑到进口尽可能与电场面相似，且则取 进气箱长度，按下式计算： （3-2-3） 式中，； 且H1-350-600 = 17334mm ； 5631mm。则 = 0.56（173345631）+250=6804mm。取进气箱的底数与水平面夹角为50，进气口中心高H3：设侧部底梁高为850 mm，则 （3-2-4）则 3.2.2出气箱设计时采用水平出气,出气箱大端的顶端取在顶梁底面下350 mm处。出气箱小端面积： （3-2-5）则 出气箱长度： （3-2-6）则 出气箱大端高度： (3-2-7)则 出气箱中心高： （3-2-8）则 3.3灰斗的设计计算设计为四棱台灰斗，其排灰量 = （3-3-1）式中，q入烟气含尘浓度，为28g/m3；=0.850.9，取=0.87则 =表3-6四棱台状灰斗排灰量排灰口小口宽B（mm）300350400500排灰量 (t/h)203550100查表3-6；取为mm。采用角锥形灰斗，沿气流方向设四个灰斗，与气流垂直方向上设八个灰斗，灰斗的下口取 mm，斗壁斜度为60。因为灰斗高度为： (3-3-2)则 3.4气流分布板设计计算3.4.1分布板的层数（ np ） np (3-4-1)式中，N0气流在入口处按气流动量计算的速度场系数，对于直管或带有导向 管的弯头N0=1.2；对于不带导向板的缓慢弯头，当弯管后面没有平直段 时，N0 =1.8 2.0，本设计取1.2 则 np 根据实验经验，多孔板层数可按取6时，取1层；620时，取2层；2050时，取3层。因为=10.2，所以取2层3.4.2分布板的阻力系数( ） = (3-4-2)式中：阻力系数； 则 3.4.3 开孔率的确定（ f ）由开孔率与阻力系数关系图知，当=11.24时，f=0.35 图3-1 开孔率与阻力系数关系图 总结历时两周的课程设计结束了,虽然很忙碌，但收获了许多。最基本学习到了电除尘器的设计计算,真正了解到了电除尘器的优缺点，使自己也更深地明白了电除尘器的特点及运行原理，同时在这次课程设计中不但提高了动手能力而且进一步理解和掌握了所学知识。在设计的过程中遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如各个设备尺寸的计算，CAD图的绘制通过这次课程设计之后，使得我又将以前所学过的知识重新温故了。我认为，在这次课程设计中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，我学会了很多学习的方法。不管怎样，这些都是一种锻炼，一种知识的积累，能力的提高。完全可以把这个当作基础东西，只有掌握了这些最基础的，才可以更进一步，取得更好的成绩。很少有人会一步登天的，永不言弃才是最重要的。同时经过几天紧张的课程设计，从中学到了许多在课本上所学不到的东西，而且锻炼了自己画图的水平，提高了自己的能力，为以后走上工作岗位奠定了一定的基础。 在此我要感谢我的指导老师给我悉心的帮助和对我耐心而细致的指导，同时感谢我周围的同学，他们给了我许多帮助和鼓励，如果没有他们的帮助，此次课设的完成将变得更困难,感谢他们在我设计中给了我许多宝贵的意见和建议。最后，由于经验的匮乏，同时设计时间有限，有许多不足之处，以及考虑不周全的地方，在此衷心希望老师能够批评指导。 参考文献【1】高林香主编.除尘技术.华北电力大学.2001.3 【2】罗辉主编.环保设备与应用，高等教育出版社.1997【3】郝吉明.马广大主编.大气污染控制工程.高等教育出版社.2002.8【4】鹿政理主编.环境保护设备选用手册.化学工业出版社.北京.2002.4【5】郑铭.环保设备、设计、应用.化学工业出版社.2001.4【6】金国淼主编.除尘设备.化学工业出版社.2002【7】唐敬麟、张禄虎编.除尘装置系统及设备设计选用手册.化学工业出版社.2003.819